[發明專利]一種制備穩定小分子團水的水處理方法及系統

有效

• 申請號: 201410440102.5
• 申請日: 2014-08-28
• 公開（公告）號: CN104230091B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 栗志文;朱永宏;張克明;周水平;閆希軍;宋艷;沈曉楠;鄭永鋒;范立君;竇夏睿
• 申請（專利權）人: 吉林天士力礦泉飲品有限公司
• 主分類號: C02F9/12
• 分類號: C02F9/12;C02F1/48
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙)11200
• 代理人: 余長江

技術領域

本發明涉及水處理領域，特別涉及飲用水工業化生產領域，具體涉及一種制備穩定小分子團水的水處理方法及系統。

背景技術

目前供人們飲用的礦泉水、純凈水以及磁化、凈化自來水，均由于沒有從水的分子結構上根本解決水被肌體細胞吸收、利用的問題，而存在著如礦泉水、純凈水在存放期會出現的由于長時間處于不流動情況，水分子中帶有正電的氫離子(H+)及帶有負電的氫氧根離子(OH-)在相當一段時間內相互吸引以氫鍵聚合成團的情況，失去活性而減緩和降低了飲用水被人體吸收，活化機體等保證人體處于健康的至關重要的水品質作用。

大多數情況下，特別是在長期靜止的情況下，水可形成多達幾十個水分子的水分子團簇。這些水分子團簇是隨機的，無定形的鏈狀線團。其溶解能力、滲透力都很低，不易被動物、植物和人吸收，由這種水分子團簇構成的水會成為“死水一團”。這些無定形結構的水分子團簇可以經一定的物理化學處理，使其成為含有較少水分子的水分子團簇的小分子團水。

目前有很多方法可以實現水的活化即小分子團水制備技術，包括磁化、高溫、生物法、振蕩等，都可實現切割大的水分子團簇的目的。其實質內容是提供能量，將聯接水分子的氫鍵打開，使大的水分子團簇分散成為單個水分子，但是通過這些處理方法的到的小分子團水，其分子結構并不穩定，離開了能量環境以后，很快會聚合成小分子團簇，其包含的水分子數量也不統一，在1個到10個之間。再經過一段時間的靜止后，在氫鍵的作用下又會形成包含幾十個水分子的大的水分子團簇，降低的水的活性。

分子力學是把分子看成是一些勢場維系在一起的原子的集合體。由于這些力的相互影響相互制約使得分子得以保持處于相對平衡的穩定狀態。因此可以用經典的勢場函數來描述原子間的相對位置變化所引起的分子體系能量的改變。分子力學計算方法主要用于定性和半定量研究主客體相互作用。一般是將得到的主客體復合物用分子力學優化其結構，計算分子間相互作用能進而判斷不同主客體之間結合能與穩定性或活性之間的關系，為進一步探索主體和客體間的相互作用提供依據。

具體來說分子力學計算方法是利用力場函數來計算分子的能量和構象的，由于計算中是利用經典力學中的力場函數有時也被稱為經驗力場計算，其中的力學參數由實驗資料決定。早在1930年Andrews提出經典力學模型：分子中的化學鍵具有“自然”鍵長、鍵角，并由這些鍵長和鍵角調節構象，給出個原子核的最佳位置分布，即為分子的平衡構象。分子力學計算方法不直接針對體系中的電子，只是著眼于核的相對位置，把化學鍵所形成的力場簡化為彈簧，即將分子內各原子間的鍵合作用看做是符合Hooke定律的。

水分子相互之間靠氫鍵連接。

氫鍵的鍵強取決于它的鍵長和鍵角，研究表明氫鍵的鍵強與鍵角在20°幅度內基本呈線性變化，且影響較小；而鍵長是影響鍵強的最重要因素，且隨著鍵長增加鍵強呈指數衰減。當氫鍵充分彎曲后，其鍵強變弱，這將導致兩個水分子的分離。大體上講，決定氫鍵強度的主要因素為分子間距離、延展振動的頻率和給體氫原子的共價鍵。

液態水分子簇的結構處于一種動態平衡中，強氫鍵和弱氫鍵的轉動及振動變換是水分子簇動態結構本質所在。

研究分子間力、確定水分子簇最小能量平衡結構和氫鍵網重排動力學，都離不開量子理論、轉振常數以及從頭計算法等理論工具。由于轉動和振動相互影響，適于小水分子簇(≤6)的能量方程為：

E(J·K)＝(A+B)J(J+1)/2+(C-(A+B)/2)K²-D_JJ²(J+1)²+D_JKJ(J+1)K²

其中A、B、C是分子的轉動常數(此方程中A＝B)，C常數表征關于對稱軸的轉動。J、K是設定的轉動量子數。D_J和D_JK是離心彎曲常數。目前這是確定水分子簇結構的通用方程，其中有A、B、C三個量子參數確定水分子的基本結構。

根據美國加州大學伯克來分校的實驗數據給出三環水、四環水、五環水和六元水的主要結構參數。

三環水的轉動頻率在86.7至92.0cm之間，這是典型的分子間作用力區間。由此認定三環水為扁平的或是橢圓的構型，四環水和五環水，已有計算模擬推測出可以基本確認為準平面環狀結構。六元水的最小能量平衡結構的遠紅外光譜測試結果和高水平算法算得結果基本相同，存在五種低態能量的結構。