Способ разделения изотопов кислорода

О П И С А Н И Е ( )959813ИЗЬВРЕЕЕН ИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(53) УДК 546.21. .027 (088.8) Опубликовано 23.09.82. Бюллетень35Дата опубликования описания 28.09.82 ло делам нэебретеннй н еткрмтий.В.М айрамов, В. И Горшков осковский ордена, Ленина, ордена Октябрьско и ордена Трудового Красного Знамени госудуниверситет им, М. В. Ломоносов(54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ КИСЛОРОДА связана бочего характерна высная, с использоввещества окисиНаиболее блности и достиглагаемому являтонов кислородаду углекислымдинениями в ра окая токсичность, анием в качестве р азота.изким по технической сущаемому результату к пред- ется способ разделения изоизотопным обменом межгазом и карбаматными соестворе по реакции.этот процесс связан со знаэнергозатратами, обусловлен- температурным уровнем осуроцесса, Кроме того, для него 1Изобретение 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 НтО/НОв величиной однократного коэффициента разделения к = 1,0065 при 72 С и малыми значениями высоты эквивалентной теоретической 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 15 кислорода ректификацией окиси азота, который характеризуется более высокйм однократным коэффициентом разделения а, = 1,039 при 155 С и значениями ВЭТС 2 см 2.Однако ичительнымиными низкимществления п со. ррсофоф) жсоо . врсоо где КаМСОг - анионная часть карбамата КеХСО - НИКА. В качестве исходных аминов для образования карбаматов использовали моноэтаноламин, монопропаноламин, н-гексиламин, н-пропиламин, пиперидин, пирролидин и морфин. Величина однократного коэффициента разделения изотопов кислорода в этом процессе составляет о.= 1,012 - 1,015, а ВЭТС - 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 не11 ричем для снижения высоты эквивалент 25 ной теоретической ступени разделения процесс проводят при 35 - 65 С.В процессе проведения разделения изотопов кислорода сухой углекислый газ пропускают через колонну, заполненную зерне- Зф ным анионитом в ОН -форме, предварительно высушенном при температуре 70 С под вакуумом (ь 10мм рт, ст.). При взаимодействии СО с ионитом в твердой фазе образуется продукт присоединения по реакции35СН,1ИФ- СН. Щ-л( р СН,-СН,1-О где К - полимерная часть анионита.По мере подачи СО граница между зоной (имеющей протяженность 20 - 40 см), занимаемой СО, продуктом его присоеди нения к нониту и исходным ионитом, перемещается вдоль колонны. На этой границе происходит обращение потока, а в зоне, занимаемой СОг - изотопный обмен между газообразным С 02 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 обходимым использованием в этом процессе химически инертных к карбаматам и СО 1 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 2 о и продуктом его взаимодействия с обезвоженным зерненым слабоосновным анионитом, содержащим первичные и вторичные аминогруппы.головной части зоны на границе с исходнымизотопом. Регенерацию анионита осуществляют по реакции нкО, /.СО 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 и= 1,16. термическим разложением (при 70 С) продукта присоединения к нему СОу. 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 - 221 зернением 0,25 - 0,50 мм, находящегося при температурег 35 С, подают из баллона через осушитель и реометр углекислый газ (скорость подачи СО - 0,77 ммоль/мин, удельная нагрузка по ки. лороду при этом составляет 2,04 мг-ат/мин см). После того, как зона СОу, достигает выхода из колонны, из нее производят отбор проб газа для изотопного анализа и определения количества СО 2. Отбор проб газа осуществляют пропусканием его через колонки, заполненные предварительно высушенным при 70 С анионитом АН - 221 в ОН - 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 - 1201 по пикам, соответствующим массам 44 и 46 (СдОфи С ОЯ.По результатам анализа с использованием описанных в литературе методов производят вычисление величины коэффициента разделения а и ВЭТС, а также определение степени разделения ц. В указанных выще условиях в головной фракции достигают степени разеделения с 1= 1,056.Величина 6, при этом равна 1,0026+.0,001, 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 делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 15 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4Величина сс при этом составляет 1,0064 +0,0019, а ВЭТС = 1,3 см.Пример 3. 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 см 2) в головной фракции достигают степени разделения и= 1,14. Величина ф, 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 3 - 5 раз повысит эффективность разделения.Формула изобретения1. 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, чтос целью снижения высоты эквивалентнойтеоретической ступении разделения, процесспроводят при температуре 35 - 65 С.Источники информации,принятые во внимание при экспертизеР.НасЬеюзЫ, СЬев. ТесЬп (В к Р).1974, Мо 5, р 269.2, Там же, р, 270.3. Т. 1. Тауог. Г. Спев. КЬуз. 1963,60, 154 (прототип).