一種載鈀硅藻土復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種載鈀硅藻土復(fù)合材料的制備方法，所合成的載鈀硅藻土復(fù)合材料可用作高性能氫同位素分離材料，應(yīng)用于氫同位素純化、分離和提取技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]由于目前世界范圍內(nèi)化石能源日益緊張，因此聚變能正發(fā)揮出越來越重要的作用。其中，氫同位素分離是利用氘氚聚變能的核心技術(shù)之一，而分離材料的性能則是決定分離效率的關(guān)鍵因素。在眾多的氫同位素分離材料中，載鈀硅藻土(Pd/K)復(fù)合材料具有比表面積大和鈀負(fù)載量高的優(yōu)勢，可以緩沖吸放氫循環(huán)過程中的內(nèi)應(yīng)力、增加氫與鈀的接觸界面、提高吸/放氣反應(yīng)及同位素交換速率[1.A.Fisher, ffestinghouse SavannahRiver Company-RP-93-401(1993)];還可以減小分離柱的體積以及提高系統(tǒng)的分離性能[K.L.Shanahan 等人,J.AlloysComp., 62 (1999) 293]。因此,Pd/K 復(fù)合材料作為氣同位素儲存、分離和提取材料得到了極大的研究關(guān)注，近年來被廣泛應(yīng)用于聚變?nèi)剂涎h(huán)和氚處理工藝中。
[0003]在現(xiàn)階段Pd/K復(fù)合材料主要的制備方法是美國薩凡納河國家實驗室提出的鈀鹽溶液濕法浸潰-分解法，該實驗室利用硝酸鈀、氯化鈀、硝酸鈀銨等前驅(qū)體，將其溶液自然浸潰硅藻土載體，陳化、風(fēng)干后制備了不同鈀含量的Pd/K復(fù)合材料[K.L.Shanahan等人，J.Alloys Comp.,62(1999)293 ；ff.C.Mosley, ffestinghouse Savannah RiverCompany-TR-90-24 (1990)]。雖然該方法是目前實驗和部分應(yīng)用中采用的主要方法，但其前驅(qū)體均為無機(jī)鈀鹽，因浸潰后加熱分解溫度過高反應(yīng)劇烈，極易破壞硅藻土結(jié)構(gòu)，而硅藻土粉化后會造成Pd/K復(fù)合材料分離性能降低并阻塞分離系統(tǒng)。
[0004]發(fā)明人所在課題組在公開文獻(xiàn)稀有金屬2011 (35)2 =238-243中報道了采用乙酰丙酮鈀(Pd(acac)2)為前驅(qū)體，以氯仿為溶劑自然浸潰制備Pd/K復(fù)合材料的方法，降低了熱分解溫度，但Pd(acac)2不溶于水，需引入氯仿等有機(jī)溶劑；且加工成本高于PdCl2，不利于工業(yè)化推廣；關(guān)鍵是Pd (acac) 2分子的擴(kuò)散能力小于PdCl2溶液中以離子形式存在的pd2+的擴(kuò)散能力，不利于浸入硅藻土孔隙內(nèi)部，導(dǎo)致吸附的鈀鹽分布不均，多次吸/放氫循環(huán)后易粉化脫落。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中載鈀硅藻土復(fù)合材料的制備工藝所存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種新的載鈀硅藻土復(fù)合材料的制備方法，該制備方法過程簡單、反應(yīng)溫和、容易控制、技術(shù)可靠、負(fù)載均勻。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明采用一步法合成載鈀硅藻土復(fù)合材料，通過？況12與乙酰丙酮反應(yīng)直接在硅藻土載體上生成Pd (acac) 2，該中間體經(jīng)過煅燒即可得到Pd/K復(fù)合材料，具體為:
[0008]一種載鈀硅藻土復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:
[0009](1)將一定量PdCl2溶于濃鹽酸中，充分?jǐn)嚢璨⒓訜?，使其完全溶解?br>[0010](2)向溶液中加入硅藻土顆粒并攪拌均勻，充分浸潰；
[0011](3)加入過量乙酰丙酮并充分?jǐn)嚢?，用NaOH或Κ0Η調(diào)節(jié)溶液pH值至7?9，在硅藻土表面和內(nèi)部均生成黃色沉淀Pd(acac)2，將浸潰了 Pd(acac)2的娃藻土過濾、干燥；
[0012](4)最后將所得的中間體一負(fù)載了 Pd(acac)2的硅藻土中溫加熱煅燒得到載鈀硅藻土復(fù)合材料。
[0013]所述步驟(1)中濃鹽酸的濃度為30?38%，加熱溫度為30?90°C，攪拌時間大于 5min。
[0014]可以在PdClj#解時，向溶液中加入適量去離子水進(jìn)行稀釋，然后再向其中加入硅藻土顆粒。
[0015]所述步驟⑵中硅藻土顆粒的顆粒度為0?100目，優(yōu)選為20?80目，孔隙率彡 80%o
[0016]所述步驟(2)中加入的硅藻土松裝體積為溶液體積的50%?200%，攪拌、浸潰時間大于lOmin。
[0017]步驟(3)不同于常規(guī)的沉淀法工藝，得到的沉淀物過濾后無需通過大量水沖洗去除氯化物，氯離子待干燥后在步驟(4)中去除。
[0018]所述步驟(4)中的中溫加熱煅燒為在氫氣氣氛中加熱至270?600°C熱分解，保溫20?120min ;隨后升溫至600?1300°C燒結(jié)60min以上。
[0019]由于鈕在所述反應(yīng)條件下不與乙酰丙酮、鹽酸、NaOH或K0H反應(yīng)，可將得到的Pd/K復(fù)合材料再次與PdCl2的鹽酸溶液混合、浸潰，重復(fù)步驟(2)?(4)，可以逐次提高Pd/K復(fù)合材料的鈀負(fù)載量。
[0020]本發(fā)明既利用了 PdCl2溶液中pd2+的擴(kuò)散能力強(qiáng)、易于浸入硅藻土內(nèi)部，成本相對更低等優(yōu)點(diǎn)；又利用了 Pd(acac)2的分解溫度低、保證硅藻土結(jié)構(gòu)完整，呈中性、后續(xù)負(fù)載的鈀不發(fā)生二次溶解等優(yōu)點(diǎn)；一次性完成傳統(tǒng)方法中Pd (acac) 2合成與硅藻土浸潰兩個工藝環(huán)節(jié)。通過本發(fā)明的方法得到的Pd/K復(fù)合材料具有良好的均勻性，可直接用于裝填氫同位素分離柱，進(jìn)行氫同位素分離。
[0021]與現(xiàn)有載鈀硅藻土復(fù)合材料制備技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0022](1)本發(fā)明所需設(shè)備簡單、工藝流程短、操作便捷、成本低廉，僅需一步沉淀反應(yīng)即可在形成Pd(acac)2的同時使其均勻分布于娃藻土的表面與孔隙中。
[0023](2)與傳統(tǒng)的硝酸鈀、氯化鈀、硝酸鈀銨等無機(jī)鈀鹽浸潰-分解法制備Pd/K復(fù)合材料相比，Pd(acac)2的分解溫度低，反應(yīng)溫和，不易破壞硅藻土結(jié)構(gòu)。
[0024](3)與本課題組公開文獻(xiàn)中報道的Pd (acac) 2浸潰-分解法制備Pd/K復(fù)合材料相t匕，將Pd(acac)2m合成與浸潰硅藻土的過程合二為一，分解得到的金屬鈀顆粒大小、分布更加均勻，負(fù)載量更高，同時避免引入氯仿等用于溶解Pd(acac)2的有機(jī)溶劑，還進(jìn)一步降低了成本，便于推廣和實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明實施例1制備的Pd/K復(fù)合材料微觀形貌