目前，核电正常运行过程产生的含氚废水没有有效技术进行净化。核事故产生的含氚核污染水的高效处理更是核污染控制领域长期存在的技术难题，也是影响核电可持续发展的瓶颈问题。水精馏法被认为是目前最为成熟的含氚废水处理技术之一。然而，由于水与氚之间的沸点差异极小，分离因子极低，因此通常需要显著增加分离级数才能实现有效分离。这导致水精馏氚处理技术的分离效率低、设备成本高、运行能耗大，从而难以实际应用用于含氚废水的净化处理。
针对这一问题，由王殳凹教授领衔的苏州大学放射化学研究团队基于前期在环境化学、分离化学、防护化学及同位素化学领域的系列研究基础，提出了催化质子交换(Catalytic Proton Exchange，CPE)-精馏新分离机制，将具有快速质子交换路径的晶态多孔材料MIL-101(Cr)与传统精馏填料耦合，构建了汽-液-固协同传质体系，突破了传统水精馏体系中 “汽-液”两相同位素交换的热力学限制，实现了水精馏分离效率的大幅提升，显著降低了水精馏氚分离技术的设备成本和运行能耗。实验数据显示：研发的填料理论塔板数达到35块/米，比同等条件下报道的最优填料提升94%，总分离因子提高2.56倍;当处理3.77×105 Bq/L含氚废水时，使用仅2.59米高的分离塔便可将氚化水浓度降至1500 Bq/L;在相同高度(10 米)下，新填料的总分离因子比已知最优填料高出四个数量级。该工作为未来工业级氚分离工艺的发展奠定了理论基础，并为同位素分离领域提供了具有良好应用前景的新技术方案。
图1. 新型催化质子交换-水精馏机理示意图
该工作由苏州大学联合中核核电运行管理公司、苏州思萃同位素研究所有限公司、南京理工大学、四川大学、日本C FORCE株式会社、南京大学、中核四0四、中广核工程有限公司、湘潭大学等单位研究人员共同完成。苏州大学放射医学与辐射防护国家重点实验室刘汉洲教授、博士生杨钱、博士生栾妮、副研究员陈黎熙、博士生张姝雅和代星副教授为该论文工作的共同第一作者，苏州大学王殳凹教授为通讯作者。该工作得到了国家自然基金委杰出青年基金延续资助项目、科技部重点研发计划国际合作项目、江苏省科技厅等项目的支持。
