[发明专利]一种硼-10酸制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学合成与分离技术领域，特别是涉及一种由富集三氟化硼¹⁰BF₃制备硼-10酸的方法。

背景技术

硼B有两种稳定的同位素，¹⁰B和¹¹B，它们在自然界中的丰度大约为19.8％和80.2％左右。硼10对中子有非常强的吸收能力，在核电、现代工业、军事装备、及医药等方面的应用日益广泛。其中，富集硼-10酸在核工业上是很好的中子吸收剂，与天然丰度的硼酸相比较，核反应堆中采用富集硼-10酸有两个非常显著的优势：一是反应堆冷却系统中¹⁰B的浓度将增加；二是硼酸的整体用量将减少。据相关研究表明，¹⁰B浓度增加带来的益处包括反应堆能力的增强、可以增加使用MOX燃料(混合氧化物)、可以增加循环和燃烧周期、每个循环的燃料消耗量减少，由此废液处理费用、最终所需的燃料费用、中间和最后的储存费用都将大大缩小。

工业化生产中多采用化学同位素交换精馏法分离硼同位素，硼同位素分离完成后，得到的是富集¹⁰BF₃。为了将富集¹⁰BF₃应用于核工业中，需要尽可能将富集¹⁰BF₃反应，转化成富集硼-10酸。

辽宁省化工研究院的吴长美在文章高纯硼-10酸的制造方法中，采用三氟化硼-乙醚络合物与氯化钙为原料，在甲醇介质中反应生成硼-10酸三甲酯，简单蒸馏，收集58～60℃的馏分。在馏分中加入去离子水，将得到的硼10-酸三甲酯水解生成硼-10酸，分离得到硼-10酸产品。但是，此方法在反应和蒸馏过程中易造成硼酸三甲酯的水解，反应收率低。此反应方程式可表示如下：

B(CH₃O)₃+H₂O→H₃BO₃+CH₃OH    （2）

天津大学金海玲等在文章用三氟化硼乙醚络合物合成硼酸三甲酯中，将三氟化硼10-乙醚络合物与甲醇钠在甲醇介质中反应制备硼-10酸三甲酯，对反应完成后的混合液离心以除去氟化钠，对离心的上清液简单蒸馏，收集54-56℃的馏分，向馏分中加氯化锂盐析，得到的上层清夜即为硼-10酸三甲酯，加水后硼-10酸三甲酯水解生成硼-10酸，经浓缩、干燥得到硼-10酸产品。此方法在反应和蒸馏过程中易造成硼酸三甲酯的水解，而且盐析过程消耗氯化锂较多，不利于工业化应用，反应收率低。反应的化学方程式可表示如下：

Na+CH₃OH→CH₃ONa+H₂    （3）

(C₂H₅)₂O·BF₃+3NaOCH₃+CH₃OH→

[B(OCH₃)₃+CH₃OH]+3NaF+(C₂H₅)₂O    （4）

[B(OCH₃)₃+CH₃OH]+LiCl→B(OCH₃)₃+[CH₃OH+LiCl]    （5）

为了提高富集三氟化硼¹⁰BF₃反应生成富集硼-10酸的收率和纯度，更利于富集硼-10酸工业化生产，目前都在研究和开发中。

发明内容

本发明采用碳酸锂与富集三氟化硼¹⁰BF₃反应的方法来合成硼-10酸，此方法在有水体系中进行，避免了生成硼酸三甲酯过程中酯的水解。碳酸锂与富集三氟化硼¹⁰BF₃反应直接生成硼-10酸，并采用过滤或者抽滤方式除去生成的氟化锂，将滤液经过阳离子交换除去少量残余锂离子，并结晶分离出高纯度硼-10酸。

本发明技术方案如下：

一种硼-10酸制备方法，步骤如下：

（1）配置碳酸锂与水的固液混合物；