專利名稱：利用模擬移動床色譜分離硼同位素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種同位素分離方法，具體涉及一種利用離子交換色譜與模擬移動床 技術(shù)相結(jié)合進行穩(wěn)定硼同位素分離的方法。
背景技術(shù)：
硼(B)有兩種穩(wěn)定的同位素1 和"B。其中l(wèi)tlB具有很高的熱中子吸收截面(3837 靶)，是一種良好的反應(yīng)堆控制材料。然而，天然硼中同位素ltlB的含量較低，為19.78%， 大部分是熱中子吸收截面只有0. 005靶的同位素"B。因此需要將兩種同位素分離，得到 富ltlB的濃縮硼以提高中子吸收性能。在反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)中若使用濃縮硼酸(ltlB enriched boric acid, EBA)，則能夠降低冷卻劑中的硼酸濃度，降低放射性廢物排量，減輕對鋯合金 包殼的腐蝕以及蒸氣發(fā)生器管道的應(yīng)力腐蝕開裂，有利于核電站延壽。然而，由于目前從天 然硼酸到富集硼酸轉(zhuǎn)換的生產(chǎn)成本太高，如對于ltlB富集度為92%的濃縮硼，化學(xué)交換法的 分離成本約為2-3$/g，而核電站能接受的最高價格是l$/g。從而防礙了天然硼酸到富集硼 酸轉(zhuǎn)換，因此迫切需要研究出一種相對便宜的分離方法。專利號為US4447303的美國專利 "Method ofseparation boron isotopes”公開了一種激光分離硼同位素的方法，但是該方 法產(chǎn)量低，難以形成規(guī)?；a(chǎn)。為了提高硼同位素的分離效率，專利號為US5443732的美國專利在‘‘Boron isotope separation using continuous ion exchange chromatography，，中公幵了一禾中連 續(xù)離子交換色譜分離方法，它是以硼酸溶液為原料，以弱堿型陰離子交換樹脂為交換劑，用 去離子水洗脫，用環(huán)狀色譜分離硼同位素。該方法需要離子交換柱具有足夠的長度和寬度， 因此在制備高富集度濃縮硼時有一定的局限性。為了提高穩(wěn)定硼同位素的富集度，專利號為W02009/138992 Al的國際專利在‘‘An innovative'cut-and-feed'operation for enhancing the performance ofion-exchange chromatographic separation"中公布了一種間歇式的離子交換色譜。該發(fā)明方法首先在 色譜柱內(nèi)形成一輕同位素ltlB富集帶，接著將ltlB富集帶斷開洗脫，同時天然硼酸連續(xù)加入柱 中富集進行下一步洗脫。該方法能有效克服富集帶的平臺區(qū)02.9%)，并優(yōu)化出帶的流速 范圍為5cm/h 15cm/h，但由于是非連續(xù)操作，分離周期增長。模擬移動床色譜法(simulatedmoving bed chromatography，簡稱 SMBC)它既保 留了色譜分離的優(yōu)點，又集約了化工中的連續(xù)、逆流、回流等因素，使系統(tǒng)具有規(guī)模化分離 的能力。近年來，模擬移動床色譜技術(shù)已在藥物分離方面取得了快速發(fā)展，但是，對于使用 模擬移動床色譜分離硼同位素的方法迄今仍未見公開報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有高的分離效率和生產(chǎn)成本低的利用模擬移動床 色譜分離硼同位素的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
利用模擬移動床色譜分離硼同位素的方法，其特征在于所述的方法具體步驟如 下步驟一配制硼酸水溶液將硼酸固體置于燒杯中，加入蒸餾水，攪拌溶解；將溶液注入容量瓶中，用蒸餾水 洗燒杯，并將洗液倒入容量瓶中，配制成硼酸水溶液；步驟二過濾除雜將硼酸溶液用濾膜過濾，除去溶液中的雜質(zhì)，超聲脫氣，得到模擬移動床的進樣 液；步驟三蒸發(fā)濃縮將進樣液連續(xù)加入模擬移動床色譜分離系統(tǒng)中，同時用去離子水洗脫，設(shè)定模擬 移動床分區(qū)流速和端口切換時間及運行溫度；模擬移動床系統(tǒng)達到平衡狀態(tài)后，在模擬移 動床的萃取口收集富集同位素、的濃縮硼酸溶液，將收集到的硼酸溶液置于干燥烘箱中 進行蒸濃，得到固體濃縮硼酸。其附加特征在于所述步驟三中的模擬移動床的色譜柱分為I IV個區(qū)；其中II區(qū)由2-6支色譜 柱組成，I區(qū)和III區(qū)各由2支色譜柱組成，IV區(qū)由0 2支色譜柱組成；I區(qū)流速51cm/ h 85cm/h ；11 區(qū)流速為 45cm/h 76cm/h ；III 區(qū)流速為 46cm/h 84cm/h ；IV 區(qū)流速Ocm/ h 5cm/h ；端口切換時間為15min 30min ；運行溫度為10 40°C。所述模擬移動床色譜柱中的填料為弱堿性陰離子交換樹脂。所述的弱堿性陰離子交換樹脂為D301-G或DIAN樹脂。所述步驟一中硼酸水溶液的濃度為6g/L_30g/L硼酸。所述步驟二中的超聲脫氣時間為10 15min。所述步驟三中硼酸溶液在干燥烘箱中蒸濃的溫度為50°C -90°C。本發(fā)明的效果在于與背景技術(shù)的硼同位素分離方法相比，本發(fā)明的硼同位素分 離方法是一種連續(xù)分離硼同位素的方法，分離效率高；相比化學(xué)交換法，該方法能有效降低 濃縮硼的生產(chǎn)成本。
具體實施例方式本發(fā)明的方法是以天然硼酸溶液為原料，以去離子水為流動相，以弱堿性陰離子 交換樹脂為固定相，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kiB15通過配制一定濃度的硼酸水溶液，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，在萃取口收集富集同位素ltlB的濃縮硼酸，蒸發(fā)濃縮得到目標(biāo)產(chǎn)物。本發(fā)明采用的模擬移動床由8 12支裝有平均粒度0. 28mm的弱堿性陰離子交換 樹脂填料的色譜柱組成，弱堿性陰離子交換樹脂為D301-G或DIAN樹脂。色譜柱的高徑比 10 1;色譜柱分為I IV個區(qū)；其中II區(qū)由2-6支色譜柱組成，I區(qū)和III區(qū)各由2支 色譜柱組成，IV區(qū)由0 2支色譜柱組成；I區(qū)流速51cm/h 85cm/h ；II區(qū)流速為45cm/ h 76cm/h ；III區(qū)流速為46cm/h 84cm/h ；IV區(qū)流速Ocm/h 5cm/h ；端口切換時間為 15min 30min ；運行溫度為10 40°C。
具體步驟如下步驟一配制硼酸水溶液將硼酸固體置于燒杯中，加入蒸餾水，攪拌溶解；將溶液注入容量瓶中，用蒸餾水 洗燒杯，并將洗液倒入容量瓶中，最后定容搖均，配制成硼酸水溶液；步驟二 過濾除雜將硼酸溶液用濾膜過濾，除去溶液中的雜質(zhì)，然后進行超聲脫氣，得到模擬移動床 的進樣液；步驟三蒸發(fā)濃縮將進樣液連續(xù)加入模擬移動床色譜分離系統(tǒng)中，同時用去離子水洗脫，設(shè)定模 擬移動床分區(qū)流速和端口切換時間；模擬移動床系統(tǒng)達到平衡狀態(tài)后，在模擬移動床的 萃取口收集富集同位素、的濃縮硼酸溶液，將收集到的硼酸溶液置于干燥烘箱中，在 500C -90°C溫度范圍內(nèi)，進行蒸濃，得到固體濃縮硼酸。下面，結(jié)合實施例對本發(fā)明的方法作進一步描述實施例1步驟一配制硼酸水溶液用電子天平秤取硼酸固體3g置于燒杯中，加入蒸餾水，攪拌溶解；將溶液注入 500ml容量瓶中，用蒸餾水洗燒杯3次，將洗液倒入容量瓶中，定容搖均，配成6g/L的硼酸溶 液；步驟二 過濾除雜將硼酸溶液用0. 45 μ m濾膜過濾，除去溶液中的雜質(zhì)，然后對抽濾后的硼酸水溶 液進行超聲脫氣，超聲脫氣時間lOmin，得到模擬移動床的進樣液。模擬移動床由8支色譜 柱組成，色譜柱的高徑比10 1;8支色譜柱分為4個區(qū)，每區(qū)由2支色譜柱組成；色譜柱填 料為平均粒度為0. 28mm的DIAN弱堿性陰離子交換樹脂，模擬移動床的運行溫度30°C。步驟三蒸發(fā)濃縮將進樣液連續(xù)加入模擬移動床色譜分離系統(tǒng)中，同時用去離子水洗脫，設(shè)定I區(qū) 流速85cm/h, II區(qū)流速為76cm/h ；III區(qū)流速為84cm/h ；IV區(qū)流速10cm/h ；端口切換時間 15min ；模擬移動床系統(tǒng)達到平衡狀態(tài)后，在模擬移動床萃取口收集富kiB的硼酸溶液，將收 集到的硼酸溶液置于干燥烘箱中，在50°C溫度下進行蒸濃，得到kiB富集度為25%的固體硼酸。實施例2步驟一配制硼酸水溶液用電子天平秤取硼酸固體15g置于燒杯中，加入蒸餾水，攪拌溶解；將溶液注入 500ml容量瓶中，用蒸餾水洗燒杯3次，將洗液倒入容量瓶中，定容搖均，配成30g/L的硼酸 溶液；步驟二 過濾除雜將硼酸溶液用0. 45 μ m濾膜過濾，除去溶液中的雜質(zhì)，然后對抽濾后的硼酸水溶 液進行超聲脫氣，超聲脫氣時間12min，得到模擬移動床的進樣液。模擬移動床由8支色譜 柱組成，色譜柱的高徑比10 1，8支色譜柱分為3個區(qū)，其中II區(qū)由4支色譜柱組成，I區(qū) 和III區(qū)由2支色譜柱組成；色譜柱填料為平均粒度為0. 28mm的DIAN弱堿性陰離子交換樹脂；模擬移動床的運行溫度10°c。步驟三蒸發(fā)濃縮將進樣液連續(xù)加入模擬移動床色譜分離系統(tǒng)中，同時用去離子水洗脫，設(shè)定I區(qū) 流速68cm/h，II區(qū)流速為61cm/h ；III區(qū)流速為63cm/h ；端口切換時間20min ；模擬移動 床系統(tǒng)達到平衡狀態(tài)后，在萃取口收集硼酸溶液，將收集到的硼酸溶液置于干燥烘箱中，在 70°C溫度下進行蒸濃，得到kiB富集度為45%固體硼酸。實施例3步驟一配制硼酸水溶液用電子天平秤取硼酸固體6g置于燒杯中，加入蒸餾水，攪拌溶解；將溶液注入 500ml容量瓶中，用蒸餾水洗燒杯2次，將洗液倒入容量瓶中，定容搖均，配成12g/L的硼酸 溶液；步驟二 過濾除雜將硼酸溶液用0. 45 μ m濾膜過濾，除去溶液中的雜質(zhì)，然后對抽濾后的硼酸水溶 液進行超聲脫氣，超聲脫氣時間15min，得到模擬移動床的進樣液。模擬移動床由12支色 譜柱組成，分為4個區(qū)，其中II區(qū)由6支色譜柱組成，I區(qū)、III區(qū)、IV區(qū)各由2支色譜柱組 成；色譜柱填料為平均粒度為0. 28mm的D301-G弱堿性陰離子交換樹脂；模擬移動床的運 行溫度40°C。步驟三蒸發(fā)濃縮將進樣液連續(xù)加入模擬移動床色譜分離系統(tǒng)中，同時用去離子水洗脫，設(shè)定I區(qū) 流速51cm/h，II區(qū)流速為45cm/h ；III區(qū)流速為46cm/h ；IV區(qū)流速為5cm/h ；端口切換時 間30min ；模擬移動床系統(tǒng)達到平衡狀態(tài)后，在萃取口收集硼酸溶液，將收集到的硼酸溶液 置于干燥烘箱中，在90°C溫度下進行蒸濃，經(jīng)蒸濃得到kiB富集度為80%固體硼酸。選用與實施例1相同的色譜柱填料(平均粒度為0. 28mm的DIAN弱堿性陰離子交 換樹脂)，相同的原料(濃度為6g/L的硼酸溶液)，以及相同的運行溫度(30°C )和色譜柱 規(guī)格，進行模擬移動床色譜分離方法與間歇式離子交換色譜分離方法分離硼同位素實驗， 兩種分離方法的分離性能如下表模擬移動床色譜與間歇式離子交換色譜分離硼同位素分離效果比較
權(quán)利要求
1.利用模擬移動床色譜分離硼同位素的方法，其特征在于所述的方法具體步驟如下步驟一配制硼酸水溶液將硼酸固體置于燒杯中，加入蒸餾水，攪拌溶解；將溶液注入容量瓶中，用蒸餾水洗燒 杯，并將洗液倒入容量瓶中，配制成硼酸水溶液；步驟二 過濾除雜將硼酸溶液用濾膜過濾，除去溶液中的雜質(zhì)，超聲脫氣，得到模擬移動床的進樣液；步驟三蒸發(fā)濃縮將進樣液連續(xù)加入模擬移動床色譜分離系統(tǒng)中，同時用去離子水洗脫，設(shè)定模擬移動 床分區(qū)流速和端口切換時間及運行溫度；模擬移動床系統(tǒng)達到平衡狀態(tài)后，在模擬移動床 的萃取口收集富集同位素kiB的濃縮硼酸溶液，將收集到的硼酸溶液置于干燥烘箱中進行 蒸濃，得到固體濃縮硼酸。
2.按照權(quán)利要求1所述的利用模擬移動床色譜分離硼同位素的方法，其特征在于所 述步驟三中的模擬移動床的色譜柱分為I IV個區(qū)；其中II區(qū)由2-6支色譜柱組成，I區(qū) 和III區(qū)各由2支色譜柱組成，IV區(qū)由0 2支色譜柱組成；I區(qū)流速51cm/h 85cm/h ； II 區(qū)流速為 45cm/h 76cm/h ；III 區(qū)流速為 46cm/h 84cm/h ；IV 區(qū)流速 Ocm/h 5cm/h ； 端口切換時間為15min 30min ；運行溫度為10 40°C。
3.按照根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用模擬移動床色譜分離硼同位素的方法，其特征在 于所述模擬移動床色譜柱中的填料為弱堿性陰離子交換樹脂。
4.按照權(quán)利要求3所述的利用模擬移動床色譜分離硼同位素的方法，其特征在于所 述的弱堿性陰離子交換樹脂為D301-G或DIAN樹脂。
5.按照權(quán)利要求1所述的利用模擬移動床色譜分離硼同位素的方法，其特征在于所 述步驟一中硼酸水溶液的濃度為6g/L-30g/L硼酸。
6.按照權(quán)利要求1所述的利用模擬移動床色譜分離硼同位素的方法，其特征在于所 述步驟二中的超聲脫氣時間為10 15min。
7.按照權(quán)利要求1所述的利用模擬移動床色譜分離硼同位素的方法，其特征在于所 述步驟三中硼酸溶液在干燥烘箱中蒸濃的溫度為50°C -90°C。
全文摘要
本發(fā)明公開一種利用模擬移動床色譜分離硼同位素的方法。該方法是以天然硼酸溶液為原料，去離子水為流動相，以弱堿性陰離子交換樹脂為固定相，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10B。通過配制一定濃度的硼酸水溶液，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，在萃取口收集富集同位素10B的濃縮硼酸，蒸發(fā)濃縮得到目標(biāo)產(chǎn)物。本發(fā)明的硼同位素分離方法是一種連續(xù)分離硼同位素的方法，分離效率高。
文檔編號B01D59/30GK102145256SQ20101010854
公開日2011年8月10日 申請日期2010年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者付道貴, 劉曉珍, 李剛, 王美玲, 王貫春, 簡敏, 鄒從沛 申請人:中國核動力研究設(shè)計院