以硼特效樹脂為模擬移動床固定相分離硼同位素的方法
【專利摘要】本發明公開了一種以硼特效樹脂為模擬移動床色譜固定相分離硼同位素的方法，包括以下步驟：1）配制一定濃度的硼酸溶液及一定pH值的鹽酸溶液；2）過濾除雜：用濾膜過濾，除去上述各溶液中的雜質，超聲脫氣；3）模擬移動床分離：模擬移動床色譜柱中的填料為硼特效樹脂；將硼酸溶液作為進樣液連續加入模擬移動床色譜分離系統中，同時用鹽酸溶液洗脫，待模擬移動床系統達到平衡后，在模擬移動床的萃余口收集富集同位素10B的硼酸溶液，在萃取口收集富集同位素11B的硼酸溶液。該方法使用硼特效樹脂作為固定相，操作簡單，分離因子相對較高。
【專利說明】以硼特效樹脂為模擬移動床固定相分離硼同位素的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種分離硼同位素的方法，尤其涉及一種模擬移動床色譜分離硼同位素的方法。
【背景技術】
[0002]硼在自然界中存在兩種穩定的同位素，硼-10和硼-11，分別以元素符號kiB和11B表示。硼的兩種同位素(kiB和11B)的天然豐度分別為19.8%、80.2%。近年來，硼同位素的分離得到很快的發展，主要歸因于硼同位素對熱核捕獲截面的巨大差異的熱中子捕獲截面積遠大于11B和天然硼的。kiB的熱中子捕獲截面積是天然硼的5倍，是11B的77萬倍。因此，高豐度的kiB被廣泛應用于核工業和現代工業中，主要用作反應堆控制棒、熱中子屏蔽材料和熱中子計數管在醫學上也有重要應用，對于黑色素瘤和神經膠質瘤的治療效果很好。
[0003]目前分離硼同位素的方法主要有=BF3低溫蒸餾法、化學交換精餾法、激光光譜法以及離子交換色譜法。現在工業上主要采用的是化學交換精餾法，但它的缺點是能量消耗大、生產周期長、價格昂貴，而且由于使用三氟化硼配合物，防護要求高。BF3低溫蒸餾法能耗太高且成本巨大，前蘇聯曾使用過，現在已經淘汰。激光分離法對于裝置要求較高、生產效率較低且成本較高，因而該法在工業化生產中一直不能廣泛應用。而離子交換色譜法具有高效節能的特點，使用硼酸溶液，安全性高，是一種極具潛力的同位素分離方法。
[0004]現用于硼同位素分離的樹脂有強堿性陰離子交換樹脂、弱堿性陰離子交換樹脂以及硼特效樹脂。通常對于相同的樹脂型式，強堿性樹脂的分離因子值要比弱堿性樹脂的大。但強堿性樹脂法需要用酸作洗脫劑，還要耗費大量的再生劑，成本較高，在工業上應用受到限制。而弱堿性樹脂法以純水作為洗脫劑，樹脂可完全恢復到原來的狀態，操作較簡單，但分離因子較小。硼特效樹脂具有較大的分離因子，再生操作也相對容易，所以它有可能成為硼同位素分離的有效物質。
[0005]為了提高硼同位素的分離效率，專利號為CN102145256A的中國專利中公布了利用模擬移動床色譜分離硼同位素的方法，該專利所用樹脂為D301-G弱堿性陰離子交換樹月旨，可以得到kiB富集度為80%的固體硼酸。而對于使用硼特效樹脂做模擬移動床固定相來分離硼同位素的方法迄今仍未見公開報道。
【發明內容】
[0006]針對上述現有技術，本發明提供一種以硼特效樹脂為模擬移動床固定相分離硼同位素的方法，該方法以分離因子較高的IRA743樹脂為固定相，硼酸溶液為進料液，鹽酸溶液為洗脫劑，其操作簡單，分離因子相對較高。
[0007]為了解決上述技術問題，本發明以硼特效樹脂為模擬移動床固定相分離硼同位素的方法，包括以下步驟:
[0008]步驟一、配制硼酸溶液:[0009]將硼酸固體置于燒杯中，再加入去離子水，攪拌溶解，配制質量-體積濃度為3kg/m3?15kg/m3的硼酸溶液；配制pH值為I?7的鹽酸溶液；
[0010]步驟二、過濾除雜:
[0011]將步驟一配制的硼酸溶液和鹽酸溶液分別用濾膜過濾，除去溶液中的雜質，超聲脫氣10?15min,備用；
[0012]步驟三、模擬移動床分離:
[0013]模擬移動床的色譜柱分為I?IV個區，每個區由3?7支色譜柱組成，所述色譜柱中的填料為硼特效樹脂；將硼酸溶液作為模擬移動床的進樣液連續加入模擬移動床色譜分離系統中，同時用鹽酸溶液洗脫，設定模擬移動床分區流速為500?1000mL/min，端口切換時間為20?70min，運行溫度為10?40°C ;模擬移動床系統達到平衡狀態后，在模擬移動床的萃余口收集富集同位素kiB的硼酸溶液，在萃取口收集富集同位素11B的硼酸溶液。
[0014]進一步講，所述色譜柱的高徑比20:1?30:1。
[0015]所述硼特效樹脂為IRA743樹脂或CBR02樹脂。
[0016]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0017]本發明的硼同位素分離方法是一種連續分離硼同位素的方法，分離效率高；相比化學交換法，該方法能有效降低濃縮硼的生產成本；相比用弱堿性陰離子交換樹脂，硼特效樹脂的分離因子更大；在酸性條件下進行IRA743樹脂分離硼同位素的實驗研究，省去了IRA743樹脂的再生過程；分離得到kiB富集度可高達95.23%。
【具體實施方式】
[0018]下面結合【具體實施方式】對本發明作進一步詳細地描述。
[0019]本發明的設計思路是:以硼酸溶液為原料，以鹽酸為流動相，以硼特效樹脂為固定相，用模擬移動床色譜從硼酸中選擇性地分離出具有高熱中子吸收截面的同位素通過配制一定濃度的硼酸溶液，將硼酸溶液過濾除雜，得到模擬移動床的進樣液，然后模擬移動床上樣，在萃余口富集同位素kiB的濃縮硼酸。
[0020]本發明采用的模擬移動床由12?18支裝有調和粒度0.55?0.70mm的硼特效樹脂填料的色譜柱組成，硼特效樹脂為IRA743樹脂。色譜柱的高徑比20:1?30:1 ;色譜柱分為I?IV個區；每個區由3?7支色譜柱組成；各區流速為500?lOOOmL/min ;端口切換時間為20?70min ;運行溫度為10?40°C。
[0021]下面，結合實施例對本發明的方法作進一步描述:
[0022]實施例1
[0023]配制硼酸溶液:用電子天平秤取硼酸1.2kg置于燒杯中，再加入去離子水，攪拌溶解，配制成4kg/m3硼酸溶液；配制pH值為3的鹽酸溶液；
[0024]過濾除雜:將硼酸溶液和鹽酸溶液分別用0.45 μ m濾膜過濾，除去各溶液中的雜質，然后對抽濾后的溶液進行超聲脫氣，超聲脫氣時間均為15min，分別得到模擬移動床的進樣液和洗脫液。
[0025]模擬移動床分離:模擬移動床由12支色譜柱組成，分為4個區，每個區由3支色譜柱組成；色譜柱填料為調和粒度0.55?0.70mm的硼特效樹脂IRA743樹脂，色譜柱的高徑比20:1 ;模擬移動床運行溫度25°C。將進樣液(硼酸溶液)連續加入模擬移動床色譜分離系統中，同時用鹽酸溶液洗脫，設定模擬移動床進料液流率為300mL/min，洗脫液流率為300mL/min,萃取液流率為400mL/min,萃余液流率為200mL/min,端口切換時間為IOmin ;模擬移動床系統達到平衡狀態后，在模擬移動床的萃余口收集富集同位素kiB的硼酸溶液，在萃取口收集富集同位素11B的硼酸溶液，得到kiB富集度為71.55% (元素富集度檢測設備為X7型電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS))，收率為53.68%, 11B富集度為90.02%，收率為66.09%ο
[0026]實施例2
[0027]配制硼酸溶液:用電子天平秤取硼酸2.4kg置于燒杯中，再加入去離子水，攪拌溶解，配制成8kg/m3硼酸溶液；配制pH值為5的鹽酸溶液。
[0028]過濾除雜:將硼酸溶液和鹽酸分別用0.45 μ m濾膜過濾，除去溶液中的雜質，然后對抽濾后的溶液進行超聲脫氣，超聲脫氣時間均為15min，分別得到模擬移動床的進樣液和洗脫液。
[0029]模擬移動床分離:模擬移動床由24支色譜柱組成，分為4個區，每個區由6支色譜柱組成；色譜柱填料為調和粒度0.55?0.70mm的硼特效樹脂CBR02樹脂，色譜柱的高徑比25:1 ;模擬移動床運行溫度25°C。將進樣液連續加入模擬移動床色譜分離系統中，同時用鹽酸洗脫，設定模擬移動床進料液流率為800mL/min，洗脫液流率為800mL/min，萃取液流率為900mL/min，萃余液流率為700mL/min，端口切換時間為IOmin ;模擬移動床系統達到平衡狀態后，在I旲擬移動床的卒余口收集S集冋位素iciB的砸Ife溶液，在卒取口收集g集冋位素11B的硼酸溶液，經檢測得到wB富集度為95.23%，收率為39.82%，11B富集度為98.93%，收率為 49.21%。
[0030]實施例3
[0031 ] 配制硼酸溶液:用電子天平秤取硼酸3.6kg置于燒杯中，再加入去離子水，攪拌溶解，配制成12kg/m3硼酸溶液；配制pH值為4的鹽酸溶液。
[0032]過濾除雜:將硼酸溶液和鹽酸分別用0.45 μ m濾膜過濾，除去溶液中的雜質，然后對抽濾后的溶液進行超聲脫氣，超聲脫氣時間均為15min，得到模擬移動床的進樣液和洗脫液。
[0033]模擬移動床分離:模擬移動床由16支色譜柱組成，分為4個區，每個區由4支色譜柱組成；色譜柱填料為調和粒度0.55?0.70mm的硼特效樹脂IRA743樹脂，色譜柱的高徑比30:1 ;模擬移動床運行溫度25°C。將進樣液連續加入模擬移動床色譜分離系統中，同時用鹽酸洗脫，設定模擬移動床進料液流率為600mL/min，洗脫液流率為600mL/min，萃取液流率為700mL/min，萃余液流率為500mL/min，端口切換時間為IOmin ;模擬移動床系統達到平衡狀態后，在模擬移動床的萃余口收集富集同位素kiB的硼酸溶液，在萃取口收集富集同位素11B的硼酸溶液，經檢測得到iqB富集度為90.45%，收率為49.82%，11B富集度為97.88%，收率為61.84%ο
[0034]綜上，本發明方法操作簡單，分離得到的kiB和11B富集度和收率均較高。
[0035]盡管上面對本發明進行了描述，但是本發明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發明的保護之內。
【權利要求】
1.一種以硼特效樹脂為模擬移動床固定相分離硼同位素的方法，包括以下步驟: 步驟一、配制硼酸溶液: 將硼酸固體置于燒杯中，再加入去離子水，攪拌溶解，配制質量-體積濃度為3kg/m3?15kg/m3的硼酸溶液；配制pH值為I?7的鹽酸溶液； 步驟二、過濾除雜: 將步驟一配制的硼酸溶液和鹽酸溶液分別用濾膜過濾，除去溶液中的雜質，超聲脫氣10?15min,備用； 步驟三、模擬移動床分離: 模擬移動床的色譜柱分為I?IV個區，每個區由3?7支色譜柱組成，所述色譜柱中的填料為硼特效樹脂；將硼酸溶液作為模擬移動床的進樣液連續加入模擬移動床色譜分離系統中，同時用鹽酸溶液洗脫，設定模擬移動床分區流速為500?1000mL/min，端口切換時間為20?70min，運行溫度為10?40°C ;模擬移動床系統達到平衡狀態后，在模擬移動床的萃余口收集富集同位素kiB的硼酸溶液，在萃取口收集富集同位素11B的硼酸溶液。
2.根據權利要求1所述以硼特效樹脂為模擬移動床固定相分離硼同位素的方法，其中，色譜柱的高徑比20:1?30:1。
3.根據權利要求1所述以硼特效樹脂為模擬移動床固定相分離硼同位素的方法，其中，所述硼特效樹脂為IRA743樹脂或CBR02樹脂。
【文檔編號】B01D59/30GK103623700SQ201310531015
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年10月30日 優先權日:2013年10月30日
【發明者】郭翔海, 包麗, 白鵬, 趙含雪 申請人:天津大學