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Verfahren zur Anreicherung der Kohlenstoff- bzw.
Schwefelisotope
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(Tetrachlorkohlenstoff, Methan, Kohlenmonoxyd) undchemische Austauschverfahrenein der Rayleigh-Destillation analoges Verfahren vervielfacht.
Beim Haarnadelgegenstrom-Verfahren kann zur Führung der Phasen das Xanthogenat in Wasser, der Schwefelkohlenstoff in einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel, wie Tetrachorkohlenstoff, gelöst werden. Die Phasenumkehr gelingt durch Umsetzung des Schwefelkohlenstoffes mit einem Alkohol ROH und einer starken Base, wie z. B. KOH, die vorzugsweise im Überschuss zugegeben wird.
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bzw. durch Umsetzung des Xanthogenats mit einer Säure wie HC1 :
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Im einzelnen kann zur Vervielfachung des elementaren Trenneffektes erfindungsgemäss in folgenderweise vorgegangen werden.
1. Vervielfachung durch Flüssig-Flüssig-Gegenstromverteilung. Die wässerige Lösung eines Xanthogenats tritt an einem Ende del Kolonne ein : am andern Ende wird aus dem Xanthogenat durch Säurezusatz Schwefelkohlenstoff in Freiheit gesetzt, welcher in reinem Zustande oder in einem geeigneten, mit Was-
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strom zur wässerigen Xanthogenat-Lösung fliessend, mit dieser in Isotopenaustausch zu treten. Wenn die Kolonne bei erhöhter Temperatur oder unter vermindertem Druck betrieben wird, kann der Schwefelkoh- lenstoff auch im gasförmigen Zustand mit der Xanthogenat-Lösung zum Isotopen. austausch kommen.
Die Ausbeute an schwerem Kohlenstoff kann selbstverständlich erhöht werden, wenn der aus der Ko-
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wird.
An dem Ende der Kolonne, zu dem die Xanthogenat-Lösung hinfliesst, Itann ständig an schwerem Kohlenstoffisotop angereicherter Schwefelkohlenstoff oder Xanthogenat entnommen werden.
An Stelle der Kolonne kann erfindungsgemäss auch ein System von Misch-und Absetzkammern verwendet werden.
Beispiel 1 : 50 hintereinander angeordnete Scheidetrichter sind je mit gleichen Volumina
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der Zeichnung ersichtlich. Es wird abwechselnd die Oberphase nach links bzw. die Unterphase nach rechts je um einGefäss weiter bewegt. Zwischendurch wird jeweils bis zur Einstellung des Isotopengleichgewichts in jedem Gefäss gerührt oder geschüttelt. Das das 50. Gefäss verlassende Xanthogenat wird durch Zerset-
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in die Gegenstromapparatur zurück. Nachdem ein Mehrfaches des Xanthogenat-Inhaltes der Apparatur durchgesetzt ist, erreicht diebe. Konzentration im 50. Gefäss einen stationären Wert von etwa 6,5 Atom -% (gegenüber 1, 1 Atom -% des Ausgangsmaterials).
Der Prozess kann auch kontinuierlich geleitet werden, indem nach Erreichen des stationären Zustandes laufend 13CS2 hinter dem 50. Gefäss entnommen wird (etwa 0, 5-3 % des Gesamtstromes).
2. Vervielfachung durch ein Restverfahren mit dem Ziel der Anreicherung des schweren Kohlenstoffisotops.
Ein grosser Vorrat an Xanthogenat wird durch langsamen Säurezusatz unter ständiger Durchmischung zersetzt, wobei der gebildete Schwefelkohlenstoff durch Destillation oder durch einen inerten Gasstrom, welcher unter Umständen mit den Dämpfen der Säure beladen werden kann, ständig entfernt wird. Befindet sich der entweichende Schwefelkohlenstoff stets im Isotopengleichgewicht mit dem unzersetzten Xan- thogenat-Anteil, so gehorcht die 13C-Anreicherung dem Gesetz :
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m die Restmenge α = 1, 037 der Trennfaktor
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NoAtom 0/0.
Beispiel 2 : Eine wässerige Lösung von 100 Mol Kaliumäthylxanthogenat (zirka 16 kg) wird unter kräftigem Rühren durch sukzessive Zugabe von 99,9 Mol HCl im Laufe einiger Tage zersetzt, wobei der
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gebildete Schwefelkohlenstoff in einem Stickstoffstrom laufend entfernt wird. Der Rest (0, 1 Mol Kalium- äthylxanthogenat) kann durch endgültige Zersetzung mit HClaufCS mit einem C-Gehalt von etwa 1. 38 Atom- aufgearbeitet werden.
3. Vervielfachung durch ein Restverfahren mit dem Ziel der Anreicherung des leichten Kohlenstoffisotops.
Ein grosser Vorrat an Schwefelkohlenstoff wird durch langsamen Zusatz einer Alkalihydroxyd und AI- kohol enthaltenden Flüssigkeit unter ständiger Durchmischung in Xanthogenat verwandelt. Die Reaktion wird in Gegenwart eines Salzes wie CuSO vorgenommen, welches mit Xanthogenat ein schwer lösliches Salz bildet, so dass das entstehende Xanthogenat laufend ausfällt und nicht, oder nur langsam, mit den in der Lösung verbleibenden Verbindungen in Isotopenaustausch treten kann. Der nicht umgesetzte Resi an Schwefelkohlenstoff ist an dem leichten Kohlenstoffisotop angereichert.
Beispiel 3 : 1COMolCS (zirka 7,6 kg) und 120 Mol CACl2 werdenineinemÄthylaIkohol-Wasser- Gemisch gelöst und tropfenweise mit 99, 9 Mol KOH in Wasser unter kräftigem Rühren versetzt. Es emp-
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Der Rest von 0,1 Mol CS2 wird durch Abdestillieren über eine Kolonne isoliert. Er enthält über 90 Atom-la IJ C.
Das am Cbzw. C angereicherte Xanthogenat bzw. Schwefelkohlenstoff kann z. B. durch Verbrennung in Kohlendioxyd und Schwefeldioxyd verwandelt und dann in üblicher Weise auf die gewünschten Kohlenstoffverbindungen weiterverarbeitet werden.
Die schwerenisotope des Schwefels werden in gleicher Weise, aber in geringerem Ausmasse, wie das schwere Kohlenstoffisotop angereichert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Anreicherung der Kohlenstoff- bzw. Schwefelisotope durch ein chemisches Austauschverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass Schwefelkohlenstoff und ein Xanthogenat im Gegenstrom oder im Gleichstrom miteinander in Berührung gebracht werden und dass ein Austausch der Kohlenstoffbzw. Schwefelisotope zwischen dem Schwefelkohlenstoff und dem Xanthogenat erfolgt.