实验设置简单俄新技术能低成本获取氙气

2021-03-19 09:21:13 来源：科技日报

俄罗斯门捷列夫化工大学和下诺夫哥罗德州立技术大学的科研人员提出了一种从天然气中提取氙气的方法，从而大大降低了氙气的生产成本。该项科研成果近日发表在《天然气科学与工程》杂志上。

世界氙气的消费量每年以15%到20%的速度增长。氙气广泛运用于激光、电子、照明、太空、核能和其他高科技领域。氙是从空气中提取的，但其中的含量少得可怜：1立方米的空气仅含0.08毫升的氙。借助于低温精馏的工业技术可获得纯度为99.9995%的氙气，每升成本高达1150卢布。为此，俄科研人员提出了一种利用天然气生产氙气的技术。天然气中氙的体积比为0.15vol%，约为空气中氙体积比的4倍左右。

世界上已有多项从天然气中提取氙的技术专利，但由于是多阶段工艺、且设备复杂以及最终产品中氙的浓度低，这些技术方法尚未在工业上得到应用。俄罗斯科研人员提出了一种基于气体水合物的更有效获取氙的方法。气体水合物是一种由水和气分子构成的固态晶体化合物，它们是在高压条件下形成的，并且能在超过冰点的温度下存在。

论文作者之一、门捷列夫化工大学聚合材料和技术实验室主任伊利亚·沃罗滕采夫称，天然气的不同成分在结晶水合物中具有不同的解离压力，因此，通过调节压力和温度，有可能逐渐从这些晶体中释放出不同的气体。基于结晶水合物的这种特性，科研人员从模拟天然气的混合气体模型中提取了93.05%的氙气。

在–1摄氏度到1摄氏度的温度下，科研人员对甲烷、二氧化碳和氙气的混合气体模型进行了实验。研究人员测试了不同的模式，结果发现，在4.17升的反应器中进行的持续膜—气水合物结晶效果最好，而反应器用半透膜隔为高压和低压两部分，在高压部分放入气体和水，使之结合成水合物，之后逐步改变温度和压力，并从水合物中通过膜逐渐将二氧化碳和甲烷释放到低压部分，让氙和水留在水合物中。最后，打碎气体结晶物，再次改变温压条件，使水留在底部，氙则浓缩在水面之上。

新的氙气提取方法的优点是能耗低、实验设置简单、可扩展性强、气体分离效率高以及无需破坏性试剂，从而大大降低氙气的生产成本。(记者董映璧)

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