一种超轻水的制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于氢同位素分离技术领域，特别是一种超轻水的制备方法。
【背景技术】
[0002]在核工业领域，氘和重水都是非常重要的工业原料。然而据很多研究结果显示，氘对生命体的生存和繁衍是有害的。DNA螺旋结构中的氕原子被氘置换后，会造成螺旋结构的相移、断裂或替换，使核糖核酸排列混乱甚至出现突变。氘一旦进入生命体后很难代谢除去，高含量的氖对人体的遗传、代谢都有不良影响。天然水中的D20含量约为150ppm，生命体已经产生了适应性，若水中的D20含量超过了这一正常值，就会对生命体产生一定的危害。
[0003]超轻水又称贫氖水(DeuteriumDepleted Water, DDW)是一种D20含量小于 150ppm的水。超轻水的应用主要体现在三方面:一是能够促进动植物生长，当水中含氘量少时，鱼类和浮游生物更容易繁殖；用超轻水浸泡种子或浇灌，易于种子发芽和生长并提高作物产量和品质。二是可用于癌症、糖尿病等疾病的辅助治疗，超轻水能够抑制肿瘤细胞的分解复制，减少肿瘤细胞数量，临床结果表明作为辅助治疗手段，用超轻水取代患者的日常饮用水可明显延长患者的寿命。三是应用于保健、抗衰老，超轻水具有抗氧化作用，在超轻水环境中人类大脑及肝脏中抗氧化酶的活性显著提高。根据水中D20含量的不同，超轻水有四种规格:125ppm±5ppm、105ppm±5ppm、50ppm±5ppm、25ppm±5ppmo D20 含量小于 80ppm 的超轻水可用于医疗，D20含量在100-125ppm的超轻水可用于保健饮品等。
[0004]目前用于生产超轻水的方法主要有电解法、蒸馏法、电解结合蒸馏法和H20-H2S法等。用于生产饮用超轻水最常用的方法是蒸馏法，其中水精馏和低温液氢精馏技术已被成功应用。水精馏法简单易行、安全可靠，但其分离系数小、能耗大、操作费用高、回收率低。液氢精馏的分离系数高、能耗低、生产能力高、启动时间较短、设计灵活，但其操作温度低、绝热要求极高、技术难度大。电解法其优点是分离系数高，工艺简单，缺点是耗电量大。H20-H2S交换法属于化学交换法，是利用同位素在不同的化学组分间的分配不同而达到分离目的。当同一元素的两种化合物在一定条件下相接触时，该元素的不同同位素在接触前的反应物和接触后的生成物中的分配可以发生变化。H20-H2S交换反应进行的很快且不需要催化剂，但H2S有毒且有污染。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种超轻水的制备方法，克服现有制备方法中存在的能耗大、分离系数低及污染问题。
[0006]本发明提供的一种超轻水的制备方法包括以下步骤:
[0007]a.选择反应塔为超轻水的制备装置，反应塔分为冷塔和热塔两部分，选择冷塔的催化剂为Pt/SDB疏水催化剂，筛选粒径为1.5-3.0mm，选择热塔的催化剂为Pt/PTFE疏水催化剂，筛选直径为2.0-3.0mm ；
[0008]b.在冷塔和热塔的床层中，填装疏水催化剂和亲水填料，疏水催化剂和亲水填料的体积比为1:1-1: 6，按一层疏水催化剂一层亲水填料，再一层疏水催化剂再一层亲水填料的顺序填装；
[0009]c.将冷塔与热塔串连在一起，上面为热塔，下面为冷塔，反应前整个回路通氮气由下至上吹扫，通过塔外的恒温加热装置将冷塔的温度控制在20°C -30°C，通过塔外的恒温加热装置将热塔的温度控制在80°C -130°C。
[0010]d.选择去离子水为原料水，高纯氢气为原料气，按气液比为1.5-2.5的流量比向反应塔内通入原料水和原料气，原料气从位于下面的冷塔塔底通入，原料水分两路分别从冷塔和热塔的塔顶通入，从冷塔塔顶排出的气体通入热塔塔底，在冷塔和热塔内，原料水和原料气进行化学交换反应，从热塔塔底流出的液体为经过一次交换后的超轻水。
[0011]所述的步骤b中，选择不锈钢反应管或石英玻璃管作为冷塔和热塔，疏水催化剂和亲水填料的总填装高度与反应塔的高径比为5-30。
[0012]所述的步骤d中，去离子水水中HD0含量为290ppm，通过天然饮用水经过去离子处理得到，高纯氢气纯度为99.99%, HD含量为284ppm。
[0013]本发明与现有同类方法相比，其显著地有益效果体现在:
[0014]采用Η2-Η20液相双温催化交换制备超轻水的方法，原理、工艺和设备简单，处理量大，节约能源，无污染。适用于大规模生产超轻水饮品。
【具体实施方式】
[0015]—种超轻水的制备方法，该方法的步骤如下:
[0016]1.选择反应塔为超轻水制备装置，反应塔分为冷塔和热塔两部分，选择粒径为2mm的Pt/SDB疏水催化剂作为冷塔的催化剂，选择粒径为3mm的Pt/PTFE疏水催化剂作为热塔的催化剂；
[0017]2.选择内径为20mm、长为600mm的石英玻璃管作为冷塔和热塔，将Φ2πιπι的Θ环亲水填料与疏水催化剂按体积比为3:1的比例分层装入冷塔和热塔，按一层疏水催化剂一层亲水填料，再一层疏水催化剂再一层亲水填料的顺序填装，总填装高度为400mm。
[0018]3.将冷塔与热塔串连在一起，上面为热塔，下面为冷塔，反应前整个回路通氮气由下至上吹扫15min，以避免氢气与氧气接触发生危险，氮气流量为30ml/min，通过塔外的恒温加热装置将冷塔温度控制在30°C，通过塔外的恒温加热装置将热塔温度控制在80°C。
[0019]4.选择HD0含量为290ppm的去离子水为原料水，选择HD含量为284ppm的高纯氢气为原料气，按气液比为2的流量比向反应塔内通入原料水和原料气，原料气从位于下面的冷塔塔底通入，原料水分两路分别从冷塔和热塔的塔顶通入，从冷塔塔顶排出的气体通入热塔塔底，在冷塔和热塔内，原料水和原料气进行化学交换反应，从热塔塔底流出的液体为经过一次交换后的超轻水，经检测，该超轻水的D20含量为126ppm。
【主权项】
1.一种超轻水的制备方法，其特征是该方法包括以下步骤: a.选择反应塔为超轻水的制备装置，反应塔分为冷塔和热塔两部分，选择冷塔的催化剂为Pt/SDB疏水催化剂，筛选粒径为1.5-3.0mm,选择热塔的催化剂为Pt/PTFE疏水催化剂，筛选直径为2.0-3.0mm ； b.在冷塔和热塔的床层中，填装疏水催化剂和亲水填料，疏水催化剂和亲水填料的体积比为1:1-1: 6，按一层疏水催化剂一层亲水填料，再一层疏水催化剂再一层亲水填料的顺序填装； c.将冷塔与热塔串连在一起，上面为热塔，下面为冷塔，反应前整个回路通氮气由下至上吹扫，通过塔外的恒温加热装置将冷塔的温度控制在20°C -30°C，通过塔外的恒温加热装置将热塔的温度控制在80°C -130°C ； d.选择去离子水为原料水，高纯氢气为原料气，按气液比为1.5-2.5的流量比向反应塔内通入原料水和原料气，原料气从位于下面的冷塔塔底通入，原料水分两路分别从冷塔和热塔的塔顶通入，从冷塔塔顶排出的气体通入热塔塔底，在冷塔和热塔内，原料水和原料气进行化学交换反应，从热塔塔底流出的液体为经过一次交换后的超轻水。2.根据权利要求1所述的一种超轻水的制备方法，其特征是所述的步骤b中，选择不锈钢反应管或石英玻璃管作为冷塔和热塔，疏水催化剂和亲水填料的总填装高度与反应塔的高径比为5-30。3.根据权利要求1所述的一种超轻水的制备方法，其特征是所述的步骤d中，去离子水水中HDO含量为290ppm，通过天然饮用水经过去离子处理得到，高纯氢气纯度为99.99%,HD含量为284ppm。
【专利摘要】本发明公开了一种超轻水的制备方法，克服现有制备方法中存在的能耗大、分离系数低及污染问题。该方法的步骤包括：选择反应塔为超轻水的制备装置，选择冷塔的催化剂为Pt/SDB疏水催化剂，选择热塔的催化剂为Pt/PTFE疏水催化剂；在冷塔和热塔的床层中，填装疏水催化剂和亲水填料；将冷塔与热塔串连在一起，上面为热塔，下面为冷塔；选择去离子水为原料水，高纯氢气为原料气，向反应塔内通入原料水和原料气，在冷塔和热塔内，原料水和原料气进行化学交换反应，从热塔塔底流出的液体为经过一次交换后的超轻水。本发明的原理、工艺和设备简单，处理量大，节约能源，无污染。适用于大规模生产超轻水饮品。
【IPC分类】C01B5/00, C01B5/02
【公开号】CN105314597
【申请号】CN201510835874
【发明人】黄峰
【申请人】辽宁科技大学
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年11月26日