以乙烯和二氧化碳为介质制备高丰度碳-13同位素的方法技术

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。本发明专利技术流量大，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。

【技术实现步骤摘要】
以乙烯和二氧化碳为介质制备高丰度碳-13同位素的方法
本专利技术属于同位素分离
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术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。本专利技术是通过采用如下技术方案实现的：本专利技术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。上述方案中，所述第二气体扩散级联是由二氧化碳基本全分离系数为1.005～1.015的气体扩散分离装置串、并联构成。上述方案中，所述将天然丰度的乙烯原料供入第一气体扩散级联之前，该方法还包括：对天然丰度的乙烯原料进行净化，具体包括：以液氮和“液氮-无水乙醇”混合物作为冷却剂，利用乙烯与杂质沸点及饱和蒸气压的差异，对乙烯原料进行多次分馏净化，将乙烯化学纯度提升到99.9％以上。从上述技术方案可以看出，本专利技术提供的以乙烯和二氧化碳为介质制备高丰度碳-13同位素的方法，由于采用设计合理、高效的第一气体扩散级联和第二气体扩散级联，并采用分离系数相对较大的乙烯和二氧化碳作为分离介质，所以具有流量大、效率高、制备出的高丰度碳-13同位素纯度高等优点。另外，作为分离介质的乙烯和二氧化碳，相对分子质量较小，气体扩散分离系数相对较大，级联级数相对较少。天然丰度的乙烯在通入气体级联之前经过净化，化学纯度在99.9％以上。气体扩散分离过程为物理分离过程，不引入其它杂质，制备出的高丰度碳-13同位素化学纯度高。附图说明图1为依照本专利技术实施例的气体扩散级联制备高丰度碳-13同位素的原理示意图；图2为依照本专利技术实施例的以乙烯和二氧化碳为介质制备高丰度碳-13同位素的方法流程图；图3为依照本专利技术实施例的气体扩散分离装置串、并联级联连接形式的示意图；图4A和图4B为依照本专利技术实施例的气体扩散级联各级碳-13同位素丰度分布图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本专利技术的保护范围。在以下描述中，一些具体实施例仅用于描述目的，而不应该理解为对本专利技术有任何限制，而只是本专利技术实施例的示例。在可能导致对本专利技术的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。应注意，图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本专利技术实施例的内容。再者，“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。如图1和图2所示，图1为依照本专利技术实施例的气体扩散级联制备高丰度碳-13同位素的原理示意图，图2为依照本专利技术实施例的以乙烯和二氧化碳为介质制备高丰度碳-13同位素的方法流程图，该方法包括以下步骤：步骤S1：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；步骤S2：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。上述步骤S1中，所述第一气体扩散级联为相对丰度匹配级联，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，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。所述第一气体扩散级联，其重馏分流量为供料流量的0.001～0.005倍，总流量为供料流量的8000～12000倍，轻馏分中的碳-13同位素丰度低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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：/n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；/n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；/n其特征在于，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。/n

【技术特征摘要】
1.一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；
其特征在于，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。


2.如权利要求1所述的以乙烯和二氧化碳为介质制备高丰度碳-13同位素的方法，其特征在于，所述第一气体扩散级...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明胜，姜东君，蹇丛徽，潘建雄，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11