一种用于碳同位素分离的络合剂及分离方法与流程

本公开属于同位素生产工艺，具体涉及一种用于碳同位素分离的络合剂及分离方法。

背景技术：

1、碳具有两种稳定同位素，其中包括比例为98.89％的碳-12和1.1％的碳-13，这种碳-12和碳-13在工业上有广泛用途，例如，将1.1％的碳-13浓缩至99％的碳-13用作化学、生物化学及环境领域的示踪剂，用碳-13标记的尿素和葡萄糖的化合物用于各种疾病的非侵入性诊断和代谢物研究。例如，呼气试验因诊断的准确性和便利性而逐渐扩大了其应用范围,该呼气试验通过在摄取用碳-13标记的化合物后，测量呼出的碳-13成分比来诊断各种疾病。

2、目前碳同位素的工业化生产方法主要为低温精馏法，仅通过单级分离制度，浆料粘度大，存在能耗大，传质差，易堵塞等缺点，以及现有方法得到的13c同位素和12c同位素的丰度较低。因此，有必要提出一种新的络合剂，以降低粘度，提升传质效率，降低能耗，同时提高碳同位素的丰度。

技术实现思路

1、本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种用于碳同位素分离的络合剂和分离方法。

2、本公开的一方面，提出一种用于碳同位素分离的络合剂，所述络合剂包括第一组分和第二组分；其中，

3、所述第一组分为有机胺；

4、所述第二组分为小分子烃、小分子醚或小分子酮中的任意一者。

5、可选地，所述小分子烃选自c5-c10烷烃、c5-c10环烷烃、c5-c10芳基烃、c5-c10杂芳烃或c5-c10烯烃；所述c5-c10烷烃任选地被1,2或3个卤素取代；所述c5-c10环烷烃任选地被1,2或3个卤素取代；所述c5-c10芳基烃任选地被1,2或3个卤素取代；所述c5-c10杂芳烃任选地被1,2或3个卤素取代或所述c5-c10烯烃任选地被1,2或3个卤素取代；优选，所述卤素包括氟、氯、溴中的一种或几种；进一步优选，所述小分子烃选自1-氯戊烷、1,2-二氯戊烷、1-氯己烷、正庚烷、1-氯辛烷、二氯环已烷、氯代环戊烷。

6、可选地，所述所述小分子醚为下述化合物通式r1or2所示，

7、其中r1、r2独立选自c1-c10烷基、c3-c10环烷基或c5-c10芳基，所述c1-c10烷基任选被c1-c3烷基取代，所述c5-c10芳基任选被c1-c3烷基取代；所述c3-c10环烷基任选被c1-c3烷基取代；

8、优选，r1、r2独立选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、

9、异丁基、正戊基、异戊基、环戊基、正己基、异己基、环己基、苯基、苯甲基等中的一种；进一步优选，所述小分子醚选自二异丙醚、甲基叔丁基醚、乙基叔丁基醚或二正丙醚。

10、可选地，所述小分子酮为下述化合物通式r1(c=o)r2所示，其中r1、r2独立选自c1-c10烷基、c3-c10环烷基、c5-c10芳基或r1、r2与c=o形成环酮，所述c1-c10烷基任选被c1-c3烷基取代，所述c5-c10芳基任选被c1-c3烷基取代，所述c3-c10环烷基任选被c1-c3烷基取代；所述环酮任选地被c1-c3烷基取代；优选，r1、r2独立选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、正戊基、异戊基、环戊基、正己基、异己基、环己基、苯基、苯甲基或r1、r2与c=o形成c4-c8环酮；

11、进一步优选，所述小分子酮选自环戊酮、环己酮、甲基环戊酮、甲基环己酮、甲基异丁基酮等中的一种。

12、可选地，所述有机胺选自下述式1的化合物

13、

14、其中r1、r2、r3各自独立选择为氢、c1-c8烷基、c5-c8杂芳基、c3-c8环烷基、c5-c8芳基或c3-c8杂环基，且r1、r2、r3不能同时为氢；

15、所述c1-c8烷基任选地被1、2或3个选自下述取代基取代：c1-c3烷基、氨基、甲氧基、卤素或羟基；所述c3-c8环烷任选地被1、2或3个选自下述取代基取代：c1-c3烷基、氨基、甲氧基、卤素或羟基；所述c5-c8杂芳基任选地被1、2或3个选自下述取代基取代：c1-c3烷基、氨基、甲氧基、卤素或羟基；所述c5-c8芳基任选地被1、2或3个选自下述取代基取代：c1-c3烷基、氨基、甲氧基、卤素或羟基；所述杂芳基或杂环烷中杂原子选自n。

16、可选地，其中r1、r2、r3独立选择为氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、正戊基、异戊基、甲氧基甲基、乙氧基甲基、甲氧基乙基、乙氧基乙基、苯基、苄基、苯氧基甲基、苯氧基乙基、环戊基、环己基、环戊基甲基、羟甲基、羟乙基、羟丙基、胺甲基、胺乙基、氨丙基、氟甲基、氟乙基、氯甲基、氯乙基、溴甲基、溴乙基、二氟甲基、三氟甲基、芳基、或杂芳基，且r1、r2、r3不能同时为氢。

17、可选地，其中，r1、r2、r3独立选自氢或c1-c3烷基，且r1、r2、r3不同时为氢，所述c1-c3烷基任选地被羟基或、甲氧基取代。

18、可选地，其中r1为氢、r2、r3选自氢或c1-c3烷基，且r2、r3不同时为氢；所述c1-c3烷基任选地被羟基或甲氧基取代。

19、可选地，所述有机胺为伯胺、仲胺、叔胺、芳香胺中的至少一种。

20、所述伯胺指氨（nh3）分子中一个氢原子被烃基取代后形成的有机胺，其通式为r-nh2。所述伯胺选自乙胺、正丙胺、正丁胺、丁二胺、一乙醇胺、对苯二胺或异丁醇胺。

21、所述仲胺是指氨分子中两个氢原子被烃基取代后形成的有机胺，其通式为r2-nh（两个烃基可以相同或不同）。可选地，所述仲胺选自烷基直链仲胺、烷基支链仲胺或环状仲胺；优选地，所述仲胺选自二乙胺、二乙醇胺、二丁胺、二异丙醇胺、二异丙胺、n-异丙基甲胺、n-甲基苯胺、哌啶或吡咯烷。

22、所述叔胺是指氨分子中三个氢原子全部被烃基取代的有机胺，其通式为r3n（三个烃基可以相同或不同），氮原子上没有氢原子。例如三乙醇胺（tea）和n-甲基二乙醇胺、三甲胺、三乙胺或n,n-二甲基苯胺等。

23、所述芳香胺是指氨基直接连接在芳香环（如苯环）上的有机胺。例如n-甲基苯胺、n,n-二甲基苯胺、苯胺或二苯胺等。

24、可选地，所述有机胺络合剂为二乙醇胺、二乙胺、乙二醇胺、丁二胺、三乙醇胺、n-甲基苯胺、对苯二胺、哌啶、吡咯烷中的至少一种。

25、可选地，所述二氧化碳和有机胺的摩尔比为（0.20~0.80）：1；例如，0.2：1、0.3：1、0.4：1、0.5：1、0.6：1、0.7：1、0.8：1；优选地，摩尔比（0.3~0.6）：1。

26、可选地，所述第二组分含量为所述第一组分含量的10-30%。例如10%、12%、14%、16%、18%、20%、22%、24%、26%、28%或30%。

27、本公开的另一方面，提出一种碳同位素的分离方法，所述分离方法包括：

28、向络合塔中通入二氧化碳和络合剂，二氧化碳中的12co2与有机胺络合，生成12c-胺络合物；所述络合剂采用前文记载的所述络合剂；

29、所述12c-胺络合物流入至交换塔中，并向所述交换塔中通入二氧化碳气体，二氧化碳中的13co2与所述12c-胺络合物发生交换反应，生成12co2和13c-胺络合物；

30、所述13c-胺络合物在裂解塔中加热裂解为裂解产物和13co2；

31、所述裂解产物在除杂塔中形成有机胺和杂质。

32、可选地，所述络合塔的温度为25-35℃；可以选自25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃或35℃。

33、可选地，所述交换塔的温度为10-60℃；可以选自10℃、12℃、14℃、16℃、18℃、20℃、22℃、24℃、26℃、28℃、30℃、32℃、34℃、36℃、38℃、40℃、42℃、44℃、46℃、48℃、50℃、52℃、54℃、56℃、58℃或60℃。

34、可选地，所述裂解塔的加热裂解温度为100-250℃；可以选自100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃或250℃。

35、可选地，所述裂解产物经减压精馏或共沸精馏形成有机胺络合剂和杂质。上述有机胺络合剂的纯度以满足作为络合剂使用，优选纯度99%以上。

36、本公开另一方面，提供一种13c同位素，是由前述分离方法制备得到的，所述13c同位素丰度99.00%以上。

37、本公开提出一种用于碳同位素的络合剂及分离装置、分离方法。络合剂包括第一组分和第二组分；其中，所述第一组分为有机胺；所述第二组分为小分子烃、小分子醚、小分子酮中的任意一者。本公开的第二组分作为粘度调节剂，能够破坏胺分子间氢键，以及基于第二组分为小分子有机物，通过分子稀释效应插入胺分子间隙，物理间隔分子，进一步降低有机胺液的粘度，这样，在交换反应中，¹³c-胺络合物在液相中的扩散速率提升，同位素交换时间缩短，降低能耗。