山东大学邓伟侨教授团队在水/氘水混合物去除氘方面取得重要突破
近日，山东大学化学与化工学院前沿化学研究院的邓伟侨教授团队在水/氘水混合物去除氘这方面取得了重要进展。研究成果以“从……中去除氧化物”为题，发表在国际权威期刊 CHINA 上，该期刊为中科院一区，影响因子为 10.4。山东大学的博士研究生徐雨春是论文的共同第一作者之一，杨丽副研究员也是论文的共同第一作者之一。邓伟侨教授是论文的共同通讯作者之一，李真副教授也是论文的共同通讯作者之一。山东大学是该论文的第一完成单位。铂基底上微液滴中去除氘水原理示意图
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氘水（D2O）是水的一种同位素。它在化学、医学、生物以及核工业等领域都有广泛的应用。在这些领域的实际应用过程中，常常会生成氘水与普通水（H2O）的混合物质。这种情况对材料回收和环境保护提出了分离方面的需求。因为 D2O 与 H2O 在物理化学性质上极为相似，所以两者的分离一直处于面临挑战的状态。目前常用的分离方法有热扩散，有气相色谱，有低温蒸馏，有电催化，还有多孔材料吸附等。这些方法普遍存在着一些问题，比如设备较为复杂，效率比较低下，能耗比较高等。
该研究针对这一难题提出了一种创新策略，即通过固着微滴从 H2O/D2O 混合物中去除氘。研究表明，在含有一定浓度 H2O/D2O 的微滴里，氘的浓度会随时间逐渐降低，最终能让 D2O 浓度接近其天然丰度（0.015%）。这种效果在不同基底材料、不同微滴尺寸、不同氘水初始浓度以及不同环境湿度条件下都能够实现。理论模拟显示，氘的去除机制主要包含自然蒸发以及氢 - 氘交换这两个过程。在这些过程中，关键步骤出现在液滴、基底和空气三相界面处的 H - D 交换反应。实验进一步证实了铂作为已知的 H - D 交换催化剂，能够对 H₂O / D₂O 分离起到显著的促进作用。结果表明，这种方法能够达成高达 88800 的水分离因子，同时预估的能耗仅仅为 14 J/Kg，由此展现出了高效以及低能耗的优势。
此外，因为氘和氚（T）同位素具有相似性，所以该策略有希望拓展到核污染水中的氚去除方面。可以把氚水从液体微滴分离到气相，接着利用清洁且无能耗的光催化技术，将其分解为轻质的氚气并释放到外太空，这就为含氚核污水的处理提供了一条潜在的低能耗解决办法。这项研究不但为水同位素体的分离给出了新的思路，还为核污染治理开辟了新的可能性。
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上述工作获得了山东省自然科学基金的资助。
邓伟侨是国家杰出青年基金的获得者。
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