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一种浓缩稳定同位素12C和35Cl的方法技术

技术编号:14566404 阅读:87 留言:0更新日期:2017-02-05 23:54
本发明专利技术属于同位素分离生产技术领域,特别涉及一种浓缩稳定同位素12C和35Cl的方法。具体步骤如下:(1)采用氟利昂-11作为分离介质,并通过物理方式对其进行净化;(2)使用离心法或精馏法进行同位素分离;(3)使用气体质谱仪对同位素产品中不同分子量的组分进行丰度分析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于同位素分离生产
,特别涉及一种浓缩稳定同位素12C和35Cl的方法
技术介绍
随着科技的发展,稳定同位素在医疗、航空航天、农业生态、生物制药、基础物理等方面表现出很多重要应用,相应地,对稳定同位素的产品丰度和制备方法也提出了更高的要求。其中,高丰度的12C同位素构成的单晶金刚石具有很高的热导率(专利CN1052340,1991-06-19),氯同位素主要作示踪剂,用于化学、医药学和环境科学研究中,在农业生态及地球物理方面也有重要应用。碳元素有12C、13C两种稳定同位素,氯元素有35Cl、37Cl两种稳定同位素。目前碳同位素的分离主要是精馏法和离心法,精馏法耗能较大,经济性有待提高,而离心法则缺少合适分离介质。氯同位素曾用电磁法分离,费用昂贵;现在以液相热扩散法进行分离,但热扩散法存在耗能很高、平衡时间过长等问题,影响了氯同位素的应用。
技术实现思路
为了克服目前碳同位素和氯同位素分离中耗能高、成本高、平衡时间长等问题,本专利技术提出了一种同时浓缩稳定同位素12C和35Cl的方法,具体技术方案如下:一种浓缩稳定同位素12C和35Cl的方法,具体步骤如下:(1)分离介质的选择和净化:为了同时获得较高丰度的12C和35Cl,采用氟利昂-11(分子式CCl3F)作为分离介质,并通过物理方式对其进行净化,以提高其化学纯度,满足同位素分离的需要;净化的具体方式为:以液氮或液氮-无水乙醇混合物为冷却剂,利用轻杂质与氟利昂-11饱和蒸气压的差异,在低温条件下进行净化。(2)使用离心法进行同位素分离,提高12C35Cl35Cl35Cl19F的比例,浓缩稳定同位素12C和35Cl:建立级联分离装置,在常温下,将净化后的氟利昂-11以气态的形式通入级联,进行同位素分离,在轻组分料流端取同位素产品,重组分料流端进行贫料回收;还可以使用精馏法进行同位素分离:建立级联分离装置,将净化后的氟利昂-11以液态的形式通入级联,进行同位素分离,在轻组分料流端取同位素产品,重组分料流端进行贫料回收;(3)使用气体质谱仪进行丰度分析:使用气体质谱仪的离子源装置打掉同位素产品中的F,使之成为CCl3+离子,进行不同分子量组分的丰度分析。本专利技术的有益效果为:1.使用氟利昂-11作为分离介质:廉价且无腐蚀性,分离产生的贫料仍然可以作为制冷剂正常使用,生产成本较低;F元素为单同位素元素,不会对C、Cl同位素的分离造成影响,且F的分子量较小,在分子量所占比例较小,同位素分离效率较高;同时含有碳元素和氯元素,其物理化学性质能够同时满足精馏法和离心法分离的要求;由于12C和35Cl的天然丰度较高,天然氟利昂-11中分子量最小的组分12C35Cl35Cl35Cl19F只含有12C和35Cl同位素,且其摩尔丰度为42.61%,无论是精馏法还是离心法,都容易实现,尤其适合于离心法分离。2.可以使用比较成熟的精馏法或离心法进行分离,其中精馏法适合较大规模的分离,离心法分离的规模更为灵活,满足不同的需求。3.同时浓缩稳定同位素12C和35Cl。由于12C35Cl35Cl35Cl19F是最轻的组分,在将其浓缩的过程中,同时将12C和35Cl两种同位素进行了浓缩,且在精料端容易取出。4.气体质谱丰度分析,能够提供更高的丰度测量精度。上述几个特征,使得本专利技术提出的浓缩稳定同位素12C和35Cl的方法具有明显的经济性和技术可行性。附图说明图1为本专利技术的分离原理示意图。图2为实施例1中,单机分离氟里昂-11的质谱分析结果图。具体实施方式实施例1(1)选择氟利昂-11作为分离介质,并对其进行纯化氟利昂-11的分子式为CCl3F,分子量为137.37,是一种无色透明的液体,液体密度(25℃)1.467g/cm3。氟利昂-11不易燃烧,有低毒性,化学性质不活泼,较稳定。允许极限浓度为1000ppm,直接危害生命和健康的浓度为10000ppm,无腐蚀性。其饱和蒸汽压如表1,室温下的饱和蒸汽压约为一个大气压,能够同时满足精馏法和离心法的需要。表1氟利昂-11(CCl3F)的饱和蒸汽压碳元素的两种同位素12C和13C的天然丰度分别为98.90%和1.10%,氯元素的两种同位素35Cl和37Cl的天然丰度分别为75.78%和24.22%。氟利昂-11分子的同位素组成及其丰度见表2,其中最轻的12C35Cl35Cl35Cl19F分子量为136,占到总分子数的42.61%,实现12C和35Cl的分离比较容易。表2氟利昂-11分子的同位素组成及其天然丰度分子组成分子量在天然CCl3F中丰度(%)12C35Cl35Cl35Cl19F13642.6113C35Cl35Cl35Cl19F1370.468012C35Cl35Cl37Cl19F13841.4213C35Cl35Cl37Cl19F1390.460712C35Cl37Cl37Cl19F14013.4113C35Cl37Cl37Cl19F1410.149212C37Cl37Cl37Cl19F1421.44913C37Cl37Cl37Cl19F1430.0161净化的具体方式为:以液氮或液氮-无水乙醇混合物为冷却剂,利用轻杂质与氟利昂-11饱和蒸气压的差异,在低温条件下进行净化。(2)使用离心法进行同位素分离建立级联分离装置,在常温下,将净化后的氟利昂-11以气态的形式通入级联,进行同位素分离,在轻组分料流端取同位素产品,重组分料流端进行贫料回收,以作为制冷剂,分离原理示意图见图1。(3)使用气体质谱仪进行丰度分析使用气体质谱仪的离子源装置打掉同位素产品中的F,使之成为CCl3+离子,进行不同分子量组分的丰度分析。由于氟利昂-11分子的分子量最小为136,最大为143,故分析范围在150的气体质谱仪即可满足要求,如MAT-253等。质谱分析的结果如图2所示。从图中可以看出,通过离心法单机分离实验,可以获得单级1.40的分离系数,即通过单次分离即可将分子量为136的组分丰度从42.61%提高至55.55%,分离效应十分明显,这充分证明了本专利技术所述方法的可行性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浓缩稳定同位素12C和35Cl的方法,其特征在于,具体步骤如下:(1)分离介质的选择和净化:采用氟利昂‑11作为分离介质,并通过物理方式对其进行净化;(2)使用离心法进行同位素分离:建立级联分离装置,在常温下,将净化后的氟利昂‑11以气态的形式通入级联,进行同位素分离,在轻组分料流端取同位素产品,重组分料流端进行贫料回收;(3)使用气体质谱仪进行丰度分析:使用气体质谱仪的离子源装置打掉同位素产品中的F,使之成为CCl3+离子,进行不同分子量组分的丰度分析。

【技术特征摘要】
1.一种浓缩稳定同位素12C和35Cl的方法,其特征在于,具体步骤如下:
(1)分离介质的选择和净化:采用氟利昂-11作为分离介质,并通过物理方式对其进行
净化;
(2)使用离心法进行同位素分离:建立级联分离装置,在常温下,将净化后的氟利昂-11
以气态的形式通入级联,进行同位素分离,在轻组分料流端取同位素产品,重组分料流端进
行贫料回收;
(3)使用气体质谱仪进行丰度分析:使用气体质谱仪的离子源装置打掉同位素产品中的
F,使之成为CCl3+...

【专利技术属性】
技术研发人员:周明胜姜东君裴根
申请(专利权)人:清华大学
类型:发明
国别省市:北京;11

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