專利名稱：一種Ba¹⁴CO₃的制備方法
技術領域：
本發明涉及無機鹽的制備方法，具體是一種Ba14CO3的制備方法。
背景技術：
14C是純β長壽命放射性同位素，半衰期為5730年，β射線能量為156 keV, 14C主要用于制備標記化合物，Ba14CO3作為14C制備的標記化合物的一種，其在農業、工業、醫學、生物學、考古等方面具有廣泛用途，尤其是在生命科學研究領域中具有重要意義。現今制備Ba14CO3的工序復雜，過程繁瑣，且對設備的要求較高，這嚴重影響了 Ba14CO3的推廣應用
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種Ba14CO3的制備方法，其用于制備Ba14CO3時整體工序簡單，便于操作，且對設備的要求較低，這就降低了制造出的Ba14CO3成本，進而便于Ba14CO3的推廣應用。本發明的目的主要通過以下技術方案實現一種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反應瓶中與含有氧化劑的質量百分比濃度為409Γ90%的無機酸水溶液發生反應，或將輻照后的氮化鋁加入含有氧化劑的氧化爐中發生氧化反應，進而生成含14C的氣相產物；
步驟二、將步驟一中生成的含14C的氣相產物通入含有金屬氧化物的氧化爐中，并在氧化爐中進行氧化反應使通入氧化爐的所有含14C的氣相產物均生成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、將錐形瓶中物質倒入砂芯漏斗后接油泵抽濾，并在紅外燈下烘干得到Ba14CO3產品。步驟一中若采用化學反應瓶，化學反應瓶優選采用三口圓底燒瓶，且該三口圓底燒瓶的三個接口上分別設有蛇形冷凝管、玻璃進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堆中經熱中子輻照，氮化鋁經反應堆熱中子輻照后由14N (n, p) 14C反應得到14C。其中，用于輻照的氮化鋁化學純度>95%，且碳含量〈500 ppm，本發明在應用時需預先對氮化鋁進行測定，進而保證后續制成的Ba14CO3 純度。為了便于取材和促進反應效率，所述步驟二中金屬氧化物為氧化銅，氧化爐的溫度為 600 IOOO0Co所述吸收池中無機堿水溶液為濃度O. I 4mol/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。當本發明的無機堿為氫氧化鋇時可直接生成Ba14CO3，這時可省略步驟四和步驟五，但采用此種方式得到的Ba14CO3中雜質較多，因此本發明中優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，所述三個吸收池均設有吸收液加注與排放接口，且吸收池內底部設置有砂芯結構。本發明設計三個吸收池的目的便于充分吸收14CO2，而吸收池內的砂芯結構便于分散氣泡；為了便于本發明采用氣體導向時載氣流通，三個吸收池應設有載氣進口和載氣出口，而為了便于向吸收池內加入和排放堿性水溶液，吸收池還應設有吸收液加注和排放口。載氣及其帶動的氣體經過三個吸收池后，輸出氣體流向一個堿性水溶液的尾氣吸收瓶內。所述步驟一中的化學反應瓶或氧化爐、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的氣相產物和步驟二中生成的14CO2均通過向步驟一中化學反應瓶或氧化爐中加入的載氣進行導向，所述載氣為空氣、氧氣兩種氣體中的一種或兩種。本發明步驟一中生成含14C的氣相產物若在化學反應瓶內進行，則載氣還可混入氮氣和稀有氣體。為了避免運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進行。為了便于操作，手套箱設有管線接口，進而使本發明操作時便于料液加注、取出、 反應器清洗,產物抽濾、烘干等操作。本發明提取含14C的氣相產物的第一種實施方式，即濕法提取含14C的氣相產物的技術，所述步驟一中生成含14C的氣相產物在化學反應瓶內進行，所述無機酸水溶液為質量百分比濃度為40°/Γ90%的一種或兩種以上的無機酸。所述步驟一中無機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量百分比濃度均為40°/Γ90%。本發明提取含14C的氣相產物的第二種實施方式，即干法提取含14C的氣相產物的技術，所述步驟一中生成含14C的氣相產物在氧化爐內進行，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。本發明中濕法制備含14C的氣相產物較干法制備含14C的氣相產物所需的裝置更簡易，裝置更易實現，濕法制備含14C的氣相產物更適合實驗室小規模制取，而干法制備含14C的氣相產物不產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，進而適合大規模含14C的氣相產物的抽取。本發明在應用時，吸收池內主要進行的化學反應為
14CO2 + or — 14Co3 2++ H2O ；
在沉淀過程中主要進行的化學反應為
CO32+ + BaCl2 — Ba14CO3 +Cl—。本發明在應用時，濕法提取含14C的氣相產物中化學反應瓶進行的主要反應為 AlN + H. — Al3+ + NH3 ；
Al414C3 + H. — Al3+ + 14CH4 ；
14C + [O] — 14CO + 14CO2 ；
步驟二中氧化爐內進行的反應為
14CH4 + CuO — 14CO2 + Cu ；
14CO + CuO — 14CO2 + Cu ；
Cu + O2 — CuO0本發明在應用時，干法提取含14C的氣相產物中步驟一中氧化爐內進行的主要反應為
AlN + O2 — Al2O3 + NO ；
14C + O2 — 14CO + 14CO2 ；
步驟二中氧化爐中進行的化學反應為
14CO + CuO — 14CO2 + Cu ；
Cu + O2 — CuO0與現有技術相比，本發明具有以下有益效果本發明制備Ba14CO3依次包括以下步驟將輻照后的氮化鋁取出并放入化學反應瓶或氧化爐中經過化學反應生成含14C的氣相 產物；將生成的含14C的氣相產物通入含有金屬氧化物的氧化爐中進行氧化還原反應生成14CO2 ;將生成的14CO2加入含有O. I 4mol/L的無機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 ;將錐形瓶中物質倒入砂芯漏斗后接油泵抽濾，并在紅外燈下烘干得到Ba14CO3產品。采用本發明制備Ba14CO3,整體工序簡單，操作方便，且本發明應用時所依賴的反應堆為現有設備，而化學反應瓶、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現，因本發明降低了繁瑣的工序和設備的要求，使本發明制造出的Ba14CO3所需的成本低，進而便于本發明制造出的Ba14CO3推廣應用。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。實施例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、玻璃進氣塞和恒壓滴液漏斗。在三個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。向三口圓底燒瓶內注入高純氮氣，流速為20-30 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量百分比濃度均為50%)滴加到三口圓底燒瓶中，同時開始攪拌，一個小時滴完，三口圓底燒瓶的溫度保持在120°C。將三個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。將錐形瓶中物質倒入砂芯漏斗后接油泵抽濾，紅外燈下烘干得到Ba14CO3產品。14C活度用液體閃爍法測量，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中輻照時間14天)，在真空手套箱中將靶管切開，本實施例涉及兩個氧化爐，第一氧化爐用于AlN在其內反應生成含14C的氣相產物，第二氧化爐用于將第一氧化爐生成的含14C的氣相產物完全轉化為生成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5小時后讓第一氧化爐和第二氧化爐程序降溫。將三個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。將錐形瓶中物質倒入砂芯漏斗后接油泵抽濾，紅外燈下烘干得到Ba14CO3產品。14C活度用液體閃爍法測量，14C總活度為O. 123 mCi, Ba14CO3比活度I. 2 mCi/g°
權利要求
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反應瓶中與含有氧化劑的質量百分比濃度為409Γ90%的無機酸水溶液發生反應，或將輻照后的氮化鋁加入含有氧化劑的氧化爐中發生氧化反應，進而生成含14C的氣相產物； 步驟ニ、將步驟一中生成的含14C的氣相產物通入含有金屬氧化物的氧化爐中，并在氧化爐中進行氧化反應使通入氧化爐的所有含14C的氣相產物均生成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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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，所述三個吸收池均設有吸收液加注與排放接ロ，且吸收池內底部設置有砂芯結構。
5.根據權利要求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反應瓶或氧化爐、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的氣相產物和步驟ニ中生成的14CO2均通過向步驟一中化學反應瓶或氧化爐中加入的載氣進行導向，所述載氣為空氣、氧氣兩種氣體中的ー種或兩種。
6.根據權利要求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進行。
7.根據權利要求I 6任一項所述的ー種Ba14CO3的制備方法，其特征在于，所述步驟一中生成含14C的氣相產物在化學反應瓶內進行，所述無機酸水溶液為質量百分比濃度為40% 90%的ー種或兩種以上的無機酸。
8.根據權利要求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.根據權利要求I 6任一項所述的ー種Ba14CO3的制備方法，其特征在于，所述步驟一中生成含14C的氣相產物在氧化爐內進行，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化學反應生成含14C的氣相產物；將生成的含14C的氣相產物通入含有金屬氧化物的氧化爐中使所有含14C的氣相產物均生成14CO2；將生成的14CO2通入含有無機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。采用本發明制備Ba14CO3，工序簡單，操作方便，且本發明所需的設備和材料便于取材，進而使本發明制備的Ba14CO3較現有技術成本降低，便于Ba14CO3的推廣應用。
文檔編號C01F11/18GK102849772SQ201210348408
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月19日 優先權日2012年9月19日
發明者張勁松, 陳云明, 羅寧, 曹其如, 李兵, 李新政, 劉東彬 申請人:中國核動力研究設計院