[发明专利]一种由三氟化硼-10一步法制备硼-10酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于有机合成技术领域，特别是涉及一种由三氟化硼-10一步法制备硼-10酸的方法。

背景技术

硼有两种稳定的同位素，¹⁰B和¹¹B，它们的相对丰度分别为19.78％和80.22％。硼10对中子具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。为了得到¹⁰B含量较高的硼同位素，并使之具有生产规模的装置，目前世界上主要采用精馏塔化学交换法生产的含有高丰度硼-10同位素的三氟化硼为原料来制取硼-10纯度较高的并且可以直接应用的硼酸。

硼酸的工业制法很多，有碳酸氢铵法、多硼酸钠法、硼砂硫酸中和法、盐酸法、井盐卤水盐酸法和电解电渗析法等。以上生产硼酸的原料来源是自然界的硼矿，因而制得硼酸中硼-10的丰度为自然丰度，不能符合核电站所需的高丰度硼-10要求。

辽宁省化工研究院吴长美2000年发表文章，以工业品三氟化硼-10乙醚络合物为原料，采用氯化钙为脱氟剂，以甲醇为介质进行反应，加入定量催化剂，所得的硼酸三甲酯经水解后，即得硼-10酸，产品符合核级硼-10酸要求。该方法经由58～60℃的蒸馏而造成硼酸甲酯的损失，因此硼-10酸的产率较低（70%）。

专利CN102774846A中提供了一条以三氟化硼－苯甲醚络合物为主要原料的硼酸生产路线，生成的硼酸产品不但杂质含量少，而且通过采用不同硼-10丰度的三氟化硼－苯甲醚络合物作为原料，生产出相应硼-10丰度的硼-10酸，满足核电、航空航天、军事等特殊用途的行业要求。但是，该方法工艺过程复杂，设备要求完全密封且导热迅速，副反应产物为多种混合物，难以单一化处理。

发明内容

针对上述工艺方法及专利中提到的在甲醇溶剂中生产硼-10酸的方案，本发明提出一种新的一步法制硼-10酸的方法，以三氟化硼-10苯甲醚络合物为主要原料，在水介质中，用碳酸钙与三氟化硼－苯甲醚络合物中裂解出的三氟化硼-10反应生成硼-10酸。此工艺过程稳定、操作简单、成本较低。

本发明技术方案如下：

一种由三氟化硼-10一步法制备硼-10酸的方法，步骤如下：

一、水解反应

1．反应釜中加入质量比为5～6：1的水和碳酸钙，开启搅拌，混合均匀后，在水浴的控制下加热至60～70℃；

2．以10～40mL/min的速度通入三氟化硼-10气体，持续搅拌，使三氟化硼-10均匀分散在混合物中；，当三氟化硼-10与水的体积比达到5～10：1时停止通气；

3．反应28～32h后，停止加热，降温至室温。此过程发生的化学反应为

2BF₃+3CaCO₃+3H₂O→2H₃BO₃+3CO₂↑+3CaF₂↓

对反应釜内的固液混合物进行抽滤，所得滤液即为硼酸水溶液，滤饼为碳酸钙和氟化钙混合物。

二、硼酸结晶

1.将过滤得到的硼酸水溶液进行蒸发脱水，当硼酸水溶液的沸腾温度达到104～106℃，此时溶液达到过饱和状态时停止脱水。

2.此时开始降温结晶。搅拌桨的转速设为150～200转/分，以1～2℃/min的降温速度进行降温结晶；

3.达到室温后，过滤干燥所得硼酸晶体即得硼-10酸产品；结晶母液循环使用。

本发明采用一种由三氟化硼-10一步法制备硼-10酸的方法，以水为溶剂，由三氟化硼-10在水介质中与碳酸钙进行反应，经过对混合物进行固液分离，浓缩、结晶得到硼-10酸。该方法操作简单稳定，副产物含量单一且处理更为容易，用本方法得到的硼-10酸收率可达95%以上，采用GB/T12684-2006的检测方法检测硼酸纯度可达99.2%以上。与CN102774846A专利中提到的方法相比，本方法工艺流程较为简单，操作简单稳定，处理容易。

具体实施方式

采用如下步骤：

1）．反应釜中加入质量比为5～6：1的水和碳酸钙，开启搅拌，混合均匀后，在水浴的控制下加热至60～70℃；

2）．以10～40mL/min的速度通入三氟化硼-10气体，持续搅拌，使三氟化硼-10均匀分散在混合物中，当三氟化硼-10与水的体积比达到5～10：1时停止通气；

3）．反应28～32h后，停止加热，降温至室温；对反应釜内的固液混合物进行抽滤，所得滤液即为硼酸水溶液；