氢同位素分离在核工业中主要应用于重水脱氚、重水升级等领域，而实现氢同位素分离最有效便捷的方法即为水/氢催化交换分离技术，其技术核心为具有优良性能的疏水催化剂[1][2]。目前应用最广的疏水催化剂包括为Pt/SDB及Pt/C/PTFE两种，其中Pt/SDB类催化剂直接由疏水性良好的SDB直接提供疏水环境，催化剂制备简便，然而其耐温性较差，且较难获得大粒径载体，限制了其应用领域；Pt/C/PTFE类催化剂将Pt粒子负载于活性炭后，再由PTFE乳液涂覆其上获得疏水性，其Pt粒子分散度通常较高，然而其制备工艺繁琐，部分活性位点将被PTFE遮盖，且同样耐温性差[3][4][5]。基于此，在疏水催化剂的研究中，具有耐受性优、可自由成型、催化剂制备工艺简单的疏水载体亟待研究。
陶瓷载体可满足上述需求，其耐受性优，可长期置于高温辐照环境中使用，故而可延长催化剂使用周期，疏水催化剂的应用领域亦可得以扩展，可使得分离效率更高的双温催化交换得以发展。此外，陶瓷载体成型方便，可制作成任意尺寸，满足不同处理能力的系统。基于此，目前已有众多以疏水陶瓷载体制备疏水催化剂的报道[6][7][8][9]——新型疏水陶瓷载体在制备时已被赋予良好的疏水性，无需后处理疏水化，催化剂制备流程简便，且已获得较优的催化活性。
新型陶瓷载体的制备以陶瓷粉为基础骨架材料，草木灰为造孔剂，两者与助剂混合后经高温煅烧即可获得具有三维多孔结构的载体。与有机类载体原料单一不同，陶瓷原料种类繁多，而何种陶瓷原料更易制得适用于水氢交换的催化剂载体目前尚未得以研究。
本研究采用了主要原料分别为ZrO2、SiO2及SiC制得的柱状多孔陶瓷载体(φ=5mm)，除此外，造孔剂及其它助剂的种类及用量均一致，采用此三种主要原料制备载体相对易成型且存在较优孔结构，是在前期载体制备研究中筛选而出。研究以氯铂酸为前驱体，通过浸渍及气相还原后获得疏水催化剂。采用SEM、压汞仪、XRD、化学吸附仪等对催化剂及载体进行表征，通过气液并流方式获得催化剂交换效率，以考查载体制备原料对催化剂性能的影响，用以确定最适宜制备疏水陶瓷载体的陶瓷原料。
2.实验部分
2.1.仪器与材料
氯铂酸，(Pt含量≥37wt%)，沈阳有色金属研究院；乙醇，分析纯，北京化工厂。
管式还原炉，型号1200C，天津市中环实验电炉有限公司；场发射扫描电镜，SUPERA55，德国蔡司；压汞仪，AutoporeIV9510，美国Micromeritic公司；X射线衍射仪，XRD-6000，日本岛津；化学吸附仪，2920，美国Micromeritic公司；密度计，DMA5000，奥地利Antonpaar公司；质谱仪，MAT253，美国Thermo公司；催化效率测试装置，自制。
2.2.催化剂制备
催化剂通过浸渍–气相还原法[10]制得，其前驱体为氯铂酸，浸渍溶剂为乙醇，还原气为H2，三种催化剂铂含量均为14.8g/L。
2.3.催化剂及载体表征
场发射扫描电镜测试载体孔结构表面形貌；压汞仪测试载体孔径、比表面积及孔隙率；X射线衍射仪测试催化剂及铂粒子衍射峰，其工作电压为40kv，工作电流为150mA，采用Cu靶，扫描测试范围为20~90，扫描速度6/min；化学吸附仪测试催化剂H2-TPR曲线，以Ar为预处理气，于400℃下预处理30min，还原气为10%H2-Ar复合气，气体流量均为20ml/min，测试升温速率为10℃/min，测试范围50℃~400℃；使用化学吸附仪采用CO脉冲吸附法获得铂粒子分散度(%)、铂金属比表面积(m2/g)及其粒径(nm)，预处理气为10%H2-Ar(50ml/min)，升温速率10℃/min，升温至400℃后保持30min；而后继续升温至450℃，使用He(50ml/min)吹扫30min；降至40℃使用5%CO-He作为吸附气，loop环容量0.5ml，CO与Pt化学计量数为1。其计算方法为[11]
式中VCO为CO吸附量，ml；W为催化剂质量，g；P为铂质量分数；MPt为相对原子质量，g/mol。
式中NO为阿伏伽德罗常数，σPt为Pt原子截面积，0.089nm2。
式中ρPt为铂密度，21.45g/cm3。
2.4.催化剂活性测试
式中，F为催化剂分离效率，yo，y，y∞则表示反应前，反应完成后以及反应达到平衡时气样中氘浓度。
Figure1.Schematicdiagramofmeasuringcatalyticactivity
3.结果与讨论
3.1.载体性能表征
Table1.Porestructureofcarriers
a.ZrO2；b.SiO2；c.SiC
Figure2.SEMimageofcarriers
3.2.铂粒子性能表征
Figure3.XRDcurveofcatalysts
Table2.PerformanceofPtparticle
Table3.Porestructure(impregnated)
Figure4.TPRcurvesofcatalysts
3.3.催化剂活性及稳定性研究
Figure5.Catalyticactivity
Figure6.Stabilityofcatalysts
4.小结
研究采用了三种多孔陶瓷载体，其分别以ZrO2、SiO2及SiC为主要原料，载体经浸渍–气相还原法制得催化剂。通过对载体孔结构、催化剂铂粒子性能、催化活性及稳定性进行表征，表明适宜的载体结构不仅有利于活性位点的附着提高催化活性，还有助于提高催化剂的稳定性。研究结果表明，以ZrO2为主要原料制备载体，更易获得适宜且稳定的孔结构，制得催化剂的活性及稳定性均较优，最易获得适用于水氢同位素交换分离的Pt/疏水陶瓷催化剂。