[发明专利]以正辛烷为介质离心分离碳同位素的方法

说明书

技术领域

本发明属于同位素分离生产技术领域。

技术背景

随着科技的发展，碳同位素得到了越来越多的应用，¹³C作为示踪原子已广泛应用于医学、 药理学、生物化学和生命科学等领域。目前，国际上丰度为99％的¹³C年产量约几百公斤， 国际市场出售的¹³C标记的化合物有上千种，¹³C的应用前景非常广阔。此外，高丰度的¹²C 合成的金刚石由于比天然产品更好的物理性质也受到关注。

从调研的情况来看，目前生产碳同位素的主要方法为低温精馏法、化学交换法和热扩散 法等，分离介质主要为CO、CO₂等小分子量的气体。美国进行大量碳同位素生产主要采用一 氧化碳的低温精馏法，产量已有数百公斤。

目前，离心分离技术已经用于核燃料的生产，具有很好的经济性。离心分离的分离系数 主要取决于分离介质中不同质量数分子的绝对质量差，对工作介质的要求是质量数要足够大， 这样才能有较高的分离效率，还要求工作介质在常温下要保持化学稳定，具有一定的饱和蒸 汽压。此外，分离介质中的不同质量数的分子组成还要方便进行目标同位素的分离。

由于碳元素的原子量只有12，按照传统的观念，化学交换法、精馏法等有较好的经济性， 采用离心法进行碳同位素的生产具有技术上的难题，找到合适的分离介质是实现离心分离碳 同位素的关键。

本发明通过研究选择正辛烷作为离心分离介质，有效解决了离心法分离碳同位素的技术 难题，具有潜在的应用生产前景。

发明内容

本发明采用同位素离心分离技术，主要选择以正辛烷为工作介质进行碳同位素分离，采 用气体质谱同位素分析方法进行正辛烷中不同质量数组分的相对百分比的分析测量，计算得 到碳同位素的相对丰度，可以实现离心法碳同位素的生产。

本发明的特征在于，依次含有以下步骤：

步骤(1)选择天然正辛烷作为常温下离心分离碳同位素的分离介质；

步骤(2)用气体质谱分析步骤(1)所述正辛烷中不同质量数分子的相对百分比，在质 谱分析中选择测量相对百分比的离子时，选择去掉一个氢原子的一价正离子作为测量相对含 量的离子，其质量数的范围是113至121，以满足离心分离正辛烷对不同质量数组分相对百 分比的分析要求；

步骤(3)用离心机单机分离正辛烷实验，得到正辛烷中质量数分别为114、115、116的 三种组分的变化情况。

在所述步骤(3)中还包含：用大量离心机组成的级联，将轻馏分中质量数为114的组分 浓缩到99％，得到丰度大于99.8％的¹²C。将重馏分中质量数为115的组分浓缩到90％，得 到丰度约12％的¹³C。

本发明提出的碳同位素离心分离生产方法，具有如下优点：

1.由于正辛烷是石油化工的重要产品，是汽油的主要成分，产量巨大，相对于其它同位素 的分离原料成本低廉，再加上经过分离的轻馏分可以作为普通的正辛烷使用，因此采用 正辛烷分离碳同位素的生产原料成本很低；

2.虽然正辛烷中分子个数很多，但通过表-3的分析，采用气体质谱法可以很方便地得到 正辛烷中不同分子量的组分百分比，并由此得到¹³C的丰度；

3.正辛烷中有效元素碳的百分比非常高，大于80％，有利于提高碳同位素的分离效率，降 低生产成本；

4.本发明可以进行高丰度的¹²C和丰度约12％的¹³C同位素的生产。

随着科技的不断进步，碳同位素的应用越来越广，将推进本发明的应用和推广。

具体实施方式

本发明首次提出了采用正辛烷为工作介质，采用离心法进行碳同位素的生产。本发明通 过实验研究实现了正辛烷的质谱分析，在此基础上，通过单机分离实验，掌握了离心分离正 辛烷的规律，证实了采用离心法生产正辛烷的可行性。其核心技术及具体实施内容如下：

1.分离介质选择

正辛烷的物理化学性质：