Способ получения гидрокарбоната натрия, содержащего стабильный изотоп 13c


 


Владельцы патента RU 2511388:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей" (ФГУП "ГНЦ "НИОПИК") (RU)
Общество с ограниченной ответственностью "Ростхим" (RU)

Изобретение может быть использовано в неорганической химии, в медицине и микробиологии. Способ получения гидрокарбоната натрия, содержащего стабильный изотоп 13С, включает взаимодействие гидроксида натрия с 13CO2 в растворе при нагревании при избыточном давлении. Процесс от начала до конца проводят в водной среде под давлением не более 1 атм при температуре 70-80°С. Изобретение позволяет получить целевой продукт с выходом до 97,8%, с изотопной чистотой не менее 98 %, сократить потери исходного 13CO2. 6 пр.

 

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к способу получения гидрокарбоната натрия, содержащего стабильный изотоп углерода 13C.

Данное соединение используется для неинвазивной диагностики кислотности в желудке, для определения величины основного энергетического обмена организма с целью обоснованного расчета калорийности питания (13C-бикарбонатный дыхательный тест), а также в качестве питательной среды для выращивания культур 13C-микроорганзмов, используемых в микробиологическом синтезе полимеченых 13С-соединений (ненасыщенных кислот, углеводов, аминокислот и других).

Анализ научно-технической литературы показывает, что единственным способом получения гидрокарбоната натрия высокой (пищевой) чистоты (Колмановский И.И. Производство двууглекислого натрия (бикарбоната). М.: Изд. "Химия", 1964, 166 с.; Крашенинников С.А. Технология кальцинированной соды и очищенного бикарбоната натрия. М.: Изд. "Высшая школа", 1985, 287 с.; Зайцев И.Д., Ткач Г.А., Стоев Н.Д. Производство соды. М.: Изд. "Химия", 1986, 311 с.) является карбонизация содового раствора путем пропускания диоксида углерода под давлением в насыщенный раствор карбоната натрия при температуре около 75°C по реакции:

Na2CO3(р.)+CO2(г.)+H2O(ж.)↔2NaHCO3(тв.)

Метод карбонизации позволяет использовать небольшой объем жидкости, необходимой для получения единицы гидрокарбоната натрия, поскольку растворимость кальцинированной соды в несколько раз превышает растворимость гидрокарбоната натрия.

Для производства чистого (пищевого) гидрокарбоната натрия карбонизация содового раствора осуществляется в карбонизационных колоннах по принципу противотока жидкости и газа: в верхнюю часть колонны поступает содовый раствор, в нижнюю - газ, содержащий 33-40% об. диоксида углерода. По мере поглощения диоксида углерода газ обедняется и выпускается в атмосферу с содержанием CO2 14-16%, что совершенно неприемлемо с экономической точки зрения в случае использования 13CO2.

Чистая пищевая сода, осаждающаяся при насыщении содового раствора диоксидом углерода, отделяется на фильтре, а маточная жидкость, содержащая смесь карбоната и бикарбоната натрия, а также растворенные примеси, возвращается в начало процесса для получения исходного раствора. Выход гидрокарбоната натрия в промышленном процессе обычно не превышает 65-75%.

Поскольку задачей данного изобретения является разработка способа синтеза меченого гидрокарбоната натрия, вышеупомянутые промышленные способы оказываются неприемлемыми с точки зрения технологической реализации процесса.

Одним из главных требований, предъявляемых к гидрокарбонату натрия, содержащего стабильный изотоп углерода 13C, является низкое содержание карбоната натрия (промежуточного продукта), оно не должно превышать 0,4-0,7% аналогично требованиям ГОСТ 2156-76 к натрию двууглекислому.

Известен способ получения гидрокарбоната натрия, меченного стабильным изотопом 13C - японская заявка JP 2004339017 - прототип. Процесс, описанный в этой заявке, осуществляют путем взаимодействия гидроксида натрия с 13CO2 при температуре 60°C и давлении 1 МПа (10 атм).

Начало процесса проводят в водной среде, а после помутнения реакционной массы добавляют этиловый спирт и далее процесс ведут в 67% этиловом спирте. Выход целевого продукта - 78%. А при проведении процесса в минимальном количестве воды - 56% (сравнительный пример без добавления этилового спирта).

Недостатком процесса является то, что добавление в ходе процесса этилового спирта при обнаружении помутнения реакционной массы значительно усложняет аппаратурное оформление процесса, т.к. потребуется специальная конструкция автоклава; кроме того, выход целевого продукта - 78% - недостаточно высокий, и потери исходного дорогостоящего 13CO2 составляют более 20%, что свидетельствует о низкой экономичности процесса.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения гидрокарбоната натрия, меченного стабильным изотопом 13C, который бы был технологичным, обеспечивал достаточно высокий выход целевого продукта и минимальные потери дорогостоящего исходного 13CO2.

Поставленная задача решается путем проведения процесса взаимодействия гидроксида натрия с 13CO2 в водной среде от начала до конца реакции при температуре 70-80°C и давлении не выше 1 атм.

Именно сочетание этих условий позволяет получить выход целевого продукта (в расчете на 13CO2) до 97,8% при значительном увеличении технологичности процесса, минимальной потере исходного 13CO2 и при изотопной чистоте целевого продукта не менее 98%.

Нижеприведенные примеры иллюстрируют предлагаемое изобретение.

Пример 1.

В реактор загружают 2 г (50 ммоль) гидроксида натрия и 20 мл дистиллированной воды. Затем после герметизации и вакуумирования реактор заполняют диоксидом углерода 13CO2 (с изотопной чистотой не менее 99%) в мольном избытке по отношению к NaOH, равном 15-20%, включают перемешивание и нагревают до температуры 75°C. По мере поглощения газа, добавляют 13CO2, поддерживая в реакторе небольшое избыточное давление (не более 1 атм). Реакцию проводят до прекращения поглощения 13CO2, после этого отключают перемешивание и подачу теплоносителя. После охлаждения реактора до комнатной температуры непрореагировавший газ собирают в специальный баллон. Реактор разгружают, реакционную массу охлаждают в холодильнике. Выпавший осадок отделяют на фильтре Шотта. В полученный фильтрат приливают 30 мл 95%-ного спирта и после охлаждения осадок отделяют на том же фильтре. Затем полученный NaH13CO3 на фильтре промывают небольшим количеством спирта, подсушивают сначала на воздухе, а потом в эксикаторе над прокаленным силикагелем до постоянного веса.

Выход NaH13CO3 в расчете на 13CO2 составляет 97,8%. Массовая доля NaH13CO3 в выделенном продукте, определенная по потере веса образца при прокаливании при температуре 280-300°C, составляет 99,9%. Изотопная чистота NaH13CO3, определенная по количеству эквивалентов HCl, необходимых для титрования 100 г анализируемого вещества, отнесенных к теоретическому значению эквивалента для гидрокарбоната натрия, содержащего изотоп углерода 13C, составляет 99,3%.

Инфракрасный спектр полученного NaH13CO3, зарегистрированный на FT-IR спектрофотометре Nicolet 6700 в таблетках из KBr, соответствовал спектру образца NaH13CO3 производства Cambridge Isotope Laboratories, Inc. (США), записанному в тех же условиях. Основные полосы поглощения выделенного NaH13CO2, см-1: 808, 1385, 1584, 1631. Основные полосы поглощения образца сравнения, см-1: 807, 1382, 1582, 1623.

Пример 2.

Реакцию проводят так же, как в примере 1, но при комнатной температуре. Кроме того, высушивание продукта осуществляют при 80°C. Выход гидрокарбоната в расчете на 13CO2 составляет 79%. Массовая доля гидрокарбоната в выделенном продукте составляет 90,6%.

Пример 3.

Реакцию проводят так же, как в примере 1, но при температуре 40°C, а высушивание продукта осуществляют при 80°C. Выход гидрокарбоната в расчете на 13CO2 составляет 92,6%. Массовая доля гидрокарбоната в выделенном продукте составляет 91%.

Пример 4.

Реакцию проводят так же, как в примере 1, но при температуре 80°C, а высушивание продукта осуществляют на роторном испарителе при 40°C. Выход гидрокарбоната в расчете на 13CO2 составляет 76,3%. Массовая доля гидрокарбоната в выделенном продукте составляет 86,4%.

Пример 5.

Реакцию проводят так же, как в примере 1, но при температуре 80°C. Выход гидрокарбоната в расчете на 13CO2 составляет 94,3%. Массовая доля гидрокарбоната в выделенном продукте составляет 99,6%. Изотопная чистота NaH13CO3 составляет 99,1%.

Пример 6.

Реакцию проводят так же, как в примере 1, но в реактор загружают 5,68 г (142 ммоль) гидроксида натрия и 50 мл дистиллированной воды. Избыточное давление 13CO2 поддерживают не более 0,5 атм. Выход NaH13CO3 в расчете на CO2 составляет 93%. Массовая доля NaH13CO3 в выделенном продукте составляет 99,7%. Изотопная чистота NaH13CO2 составляет 99,3%.

Таким образом, разработанный процесс является эффективным, т.к. позволяет повысить выход продукта до 97,8% (по прототипу - 78%), более технологичным, т.к. от начала до конца синтез осуществляется в водной среде, и более экономичным, т.к. обеспечивает минимальные потери дорогостоящего 13CO2. При этом достигается изотопная чистота целевого продукта не менее 98%.

Способ получения гидрокарбоната натрия, содержащего стабильный изотоп 13С, путем взаимодействия гидроксида натрия с 13CO2 в растворе при нагревании при избыточном давлении, отличающийся тем, что процесс от начала до конца проводят в водной среде под давлением не более 1 атм при температуре 70-80°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области техники получения особо чистых солей лития и может найти использование в химической, фармацевтической, металлургической, энергетической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к кристаллам бикарбоната калия большого размера и с маленькой площадью поверхности, пригодным для применения в качестве активных ингредиентов фармацевтических оральных дозированных форм для лечения перерождения костей или сердечно-сосудистых заболеваний, особенно остеопороза и гипертонии, имеющим средний размер частич по меньшей мере 350 мкм и площадь поверхности по БЭТ менее 0,02 м2/г.

Изобретение относится к способам.получения углекислого калия. .

Изобретение относится к химической и металлургической областям промьшшенности и позволяет получать продукционную соду с пониженным содержанием примесей. .

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения ультрачистого карбоната лития из технического Li2CO3 включает проведение процесса карбонизации при четырехкратном избытке карбоната лития до получения раствора бикарбоната лития. Остаток твердого Li2CO3 после завершения операции карбонизации отделяют от раствора бикарбоната лития и в виде сгущенной пульпы возвращают на операцию приготовления исходной пульпы Li2CO3. Затем проводят очистку раствора бикарбоната лития от нерастворимых примесей фильтрацией, ионообменную очистку фильтрата от катионов примесей, декарбонизацию раствора бикарбоната лития при нагревании с выделением углекислого газа. Получают пульпу карбоната лития, отделяют карбонат лития от маточного карбонатного раствора, промывают его горячей водой и сушат. Изобретение позволяет исключить операцию механохимического помола, снизить энергоемкость операции карбонизации в 1,6 раза, повысить производительность карбонизации в 1,8 раза, а выход ультрачистого Li2CO3 до 98,6%, вести процесс получения ультрачистого Li2CO3 в непрерывном режиме. 2 н. 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 5 табл., 4 пр.
Наверх