一種超輕水的制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于氫同位素分離技術領域，特別是一種超輕水的制備方法。
【背景技術】
[0002]在核工業(yè)領域，氘和重水都是非常重要的工業(yè)原料。然而據(jù)很多研究結果顯示，氘對生命體的生存和繁衍是有害的。DNA螺旋結構中的氕原子被氘置換后，會造成螺旋結構的相移、斷裂或替換，使核糖核酸排列混亂甚至出現(xiàn)突變。氘一旦進入生命體后很難代謝除去，高含量的氖對人體的遺傳、代謝都有不良影響。天然水中的D20含量約為150ppm，生命體已經(jīng)產(chǎn)生了適應性，若水中的D20含量超過了這一正常值，就會對生命體產(chǎn)生一定的危害。
[0003]超輕水又稱貧氖水(DeuteriumDepleted Water, DDW)是一種D20含量小于 150ppm的水。超輕水的應用主要體現(xiàn)在三方面:一是能夠促進動植物生長，當水中含氘量少時，魚類和浮游生物更容易繁殖；用超輕水浸泡種子或澆灌，易于種子發(fā)芽和生長并提高作物產(chǎn)量和品質。二是可用于癌癥、糖尿病等疾病的輔助治療，超輕水能夠抑制腫瘤細胞的分解復制，減少腫瘤細胞數(shù)量，臨床結果表明作為輔助治療手段，用超輕水取代患者的日常飲用水可明顯延長患者的壽命。三是應用于保健、抗衰老，超輕水具有抗氧化作用，在超輕水環(huán)境中人類大腦及肝臟中抗氧化酶的活性顯著提高。根據(jù)水中D20含量的不同，超輕水有四種規(guī)格:125ppm±5ppm、105ppm±5ppm、50ppm±5ppm、25ppm±5ppmo D20 含量小于 80ppm 的超輕水可用于醫(yī)療，D20含量在100-125ppm的超輕水可用于保健飲品等。
[0004]目前用于生產(chǎn)超輕水的方法主要有電解法、蒸餾法、電解結合蒸餾法和H20-H2S法等。用于生產(chǎn)飲用超輕水最常用的方法是蒸餾法，其中水精餾和低溫液氫精餾技術已被成功應用。水精餾法簡單易行、安全可靠，但其分離系數(shù)小、能耗大、操作費用高、回收率低。液氫精餾的分離系數(shù)高、能耗低、生產(chǎn)能力高、啟動時間較短、設計靈活，但其操作溫度低、絕熱要求極高、技術難度大。電解法其優(yōu)點是分離系數(shù)高，工藝簡單，缺點是耗電量大。H20-H2S交換法屬于化學交換法，是利用同位素在不同的化學組分間的分配不同而達到分離目的。當同一元素的兩種化合物在一定條件下相接觸時，該元素的不同同位素在接觸前的反應物和接觸后的生成物中的分配可以發(fā)生變化。H20-H2S交換反應進行的很快且不需要催化劑，但H2S有毒且有污染。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明提供了一種超輕水的制備方法，克服現(xiàn)有制備方法中存在的能耗大、分離系數(shù)低及污染問題。
[0006]本發(fā)明提供的一種超輕水的制備方法包括以下步驟:
[0007]a.選擇反應塔為超輕水的制備裝置，反應塔分為冷塔和熱塔兩部分，選擇冷塔的催化劑為Pt/SDB疏水催化劑，篩選粒徑為1.5-3.0mm，選擇熱塔的催化劑為Pt/PTFE疏水催化劑，篩選直徑為2.0-3.0mm ；
[0008]b.在冷塔和熱塔的床層中，填裝疏水催化劑和親水填料，疏水催化劑和親水填料的體積比為1:1-1: 6，按一層疏水催化劑一層親水填料，再一層疏水催化劑再一層親水填料的順序填裝；
[0009]c.將冷塔與熱塔串連在一起，上面為熱塔，下面為冷塔，反應前整個回路通氮氣由下至上吹掃，通過塔外的恒溫加熱裝置將冷塔的溫度控制在20°C -30°C，通過塔外的恒溫加熱裝置將熱塔的溫度控制在80°C -130°C。
[0010]d.選擇去離子水為原料水，高純氫氣為原料氣，按氣液比為1.5-2.5的流量比向反應塔內通入原料水和原料氣，原料氣從位于下面的冷塔塔底通入，原料水分兩路分別從冷塔和熱塔的塔頂通入，從冷塔塔頂排出的氣體通入熱塔塔底，在冷塔和熱塔內，原料水和原料氣進行化學交換反應，從熱塔塔底流出的液體為經(jīng)過一次交換后的超輕水。
[0011]所述的步驟b中，選擇不銹鋼反應管或石英玻璃管作為冷塔和熱塔，疏水催化劑和親水填料的總填裝高度與反應塔的高徑比為5-30。
[0012]所述的步驟d中，去離子水水中HD0含量為290ppm，通過天然飲用水經(jīng)過去離子處理得到，高純氫氣純度為99.99%, HD含量為284ppm。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有同類方法相比，其顯著地有益效果體現(xiàn)在:
[0014]采用Η2-Η20液相雙溫催化交換制備超輕水的方法，原理、工藝和設備簡單，處理量大，節(jié)約能源，無污染。適用于大規(guī)模生產(chǎn)超輕水飲品。
【具體實施方式】
[0015]—種超輕水的制備方法，該方法的步驟如下:
[0016]1.選擇反應塔為超輕水制備裝置，反應塔分為冷塔和熱塔兩部分，選擇粒徑為2mm的Pt/SDB疏水催化劑作為冷塔的催化劑，選擇粒徑為3mm的Pt/PTFE疏水催化劑作為熱塔的催化劑；
[0017]2.選擇內徑為20mm、長為600mm的石英玻璃管作為冷塔和熱塔，將Φ2πιπι的Θ環(huán)親水填料與疏水催化劑按體積比為3:1的比例分層裝入冷塔和熱塔，按一層疏水催化劑一層親水填料，再一層疏水催化劑再一層親水填料的順序填裝，總填裝高度為400mm。
[0018]3.將冷塔與熱塔串連在一起，上面為熱塔，下面為冷塔，反應前整個回路通氮氣由下至上吹掃15min，以避免氫氣與氧氣接觸發(fā)生危險，氮氣流量為30ml/min，通過塔外的恒溫加熱裝置將冷塔溫度控制在30°C，通過塔外的恒溫加熱裝置將熱塔溫度控制在80°C。
[0019]4.選擇HD0含量為290ppm的去離子水為原料水，選擇HD含量為284ppm的高純氫氣為原料氣，按氣液比為2的流量比向反應塔內通入原料水和原料氣，原料氣從位于下面的冷塔塔底通入，原料水分兩路分別從冷塔和熱塔的塔頂通入，從冷塔塔頂排出的氣體通入熱塔塔底，在冷塔和熱塔內，原料水和原料氣進行化學交換反應，從熱塔塔底流出的液體為經(jīng)過一次交換后的超輕水，經(jīng)檢測，該超輕水的D20含量為126ppm。
【主權項】
1.一種超輕水的制備方法，其特征是該方法包括以下步驟: a.選擇反應塔為超輕水的制備裝置，反應塔分為冷塔和熱塔兩部分，選擇冷塔的催化劑為Pt/SDB疏水催化劑，篩選粒徑為1.5-3.0mm,選擇熱塔的催化劑為Pt/PTFE疏水催化劑，篩選直徑為2.0-3.0mm ； b.在冷塔和熱塔的床層中，填裝疏水催化劑和親水填料，疏水催化劑和親水填料的體積比為1:1-1: 6，按一層疏水催化劑一層親水填料，再一層疏水催化劑再一層親水填料的順序填裝； c.將冷塔與熱塔串連在一起，上面為熱塔，下面為冷塔，反應前整個回路通氮氣由下至上吹掃，通過塔外的恒溫加熱裝置將冷塔的溫度控制在20°C -30°C，通過塔外的恒溫加熱裝置將熱塔的溫度控制在80°C -130°C ； d.選擇去離子水為原料水，高純氫氣為原料氣，按氣液比為1.5-2.5的流量比向反應塔內通入原料水和原料氣，原料氣從位于下面的冷塔塔底通入，原料水分兩路分別從冷塔和熱塔的塔頂通入，從冷塔塔頂排出的氣體通入熱塔塔底，在冷塔和熱塔內，原料水和原料氣進行化學交換反應，從熱塔塔底流出的液體為經(jīng)過一次交換后的超輕水。2.根據(jù)權利要求1所述的一種超輕水的制備方法，其特征是所述的步驟b中，選擇不銹鋼反應管或石英玻璃管作為冷塔和熱塔，疏水催化劑和親水填料的總填裝高度與反應塔的高徑比為5-30。3.根據(jù)權利要求1所述的一種超輕水的制備方法，其特征是所述的步驟d中，去離子水水中HDO含量為290ppm，通過天然飲用水經(jīng)過去離子處理得到，高純氫氣純度為99.99%,HD含量為284ppm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超輕水的制備方法，克服現(xiàn)有制備方法中存在的能耗大、分離系數(shù)低及污染問題。該方法的步驟包括：選擇反應塔為超輕水的制備裝置，選擇冷塔的催化劑為Pt/SDB疏水催化劑，選擇熱塔的催化劑為Pt/PTFE疏水催化劑；在冷塔和熱塔的床層中，填裝疏水催化劑和親水填料；將冷塔與熱塔串連在一起，上面為熱塔，下面為冷塔；選擇去離子水為原料水，高純氫氣為原料氣，向反應塔內通入原料水和原料氣，在冷塔和熱塔內，原料水和原料氣進行化學交換反應，從熱塔塔底流出的液體為經(jīng)過一次交換后的超輕水。本發(fā)明的原理、工藝和設備簡單，處理量大，節(jié)約能源，無污染。適用于大規(guī)模生產(chǎn)超輕水飲品。
【IPC分類】C01B5/00, C01B5/02
【公開號】CN105314597
【申請?zhí)枴緾N201510835874
【發(fā)明人】黃峰
【申請人】遼寧科技大學
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年11月26日