專利名稱：：用均勻性水溶液核反應(yīng)堆生產(chǎn)碘-131的提取與純化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于醫(yī)用放射性核素的生產(chǎn)技術(shù)，具體涉及一種用均勻性水溶液核反應(yīng)堆生產(chǎn)碘-131的提取與純化工藝。
背景技術(shù)：
：碘-131是重要的醫(yī)用放射性核素，是核醫(yī)學(xué)治療用的最早、最多的同位素，碘-131治療甲亢和甲癌是世界公認(rèn)的特效方法，另外近年來逐漸發(fā)展的碘-131標(biāo)記的單克隆抗體用于腫瘤的治療，又進(jìn)一步推進(jìn)了碘-131的應(yīng)用，因此市場對(duì)碘-131的需求量也逐漸增加。通常碘-131利用中子活化法(130Te(n，r)131Te^1311)或235U^耙件法(23511(n，f)1311)妒，但規(guī)模小，產(chǎn)生鄉(xiāng)'腿物多，生產(chǎn)成本高。利用以U02(N03)2溶液為核燃料的均勻性核反應(yīng)堆生產(chǎn)碘-131，可實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，如該反應(yīng)堆以200kW功率運(yùn)行24小時(shí)，可生成1311約15TBg(400Ci)。利用此法生產(chǎn)1311產(chǎn)生廢物少，成本低，具有推廣意義。過去生產(chǎn)醫(yī)用1311產(chǎn)品都利用蒸餾法，而均勻性水溶液核反應(yīng)堆的燃料溶液體積大(約100L)，蒸餾法是無法實(shí)現(xiàn)的。因此，需要研發(fā)一種適用于從水溶液核反應(yīng)堆大體積燃料溶液中提取微量(幾毫克)的放射性碘(1311和mO的工藝，并進(jìn)行純化，讓1331衰變到允許水平，使之用于核醫(yī)學(xué)診斷和治療。以U02(N03)2溶液為核燃料的均勻性水溶液核反應(yīng)堆的燃料溶液的U濃度約為50mg/mL，HN03濃度為0.1-0.3mol/L。反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量裂變產(chǎn)物，裂變產(chǎn)物碘在酸性溶液中的價(jià)態(tài)比較復(fù)雜，主要有r、i2、io3—等價(jià)態(tài)。1—被1^20輻射分解產(chǎn)生11202氧化為12，從燃料溶液中揮發(fā)的12在進(jìn)入氣回路中又會(huì)與燃料溶液中的水或與氣回路中噴淋下來的水反應(yīng)生成r和io—、icr再被氧化生成ior(或io4_)。因?yàn)槿剂先芤褐械牡庵饕詉o3—形式存在，所以從燃料溶液中提取131i主要針對(duì)ior進(jìn)行。對(duì)于從均勻性水溶液核反應(yīng)堆燃料溶液中提取碘，選擇合適的碘交換劑是關(guān)鍵。要求交換劑能對(duì)碘吸附但是對(duì)鈾不能吸附，還必須耐輻照而且性能穩(wěn)定，能夠重復(fù)多次使用，并且不會(huì)給燃料溶液引入新的雜質(zhì)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對(duì)均勻性水溶液核反應(yīng)堆燃料溶液體積大的特點(diǎn)，提供一種純化效果好、回收率高的用均勻性水溶液核反應(yīng)堆生產(chǎn)碘_131的提取與純化工藝。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種用均勻性水溶液核反應(yīng)堆生產(chǎn)碘-131的提取與純化工藝，該工藝用三氧化二鋁提取柱或水合氧化鋯提取柱從反應(yīng)堆運(yùn)行后的大體積燃料溶液中吸附碘-131，然后依次用稀HN03、H20、NH3*H20清洗提取柱，再用NH3*H20或NaOH溶液解吸提取柱上的碘-131，最后對(duì)解吸后的碘-131進(jìn)行分離純化。如上所述的用均勻性水溶液核反應(yīng)堆生產(chǎn)碘-131的提取與純化工藝，其中，三氧化二鋁提取柱或水合氧化鋯提取柱的體積為提取料液的1/100~1/50，提取柱的高度與直徑比值為2~6;提取柱在使用前經(jīng)3.57倍柱體積的0.10.3mol/L硝酸溶液預(yù)飽和；吸附時(shí)溶液的流速為0.5~2.0ml/ml/min。如上所述的用均勻性水溶液核反應(yīng)堆生產(chǎn)碘-131的提取與純化工藝，其中，清洗提取柱的清洗液為3.57倍柱體積的濃度為0.1~0.3mol/L硝酸、3.57倍柱體積的水、3.57倍柱體積的濃度為0.01mol/L的NH3*H20;三種清洗液的流速均為0.5-2.0mL/mL/min。如上所述的用均勻性水溶液核反應(yīng)堆生產(chǎn)碘-131的提取與純化工藝，其中，解吸提取柱上的碘-131時(shí)，用2.5~7倍柱體積的濃度為12mol/LNH3*H20，解吸流速為0.52.0mL/mL/min;或者用2.57倍柱體積的濃度為0.21.0mol/LNaOH溶液，解吸流速為0.5~2.0ml7mL/min。如上所述的用均勻性水溶液核反應(yīng)堆生產(chǎn)碘-131的提取與純化工藝，其中，對(duì)解吸后的碘-131進(jìn)行分離純化包括如下步驟(1)將提取柱的解吸液用濃硝酸調(diào)節(jié)至硝酸濃度為0.1~0.3mol/L酸性介質(zhì)，再通過體積較提取柱小的三氧化二鋁或水合氧化鋯純化柱；純化柱的體積為被純化料液的1/501/20，純化柱的高度與直徑比為2~6，經(jīng)3.57倍柱體積0.1~0.3mol/LHN03溶液預(yù)飽和后再進(jìn)行吸附，吸附碘-131的流速為0.52.0mL/mL/min;(2)對(duì)吸附碘-131后的純化柱依次用3.57倍柱體積的濃度為0.10.3mol/L的HN03溶液，3.57倍柱體積的H20，2.5~7倍柱體積的濃度為0.01mol/LNH3'H20溶液清洗，三種清洗液的流速均為0.5-2.0mL/mL/min;G)用2.57倍柱體積濃度為12mol/LNH3'H20從三氧化二鋁純化柱解吸碘-131，或用2.57倍柱體積的濃度為0.2~1.0mol/LNaOH從水合氧化鋯純化柱解吸碘-131，解吸流速均為0.5-2.0mL/mL/min。如上所述的用均勻性水溶液核反應(yīng)堆生產(chǎn)碘-131的提取與純化工藝，其中，當(dāng)從純化柱解吸的Na1311溶液或NH41311溶液中含有99Mo04—等負(fù)離子雜質(zhì)時(shí)，用HC1調(diào)節(jié)純化柱的解吸液至酸性，再用Na2S03或Na2S204將131103—還原為mI—，再通過第二根三氧化二鋁或水合氧化鋯純化柱，然后用3.5~7倍柱體積的濃度為0.1~0.3mol/LHN03溶液，3.57倍柱體積的H20，3.5~7倍柱體積濃度為0.01mol/LNaOH溶液依次清洗，最后用2.57倍柱體積的濃度為0.21.0mol/LNaOH溶液解吸1-131可得Na^I溶液產(chǎn)品，解吸流速均為0.5-2.0mL/mL/min。如上所述的用均勻性水溶液核反應(yīng)堆生產(chǎn)碘-131的提取與純化工藝，其中，當(dāng)從純化柱解吸的碘-131溶液中含有"Mo04—等負(fù)離子雜質(zhì)時(shí)，也可以用常規(guī)蒸餾法純化1-131，最后得Na^I溶液產(chǎn)品。本發(fā)明所述工藝適用于從以U02(N03)2溶液為核燃料的均勻性水溶液核反應(yīng)堆的燃料溶液中提取純化1-131，可獲得醫(yī)用1-131產(chǎn)品，同時(shí)也能用于提取純化Mo-99，獲得醫(yī)用Mo-99產(chǎn)品。該工藝所獲得mI的產(chǎn)額大于50%，其純度滿足醫(yī)用Na1311溶液的要求。圖1為三根Al203柱同時(shí)提取純化鉬和碘流程圖。圖2為1251示蹤模擬柱III的吸附流程圖。圖3為均勻性水溶液核反應(yīng)堆臺(tái)架模擬試驗(yàn)Mo和I提取及純化流程圖。圖4為提取純化碘-131模擬試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)原理圖。圖4中，1.計(jì)量泵2.提取柱3.料液輸送泵4.反應(yīng)堆燃料容器5.純化柱6.分離柱7.淋洗液收集容器8.淋洗液收集容器9.1311產(chǎn)品收集容器10."Mo產(chǎn)品收集容器ll.燃料溶液暫存罐具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)驗(yàn)室研究和臺(tái)架模擬試驗(yàn)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。液相1311提取實(shí)驗(yàn)首先進(jìn)行交換劑的選擇研究，即研究硝酸體系(CHNo3=0.1-0.5mol/L)中交換劑對(duì)碘的吸附性能并選擇解吸條件，然后研究硝酸鈾酰體系中(CHNO3=0.1-0.3mol/L，Cu=50mg/mL)交換劑對(duì)碘的提取性能，實(shí)驗(yàn)中的碘使用非放射性的Nal和Na103，實(shí)驗(yàn)中吸附液中碘的濃度(C^二lug/mL)與均勻性水溶液核反應(yīng)堆運(yùn)行中產(chǎn)生的碘量大致相同，實(shí)驗(yàn)中的硝酸鈾酰溶液使用天然鈾制備，通過實(shí)驗(yàn)室的研究選擇合適液相碘提取用的交換劑并且初步確定提取的工藝，最后通過l:1臺(tái)架實(shí)驗(yàn)對(duì)液相碘的提取工藝進(jìn)行驗(yàn)證。在實(shí)驗(yàn)室研究選用了水合氧化鋯(HZO)，酸性三氧化鋁(A1203)，鉑炭(Pt-C)和活性炭等進(jìn)行了KV的吸附和解吸試驗(yàn)。提取柱采用08mm玻璃柱，提取柱的高度與直徑之比為2-6，提取柱使用前需經(jīng)3.5-7倍柱體積0.1-0.5mol/LHN03溶液預(yù)飽和。試驗(yàn)溶液的HN03濃度為0.1-0.5mol/L，以Nal03形式存在的碘濃度為lug/mL，吸附溶液體積為提取柱的50-100倍，溶液上柱吸附流速為0.5-2.0mL/mL/min，吸附完成后分別用3.5-7倍柱體積濃度為0.1-0.3mol/LHN03，3.5-7倍柱體積1120，3.5-7倍柱體積濃度為0.01mol/LNIVH20清洗，三種清洗液的流速均為0.5-2.0mL/mL/min。清洗完后用2.5-7倍柱體積濃度為0.1-2.0mol/LNH3'H20，或2.5-7倍柱體積濃度為0.1-1.0mol/LNaOH溶液解吸提取柱上的碘，解吸流速為0.5-2.0mL/mL/min。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，提取柱體積為提取料液體積的1/50-1/100較好，提取柱的高度與直徑的比例3-5最好，試驗(yàn)溶液的HN03濃度為0.1-0.3mol/L最好，八1203提取柱用l-2mol/LNH3'H20解吸最好，HZO提取柱用0.2-1.0mol/LNaOH溶液解吸最好。利用08mm提取柱，提取劑為1.2mL，對(duì)100mL含Nal(V溶液(碘濃度為lug/mL)進(jìn)行吸附和解吸試驗(yàn)，結(jié)果見表l。表1不同交換劑對(duì)離子吸附和解吸試驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表1數(shù)據(jù)表明，Pt-C和活性炭不能用于提取以io3—離子形式存在的碘，HZO和Al203兩種提取劑可用于提取以103—離子形式存在的碘。進(jìn)一步研究表明提取劑HZO和A1203對(duì)Mo也吸附，而且A1203對(duì)Mo和I的吸附和解吸性能相當(dāng)，HZO對(duì)Mo和I的吸附性能相當(dāng)，但對(duì)Mo的解吸性能較差。結(jié)果見表2。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從表4和表5數(shù)據(jù)可知，用0.5-2.0molNH3.H20解吸A1203柱上的鉬和碘較好。用0.2-0.5mol/LNaOH解吸HZO柱上的鉬和碘較好。用HZO或Al203交換柱從以U02(N03)2溶液為核燃料的均勻性水溶液核反應(yīng)堆燃料溶液提取碘都必須分離去掉Mo，由于HZO或ai2o3都能定量吸附ior形式的碘，而不能吸附r形式的碘，因此可將從反應(yīng)堆燃料溶液中提取的碘和鉬的混合物溶液酸化(如用HCl)，然后用適量的還原劑(如Na2S03或者Na2S204)，將IOr還原為I一，再經(jīng)過高度與直徑比為2-6(最好為3-5)的HZO純化柱或A1203純化柱吸附Mo04—，流出物為NaI溶液，此溶液為Na^I產(chǎn)品，如果流出液純度不夠，還可經(jīng)進(jìn)一步純化(另一根純化柱或常規(guī)蒸餾法)得最終產(chǎn)品。吸附Mo04的純化柱經(jīng)清洗后(工藝參數(shù)同提取柱)，再解吸Mo04—(工藝參數(shù)同提取柱解吸工藝參數(shù))。用Al203提取柱和純化柱同時(shí)提取純化碘和鉬的具體提取分離流程和相關(guān)參數(shù)見圖1。利用圖1流程工藝用Al203柱進(jìn)行同時(shí)提取純化碘和鉬的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5，碘的回收率可達(dá)76.2%，鉬的回收率可達(dá)57.9%。表5三根A1203柱同時(shí)提取純化鉬和碘實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)三柱I碘回收率/%93.290.885.4鉬回收率/%95.079.385.2柱n碘回收率/%97.397.294.8鉬回收率/%83.080.993.5柱in碘回收率/%79.297.587.6鉬回收率/%72.693.770.8碘總回收率/%71.886.070.9鉬總回收率/%57.360.156.4利用1251做示蹤劑模擬柱111碘和鉬的分離，流程圖見圖2，經(jīng)分離后的1251的沾污結(jié)果見表6，結(jié)果表明Mo產(chǎn)品經(jīng)過進(jìn)一步蒸發(fā)灼燒，Mo產(chǎn)品可達(dá)藥典要求。表6柱III鉬產(chǎn)品中1251的沾污實(shí)驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>根據(jù)實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果，配制了以U02(N03)2溶液為核燃料的均勻性水溶液核反應(yīng)堆燃料溶液，按1:1規(guī)模進(jìn)行臺(tái)架模擬試驗(yàn)，提取及純化流程圖見圖3。提取及分離模擬試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)示意圖見圖4。燃料溶液為U02(N03)2—HN03溶液，其中鈾濃度為42.5mg/ML。HNCb濃度為0.2mol/L，配制的裂變產(chǎn)物元素的量見表7。表7臺(tái)架模擬試驗(yàn)中元素的加入量<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>臺(tái)架模擬試驗(yàn)Mo和I的回收率見表8，Mo的平均回收率為60.4%，1的平均回收率為50.6%。表8臺(tái)架試驗(yàn)Mo和I的回收率<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>臺(tái)架模擬試驗(yàn)U的損失<0.1%。此提取和純化工藝對(duì)所加入的裂變產(chǎn)物元素去污很好，最后的碘和鉬產(chǎn)品中未能檢測(cè)到所加入的裂變產(chǎn)物元素。因此本發(fā)明的提取純化碘的工藝可用于從以U02(N03)2溶液為核燃料的均勻性水溶液核反應(yīng)堆的燃料溶液中提取純化1-131，可獲得醫(yī)用1-131產(chǎn)品，同時(shí)也能用于提取純化Mo-99，獲得醫(yī)用Mo-99產(chǎn)品。權(quán)利要求1.一種用均勻性水溶液核反應(yīng)堆生產(chǎn)碘-131的提取與純化工藝，其特征在于該工藝用三氧化二鋁提取柱或水合氧化鋯提取柱從反應(yīng)堆運(yùn)行后的大體積燃料溶液中吸附碘-131，然后依次用稀HNO3、H2O、NH3·H2O清洗提取柱，再用NH3·H2O或NaOH溶液解吸提取柱上的碘-131，最后對(duì)解吸后的碘-131進(jìn)行分離純化。2.如權(quán)利要求1所述的用均勻性水溶液核反應(yīng)堆生產(chǎn)碘-131的提取與純化工藝，其特征在于三氧化二鋁提取柱或水合氧化鋯提取柱的體積為提取料液的1/1001/50，提取柱的高度與直徑比值為2~6;提取柱在使用前經(jīng)3.5~7倍柱體積的0.1~0.3mol/L硝酸溶液預(yù)飽和；吸附時(shí)溶液的流速為0.52.0ml/ml/min。3.如權(quán)利要求1或2所述的用均勻性水溶液核反應(yīng)堆生產(chǎn)碘-131的提取與純化工藝，其特征在于清洗提取柱的清洗液為3.57倍柱體積的濃度為0.10.3mol/L硝酸、3.5~7倍柱體積的水、3.5~7倍柱體積的濃度為0.01mol/L的NH3*H20;三種清洗液的流速均為0.5-2.0mL/mL/min。4.如權(quán)利要求1或2所述的用均勻性水溶液核反應(yīng)堆生產(chǎn)碘-131的提取與純化工藝，其特征在于解吸提取柱上的碘-131時(shí)，用2.5~7倍柱體積的濃度為l2mol/LNH3，H20，解吸流速為0.52.0mL/mL/min;或者用2.5~7倍柱體積的濃度為0.2~1.0mol/LNaOH溶液，解吸流速為0.52.0mL/mL/min。5.如權(quán)利要求1或2所述的用均勻性水溶液核反應(yīng)堆生產(chǎn)碘-131的提取與純化工藝，其特征在于對(duì)解吸后的碘-131進(jìn)行分離純化包括如下步驟(1)將提取柱的解吸液用濃硝酸調(diào)節(jié)至硝酸濃度為0.10.3mol/L酸性介質(zhì)，再通過體積較提取柱小的三氧化二鋁或水合氧化鋯純化柱；純化柱的體積為被純化料液的1/50-1/20，純化柱的高度與直徑比為26，經(jīng)3.57倍柱體積0.1~0.3mol/LHN03溶液預(yù)飽和后再進(jìn)行吸附，吸附碘-131的流速為0.52.0mL/mL/min;(2)對(duì)吸附碘-131后的純化柱依次用3.5~7倍柱體積的濃度為0.10.3mol/L的HN03溶液，3.5~7倍柱體積的H20，2.57倍柱體積的濃度為0.01mol/LNH3*H20溶液清洗，三種清洗液的流速均為0.5-2.0mL/mL/min;(3)用2.5~7倍柱體積濃度為l~2mol/LNH3*H20從三氧化二鋁純化柱解吸碘-131，或用2.5~7倍柱體積的濃度為0.21.0mol/LNaOH從水合氧化鋯純化柱解吸碘-131，解吸流速均為0.5-2.0mL/mL/min。6.如權(quán)利要求5所述的用均勻性水溶液核反應(yīng)堆生產(chǎn)碘-131的提取與純化工藝，其特征在于當(dāng)從純化柱解吸的NamI溶液或NH41311溶液中含有99Mo04—等負(fù)離子雜質(zhì)時(shí)，用HC1調(diào)節(jié)純化柱的解吸液至酸性，再用Na2S03或Na2S204將131103—還原為1311—，再通過第二根三氧化二鋁或水合氧化鋯純化柱，然后用3.57倍柱體積的濃度為0.10.3mol/LHNO3溶液，3.5~7倍柱體積的H20，3.57倍柱體積濃度為0.01mol/LNaOH溶液依次清洗，最后用2.57倍柱體積的濃度為0.21.0mol/LNaOH溶液解吸1-131可得Na1311溶液產(chǎn)品，解吸流速均為0.5-2.0mL/mL/min。7.如權(quán)利要求5所述的用均勻性水溶液核反應(yīng)堆生產(chǎn)碘-131的提取與純化工藝，其特征在于當(dāng)從純化柱解吸的碘-131溶液中含有99Mo04—等負(fù)離子雜質(zhì)時(shí)，也可以用常規(guī)蒸餾法純化1-131，最后得Na"il溶液產(chǎn)品。全文摘要本發(fā)明屬于醫(yī)用放射性核素的生產(chǎn)技術(shù)，具體涉及一種用均勻性水溶液核反應(yīng)堆生產(chǎn)碘-131的提取與純化工藝。該工藝用三氧化二鋁提取柱或水合氧化鋯提取柱從反應(yīng)堆運(yùn)行后的大體積燃料溶液中吸附碘-131，然后依次用稀HNO₃、H₂O、NH₃·H₂O清洗提取柱，再用NH₃·H₂O或NaOH溶液解吸提取柱上的碘-131，最后對(duì)解吸后的碘-131進(jìn)行分離純化。本發(fā)明所獲得¹³¹I的產(chǎn)額大于50％，其純度滿足醫(yī)用Na¹³¹I溶液的要求。文檔編號(hào)C01B7/14GK101468791SQ20071030605公開日2009年7月1日申請(qǐng)日期2007年12月29日優(yōu)先權(quán)日2007年12月29日發(fā)明者馮義紅,張勁松,李明起,李海穎,李茂良,柴德安,程作用,鄧啟民,陳云明申請(qǐng)人:中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院