【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电解水，尤其涉及一种重水的制备装置和制备方法。
技术介绍
1、自然界中氢以1h(氕，h)，2h(氘，d)，3h(氚，t)三种同位素的形式存在，相对丰度分别为约99.985％、约0.015％、低于0.001％。重水(deuterium oxide)是由氘和氧组成的化合物，也称为氧化氘(d2o)。提炼重水成本非常高，而且因其在核燃料方面的用途，重水又受到很多限制，所以价格很高。
2、目前在商业上常采用电解液钠或钾的氢氧化物或碳酸盐的碱性水溶液进行电解来制取重水，连续进行电解就有可能得到高纯度的重水。但为了取得高浓集程度重水需要大量的电力，因而采用这种电解方法由普通水开始提取重水，是基本不可行的。不过，当进料水已用其他方法部分浓集以后，电解法却是特别有价值的方法。
3、spe电解制氢技术使用更薄的离子导通隔膜和膜电极的电极构成，较传统的碱性电解方法运行电流密度显著提高、体积更小，具有快速响应能力和较高的制氢效率。经过近年来spe电解技术的迭代提升，可在较低的电压下提供高达3a/cm2的电解电流密度，使得从普通去离子水开始提取重水成为可能。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题在于提供一种重水的制备装置，本申请提供的制备装置可实现重水的快速富集，丰度快速提升。
2、有鉴于此，本申请提供了一种重水的制备装置，包括外部储水单元、电解单元、内部储水单元和控制单元；
3、所述电解单元包括电解槽、电解电源、阴极侧气液分离器和阳极侧气
4、所述电解电源与所述电解槽连接，用以控制电解槽的开启与关闭；
5、所述控制单元分别与所述外部储水单元、所述电解单元和所述内部储水单元连接，用以实时检测、控制电解的运行；
6、所述外部储水单元的出口和所述内部储水单元入口连接，所述内部储水单元的液体出口和所述电解槽的液体入口连接，所述电解槽的液体出口与所述内部储水单元的第一液体入口相连，所述电解槽的阴极侧气体出口与所述阴极侧气液分离器的气体入口相连，所述电解槽的阳极侧气体出口与所述阳极侧气液分离器的气体入口相连，所述阴极侧气液分离器的液体出口与和所述阳极侧气液分离器的液体出口均于内部储水单元的第二液体入口相连；
7、所述电解单元和所述内部储水单元按照上述连接方式串联设置有若干级；相邻单元的内部储水单元连接。
8、优选的，所述外部储水单元和所述内部储水单元之间设置有补水泵。
9、优选的，所述电解单元还包括冷凝器，所述冷凝器设置于所述电解槽和所述阳极侧气液分离器之间。
10、优选的，所述电解单元还设置有温度传感器，所述温度传感器与所述电解槽连接。
11、优选的，所述内部储水单元和所述电解槽之间设置有循环水泵。
12、优选的，所述若干级为3～4级。
13、优选的，所述电解槽为固体聚合物电解质电解水装置，所述电解槽中的膜电极为串联和或并联。
14、本申请还提供了所述的装置制备重水的方法，包括以下步骤：
15、a)将外部储水单元的水加入至一级内部储水单元，直至一级内部储水单元的水位达到上限阈值，控制单元控制一级电解单元进行电解；
16、b)在一级电解单元的电解槽中产生的氧气和氢气分别进入阳极侧气液分离器和阴极侧气液分离器，分离后的水再次进入一级内部储水单元再次进行电解后进入一级内部储水单元；
17、c)将步骤b)得到的一级内部储水单元的水补充至二级内部储水单元，当一级内部储水单元的水低于下限阈值时补充结束，二级电解单元开始电解，重复步骤b)；
18、将一级内部储水单元的水补充至水位上限阈值再开始电解；且每一级电解单元完成电解后得到的水补充至下一级至每一级电解单元都进行电解。
19、优选的，内部储水单元为4级时，一级电解单元的膜电极数目大于二级电解单元的膜电极数目大于三级电解单元的膜电极数目大于四级电解单元的膜电极数目。
20、优选的，所述电解槽的温度高于50℃时启动冷凝器降温。
21、本申请提供了一种重水的制备装置，其由多级电解单元和内部储水单元串联而成，该种电解单元设置方式可实现逐级电解制取重水，即前一级得到的重水富集后提供给下一级电解，使得重水富集的丰度快速上升；进一步的，本申请电解单元采用了特定的电解槽，其可有效降低电耗。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种重水的制备装置，包括外部储水单元、电解单元、内部储水单元和控制单元；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外部储水单元和所述内部储水单元之间设置有补水泵。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电解单元还包括冷凝器，所述冷凝器设置于所述电解槽和所述阳极侧气液分离器之间。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电解单元还设置有温度传感器，所述温度传感器与所述电解槽连接。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述内部储水单元和所述电解槽之间设置有循环水泵。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述若干级为3～4级。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电解槽为固体聚合物电解质电解水装置，所述电解槽中的膜电极为串联和或并联。
8.利用权利要求1～7任一项所述的装置制备重水的方法，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，内部储水单元为4级时，一级电解单元的膜电极数目大于二级电解单元的膜电极数目大于三级电解单元的膜电极数目
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述电解槽的温度高于50℃时启动冷凝器降温。
...【技术特征摘要】
1.一种重水的制备装置，包括外部储水单元、电解单元、内部储水单元和控制单元；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外部储水单元和所述内部储水单元之间设置有补水泵。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电解单元还包括冷凝器，所述冷凝器设置于所述电解槽和所述阳极侧气液分离器之间。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电解单元还设置有温度传感器，所述温度传感器与所述电解槽连接。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述内部储水单元和所述电解槽之间设置有循环水泵。
6.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：邢巍，李晨阳，刘长鹏，梁亮，金钊，肖梅玲，王晨，张弘，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。