摘要
[研究背景及研究目的] 近年来，随着PET/CT显像和正电子药物的临床应用，当代最先进的分子与功能显像技术-PET、(正电子发射计算机断层显像技术)得到了快速推广和发展。由于氟-18(<'18>F)放射性同位素的特性等原因，PET显像所用的正电子药物的90％以上用氟-18核素标记的，其中以氟代脱氧葡萄糖--<'18>F—FDG应用最广。氟-18标记的正电子药物大多采用亲核氟代法合成，其<'18>F核素多通过回旋加速器轰击氧-18(H<,2><'18>O)水得到(核反应式：<'18>O[p，n]<'18>F)。<'18>F标记的正电子示踪剂的广泛应用导致了氧-18水用量大增，成为正电子药物合成中最重要的原料之一。 氧-18水由氢与氧-18同位素结合的产物，也称重氧(<'18>O)水，分子式为：H<,2><'18>O。一方面，由于氧-18水生产制备工艺复杂，生产成本高，产量有限，价格昂贵，部分造成诊断费用较高，制约了核医学诊断技术的广泛应用；另一方面氟-18放射性同位素衰变后会变为氧-18，同时在利用氧-18水制备氟-18和氟-18标记药物过程中，氧-18水的利用率很低，会产生一定量的低丰度的氧-18水的废液，浪费很大。如何利用这些废液，降低氧-18水的成本，对降低PET诊断费用，具有非常重要的意义。 目前，氧-18水的研究主要停留在工业大规模生产上，主要涉及工业大规模的生产工艺的改进，生产效率的提高，生产成本的降低，产品质量提高等方面，对于医院、PET 诊断中心的核医学示踪剂原料氧-18水废液的高纯度回收工艺的研究很少涉及。 本实验以多家PET 中心的氧-18水废液进行高纯度回收工艺的研究，确定高纯度回收工艺包括两大步骤：氧-18水废液的杂质去除和净化后的氧-18水的富集。通过对提纯、富集浓缩工艺的实验研究，选定适宜的氧-18水废液的回收工艺，深入研究氧-18同位素的富集操作，为对其再利用提供一定的研究基础。 [研究方法] 1．氧-18水废液的杂质去除利用国内PET 中心收集的氧-18水废液2.25千克和低丰度氧-18水8.25千克来配制实验所需的氧-18水废液合计10.5千克，氧-18同位素含量为<'18>O≈35.04atom％。 建立小型的氧-18水废液的纯化处理装置，主要从尽量避免氧-18丰度的降低，减少氧-18水的损耗角度考虑，分别串接棉芯过滤、活性炭吸附、紫外氧化、反渗透、离子交换、简单蒸发等六种处理工艺。将实验物料均分为21份，每份500克。利用计量泵分别单独通过上述处理工艺，物料循环5次，每种处理工艺3份，分别测定经过不同的处理工艺在不同循环处理次数下得到的物料样品的电导率、总有机碳含量、氧-18丰度等参数值以及物料损耗值，并应用SPSS13.0软件进行统计学分析，确定较优化的提纯工艺流程。 2．净化后的氧-18水的富集利用PRO Ⅱ流程模拟软件进行H<,2>O<'16>-H<,2>O<'17>-H<,2>O<'18>多元汽液平衡及热力学性质计算数据库和氧-18富集精馏过程的模拟计算方法的开发，进行氧-18水的富集实验过程的模拟，选定适宜的富集操作流程。 选取经过第一阶段的氧-18废水提纯工艺研究后得到的经纯化处理的<'18>O≈30.0atom％的氧-18水7382克作为本实验的研究对象。 选用装填有高比表面积的狄克松(Dixon)填料(简称θ环)精馏塔，搭建了恒压串联双塔氧-18水的富集实验装置。分别进行了双塔的全回流、串联，及部分回流等操作，测定氧-18同位素丰度，以确定其工艺流程及参数。 [结果] 在氧-18水废液的杂质去除研究中，反渗透、离子交换是较为有特色和有效的水净化处理工艺，但是反渗透工艺的物料损耗较大，离子交换工艺的氧-18丰度下降较多，在氧-18水废液的处理过程中是不可选用的。而活性炭吸附、棉芯过滤等尽管其初期有较大的物料损耗，但其在后续处理条件中物料损耗较少，紫外氧化、简单蒸发基本上不存在物料的损耗。同时，这几种处理工艺对于氧一18同位素丰度的影响也较小。因此，适宜的氧-18水废液的纯化处理工艺为通过紫外氧化、简单蒸发，或者棉芯过滤、活性炭吸附、紫外氧化、简单蒸发过程。经过选用棉芯过滤、活性炭吸附、紫外氧化、简单蒸发的处理过程所进行的验证性实验，处理物料1500克，得到电导率<3.0μs/cm、总有机碳(TOC)<0.5mg/L、氧-18丰度为32.44atom％的物料1341克，物料损耗量为10.6％，氧18丰度为下降2.56％，该处理工艺过程基本满足氧-18水废液处理的净化指标要求。 建立了H<,2>O<'16>-H<,2>O<'17>-H<,2>O<'18>汽液平衡数据库及相关算法，利用PRO Ⅱ流程模拟软件对一套成熟的氧-18水分离装置进行工业模拟计算，所得模拟结果与工业数据吻合较好，验证该H<,2>O<'16>-H<,2>O<'17>-H<,2>O<'18>汽液平衡数据库和相关算法可以用于氧-18水的富集过程的预测和计算，能够为高纯度氧-18水的分离富集提供可靠的设计理论基础。 由于氧-18水废液通常处理量较少，适宜采用间歇精馏过程等物理方法进行，通过上述建立的数据库进行模拟，要得到可被核医学再次利用的氧-18水(<'18>O丰度，>95atom％)，需要的理论板数高达200块以上，采用常规的单塔间歇精馏是不可行的。 本研究中所采用的是恒压串联双塔氧-18水的富集装置，其特点为两塔均为采用高效率的狄克松(Dixon)填料(简称θ环)装填的精馏塔，通过等压串联连接，可实现双塔间歇精馏过程。在进行两塔独立全回流条件中，由于单塔不能够提供足够的理论板，氧-18浓度由30.0atom％仅能富集到60.0～63.5atom％，而当两塔串联运行后，全回流条件下，能取得98atom％氧-18样品。在本实验装置条件下，进行产品采出实验中发现，当氧-18产品的采出量要大于1.0g/h，将很难得到合格产品，而在采出0.5g/h能得到氧-18丰度>95atom％的可用产品。 [结论]氧-18水废液的高纯度回收工艺包括两大步骤：氧-18水废液的杂质成分的去除和净化处理后的氧-18水的富集。 适宜的氧-18水废的净化处理工艺为氧-18水废液依次通过棉芯过滤、活性炭吸附、紫外氧化、简单蒸发处理过程，能基本满足氧-18水废液处理的净化指标要求。 本文建立的H<,2>O<'16>-H<,2>O<'17>-H<,2>O<'18>多元汽液平衡及热力学性质计算数据库和氧-18富集精馏过程的模拟计算方法能够为进行氧-18水的分离富集过程提供可靠的设计理论基础。 据此搭建的恒压串联双塔间歇精馏装置，通过在不同操作状态下的氧-18水富集实验数据表明，该小型恒压串联双塔间歇精馏装置基本满足低丰度的氧-18水废液的富集要求，适合用于经过提纯的低丰度的氧-18水废液的再浓缩回收利用，提高了氧-18水的使用价值。
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