三氟化硼―苯甲醚络合物制备及研究进展.doc

三氟化硼―苯甲醚络合物的制备及研究进展 　　【摘 要】苯甲醚―三氟化硼体系化学交换法分离硼同位素的主要生产原料是三氟化硼―苯甲醚络合物，络合物的摩尔比大小是直接影响硼同位素生产能力重要因素之一。通过开展对制备三氟化硼―苯甲醚络合物的应用研究，摸索了温度和压力对络合物的摩尔比大小的影响。试验结果表明：三氟化硼与苯甲醚能迅速生成络合物，但苯甲醚并没有按BF3：C6H5OCH3=1：1的比例吸收三氟化硼，随着反应时间的增加，吸收三氟化硼越来越缓慢；随着络合物的温度的上升，生成络合物的摩尔比就会减少；随着络合物制备试验装置系统压力的增大，生成的络合物的摩尔比就会增加。试验确定了影响三氟化硼―苯甲醚络合物的摩尔比的因素，络合物的摩尔比与试验压力成正比，与试验温度成反比。试验数据可为工业应用提供参考依据。 　　【关键词】三氟化硼―苯甲醚络合物；摩尔比；影响因素 　　0 前言 　　第二次世界大战爆发以后，由于军事原子能工业发展的需要，同位素分离进入工业规模生产阶段。我国自从五八年以来，原子能工业的逐步地建立，对于同位素的性能、生产及应用的技术研究越来越受到人们的重视。特别是近十年来重氢同位素和10B同位素的分离引起许多高等院校和企业的青睐，轻同位素的分离技术已经成为同位素研究领域的重要发展方向。 　　自然界天然存在的10B丰度值低于其理论最高值20.3%，而10B不能人工合成，要想获得富集度更高的10B产品，只有通过高难度的同位素分离技术，使10B与11B分离浓缩。三氟化硼―苯甲醚络合物化学交换法是当今10B同位素分离最实用的方法。中国科学院化学研究所稳定同位素组和天津大学曾先后采用三氟化硼―苯甲醚络合物化学交换法进行10B同位素分离试验，并未对三氟化硼―苯甲醚络合物的制备进行研究。而中核建中核燃料元件有限公司在对三氟化硼―苯甲醚络合物化学交换法分离10B同位素研究的同时，还对制备三氟化硼―苯甲醚络合物进行了试验和应用研究。制备的三氟化硼―苯甲醚络合物摩尔比的大小，对三氟化硼―苯甲醚络合物化学交换法生产10B同位素起着重要的作用。为此，开展了制备三氟化硼―苯甲醚络合物的应用研究，确定影响三氟化硼―苯甲醚络合物的摩尔比的因素，为三氟化硼―苯甲醚络合物化学交换法生产10B同位素工业规模化的应用提供参考依据。 　　1 制备三氟化硼―苯甲醚络合物的原料 　　表1 三氟化硼的物理化学性质[1] 　　Table1 Physico―Chemical Properties of BF3 　　1.1 三氟化硼气体 　　1.1.1 三氟化硼气体物性 　　三氟化硼是一种具有令人窒息气味的气体。常温下是无色气体，有刺激的臭味，比空气重1.3倍。在潮湿的空气中会生成浓密的白烟，遇水分解并有刺激性气味，不燃烧、剧毒、湿气体有强烈腐蚀性。三氟化硼的化学性质很活泼，能与许多有机物和无机物发生反应。由于三氟化硼中硼原子有缺电子性，因此是很好的电子接受体，容易与电子给予体生成稳定的络合物。其主要物理化学性质见表1。 　　1.1.2 技术要求 　　三氟化硼气体原料应符合GB/T 14603―93 电子工业气体三氟化硼，其质量指标应符合表2的技术要求。 　　1.2 苯甲醚 　　1.2.1 苯甲醚物性 　　苯甲醚又称茴香醚是一种无色的液体，具有芳香气味，且完全不溶于水。但能溶于有机溶剂丙酮、苯、乙醇、乙醚等中。易燃，微毒，是一种食用添加剂。其主要物理化学性质见表3。 　　1.2.2 技术要求 　　苯甲醚的质量指标应符合表4的技术要求。 　　2 三氟化硼―苯甲醚的络合原理 　　三氟化硼与其它许多有机物形成络合物的分离效果，虽然其中有些体系分离系数相当高，但苯甲醚在分离效率（等板高度较小）、化学稳定性、毒性、气味及腐蚀性上都优于其它体系[2]。因此，三氟化硼―苯甲醚络合物化学交换法目前是生产同位素10B、11B的主要方法。 　　三氟化硼与苯甲醚反应形成三氟化硼―苯甲醚络合物的反应为液相可逆反应，反应过程如下： 　　上述反应体系中，苯甲醚是电子给予体，三氟化硼是电子接受体，两者结合非常容易生成稳定的络合物。其中参与反应的两种物质苯甲醚和三氟化硼―苯甲醚络合物是液态，而三氟化硼则是气态。在液相中存在的三氟化硼分子的物质的量则是由反应（1）的平衡常数K和三氟化硼在这一体系中的溶解度决定的，这两个参数通常与温度和压力有关。n摩尔质量三氟化硼气体与m摩尔质量苯甲醚反应生成的络合物，被称为摩尔比为n：m的络合物。 　　3 制备三氟化硼―苯甲醚络合物的试验装置 　　试验装置是一个气液两相逆流吸收剂再循环吸收装置见图1，该装置有五部分组成，即络合填料塔部分容积100升（含络合物贮罐）、冷却水循环系统、隔膜计量泵、苯甲醚计量罐和三氟化硼气体钢瓶。系先将计