专利名称：一种使重氧水中氢正常化的方法
技术领域：
本发明涉及重氧水，尤其涉及一种使重氧水中氢正常化的方法。
背景技术：
重氧水是重氧同位素的氢化物，具有与普通水相同的物理、化学性质，但由 于重氧元素可以作为示踪元素，使得重氧水作为一种示踪剂而被广泛应用于核医学 显像、生物医药、环境监测、生命科学等领域。
目前，重氧水在核医学诊断领域应用最为广泛，它是正电子发射计算机断层
显像(Positron Emission Computed Tomography, PET)技术必需的正电子显像药物 18F-FDG主要的制备原料，而该药物是利用医用回旋加速器轰击氧-18原料获得氟 -18离子，通过与非放射性原料经过亲核取代反应制得的。
由于重氧水产品在国内还是一种新产品，仅有上海化工研究院的重氧水生产 技术的发明专利，而本发明也是针对上海化工研究院所生产的重氧水进行的。
目前，重氧水的生产方法是水精馏法，此种方法在富集重氧元素的同时，重 氢元素也得到富集，甚至比重氧富集的效率更高，所以生产出的重氧水其实是重氧 重氢水，即双标水。而重氢元素是常用的减速剂，对在加速器中生产"F-FDG起到 负面作用，使产品产率大大降低，甚至无法获得合格的产品。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种工艺合理、有 效保持重氧丰度的使重氧水中氢正常化的方法。 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现
一种使重氧水中氢正常化的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 (1)电解在电解装置中将重氧重氢水电解成重氢气体与重氧气体，去除重
氢气体，重氧气体经分离、冷却、干燥、催化提纯后收集于缓冲瓶内，得到高纯度重氧气体；
(2)催化化合控制高纯度重氧气体与高纯度氢气的流量，二者经催化化合、 冷却后得到氢正常化的重氧水；
所述的电解、催化化合均在密闭条件下进行。
所述的步骤(1)具体包括所述的电解装置包括原料储罐、电解池、压力控 制装置、重氧气路、重氢气路，电解速率由重氢气路压力进行控制，电解产生的重 氢气体经汽液分离器和冷阱冷却处理后收集于重氢缓冲瓶内，电解产生的重氧气体 经汽液分离器分离、冷阱冷却、干燥管干燥、纯化管催化提纯等处理后收集于重氧 缓冲瓶。
所述的步骤(2)具体包括所述的催化化合过程是在高纯度氢气极大过量并 在催化反应系统内形成循环的情况下，将步骤(1)收集于重氧缓冲瓶内的高纯度 重氧气体经气泵输送、流量计控制流量，缓慢通入催化反应管，反应生成氢正常化 的重氧水，经冷阱冷却后，收集于产品集液器内。
所述的冷阱的温度为-itrc 5t:。
所述的干燥管选自变色硅胶干燥管、氯化钙干燥管、分子筛干燥管中的一种或 几种。
所述的纯化管的直径范围是10mm 50mm、长径比范围是4: 1 20: 1，所 述的纯化管内装满催化剂，该催化剂选自铂金丝网或钯触媒中的一种或几种。
所述的高纯度氢气为钢瓶装高纯度氢气，纯度为99.99%。
所述的高纯度氢气的流量范围为100L/h 500L/h，所述的重氧气体的流量范围 为50ml/min 200ml/min。
所述的催化反应管的直径范围是10mm 50mm、长径比范围是10: 1 50: 1， 所述的催化反应管内装满催化剂，所述的催化剂选自铂金丝网或钯触媒中的一种或 几种。
所述的氢正常化的重氧水的重氧丰度范围是9.0% 99.9%。
本发明将水精馏法生产出的重氧水电解生成重氧气体和重氢气体，并将重氧气 体通过冷阱、干燥、催化提纯等方法纯化，收集于缓冲瓶内，然后，将此高纯重氧 气体与钢瓶装高纯氢气通过气泵与流量计控制通过催化反应管，经冷阱冷却后获得 氢正常化的重氧水。本发明所采用的方法可以有效的去除工业产重氧水中的重氢元素，同时由于整 个处理过程是在密闭条件下进行，且除高纯氢气外没有引入其他物质，所以能够有 效避免重氧丰度的降低，保证产品质量。重氧气路与重氢气路均采用低温冷阱冷却 处理，可以有效防止原料的跑损。重氧气路经过干燥、催化纯化等处理，可以保证
获得纯度达到99.99%的重氧气体。
由于氢气在氧气中的爆炸极限是4% 94%，所以化合过程采取氢气极大过量， 通过流量计控制其流量在100L/h 500L/h，并在催化系统内形成循环，重氧气体流 量在50ml/min 200ml/min。为了保证通入催化系统的重氧气体能够充分反应生成 重氧水，催化剂的用量至关重要，本发明的催化反应管的直径范围是10mm 50mm，长径比范围是10: 1 50: 1。
与现有技术相比，本发明工艺合理，可以有效地去除工业产重氧水中的重氢元 素，整个处理过程是在密闭条件下进行，且除高纯氢气外没有引入其他物质，所以 能够有效避免重氧丰度的降低，保证产品质量，得到的氢正常化的重氧水可应用于 加速器。
具体实施例方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。 实施例1
一种使重氧水中氢正常化的方法，该方法包括以下步骤
(1) 电解在电解装置(包括原料储罐、电解池、压力控制装置、重氧气路、 重氢气路)中将工业生产的重氧重氢水(重氧丰度9.1%，重氢丰度13.4%)电解
成重氢气体与重氧气体，电解速率由重氢气路压力进行控制(重氢气路压力为
0.18MPa，电解速率为20g重氧水/h)，电解产生的重氢气体经汽液分离器和冷阱 冷却处理后收集于重氢缓冲瓶内，重氧气体经汽液分离器分离、冷阱(温度为-10'C ) 冷却、氯化钙干燥管干燥、纯化管(直径10mm，长径比20: 1，内装满钯触媒) 催化提纯等处理后收集于重氧缓冲瓶，得到高纯度重氧气体；
(2) 催化化合采用钢瓶装高纯度氢气(纯度为99.99%)进行化合，在该高 纯度氢气极大过量(氢气流量450L/h)并在催化反应系统内形成循环的情况下， 将步骤(1)收集于重氧缓冲瓶内的高纯度重氧气体经气泵输送、流量计控制流量(氧气流量180ml/min)，缓慢通入催化反应管(直径10mm，长径比50: 1，内 装满钯触媒)，反应生成氢正常化的重氧水，经冷阱冷却后，收集于产品集液器内， 产品重氧水中重氧丰度为9.0%，氢丰度为99.9%。 所述的电解、催化化合均在密闭条件下进行。 实施例2
一种使重氧水中氢正常化的方法，该方法包括以下步骤
(1) 电解在电解装置(包括原料储罐、电解池、压力控制装置、重氧气路、 重氢气路)中将工业生产的重氧重氢水(重氧丰度10.2%，重氢丰度18.5%)电解 成重氢气体与重氧气体，电解速率由重氢气路压力进行控制(重氢气路压力为 0.35MPa，电解速率为3g重氧水/h)，电解产生的重氢气体经汽液分离器和冷阱冷 却处理后收集于重氢缓冲瓶内，重氧气体经汽液分离器分离、冷阱(温度为2t:) 冷却、变色硅胶干燥管干燥、纯化管(直径20mm，长径比10: 1，内装满钯触媒) 催化提纯等处理后收集于重氧缓冲瓶，得到高纯度重氧气体；
(2) 催化化合采用钢瓶装高纯度氢气(纯度为99.99%)进行化合，在该高 纯度氢气极大过量(氢气流量100L/h)并在催化反应系统内形成循环的情况下， 将步骤(1)收集于重氧缓冲瓶内的高纯度重氧气体经气泵输送、流量计控制流量
(氧气流量50ml/min)，缓慢通入催化反应管(直径20mm，长径比20: 1，内装 满钯触媒)，反应生成氢正常化的重氧水，经冷阱冷却后，收集于产品集液器内， 产品重氧水中重氧丰度为10.1%，氢丰度为99.9%。
所述的电解、催化化合均在密闭条件下进行。
实施例3
一种使重氧水中氢正常化的方法，该方法包括以下步骤 (1)电解在电解装置(包括原料储罐、电解池、压力控制装置、重氧气路、 重氢气路)中将工业生产的重氧重氢水(重氧丰度43.7%，重氢丰度56.2%)电解 成重氢气体与重氧气体，电解速率由重氢气路压力进行控制(重氢气路压力为 0.3MPa，电解速率为9g重氧水/h)，电解产生的重氢气体经汽液分离器和冷阱冷 却处理后收集于重氢缓冲瓶内，重氧气体经汽液分离器分离、冷阱(温度为O'C) 冷却、变色硅胶与氯化钙混合干燥管干燥、纯化管(直径15mm，长径比20: 1， 内装满铂金丝网与钯触媒混合催化剂，二者重量比为1: 2)催化提纯等处理后收集于重氧缓冲瓶，得到高纯度重氧气体；
(2)催化化合采用钢瓶装高纯度氢气(纯度为99.99%)进行化合，在该高 纯度氢气极大过量(氢气流量150L/h)并在催化反应系统内形成循环的情况下， 将步骤(1)收集于重氧缓冲瓶内的高纯度重氧气体经气泵输送、流量计控制流量 (氧气流量80ml/min)，缓慢通入催化反应管(直径25mm，长径比25: 1，内装 满铂金丝网与钯触媒混合催化剂，二者重量比为1: 2)，反应生成氢正常化的重 氧水，经冷阱冷却后，收集于产品集液器内，产品重氧水中重氧丰度为43.6%，氢 丰度为99.9%。
所述的电解、催化化合均在密闭条件下进行。 实施例4
一种使重氧水中氢正常化的方法，该方法包括以下步骤
(1) 电解在电解装置(包括原料储罐、电解池、压力控制装置、重氧气路、 重氢气路)中将工业生产的重氧重氢水(重氧丰度78.9%，重氢丰度92.3%)电解 成重氢气体与重氧气体，电解速率由重氢气路压力进行控制(重氢气路压力为 0.25MPa，电解速率为12g重氧水/h)，电解产生的重氢气体经汽液分离器和冷阱 冷却处理后收集于重氢缓冲瓶内，重氧气体经汽液分离器分离、冷阱(温度为-2") 冷却、分子筛与氯化钙混合干燥管干燥、纯化管(直径25mm，长径比8: 1,内 装满铂金丝网催化剂)催化提纯等处理后收集于重氧缓冲瓶，得到高纯度重氧气体；
(2) 催化化合采用铜瓶装高纯度氢气(纯度为99.99%)进行化合，在该高 纯度氢气极大过量(氢气流量200L/h)并在催化反应系统内形成循环的情况下， 将步骤(1)收集于重氧缓冲瓶内的高纯度重氧气体经气泵输送、流量计控制流量
(氧气流量100ml/min)，缓慢通入催化反应管(直径30mm，长径比15: 1，内 装满铂金丝网催化剂)，反应生成氢正常化的重氧水，经冷阱冷却后，收集于产品 集液器内，产品重氧水中重氧丰度为78.8%，氢丰度为99.9%。
所述的电解、催化化合均在密闭条件下进行。
实施例5
一种使重氧水中氢正常化的方法，该方法包括以下步骤 (1)电解在电解装置(包括原料储罐、电解池、压力控制装置、重氧气路、 重氢气路)中将工业生产的重氧重氢水(重氧丰度98.7%，重氢丰度99.8%)电解成重氢气体与重氧气体，电解速率由重氢气路压力进行控制(重氢气路压力为
0.2MPa，电解速率为15g重氧水/h)，电解产生的重氢气体经汽液分离器和冷阱冷 却处理后收集于重氢缓冲瓶内，重氧气体经汽液分离器分离、冷阱(温度为-6r) 冷却、变色硅胶与分子筛混合干燥管干燥、纯化管(直径20mm，长径比15: 1， 内装满铂金丝网与钯触媒混合催化剂，二者重量比为2: 1)催化提纯等处理后收 集于重氧缓冲瓶，得到高纯度重氧气体；
(2)催化化合采用钢瓶装高纯度氢气(纯度为99.99%)进行化合，在该高 纯度氢气极大过量(氢气流量300L/h)并在催化反应系统内形成循环的情况下， 将步骤(1)收集于重氧缓冲瓶内的高纯度重氧气体经气泵输送、流量计控制流量 (氧气流量150ml/min)，缓慢通入催化反应管(直径40mm，长径比10: 1，内 装满铂金丝网与钯触媒混合催化剂，二者重量比为2: 1)，反应生成氢正常化的 重氧水，经冷阱冷却后，收集于产品集液器内，产品重氧水中重氧丰度为98.6%， 氢丰度为99.9%。
所述的电解、催化化合均在密闭条件下进行。
实施例6
一种使重氧水中氢正常化的方法，该方法包括以下步骤
(1) 电解在电解装置(包括原料储罐、电解池、压力控制装置、重氧气路、 重氢气路)中将工业生产的重氧重氢水(重氧丰度99.9%，重氢丰度99.9%)电解 成重氢气体与重氧气体，电解速率由重氢气路压力进行控制(重氢气路压力为 0.15MPa，电解速率为24g重氧水/h)，电解产生的重氢气体经汽液分离器和冷阱 冷却处理后收集于重氢缓冲瓶内，重氧气体经汽液分离器分离、冷阱(温度为5°C) 冷却、分子筛干燥管干燥、纯化管(直径50mm，长径比4: 1，内装满铂金丝网 与钯触媒混合催化剂，二者重量比为l: 3)催化提纯等处理后收集于重氧缓冲瓶， 得到高纯度重氧气体；
(2) 催化化合采用钢瓶装高纯度氢气(纯度为99.99%)进行化合，在该高 纯度氢气极大过量(氢气流量500L/h)并在催化反应系统内形成循环的情况下， 将步骤(1)收集于重氧缓冲瓶内的高纯度重氧气体经气泵输送、流量计控制流量
(氧气流量200ml/min)，缓慢通入催化反应管(直径50mm，长径比30: 1，内 装满铂金丝网与钯触媒混合催化剂，二者重量比为1: 3)，反应生成氢正常化的重氧水，经冷阱冷却后，收集于产品集液器内，产品重氧水中重氧丰度为99.9%，
氢丰度为99.9%。
所述的电解、催化化合均在密闭条件下进行。
权利要求
1.一种使重氧水中氢正常化的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)电解在电解装置中将重氧重氢水电解成重氢气体与重氧气体，去除重氢气体，重氧气体经分离、冷却、干燥、催化提纯后收集于缓冲瓶内，得到高纯度重氧气体；(2)催化化合控制高纯度重氧气体与高纯度氢气的流量，二者经催化化合、冷却后得到氢正常化的重氧水；所述的电解、催化化合均在密闭条件下进行。
2. 根据权利要求1所述的使重氧水中氢正常化的方法，其特征在于，所述的 步骤(1)具体包括所述的电解装置包括原料储罐、电解池、压力控制装置、重 氧气路、重氢气路，电解速率由重氢气路压力进行控制，电解产生的重氢气体经汽 液分离器和冷阱冷却处理后收集于重氢缓冲瓶内，电解产生的重氧气体经汽液分离 器分离、冷阱冷却、干燥管干燥、纯化管催化提纯等处理后收集于重氧缓冲瓶。
3. 根据权利要求1所述的使重氧水中氢正常化的方法，其特征在于，所述的 步骤(2)具体包括所述的催化化合过程是在高纯度氢气极大过量并在催化反应 系统内形成循环的情况下，将步骤(1)收集于重氧缓冲瓶内的高纯度重氧气体经 气泵输送、流量计控制流量，缓慢通入催化反应管，反应生成氢正常化的重氧水， 经冷阱冷却后，收集于产品集液器内。
4. 根据权利要求2所述的使重氧水中氢正常化的方法，其特征在于，所述的 冷阱的温度为-10°。 5°(:。
5. 根据权利要求2所述的使重氧水中氢正常化的方法，其特征在于，所述的 干燥管选自变色硅胶干燥管、氯化钙干燥管、分子筛干燥管中的一种或几种。
6. 根据权利要求2所述的使重氧水中氢正常化的方法，其特征在于，所述的 纯化管的直径范围是10mm 50mm、长径比范围是4: 1 20: 1，所述的纯化管 内装满催化剂，该催化剂选自铂金丝网或钯触媒中的一种或几种。
7. 根据权利要求3所述的使重氧水中氢正常化的方法，其特征在于，所述的 高纯度氢气为钢瓶装高纯度氢气，纯度为99.99%。
8. 根据权利要求3所述的使重氧水中氢正常化的方法，其特征在于，所述的高纯度氢气的流量范围为100L/h 500L/h，所述的重氧气体的流量范围为 50ml/min 200ml/min。
9. 根据权利要求3所述的使重氧水中氢正常化的方法，其特征在于，所述的 催化反应管的直径范围是10mm 50mm、长径比范围是10: 1 50: 1，所述的催 化反应管内装满催化剂，所述的催化剂选自铂金丝网或钯触媒中的一种或几种。
10. 根据权利要求1 9任一所述的使重氧水中氢正常化的方法，其特征在于， 所述的氢正常化的重氧水的重氧丰度范围是9.0%~99.9%。
全文摘要
本发明涉及一种使重氧水中氢正常化的方法，该方法包括以下步骤(1)电解在电解装置中将重氧重氢水电解成重氢气体与重氧气体，去除重氢气体，重氧气体经分离、冷却、干燥、催化提纯后收集于缓冲瓶内，得到高纯度重氧气体；(2)催化化合控制高纯度重氧气体与高纯度氢气的流量，二者经催化化合、冷却后得到氢正常化的重氧水；所述的电解、催化化合均在密闭条件下进行。与现有技术相比，本发明工艺合理，可以有效地去除工业产重氧水中的重氢元素，整个处理过程是在密闭条件下进行，且除高纯氢气外没有引入其他物质，所以能够有效避免重氧丰度的降低，保证产品质量，得到的氢正常化的重氧水可应用于加速器。
文档编号C01B5/00GK101618857SQ200810040229
公开日2010年1月6日 申请日期2008年7月4日 优先权日2008年7月4日
发明者周建跃, 姜永悦, 猷 李, 秦川江, 斌 肖 申请人:上海化工研究院;上海联泓同位素科技有限公司