【摘 要】
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空气中氢气浓度达到4～76%时,存在氢爆危险,如福岛核事故反应堆厂房因氢气聚集而引发爆炸。氢能行业和其它存在产氢或氢泄露的行业同样存在氢爆潜在危险。此外,氚是氢的放射性同位素,涉氚作业会对工作人员造成放射损伤。论文针对密闭场所除氢和除氚特殊需求,设计搭建了除氢（氚）效率测试实验系统,基于催化氧化反应制备了多种氢（氚）过滤材料并对其进行表征和分析材料的微观结构,对材料的过滤性能进行了系统实验研究。对
【基金项目】
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装发技术项目-新材料研制及应用研究（编号:41426050602）；
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空气中氢气浓度达到4～76%时,存在氢爆危险,如福岛核事故反应堆厂房因氢气聚集而引发爆炸。氢能行业和其它存在产氢或氢泄露的行业同样存在氢爆潜在危险。此外,氚是氢的放射性同位素,涉氚作业会对工作人员造成放射损伤。论文针对密闭场所除氢和除氚特殊需求,设计搭建了除氢（氚）效率测试实验系统,基于催化氧化反应制备了多种氢（氚）过滤材料并对其进行表征和分析材料的微观结构,对材料的过滤性能进行了系统实验研究。对氚过滤进行直接实验是很困难的,而氢作为氚的一种同位素,是代替氚过滤实验的理想气体,因此本论文采用氢气模拟氚的过滤。论文主要工作和成果如下:1)由于市面没有现成的氢气/氚气去除效率测试装置,我们设计搭建了包括氢浓度、湿度、温度、流速等在线测量硬件和数据采集分析软件在内的完整的除氢/除氚效率测量系统,其功能性能能够满足实验测量精度要求。2)为减少贵金属的使用,以活性氧化铝γ-Al2O3为负载材料,制备了多种Pt、Pd、Pt-Pd催化材料,使用SEM、TEM、XRD、XPS、电化学工作站等手段研究了催化剂的形貌、结构表征和性能。对制备的Pt单质催化剂（#Pt-1、#Pt-2）、Pd单质催化剂和Pt-Pd合金催化剂（#1-#3）进行催化反应测试,实验结果表明,3-5 mm活性氧化铝负载的Pt催化剂的氢过滤效率比1-2 mm活性氧化铝负载的氢过滤效率高20%;以3-5 mm活性氧化铝为载体,制备固定Pt含量和不同Pd含量的Pd-Pd合金催化剂,研究#2和#3样品钯含量分别是#1样品的2倍和3倍时,对氢过滤效率的影响。结果表明,#1样品具有较好的氢气过滤效率。对反应后的实验气体温度进行了释热测试,结果表明,虽然Pt催化剂的催化效果较好,但其温度变化大,而Pt-Pd催化剂的温度变化幅度较小,综合考虑各催化剂,认为Pt-Pd合金催化剂的性能更加稳定。3)将Pt-Pd合金催化剂与筛选出的吸湿性强的分子筛混合制成除氢/除氚过滤材料,同时过滤氢气/氚气及其催化氧化产物HTO/水汽。利用搭建的过滤效率测试系统进行实验测量,结果发现,在常规相对湿度50%水汽存在时,样品#2催化剂依然保持较高的催化活性,其氢过滤效率仍能在30min后达到90%,且对水汽的过滤效率能维持在90%以上,表现出了稳定的催化活性和较优的抗水汽干扰能力,有望将其应用于氚防护面罩中的过滤介质,实现氚的深度分离净化,使工作人员免受辐射损伤。
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