【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及化工领域的同位素分离，涉及一种用于萃取分离硼同位素的协同萃取体系，并进一步涉及利用该协同萃取体系富集硼同位素的多级逆流萃取工艺。
技术介绍
1、硼元素有两种稳定同位素，10b和11b，其自然丰度分别为19.8％和80.2％。10b由于热中子吸收截面大(3837bar)，具有很强的中子吸收能力，被广泛用于制造中子计数管、核反应堆控制棒和中子吸收剂以及肿瘤的治疗中。11b的热中子吸收截面小(0.005bar)，具有很好的中子透过能力，因此在要求中子透过能力强的抗辐射材料等领域具有重要应用。由于10b和11b截然相反的中子吸收和透过能力，要想发挥其各自的特性，必须将其分离，但是10b与11b的化学性质极其相似，所以分离难度极大。
2、目前，工业化的硼同位素分离技术是三氟化硼(bf3)-苯甲醚化学交换精馏法。该法虽然对10b和11b的单级分离系数(α)可达1.03左右，但使用的起始原料bf3对设备具有强腐蚀性，富集丰度大于95％的10b需要数百次的交换过程，工艺复杂、设备要求高、综合经济效益较差。此外，已发现商用碱性阴离子树脂(如：cg-400i和diaionpa312)和硼专用树脂(如：diaioncrb02和ira743)也能有效分离10b和11b。这些树脂可以吸附其释放的羟基与硼酸反应形成的硼酸根离子，10b和11b在硼酸与硼酸根之间发生同位素交换。该法与化学精馏法的α值相当，并且由于使用了硼酸，对设备腐蚀性低、更环保。然而，树脂再生困难、产量低以及机械强度低等缺点严重制约了其同位素工业化分离的应用。p>
3、溶剂萃取法是湿法冶金和药物分离中最常用、最高效的分离方法之一。基于萃取剂对不同目标离子或分子亲和性的不同以及工艺的设计，溶剂萃取实现了对多种极难分离的复杂混合物的分离，如稀土元素的高效分离、手性药物的分离等。与之不同，应用溶剂萃取分离某一元素的同位素则以化学交换反应为基础。由于工艺简单、连续操作性强、污染小等优势，溶剂萃取法展现了在未来替代现有成熟同位素分离技术的巨大潜力。目前，溶剂萃取法对硼同位素分离的研究尚处在起步阶段，cn116531942a公开了一种用于萃取分离硼同位素的萃取剂、萃取体系及其应用，但是其特征在于所述萃取剂主要成分为具有邻位或间位羟基结构的含多羟基化合物。在“双碳”背景下，环保标准的提高对高丰度硼同位素生产工艺提出了更高要求，需要有更绿色环保的工艺取代采用bf3为原料的反应精馏分离工艺。
4、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于硼酸萃取的新的协同萃取体系，其具有高的单级分离系数，用于多级逆流萃取硼酸工艺进行硼同位素分离，可获得高丰度高产率的10b和11b产品。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种利用溶剂萃取以分离硼同位素的协同萃取体系，并进一步提供一种利用所述协同萃取体系进行多级逆流萃取富集硼同位素的工艺。本专利技术的目的通过如下技术方案实现。
2、一方面，本专利技术提供了一种用于萃取分离硼同位素的协同萃取体系，由式ia的化合物，式iib和/或iic的化合物以及任选的极性疏水添加剂组成。其中，在用于萃取时，式iib和/或iic的化合物配置为有机相，其浓度为0.05mol/l～1mol/l；式ia的化合物，根据其疏水性情况，溶解在有机相或水相(即料液)中，即：当式ia的化合物为疏水性的，其溶解于有机相中，当其为亲水性的，其溶解于水相中；式ia的化合物在有机相或水相中的浓度为0.05mol/l～2mol/l；添加剂含量为0vol％-30vol％，基于用于萃取时配制的有机相的总体积计；
3、
4、其中，在式ia中，羟基与羧基为邻位；r1、r2可以相同或不同，为碳原子数1到20的直链或支链的烷基、烷氧基或苯基官能团，优选碳原子数为3-20，更优选为7-20，例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20个碳原子。
5、在式iib中，x为氮原子或磷原子；r1、r2和r3可以相同或不同，为碳原子数3到20的直链或支链的烷基、烷氧基或苯基官能团，优选碳原子数为7-20，例如，3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20个碳原子。在式iic中，x为氮原子或磷原子，y为卤素阴离子、hso4-、rco2-及oh-中的任意一种，r1-r4可以相同或不同，为碳原子数1到20的直链或支链的烷基、烷氧基或苯基官能团，优选碳原子数为7-20，例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20个碳原子。
6、式ia的化合物为具有邻位的羟基与羧基化合物，其实例包括但不限于：dl-2-羟基丁酸、1-羟基环己基甲酸、3-苯基乳酸、2-羟基-3-(间甲苯基)丙酸、2-羟基-3-甲基丙酸、2-羟基-4-苯基丁酸、2-羟基-5-苯基戊酸、7-羟基-7-苯基庚酸、2-羟基癸酸、2-羟基壬酸、2-羟基异己酸、2-羟基十一烷酸、2-羟基十二烷酸、2-羟基十六烷酸、2-羟基十八烷酸、2-羟基-二十烷酸、2-羟基二十二烷酸中的一种或多种的组合。
7、式iib和iic的化合物可以以任意比例使用，化合物iib实例包括但不限于：三己胺、三辛胺、三壬胺、三癸胺、二辛基己胺、二辛基壬胺、二癸基壬胺、二己基十二烷基胺、亚磷酸三辛酯、磷酸三油醇酯、亚磷酸三异癸基脂、亚磷酸十三烷酯中的一种或多种的组合；式iic的化合物实例包括但不限于：甲基三辛基氯化铵、丙基三辛基氯化铵、甲基三烷基氯化铵、三壬基甲基氯化铵、苄基三辛基氯化铵、四癸基溴化铵、四正辛基碘化铵、四十八烷基氢氧化铵、四丁基氯化膦、氯化四苯磷、三己基(四癸基)氯化膦、正辛基三丁基氯化膦、十六烷基三丁基氯化膦中的一种或多种的组合。
8、其中，所述极性疏水添加剂选自醇、酮、醚、酯中的一种、两种或更多种，所述醇可以选自辛醇、癸醇、十二烷醇等；所述酮例如为4-甲基-2-戊酮(mibk)、二异丁基甲酮(dibk)等；所述醚例如为二戊基醚、二己基醚等；所述酯例如为乙酸庚酯、苯甲酸丁酯等。极性疏水添加剂有助于提高有机物的溶解性和分相效果。
9、另一方面，本专利技术进一步提供一种用于萃取硼酸溶液以分离硼同位素的多级逆流萃取工艺，其中使用根据本专利技术的协同萃取体系进行萃取，包括如下步骤：
10、(1)有机相的配制：将式iib和/或iic的化合物用稀释剂稀释，任选地加入添加剂，在常温条件下搅拌混合形成有机相，使得式iib和/或iic的化合物的总浓度为0.05mol/l～1mol/l；
11、(2)水相的配制：将硼酸固体在常温条件下溶解在水中，使得硼酸浓度为0.05mol/l～0.7mol/l；
12、(3)根据式ia的化合物的疏水性，在常温条件，将其搅拌溶解在有机相或水相中，使得式ia的化合物在水相或有机相中的浓度为0.05mol/l～2mol/l；
13、(4)反萃液的配制本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于萃取分离硼同位素的协同萃取体系，包含：式IA的化合物，式IIB和/或IIC的化合物，和任选的极性疏水添加剂；
2.根据权利要求1所述的协同萃取体系，其特征在于：在用于萃取时，式IIB和/或IIC的化合物配制为有机相，其浓度为0.05mol/L～1mol/L；式IA的化合物，根据其疏水性情况，溶解在有机相或水相中，式IA的化合物在有机相或水相中的浓度为0.05mol/L～2mol/L；添加剂含量为0vol％-30vol％，基于有机相的总体积计。
3.根据权利要求1所述的协同萃取体系，其特征在于：式IA的化合物选自：DL-2-羟基丁酸、1-羟基环己基甲酸、3-苯基乳酸、2-羟基-3-(间甲苯基)丙酸、2-羟基-3-甲基丙酸、2-羟基-4-苯基丁酸、2-羟基-5-苯基戊酸、7-羟基-7-苯基庚酸、2-羟基癸酸、2-羟基壬酸、2-羟基异己酸、2-羟基十一烷酸、2-羟基十二烷酸、2-羟基十六烷酸、2-羟基十八烷酸、2-羟基-二十烷酸、2-羟基二十二烷酸中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述的协同萃取体系，其特征在于：式IIB的化合物选
5.根据权利要求1所述的协同萃取体系，其特征在于：所述极性疏水添加剂为醇、酮、醚、酯中的一种或两种及多种混合物；其中所述醇选自辛醇、癸醇、十二烷醇等；所述酮选自4-甲基-2-戊酮、二异丁基甲酮；所述醚选自二戊基醚、二己基醚；所述酯选自乙酸庚酯、苯甲酸丁酯。
6.一种用于萃取硼酸溶液以分离硼同位素的多级逆流萃取工艺，其中使用前述权利要求1-5中任一项所述的协同萃取体系，所述工艺包括如下步骤：
7.根据权利要求5所述的多级逆流萃取的工艺，其特征在于：在步骤(1)中，式IIB和IIC的化合物以任意比例使用。
8.根据权利要求5所述的多级逆流萃取的工艺，其特征在于：在步骤(4)中，所述碱性物质选自：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯、氢氧化铵，或其组合。
9.根据权利要求5所述的多级逆流萃取的工艺，其特征在于：在步骤(6)中，有机相与水相的流速比为0.5～5，有机相与反萃液的流动比为0.5～10。
10.根据权利要求1-5任一项所述的协同萃取体系用于萃取硼酸溶液以分离硼同位素的用途。
...【技术特征摘要】
1.一种用于萃取分离硼同位素的协同萃取体系，包含：式ia的化合物，式iib和/或iic的化合物，和任选的极性疏水添加剂；
2.根据权利要求1所述的协同萃取体系，其特征在于：在用于萃取时，式iib和/或iic的化合物配制为有机相，其浓度为0.05mol/l～1mol/l；式ia的化合物，根据其疏水性情况，溶解在有机相或水相中，式ia的化合物在有机相或水相中的浓度为0.05mol/l～2mol/l；添加剂含量为0vol％-30vol％，基于有机相的总体积计。
3.根据权利要求1所述的协同萃取体系，其特征在于：式ia的化合物选自：dl-2-羟基丁酸、1-羟基环己基甲酸、3-苯基乳酸、2-羟基-3-(间甲苯基)丙酸、2-羟基-3-甲基丙酸、2-羟基-4-苯基丁酸、2-羟基-5-苯基戊酸、7-羟基-7-苯基庚酸、2-羟基癸酸、2-羟基壬酸、2-羟基异己酸、2-羟基十一烷酸、2-羟基十二烷酸、2-羟基十六烷酸、2-羟基十八烷酸、2-羟基-二十烷酸、2-羟基二十二烷酸中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述的协同萃取体系，其特征在于：式iib的化合物选自：三己胺、三辛胺、三壬胺、三癸胺、二辛基己胺、二辛基壬胺、二癸基壬胺、二己基十二烷基胺、亚磷酸三辛酯、磷酸三油醇酯、亚磷酸三异癸基脂、亚磷酸十三烷酯中的一种或多种的组合；式iic的化合物选自：甲基三辛基...
【专利技术属性】
技术研发人员：李政，蒋卓均，夏本正，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。