[發(fā)明專利]一種以大麥為載體采用生物技術富集與分離的低氘水

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710351068.8
• 申請日: 2017-05-08
• 公開（公告）號: CN107265404A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設計）人: 孫瑩
• 申請（專利權）人: 孫瑩
• 主分類號: C01B5/00
• 分類號: C01B5/00;A01G31/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發(fā)明涉及穩(wěn)定同位素技術及飲用水和環(huán)保水處理領域，具體涉及一種以大麥為載體用生物技術富集與分離的低氘水。

【背景技術】

低氘水也稱超輕水和貧氘水。低氘水是一種穩(wěn)定同位素產品，低氘水應用技術研究近年來獲得較大進展。研究發(fā)現(xiàn)，低氘水具有活化免疫細胞、改善機體基礎代謝水平、抗細胞突變和延緩衰老等功能，有利于生命體的生長和繁衍，拓展了低氘水的用途。

“縱觀國內外的研究報道，低氘水主要以水為原料，采取分離方法制備而得。低氘水的分離原理雖然簡單，但由于天然水中氘同位素豐度極少且氫同位素的分離系數(shù)小，因此分離氘是很困難的，力求尋找能耗低、投資少、經濟上適合工業(yè)規(guī)模的生產方法是研究重點。就分離方法而論，低氘水的分離方法有化學交換法、蒸餾法、電解法、熱擴散法、膜擴散吸附法、離心法、激光法等方法以及上述幾種方法的組合，但作為工業(yè)化生產的方法主要推薦化學交換法和蒸餾法”①。

化學交換法如：水/氫雙溫交換法分離氫同位素是基于氫同位素在各反應分子間平衡分布不是等幾率的，交換反應的分離系數(shù)A 0隨溫度變化而變化，溫度越高，A 0越趨于1。在冷塔內氘自氣相向液相中富集，因溫度升高后A 0減小，所以在熱塔中將發(fā)生相反的傳質過程，即氘又從液相轉入氣相內。這樣利用低溫主塔即冷塔進行富集，用高溫輔助塔即熱塔實現(xiàn)相轉換，從而達到水被貧化形成低氘水。但水/氫雙溫交換法實現(xiàn)低氘水工業(yè)化的最大障礙和缺點是交換過程必須使用催化劑。

蒸餾法如：高塔分層蒸餾法即水蒸餾法是基于氫或含氫化合物的兩種組成(如H2O和D2O) 的不同揮發(fā)性，同位素分離發(fā)生在氣、液兩相共存期間。蒸餾過程一般是在裝有若干塔板或填料的蒸餾塔內進行，每一塊塔板或一個傳質單元形成一個逆流循環(huán)的矩形級聯(lián)，液相和氣相在塔內逆流流動，蒸汽在上升過程中逐漸富集了揮發(fā)較高的組分，如H2O。液體在逐級溢流到塔底的過程中，富集了揮發(fā)性較低的組分，如DHO和D2O。塔頂有冷凝器使蒸汽凝結后回流塔內，塔底有蒸餾釜將一部分液體蒸發(fā)以提供上升氣流。水蒸餾法優(yōu)點是不需要使用催化劑、化學試劑，生產工藝簡單、成熟。其缺點是由于水的兩種組分的揮發(fā)性差別很小，水蒸餾法的分離系數(shù)很小，約1.031.06，因此，需要串聯(lián)很多分離級，故設備高大、復雜，建設投資大。蒸餾時，在塔釜要消耗大量熱能使水轉變成蒸汽，在塔頂又要消耗大量冷卻水使蒸汽再冷凝成水，水氣的回流需要各分離級之間的流量要比凈供料量大許多倍，因此，生產過程中需要處理的水量非常大，能源消耗大，運行費用高。

自2000年以來，中國以低氘水、超輕水和貧氘水制備方法公告的發(fā)明專利就有幾十個，而比較有代表性的低氘水(超輕水)品牌有：大連世紀新源技術開發(fā)有限公司的云端飄雪超輕水②；江蘇奧特泉超輕水飲料有限公司的華福天下低氘水、奧特泉超輕水③；河南無極生物工程技術有限公司的康澤泉低氘水④；上海上善若水生物工程有限公司的頤道源超輕水⑤。從這幾個品牌效應最大的低氘水制備技術和專利看，盡管他們在低氘水分離技術上都采取了更為先進的方法，但無一例外都是以水為主要原料，在傳統(tǒng)重水分離技術基礎上，采用化學交換法和蒸餾法制備低氘水。

其實，在眾多重水分離方法中，有一種方法雖然也被記載，但一直未被應用，這就是“生物法”。“生物學同位素效應”理論是美國科學家路易斯等科學巨人20世紀30年代針對重水濃集研究在實驗室做出的：“大麥粒在發(fā)芽時優(yōu)先吸收輕水，剩液中富集了重水；鋰被酵母吸收后，也可以富集鋰6。以上均表明發(fā)生了同位素的生物學分離”⑥。上世紀60年代曾有人以《重水與啤酒》為題，這樣形象刻畫“生物學同位素效應”原理：“在生物中有些生物能夠有選擇地吸收同一元素的不同的同位素。瑞典科學家發(fā)現(xiàn)，自然界中有種微型的分離同位素氫的“工廠”，這就是大麥粒。它只吸收普通的水，而不吸收重水。正因為這樣，麥粒制啤酒的水，其中重水濃度大大增加。這個實驗已經做過，這一不可理解的生物分離同位素的現(xiàn)象，還沒獲得實際應用”。八十多年來，國內外關于利用大麥生物法分離重水的學術文章并不多，無非是在談及大麥的綜合利用時附帶一筆：“在化工上，大麥可以提取超氧化物岐化酶和重水⑦”。