在国内，已经开发出一种能够在核电站（以下简称核电）中利用催化剂去除氚的技术。
氚是在运行重水堆核电站时产生的典型放射性物质，去年日本将福岛核电站污染水排放入海时，这一名词才被大众广泛知晓。
氚可能对海洋生态系统和环境造成不良影响，因此需要配套的去除装置。而此次研究团队开发的技术，具有利用催化剂大幅去除氚的意义。
以铬为基础的金属有机骨架（MOF）的疏水性改性及 MOF-高分子复合结构催化剂的制备过程。研究团队开发的催化剂可阻止因与水直接接触导致的催化剂失活，并在分子层面控制水分的进出。KAIST 提供
View original image韩国科学技术院（KAIST）27日表示，生物化学工程系 Ko Dongyeon 教授研究团队与韩国原子能研究院 Park Chanwoo 博士研究团队开展联合研究，开发出一种用于去除核电废水中所含氚工艺所必需的新结构“双重功能（可阻隔液态水而允许气态水蒸气通过）疏水性催化剂”。
联合研究团队开发的催化剂在特定反应条件下表现出最高76.3%的反应效率。尤其是首次具体确认了此前尚未阐明的、数百ppm水平低浓度同位素的催化作用。
此前，氚的去除主要采用液相催化交换工艺。
但在这一工艺中会发生氢—水同位素交换反应，而催化剂中主要使用的铂虽然反应性高，却存在成本昂贵的缺点。
因此，如何将少量铂均匀分散，并引入具有排斥水性质的疏水性物质，使催化剂在水分环境下被激活，成为工艺的关键。
为克服既有工艺的这些问题，联合研究团队开发出“金属有机骨架与多孔高分子复合体形式的新结构氚去除催化剂”。
其结构是在金属有机骨架上均匀分布平均直径约2.5纳米（nm）的铂颗粒，并通过化学改性赋予其疏水性。
该技术通过在分子尺度上调控疏水性，一方面防止催化剂因水分而失活，另一方面又使反应所需量的水分子能够轻松接近催化剂。
（从左起）Heo Huilyeong KAIST博士研究生、Ko Dongyeon KAIST教授、Park Chanwoo 韩国原子能研究院博士、So Jungseop 韩国原子能研究院博士。KAIST提供
View original image联合研究团队确认，所开发的催化剂即便在与核电运行条件相似的、同位素含量极低的条件下，仍在氚去除反应中表现出卓越活性。此外，在连续运行4周的情况下，仍保持在一定水平以上的性能，从而成功证明了其耐久性。
进一步地，联合研究团队通过原位漫反射红外光谱分析，观测到微观分子尺度下水分子的实时运动。由此证明，该催化剂在抑制水分导致的催化失活的同时，仍可使水分子持续接近催化活性位点并发生反应。
所谓原位漫反射红外光谱技术，是指通过实时分析光在物质上的反射信息，从而掌握目标物质成分变化的一种技术。
此次研究通过对相对简单的金属有机骨架材料进行疏水性调控，提高了对催化失活主要原因——水分的耐受性，并提出了一种可用于氚去除反应的新结构催化剂，具有重要意义。
Ko KAIST 教授表示：“联合研究团队开发的催化剂，不仅可用于处理含氚废液，今后还可望作为半导体用氘原料生产、核聚变燃料循环技术等技术中必不可少的氢同位素分离核心材料加以应用。”
另一方面，本研究在韩国研究财团“核电站退役安全性强化融合核心技术开发项目”的支持下开展。论文第一作者为 KAIST 生物化学工程系 Heo Heeryeong 博士课程学生，研究成果已于7月31日发表在环境领域国际学术期刊《Energy & Environmental Materials》上。
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