DE102008064682B4 - Anionic borane polymer, as well as its use and preparation - Google Patents

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Abstract

Kationenaustauscher, enthaltend ein Boranpolymer gemäß der folgenden allgemeinen Formel (I) oder (II): [BhHh-2-k-mX1+kYm]n 2n– (I) oder [CBh-1Hh-2-k-mX1+kYm]n n– (II) wobei
X ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: O, S, SO, SO2, S2, S(O)S, S(O)S(O), POR, PR3, POR3 wobei R = F, Cl, Br, I, H, C1-C4-Alkyl, Aryl, ist, wobei das Aryl mit einem oder mehreren Substituenten OH, OR, SO3H, COH, CO2H, Br, Cl, F, CN, NH2, CF3, NO2, Methyl, Ethyl substituiert ist;
Y ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: OH, F, Cl, Br, OR, SH, SR, SR2, SCN, CO, COR, CO2R, NH2, NH3, NR3, wobei R = C1-C4-Alkyl, Aryl, ist, wobei Aryl mit einem oder mehreren Substituenten OH, OR, SO3H, COH, CO2H, Br, Cl, F, CN, NH2, CF3, NO2, C1-C4-Alkyl substituiert ist;
h = 10 oder 12;
k eine reelle Zahl von 0 bis 2 ist;
m eine reelle Zahl von 0 bis 10 ist, wenn h = 12,...
Cation exchanger containing a borane polymer according to the following general formula (I) or (II): [B h H h-2-km X 1 + k Y m ] n 2n- (I) or [CB h-1 h-2 H-km X 1 + Y k m] n n- (II) in which
X is selected from the group consisting of: O, S, SO, SO 2 , S 2 , S (O) S, S (O) S (O), POR, PR 3 , POR 3 where R = F, Cl, Br, I, H, C 1 -C 4 -alkyl, aryl, wherein the aryl having one or more substituents OH, OR, SO 3 H, COH, CO 2 H, Br, Cl, F, CN, NH 2 CF 3 , NO 2 , methyl, ethyl is substituted;
Y is selected from the group consisting of: OH, F, Cl, Br, OR, SH, SR, SR 2 , SCN, CO, COR, CO 2 R, NH 2 , NH 3 , NR 3 , where R = C 1 C 4 alkyl, aryl, wherein aryl having one or more substituents OH, OR, SO 3 H, COH, CO 2 H, Br, Cl, F, CN, NH 2 , CF 3 , NO 2 , C 1 C 4 alkyl substituted;
h = 10 or 12;
k is a real number from 0 to 2;
m is a real number from 0 to 10, if h = 12, ...

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Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kationenaustauscher gemäß Anspruch 1.The present invention relates to a cation exchanger according to claim 1.

Obwohl seit Jahrzehnten im Fokus intensiver Forschung, ist die Frage der Entsorgung von radioaktivem Abfall bisher nur unbefriedigend gelöst worden. Die Entwicklung von neuen technischen, chemischen und physikalischen Verfahren zur Behandlung von radioaktivem Abfall und zur Vermeidung von ionisierender Strahlung steht nach wie vor im Vordergrund.Although it has been the focus of intensive research for decades, the question of disposal of radioactive waste has so far been solved unsatisfactorily. The development of new technical, chemical and physical processes for the treatment of radioactive waste and the prevention of ionizing radiation is still in the foreground.

Der mengenmäßig größte Teil radioaktiver Abfälle entsteht durch den Uranabbau, wobei der anfallende Abraum ohne Aufbereitung in der Nähe des jeweiligen Uranbergwerks gelagert wird. Die Rückstände der Erzgewinnung selbst werden zwar vor Ort in speziellen mit Dämmen abgetrennten Becken gelagert, doch eine Aufbereitung ist ebenfalls nicht vorgesehen.The largest part of radioactive waste is produced by the uranium mining, where the waste is stored without treatment in the vicinity of the respective uranium mine. Although the residues from the ore production itself are stored on site in special ponds separated by dams, a treatment is also not planned.

Radioaktive Abfälle, die aus Strahlenschutzgründen geordnet beseitigt werden, stammen aus Kernkraftwerken, aus der Wiederaufbereitung abgebrannter Brennelemente, sowie durch die Verwendung radioaktiver Substanzen in Medizin, Industrie und Forschung. Dabei fallen feste, flüssige oder gasförmige radioaktive Abfälle an, die für die Endlagerung aufbereitet werden müssen. Radioaktive Abfälle können in schwachaktive (LAW: low active waste), mittelaktive (MAW: medium active waste), und hochradioaktive (HAW: high active waste) Abfälle unterteilt werden. Zusätzlich wird nach wärmeentwickelnden und nicht wärmeentwickelnden Abfällen unterschieden, wobei in der Regel nur die hochradioaktiven Abfälle Wärme entwickeln.Radioactive waste, which is disposed of in an orderly manner for reasons of radiation protection, comes from nuclear power plants, from the reprocessing of spent fuel elements, as well as from the use of radioactive substances in medicine, industry and research. This involves solid, liquid or gaseous radioactive waste, which must be prepared for disposal. Radioactive waste can be divided into low active waste (LAW), medium active (MAW), and high active waste (HAW) waste. In addition, a distinction is made according to heat-generating and non-heat-generating waste, with usually only the highly radioactive waste developing heat.

In Kernkraftwerken beispielsweise fallen einerseits Betriebsabfälle (i. d. R. nicht wärmeentwickelnd) und andererseits ausgediente Brennelemente (wärmeentwickelnd) an. Die radioaktiven Betriebsabfälle entstehen durch Reinigung der Anlage, durch Reinigungsmaßnahmen des Kühlkreislaufs, des aus Kontrollbereichen abzugebenden Wassers und der Luft. Bei der Reinigung der Anlage fallen insbesondere feste brennbare und pressbare Abfälle an. Diese Rohabfälle werden durch Trocknen, Verbrennen oder Pressen stark in ihrem Volumen vermindert. Zur Reinigung des Kühlkreislaufs werden z. B. bei Druckwasserreaktoren Ionenaustauscherharze und Filterkerzeneinsätze verwendet. Zur Reinigung des abzugebenden Wassers werden Eindampfanlagen, Zentrifugen und Ionenaustauscher(filter) eingesetzt. Zur Luftreinigung dienen Filter. Anschließend werden die volumenreduzierten radioaktiven Abfälle in einen chemisch stabilen in Wasser nicht oder nur schwer löslichen Zustand überführt bzw. konditioniert. Dies bedeutet eine Einbettung in Beton oder Bitumen und eine anschließende, den Anforderungen von Transportern und Endlagern entsprechende Verpackung in Stahl- oder Betonbehältern.In nuclear power plants, for example, on the one hand, industrial waste (in the first instance not heat-generating) and, on the other hand, spent fuel (heat-generating) are produced. The radioactive operational waste is generated by cleaning the system, by cleaning the cooling circuit, the water to be released from control areas and the air. In particular, solid combustible and pressable waste is involved in cleaning the system. These raw waste is greatly reduced in volume by drying, burning or pressing. To clean the cooling circuit z. B. used in pressurized water reactors ion exchange resins and filter cartridge inserts. Evaporation plants, centrifuges and ion exchangers (filters) are used to clean the water to be dispensed. Filters are used for air purification. Subsequently, the volume-reduced radioactive waste is transferred or conditioned in a chemically stable state which is not or only slightly soluble in water. This means an embedding in concrete or bitumen and a subsequent, in accordance with the requirements of vans and repositories packaging in steel or concrete containers.

Bei einem Siedewasserreaktor mit einer elektrischen Leistung von 1300 MW fallen pro Betriebsjahr ca. 286 m3 Rohabfallmengen mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung an (ausschließlich der abgebrannten Brennelemente), davon allein 7 m3 Ionenaustauschharze aus der Kühlmittelreinigung. Dabei handelt es sich meistens um brennbare organische Ionenaustauscher, die nach einer Strahlendosis von > 106 Gray in ihrer Funktion bereits wesentlich beeinträchtigt sind und ausgetauscht werden müssen. Nach entsprechender Behandlung und Konditionierung ergibt sich eine Menge von etwa 50 m3 radioaktiver Betriebsabfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung.In a boiling water reactor with an electrical output of 1300 MW, approximately 286 m 3 raw waste quantities with negligible heat generation accrue per year of operation (excluding the spent fuel elements), of which 7 m 3 are ion exchange resins from the coolant purification. These are usually flammable organic ion exchangers, which are already significantly impaired in their function after a radiation dose of> 10 6 Gray and must be replaced. After appropriate treatment and conditioning results in a quantity of about 50 m 3 of radioactive operational waste with negligible heat generation.

Die Menge der Abfälle aus der Entsorgung der jährlichen abgebrannten Brennelemente des Kraftwerks ist vom Entsorgungsweg abhängig: bei der direkten Endlagerung der abgebrannten Brennelemente fallen 45 m3 wärmeentwickelnde Abfälle an, wobei wärmeentwickelnde Abfälle im Allgemeinen für die Endlagerung in Glas oder Keramik eingeschmolzen und in Edelstahlkokillen verpackt werden. Bei einer Wiederaufbereitung, die erneut den Einsatz von Kationenaustauschern etc. erfordert, entstehen 10 m3 radioaktive Betriebsabfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung und 3 m3 wärmeentwickelnde Abfälle.The amount of waste from the disposal of the annual spent fuel of the power plant is dependent on the disposal: in the direct disposal of the spent fuel 45 m 3 heat-generating waste accumulate, with heat-generating waste generally melted for final disposal in glass or ceramic and packed in stainless steel molds become. In a reprocessing, which again requires the use of cation exchangers, etc., arise 10 m 3 radioactive operating waste with negligible heat generation and 3 m 3 heat-generating waste.

Das Bundesamt für Strahlenschutz (www.bfs.de) ermittelt seit 1984 jährlich den Bestand an radioaktiven Reststoffen auf dem Gebiet der Bundesrepublik. So waren laut einer Aufstellung, ohne Berücksichtigung von ausgedienten Brennelementen, Ende 2005 insgesamt ca. 117350 m3 Reststoffe mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung (behandelt und unbehandelt) und ca. 1850 m3 wärmeentwickelnde radioaktive Reststoffe (sowohl behandelt und unbehandelt), vorhanden. Der durchschnittliche Anfall behandelter (konditionierter) Abfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung betrug von 1984 bis 2005 ca. 4500 m3 pro Jahr. Die Prognosen gehen derzeit davon aus, dass bis 2040 ca. 277000 m3 konditionierte Abfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung und ca. 24000 m3 konditionierte wärmeentwickelnde Abfälle anfallen werden. Angesichts dieser Zahlen ist es von großer Bedeutung die Entwicklung von effektiven Methoden zur Behandlung des radioaktiven Abfalls weiter voranzutreiben.Since 1984, the Federal Office for Radiation Protection (www.bfs.de) annually determines the stock of radioactive waste in the territory of the Federal Republic. Thus, according to a list, without consideration of disused fuel, at the end of 2005 a total of about 117350 m 3 residues with negligible heat generation (treated and untreated) and about 1850 m 3 heat-generating radioactive residues (both treated and untreated) were present. The average amount of treated (conditioned) waste with negligible heat generation was approximately 4500 m 3 per year from 1984 to 2005. The forecasts currently assume that by 2040 about 277,000 m 3 of conditioned waste with negligible heat generation and about 24,000 m 3 of conditioned heat-generating waste will be generated. In view of these figures, it is of great importance to continue the development of effective methods for the treatment of radioactive waste.

Betrachtet man die zu Gruppen zusammengefassten Abfallverursacher, so geht hervor, dass im Jahr 2005 die kerntechnische Industrie 8,2% und Kernkraftwerke, die in Betrieb waren, 16,6% des vernachlässigbar wärementwickelnden Abfalls verursachten. Forschungseinrichtungen waren für 44,7% des Abfalls verantwortlich und in der Medizin fielen 0,5% des vernachlässigbar wärmeentwicklenden Abfalls an. Die Nuklearchemie bzw. die Radiochemie stellt somit ein breites Forschungsgebiet dar, und außer der Energiegewinnung sind noch zahlreiche weitere Anwendungen möglich. Die gewonnenen Kenntnisse über die Eigenschaften radioaktiver Nuklide werden in vielen Bereichen angewandter Forschung, industrieller Produktion und medizinischer Diagnose und Therapie, wie in Radiochemie und Radiopharmakologie, eingesetzt. Looking at the group of waste producers, it appears that in 2005 the nuclear industry produced 8.2% and nuclear power plants in operation 16.6% of the negligible heat-producing waste. Research institutions accounted for 44.7% of the waste and medicine accounted for 0.5% of negligible heat-generating waste. Nuclear chemistry or radiochemistry thus represents a broad field of research, and in addition to energy generation numerous other applications are possible. The knowledge gained about the properties of radioactive nuclides is used in many areas of applied research, industrial production and medical diagnosis and therapy, such as radiochemistry and radiopharmacology.

Soll sich ein Element in ein anderes verwandeln, so muss die Zahl der Kernprotonen verändert werden. Dies geschieht in der Natur bei einer Reihe von Elementnukliden freiwillig. Dies ist für alle Nuklide mit höherer Kernladungszahl als der des Bismuts der Fall, da diese unbeständig sind und radioaktiv zerfallen. Die Elementumwandlung lässt sich aber bei praktisch allen Nukliden durch Hineinschließen von Protonen in den Nuklidkern oder herausbombardieren von Nukleonen mit Geschossen (Elementarteilchen oder Atomkerne) erzwingen (künstliche Elementumwandlung). Man hat heute bereits Tausende derartiger induzierter Kernreaktionen untersucht. Es wurden neben den natürlichen Nukliden (263 stabile und 70 radioaktive) noch ca. 2000 künstliche radioaktive Nuklide gewonnen.If one element is to change into another, the number of core protons must be changed. This happens voluntarily in nature in a number of elemental nuclides. This is the case for all nuclides with a higher atomic number than that of bismuth, since these are unstable and decay radioactively. However, elemental transformation can be enforced in virtually all nuclides by including protons in the nuclide core or bombarding nucleons with projectiles (elementary particles or atomic nuclei) (artificial elemental transformation). Thousands of such induced nuclear reactions have already been investigated today. In addition to the natural nuclides (263 stable and 70 radioactive), around 2000 artificial radioactive nuclides were recovered.

Die genaue Untersuchung der Eigenschaften eines bestimmten Nuklids und dessen potentielle Anwendung beispielsweise in der Nuklearmedizin sind mit hohen Reinheitsanforderungen verbunden. Zur quantitativen und effektiven Separation von kleineren Radionuklidmengen, wie sie in Forschung und Medizin benötigt werden, sind fraktionierte Kristallisation, Fällung oder Co-Fällung, Elektrolyse, Destillation, Lösungsmittelextraktion, Chromatographie und Ionenaustausch die am häufigsten angewandten Verfahren (Lieser, K. H., Nuclear and Radiochemistry, Fundamentals and Applications, second revised edition, Wiley-VCH, 2001).The exact investigation of the properties of a particular nuclide and its potential application, for example in nuclear medicine, are associated with high purity requirements. For quantitatively and effectively separating smaller amounts of radionuclides as needed in research and medicine, fractional crystallization, precipitation or co-precipitation, electrolysis, distillation, solvent extraction, chromatography and ion exchange are the most commonly used methods (Lieser, KH, Nuclear and Radiochemistry Fundamentals and Applications, second revised edition, Wiley-VCH, 2001).

Ionenaustauschverfahren haben inzwischen eine breite Anwendung in der Nuklearmedizin gefunden. Kommerzielle Ionenaustauscher zeigen eine relativ niedrige Selektivität. Eine höhere Selektivität wird durch die Verwendung von organischen Ionenaustauschern erreicht, die mit speziellen, der Fragestellung angepassten, Chelatgruppen modifiziert sind. Organische Ionenaustauscher mit einer guten Selektivität werden auf der Basis von Polystyrol, Cellulose oder anderen Matrixsubstanzen hergestellt. Die Selektivität kann auch durch das Hinzufügen von komplexbildenden Stoffen, wie Milchsäure oder α-Hydroxybuttersäure in die Lösung verbessert werden. Die Nachteile hier sind: a) Bruch der Bindung Matrix-Funktionelle Gruppe durch ionisierende Strahlung und Abnahme der Kapazität; b) beschränkte Stabilität in starken Säuren/Basen und organischen Lösungsmitteln. Anorganische Ionenaustauscher, die ebenfalls zur selektiven Aufreinigung von Nukliden verwendet werden, können hydrierte Oxide sein (Al2O3·xH2O, SiO2·xH2O, TiO2·xH2O, ZrO2·xH2O, SbO2·xH2O), Salze bestimmter Säuren (Titan- und Zirkoniumphosphate, Molybdänhexacyanoferrat), Salze von Heteropolysäuren (Ammoniummolybdänphosphat) oder Tonmineralien. Viele ionische anorganische Verbindungen (BaSO4, AgCl, CuS) zeigen ebenfalls Ionenaustauschereigenschaften und eine gute Selektivität. Ein Nachteil der anorganischen Ionenaustauscher ist deren langsame Equilibrierung aufgrund der geringen Mobilität der Ionen in Kristallgitter. Des Weiteren ist die Verwendung auf Ionen beschränkt, die in die Kristallgitterstruktur passen.Ion exchange processes have now found wide application in nuclear medicine. Commercial ion exchangers show a relatively low selectivity. Higher selectivity is achieved through the use of organic ion exchangers modified with specific chelated groups adapted to the problem. Organic ion exchangers with good selectivity are produced on the basis of polystyrene, cellulose or other matrix substances. The selectivity can also be improved by adding complexing agents such as lactic acid or α-hydroxybutyric acid to the solution. The disadvantages here are: a) breakage of the matrix-functional group bond by ionizing radiation and decrease in capacitance; b) limited stability in strong acids / bases and organic solvents. Inorganic ion exchangers, which are likewise used for the selective purification of nuclides, may be hydrogenated oxides (Al 2 O 3 .xH 2 O, SiO 2 .xH 2 O, TiO 2 .xH 2 O, ZrO 2 .xH 2 O, SbO 2 · XH 2 O), salts of certain acids (titanium and zirconium phosphates, molybdenum hexacyanoferrate), salts of heteropolyacids (ammonium molybdenum phosphate) or clay minerals. Many ionic inorganic compounds (BaSO 4 , AgCl, CuS) also show ion exchange properties and good selectivity. A disadvantage of inorganic ion exchangers is their slow equilibration due to the low mobility of the ions in the crystal lattice. Furthermore, the use is limited to ions that fit into the crystal lattice structure.

Geringere Mengen an Radionukliden, wie sie in der Forschung und Medizin benötigt werden, können in Kernreaktoren, Zyklotrons oder Nuklidgeneratoren erzeugt werden. Der Beschuss von neutralen Ausgangsnukliden mit langsamen Neutronen in einem Kernreaktor führt zu instabilen Kernen mit Neutronenüberschuss. Dabei ist auch Kernspaltung möglich, deren Produkte radioaktiv sind. Im Zyklotron führt der Beschuss der Ausgangsnuklide mit geladenen Teilchen (Protonen, Deuteronen, α-Teilchen oder schweren Ionen) zu Nukliden mit Protonenüberschuss. Die in Kernreaktoren oder Zyklotrons hergestellten Nuklide können wiederum als sogenannte Mutternuklide in sogenannten Nuklidgeneratoren dienen.Smaller amounts of radionuclides, such as those required in research and medicine, can be generated in nuclear reactors, cyclotrons or nuclide generators. The bombardment of neutral starting nuclides with slow neutrons in a nuclear reactor leads to unstable nuclei with neutron excess. Nuclear fission is also possible whose products are radioactive. In the cyclotron, the bombardment of the starting nuclides with charged particles (protons, deuterons, α-particles or heavy ions) leads to nuclides with proton excess. The nuclides produced in nuclear reactors or cyclotrons can in turn serve as so-called mother nuclides in so-called nuclide generators.

Gammastrahlung entsteht als Folge eines vorhergehenden radioaktiven Zerfalls (z. B. α- oder β-Zerfall) eines Atomkerns. Der nach dem Zerfall zurückbleibende Kern, der Tochterkern, befindet sich in der Regel in einem angeregten Zustand, wobei beim Übergang in einen weniger angeregten Zustand oder den Grundzustand γ-Strahlung ausgesandt wird. Die Halbwertszeit der Gammaübergänge ist meist sehr kurz (weit unter einer Sekunde). Die angeregten Atomkerne, die mit Halbwertszeiten von Sekunden, Minuten oder noch länger zerfallen, werden als metastabil oder als Kernisomere bezeichnet. Während bei therapeutischen Maßnahmen beispielsweise in der Nuklearmedizin die hohe Ionisierungsstärke der α- oder β-Strahung erwünscht ist, wird bei nuklearmedizinischen diagnostischen Verfahren die Gammastrahlung bevorzugt, wobei deren Halbwertszeit relativ lang sein sollte (Minuten bis Stunden).Gamma radiation arises as a consequence of previous radioactive decay (eg, α or β decay) of an atomic nucleus. The nucleus remaining after decay, the daughter nucleus, is usually in an excited state, with γ radiation being emitted during the transition to a less excited state or ground state. The half-life of the gamma transitions is usually very short (far less than one second). The excited atomic nuclei, which decay with half-lives of seconds, minutes, or even longer, are called metastable or core isomers. While the high ionization intensity of α- or β-radiation is desirable in therapeutic measures, for example in nuclear medicine, gamma radiation is preferred in nuclear medicine diagnostic procedures, the half-life of which should be relatively long (minutes to hours).

Zur Herstellung von kurzlebigen, für die in vivo-Diagnostik geeigneten Gammastrahlern werden besonders vorteilhaft Nuklidgeneratoren eingesetzt, denen die gewünschten kurzlebigen Radionuklide unmittelbar vor ihrer Anwendung entnommen werden können. Ein solcher Nuklidgenerator besteht aus einer Chromatographiesäule, an deren Matrix eine längerlebige radioaktive Vorstufe (Mutternuklid) fixiert ist. Das Tochternuklid, das laufend durch radioaktiven Zerfall aus dem Mutternuklid nachgebildet wird, kann wiederholt mit einer geeigneten Lösung eluiert werden, während das Mutternuklid auf der Säule verbleibt. Zur Adsorption der Muttersubstanz im Generator werden häufig anorganische Trägersubstanzen verwendet, da sie eine recht gute chemische und strahlenchemische Beständigkeit aufweisen. Zwischen zwei Elutionen ist eine gewisse Erholungszeit des Generators erforderlich, in der sich genügend Tochternuklid nachbilden kann. In der Praxis genügt jedoch eine Zeitdauer von 4 bis 5 Halbwertszeiten des Tochternuklids. For the production of short-lived gamma emitters suitable for in vivo diagnostics, it is particularly advantageous to use nuclide generators to which the desired short-lived radionuclides can be removed immediately before they are used. Such a nuclide generator consists of a chromatography column to whose matrix a longer-lived radioactive precursor (parent nuclide) is fixed. The daughter nuclide, which is continuously replicated from the parent nuclide by radioactive decay, can be repeatedly eluted with a suitable solution while leaving the parent nuclide on the column. For adsorption of the parent substance in the generator inorganic carrier substances are often used because they have a fairly good chemical and radiation-chemical resistance. Between two elutions, a certain recovery time of the generator is required, in which enough daughter nuclide can emulate. In practice, however, a period of 4 to 5 half-lives of the daughter nuclide is sufficient.

Der 99Mo/99mTc-Generator ist der am häufigsten verwendete Radionuklidgenerator in der Nuklearmedizin. Metastabiles 99mTc ist aufgrund der Halbwertszeit von 6 Stunden und seiner Fähigkeit, sich an viele aktive Biomoleküle anzulagern, das bei weitem wichtigste Element für bildgebende (szintigrafische) nuklearmedizinische Diagnostikverfahren. Dazu werden organische Liganden mit einer hohen Neigung, sich an Zellen des zu untersuchenden Organs zu binden, oder monoklonale Antikörper, Proteine des Immunsystems, die sich an ausgewählte Antigene von Tumorzellen heften, an 99mTc gekoppelt und intravenös verabreicht. Auf diese Weise können eine Vielzahl von Organen untersucht werden.The 99 Mo / 99m Tc generator is the most widely used radionuclide generator in nuclear medicine. Metastable 99m Tc is by far the most important element for imaging (scintigraphic) nuclear medicine diagnostic procedures due to the half-life of 6 hours and its ability to attach to many active biomolecules. For this purpose, organic ligands with a high tendency to bind to cells of the organ to be examined, or monoclonal antibodies, proteins of the immune system, which attach to selected antigens of tumor cells are coupled to 99m Tc and administered intravenously. In this way, a variety of organs can be examined.

Weitere in der Nuklearmedizin verwendete Generatoren sind die 62Zn/62Cu, 68Ge/68Ga, 82Sr/82Rb und 113Sn/11mIn-Generatoren. 62Cu, 68Ga und 82Rb sind als Positronenemitter in der Positronen-Emissions-Tomographie (PET), einem weiteren bildgebenden Verfahren, von Bedeutung. Einige Radionuklidgeneratoren haben Anwendung in chemischen Labors und in der Industrie gefunden. Ein Beispiel dafür ist der 137Cs/137mBa-Generator. 137mBa hat eine relativ kurze Halbwertszeit (2,55 min) und geht durch die Emission von γ-Strahlung in den stabilen Grundzustand 137Ba über. Die γ-Strahlung kann leicht detektiert und gemessen werden. Die lange Halbwertszeit des Mutternuklids 137Cs (t1,2 = 30,17 a) ermöglicht es, diesen Generator über einen lange Zeitraum zu nutzen. Eine Voraussetzung dabei ist, dass das 137Cs so fest gebunden ist, dass seine Migration während der Zeit in der der Generator benutzt wird, ausgeschlossen werden kann und nur 137mBa eluiert wird. Außerdem muss der Träger über den langen Zeitraum stabil bleiben. In einem der herkömmlichen Verfahren wird 137Cs, dass in Kernreaktoren als Spaltprodukt entsteht, auf dünnen Hexacyanoferratschichten fixiert, die auf der Oberfläche von kleinen Metallstücken (Fe, Mo) generiert werden. Dabei handelt es sich um ein relativ aufwändiges Verfahren und infolge des Zerfalls der Cyanokomplexe, hervorgerufen durch die 137Cs-Strahlung, entstehen sehr toxische Produkte. Weiterhin ist es möglich, beide Kationen über eine Aluminium- und Molybdän-haltiges Polyoxometalat (Dhara S. et al., Radiochim Acta 2007, (95), 297–301) oder mit Hilfe eines mit chelatisierenden Amidgruppen modifizierten Polymers (Maji et al., Radiochim Acta 2007, (95), 183–186) zu trennen. Organische Polymere zeigen jedoch eine niedrigere Stabilität gegen Strahlung verglichen mit anorganischen Verbindungen.Other generators used in nuclear medicine are the Zn 62 / Cu 62 68 Ge / 68 Ga, 82 Sr / 82 Rb and 113 Sn / In 11m generators. 62 Cu, 68 Ga and 82 Rb are important as positron emitters in positron emission tomography (PET), another imaging technique. Some radionuclide generators have found application in chemical laboratories and in industry. An example of this is the 137 Cs / 137m Ba generator. 137m Ba has a relatively short half life (2.55 min) and changes to the stable ground state 137 Ba by the emission of γ radiation. The γ-radiation can be easily detected and measured. The long half-life of the parent nuclide 137 Cs (t 1.2 = 30.17 a) makes it possible to use this generator over a long period of time. A prerequisite for this is that the 137 Cs is bound so tightly that its migration can be ruled out during the time the generator is being used and only 137m Ba is eluted. In addition, the wearer must remain stable over the long term. In one of the conventional processes, 137 Cs, which form as fission products in nuclear reactors, are fixed on hexacyanoferrate thin films, which are generated on the surface of small pieces of metal (Fe, Mo). This is a relatively complex process and as a result of the decomposition of the cyano complexes, caused by the 137 Cs radiation, very toxic products are formed. Furthermore, it is possible to use both an aluminum and molybdenum-containing polyoxometalate (Dhara S. et al., Radiochim Acta 2007, (95), 297-301) or a polymer modified with chelating amide groups (Maji et al. , Radiochim Acta 2007, (95), 183-186). However, organic polymers show lower stability to radiation compared to inorganic compounds.

Ionenaustauscher können somit in vielen Bereichen der Radiochemie eingesetzt werden. Zusätzlich zur Verwendung in der Behandlung von radioaktiven Abfällen und in der Herstellung von Radionukliden für die Nuklearmedizin, können sie auch in der radioanalytischen Chemie verwendet werden, um Ionen aufzukonzentrieren oder bestimmte Elemente abzutrennen. In der Nuklearmedizin können Ionenaustauscher neben der Verwendung in Nuklidgeneratoren auch dazu verwendet werden, um Radionuklide aus bestrahlten Targets oder Spaltprodukten zu isolieren oder für eine finale Aufreinigung.Ion exchangers can thus be used in many areas of radiochemistry. In addition to being used in the treatment of radioactive waste and in the production of radionuclides for nuclear medicine, they can also be used in radioanalytical chemistry to concentrate ions or separate certain elements. In nuclear medicine, in addition to use in nuclide generators, ion exchangers can also be used to isolate radionuclides from irradiated targets or fission products, or for final purification.

Grundsätzlich müssen Kationenaustauscher in der Radiochemie zwei Voraussetzungen erfüllen: sie müssen eine hohe Stabilität gegenüber ionisierender Strahlung aufweisen und sie müssen eine hohe Selektivität aufweisen, da die abzutrennenden Radionuklide oft nur in um viele Größenordnungen kleineren Mengen vorhanden sind, verglichen mit den stabilen Elementen. Zusätzlich haben bereits Verunreinigungen mit beispielsweise langlebigen Radionukliden, große Auswirkungen, da ihre relative Konzentration mit der Zeit zunimmt. Beträgt beispielsweise die Verunreinigungskonzentration von 90Sr nach einer Separation von 140Ba nur 0,1%, so wird die 90Sr-Aktivität innerhalb von drei Monaten in der 140Ba-Probe infolge des radioaktiven Zerfalls auf 11,5% ansteigen. Für alle inneren medizinischen Anwendungen und insbesondere für diagnostische Zwecke, ist die Reinheit der Radionuklide von größter Bedeutung. Die Abwesenheit von langlebigen radioaktiven Verunreinigungen, insbesondere α-Strahlern oder energiereichen β-Strahlern muss stets gewährleistet sein.In principle, cation exchangers must meet two requirements in radiochemistry: they must have a high stability to ionizing radiation and they must have a high selectivity, since the radionuclides to be separated are often only present in orders of magnitude smaller amounts compared to the stable elements. In addition, contamination with, for example, long-lived radionuclides already has great effects, as their relative concentration increases with time. For example, if the impurity concentration of 90 Sr after a separation of 140 Ba is only 0.1%, the 90 Sr activity will increase to 11.5% within three months in the 140 Ba sample due to radioactive decay. For all internal medical applications and especially for diagnostic purposes, the purity of the radionuclides is of paramount importance. The absence of long-lived radioactive contaminants, in particular α-emitters or high-energy β-emitters must always be ensured.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Polymer bzw. einen Kationenaustauscher, der für kerntechnische und nuklearmedizinische Anwendungen geeignet ist, wobei das Polymer aus Boranpolyedern aufgebaut ist. Hydride des Bors zeichnen sich durch ihre einmaligen Bindungsverhältnisse, bei denen aus Elektronenmangel chemische Bindungen über drei Atome möglich sind, aus. Im Gegensatz zu Kohlenwasserstoffen kommt es bei Boranen nicht zur Ausbildung von Doppelbindungen, sondern von meist symmetrischen käfigartigen Verbindungen, die sich von Polyedern ableiten. Die Geometrie dieser Boranstrukturen ist durch das Verhältnis der Anzahl der Gerüstelektronen zu der Anzahl der Gerüstatome bestimmt. Höhere Borane als Diboran entstehen (formal) durch die Zusammenlagerung gleicher oder verschiedener, für sich allein nicht existenzfähiger Verbindungen BmHm+2 zu einem Boranmolekül, wobei die Borwasserstoffreihen BnHn+2 (closo-Borane), BnHn+4 (nido-Borane), BnHn+6 (arachno-Borane) und BnHn+8 (hypho-Borane) resultieren.The present invention relates to a novel polymer or cation exchanger which is suitable for nuclear and nuclear medical applications, wherein the polymer is composed of borane polyhedra. Hydrides of the boron are characterized by their unique bonding conditions, in which electron deficiencies allow chemical bonds of three atoms. In contrast to In the case of boranes, hydrocarbons do not form double bonds, but rather mostly symmetrical cage-like compounds derived from polyhedra. The geometry of these borane structures is determined by the ratio of the number of skeletal electrons to the number of skeletal atoms. Higher boranes than diborane are formed (formally) by the assembly of the same or different, non-viable compounds B m H m + 2 into a borane molecule, whereby the borohydride groups B n H n + 2 (closo-boranes), B n H n +4 (nido-boranes), B n H n + 6 (arachno boranes) and B n H n + 8 result (hypho boranes).

In closo-Boranen, welche bisher nur in Anionenform BnHn 2- als Boranate bekannt sind, sind alle Ecken eines Polyeders mit Boratomen besetzt. Insgesamt 4n+2 Elektronen sind so aufgeteilt, dass 2n Elektronen n B-H Bindungen bilden und 2n+2 Elektronen halten den Bar-Polyeder aus n Boratomen mit einer Kombination aus B-B Zweizentrenbindungen und B-B-B Dreizentrenbindungen zusammen. In den nido-Boranen sind alle Ecken bis auf eine besetzt, in den arachno-Boranen werden alle bis auf zwei Ecken besetzt und bei den hypho-Boranen alle bis auf drei Ecken besetzt. Dabei können ein oder mehr Boratome der Borane und Boranate durch Atome anderer Elemente ersetzt werden. Man kennt beispielsweise Carba-, Sila-, Aza- Phospha- Thia- oder Metallaborane. Sie zählen auch zu den Elektronenmangelverbindungen und leiten sich von diesen durch den Ersatz von BH-oder BH2-Gruppen ab. Bei den Heteroboranen wird ebenfalls zwischen closo- nido-, arachno- und hypho-Heteroboranen unterschieden.In closo-boranes, which have hitherto been known only as anionic form B n H n 2- as boranates, all corners of a polyhedron are occupied by boron atoms. A total of 4n + 2 electrons are split so that 2n electrons form n BH bonds and 2n + 2 electrons hold the bar polyhedron composed of n boron atoms with a combination of BB two-center bonds and BBB three-center bonds. In the nido-Boranen all corners are occupied except for one, in the arachno-Boranen all but two corners are occupied and occupied in the hypho-Boranen all to three corners. One or more boron atoms of the boranes and boranates can be replaced by atoms of other elements. For example, carba-, sila-, aza-phospha- thia- or metallaboranes are known. They also belong to the electron deficiency compounds and are derived from them by the replacement of BH or BH 2 groups. In the case of heteroboranes, a distinction is likewise made between closonido, arachno and hypho heteroboranes.

Die closo-Boranate BnHn 2– (n = 6–12) und die davon abgeleiteten Heteroborane sind besonders interessant, da sie geschlossene polyedrische Borgerüste mit quasiaromatischem Bindungscharakter enthalten. Diese dreidimensionale Aromatizität, die vergleichbar mit der der Fullerene ist, verleiht ihnen eine besondere Stabilität. Daneben bilden einige nido- und arachno-Borane ebenfalls stabile Käfigverbindungen und zersetzen sich erst bei hohen Temperaturen. Von bestimmten nido-Anionen (beispielsweise nido-C2B9H11 2–) ist auch bekannt, dass sie mit Metallkationen stabile Sandwichkomplexe bilden.The closo-boranates B n H n 2- (n = 6-12) and the heteroboranes derived therefrom are particularly interesting because they contain closed polyhedral boron skeletons with a quasi-aromatic bond character. This three-dimensional aromaticity, which is comparable to that of fullerenes, gives them a special stability. In addition, some nido- and arachno-boranes also form stable cage compounds and decompose only at high temperatures. Certain nido anions (for example nido-C 2 B 9 H 11 2- ) are also known to form stable sandwich complexes with metal cations.

Die closo-Boranate wurden bisher intensiv für die Anwendung in der Behandlung von Krebserkrankungen erforscht. Behandlungstherapien wie die Bor-Neutronen-Einfang-Therapie (BNCT) basieren auf der selektiven Aufnahme einer 10B-haltigen Substanz in Tumorzellen und anschließenden Bestrahlung dieser Zellen mit thermischen (langsamen) Neutronen, welche die Kernreaktion 10B(n, α)7Li induzieren. Die entstandenen α-Partikel und Li-Kerne haben eine kurze Reichweite und induzieren selektiv irreparable Schäden in der Tumorzell-DNA. Sinnvoll ist es, ein tumoraffines Peptid, dessen Rezeptor auf der Tumoroberfläche oder im Zellkern überexprimiert über einen Linker an ein Boranat wie B12H12 2– zu knüpfen. Aufgrund ihrer hohen Anzahl an Boratomen, sind Boranate besonders gut für den Einsatz in der Bor-Neutronen-Einfang-Therapie geeignet. Obwohl erste vielversprechende Ergebnisse zur Behandlung von Hirntumoren vorliegen, befindet sich dieser Ansatz noch in der Entwicklung.The closo-boranates have been extensively researched for use in the treatment of cancers. Treatment therapies such as Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) are based on the selective uptake of a 10 B-containing substance into tumor cells and subsequent irradiation of these cells with thermal (slow) neutrons, involving the nuclear reaction 10 B (n, α) 7 Li induce. The resulting α particles and Li nuclei have a short range and selectively induce irreparable damage in the tumor cell DNA. It makes sense to attach a tumor affinity peptide whose receptor is overexpressed on the tumor surface or in the cell nucleus via a linker to a boranate such as B 12 H 12 2- . Boronates are particularly well suited for use in boron neutron capture therapy because of their high number of boron atoms. Although initial promising results for the treatment of brain tumors are available, this approach is still in development.

Boranate wurden außerdem für die Anwendung in der Flüssig-Flüssig-Extraktion erforscht, die ebenfalls zur Behandlung von radioaktiven Abfällen eingesetzt wird. So sind Cobaltabis(dicarbollide) (COSANe) und deren Derivate schon seit längerem bekannt (Vinas C. et al., Chem Commun 1998, (2), 191–192; Mikulasek L., et al., Chem Commun 2006 (38) 4001–4003). Cobaltabis(dicarbollide) bestehen im einfachsten Fall aus zwei nida-1,2-C2B9H11 2– Carbaboranaten, die ein Co3+-Kation koordinieren. Da das Ziel ist, die radioaktiven Kationen möglichst vollständig aus einer wässrigen Lösung zu entfernen, wurden die COSANe verschiedentlich mit hydrophoben Resten derivatisiert. Außerdem wurde versucht die Selektivität zu verbessern, indem bestimmte Moleküle kovalent an die Carbaborankäfige geknüpft wurden, die auch für sich alleine für Extraktionen verwendet werden können, beispielsweise Kronenether, Calixarene oder organische Phosphine. Diese Verbindungen haben in der Regel einen Verteilungskoeffizienten für bestimmte Lanthanoide und Actinoide von ca. 100 in der Anwesenheit von 0,01 M HNO3 und nur noch ca. 0,05 in der Anwesenheit von 3,0 M HNO3.Boranates have also been investigated for use in liquid-liquid extraction, which is also used to treat radioactive waste. Thus, cobaltabis (dicarbollide) (COSANe) and its derivatives have been known for some time (Vinas C. et al., Chem Commun 1998, (2), 191-192; Mikulasek L., et al., Chem Commun 2006 (38)). 4001-4003). Cobaltabis (dicarbollide) consist in the simplest case of two nida-1,2-C 2 B 9 H 11 2- Carbaboranaten that coordinate a Co 3+ cation. Since the goal is to remove the radioactive cations as completely as possible from an aqueous solution, the COSANes were variously derivatized with hydrophobic residues. In addition, attempts have been made to improve selectivity by covalently attaching certain molecules to the Carbaborank cages, which can also be used by themselves for extractions, such as crown ethers, calixarenes or organic phosphines. These compounds typically have a partition coefficient for certain lanthanides and actinides of about 100 in the presence of 0.01 M HNO 3 and only about 0.05 in the presence of 3.0 M HNO 3 .

Es existieren inzwischen auch Beispiele für die Verwendung von closo-Boranaten, insbesondere B12H12 2–, zur Behandlung von radioaktiven Abfällen in einem Flüssig-Flüssig-Extraktionsverfahren (Naoufal et al., Mediterranean Conference for Environment and Solar, 2000, 40–44; Bernard R. et al., J. Organomet Chem 2002, (657) 83–90). Die darauf angewendeten Derivatisierungsprinzipien entsprechen den bereits oben erwähnten. Es wurden inzwischen eine Reihe von B12H12 2– hergestellt, die kovalent gebundene Reste enthalten, wodurch sowohl die Hydrophobizität als auch die Selektivität erhöht werden können. Die Verteilungskoeffizienten der Boranate ähneln dabei denen der COSANe. Somit ist Bindungskapazität der gelösten closo-Boranate in saurer Umgebung ebenfalls stark eingeschränkt. Ein weiterer Nachteil ist die aufwendige Regeneration der mit Radionukliden beladenen Boranate, die während einer Flüssig-Flüssig-Extraktion anfallen. Deren Vorliegen als feste Phase bzw. als Harz würde den Regenerationsvorgang wesentlich erleichtern und vor allem die Stabilität gegen starke Säuren und Strahlung erhöhen.There are now also examples of the use of closo-boranates, in particular B 12 H 12 2- , for the treatment of radioactive waste in a liquid-liquid extraction process (Naoufal et al., Mediterranean Conference for Environment and Solar, 2000, 40). 44, Bernard R. et al., J. Organomet Chem 2002, (657) 83-90). The derivatization principles applied to it correspond to those already mentioned above. In the meantime, a series of B 12 H 12 2- have been prepared which contain covalently bonded radicals, whereby both the hydrophobicity and the selectivity can be increased. The distribution coefficients of the boranates are similar to those of the COSANes. Thus, binding capacity of the dissolved closo-boranates in acidic environments is also severely limited. Another disadvantage is the complex regeneration of radionuclide-loaded boronates, which are obtained during a liquid-liquid extraction. Their presence as a solid phase or as a resin would greatly facilitate the regeneration process and, above all, increase the stability against strong acids and radiation.

Ausgehend vom Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein strahlungsresistentes und säurestabiles Polymer bzw. einen Kationenaustauscher und deren Verwendung in der Kerntechnik und Nuklearmedizin zur Verfügung zu stellen. Starting from the prior art, it is the object of the present invention to provide a radiation-resistant and acid-stable polymer or a cation exchanger and their use in nuclear engineering and nuclear medicine.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch einen Kationenaustauscher gemäß Anspruch 1.The solution of this object is achieved by a cation exchanger according to claim 1.

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein anionisches Boranpolymer gemäß einer der folgenden allgemeinen Formeln: [BhTh-2-k-mX1+kYm]n2n–(I) oder [CBh-1Hh-2-k-mX1+kYm]n n– (II); wobei
X ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: O, S, SO, SO2, S2, S(O)S, S(O)S(O), POR, PR3, POR3 wobei R = F, Cl, Br, I, H, C1-C4-Alkyl, Aryl, ist, wobei das Aryl mit einem oder mehreren Substituenten OH, OR, SO3H, COH, CO2H, Br, Cl, F, CN, NH2, CF3, NO2, Methyl, Ethyl substituiert ist;
Y ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: OH, F, Cl, Br, OR, SH, SR, SR2, SCN, CO, COR, CO2R, NH2, NH3, NR3, wobei R = C1-C4-Alkyl, Aryl, ist, wobei Aryl mit einem oder mehreren Substituenten ON, OR, SO3H, COH, CO2H, Br, Cl, F, CN, NH2, CF3, NO2, C1-C4-Alkyl substituiert ist;
h = 10 oder 12;
k eine reelle Zahl von 0 bis 2 ist;
m eine reelle Zahl von 0 bis 10 ist, wenn h = 12, und eine reelle Zahl von 0 bis 8 ist, wenn h = 10;
n eine natürliche Zahl von > 109 ist, vorzugsweise bei polymerisierten Kristallen mit einem Durchmesser von ca. 1 Mikrometer oder größer.
In particular, the present invention relates to an anionic borane polymer according to one of the following general formulas: [B h T h-2-km X 1 + k Y m ] n 2 n- (I) or [CB h-1 H h-2-km X 1 + k Y m ] n n- (II); in which
X is selected from the group consisting of: O, S, SO, SO 2 , S 2 , S (O) S, S (O) S (O), POR, PR 3 , POR 3 where R = F, Cl, Br, I, H, C 1 -C 4 -alkyl, aryl, wherein the aryl having one or more substituents OH, OR, SO 3 H, COH, CO 2 H, Br, Cl, F, CN, NH 2 CF 3 , NO 2 , methyl, ethyl is substituted;
Y is selected from the group consisting of: OH, F, Cl, Br, OR, SH, SR, SR 2 , SCN, CO, COR, CO 2 R, NH 2 , NH 3 , NR 3 , where R = C 1 C 4 alkyl, aryl, wherein aryl having one or more substituents ON, OR, SO 3 H, COH, CO 2 H, Br, Cl, F, CN, NH 2 , CF 3 , NO 2 , C 1 C 4 alkyl substituted;
h = 10 or 12;
k is a real number from 0 to 2;
m is a real number from 0 to 10 when h = 12, and a real number from 0 to 8 when h = 10;
n is a natural number of> 10 9 , preferably polymerized crystals with a diameter of about 1 micron or greater.

Das anionische Boranpolymer besteht aus verbrückten Boranpolyedern, wobei mit X die funktionelle Einheiten, wodurch Boranpolyeder verbrückt sind, definiert werden; Y gibt die Art der Substituenten an, womit Wasserstoffatome innerhalb des Polyeders substituiert werden.The anionic borane polymer consists of bridged borane polyhedra, where X denotes the functional units bridging borane polyhedra; Y indicates the nature of the substituents substituting hydrogen atoms within the polyhedron.

Der Koeffizient h definiert die Anzahl der Gerüstatome eines Polyeders, wobei mit k der Grad der Quervernetzung des Polyeders angegeben wird. Anhand des Koeffizienten m wird der Grad der Substitution einzelner Wasserstoffatome des Boranpolyeders definiert, wobei mit n die Anzahl der Wiederholungseinheiten im Polymerkern bestimmt werden.The coefficient h defines the number of skeletal atoms of a polyhedron, where k indicates the degree of cross-linking of the polyhedron. On the basis of the coefficient m, the degree of substitution of individual hydrogen atoms of the borane polyhedra is defined, where n is the number of repeating units in the polymer core.

Einzelne Boratome des Polyedergerüstes können mit einem Kohlenstoffatom substituiert werden, wobei die negative Ladung einer Wiederholungseinheit um eins erniedrigt wird. Dabei wird eine BH-Gruppe durch eine CH-Gruppe ersetzt.Individual boron atoms of the polyhedral skeleton can be substituted with a carbon atom, whereby the negative charge of a repeating unit is decreased by one. A BH group is replaced by a CH group.

Das Boranpolymer kann in der Kerntechnik zur Behandlung von radioaktiven Abfällen und in der Nuklearmedizin zur Aufreinigung von Radionukliden verwendet werden. Das Boranpolymer kann nach einem chromatographischen Prinzip als Kationenaustauscher eingesetzt werden und zeichnet sich durch eine hohe Stabilität gegenüber ionisierender Strahlung aus. Weiterhin besitzt das Boranpolymer eine hohe Ionenaustauschkapazität gepaart mit einer hohen Selektivität insbesondere für einfach geladene Kationen von schweren Metallen, wobei diese Eigenschaften auch bei sehr niedrigen pH-Werten und bei sehr hohem Überschuss von üblichen einwertigen Kationen (Na+ und K+) erhalten bleiben.The borane polymer can be used in nuclear engineering for the treatment of radioactive waste and in nuclear medicine for the purification of radionuclides. The borane polymer can be used as a cation exchanger according to a chromatographic principle and is characterized by a high stability to ionizing radiation. Furthermore, the borane polymer has a high ion exchange capacity paired with a high selectivity, especially for single-charged cations of heavy metals, which properties are retained even at very low pH values and at a very high excess of conventional monovalent cations (Na + and K + ).

Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird das erfindungsgemäße anionische Boranpolymer mit BOPOR (borane polymer resin) bezeichnet.For the purposes of the present invention, the anionic borane polymer of the present invention is referred to as BOPOR (borane polymer resin).

Es ist bevorzugt, dass das Boranpolymer aus closo-Boranen aufgebaut ist. Wie bereits weiter oben erwähnt, sind Borane, deren Ecken alle besetzt sind, besonders stabil, wobei bisher closo-Borane in der Anionenform und somit als closo-Boranate oder in Form geladener oder neutraler Derivate bekannt sind, die in Wasser oder organischen Lösungsmitteln löslich sind. Die sich daraus ergebende Anzahl der Gerüstelektronen der Boranate ermöglicht stabile quasi-aromatische Bindungen im Polyeder. Die negative Ladung eines jeden Boranatpolyeders ist dabei über den ganzen Käfig delokalisiert.It is preferred that the borane polymer is composed of closo-boranes. As already mentioned above, boranes, the corners of which are all occupied, are particularly stable, so far closo-boranes are known in the anion form and thus as closo-boranates or in the form of charged or neutral derivatives which are soluble in water or organic solvents , The resulting number of skeletal electrons of the boranates allows stable quasi-aromatic bonds in the polyhedron. The negative charge of each Boranatpolyeders is delocalized over the entire cage.

Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Anzahl der Gerüstatome eines Polyeders, die anhand des Koeffizienten h angegeben werden, 10 beträgt. Es ist außerdem bevorzugt, dass die Anzahl der Gerüstatome eines Polyeders, die anhand des Koeffizienten h angegeben werden, 12 beträgt. Die Boranate B10H10 2– und B12H12 2– sind außerordentlich stabil gegen Säuren und Laugen und werden selbst bei 100°C nicht angegriffen. Ähnliches gilt für ihre Heteroatomderivate. Die Alkalisalze M2B10H10 und M2B12H12 zersetzen sich thermisch in Abwesenheit von Sauerstoff erst oberhalb von 600°C. Die den Ionen zugrundeliegenden Säuren [H3O]2[B10H10] und [H3O]2[B12H12] sind sehr starke Säuren, somit sind die sich daraus ableitenden Polymere effektive stark saure Kationenaustauscher. It is further preferred that the number of skeletal atoms of a polyhedron given by the coefficient h is 10. It is also preferred that the number of skeletal atoms of a polyhedron given by the coefficient h is 12. The boranates B 10 H 10 2- and B 12 H 12 2- are extremely stable to acids and bases and are not attacked even at 100 ° C. The same applies to their heteroatom derivatives. The alkali salts M 2 B 10 H 10 and M 2 B 12 H 12 decompose thermally in the absence of oxygen only above 600 ° C. The acids underlying the ions [H 3 O] 2 [B 10 H 10 ] and [H 3 O] 2 [B 12 H 12 ] are very strong acids, so that the polymers derived from them are effective strongly acidic cation exchangers.

Es ist bevorzugt, dass das Boranpolymer als Gegenionen beliebige, austauschbare Kationen enthält. Dies können beispielsweise Metallkationen, Kationenkomplexe oder organische Kationen sein. Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Gegenionen Oxoniumionen sind. Die Kationen bzw. Gegenionen des Boranpolymers können gegen andere Kationen ausgetauscht werden. Es ist bevorzugt, dass Oxoniumionen des Boranpolymers gegen andere Kationen ausgetauscht werden.It is preferred that the borane polymer contain as counterions any, exchangeable cations. These may be, for example, metal cations, cation complexes or organic cations. It is further preferred that the counterions are oxonium ions. The cations or counter ions of the borane polymer can be exchanged for other cations. It is preferred that oxonium ions of the borane polymer be exchanged for other cations.

Es ist außerdem bevorzugt, dass das Boranpolymer zusätzlich Wassermoleküle enthält. Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Wassermoleküle die Kationen umgegeben. Es ist besonders bevorzugt, dass das Boranpolymer Metallkationen enthält, die von Wassermolekülen umgeben sind, was Kationenaustausch zwischen fester und flüssiger Phase erleichtert.It is also preferred that the borane polymer additionally contains water molecules. It is further preferred that the water molecules surround the cations. It is particularly preferred that the borane polymer contain metal cations surrounded by water molecules, facilitating cation exchange between solid and liquid phases.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Boranpolymers der vorliegenden Erfindung ist eine, welche Oxoniumionen als Gegenionen hat, d. h. in der H+-Form vorliegt und die Zusammensetzung (H3O)2n[B12H8,44(SO)1,716Cl0,844]n·5nH2O aufweist.A preferred embodiment of the borane polymer of the present invention is one which has oxonium ions as counterions, ie, is in the H + form, and the composition (H 3 O) 2n [B 12 H 8.44 (SO) 1.716 Cl 0.844 ] n · 5nH 2 O having.

Diese bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich durch eine hohe Stabilität gegenüber ionisierender Strahlung aus, wobei die Selektivität für bestimmte Kationen von deren Ladung und Radius abhängt. Dadurch sind Gruppenseparationen von einfach, zweifach und dreifach geladenen Kationen möglich. Die Selektivität bleibt auch unter stark sauren Bedingungen erhalten. Die bevorzugte Ausführungsform ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass sie in einfachen Reaktionsschritten hergestellt werden kann.This preferred embodiment is characterized by a high stability to ionizing radiation, wherein the selectivity for certain cations depends on their charge and radius. This allows group separations of single, double and triple charged cations. The selectivity is retained even under strongly acidic conditions. The preferred embodiment is further characterized in that it can be prepared in simple reaction steps.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin insbesondere einen Kationenaustauscher, der ein erfindungsgemäßes anionisches Boranpolymer enthält.In particular, the present invention relates to a cation exchanger containing an anionic borane polymer according to the invention.

Es ist bevorzugt, dass der Kationenaustauscher eine unterschiedliche Selektivität für Kationen zeigt, wobei die Selektivität von der Ladung und Radius der Kationen abhängt. Es ist deshalb bevorzugt, dass die Selektivität in der Reihenfolge M2+ < M3+ < M4+ zunimmt. Es ist außerdem bevorzugt, dass die Selektivität in der Reihenfolge Ml + < M2+ < M3+ < M4+ < M5+ zunimmt, wobei Ml + einwertige Kationen der leichteren Metalle (z. B. Li+, Na+, K+) und M5 + einwertige Kationen der schweren Metalle (z. B. Cs+, Tl+, Ag+) sind. Die Selektivität für einwertige Kationen ist stark vom Ionenradius abhängig und nimmt in der Reihenfolge Li+ ≈ Na+ < K+ < Rb+ < Cs+ ≈ Tl+ Ag+ zu. Dazu wurden für die bevorzugte Ausführungsform (H3O)2n[B12Ha8,44(SO)1,716Cl0,844]n·5nH2O der Verteilungskoeffizient (KD) für verschiedene Ionen in salpetriger oder salzsaurer wässriger Lösung bestimmt, darunter für: Na+, Cs+, Ag+, Tl+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Ra2+, Pb2+, UO2 2+, Y3+, Ac3+, Eu3+, Yb3+, Lu3+, Th4+ Insbesondere für Cs+, Ag+ Tl+ und Pb2+ zeigt BOPOR eine außerordentlich hohe Selektivität (Tabelle 1). Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass, beispielsweise ausgehend von Verteilungskoeffizienten, auf einfache Weise und ohne unzumutbaren Arbeitsaufwand die optimalen Trennungs- bzw. Elutionsbedingungen ermittelt werden können.It is preferred that the cation exchanger show a different selectivity for cations, the selectivity depending on the charge and radius of the cations. It is therefore preferred that the selectivity increase in the order M 2+ <M 3+ <M 4+ . It is also preferred that the selectivity increase in the order M l + <M 2+ <M 3+ <M 4+ <M 5+ where M l + are monovalent cations of the lighter metals (eg Li + , Na + , K + ) and M 5 + are monovalent heavy metal cations (eg, Cs + , Tl + , Ag + ). The selectivity for monovalent cations is strongly dependent on the ionic radius and increases in the order Li + ≈ Na + <K + <Rb + <Cs + ≈Tl + Ag + . For this purpose, for the preferred embodiment (H 3 O) 2n [B 12 Ha 8.44 (SO) 1.716 Cl 0.844 ] n · 5nH 2 O the distribution coefficient (K D ) for various ions in nitrous or hydrochloric acid aqueous solution was determined, including Na + , Cs + , Ag + , Tl + , Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Ra 2+ , Pb 2+ , UO 2 2+ , Y 3+ , Ac 3+ , Eu 3+ , Yb 3+ , Lu 3+ , Th 4+ In particular for Cs + , Ag + Tl + and Pb 2+ BOPOR shows an exceptionally high selectivity (Table 1). It is obvious to a person skilled in the art that, for example based on distribution coefficients, the optimum separation or elution conditions can be determined in a simple manner and without unreasonable labor.

Es ist bevorzugt, dass der Kationenaustauscher über einen pH-Bereich von 0 bis 14 stabil ist. Es ist insbesondere bevorzugt, dass der Kationenaustauscher in stark saurem Bereich, darunter auch in stark oxidierenden Säuren, stabil ist und dabei seine Ionenaustauscherkapazität erhalten bleibt. Beispielsweise bestehen die für die Aufbereitung bestimmten Brennelemente zu rund 96% aus unverbrauchtem Uran und 1% Plutonium, wobei beide Stoffe im Prinzip zu neuen Brennelementen verarbeitet werden können. Die restlichen 3% sind Spaltprodukte und höhere Aktinoide und machen den eigentlichen radioaktiven Abfall aus. Nachdem in der Wiederaufarbeitungsanlage die Brennelemente zerkleinert werden, wird der Brennstoff mit heißer Salpetersäure aus den Abschnitten herausgelöst. Mit Hilfe von Tributylphosphat, das mit Kerosin verdünnt ist, werden die Uran- und Plutoniumnitrate extrahiert, während die Nitrate der Spaltprodukte und Aktinoide in der salpetersauren wässrigen Phase zurückbleiben. Eine denkbare Strategie zur weiteren Entsorgung und Verarbeitung besteht darin, diese Nuklide durch Beschuss mit Neutronen oder anderen Teilchen in kurzlebigere Nuklide umzuwandeln (Transmutation), um möglichst wenige dieser langlebigen Radionuklide in Endlagern aufbewahren zu müssen. Zu diesem Zweck müssen die umzuwandelnden Nuklide zunächst abgetrennt werden, wozu der erfindungsgemäße selektive Kationenaustauscher, der bei niedrigen pH-Werten stabil ist und dessen Ionenaustauscherkapazität nicht signifikant durch niedrige pH-Werte beeinflusst wird, verwendet werden kann. Denkbar bei der Wiederaufbereitung ist auch noch eine zusätzliche Abtrennung der bei der Kernspaltung entstehenden Edelmetalle wie Ruthenium, Rhodium und Palladium, wobei dies bisher noch nicht praktiziert wird. Dazu ist der erfindungsgemäße Kationenaustauscher ebenfalls geeignet.It is preferred that the cation exchanger is stable over a pH range of 0 to 14. It is particularly preferred that the cation exchanger is stable in the strongly acidic range, including in strongly oxidizing acids, while retaining its ion exchange capacity. For example, about 96% of the fuel used for processing consists of unused uranium and 1% plutonium, with both substances in principle being able to be processed into new fuel elements. The remaining 3% are fission products and higher actinoids and make up the actual radioactive waste. After the fuel elements are comminuted in the reprocessing plant, the fuel is extracted from the sections with hot nitric acid. With the help of tributyl phosphate diluted with kerosene, the uranium and plutonium nitrates are extracted, while the nitrates of the cleavage products and actinoids remain in the nitric acid aqueous phase. A conceivable strategy for further disposal and Processing consists of converting these nuclides into more short-lived nuclides by bombardment with neutrons or other particles (transmutation) in order to store as few as possible of these long-lived radionuclides in repositories. For this purpose, the nuclides to be converted must first be separated, for which purpose the selective cation exchanger according to the invention, which is stable at low pH values and whose ion exchange capacity is not significantly influenced by low pH values, can be used. Also conceivable in the reprocessing is an additional separation of the resulting from nuclear fission precious metals such as ruthenium, rhodium and palladium, but this is not yet practiced. For this purpose, the cation exchanger according to the invention is also suitable.

Wie bereits erwähnt, wurde für die bevorzugte Ausführungsform (H3O)2n[B12H8,44(SO)1,716Cl0,844]n,·5nH2O der Verteilungskoeffizient für verschiedene Ionen in salpetriger oder salzsaurer wässriger Lösung bestimmt. Zwar sinken die KD-Werte in saurem Milieu, doch liegt beispielsweise der KD-Wert für Cs+-Ionen in der Anwesenheit von ca. 12 M Säure immer noch bei 103, wobei für Ag+ und Tl+ noch höhere Werte bestimmt wurden. Beachtet man KD-Werte der eingangs erwähnten Verbindungen, die nach dem Stand der Technik in einer Flüssig-Flüssig-Extraktion, verwendet werden, so geht daraus hervor, dass diese Verbindungen bereits in der Anwesenheit von 1–3 M Säure sehr unbefriedigende Verteilungskoeffizienten aufweisen. Der Kationenaustauscher der vorliegenden Erfindung zeichnet sich somit durch eine ausgezeichnete Säurestabilität aus, wobei die Selektivität, zu erkennen an den hohen KD-Werten, auch bei sehr niedrigen pH-Werten erhalten bleibt.As already mentioned, for the preferred embodiment (H 3 O) 2n [B 12 H 8.44 (SO) 1.716 Cl 0.844 ] n , · 5nH 2 O the distribution coefficient for different ions in nitrous or hydrochloric acid aqueous solution was determined. Although the K D values sink in an acidic environment, the K D value for Cs + ions in the presence of about 12 M acid, for example, is still 10 3 , with even higher values for Ag + and Tl + were. Considering K D values of the compounds mentioned in the introduction, which are used in the prior art in a liquid-liquid extraction, it is clear that these compounds have very unsatisfactory distribution coefficients even in the presence of 1-3 M acid , The cation exchanger of the present invention is thus distinguished by an excellent acid stability, wherein the selectivity, recognizable by the high K D values, is maintained even at very low pH values.

Es ist bevorzugt, dass der Kationenaustauscher stabil gegen ionisierende Strahlung ist. Während der Wiederaufbereitung radioaktiver Abfälle, ist es notwendig, dass die dafür verwendeten Ionenaustauscher, stabil gegenüber möglichst hohen radioaktiven Strahlungsdosen sind und dabei ihre Ionenaustauscherkapazität erhalten bleibt. Die Ionenaustauscherkapazität von (H3O)2n[B12H8,44(SO)1,716Cl0,844]n·5nH2O wurde vor und nach der Bestrahlung mit einer Dosis von 5,9 × 106 Gy bzw. 1 × 107 Gy bestimmt (Tabelle 2). Die integrale Dosis von 5,9 × 106 Gy veränderte die Ionenaustauscherkapazität nicht, während die integrale Dosis von 1 × 107 Gy zu einer Abnahme der Ionenaustauscherkapazität von 10% führte. Die Stabilität von BOPOR gegenüber ionisierender Strahlung ist somit höher als die organischer Ionenaustauscherharze. Ionisierende Strahlung in der Größenordnung von 105–106 Gy verändert die Eigenschaften von synthetischen organischen Ionenaustauscherharzen signifikant. Zeolithe zeigen eine Abnahme ihrer Ionenaustauscherkapazität nach einer integralen Dosis von 5 × 107–108 Gy. Es kann somit geschlussfolgert werden, dass die Stabilität von BOPOR gegenüber ionisierender Strahlung vergleichbar ist mit der von Zeolithen.It is preferred that the cation exchanger is stable to ionizing radiation. During the reprocessing of radioactive waste, it is necessary that the ion exchangers used for this purpose are stable to the highest possible radioactive radiation doses while retaining their ion exchange capacity. The ion exchange capacity of (H3O) 2n [B 12 H8,44 (SO) 1,716Cl0,844] n · 5NH 2 O was measured before and after irradiation with a dose of 5.9 x 10 6 Gy or 1 x 10 7 Gy determined (Table 2). The integral dose of 5.9 x 10 6 Gy did not alter the ion exchange capacity, while the integral dose of 1 x 10 7 Gy resulted in a 10% decrease in ion exchange capacity. The stability of BOPOR to ionizing radiation is thus higher than the organic ion exchange resins. Ionizing radiation of the order of 10 5 -10 6 Gy significantly changes the properties of synthetic organic ion exchange resins. Zeolites show a decrease in their ion exchange capacity after an integral dose of 5 × 10 7 -10 8 Gy. It can thus be concluded that the stability of BOPOR to ionizing radiation is comparable to that of zeolites.

Es ist bevorzugt, dass der mit H3O+ beladene Kationenaustauscher, bei Beladung mit Metallionen ein Farbumschlag zeigt. Eine besondere Eigenschaft von BOPOR ist die Abhängigkeit seiner Farbe von seiner kationischer Form. Die besondere Ausführungsform (H3O)2n[B12H8,44(SO)1,716Cl0,844]n·5nH2O beispielsweise hat in der H3O+-Form eine schwarze Farbe. Wird dieses Harz mit Metallkationen beladen, nimmt es eine grau-braune bis hellgelbe Farbe an. Die Farbe ändert sich wieder zu schwarz, nachdem das Harz durch Waschen mit Säure wieder in die H3O+-Form überführt wird. Somit kann anhand der Farbe einfach und schnell auf den Ladungszustand von BOPOR geschlossen werden und der Zeitpunkt, zu dem eine Regeneration notwendig ist, genau bestimmt werden.It is preferred that the cation exchanger loaded with H 3 O + exhibits a color change when charged with metal ions. A special feature of BOPOR is the dependence of its color on its cationic form. The particular embodiment (H 3 O) 2n [B 12 H 8.44 (SO) 1.716 Cl 0.844 ] n · 5nH 2 O, for example, has a black color in the H 3 O + form. If this resin is loaded with metal cations, it will turn a grayish brown to light yellow color. The color changes back to black after the resin is returned to the H 3 O + form by washing with acid. Thus, the color can be used to quickly and easily determine the state of charge of BOPOR and to determine the time when regeneration is necessary.

Weiterhin ist BOPOR dadurch gekennzeichnet, dass es eine gute Ionenaustauscherkapazität aufweist. Ein Mittelwert aus drei unabhängigen Bestimmungen für die besondere Ausführungsform (H3O)2n[B12H8,44(SO)1,716Cl0,844]·5nH2O ergab eine Kapazität von 5,4 ± 0,2 meq/g (Tabelle 3) und ist vergleichbar mit der Kapazität von starken Kationenaustauschern wie organischen Harzen auf Polystyrolbasis. Außerdem ist die Kinetik des Ionenaustauschs schnell. Weiterhin ist der Kationenaustauscher dadurch gekennzeichnet, dass er stabil in wässriger, organischer und organischwässriger Lösung ist.Furthermore, BOPOR is characterized by having good ion exchange capacity. An average of three independent determinations for the particular embodiment (H 3 O) 2 N [B 12 H 8.44 (SO) 1.716 0.844 Cl] · 5NH 2 O yielded a capacity of 5.4 ± 0.2 meq / g (Table 3) and is comparable to the capacity of strong cation exchangers such as polystyrene-based organic resins. In addition, the kinetics of the ion exchange is fast. Furthermore, the cation exchanger is characterized in that it is stable in aqueous, organic and organic aqueous solution.

Es ist bevorzugt, dass der Kationenaustauscher als in Wasser und organischen Lösungsmitteln unlöslicher Feststoff, insbesondere Harz, vorliegt. Dadurch ist es möglich, die Abtrennung der Kationen mit Hilfe einer flüssigen Phase, die an einer stationären Phase entlang geführt wird, durchzuführen. Dies ist leichter zu handhaben als eine Flüssig-Flüssig-Extraktion. Bei der Wiederaufbereitung von Brennstäben fallen relativ große Flüssigkeitsmengen an. Sollen beispielsweise die Spaltelemente und Aktinoide weiter separiert werden sollen und geschieht dies durch eine Flüssig-Flüssig-Extraktion, so muss die innige Durchmischung von organischer und mobiler Phase gewährleistet sein, was bei den großen Flüssigkeitsmengen technisch aufwändig ist. Die Vorbeiführung einer Flüssigkeit entlang einer stationären Phase bzw. die chromatographische Trennung der Kationen ist ein technisch leichter durchzuführender Ansatz, darüber hinaus kann das Harz, dass in wässriger und in organischen Lösungsmitteln stabil sind, leichter regeneriert werden, da dazu das Harz nur mit Säure gewaschen werden muss. It is preferred that the cation exchanger is present as a solid which is insoluble in water and organic solvents, in particular resin. This makes it possible to carry out the separation of the cations with the aid of a liquid phase, which is guided along a stationary phase. This is easier to handle than a liquid-liquid extraction. The reprocessing of fuel rods involves relatively large amounts of liquid. If, for example, the splitting elements and actinides are to be further separated and this is done by a liquid-liquid extraction, the intimate mixing of organic and mobile phase must be ensured, which is technically complicated in the case of the large quantities of liquid. The passage of a liquid along a stationary phase or the chromatographic separation of the cations is a technically easier to carry out approach, moreover, the resin, which are stable in aqueous and in organic solvents, can be easily regenerated, as to the resin washed only with acid must become.

Es ist bevorzugt, dass der Kationenaustauscher an einer Matrix immobilisiert ist, um seine mechanische Stabilität zu erhöhen.It is preferred that the cation exchanger is immobilized on a matrix to increase its mechanical stability.

Es ist bevorzugt, dass der Kationenaustauscher an eine Matrix immobilisiert ist, wobei die Matrix beispielsweise Cellulose und/oder Dextran, und/oder Kieselgel und/oder magnetische Kügelchen und/oder Kunstoffkügelchen etc. umfasst.It is preferred that the cation exchanger is immobilized on a matrix, the matrix comprising, for example, cellulose and / or dextran, and / or silica gel and / or magnetic beads and / or plastic beads, etc.

Es ist bevorzugt, dass der Kationenaustauscher zur selektiven Abtrennung von einfach geladenen Kationen, bevorzugt von schweren einfach geladenen Kationen, aus einer organischen oder wässrigen oder organischwässrigen Lösung verwendet wird, wobei die Lösung eine Mischung aus einfach und mehrfach geladenen Kationen enthält. BOPOR zeigt besonders hohe KD-Werte für schwere einfach geladene Kationen, so dass die chromatographische Abtrennung eines oder mehrerer schwerer einwertiger Kationen von mehrfach geladenen Ionen möglich ist und dies sogar wenn ein mehrfach geladenes Kation in großem Überschuss vorhanden ist.It is preferred that the cation exchanger be used to selectively separate singly charged cations, preferably heavy single charged cations, from an organic or aqueous or organo-aqueous solution, the solution containing a mixture of singly and multiply charged cations. BOPOR shows particularly high K D values for heavy single-charged cations, allowing the chromatographic separation of one or more heavy monovalent cations from multiply charged ions, even if a multiply charged cation is present in large excess.

Der Kationenaustauscher kann generell für Gruppenseparationen von einfach, zweifach und dreifach geladenen Kationen in einer organischen oder wässrigen oder organischwässrigen Lösung verwendet werden. Da die Selektivität von BOPOR in der Reihenfolge Ml + < M2+ < M3+ < M4+ < Ms + zunimmt, ist der Kationenaustauscher somit geeignet für die Trennung zwischen den Gruppen der Kationen und auch insbesondere innerhalb der Gruppe der einfach geladenen Kationen. Die Selektivität für Kationen der Übergangsmetalle kann durch Komplexbildung mehrfach erhöht werden.The cation exchanger can generally be used for group separations of singly, twice and three times charged cations in an organic or aqueous or organo-aqueous solution. Since the selectivity of BOPOR increases in the order M l + <M 2+ <M 3+ <M 4+ <M s + , the cation exchanger is therefore suitable for the separation between the groups of cations and also especially within the group of cations charged cations. The selectivity for cations of the transition metals can be increased several times by complex formation.

Es ist bevorzugt, dass der Kationenaustauscher zur selektiven Abtrennung von zweifach geladenen Kationen aus einer organischen oder wässrigen oder organischwässrigen Lösung verwendet wird, wobei die Lösung eine Mischung aus einfach, zweifach und höher geladenen Kationen enthält.It is preferred that the cation exchanger be used for the selective separation of doubly charged cations from an organic or aqueous or organo-aqueous solution, the solution containing a mixture of mono-, di- and higher-charged cations.

Es ist weiterhin bevorzugt, dass der Kationenaustauscher zur selektiven Abtrennung von dreifach geladenen Kationen aus einer organischen oder wässrigen oder organischwässrigen Lösung verwendet wird, wobei die Lösung eine Mischung aus einfach, zweifach und dreifach geladenen Kationen enthält.It is further preferred that the cation exchanger be used for selective separation of triply charged cations from an organic or aqueous or organo-aqueous solution, the solution containing a mixture of mono-, di- and tri-charged cations.

In 1 ist ein Beispiel für die Trennleistung die Separation des zweiwertigen Kations Ba2+ von dem dreiwertigen Kation Lu3+ in Salzsäure gezeigt. Dabei betrug das Massenverhältnis Ba/Lu ~2300. Ba2+ konnte mit 0,5 M HCl komplett eluiert werden, ohne dass Lu3+-Spuren im Eluat nachgewiesen wurden. Erst bei Konzentration höher als 1 M HCl eluierte Lu3+. Dies zeigt, dass der Unterschied in KD-Werten um einen Faktor 10 bis 50 die selektive Abtrennung der dreifach geladenen Kationen von überschüssigen zweifach geladenen Kationen erlaubt.In 1 An example of the separation efficiency is the separation of the divalent cation Ba 2+ from the trivalent cation Lu 3+ in hydrochloric acid. The mass ratio was Ba / Lu ~ 2300. Ba 2+ could be completely eluted with 0.5 M HCl without detection of Lu 3+ traces in the eluate. Lu 3+ eluted only at concentrations higher than 1 M HCl. This shows that the difference in K D values by a factor of 10 to 50 allows the selective separation of the triply charged cations from excess dually charged cations.

Im Laufe der Bestimmung von Verteilungskoeffizienten verschiedener Kationen wurde festgestellt, dass BOPOR eine außerordentlich hohe Selektivität insbesondere für schwere einfach geladene Kationen, wie beispielsweise Ag+, Tl+, Cs+, aufweist. Es ist somit bevorzugt, dass der Kationenaustauscher zur selektiven Abtrennung von einfach geladenen Ag+ und/oder Tl+ und/oder Cs+ Ionen aus einer organischen oder wässrigen oder organischwässrigen Lösung, die eine Mischung aus Ag+- und/oder Tl+- und/oder Cs+-Ionen und zweifach, dreifach und vierfach geladenen Kationen enthält, verwendet wird.In the course of determining distribution coefficients of different cations, BOPOR has been found to exhibit exceptionally high selectivity, especially for heavy monoligated cations such as Ag + , Tl + , Cs + . It is thus preferred that the cation exchanger for the selective separation of singly charged Ag + and / or Tl + and / or Cs + ions from an organic or aqueous or organo-aqueous solution containing a mixture of Ag + and / or Tl + - and / or Cs + ions and double, triple and quadruply charged cations is used.

Es ist weiterhin bevorzugt, dass der Kationenaustauscher auch zur selektiven Abtrennung von leichteren einfach geladenen Kationen, wie beispielsweise Li+, Na+, K+, aus einer organischen oder wässrigen oder organischwässrigen Lösung, die eine Mischung aus Li+- und/oder Na+- und/oder K+-Ionen und zweifach, dreifach und vierfach geladenen Kationen enthält, verwendet wird. In diesem Fall bedeutet es, dass die leichten einwertigen Kationen zuerst vom erfindungsgemäßen Kationenaustauscher eluiert werden können, während höher geladene Kationen und schwere einwertige Kationen nach wie vor an den Kationenaustauscher binden und zurückgehalten werden.It is further preferred that the cation exchanger also be used to selectively separate lighter singly charged cations such as Li + , Na + , K + from an organic or aqueous or organo-aqueous solution containing a mixture of Li + and / or Na + - and / or K + ions and double, triple and quadruple charged cations, is used. In this case, it means that the light monovalent cations can be eluted first from the cation exchanger of the present invention, while higher charged cations and heavy monovalent cations are still bound to and retained by the cation exchanger.

Es ist bevorzugt, dass der Kationenaustauscher zur selektiven Abtrennung und/oder Aufreinigung von Kationen in einer organischen oder wässrigen oder organischwässrigen radioaktiven Lösung verwendet wird. Da der Kationenaustauscher sich nach der Exposition gegenüber hohen Strahlungsdosen als stabil erweisen hat, kann er auch für die Aufreinigung von Kationen, die ionisierende Strahlung emittieren, verwendet werden.It is preferred that the cation exchanger be used for the selective separation and / or purification of cations in an organic or aqueous or organo-aqueous radioactive solution. Since the cation exchanger has proved to be stable after exposure to high doses of radiation, it can also be used for the purification of cations which emit ionizing radiation.

Es ist bevorzugt, dass der Kationenaustauscher zur Abtrennung und/oder Aufreinigung von kationischen medizinischen Radionukliden in einer organischen oder wässrigen oder organischwässrigen radioaktiven Lösung, verwendet wird. Die Verwendung von Radionukliden zur Diagnose und Therapie wurde bereits eingangs beschrieben, wobei an die Reinheit dieser Radionuklide besonders hohe Anforderungen gestellt werden. Dabei kann es sich um die Abtrennung aus einem Nuklidgenerator oder um eine finale Aufreinigung handeln, wobei die hohe Selektivität und Stabilität des Harzes gegenüber ionisierender Strahlung eine hohe Reinheit und Homogenität der Radionuklide gewährleistet.It is preferred that the cation exchanger be used to separate and / or purify cationic medicinal radionuclides in an organic or aqueous or organo-aqueous radioactive solution. The use of radionuclides for diagnosis and therapy has already been described in the introduction, with the purity of these radionuclides being particularly stringent become. This can be the separation from a nuclide generator or a final purification, the high selectivity and stability of the resin to ionizing radiation ensuring a high purity and homogeneity of the radionuclides.

Es ist bevorzugt, dass der Kationenaustauscher zur selektiven Abtrennung von 937Cs+-Ionen aus einer Mischung, die 137Cs+-Ionen, zweifach, dreifach und vierfach geladene Kationen enthält, insbesondere zur selektiven Abtrennung von 137Cs+-Ionen aus einem 137Cs+/137mBa2+-Ionengemisch in einem Radionuklidgenerator, verwendet wird. Eine weitere bevorzugte Verwendung ist die Verwendung von BOPOR zur Abtrennung von Cs+, das beispielsweise als Spaltprodukt in Kernreaktoren anfällt, aus wässrigen radioaktiven Abfalllösungen.It is preferred that the cation exchanger for the selective separation of 937 Cs + ions from a mixture containing 137 Cs + ions, two, three and four times charged cations, in particular for the selective separation of 137 Cs + ions from a 137 Cs + / 137m Ba 2+ ion mixture in a radionuclide generator. Another preferred use is the use of BOPOR for the separation of Cs + , which is obtained, for example as a cleavage product in nuclear reactors, from aqueous radioactive waste solutions.

Es ist bevorzugt, dass der Kationenaustauscher zur selektiven Abtrennung von 90Sr2+ Ionen aus einer Mischung, die 90Sr2 +-Ionen, dreifach und vierfach geladene Kationen enthält, insbesondere zur selektiven Abtrennung von 90Sr2+-Ionen aus einem 90Sr2+/90Y3 +-Ionengemisch in einem Radionuklidgenerator, verwendet wird. In der Literatur sind Dutzende weitere Mutter/Tochter-Nuklidpaare bekannt, die in einem Radionuklidgenerator getrennt werden können. Geht die Entstehung eines beliebigen Tochternuklids mit der entsprechenden Ladungsänderung einher, nämlich um mindestens eins, so kann der Kationenaustauscher der vorliegenden Erfindung zu dessen Abtrennung verwendet werden.It is preferred that the cation exchanger for the selective separation of 90 Sr 2+ ions from a mixture containing 90 Sr 2+ ions, three times and four multiply charged cations, in particular for the selective separation of 90 Sr 2+ ions of a 90 Sr 2+ / 90 Y 3 + ion mixture in a radionuclide generator. The literature discloses dozens of other mother / daughter nuclide pairs that can be separated in a radionuclide generator. If the formation of any daughter nuclide is accompanied by the corresponding charge change, namely by at least one, the cation exchanger of the present invention can be used for its separation.

Aufgrund der Oxidierbarkeit des Boranpolymers kann der mit Radionukliden beladene Kationenaustauscher für eine spätere Endlagerung besonders einfach verglast werden.Due to the oxidizability of the borane polymer, the cation exchanger loaded with radionuclides can be glazed particularly easily for later disposal.

Aufgrund seines hohen Anteils an Boratomen ist es außerdem bevorzugt, dass der Kationenaustauscher zur Absorption von Neutronen verwendet wird.Moreover, because of its high boron atom content, it is preferred that the cation exchanger be used to absorb neutrons.

Da die Aufreinigung und/oder Abtrennung nach dem chromatographischen Prinzip verläuft, ist es bevorzugt, dass der Kationenaustauscher als Säulenfüllmaterial verwendet wird. Die Verwendung als Säulenfüllmaterial hat den Vorteil, dass für einen Kationenaustausch nur ein sehr einfacher Aufbau notwendig ist und die Regeneration des Kationenaustauschers stets schnell und einfach vonstatten gehen kann. Es ist weiterhin bevorzugt, dass der Kationenaustauscher als ionenselektive Membran verwendet wird.Since the purification and / or separation proceeds according to the chromatographic principle, it is preferred that the cation exchanger is used as a column filler material. The use as a pillar filler has the advantage that for a cation exchange only a very simple structure is necessary and the regeneration of the cation exchanger can always be done quickly and easily. It is further preferred that the cation exchanger is used as an ion-selective membrane.

Es ist bevorzugt, dass das erfindungsgemäße Boranpolymer durch ein Verfahren, dass es die folgenden Schritte umfasst, hergestellt wird:

  • a) Überführung eines Boransalzes in ein Lithiumboransalz, wobei das Lithiumboransalz Kristallwasser bindet;
  • b) in-situ Erzeugung eines Elektrophils durch eine Reaktion von Thionylchlorid mit Kristallwasser;
  • c) Heterogene Umsetzung des Lithiumboransalzes mit dem Elektrophil;
  • d) Isolierung des Boranpolymers durch Filtrieren und Waschen mit Säure und Wasser.
It is preferred that the borane polymer of the invention is prepared by a process comprising the steps of:
  • a) conversion of a borane salt into a lithium borane salt, wherein the lithium borane salt binds water of crystallization;
  • b) in situ generation of an electrophile by a reaction of thionyl chloride with water of crystallization;
  • c) Heterogeneous reaction of the lithium borane salt with the electrophile;
  • d) Isolation of the borane polymer by filtration and washing with acid and water.

Es zeigt:It shows:

1 die Trennung von Ba2+ und Lu3+ mit BOPOR auf der Säule (Bettvolumen 1 mL) in HCl. Massenverhältnis Ba/Lu in der Lösung war ~2300, wobei die Flussrate 0,72 mL/min betrug. Die einzelnen Fraktionen wurden in einminütigen oder zweiminütigen Intervallen gesammelt. 1 the separation of Ba 2+ and Lu 3+ with BOPOR on the column (bed volume 1 mL) in HCl. Mass ratio Ba / Lu in the solution was ~ 2300, the flow rate being 0.72 mL / min. The individual fractions were collected at one-minute or two-minute intervals.

Ausführungsbeispieleembodiments

1. Bestimmung von Verteilungskoeffzienten (KD)1. Determination of distribution coefficients (K D )

Für eine Reihe von Kationen wurde der Verteilungskoeffizient (KD) bestimmt. Dazu wurden je ~18 ± 0,15 mg BOPOR mit 1800 μl der wässrigen Lösung, die bestimmte Säurekonzentration und die bestimmte Aktivität des untersuchenden Metallkation enthielt, vermischt. Die KD-Werte wurden in mL/g nach folgender Formel gerechnet

Figure 00200001
wobei A0 und Aeq Aktivität in der Lösung vor dem Versuch und im Gleichgewicht mit dem Harz, B – Untergrundaktivität, V – Lösungsvolumen, m – Masse der Harzprobe. Die Ergebnisse sind in folgender Tabelle zusammengefasst: Tabelle 1. KD-Werte für ausgewählte Metallkationen in HCl-Lösung (HCl Konzentration, in M) Ba2+ Pb2+ Y3+ Lu3+ Eu3+ Cs+ Na+ Ag+ Tl+ Th4+ 0,05 6,5E4 > 1E4 > 2E4 > 5E4 7,4E4 > 4E5 80 > 2E6 > 5E5 > 1E5 0,4 1,5E3 > 1E4 5,9E4 8 8E3 0,6 5,8E2 > 1E4 1,5E4 1,6E4 2,1E4 > 6E5 9E4 2E3 0,8 2,9E2 > 1E4 5,1E3 8,7E3 3,1E4 2,5 1,0 1,8E2 > 1E4 2,5E3 3,9E3 2,5E4 100 1,2 116 > 1E4 1,4E3 1,3E3 2,0E3 > 6E5 2,7E4 1,4 80 > 1E4 7,2E2 1,1E3 1,6 60 > 1E4 4,6E2 4,2E2 6,8E2 1,8 44 > 1E4 3,0E2 2,8E2 1,2E4 2,0 35 > 1E4 2,1E2 1,9E2 3,2E2 2,2 28 > 1E4 1,5E2 136 8,4E3 2,4 22 > 1E4 108 99 1,6E2 > 6E5 2,7 17 7E3 70 63 100 3,0 11 6E3 47 44 69 5,2E3 2E5 SF3 5,0 1E3 6,5 10 2,5E3 10 2E2 3,5E2 For a number of cations the distribution coefficient (K D ) was determined. For this purpose, ~ 18 ± 0.15 mg of BOPOR were mixed with 1800 μl of the aqueous solution containing a certain acid concentration and the specific activity of the metal cation under investigation. The K D values were calculated in mL / g according to the following formula
Figure 00200001
where A 0 and A eq are activity in the solution before and in equilibrium with the resin, B - subsurface activity, V - solution volume, m - mass of the resin sample. The results are summarized in the following table: Table 1. K D values for selected metal cations in HCl solution (HCl concentration, in M) Ba 2+ Pb 2+ Y 3+ Lu 3+ Eu 3+ Cs + Na + Ag + Tl + Th 4 + 0.05 6,5E4 > 1E4 > 2E4 > 5E4 7,4E4 > 4E5 80 > 2E6 > 5E5 > 1E5 0.4 1,5E3 > 1E4 5,9E4 8th 8E3 0.6 5,8E2 > 1E4 1,5E4 1,6E4 2,1E4 > 6E5 9E4 2E3 0.8 2,9E2 > 1E4 5,1E3 8,7E3 3,1E4 2.5 1.0 1,8E2 > 1E4 2,5E3 3,9E3 2,5E4 100 1.2 116 > 1E4 1,4E3 1,3E3 2,0E3 > 6E5 2,7E4 1.4 80 > 1E4 7,2E2 1,1E3 1.6 60 > 1E4 4,6E2 4,2E2 6,8E2 1.8 44 > 1E4 3,0E2 2,8E2 1,2E4 2.0 35 > 1E4 2,1E2 1,9E2 3,2E2 2.2 28 > 1E4 1,5E2 136 8,4E3 2.4 22 > 1E4 108 99 1,6E2 > 6E5 2.7 17 7E3 70 63 100 3.0 11 6E3 47 44 69 5,2E3 2E5 SF3 5.0 1E3 6.5 10 2,5E3 10 2E2 3,5E2

2. Bestimmung der Stabilität von BOPOR gegenüber ionisierender Strahlung2. Determination of the stability of BOPOR against ionizing radiation

Zwei mit H3O+ beladene BOPOR-Proben wurden mit Hilfe einer 60Co-Quelle verschiedenen Dosen ionisierender Strahlung ausgesetzt. Dabei wurde die Ionenaustauschkapazität wie oben beschrieben vor und nach der Bestrahlung bestimmt. Tabelle 2. 0 Gy 5,9 × 106 Gy 1 × 106 Gy Probe 1 5,37 meq/g 5,34 meq/g 4,90 meq/g Probe 2 5,37 meq/g 5,32 meq/g 4,86 meq/g Two H 3 O + loaded BOPOR samples were exposed to various doses of ionizing radiation using a 60 Co source. The ion exchange capacity was determined as described above before and after the irradiation. Table 2. 0 Gy 5.9 × 10 6 Gy 1 × 10 6 Gy Sample 1 5.37 meq / g 5.34 meq / g 4.90 meq / g Sample 2 5.37 meq / g 5.32 meq / g 4.86 meq / g

3. Bestimmung der Ionenaustauschkapazität von BOPOR3. Determination of the ion exchange capacity of BOPOR

Die Ionenaustauschkapaziät Qtot (meq/g) wurde mit Hilfe eines Natriumhydroxid-Rücktitrationsverfahren bestimmt. Dazu wurde eine Säule mit 1 ml Bettvolumen mit BOPOR (Korngröße 80–125 μm) befällt. Durch die Säule mit BOPOR wurden 5 ml von 10% HCl geführt und anschließend wurde mit Wasser bis pH = 7,0 gespült. Zur Kapazitätsbestimmung wurde eine bestimmte Menge Natronlauge (30 ml 0,1 M NaOH-Lösung) durch die Säule geführt und anschließend wurde mit Wasser bis pH = 7,0 ausgespült. Der NaOH-Überschuß wurde mit 0,1 M HCl titriert.The ion exchange capacity Q tot (meq / g) was determined by means of a sodium hydroxide back-titration method. For this, a column with 1 ml bed volume was filled with BOPOR (particle size 80-125 μm). 5 ml of 10% HCl was passed through the column with BOPOR, followed by rinsing with water to pH = 7.0. To determine the capacity, a certain amount of sodium hydroxide solution (30 ml of 0.1 M NaOH solution) was passed through the column and then flushed with water to pH = 7.0. The NaOH excess was titrated with 0.1 M HCl.

Nach der Durchführung von drei unabhängigen Rücktitrationen ergab sich für das BOPOR-Harz eine Ionenaustauschkapaziät von 5,4 ± 0,2 meq/g. Tabelle 3. Ionenaustauschkapaziät Qtot Experiment 1 5,37 meq/g Experiment 2 5,23 meq/g Experiment 3 5,62 meq/g After conducting three independent back titrations, the BOPOR resin had an ion exchange capacity of 5.4 ± 0.2 meq / g. Table 3. Ion Exchange Capacity Q tot Experiment 1 5.37 meq / g Experiment 2 5.23 meq / g Experiment 3 5.62 meq / g

4. Bestimmung der Trennleistung von BOPOR4. Determination of the separation performance of BOPOR

Als Beispiel der Trennleistung wurde die Trennung des zweiwertigen Kations Ba2+ von dem dreiwertigen Kation Lu3+ in Salzsäure untersucht. Ein Gemisch aus Ba2+-und Lu3 +-Kationen, wobei Ba2+ in hohem Überschuss vorlag (Massenverhältnis Ba/Lu 2300), wurde auf die Säule mit BOPOR-Säule aufgetragen und anschließend mit HCl eluiert. Ba2+ wurde mit ~30 mL 0,5 M HCl komplett eluiert, ohne dass Lu3+-Spuren im Eluat gefunden wurden. Die Erhöhung der HCl Konzentration auf 0,6 M und 0,7 M führte ebenfalls nicht zu einer Lu3+-Eluation. Erst bei Konzentration höher als 1 M eluierte Lu3+ in einem Volumen von ~15 mL (1). Dieses Beispiel zeigt, dass der Unterschied in KD-Werten um einen Faktor 10 bis 50 die selektive Abtrennung der dreifach geladenen Kationen von überschüssigen zweifach geladenen Kationen erlaubt.As an example of the separation performance, the separation of the divalent cation Ba 2+ from the trivalent cation Lu 3+ in hydrochloric acid was investigated. A mixture of Ba 2+ -and Lu 3 + cations, wherein Ba 2+ was present in large excess (mass ratio Ba / Lu 2300), was applied to the column with BOPOR column and then eluted with HCl. Ba 2+ was completely eluted with ~ 30 mL of 0.5 M HCl without Lu 3+ traces found in the eluate. Increasing the HCl concentration to 0.6 M and 0.7 M also did not result in Lu 3+ elution. Only at a concentration higher than 1 M did Lu 3+ elute in a volume of ~ 15 mL ( 1 ). This example shows that the difference in K D values by a factor of 10 to 50 allows the selective separation of the triply charged cations from excess dually charged cations.

Des Weiteren ermöglichen die sehr hohen KD-Werte schwerer, einfach geladener Kationen deren effektive Abtrennung über einen sehr breiten pH-Bereich von allen anderen, in hohem Überschuss vorliegenden Kationen.Furthermore, the very high K D values of heavy, singly charged cations enable their effective separation over a very broad pH range from all other highly abundant cations.

5. Herstellung des BOPOR-Harzes5. Preparation of the BOPOR resin

Der neue Kationaustauscher BOPOR wurde durch eine Polymerisationsreaktion zwischen Lithium-Dodecahydro-closo-Dodecaborat-Tetrahydrat, Li2[B12H12]·4H2O, und Thionylchlorid, SOCl2, synthetisiert. Thionylchlorid wurde vor der Reaktion von aufgelösten Produkten der Hydrolyse, HCl and SO2, in Vakuum durch wiederholtes Schmelzen-Gefrieren gereinigt. 100 mL gereinigtes SOCl2 wurden in ein mit flüssigem Stickstoff gekühltes Glasgefäß, enthaltend 10 g Li2[B12H12]·4H2O-Kristalle, hinzufügt und gefroren. Das Gefäß wurde im gekühlten Zustand abgepumpt. Die Reaktion startete beim Schmelzen des Thionylchlorids unter vorsichtigem Aufwärmen und dauerte bei langsamer Erhöhung der Temperatur bis zu 75°C fort. Die sich durch die chemische Reaktion zwischen SOCl2 und Kristallwasser entwickelnden Gase wurden während der Reaktion mithilfe einer Membranpumpe abgepumpt. Die Reaktion war zu Ende, wenn die Gasentwicklung endete. Die polymerisierten Kristalle wurden von der Reaktionslösung durch Filtrieren abgetrennt und zuerst mit verdünnter Salzsäure und dann mit Wasser gespült und anschließend im Trockenschrank bei 60°C getrocknet. Der folgende Reaktionsmechanismus wurde vorgeschlagen: SOCl2 + H2O → SO2 + 2HCl Li+ + HCl → LiCl + H+ und H+ + H2O → H3O+ SOCl2 + H3O+ → HCl + SOCl+ + H2O [B12H12]2– + SOCl+ → [B12H11SO] + HCl [B12H11SO] + [B12H12]2– → [B12H11-SO-B12H11]4– + H+ etc. The new cation exchangers BOPOR was 2 [B 12 H 12] · 4H 2 O, and thionyl chloride, SOCl 2 synthesized by a polymerization reaction between lithium-dodecahydro-closo-dodecaborate tetrahydrate, Li,. Thionyl chloride was purified in vacuo by repeated melt-freezing prior to the reaction of dissolved hydrolysis products, HCl and SO 2 . 100 mL of purified SOCl 2 was added to a glass vessel cooled with liquid nitrogen containing 10 g of Li 2 [B 12 H 12 ] .4H 2 O crystals and frozen. The vessel was pumped off in the cooled state. The reaction started with gentle melting of the thionyl chloride and continued with a slow increase in temperature up to 75 ° C. The evolved by the chemical reaction between SOCl 2 and water of crystallization gases were pumped out during the reaction using a diaphragm pump. The reaction was over when gas evolution ended. The polymerized crystals were separated from the reaction solution by filtration and rinsed first with dilute hydrochloric acid and then with water and then dried in a drying oven at 60 ° C. The following reaction mechanism has been proposed: SOCl 2 + H 2 O → SO 2 + 2HCl Li + + HCl → LiCl + H + and H + + H 2 O → H 3 O + SOCl 2 + H 3 O + → HCl + SOCl + + H 2 O [B 12 H 12 ] 2- + SOCl + → [B 12 H 11 SO] - + HCl [B 12 H 11 SO] - + [B 12 H 12 ] 2- → [B 12 H 11 -SO-B 12 H 11 ] 4- + H + etc.

Die Zusammensetzung wurde mithilfe folgender Methoden bestimmt:

  • a) Schwefel und Wasserstoff wurde mit einem CHNS-Analysator bestimmt; S – 14,56%, H – 6,18%.
  • b) Schwefel und Chlor wurde mit einem Elektronenmikroskop bestimmt, S:Cl = 1,87.
  • c) Chlor wurde zusätzlich bei der Fällung mit Ag+ in Form von AgCl bestimmt: Cl – 7,92%.
The composition was determined by the following methods:
  • a) sulfur and hydrogen were determined with a CHNS analyzer; S - 14.56%, H - 6.18%.
  • b) Sulfur and chlorine were determined by electron microscope, S: Cl = 1.87.
  • c) Chlorine was additionally determined in the precipitation with Ag + in the form of AgCl: Cl - 7.92%.

Zusätzlich wurde ein Infrarot-Spektrum aufgenommen, in dem die Linien des B12-Käfigs, B-H, B-Cl, B-S und S-O Bindungen, zugeordnet wurden. Die folgende Zusammensetzung wurde für BOPOR nachgewiesen: (H3O)2n[B12H10-x-y(SO)1+xCly], 5nH2O, wobei x = 0,716 und y = 0,844; O – 36,92%, B – 34,34%, S – 14,56%, Cl – 7,92%, H – 6,25%.In addition, an infrared spectrum was recorded, in which the lines of the B 12 cage, BH, B-Cl, BS and SO bonds were assigned. The following composition was detected for BOPOR: (H 3 O) 2n [B 12 H 10 -xy (SO) 1 + x Cly], 5nH 2 O, where x = 0.716 and y = 0.844; O - 36.92%, B - 34.34%, S - 14.56%, Cl - 7.92%, H - 6.25%.

Claims (15)

Kationenaustauscher, enthaltend ein Boranpolymer gemäß der folgenden allgemeinen Formel (I) oder (II): [BhHh-2-k-mX1+kYm]n 2n– (I) oder [CBh-1Hh-2-k-mX1+kYm]n n– (II) wobei X ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: O, S, SO, SO2, S2, S(O)S, S(O)S(O), POR, PR3, POR3 wobei R = F, Cl, Br, I, H, C1-C4-Alkyl, Aryl, ist, wobei das Aryl mit einem oder mehreren Substituenten OH, OR, SO3H, COH, CO2H, Br, Cl, F, CN, NH2, CF3, NO2, Methyl, Ethyl substituiert ist; Y ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: OH, F, Cl, Br, OR, SH, SR, SR2, SCN, CO, COR, CO2R, NH2, NH3, NR3, wobei R = C1-C4-Alkyl, Aryl, ist, wobei Aryl mit einem oder mehreren Substituenten OH, OR, SO3H, COH, CO2H, Br, Cl, F, CN, NH2, CF3, NO2, C1-C4-Alkyl substituiert ist; h = 10 oder 12; k eine reelle Zahl von 0 bis 2 ist; m eine reelle Zahl von 0 bis 10 ist, wenn h = 12, und eine reelle Zahl von 0 bis 8 ist, wenn h = 10; n eine natürliche Zahl von > 109 ist.Cation exchanger containing a borane polymer according to the following general formula (I) or (II): [B h H h-2-km X 1 + k Y m ] n 2n- (I) or [CB h-1 h-2 H-km X 1 + Y k m] n n- (II) wherein X is selected from the group consisting of: O, S, SO, SO 2 , S 2 , S (O) S, S (O) S (O), POR, PR 3 , POR 3 where R = F, Cl , Br, I, H, C 1 -C 4 -alkyl, aryl, wherein the aryl having one or more substituents OH, OR, SO 3 H, COH, CO 2 H, Br, Cl, F, CN, NH 2 , CF 3 , NO 2 , methyl, ethyl; Y is selected from the group consisting of: OH, F, Cl, Br, OR, SH, SR, SR 2 , SCN, CO, COR, CO 2 R, NH 2 , NH 3 , NR 3 , where R = C 1 C 4 alkyl, aryl, wherein aryl having one or more substituents OH, OR, SO 3 H, COH, CO 2 H, Br, Cl, F, CN, NH 2 , CF 3 , NO 2 , C 1 C 4 alkyl substituted; h = 10 or 12; k is a real number from 0 to 2; m is a real number from 0 to 10 when h = 12, and a real number from 0 to 8 when h = 10; n is a natural number of> 10 9 . Kationenaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktureinheitspolyeder des Boranpolymers closo-Borane sind.Cation exchanger according to claim 1, characterized in that the structural unit polyhedra of the borane polymer are closo-boranes. Kationenaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass h = 10.Cation exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that h = 10. Kationenaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass h = 12.Cation exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that h = 12. Kationenaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Boranpolymer austauschbare Kationen als Gegenionen hat.Cation exchanger according to one of claims 1 to 4, characterized in that the borane polymer has exchangeable cations as counterions. Kationenaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Boranpolymer zusätzlich Wassermoleküle enthält.Cation exchanger according to one of claims 1 to 5, characterized in that the borane polymer additionally contains water molecules. Kationenaustauscher nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Boranpolymer die Zusammensetzung (H3O)2n[B12H8,44(SO)1,716Cl0,844]n·5nH2O hat.Cation exchanger according to claim 5 or 6, characterized in that the borane polymer is the composition (H 3 O) 2n [B 12 H 8.44 (SO) 1.716 Cl 0.844 ] n · 5nH 2 O Has. Kationenaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Selektivität für Kationen in der Reihenfolge M2+ < M3+ < M4+ zunimmt.Cation exchanger according to one of claims 1 to 7, characterized in that the selectivity for cations in the order M 2+ <M 3+ <M 4+ increases. Kationaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Selektivität für einwertige Kationen vom Ionenradius abhängig ist und in der Reihenfolge Li+ ≈ Na+ < K+ < Rb+ < Cs+ ≈ Tl+ ≈ Ag+ zunimmt.Cation exchanger according to one of claims 1 to 8, characterized in that the selectivity for monovalent cations depends on the ionic radius and increases in the order Li + ≈ Na + <K + <Rb + <Cs + ≈ Tl + ≈ Ag + . Kationenaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er über einen pH-Bereich von 0 bis 14 stabil ist.Cation exchanger according to one of claims 1 to 9, characterized in that it is stable over a pH range of 0 to 14. Kationenaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass er stabil gegen ionisierende Strahlung ist.Cation exchanger according to one of claims 1 to 10, characterized in that it is stable to ionizing radiation. Kationenaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mit H3O+ beladene Kationenaustauscher bei Beladung mit Metallionen einen Farbumschlag zeigt.Cation exchanger according to one of Claims 1 to 11, characterized in that the cation exchanger charged with H 3 O + exhibits a color change upon loading with metal ions. Kationenaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass er als in Wasser und organischen Lösungsmitteln unlöslicher Feststoff, insbesondere Harz, vorliegt.Cation exchanger according to one of Claims 1 to 12, characterized in that it is present as a solid insoluble in water and organic solvents, in particular resin. Kationaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass er an einer Matrix immobilisiert ist.Cation exchanger according to one of claims 1 to 13, characterized in that it is immobilized on a matrix. Kationaustauscher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix Cellulose und/oder Dextran und/oder Kieselgel und/oder magnetische Kügelchen und/oder Kunstoffkügelchen umfasst.Cation exchanger according to claim 14, characterized in that the matrix comprises cellulose and / or dextran and / or silica gel and / or magnetic beads and / or plastic beads.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9598352B2 (en) 2011-11-18 2017-03-21 The Curators Of The University Of Missouri Process and device for the production of polyhedral boranes
RU2617778C1 (en) * 2016-05-04 2017-04-26 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Hemihydrate dodecahydro-klose-dodecaborate melamine and its method of preparation
CN110496619B (en) * 2019-09-10 2022-07-22 中国科学院上海高等研究院 CuH catalyst, CuH derivative catalyst, preparation method and application
EP4429811A1 (en) * 2021-11-08 2024-09-18 Merck Patent GmbH Material and method for performing a separation based on boron clusters

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2755170A1 (en) * 1976-12-10 1978-06-15 Rohm & Haas RESIN
WO1996031519A1 (en) * 1995-04-05 1996-10-10 Board Of Regents Of The University Of Colorado Weakly nucleophilic anions
US6180829B1 (en) * 1997-04-03 2001-01-30 Colorado State University Research Foundation Methods for producing polyhalogenated monoheteroboranes

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3368878A (en) * 1964-08-14 1968-02-13 Du Pont Polymers derived from metal decaborates and dodecaborates

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2755170A1 (en) * 1976-12-10 1978-06-15 Rohm & Haas RESIN
WO1996031519A1 (en) * 1995-04-05 1996-10-10 Board Of Regents Of The University Of Colorado Weakly nucleophilic anions
US6180829B1 (en) * 1997-04-03 2001-01-30 Colorado State University Research Foundation Methods for producing polyhalogenated monoheteroboranes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Bernard, R. et al.:Synthesis of (B12H12)2- based extractants in : Journal of Organometallic Chemistry Vol. 657, 2002, No. 1-2, S. 83-90 *

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