Способ разделения изотопов кислорода

 

O fl И С А Н И Е ()959813

ИЗЬ6РЕЕЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 30.12.80 (21) 3261418/23-26 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.

В 01 D 59/28

Гееуддретееннме кемнтет (53) УДК 546.21. .027 (088.8) Опубликовано 23.09.82. Бюллетень № 35

Дата опубликования описания 28.09.82 ао делам нэебретеннй н еткрмтий (72) Авторы изобретения

В. Т. Байрамов, В. И. Горшков и В. В. М

Московский ордена, Ленина, ордена Октябрьско и ордена Трудового Красного Знамени госуд университет им. М. В. Ломоносов (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ КИСЛОРОДА

Изобретение относится к способам .разделения изотопов кислорода, которые используются в качестве меченых атомов при проведении физико-химических и биологических исследований.

Известен способ разделения изотопов кислорода . ректификацией воды, который характеризуется для смеси Н О б/Н О величиной однократного коэффициента разделения с = 1,0065 при 72 С и малыми значениями высоты эквивалентной теоретичес. кой ступени (ВЭТС) порядка 1 см (1).

Указанному выше способу присущ большой расход энергии на разделение, обусловленный высоким значением теплоты испарения воды.

Известен способ разделения изотопов кислорода ректификацией окиси азота, который характеризуется более высокйм однократным коэффициентом разделения .

= 1,039 при 155 С и значениями ВЭТС

2 см (2).

Однако и -этот процесс связан со значительными энергозатратами, обусловленными низким температурным уровнем осуществления процесса . Кроме того, для него

2 характерна высокая токсичность, связанная, с использованием в качестве рабочего вещества окиси азота.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ разделения изотопов кислорода изотопным обменом между углекислым газом и карбаматными соединениями в растворе по реакции

СО +(R2NCOО) ФСОO+(R2NCO01 где КеМСОе — + анионная часть карбамата RgNCO — HNRg. В качестве исходных аминов для образования карбаматов использовали моноэтаноламин, монопропанола мин, н-гексиламин, к-пропиламин, пиперидин, пирролидин и морфин. Величина однократного коэффициента разделения изотопов кислорода в этом процессе составляет о(.= 1,012 — 1,015, а ВЭТС вЂ” 5 см (3).

Основным недостатком известного способа является высокая токсичность лежащего в его основе процесса разделения,связанная с использованием жидких аминов.

Кроме того, вязкость карбаматов делает не959813 обходимым использованием в этом процессе химически инертных к карбаматам и

СО растворителей. В качестве последних используются пожароопасные и токсичные соединения (бензол, метанол, метиламиноэтанол, изопропанол или их смеси). Использование растворителей также ведет к дополнительным энергозатратам, связанным с нагревом и охлаждением растворителей при проведении процессов обращения потоков на концах противоточной химобменной 10 колонны. В качестве недостатка необходимо отметить и высокие значения ВЭТС, характерные для известного процесса.

Целью изобретения является устранение токсичности и сокращение энергозатрат на разделение, а также снижение высоты эквивалентной теоретической ступени,разделения.

Поставленная цель достигается тем, что разделение изотопов кислода проводят изотопным обменом между углекислым газом 20 и продуктом его взаимодействия с обезвоженным зерненым слабоосновным анионитом, содержащим первичные и вторичные аминогруппы.

11ричем для снижения высоты эквивалент25 ной теоретической ступени разделения процесс проводят при 35 — 65 С.

В процессе проведения разделения изотопов кислорода сухой углекислый газ пропускают через колонну, заполненную зерне- 50 ным анионитом в ОН -форме, предварительно высушенном при температуре 70 С под вакуумом (110 мм рт. ст.). При взаимодействии СО с ионитом в твердой фазе образуется продукт присоединения по реакции

СН, 1

ИФ- С1-(„- СН;Л( где R — полимерная часть анионита.

По мере подачи COg граница между зоной (имеющей протяженность 20 — 40 см), занимаемой COg, продуктом его присоеди- 45 нения к нониту и исходным ионитом, перемещается вдоль колонны. На этой границе происходит обращение потока, а в зоне, занимаемой COg — изотопный обмен между газообразным СО и продуктом его присоединения в фазе анионита по реакции 50

46 в результате которого газ обогащается тяжелым изотопом кислорода О . При умножении этого эффекта в динамических условиях изотоп кислорода Ое накапливается в головной части зоны на границе с исходным изотопом. Регенерацию анионита осуществляют по реакции

04+ С

1 нн

О. /.С

Пример 2. В колонне, описанной в примере 1, при температуре 55 С и скорости подачи углекислого газа 0,37 ммоль/мин, (удельная нагрузка по кислороду при этом равна 0,96 мг-ат О/см мин) в головной фракции достигают степени разделения q 1,16. термическим разложением (при 70 С) продукта присоединения к нему COg. Выбор температурного интервала (35 — 65 С) осуществления процесса обусловлен тем,. что при температуре выше 65 С продукт присоединения СО к иониту разлагается, а при температурах ниже 35 С высота эквивалентной теоретической ступени разделения превышает ее значения в известном способе.

Пример 1. В колонну диаметром 10 мм, высотой 540 см с неподвижным слоем анионита АН вЂ” 221 зернением 0,25 — 0,50 мм, находящегося при температурег 35 С, подают из баллона через осушитель и реометр углекислый газ (скорость подачи CO@ â 0,77

MMoJlb/MHH, удельная нагрузка по ки лороду при этом составляет 2,04 мг-ат/мин см ).

После того, как зона COg. достигает выхода из колонны, из нее производят отбор проб газа для изотопного анализа и определения количества СО . Отбор проб газа осуществляют пропусканием его через колонки, заполненные предварительно высушенным при

70 С анионитом АН вЂ” 221 в ОН вЂ” форме.

Для определения изотопного состава и количества СО в каждой отобранной пробе газ предварительно десорбируют из колонок, нагревая их до 70 С и продувая через них поток азота. Десорбированный газ вымораживают из потока азота в ампулы, охлаждаемые жидким азотом. После вакуумирования ампулы с углекислым газом размораживают, определяют по росту давления содержащееся в них количество СО и непосредственно анализируют на массспектрометре ЯИ вЂ” 1201 по пикам, соответствующим массам 44 и 46 (С О и C Î Ù.

По результатам анализа с использованием описанных в литературе методов производят вычисление величины коэффициента разделения а и ВЭТС, а также определение степени разделения q. В указанных выше условиях в головной фракции достигают степени разеделения q= 1,056.Величина 6, при этом равна 1,0026+-0,0017, а ВЭТС=

1,4 см.

959813

Составитель А. Полевой

Редактор Н. Лазаренко Техред А. Бойкас Корректор О. Билак

Заказ 6824/9 Тираж 734 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по дела м изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. /5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Величина с . при этом составляет 1,0064»

» 0,0019, а ВЭТС = 1,3 см.

Пример 8. В колонне, описанной в примере 1 при температуре 65 С и скорости подачи углекислого газа 0,56 ммоль/мин (удельная нагрузка по кислороду при этом равна 1,42 мг-ат О/мин см2) в головной фракции достигают степени разделения q= 1,14.

Величина g, при этом составляет 1,0057» 0,0021, а ВЭТС = 1,1 см.

Использование предлагаемого способа позволяет устранить токсичность и сократить энергозатраты в процессе разделения изотопов кислорода, а также за счет снижения высоты эквивалентной теоретической ступени (ВЭТС) в — 5 раз повысит эффективность разделения.

Формула изобретения

1. Способ разделения изотопов кислорода изотопным обменом между углекислым газом и продуктом его взаимодействия с соединением, содержащим аминогруппы, отличающийся тем, что, с целью устранения токсичности и сокращения энергозатрат на разделение, в качестве соединения, содержащего аминогруппы, используют обезвоженный зерненый слабоосновной анионит, включающий первичные и вторичные аминогруппы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что с целью снижения высоты эквивалентной теоретической ступении разделения, процесс проводят при температуре 35 — 65 С.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

D.Hachewski. Chem. Techn (В к D).

197,4, № 5, р 269.

2. Там же, р, 270.

3. Т. J. Taylor. Г. Спет. Rhys. 1963, 60, 154 (прототип).