[發(fā)明專利]一種輕水制取超輕水的方法及設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210496599.3
• 申請(qǐng)日: 2012-11-28
• 公開（公告）號(hào): CN103848399A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柯香文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 柯香文
• 主分類號(hào): C01B5/00
• 分類號(hào): C01B5/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 梅烘玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種輕水制取超輕水的方法及設(shè)備，屬于核應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

眾所周知，自然界中存在的水一般由2個(gè)氫原子和1個(gè)氧原子組成（H₂O），但氫原子有質(zhì)量不同的三個(gè)同位素，質(zhì)量為1的是氫(H)：質(zhì)量數(shù)2的是重氫（D）:質(zhì)量數(shù)為3的是超重氫（T）。由質(zhì)量數(shù)為1的氫（H）同氧化合的水稱為輕水，質(zhì)量數(shù)為2和3的重氫、超重氫同氧化合的水分別稱為重水、超重水。自然界的水中，重氫的含量約為150ppm。

國內(nèi)外研究表明，水中氘（重氫）的存在對(duì)生命體的生存發(fā)展和繁衍是有害的。水中不論氘的含量的多少對(duì)生命體都是有毒的，氘置換氫原子可以在DNA的螺旋結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，造成雙螺旋的相移、斷裂、替換、使核糖核酸棑列混亂，甚至重新合成，出現(xiàn)突變。高含量的氘對(duì)人體的遺傳、代謝和酶系等有不良應(yīng)響。氘含量越高對(duì)生命體的毒害就越大，包括人在內(nèi)的各種動(dòng)植物生命體對(duì)于自然界中的150ppm的氘含量已經(jīng)產(chǎn)生了適應(yīng)性。????

超輕水是采用非常先進(jìn)的高科技制造技術(shù)把自然界水中的重氫去除，降低了自然界水中的氘含量的水。其英文名稱是：Deuterrium?Depleted?Water,簡(jiǎn)稱為：DDW（超輕水）。

近年來，超輕水（氘含量≦125PPm）作為飲用水已進(jìn)入歐洲、美國和日本市場(chǎng)。超輕水的制備目前有兩種方法，一種是采用蒸餾的方法，蒸鎦需要高理論塔板數(shù)的蒸鎦塔，該方法設(shè)備體積龐大，設(shè)備復(fù)雜，投資高。另一種方法是電解法，2005年美國專利(US2005/0109604?AI)公開了Zlotopolskt〝以海水為原料生產(chǎn)超輕水的設(shè)備〞的發(fā)明，該發(fā)明對(duì)海水淡化處理，主要是利用一快黑色的微孔親水的高分子材料制成的板面吸收太陽能和燃料電池產(chǎn)生的余熱通過熱交換器加熱黑板，使黑板上海水蒸發(fā)并收集由蒸氣冷凝成水的裝置，冷凝水由泵經(jīng)過慮器注入電解槽電解產(chǎn)生的氫和氧送入作為合成反應(yīng)器的燃料電池，氫和氧在燃料電池內(nèi)化合產(chǎn)生超輕水，產(chǎn)生的電能返回電解槽補(bǔ)充電力，超輕水中氘含量在50PPm左右。該發(fā)明的電解槽和合成反應(yīng)器（燃料電池）是采用了現(xiàn)有技術(shù)，電解槽采用加拿大斯圖爾特能源系統(tǒng)公司的工業(yè)制氫隔膜IMET電解槽，每小時(shí)電解氫能力為1-60立方米.作為反應(yīng)器的燃料電池采用美國Astris能源公司或英國TeTek電利公司的堿性電池。專利沒有對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明，該發(fā)明主要特點(diǎn)是注重環(huán)保和能源的綜和利用，能耗較低。由于工業(yè)制氫是隔膜電解槽，沒有考慮電解過程中氘和氕的最佳分離系數(shù)，電解槽結(jié)構(gòu)、電極以及電解槽的工作條件沒有充分考慮，不利于氫同位素的分離，因采用工業(yè)制氫電解槽氕氘分離系數(shù)小所以合成的超輕水中氘含量只能在50PPm以上。合成反應(yīng)器采用了燃料電池，技術(shù)雖然先進(jìn)但其設(shè)備復(fù)雜，成本高，投資較大，目前還難以產(chǎn)業(yè)化。對(duì)電解用水采用了太陽能海水淡化技術(shù)雖然環(huán)保但增加了水的處理難度，設(shè)備投資大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種安全可靠，工藝簡(jiǎn)單的以輕水為原料制取超輕水的方法及設(shè)備。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種輕水制取超輕水的方法，包括如下步驟：

（1）輕水去離子處理，輕水經(jīng)過陰離子交換樹脂柱和陽離子交換樹脂柱脫去水中的陰陽離子，以避免有害物質(zhì)在電極上沉積。

（2）在6℃-18℃的溫度條件下，將輕水與電解質(zhì)氫氧化鉀混合，混合比例為質(zhì)量百分比5-8%；待氫氧化鉀充分溶解后，將含有5-8%氫氧化鉀的輕水（電解液）送入無隔膜減容電解槽，并產(chǎn)生氧氣和氕氣。維持較低的電解溫度可以降低槽內(nèi)電阻，利于槽內(nèi)液體均勻混合，提高電解混合氣中氕氣的濃度，降低氘含量。在電解過程中不斷補(bǔ)充輕水，使極板始終保持在電解液內(nèi)，延緩電解液中氘濃度的增加，有利于氣相中氘濃度的降低，從而保證電解過程的安全。

（3）催化合成超輕水：將電解槽電解生成的氧、氕(氘)混合氣經(jīng)阻火器、干燥器送入合成反應(yīng)器，在合成反應(yīng)器中先通過混和合室、阻火層、催化劑層，混合氣在催化劑層內(nèi)在鈀催化劑的作用下形成水蒸汽通過冷凝器冷凝形成的蒸餾水即為超輕水。

低溫電解為間歇操作，在填料和開車前電解槽，合成反應(yīng)器均應(yīng)抽真空，真空度為1×10^-1-1×10^-2帕。

合成反應(yīng)器的爐體底部設(shè)有噴嘴，噴嘴上方設(shè)有氣體混合區(qū)、阻火區(qū)和合成區(qū)，阻火區(qū)內(nèi)裝有細(xì)粒石英沙，合成區(qū)內(nèi)裝有鈀催化劑。

合成反應(yīng)所用催化劑為鈀催化劑，載體為直徑2-3毫米的三氧化二鋁γ-Al₂lO₃球型顆粒，催化劑鈀含量為0.2-0.4%。