[发明专利]用三氟化硼-10制备硼-10酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于有机合成技术领域，特别是涉及用三氟化硼-10制备硼-10酸的方法。

背景技术

硼有两种稳定的同位素，¹⁰B和¹¹B，它们的相对丰度分别为19.78％和80.22％。硼10 对中子具有非常强的吸收能力，在核电、现代工业、军事装备、及医药等方面的应用日益广 泛。为了得到¹⁰B含量较高的硼同位素，并使之具有生产规模的装置，目前世界上主要采用 化学交换精馏法生产的含有高丰度硼-10同位素的三氟化硼为原料来制取高丰度硼-10酸。

硼酸的工业制法很多，有碳酸氢铵法、多硼酸钠法、硼砂硫酸中和法、盐酸法、井盐卤 水盐酸法和电解电渗析法等。以上生产硼酸的原料来源是自然界的硼矿，因而制得硼酸中硼 -10的丰度为自然丰度，不能符合核电站所需的高丰度硼-10要求。

辽宁省化工研究院吴长美2000年发表文章，以工业品三氟化硼-10乙醚络合物为原料，采 用氯化钙为脱氟剂，以甲醇为介质进行反应，加入定量催化剂，所得的硼酸三甲酯经水解后， 即得硼-10酸，产品符合核级硼-10酸要求。该方法经由58～60℃的蒸馏而造成硼酸甲酯的损失， 因此硼-10酸的产率较低(70％)。

专利CN102774846A中提供了一条以三氟化硼－苯甲醚络合物为主要原料的硼酸生产路 线，生成的硼酸产品不但杂质含量少，而且通过采用不同硼-10丰度的三氟化硼－苯甲醚络合 物作为原料，生产出相应硼-10丰度的硼-10酸，满足核电、航空航天、军事等特殊用途 的行业要求。但是，该方法工艺过程复杂，设备要求完全密封且导热迅速，副反应产物为多 种混合物，难以单一化处理。

郑学家在《新型含硼材料》一书中提到了采用三氟化硼-10-乙醚络合物与氯化钙在甲醇 溶剂中与50～55℃进行酯化反应生成硼-10酸三甲酯，再加入甲醇钠，蒸馏出硼-10酸三甲酯， 硼-10酸三甲酯在室温进行水解反应，生成硼-10酸。但此方法产生的还有氯化钠、氟化钙等 副产物数量较大且不易分离。

本专利采用一种新的用三氟化硼-10制备硼-10酸的方法，以无水甲醇为溶剂，由三氟化 硼-10与甲醇钙进行反应生成硼-10酸三甲酯，对反应产物进行固液分离后水解得到硼-10酸。 该方法操作简单稳定，副产物含量单一且处理更为容易，

发明内容

针对上述工艺方法及专利中提到的在甲醇溶剂中生产硼-10酸三甲酯的方案，本发明提出 一种新的制硼-10酸的方法此工艺过程稳定、操作简单、成本较低。

本发明的具体技术方案如下：

用三氟化硼-10制备硼-10酸的方法，以无水甲醇为溶剂，由三氟化硼-10与甲醇钙进行 反应生成硼-10酸三甲酯，对反应产物进行固液分离后，取液相混合物进行水解得到硼-10酸。

用三氟化硼-10制备硼-10酸的方法，其特征是步骤如下：

1).反应釜中加入质量比为6～8:1的甲醇和金属钙，在40～70℃下加热回流，当金属钙完全反 应溶解后，降至室温；

2).通入三氟化硼-10气体，持续搅拌，三氟化硼-10会与甲醇发生络合反应，用冰浴的方式 移走热量。当三氟化硼-10与甲醇的质量比为6～8:1时停止通气；继续反应24～32h后，停止 加热，降温至室温；

3)对反应釜内的固液混合物进行蒸馏，所得馏出液为硼-10酸甲酯和甲醇的混合物；

4).将蒸馏出的硼-10酸甲酯和甲醇的混合液进行水解，混合液与水的质量比为1:1.5～2.5；

5).水解完全后将混合液进行蒸发浓缩；当硼酸水溶液的达到过饱和状态时停止脱水；

6).开始降温结晶；

7).达到室温后，过滤干燥所得硼酸晶体即得硼-10酸产品。

以下为优选条件：

所述的步骤1)加热回流采用水浴。

所述的步骤2)以20～80mL/min的速度通入三氟化硼-10气体。

所述的步骤5)溶液达到过饱和状态温度为104～106℃。

所述的步骤6)降温结晶采用搅拌结晶，搅拌速率为150～200转/分，以1～2℃/min的降 温速度进行降温结晶。