Сборник тезисов докладов VIII Международной молодежной научной конференции

Полярное сияние 2005

Ядерное будущее: безопасность, экономика и право

Содержание сборника

Секция «Перспективные приложения ядерных технологий»

Все доклады секции


РУТЕНИЙ НА СИБУНИТЕ КАК КАТАЛИЗАТОР ГОМОМОЛЕКУЛЯРНОГО ИЗОТОПНОГО ОБМЕНА ВОДОРОДА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ ВОДОРОДА КРИОГЕННОЙ РЕКТИФИКАЦИЕЙ

Быстрова О.С., Харитонова Л.С., Боева О.А., Жаворонкова К.Н.

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Низкотемпературная ректификация водорода с целью извлечения дейтерия и получения тяжёлой воды долгое время оставалась одним из основных способов её получения. Этот способ признан наиболее рациональным способом разделения изотопов водорода в системе регенерации топлива термоядерных реакторов.

Для получения чистого дейтерия из природного сырья низкотемпературной ректификацией недостаточно одной разделительной колонны. В ней можно получить лишь смешанную изотопную форму HD. Поэтому необходимо комбинировать процесс ректификации с процессом каталитического разложения HD в отдельном реакторе. В настоящее время этот процесс проводят при 300 К. Эффективность работы такого реактора зависит не только от активности катализатора, но и от температуры проведения реакции гомомолекулярного изотопного обмена водорода (ГМИО): H2 + D2 2HD; КHD.

Целью работы является всестороннее изучение катализаторов на основе рутения, нанесенного на сибунит, для низкотемпературного (менее 77 К) и высокотемпературного (300 К) изотопного обмена водорода. Использование низкотемпературных катализаторов, как показывают расчёты, позволит значительно уменьшить объём разделительной аппаратуры и снизить затраты энергии, а использование высокотемпературных — заменить катализатор на основе драгоценного металла на более дешёвый.

В работе исследованы разнопроцентные катализаторы: 1%Ru/сибунит, 2% Ru/сибунит и 4% Ru/сибунит (сибунит — пористый углерод-углеродный композиционный материал). Подробно изучены свойства поверхности катализаторов, адсорбционные свойства и зависимость каталитической активности от температуры и давления.

Показано, что с увеличением содержания нанесенного на сибунит рутения, меняется количество и формы адсорбированного водорода, что в свою очередь, приводит к различным механизмам протекания реакции изотопного обмена водорода в различных температурных интервалах. Из полученных экспериментальных данных рассчитаны значения энергии активации и порядки реакции при различных температурах.

Показано, что наиболее активным является 4%Ru/сибунит, каталитическая активность которого в 600 раз превышает Pd/Al2O3, в 95 раз выше Ni/Al2O3 и в 53 выше Ni/NiO/Al2O3.

По результатам работы можно сделать следующий вывод: катализатор на основе рутения, нанесенного на носитель – сибунит, является наиболее перспективным для дальнейших промышленных испытаний катализаторов в реакции низкотемпературного изотопного обмена при ректификации водорода.