專利名稱：一種Ba¹⁴CO₃的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無機(jī)鹽的制備方法，具體是一種Ba14CO3的制備方法。
背景技術(shù)：
14C是純?chǔ)麻L(zhǎng)壽命放射性同位素，半衰期為5730年，β射線能量為156 keV, 14C主要用于制備標(biāo)記化合物，Ba14CO3作為14C制備的標(biāo)記化合物的一種，其在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、考古等方面具有廣泛用途，尤其是在生命科學(xué)研究領(lǐng)域中具有重要意義。現(xiàn)今制備Ba14CO3的工序復(fù)雜，過程繁瑣，且對(duì)設(shè)備的要求較高，這嚴(yán)重影響了 Ba14CO3的推廣應(yīng)用
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種Ba14CO3的制備方法，其用于制備Ba14CO3時(shí)整體工序簡(jiǎn)單，便于操作，且對(duì)設(shè)備的要求較低，這就降低了制造出的Ba14CO3成本，進(jìn)而便于Ba14CO3的推廣應(yīng)用。本發(fā)明的目的主要通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種Ba14CO3的制備方法，包括以下步驟
步驟一、將輻照后的氮化鋁取出并加入化學(xué)反應(yīng)瓶中與含有氧化劑的質(zhì)量百分比濃度為409Γ90%的無機(jī)酸水溶液發(fā)生反應(yīng)，或?qū)⑤椪蘸蟮牡X加入含有氧化劑的氧化爐中發(fā)生氧化反應(yīng)，進(jìn)而生成含14C的氣相產(chǎn)物；
步驟二、將步驟一中生成的含14C的氣相產(chǎn)物通入含有金屬氧化物的氧化爐中，并在氧化爐中進(jìn)行氧化反應(yīng)使通入氧化爐的所有含14C的氣相產(chǎn)物均生成14CO2 ；
步驟三、將步驟二中生成的14CO2加入含有O. I 4mol/L的無機(jī)堿水溶液的吸收池中，14CO2在吸收池中生成含14C的碳酸鹽；
步驟四、將步驟三中生成的碳酸鹽溶液加入錐形瓶中，并向錐形瓶中加入O. I 2mol/L 的 BaCl2 溶液生成 Ba14CO3 ；
步驟五、將錐形瓶中物質(zhì)倒入砂芯漏斗后接油泵抽濾，并在紅外燈下烘干得到Ba14CO3產(chǎn)品。步驟一中若采用化學(xué)反應(yīng)瓶，化學(xué)反應(yīng)瓶?jī)?yōu)選采用三口圓底燒瓶，且該三口圓底燒瓶的三個(gè)接口上分別設(shè)有蛇形冷凝管、玻璃進(jìn)氣塞及恒壓滴液漏斗。氮化鋁輻照過程為將氮化鋁裝入鋁管制成的輻照靶件后，再將輻照靶件放入反應(yīng)堆中經(jīng)熱中子輻照，氮化鋁經(jīng)反應(yīng)堆熱中子輻照后由14N (n, p) 14C反應(yīng)得到14C。其中，用于輻照的氮化鋁化學(xué)純度>95%，且碳含量〈500 ppm，本發(fā)明在應(yīng)用時(shí)需預(yù)先對(duì)氮化鋁進(jìn)行測(cè)定，進(jìn)而保證后續(xù)制成的Ba14CO3 純度。為了便于取材和促進(jìn)反應(yīng)效率，所述步驟二中金屬氧化物為氧化銅，氧化爐的溫度為 600 IOOO0Co所述吸收池中無機(jī)堿水溶液為濃度O. I 4mol/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。當(dāng)本發(fā)明的無機(jī)堿為氫氧化鋇時(shí)可直接生成Ba14CO3，這時(shí)可省略步驟四和步驟五，但采用此種方式得到的Ba14CO3中雜質(zhì)較多，因此本發(fā)明中優(yōu)選采用氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。
所述步驟三中14CO2依次通過三個(gè)順次接通的含有氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液的吸收池，所述三個(gè)吸收池均設(shè)有吸收液加注與排放接口，且吸收池內(nèi)底部設(shè)置有砂芯結(jié)構(gòu)。本發(fā)明設(shè)計(jì)三個(gè)吸收池的目的便于充分吸收14CO2，而吸收池內(nèi)的砂芯結(jié)構(gòu)便于分散氣泡；為了便于本發(fā)明采用氣體導(dǎo)向時(shí)載氣流通，三個(gè)吸收池應(yīng)設(shè)有載氣進(jìn)口和載氣出口，而為了便于向吸收池內(nèi)加入和排放堿性水溶液，吸收池還應(yīng)設(shè)有吸收液加注和排放口。載氣及其帶動(dòng)的氣體經(jīng)過三個(gè)吸收池后，輸出氣體流向一個(gè)堿性水溶液的尾氣吸收瓶?jī)?nèi)。所述步驟一中的化學(xué)反應(yīng)瓶或氧化爐、步驟二中的氧化爐及步驟三中的吸收池順次接通，且步驟一中生成的含14C的氣相產(chǎn)物和步驟二中生成的14CO2均通過向步驟一中化學(xué)反應(yīng)瓶或氧化爐中加入的載氣進(jìn)行導(dǎo)向，所述載氣為空氣、氧氣兩種氣體中的一種或兩種。本發(fā)明步驟一中生成含14C的氣相產(chǎn)物若在化學(xué)反應(yīng)瓶?jī)?nèi)進(jìn)行，則載氣還可混入氮?dú)夂拖∮袣怏w。為了避免運(yùn)行和工作過程中受到外界因素的影響，所述步驟一 步驟五均在手套箱內(nèi)進(jìn)行。為了便于操作，手套箱設(shè)有管線接口，進(jìn)而使本發(fā)明操作時(shí)便于料液加注、取出、 反應(yīng)器清洗,產(chǎn)物抽濾、烘干等操作。本發(fā)明提取含14C的氣相產(chǎn)物的第一種實(shí)施方式，即濕法提取含14C的氣相產(chǎn)物的技術(shù)，所述步驟一中生成含14C的氣相產(chǎn)物在化學(xué)反應(yīng)瓶?jī)?nèi)進(jìn)行，所述無機(jī)酸水溶液為質(zhì)量百分比濃度為40°/Γ90%的一種或兩種以上的無機(jī)酸。所述步驟一中無機(jī)酸水溶液為硫酸和磷酸的混酸溶液，且硫酸與磷酸的體積比為I :4 4 :1。其中，硫酸和磷酸在混合前質(zhì)量百分比濃度均為40°/Γ90%。本發(fā)明提取含14C的氣相產(chǎn)物的第二種實(shí)施方式，即干法提取含14C的氣相產(chǎn)物的技術(shù)，所述步驟一中生成含14C的氣相產(chǎn)物在氧化爐內(nèi)進(jìn)行，步驟一中氧化爐的氧化劑為流通的氧氣，且步驟一中氧化爐的溫度為900 1500°C。本發(fā)明中濕法制備含14C的氣相產(chǎn)物較干法制備含14C的氣相產(chǎn)物所需的裝置更簡(jiǎn)易，裝置更易實(shí)現(xiàn)，濕法制備含14C的氣相產(chǎn)物更適合實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模制取，而干法制備含14C的氣相產(chǎn)物不產(chǎn)生腐蝕性的放射性廢液，氮化鋁固體廢料容易處理，且可以使用大容量氧化爐來加大氮化鋁處理量，進(jìn)而適合大規(guī)模含14C的氣相產(chǎn)物的抽取。本發(fā)明在應(yīng)用時(shí)，吸收池內(nèi)主要進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)為
14CO2 + or — 14Co3 2++ H2O ；
在沉淀過程中主要進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)為
CO32+ + BaCl2 — Ba14CO3 +Cl—。本發(fā)明在應(yīng)用時(shí)，濕法提取含14C的氣相產(chǎn)物中化學(xué)反應(yīng)瓶進(jìn)行的主要反應(yīng)為 AlN + H. — Al3+ + NH3 ；
Al414C3 + H. — Al3+ + 14CH4 ；
14C + [O] — 14CO + 14CO2 ；
步驟二中氧化爐內(nèi)進(jìn)行的反應(yīng)為
14CH4 + CuO — 14CO2 + Cu ；
14CO + CuO — 14CO2 + Cu ；
Cu + O2 — CuO0本發(fā)明在應(yīng)用時(shí)，干法提取含14C的氣相產(chǎn)物中步驟一中氧化爐內(nèi)進(jìn)行的主要反應(yīng)為
AlN + O2 — Al2O3 + NO ；
14C + O2 — 14CO + 14CO2 ；
步驟二中氧化爐中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)為
14CO + CuO — 14CO2 + Cu ；
Cu + O2 — CuO0與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明制備Ba14CO3依次包括以下步驟將輻照后的氮化鋁取出并放入化學(xué)反應(yīng)瓶或氧化爐中經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)生成含14C的氣相 產(chǎn)物；將生成的含14C的氣相產(chǎn)物通入含有金屬氧化物的氧化爐中進(jìn)行氧化還原反應(yīng)生成14CO2 ;將生成的14CO2加入含有O. I 4mol/L的無機(jī)堿水溶液的吸收池中，14CO2在吸收池中生成含14C的碳酸鹽；將生成的碳酸鹽溶液加入錐形瓶中，并向錐形瓶中加入O. I 2 mol/L的BaCl2溶液生成Ba14CO3 ;將錐形瓶中物質(zhì)倒入砂芯漏斗后接油泵抽濾，并在紅外燈下烘干得到Ba14CO3產(chǎn)品。采用本發(fā)明制備Ba14CO3,整體工序簡(jiǎn)單，操作方便，且本發(fā)明應(yīng)用時(shí)所依賴的反應(yīng)堆為現(xiàn)有設(shè)備，而化學(xué)反應(yīng)瓶、氧化爐、吸收池、錐形瓶、砂芯漏斗、油泵及紅外燈均便于取材和實(shí)現(xiàn)，因本發(fā)明降低了繁瑣的工序和設(shè)備的要求，使本發(fā)明制造出的Ba14CO3所需的成本低，進(jìn)而便于本發(fā)明制造出的Ba14CO3推廣應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例I :
取4根輻照后的AlN靶管(每管含AlN 4.2 g，輻照前N含量11%，HFETR中輻照時(shí)間14天)，在真空手套箱中將靶管切開，將AlN樣品倒入1000 mL三口圓底燒瓶中，在三口圓底燒瓶上接上蛇形冷凝管、玻璃進(jìn)氣塞和恒壓滴液漏斗。在三個(gè)順次接通的吸收池中分別注入
O.2 mol/L的NaOH溶液20 mL,在尾氣吸收瓶中加入4. O mol/L的NaOH溶液250 mL,并將尾氣管液封。向三口圓底燒瓶?jī)?nèi)注入高純氮?dú)?，流速?0-30 mL/min。將含50g CrO3的硫酸與磷酸的混酸溶液400ml (按照1:1的體積比混合，混合前硫酸和磷酸的質(zhì)量百分比濃度均為50%)滴加到三口圓底燒瓶中，同時(shí)開始攪拌，一個(gè)小時(shí)滴完，三口圓底燒瓶的溫度保持在120°C。將三個(gè)吸收池的溶液全部收集到100 mL錐形瓶中，加入1.0 mol/L的BaCl2溶液6 mL，用玻璃棒攪拌均勻。將錐形瓶中物質(zhì)倒入砂芯漏斗后接油泵抽濾，紅外燈下烘干得到Ba14CO3產(chǎn)品。14C活度用液體閃爍法測(cè)量，14C總活度為O. 169 mCi, Ba14CO3比活度I. OmCi/g，其中，mCi表示毫居里，I居里(Ci) = 1000毫居里(mCi)，I居里=3. 7X 101°貝克(Bq)。實(shí)施例2
取4根輻照后的AlN靶管(每管含AlN 4.2 g，輻照前N含量11%，HFETR中輻照時(shí)間14天)，在真空手套箱中將靶管切開，本實(shí)施例涉及兩個(gè)氧化爐，第一氧化爐用于AlN在其內(nèi)反應(yīng)生成含14C的氣相產(chǎn)物，第二氧化爐用于將第一氧化爐生成的含14C的氣相產(chǎn)物完全轉(zhuǎn)化為生成14C02。將AlN樣品加入具有氧化劑的第一氧化爐中。在三個(gè)吸收池中分別注入
O.2 mol/L的NaOH溶液20 mL,在尾氣吸收瓶中加入4. O mol/L的NaOH溶液250 mL,并將尾氣管液封。開啟載氣使其以20-30 mL/min的速度通過第一氧化爐。第二氧化爐中具有30gCu0，開啟第二氧化爐并使其溫度升溫至750 °C，開啟第一氧化爐，升溫至1250 °C，反應(yīng)5小時(shí)后讓第一氧化爐和第二氧化爐程序降溫。將三個(gè)吸收池的溶液全部收集到100 mL錐形瓶中，加入I. O mol/L的BaCl2溶液 6 mL，用玻璃棒攪拌均勻。將錐形瓶中物質(zhì)倒入砂芯漏斗后接油泵抽濾，紅外燈下烘干得到Ba14CO3產(chǎn)品。14C活度用液體閃爍法測(cè)量，14C總活度為O. 123 mCi, Ba14CO3比活度I. 2 mCi/g°
權(quán)利要求
1.ー種Ba14CO3的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一、將輻照后的氮化鋁取出并加入化學(xué)反應(yīng)瓶中與含有氧化劑的質(zhì)量百分比濃度為409Γ90%的無機(jī)酸水溶液發(fā)生反應(yīng)，或?qū)⑤椪蘸蟮牡X加入含有氧化劑的氧化爐中發(fā)生氧化反應(yīng)，進(jìn)而生成含14C的氣相產(chǎn)物； 步驟ニ、將步驟一中生成的含14C的氣相產(chǎn)物通入含有金屬氧化物的氧化爐中，并在氧化爐中進(jìn)行氧化反應(yīng)使通入氧化爐的所有含14C的氣相產(chǎn)物均生成14CO2 ； 步驟三、將步驟ニ中生成的14CO2加入含有O. I 4mol/L的無機(jī)堿水溶液的吸收池中，14CO2在吸收池中生成含14C的碳酸鹽； 步驟四、將步驟三中生成的碳酸鹽溶液加入錐形瓶中，并向錐形瓶中加入O. I 2mol/L 的 BaCl2 溶液生成 Ba14CO3 ； 步驟五、將錐形瓶中物質(zhì)倒入砂芯漏斗后接油泵抽濾，并在紅外燈下烘干得到Ba14CO3女ロ)PR ο
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種Ba14CO3的制備方法，其特征在于，所述步驟ニ中金屬氧化物為氧化銅，氧化爐的溫度為600 1000°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種Ba14CO3的制備方法，其特征在于，所述吸收池中無機(jī)堿水溶液為濃度為O. I 4mol/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種Ba14CO3的制備方法，其特征在于，所述步驟三中14CO2依次通過三個(gè)順次接通的含有氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液的吸收池，所述三個(gè)吸收池均設(shè)有吸收液加注與排放接ロ，且吸收池內(nèi)底部設(shè)置有砂芯結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種Ba14CO3的制備方法，其特征在于，所述步驟一中的化學(xué)反應(yīng)瓶或氧化爐、步驟ニ中的氧化爐及步驟三中的吸收池順次接通，且步驟一中生成的含14C的氣相產(chǎn)物和步驟ニ中生成的14CO2均通過向步驟一中化學(xué)反應(yīng)瓶或氧化爐中加入的載氣進(jìn)行導(dǎo)向，所述載氣為空氣、氧氣兩種氣體中的ー種或兩種。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種Ba14CO3的制備方法，其特征在于，所述步驟一 步驟五均在手套箱內(nèi)進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求I 6任一項(xiàng)所述的ー種Ba14CO3的制備方法，其特征在于，所述步驟一中生成含14C的氣相產(chǎn)物在化學(xué)反應(yīng)瓶?jī)?nèi)進(jìn)行，所述無機(jī)酸水溶液為質(zhì)量百分比濃度為40% 90%的ー種或兩種以上的無機(jī)酸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的ー種Ba14CO3的制備方法，其特征在于，所述步驟一中無機(jī)酸水溶液為硫酸和磷酸的混酸溶液，且硫酸與磷酸的體積比為I :4 4 :1。
9.根據(jù)權(quán)利要求I 6任一項(xiàng)所述的ー種Ba14CO3的制備方法，其特征在于，所述步驟一中生成含14C的氣相產(chǎn)物在氧化爐內(nèi)進(jìn)行，步驟一中氧化爐的氧化劑為流通的氧氣，且步驟一中氧化爐的溫度為900 1500°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Ba14CO3的制備方法，包括以下步驟將輻照后的氮化鋁經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成含14C的氣相產(chǎn)物；將生成的含14C的氣相產(chǎn)物通入含有金屬氧化物的氧化爐中使所有含14C的氣相產(chǎn)物均生成14CO2；將生成的14CO2通入含有無機(jī)堿水溶液的吸收池中生成含14C的碳酸鹽；將生成的碳酸鹽溶液加入錐形瓶中，并向錐形瓶中加BaCl2溶液生成Ba14CO3；將錐形瓶中物質(zhì)倒入砂芯漏斗后接油泵抽濾，并在紅外燈下烘干得到Ba14CO3。采用本發(fā)明制備Ba14CO3，工序簡(jiǎn)單，操作方便，且本發(fā)明所需的設(shè)備和材料便于取材，進(jìn)而使本發(fā)明制備的Ba14CO3較現(xiàn)有技術(shù)成本降低，便于Ba14CO3的推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)C01F11/18GK102849772SQ201210348408
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日
發(fā)明者張勁松, 陳云明, 羅寧, 曹其如, 李兵, 李新政, 劉東彬 申請(qǐng)人:中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院