俄羅斯門捷列夫化工大學(xué)和下諾夫哥羅德州立技術(shù)大學(xué)的科研人員提出了一種從天然氣中提取氙氣的方法，從而大大降低了氙氣的生產(chǎn)成本。該項(xiàng)科研成果近日發(fā)表在《天然氣科學(xué)與工程》雜志上。
世界氙氣的消費(fèi)量每年以15%到20%的速度增長。氙氣廣泛運(yùn)用于激光、電子、照明、太空、核能和其他高科技領(lǐng)域。氙是從空氣中提取的，但其中的含量少得可憐：1立方米的空氣僅含0.08毫升的氙。借助于低溫精餾的工業(yè)技術(shù)可獲得純度為99.9995%的氙氣，每升成本高達(dá)1150盧布。為此，俄科研人員提出了一種利用天然氣生產(chǎn)氙氣的技術(shù)。天然氣中氙的體積比為0.15vol%，約為空氣中氙體積比的4倍左右。
世界上已有多項(xiàng)從天然氣中提取氙的技術(shù)專利，但由于是多階段工藝、且設(shè)備復(fù)雜以及最終產(chǎn)品中氙的濃度低，這些技術(shù)方法尚未在工業(yè)上得到應(yīng)用。俄羅斯科研人員提出了一種基于氣體水合物的更有效獲取氙的方法。氣體水合物是一種由水和氣分子構(gòu)成的固態(tài)晶體化合物，它們是在高壓條件下形成的，并且能在超過冰點(diǎn)的溫度下存在。
論文作者之一、門捷列夫化工大學(xué)聚合材料和技術(shù)實(shí)驗(yàn)室主任伊利亞·沃羅滕采夫稱，天然氣的不同成分在結(jié)晶水合物中具有不同的解離壓力，因此，通過調(diào)節(jié)壓力和溫度，有可能逐漸從這些晶體中釋放出不同的氣體。基于結(jié)晶水合物的這種特性，科研人員從模擬天然氣的混合氣體模型中提取了93.05%的氙氣。
在–1攝氏度到1攝氏度的溫度下，科研人員對甲烷、二氧化碳和氙氣的混合氣體模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。研究人員測試了不同的模式，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在4.17升的反應(yīng)器中進(jìn)行的持續(xù)膜—氣水合物結(jié)晶效果最好，而反應(yīng)器用半透膜隔為高壓和低壓兩部分，在高壓部分放入氣體和水，使之結(jié)合成水合物，之后逐步改變溫度和壓力，并從水合物中通過膜逐漸將二氧化碳和甲烷釋放到低壓部分，讓氙和水留在水合物中。最后，打碎氣體結(jié)晶物，再次改變溫壓條件，使水留在底部，氙則濃縮在水面之上。
新的氙氣提取方法的優(yōu)點(diǎn)是能耗低、實(shí)驗(yàn)設(shè)置簡單、可擴(kuò)展性強(qiáng)、氣體分離效率高以及無需破壞性試劑，從而大大降低氙氣的生產(chǎn)成本。(記者董映璧)
關(guān)鍵詞： 低成本獲取氙氣
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