用于萃取分离硼同位素的疏水性深度共熔溶剂及其应用

本发明属于分离，具体涉及一种用于萃取分离硼同位素的疏水性深度共熔溶剂及其应用。

背景技术：

1、硼同位素分离的工业生产方法及研究的方向主要集中在化学交换法上，目前用化学法分离同位素的主要技术有：气-液体系的化学交换蒸馏法，液-液体系的萃取法和固-液体系的离子交换色谱法。作为目前硼同位素的主要生产法，三氟化硼乙醚(或苯甲醚)化学精馏法就属于气液交换法，但是其工作介质毒性大、设备投资大、能耗高及防护要求高，成本高等缺点；离子交换色谱法具有高效节能安全性高等优点，是目前研究着比较关注的，但其分离因素低等缺陷限制其放大应用。萃取法属于液液交换，易于放大、安全节能操作简易，且绿色环保，工艺简短，是理想经济的分离方法，广泛应用于湿法冶金领域，找到合适的分离因素高的萃取分离体系，萃取法将是最有潜力、最为经济的分离硼同位素的大规模生产方法。

2、硼有10b和11b两种稳定同位素，其天然丰度分别约为19.7％和80.3％。10b和11b对中子的吸收性质差别巨大，10b对热中子的吸收截面为3837靶，而11b仅为0.005靶。由于10b优良的中子吸收特性，高丰度的10b被广泛应用于核工业和相关现代工业中，此外，10b作为治疗癌症的主要成分已经在理论和应用上获得了突破。

3、目前关于分离富集10b同位素的方法主要有5种：三氟化硼化学交换精馏法、三氟化硼低温蒸馏法、离子交换树脂法、激光光谱法和电磁法，其中化学交换精馏法和离子交换色谱法是国内外学者研究较多的方法，但迄今为止，真正实现工业化生产的只有化学交换精馏法。

4、硼同位素在核电、现代工业、军事装备、及医药等方面的应用日益广泛，尤其在中子防护以及核电方面。目前，在硼同位素分离和应用领域，一直是美国、俄罗斯、日本、英国和法国等少数国家垄断。美国赛瑞丹公司(ceradyne，2014年被3m公司收购)硼-10酸生产已有40多年历史，其硼-10酸产量占世界的85％以上。日本stella-chemifa公司2000年年末在大阪泉大津市投产日本唯一一家硼同位素分离设施，年产6吨硼-10(40吨硼-10酸)；2006年6月与住友重工和日本创新网路公司共同成立斯特拉制药公司(stella pharma co.)，开发重点一直放在硼化合物上，尤其是用于硼中子俘获治疗的化合物，2020年推出全球首个上市bnct药物borofalan[10b]。随着现代科技的进步，世界范围内对高丰度10b的需求量越来越大，因此，开发生产10b同位素具有极高的经济价值和社会效益。

5、目前大量的工业化生产方法是化学交换蒸馏法，对三氟化硼乙醚或苯甲醚络合物进行化学蒸馏，11bf3以气体的形式富集于塔顶，10bf3以络合物形式富集于塔底液相。此法缺点比较明显，设备投资大，能量消耗大，而且由于使用三氟化硼络合物，无论是人员还是设备，防护要求都很高，特别是三氟化硼易水解，对设备的性能及防腐蚀要求也很高，这也是我国一直难以突破的地方，富集硼酸的价格一直高居不下，也是这一方法生产成本比较高的原因。(起始原料三氟化硼气体市场价达20万元/吨)，由于同位素富集时需要以三氟化硼的形式末端应用，大宗的核电站应用都是以富集硼酸的形式，所以要经过与乙醇钠反应生成硼酸乙酯再水解为硼酸的过程，造成了宝贵的氟资源的浪费。目前离子色谱交换法具有节能的特点，但分离因素很低。萃取法分离具有易放大，容易规模化生产且绿色环保，直接采用硼酸作为原料，省略了中间化合物的转化步骤，而且利用富集后的硼酸作为原料可以更为容易的转化为其他富集硼材料，但是选用何种溶剂来进行萃取是最为关键的问题，因此提供一种用于萃取分离硼同位素的疏水性深度共熔溶剂是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种用于萃取分离硼同位素的疏水性深度共熔溶剂及其应用，以克服现有技术的不足。

2、为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

3、本发明实施例提供了一种用于萃取分离硼同位素的疏水性深度共熔溶剂，其包括：氢键供体及氢键受体，所述氢键供体包括含双羟基的二元醇化合物，所述氢键受体包括含酚羟基的化合物和/或固态一元醇。

4、本发明实施例还提供了前述的疏水性深度共熔溶剂在萃取分离硼同位素中的应用。

5、本发明实施例还提供了一种从硼酸水溶液中分离10b同位素的方法，其包括：

6、提供前述的疏水性深度共熔溶剂；

7、以及，将所述疏水性深度共熔溶剂与硼酸水溶液混合进行萃取，从而实现10b同位素的富集。

8、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

9、(1)本发明提供的分离10b同位素的方法中的疏水性深度共熔溶剂以含双羟基的二元醇化合物作为氢键供体，含酚羟基的化合物或固态一元醇作为氢键受体，水相为硼酸水溶液，避免了传统工业化学交换精馏法中三氟化硼的使用，从而避免了其所带来的介质毒性大、设备投资大、能耗高及防护要求高等问题，相较于传统的溶剂萃取法中的有机溶剂，深度共熔溶剂具有较低的毒性、较高的生物可降解性以及较低的成本，因此在环保型溶剂的研究中备受关注；

10、(2)本发明提供的方法中采用疏水性深度共熔溶剂的硼同位素分离因子达到1.033，达到并超过工业化的要求；

11、(3)本发明中采用的深度共熔溶剂负载硼之后，可以通过低浓度碱溶液反萃再生，避免了使用强酸强碱而对设备及人员的造成的伤害；

12、(4)本发明中的深度共熔溶剂可以多次循环利用，节约资源。

技术特征：

1.一种用于萃取分离硼同位素的疏水性深度共熔溶剂，其特征在于，包括氢键供体及氢键受体，所述氢键供体包括含双羟基的二元醇化合物，所述氢键受体包括含酚羟基的化合物和/或固态一元醇。

2.根据权利要求1所述的疏水性深度共熔溶剂，其特征在于：所述氢键供体与氢键受体的摩尔比为1∶3～3∶1。

3.根据权利要求1所述的疏水性深度共熔溶剂，其特征在于：所述氢键供体具有如式(i)和/或式(ii)所示的结构：

4.根据权利要求1所述的疏水性深度共熔溶剂，其特征在于：所述氢键受体包括百里香酚、甲酚、3-甲基-4-异丙基苯酚、6-叔丁基间甲酚、2，3-二甲酚、丙泊酚、4-乙基苯酚、薄荷醇、1-十二烷醇中的任意一种或两种以上的组合。

5.权利要求1-4中任一项所述的疏水性深度共熔溶剂在萃取分离硼同位素中的应用。

6.一种从硼酸水溶液中分离10b同位素的方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述硼酸水溶液中硼酸的浓度为1～30g/l。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述疏水性深度共熔溶剂与硼酸水溶液的体积比为1∶5～5∶1。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，具体包括：将所述疏水性深度共熔溶剂与硼酸水溶液混合并于10～40℃进行单级萃取，获得富10b同位素溶液。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：采用反萃剂对所述富10b同位素溶液于10～40℃进行反萃处理，获得富10b同位素水溶液；

技术总结
本发明公开了一种用于萃取分离硼同位素的疏水性深度共熔溶剂及其应用。所述疏水性深度共熔溶剂包括氢键供体及氢键受体，所述氢键供体包括含双羟基的二元醇化合物，所述氢键受体包括含酚羟基的化合物和/或固态一元醇。本发明提供的分离10B同位素的方法中的疏水性深度共熔溶剂以含双羟基的二元醇化合物作为氢键供体，含酚羟基的化合物或固态一元醇作为氢键受体，水相为硼酸水溶液，避免了传统工业化学交换精馏法中三氟化硼的使用，从而避免了其所带来的介质毒性大、设备投资大、能耗高及防护要求高等问题；同时具有较高的硼同位素分离因子。

技术研发人员：彭小五,李丽娟,时东,李晋峰,姬连敏,鲁海龙,宋富根,张利诚,张禹泽,谢绍雷,牛勇
受保护的技术使用者：中国科学院青海盐湖研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15