專利名稱：一種用螯合交換樹脂分離鋅同位素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于穩(wěn)定性同位素分離領(lǐng)域，具體涉及到一種用螯合交換樹脂進(jìn)行鋅同位
素分離的方法。
背景技術(shù)：
鋅在自然界中有五種穩(wěn)定同位素，其質(zhì)量數(shù)分別為64、66、67、68、70，對應(yīng)的自然
豐度分別為48. 6、27. 9、4. 1、18. 8、0. 62% 。其中質(zhì)量數(shù)為66、67、68、70的鋅同位素稱為重
鋅同位素。鋅的五個同位素由于其外部電子結(jié)構(gòu)分布相近，質(zhì)量差較小，鋅同位素之間可以
互相替代而不影響其所構(gòu)成的原來物質(zhì)的性質(zhì)，故重鋅同位素可以作為核素示蹤技術(shù)應(yīng)用
中的示蹤原子廣泛應(yīng)用于物理化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、環(huán)境科學(xué)等諸多領(lǐng)域。 7°Zn是核電站冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中的一個重要核素。少量的鋅注入到沸水反應(yīng)堆核
電站(BWR)冷卻水循環(huán)體系中能有效降低金屬管道內(nèi)的放射性。由于核電站冷卻水循環(huán)
體系中具有很強(qiáng)的放射性，而普通鋅中的64Zn經(jīng)輻照后能轉(zhuǎn)變成帶有放射性的65Zn(T1/2 =
241.3d)，利用普通的鋅會在冷卻水體系中重新引入新的放射源，使鋅作為核電站冷卻水添
加劑降低放射性的效果明顯下降，因此需要制備重鋅同位素并將重鋅同位素作為核電站冷
卻水的添加劑將是唯一選擇。 目前只采用氣體離心法進(jìn)行穩(wěn)定性鋅同位素的分離。此方法雖已達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn) 規(guī)模，但運(yùn)行成本很高，分離效率低下，而且受到鋅鹽類型的限制。隨著穩(wěn)定性鋅同位素應(yīng) 用領(lǐng)域的擴(kuò)展，此方法極大地限制了鋅同位素需求量日益增加的需要。因此，有必要研究開 發(fā)新的鋅同位素分離方法，以滿足社會需求量，提高分離效率，減少輔助設(shè)備，降低運(yùn)行成 本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用螯合交換樹脂作為分離載體，具有較高分離效率， 且分離設(shè)備簡單，運(yùn)行成本經(jīng)濟(jì)的鋅同位素的分離方法。 本發(fā)明的用螯合交換樹脂分離鋅同位素的方法，是以螯合交換樹脂為分離載體， 利用不同鋅同位素在螯合交換樹脂上吸附性能差異的原理進(jìn)行鋅同位素的分離。其分離包 括以下步驟 1)常溫下先用飽和食鹽水浸泡螯合交換樹脂，再用10倍樹脂體積的2. Omol/L HC1溶液浸泡10-12小時，濕法裝柱； 2)用強(qiáng)酸溶液配制0. 1-0. 5mol/L鋅鹽溶液，其中強(qiáng)酸濃度為0. 01mol/L，將該溶 液吸附到螯合交換樹脂上，使吸附帶長度為40cm ; 3)用0. 1-0. 5mol/L、pH值為7. 0_7. 5的絡(luò)合劑作為淋洗劑進(jìn)行柱色譜操作，控制 淋洗速度為5. 8-6. 2cmVh，柱色譜遷移長度為5米；
4)柱色譜操作結(jié)束后收集鋅離子流出液； 5)分別用原子吸收分光光度計和等離子體質(zhì)譜儀檢測流出液中鋅離子的濃度以及同位素豐度，計算68Zn/64Zn的分離系數(shù)。 本發(fā)明中，所說的螯合交換樹脂為大孔亞胺二乙酸基螯合交換樹脂。本發(fā)明中，所說的鋅鹽為ZnCl2、 ZnS04或Zn(N03)2。所說的強(qiáng)酸為鹽酸、硫酸或硝酸。 所說的絡(luò)合劑是乙二胺四乙酸、檸檬酸、蘋果酸或草酸。
本發(fā)明的原理如下 由于自然豐度的鋅具有五個不同質(zhì)量的同位素原子，在溶液狀態(tài)時當(dāng)不同的鋅同 位素和絡(luò)合劑發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)時，鋅離子絡(luò)合物的直徑具有一定差異。螯合交換樹脂是一種 具有較大吸附容量的樹脂，樹脂骨架上的官能團(tuán)能與溶液中的鋅離子發(fā)生螯合交換反應(yīng)。 在柱色譜法操作中，隨著淋洗劑的持續(xù)淋洗，鋅離子在螯合交換樹脂上重復(fù)進(jìn)行吸附解析 的動力學(xué)過程，由于不同鋅同位素在螯合交換樹脂上的動力學(xué)過程存在區(qū)別，從而導(dǎo)致鋅 同位素的分離。實驗證明具有較大直徑的鋅同位素離子具有較快的吸附解析速度，優(yōu)先被 富集到鋅離子吸附帶的前端溶液中，通過收集流出液前端的餾分實現(xiàn)重鋅同位素的分離。
本發(fā)明的有益效果在于利用本發(fā)明所提供的分離方法，具有較高的分離系數(shù)，裝 置規(guī)模小，輔助設(shè)備少，運(yùn)行成本低。本發(fā)明提供的方法和氣體離心分離法相比，不受鋅鹽
種類的限制，所使用的裝置簡單，操作安全，能適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，具有很好的應(yīng)用前
旦 豕。
具體實施例方式以下實施例將有助于理解本發(fā)明，但不限于本發(fā)明的內(nèi)容。
實施例1 在常溫下先用飽和食鹽水浸泡螯合交換樹脂，2小時后傾去上層食鹽水，再用10 倍樹脂體積的2. 0mol/L HC1溶液浸泡10小時后濕法裝柱；用蒸餾水洗滌，直至流出液呈中 性為止。用0. 01mol/L鹽酸配制氯化鋅溶液，使鋅離子濃度為0. 2mol/L，吸附上柱，使鋅離 子在樹脂相上的吸附帶長度為40cm。用pH = 7. 3的乙二胺四乙酸溶液作為淋洗劑在控制淋 洗速度為5. 8cmVh的條件下進(jìn)行柱色譜實驗，使鋅吸附帶遷移長度為5米。當(dāng)鋅離子吸附 帶前端抵達(dá)柱子底端時，用自動收集器收集鋅離子流出液，使每份流出液的體積為1.0ml。 分別用原子吸收分光光度計和等離子體質(zhì)譜儀分析流出液中鋅離子的濃度以及同位素豐 度，計算得到68Zn/64Zn的分離系數(shù)為7. 2X 10—4。
實施例2 在常溫下先用飽和食鹽水浸泡螯合交換樹脂，2. 5小時后傾去上層食鹽水，再用 10倍樹脂體積的2.0mol/L HC1溶液浸泡10小時后濕法裝柱；用蒸餾水洗滌，直至流出液呈 中性為止。用0. 01mol/L硫酸配制硫酸鋅溶液，使鋅離子濃度為0. lmol/L，吸附上柱，使鋅 離子在樹脂相上的吸附帶長度為40cm。用pH = 7. 2的檸檬酸溶液作為淋洗劑在控制淋洗 速度為6. OcmVh的條件下進(jìn)行柱色譜實驗，使鋅吸附帶遷移長度為5米。當(dāng)鋅離子吸附帶 前端抵達(dá)柱子底端時，用自動收集器收集鋅離子流出液，使每份流出液的體積為l.Oml。分 別用原子吸收分光光度計和等離子體質(zhì)譜儀分析流出液中鋅離子的濃度以及同位素豐度， 計算得到68Zn/64Zn的分離系數(shù)為5. 5X 10—4。
實施例3
在常溫下先用飽和食鹽水浸泡螯合交換樹脂，4小時后傾去上層食鹽水，再用10 倍樹脂體積的2. 0mol/L HC1溶液浸泡12小時后濕法裝柱；用蒸餾水洗滌，直至流出液呈中 性為止。用0. Olmol/L硝酸配制硝酸鋅溶液，使鋅離子濃度為0. lmol/L，吸附上柱，使鋅離 子在樹脂相上的吸附帶長度為40cm。用pH = 7. 0的蘋果酸溶液作為淋洗劑在控制淋洗速 度為6. 2cmVh的條件下進(jìn)行柱色譜實驗，使鋅吸附帶遷移長度為5米。當(dāng)鋅離子吸附帶前 端抵達(dá)柱子底端時，用自動收集器收集鋅離子流出液，使每份流出液的體積為l.Oml。分別 用原子吸收分光光度計和等離子體質(zhì)譜儀分析流出液中鋅離子的濃度以及同位素豐度，計 算得到68Zn/64Zn的分離系數(shù)為6. 2X 10—4。
實施例4 在常溫下先用飽和食鹽水浸泡螯合交換樹脂，2小時后傾去上層食鹽水，再用10 倍樹脂體積的2. 0mol/L HC1溶液浸泡10小時后濕法裝柱；用蒸餾水洗滌，直至流出液呈中 性為止。用0. Olmol/L鹽酸配制氯化鋅溶液，使鋅離子濃度為0. 2mol/L，吸附上柱，使鋅離 子在樹脂相上的吸附帶長度為40cm。用pH = 7. 0的草酸溶液作為淋洗劑在控制淋洗速度 為6. OcmVh的條件下進(jìn)行柱色譜實驗，使鋅吸附帶遷移長度為5米。當(dāng)鋅離子吸附帶前端 抵達(dá)柱子底端時，用自動收集器收集鋅離子流出液，使每份流出液的體積為l.Oml。分別用 原子吸收分光光度計和等離子體質(zhì)譜儀分析流出液中鋅離子的濃度以及同位素豐度，計算 得到68Zn/64Zn的分離系數(shù)為6. OX 10—4。
權(quán)利要求
一種用螯合交換樹脂分離鋅同位素的方法，其特征是包括以下步驟1)常溫下先用飽和食鹽水浸泡螯合交換樹脂，再用10倍樹脂體積的2.(mol/L HCl溶液浸泡10-12小時，濕法裝柱；2)用強(qiáng)酸溶液配制0.1-0.5mol/L鋅鹽溶液，其中強(qiáng)酸濃度為0.01mol/L，將該溶液吸附到螯合交換樹脂上，使吸附帶長度為40cm；3)用0.1-0.5mol/L、pH值為7.0-7.5的絡(luò)合劑作為淋洗劑進(jìn)行柱色譜操作，控制淋洗速度為5.8-6.2cm3/h，柱色譜遷移長度為5米；4)柱色譜操作結(jié)束后收集鋅離子流出液；5)分別用原子吸收分光光度計和等離子體質(zhì)譜儀檢測流出液中鋅離子的濃度以及同位素豐度，計算68Zn/64Zn的分離系數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用螯合交換樹脂分離鋅同位素的方法，其特征是所說的螯合 交換樹脂為大孔亞胺二乙酸基螯合交換樹脂。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用螯合交換樹脂分離鋅同位素的方法，其特征是所說的鋅鹽 為ZnCl2 、 ZnS04或Zn (N03) 2 。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用螯合交換樹脂分離鋅同位素的方法，其特征是所說的強(qiáng)酸 為鹽酸、硫酸或硝酸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用螯合交換樹脂分離鋅同位素的方法，其特征是所說的絡(luò)合 劑是乙二胺四乙酸、檸檬酸、蘋果酸或草酸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用螯合交換樹脂分離鋅同位素的方法，包括用螯合交換樹脂作為柱填充物，用強(qiáng)酸配制鋅鹽溶液使鋅在該樹脂相上吸附，用絡(luò)合劑淋洗進(jìn)行柱色譜操作，利用不同鋅同位素在該樹脂相上吸附解析性能的差異進(jìn)行鋅同位素的分離。本發(fā)明以螯合交換樹脂作為分離鋅同位素的載體，并以常規(guī)鋅鹽為原料，來源方便，價格便宜，生產(chǎn)輔助設(shè)備少，系統(tǒng)裝置簡單，操作安全。
文檔編號B01D59/00GK101732993SQ20101010619
公開日2010年6月16日 申請日期2010年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月2日
發(fā)明者丁興成 申請人:浙江大學(xué)