[发明专利]以乙烯和二氧化碳为介质制备高丰度碳-13同位素的方法

说明书

一种以乙烯和二氧化碳为介质制备高丰度碳‑13同位素的方法，包括：将天然丰度的乙烯原料供入第一气体扩散级联，将在第一气体扩散级联重馏分端得到的碳‑13同位素丰度高于45％的乙烯充分燃烧得到碳‑13同位素丰度高于45％的二氧化碳；将乙烯充分燃烧得到的碳‑13同位素丰度高于45％的二氧化碳供入第二气体扩散级联，在第二气体扩散级联重馏分端得到碳‑13同位素丰度高于99％的二氧化碳；所述第一气体扩散级联和所述第二气体扩散级联均为相对丰度匹配级联。本发明流量大，效率高，乙烯和二氧化碳相对分子质量较小，气体扩散分离系数相对较大，所需级联级数相对较少。气体扩散分离过程中不引入其它杂质，纯度高。用于高丰度碳‑13同位素的制备，具备技术可行性。

技术领域

本发明属于同位素分离技术领域，具体涉及一种以乙烯(化学式C₂H₄)和二氧化碳(化学式CO₂)为介质制备高丰度碳-13同位素的方法。

背景技术

稳定同位素目前已经广泛地应用于医疗、生物、农业、环境等多个领域。碳元素是生物体有机物中必需的元素，有碳-12与碳-13两种稳定同位素，天然丰度分别为98.89％和1.11％。碳元素的稳定同位素主要应用于同位素示踪技术，利用碳-13同位素对含碳化合物进行标记。其中最主要的应用是将碳-13同位素标记的诊断试剂用于幽门螺旋杆菌的检测，与碳-14同位素相比，碳-13同位素没有放射性，因此高丰度碳-13同位素标记幽门螺旋杆菌诊断试剂几乎已经完全替代了碳-14同位素标记的诊断试剂。除了上述医疗诊断方面的应用，碳-13同位素在生态环境、农业气象和生物研究等领域也有一定的需求，市场上碳-13同位素标记的产品种类繁多，需求量大。

在实际的应用中，对碳-13同位素标记的化合物丰度要求很高，通常要求碳-13同位素的丰度高于90％，有时甚至会要求达到99％以上。但是碳-13同位素的天然丰度只有1.11％，这对高丰度碳-13同位素的分离制备提出了非常高的要求。目前，美国和日本已经利用低温精馏技术成功实现了高丰度碳-13同位素的工业化生产，碳-13同位素的年产量能够达到百公斤级。美国的一家碳-13同位素生产商使用的是CO低温精馏装置，日本的一家公司采用的是CH₄低温精馏装置，俄罗斯也能够成功使用气体离心法来生产少量的高丰度碳-13同位素产品。以上技术均为相关国家所垄断，我国目前仍然未能实现高丰度碳-13同位素产品的大规模工业化生产。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种以乙烯和二氧化碳为介质制备高丰度碳-13同位素的方法，以便解决上述问题的至少之一。

本发明是通过采用如下技术方案实现的：

本发明提供了一种以乙烯和二氧化碳为介质制备高丰度碳-13同位素的方法，包括以下步骤：将天然丰度的乙烯原料供入第一气体扩散级联，将在第一气体扩散级联重馏分端得到的碳-13同位素丰度高于45％的乙烯充分燃烧得到碳-13同位素丰度高于45％的二氧化碳；将乙烯充分燃烧得到的碳-13同位素丰度高于45％的二氧化碳供入第二气体扩散级联，在第二气体扩散级联重馏分端得到碳-13同位素丰度高于99％的二氧化碳；其中，所述第一气体扩散级联和所述第二气体扩散级联均为相对丰度匹配级联。

上述方案中，所述第一气体扩散级联总级数为650～850级，其中供料级位于距离重馏分端600～800级的位置，第一气体扩散级联重馏分流量为供料流量的0.001～0.005倍，第一气体扩散级联总流量为供料流量的8000～12000倍，轻馏分中碳-13同位素丰度低于1％。

上述方案中，所述第一气体扩散级联是由乙烯基本全分离系数为1.01～1.02的气体扩散分离装置串、并联构成。

上述方案中，所述第二气体扩散级联总级数为1100～1300级，其中供料级位于距离重馏分端800～1000级的位置，第二气体扩散级联重馏分流量为供料流量的0.25～0.3倍，第二气体扩散级联总流量为供料流量的180000～220000倍，轻馏分中碳-13同位素丰度在25％～35％之间。