一种14C同位素的分离纯化系统技术方案

本实用新型专利技术属于14C同位素分离纯化技术领域，具体涉及一种14C同位素的分离纯化系统。其包括依次连接的气体氧化系统、一级低温冷却系统、二级低温冷却系统和14C‑CO

【技术实现步骤摘要】
一种14C同位素的分离纯化系统
本技术属于14C同位素分离纯化
，具体涉及一种14C同位素的分离纯化系统。
技术介绍
自然界中碳以12C、13C、14C等多种同位素的形式存在，12C、13C相对丰度分别为98.89％、1.11％；14C只有极微量且具放射性，半衰期为5730年。作为放射性同位素，14C同位素是一种常用的来源示踪指标，可应用于油门螺旋杆菌(Hp)检测，药物的ADME(吸收，分布，代谢与排泄)研究，以及其他环境探测等领域，用途广泛。天然放射性碳同位素(14C)主要来源于高层大气层中宇宙射线产生的中子与稳定氮同位素14N的反应，产生的14C与大气中的氧结合形成二氧化碳(14CO2)进入低层大气层，通过海——气交换和垂直混合进入海洋，成为陆地和海洋生物生命活动(如光合作用和化能自养等的同化作用)的无机碳源。但由于自然界中14C的含量极低，仅为1.2×10-10％。由自然界中制备14C难度极大，生产设备投入成本高，富集难度大。目前，14C的主要通过反应堆辐照AlN粉末靶材的方式来进行生产。如文献(利用中国先进研究堆辐照高纯AlN制备-(14)C源材料技术研究，《中国原子能科学研究院年报》2013年00期)。但该产能一般不大，分离提纯难，成本很高。造成市场上经常出现短缺，进而导致14C同位素的价格居高不下。核电站反应堆燃料在燃烧期间会产生大量裂变产物，这些裂变产物中产生大约80种放射性同位素。在核反应堆的废弃物中仍存在丰度较高的放射性元素。(硕士论文《植物对气态14C的吸收和积累动态》)核电站废弃物中，包括废液与废气中均存在14C核素，一般以14C-CH4、14C-CO、14C-CO2等气体形式存在，一般压水堆每年产生废弃物共数十Ci，重水堆中每年产生数百里居Ci的14C。由于14C半衰期很长，且毒性较高，它在环境中积累所造成的放射性照射比起稀有气体和氚要大的多。目前该核素主要是通过流出物直接排放，这不仅会通过各种途径对人体造成辐射危害，造成了环境污染；而且造成了资源的浪费。所以，从核反应堆废弃物中分离提纯14C同位素符合绿色生产的要求，也为14C同位素的制备提供一种新的途径。而且，由于核反应堆废弃物量大、供应稳定，适于大规模工业化生产。但目前并无这方面的相关报道。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，本技术的目的在于提供一种用于从核电站废弃物中回收14C同位素的分离纯化系统。为了实现上述技术目的，本技术采用如下技术方案：一种14C同位素的分离纯化系统，包括依次连接的气体氧化系统、一级低温冷却系统、二级低温冷却系统和14C-CO2分离富集系统，所述14C-CO2分离富集系统包括12C-CO2/14C-CO2交换塔、解析塔和吸收塔；所述二级低温冷却系统的出口与所述12C-CO2/14C-CO2交换塔塔体的进气口连接，所述12C-CO2/14C-CO2交换塔塔底出口与解析塔塔体的进气口连接，所述解析塔塔底的出气口与所述吸收塔塔底的进气口连接，所述吸收塔塔顶的出气口与所述交换塔塔顶的进气口连接；所述解析塔塔顶的出气口与交换塔塔底的进气口连接；所述交换塔塔顶的出气口与所述吸收塔塔体的进气口连接。优选地，所述一级低温冷却系统包括顺次连接的-20至0℃低温冷阱和-78.5至-170℃低温冷阱。优选地，所述二级低温冷却系统包括依次连接的-77至0℃低温冷阱、-78.5至-170℃低温冷阱和-77至0℃低温冷阱。经一级低温冷却系统冷却后的CO2进入二级低温冷却系统后经过蒸发、冷凝后，最后蒸发，以气体形式进入下一个流程。优选地，所述气体氧化系统为氧化床。优选地，所述气体氧化系统与一级低温冷却系统之间还设有吸收池，所述吸收池与碱液加入装置和酸液加入装置连接。优选地，所述气体氧化系统与一级低温冷却系统之间还设有碱性吸附树脂，所述吸附树脂外设有加热装置。优选地，所述加热装置的升温至30-200度。首先气体进入碱性吸附树脂进行吸附，然后通过升温加热使CO2解析。与现有技术相比，本技术的有益效果在于：(1)本技术提供了一种从核电站废弃物中回收14C的分离纯化系统，该系统结构简单、成本低，为工业化生产高纯度14C同位素提供了一种新思路。(2)采用本技术提供的分离纯化系统制得的14C纯度高，可以达到90％以上。附图说明图1为实施例1提供的14C分离纯化系统的示意图。具体实施方式为使本技术的目的和技术方案更加清楚，下面将结合实施例，对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例1如图1所示，本技术提供一种用于从核电站废弃物中回收14C同位素的分离纯化系统，该分离纯化系统包括依次连接的气体氧化系统、一级低温冷却系统、二级低温冷却系统和14C-CO2分离富集系统，所述14C-CO2分离富集系统包括12C-CO2/14C-CO2交换塔、解析塔和吸收塔；所述二级低温冷却系统的出口与所述12C-CO2/14C-CO2交换塔塔体的进气口连接，所述12C-CO2/14C-CO2交换塔塔底出口与解析塔塔体的进气口连接，所述解析塔塔底的出气口与所述吸收塔塔底的进气口连接，所述吸收塔塔顶的出气口与所述交换塔塔顶的进气口连接；所述解析塔塔顶的出气口与交换塔塔底的进气口连接；所述交换塔塔顶的出气口与所述吸收塔塔体的进气口连接；本实施例中，所述一级低温冷却系统包括顺次连接的-20至0℃低温冷阱和-78.5至-170℃低温冷阱。采用-20至0℃低温冷阱对混合气体进行冷凝处理可以除去水以及SO2等沸点在-20度以上的成分。采用-78.5至-170℃低温冷阱对混合气体进行处理主要是将CO2气体凝华为干冰；多余的气体为普通的O2，N2等气体，可直接排出。所述二级低温冷却系统包括依次连接的-77至0℃低温冷阱、-78.5至-170℃低温冷阱和-77至0℃低温冷阱。在二级低温冷却系统作用下，凝华的干冰，通过-77至0℃(例如-70℃)加热蒸发，不挥发组分直接舍弃；然后在-78.5至-170℃(例如-80℃)的设备凝华，最后在-77至0℃(例如-70℃)通过一次到多次的来回蒸发及凝华，能够实现气体的纯化。从二级低温冷却系统排出的纯品14CO2进入分离富集系统进一步分离富集，实现纯化。纯品14CO2在分离富集系统中实现进一步纯化的过程如下：首先，纯品14CO2由12C-CO2/14C-CO2交换塔塔体的进气口进入交换塔，在交换塔中催化填料的作用下，14C-CO2与来自吸收塔的液相R-12CO2快速交换，交换后的R-14CO2向塔底移动，进入解析塔，解析后的14CO2再次进入交换塔，同时解析后的液体吸收剂进入吸收塔，吸收交换塔顶的12C-CO2后重新进入交换塔进行再次交换。多次交换后超纯品14C-CO2由交换塔的塔体排气口排出。利用本实施例对核电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种14C同位素的分离纯化系统，其特征在于，包括依次连接的气体氧化系统、一级低温冷却系统、二级低温冷却系统和14C-CO

【技术特征摘要】
1.一种14C同位素的分离纯化系统，其特征在于，包括依次连接的气体氧化系统、一级低温冷却系统、二级低温冷却系统和14C-CO2分离富集系统，
所述14C-CO2分离富集系统包括12C-CO2/14C-CO2交换塔、解析塔和吸收塔；
所述二级低温冷却系统的出口与所述12C-CO2/14C-CO2交换塔塔体的进气口连接，所述12C-CO2/14C-CO2交换塔塔底出口与解析塔塔体的进气口连接，所述解析塔塔底的出液口与所述吸收塔塔底的进液口连接，所述吸收塔塔顶的出液口与所述交换塔塔顶的进液口连接；所述解析塔塔顶的出气口与交换塔塔底的进气口连接；所述交换塔塔顶的出气口与所述吸收塔塔体的进气口连接。


2.根据权利要求1所述的14C同位素的分离纯化系统，其特征在于，所述一级低温冷却系统包括顺次连...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志红，沈佳宇，双加磊，桂媛，邬伟，徐武双，金志成，
申请(专利权)人：江苏华益科技有限公司，常熟志合环境科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32