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以正辛烷為介質(zhì)離心分離碳同位素的方法

文檔序號(hào):4982664閱讀:445來源:國知局

專利名稱::以正辛烷為介質(zhì)離心分離碳同位素的方法
技術(shù)領(lǐng)域
:本發(fā)明屬于同位素分離生產(chǎn)
技術(shù)領(lǐng)域
。技術(shù)背景隨著科技的發(fā)展,碳同位素得到了越來越多的應(yīng)用,uc作為示蹤原子已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、藥理學(xué)、生物化學(xué)和生命科學(xué)等領(lǐng)域。目前,國際上豐度為99%的13<:年產(chǎn)量約幾百公斤,國際市場(chǎng)出售的"c標(biāo)記的化合物有上千種,13<:的應(yīng)用前景非常廣闊。此外,高豐度的12。合成的金剛石由于比天然產(chǎn)品更好的物理性質(zhì)也受到關(guān)注。從調(diào)研的情況來看,目前生產(chǎn)碳同位素的主要方法為低溫精餾法、化學(xué)交換法和熱擴(kuò)散法等,分離介質(zhì)主要為CO、C02等小分子量的氣體。美國進(jìn)行大量碳同位素生產(chǎn)主要采用一氧化碳的低溫精餾法,產(chǎn)量已有數(shù)百公斤。目前,離心分離技術(shù)已經(jīng)用于核燃料的生產(chǎn),具有很好的經(jīng)濟(jì)性。離心分離的分離系數(shù)主要取決于分離介質(zhì)中不同質(zhì)量數(shù)分子的絕對(duì)質(zhì)量差,對(duì)工作介質(zhì)的要求是質(zhì)量數(shù)要足夠大,這樣才能有較高的分離效率,還要求工作介質(zhì)在常溫下要保持化學(xué)穩(wěn)定,具有一定的飽和蒸汽壓。此外,分離介質(zhì)中的不同質(zhì)量數(shù)的分子組成還要方便進(jìn)行目標(biāo)同位素的分離。由于碳元素的原子量只有12,按照傳統(tǒng)的觀念,化學(xué)交換法、精餾法等有較好的經(jīng)濟(jì)性,采用離心法進(jìn)行碳同位素的生產(chǎn)具有技術(shù)上的難題,找到合適的分離介質(zhì)是實(shí)現(xiàn)離心分離碳同位素的關(guān)鍵。本發(fā)明通過研究選擇正辛垸作為離心分離介質(zhì),有效解決了離心法分離碳同位素的技術(shù)難題,具有潛在的應(yīng)用生產(chǎn)前景。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明采用同位素離心分離技術(shù),主要選擇以正辛烷為工作介質(zhì)進(jìn)行碳同位素分離,采用氣體質(zhì)譜同位素分析方法進(jìn)行正辛垸中不同質(zhì)量數(shù)組分的相對(duì)百分比的分析測(cè)量,計(jì)算得到碳同位素的相對(duì)豐度,可以實(shí)現(xiàn)離心法碳同位素的生產(chǎn)。本發(fā)明的特征在于,依次含有以下步驟步驟(1)選擇天然正辛烷作為常溫下離心分離碳同位素的分離介質(zhì);步驟(2)用氣體質(zhì)譜分析步驟(1)所述正辛垸中不同質(zhì)量數(shù)分子的相對(duì)百分比,在質(zhì)譜分析中選擇測(cè)量相對(duì)百分比的離子時(shí),選擇去掉一個(gè)氫原子的一價(jià)正離子作為測(cè)量相對(duì)含量的離子,其質(zhì)量數(shù)的范圍是113至121,以滿足離心分離正辛烷對(duì)不同質(zhì)量數(shù)組分相對(duì)百分比的分析要求;步驟(3)用離心機(jī)單機(jī)分離正辛垸實(shí)驗(yàn),得到正辛垸中質(zhì)量數(shù)分別為114、115、116的三種組分的變化情況。在所述步驟(3)中還包含用大量離心機(jī)組成的級(jí)聯(lián),將輕餾分中質(zhì)量數(shù)為114的組分濃縮到99%,得到豐度大于99.8%的12C。將重餾分中質(zhì)量數(shù)為115的組分濃縮到90%,得到豐度約12%的13C。本發(fā)明提出的碳同位素離心分離生產(chǎn)方法,具有如下優(yōu)點(diǎn)1.由于正辛垸是石油化工的重要產(chǎn)品,是汽油的主要成分,產(chǎn)量巨大,相對(duì)于其它同位素的分離原料成本低廉,再加上經(jīng)過分離的輕餾分可以作為普通的正辛垸使用,因此采用正辛垸分離碳同位素的生產(chǎn)原料成本很低;2.雖然正辛烷中分子個(gè)數(shù)很多,但通過表-3的分析,采用氣體質(zhì)譜法可以很方便地得到正辛烷中不同分子量的組分百分比,并由此得到13C的豐度;3.正辛垸中有效元素碳的百分比非常高,大于80%,有利于提高碳同位素的分離效率,降低生產(chǎn)成本;4.本發(fā)明可以進(jìn)行高豐度的UC和豐度約12%的13C同位素的生產(chǎn)。隨著科技的不斷進(jìn)步,碳同位素的應(yīng)用越來越廣,將推進(jìn)本發(fā)明的應(yīng)用和推廣。具體實(shí)施方式本發(fā)明首次提出了采用正辛烷為工作介質(zhì),采用離心法進(jìn)行碳同位素的生產(chǎn)。本發(fā)明通過實(shí)驗(yàn)研究實(shí)現(xiàn)了正辛垸的質(zhì)譜分析,在此基礎(chǔ)上,通過單機(jī)分離實(shí)驗(yàn),掌握了離心分離正辛烷的規(guī)律,證實(shí)了采用離心法生產(chǎn)正辛垸的可行性。其核心技術(shù)及具體實(shí)施內(nèi)容如下1.分離介質(zhì)選擇正辛垸的物理化學(xué)性質(zhì)分子式為C8H18;CH3(CH2)6CH3,無色透明液體,平均分子量為114.22,19.2。C時(shí)的飽和蒸汽壓為1.33kPa,閃點(diǎn)為12°C,熔點(diǎn)為-56.5°C,沸點(diǎn)為125.8°C。正辛垸不溶于水,溶于乙醇、乙醚、苯、丙酮等多數(shù)有機(jī)溶劑。相對(duì)密度(水=1)0.70;相對(duì)密度(空氣=1)3.86,具有化學(xué)穩(wěn)定性。主要用作溶劑及色譜分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),也用于有機(jī)合成??梢?,正辛垸在常溫下的飽和蒸汽壓大于1.33kPa,可以作為離心分離的介質(zhì)。天然的正辛烷(CsH,8)由碳和氫元素組成,氫元素中氘含量很小,可以忽略,可以將天然氫元素看作單一同位素的元素。表一1碳元素的天然同位素分布同位素12c13C豐度(%)98.901,10'4C由于天然含量微小,這里沒有考慮。利用天然碳元素的同位素豐度分布,采用排列組合的計(jì)算方法,可以得到表-2所示的一系列結(jié)果。表一2天然正辛烷(CsH,8)中不同質(zhì)量數(shù)分子的分布及其所占的百分比<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>從表-2可以看出,天然正辛垸中有九種質(zhì)量數(shù)的分子,分子量從114—122,全部由12C組成的質(zhì)量數(shù)為114的正辛烷占91.5%,含有1個(gè)13C質(zhì)量數(shù)為115的正辛烷的約占為8.14%,含有4個(gè)13C原子的正辛垸的含量約為百萬分之一。經(jīng)過離心分離可以在重餾分端得到濃縮的"C。C7H^及分子量更大的組分。由正辛烷的分子構(gòu)成可知,任意一個(gè)分子量大于等于115的正辛烷分子都至少包含一個(gè)。C原子。因此在理想情況下,如果重餾分中完全沒有12C8H1S組分,即重餾分僅由13C12C7H18、13C212C6H18........13C8H18等八種組分構(gòu)成,則重餾分中13C的豐度要大于12%??紤]離心分離的經(jīng)濟(jì)性,將重餾分中分子量為115的13。120;71118濃縮到90%,貝U12(:81118將在10%以下,此時(shí)"c的豐度仍將大于ii%。對(duì)于離心分離來說,將天然正辛垸中質(zhì)量數(shù)為114的最輕的組分貧化到10%以下是比較容易做到的。2.氣體質(zhì)譜法分析正辛烷中不同分子量組分的相對(duì)百分比用氣體質(zhì)譜法可以分析正辛垸(<:81118),對(duì)于質(zhì)量數(shù)范圍大于130的氣體質(zhì)譜就可以用于正辛烷中不同質(zhì)量數(shù)分子的相對(duì)百分比的分析。在分析正辛垸(C8H18)時(shí),在質(zhì)譜分析中選擇測(cè)量相對(duì)百分比的離子時(shí),我們選擇去掉一個(gè)氫原子的一價(jià)正離子作為測(cè)量相對(duì)含量的離子,其質(zhì)量數(shù)的范圍是113—121,經(jīng)過天然樣品的實(shí)際分析,證明該方法是可行的,見表-3。表一3理論計(jì)算值和質(zhì)譜分析天然正辛烷(C8H1S)的結(jié)果對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>從上表還可以看出,以天然正辛垸為樣品,采用氣體質(zhì)譜法分析得到的實(shí)際測(cè)量值和理論計(jì)算值基本一致,分析精度可以滿足離心分離正辛烷對(duì)不同質(zhì)量數(shù)分子相對(duì)百分比的要求。3.采用離心法分離正辛烷離心法一次單機(jī)分離前后正辛垸中不同質(zhì)量數(shù)分子的相對(duì)百分比分布情況見表-4。表一4一次單機(jī)分離正辛烷中不同質(zhì)量數(shù)組分的分布情況<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>需要說明的是,正辛垸中分子量大于116的組分由于天然含量太低,在進(jìn)行質(zhì)譜分析時(shí)檢測(cè)不到,在此略去。因此,表-4質(zhì)譜分析數(shù)據(jù)只列出了114,115,116三種組分的變化情況,分離數(shù)據(jù)表明以正辛垸為介質(zhì)可以有效的進(jìn)行離心分離,證明離心法分離正辛烷的可行性。由于離心法單個(gè)設(shè)備分離能力有限,進(jìn)行生產(chǎn)需要將大量單機(jī)連接成級(jí)聯(lián)進(jìn)行分離,這已經(jīng)是成熟的技術(shù),設(shè)計(jì)建造合理的離心級(jí)聯(lián)就可以有效地進(jìn)行碳同位素的生產(chǎn)。只要在輕餾分中將質(zhì)量數(shù)為114的組分濃縮到99%,就可以得到豐度大于99.8%的12C。在重餾分中將質(zhì)量數(shù)為115的組分濃縮到90%,就可以得到豐度約12%的13C。權(quán)利要求1.以正辛烷為介質(zhì)離心分離碳同位素的方法,其特征在于,所述方法依次含有以下步驟步驟(1)選擇天然正辛烷作為常溫下離心分離碳同位素的分離介質(zhì);步驟(2)用氣體質(zhì)譜分析步驟(1)所述正辛烷中不同質(zhì)量數(shù)分子的相對(duì)百分比,在質(zhì)譜分析中選擇測(cè)量相對(duì)百分比的離子時(shí),選擇去掉一個(gè)氫原子的一價(jià)正離子作為測(cè)量相對(duì)含量的離子,其質(zhì)量數(shù)的范圍是113至121,以滿足離心分離正辛烷對(duì)不同質(zhì)量數(shù)組分相對(duì)百分比的分析要求;步驟(3)用離心機(jī)單機(jī)分離正辛烷實(shí)驗(yàn),得到正辛烷中質(zhì)量數(shù)分別為114、115、116的三種組分的變化情況。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的以正辛烷為介質(zhì)離心分離碳同位素的方法,其特征在于,在所述步驟(3)中還包含用大量離心機(jī)組成的級(jí)聯(lián),將輕餾分中質(zhì)量數(shù)為114的組分一直濃縮到99%為止,將重餾分中質(zhì)量數(shù)為115的組分一直濃縮到90%為止。全文摘要以正辛烷為介質(zhì)離心分離碳同位素的方法屬于同位素分離
技術(shù)領(lǐng)域
,其特征在于,以正辛烷代替CO、CO<sub>2</sub>等小分子量的氣體作為分離介質(zhì);在用氣體質(zhì)譜法分析正辛烷時(shí)選擇測(cè)量相對(duì)百分比的離子時(shí),選擇去掉一個(gè)氫原子的一價(jià)正離子作為測(cè)量相對(duì)含量的離子,其質(zhì)量數(shù)的范圍是113-121;經(jīng)過單機(jī)分離正辛烷后得到正辛烷中質(zhì)量數(shù)分別為114、115、116的三種組分的變化情況;采用大量離心機(jī)組成的級(jí)聯(lián),在輕餾分中將質(zhì)量數(shù)為114的組分濃縮到99%,得到豐度大于99.8%的<sup>12</sup>C。在重餾分中將質(zhì)量數(shù)為115的組分濃縮到90%,得到豐度約12%的<sup>13</sup>C。文檔編號(hào)B01D59/00GK101244366SQ20081010207公開日2008年8月20日申請(qǐng)日期2008年3月17日優(yōu)先權(quán)日2008年3月17日發(fā)明者周明勝,殷憶濤,宇高申請(qǐng)人:清華大學(xué)
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  • 訪客 來自[中國] 2024年04月07日 13:19
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