俄羅斯門捷列夫化工大學和下諾夫哥羅德州立技術大學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成本。該項科研成果近日發(fā)表在《天然氣科學與工程》雜志上。
世界氙氣的消費量每年以15%到20％的速度增長。氙氣廣泛運用于激光、電子、照明、太空、核能和其他高科技領域。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)技術可獲得純度為99.9995％的氙氣，每升成本高達1150盧布。為此，俄科研人員提出了一種利用天然氣生產氙氣的技術。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。
世界上已有多項從天然氣中提取氙的技術專利，但由于是多階段工藝、且設備復雜以及最終產品中氙的濃度低，這些技術方法尚未在工業(yè)上得到應用。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，并且能在超過冰點的溫度下存在。
論文作者之一、門捷列夫化工大學聚合材料和技術實驗室主任伊利亞·沃羅滕采夫稱，天然氣的不同成分在結晶水合物中具有不同的解離壓力，因此，通過調節(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行了實驗。研究人員測試了不同的模式，結果發(fā)現，在4.17升的反應器中進行的持續(xù)膜—氣水合物結晶效果最好，而反應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)點是能耗低、實驗設置簡單、可擴展性強、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成本。
