制备小分子团水的设备和方法以及由其制得的小分子团水的制作方法

制备小分子团水的设备和方法以及由其制得的小分子团水的制作方法
【专利摘要】本发明涉及制备小分子团水的设备和方法以及由其制得的小分子团水。该设备包括一或多个照光装置及具承载体承载可产生表面电浆共振的金属颗粒。本发明结合纳米金属颗粒的电浆效应与照光提供能量增强电浆效应，利用热电子将水分子团中的氢键打断，形成分子团较小的小分子团水。
【专利说明】制备小分子团水的设备和方法以及由其制得的小分子团水

【技术领域】
[0001] 本发明系关于处理水的设备和方法，以及经该设备或方法处理而得的水。特定言 之，本发明系提供制备小分子团水的设备和方法，以及经该设备或方法处理而得的小分子 团水。

【背景技术】
[0002] 水（化学式：H20)是由氢、氧两种元素组成的无机物，在常温常压下为无色无味的 透明液体。水是所有生命生存的重要资源，也是生物体最重要的组成部分。水的构成元素 及分子结构使得其具有许多独特的性质，特别是氢键的形成。其结构中分别有两个可产生 氢键的受体与产生氢键的予体，水分子间透过氢键的形成而产生不同的水结构，如类似于 冰的四面体、二聚体及多聚体。因此，一般将微观的水分子称为水分子团（water cluster); 水分子团是一种不连续的氢键结构形成的水分子簇合物。小的水分子团较易打开氢键并分 开成单一的水分子，而具有较强的渗透力及吸收速度，因此可迅速通过细胞膜的水通道，t匕 大分子团的水更能帮助物质进入细胞并促进新陈代谢。
[0003] 将水煮沸或气化的水蒸气为小分子水，但冷却至室温后及形成团聚的大分子团。 一般团聚的水加入氢气可具有抗氧化功效，但氢气的溶解度不高，很短的时间内氢气即会 逸散到大气的中。经升温及高压的方式可分别提高水中固体与气体的溶解度，但须额外的 设备与制程使能达到此效果；再者，当回复到常温及常压下，溶解度即恢复为一般状态，失 去增加溶解的功能。
[0004] 中国台湾新型专利第M382845号揭示一种复合型过滤组件及具有该过滤组件的 过滤装置，其复合材层由多数个含有纳米贵金属与甲壳素的复合物所形成，该等复合物各 包括一甲壳素基材，及多数个分别吸附在该甲壳素基材表面的贵金属纳米粒子。藉由该第 一复合材层的贵金属纳米粒子与通过的流体作用可达到去除流体中有害物质及抗菌、除臭 的效果，再配合甲壳素吸附杂质的特性，使具有较佳的过滤与吸附效能。但经该过滤设备的 水仍无法达到令人满意的小分子团。
[0005] 美国专利第5, 800, 576号关于一种水分子团组合物，其特征在于伸出、去局部化 的pn轨域而具高氧反应性。该专利设计超音波喷头，与先前揭露的装置差别在于喷头组 成中含有镍或镍合金，在喷出同时能破坏水分子间的作用力，得到水分子团，水分子团内含 水分子数在5?300个的间，此水分子欉具有高氧反应特性，然而此特性只限于瞬间喷雾形 态的微小水粒子。
[0006] 美国专利公开第20110218251A号揭露一种具固态安定水分子团的产物，包括藉 经内部电场的电偶极交互作用而彼此连接的复数个水分子且具有围绕该固态安定水分子 团的电场的永久电偶极距。此专利申请案揭露一种具固态安定水分子团的产物，藉由水分 子团周围电偶极作用力，形成具安定性的纳米至微米尺寸水分子团粒子。将超纯水在腔室 下经氩气填充并避免与二氧化碳接触，经加入添加物（氯化钠、维他命、氨基酸、激素、蛋白 质、酶、多肽、多醣、DNA或RNA等有机或无机物）与水产生偶极作用力，形成安定的水分子 团。但此专利案需藉由添加物达到功效，并非为纯净的水溶液。
[0007] 美国专利公开第20110089049A号提供一种处理水以增加溶氧的电解方法；该方 法进一步经由水分子团而增加基团的分布与暴露。该专利揭露一种得到单一水分子团的方 法，主要将水分子限制在纳米环境的材料下，材料包含纳米碳管、石墨烯纳米层、纳米环境 中掺杂元素、氮、合金、钯、钯-金、钯-银，水分子团大小为0. 5?100纳米，但无法连续制 造。
[0008] 美国专利公开第20110039951A号揭露一种方法，包括提供一纳米环境及限制重 或轻水于该纳米环境使的至少一水分子团形成。然而，上述方法处理的水均无法达到令人 满意的小分子团。
[0009] 美国专利公开第20130056355A号提供一种电磁场水处理系统，此专利揭露一种 以电场-磁场的水处理装置，当水通过含有稀土元素镧、钇、铈、镨、钕、钐、钛与锌成分的铁 管后，将水的电子激发形成电场，再流通具永久磁铁装置的管子，经由电场与磁场处理，将 部分水分子间氢键打断。此专利主要揭露水处理装置，但在处理后，并无法达到令人满意的 小分子团，此外，稀土元素种类过于繁多且复杂。
[0010] 因此，本技艺中仍有制备更小分子团水的需要，以得到较具渗透力及较佳吸收速 度，更有益健康的小分子团水。


【发明内容】

[0011] 本发明系提供一种小水分子团的水处理设备，该设备包括一或多个照光装置及一 或多个承载体承载可产生表面电浆共振的金属颗粒。较佳地，该承载体为具一或多个入口 端及一或多个出口端的中空透光管柱，该透光管柱充填产生表面电浆共振的金属颗粒。藉 由使用本发明的设备，本发明提供一种制备小分子团水的方法。
[0012] 本发明亦提供一种根据本发明设备或方法制得的小分子团水。在一具体实施例， 该小分子团水具有特定的拉曼光谱（raman spectrum)、红外线吸收光谱、蒸发速率、溶解 度、最大溶氧量及蒸气压等特性。

【专利附图】

【附图说明】
[0013] 图1为本发明设备的一具体实施例的示意图。
[0014] 图2为本发明设备的另一具体实施例的示意图。
[0015] 图3为紫外光-可见光吸收光谱图；(a)制备的纳米金水溶液（实线）；(b)有纳 米金沉积的陶瓷粒（虚线）。
[0016] 图4为不同水样品的拉曼光谱分峰图。
[0017] 图5为不同比例小分子团水与去离子水降低水结构中氢键的能力表现。
[0018] 图6为不同光源在不同曝光时间下对小分子团水制造的影响。
[0019] 图7为小分子团水与去离子水的红外线吸收光谱图。（a)去离子水（虚线）；(b) 小分子团水（实线）。
[0020] 图8为去离子水与小分子团水单位时间（每小时）的蒸发量。
[0021] 图9为不同比例小分子团水与去离子水去除DPPH自由基的能力表现。
[0022] 图10为小分子团水于Fenton试剂中去除氢氧自由基的能力表现。
[0023] 图11为不同LPS (诱发细胞发炎试剂）剂量下小分子团水降低一氧化氮释放的能 力（以去离子水当作对照组实验）。
[0024] 图12为不同食盐水溶液在0. IV f扫描率与3mm直径平面钼电极的伏安数据； (a)30mM K3Fe(CN)6的1个电子参与反应；及（b)lmM对苯二酚的2个电子参与反应。
[0025] 图13为相较于DI食盐水

【权利要求】
1. 一种制备小水分子团的水处理设备，该设备包括一或多个照光装置及一或多个承载 体承载可产生表面电浆共振的金属颗粒。
2. 根据权利要求1的设备，其中该承载体为具一或多个入口端及一或多个出口端的中 空透光管柱或中空容器，视需要该一或多个出口端具一开关控制阀，其中该中空容器或透 光管柱充填产生表面电浆共振的金属颗粒。
3. 根据权利要求2的设备，其中该透光管柱的出口端较入口端窄。
4. 根据权利要求1的设备，其中该照光装置为提供波长为lOOnm至3, OOOnm的光源。
5. 根据权利要求1的设备，其中该照光装置为日光灯、LED灯、灯泡、水银灯泡、复金属 灯、钠光灯或卤素灯。
6. 根据权利要求5的设备，其中该LED灯为绿光LED灯。
7. 根据权利要求1的设备，其中该金属颗粒为纳米金颗粒、纳米银颗粒、纳米钼金颗 粒、纳米铭颗粒、纳米铜颗粒、纳米镍颗粒、纳米锫颗粒、纳米钛颗粒、纳米合金颗粒或纳米 二氧化钛颗粒或其组合。
8. 根据权利要求1的设备，其中该金属颗粒为为纳米金颗粒、纳米银颗粒、纳米金/银 组合颗粒或纳米金/二氧化钛组合颗粒。
9. 根据权利要求1的设备，其中该金属颗粒与陶瓷或甲壳素复合形成纳米金陶瓷颗粒 或纳米金甲壳素颗粒。
10. 根据权利要求1的设备，其中该金属颗粒的粒径为1至100纳米。
11. 根据权利要求1的设备，其中该金属颗粒为球状、圆柱状、椭圆球状、长方体状或正 方体状。
12. -种制备小分子团水的方法，其包括提供如权利要求1的设备，及将水与该纳米金 属颗粒接触并照光后得到该小分子团水。
13. 根据权利要求12的方法，其中照光时间为1分钟至480分钟。
14. 一种小分子团水，其具有下列一或多个特征： (a) 拉曼分峰光谱的中心点位置分别为约3018、约3223、约3393、约3506及约3624CHT1 的峰值中，约3506及约3624CHT1的积分面积除以所有3018、约3223、约3393、约3506及约 3624CHT 1五个峰的积分面积总和的值所得的无氢键程度为大于约22%。 (b) 红外线光谱的三重氢键的波长约3090?约3310cm-l的特征峰及无氢键、单一氢键 与双氢键水分子的波长约3310?约3640CHT 1的特征峰分别由约3170CHT1蓝移至约3175CHT1 以上及由约3449CHT1蓝移至约3454CHT1以上； (c) 相较于去离子水，具有高于去离子水约3% /1小时以上的蒸发率； (d) 在约1大气压、约22. 8°C下对氯化钠具有大于37g dr1的溶解度； (e) 在约1大气压、约22. 8°C下具大于21mg I71的最大溶氧量； (f) 以水份计量测小分子团水溶于PEG400的量测值会小于实际配制值的2%以上；及 (g) 约25°C时，小分子团水的饱和蒸汽压比去离子水的饱和蒸汽压高约3. 0%以上。
15. 根据权利要求14的小分子团水，其以感应稱合电楽质谱分析仪（inductively coupled plasma-mass spectrometer ;ICP_MS)测定，含有产生表面电楽共振金属浓度为约 0· 05ppb 以上。
16. 根据权利要求14的小分子团水，其中（a)拉曼分峰另包含在拉曼分峰中心点位置 在约3506CHT1及约3624CHT1的拉曼位移分别为大于15. 0%及6%，其中该百分比的计算为 在约350601^1的带的积分面积除以在约3018〇11'约3223CHT1、约3393CHT 1、约350601^1及约 3624CHT1等五个带的积分面积总和；（b)三重氢键的波长约3090?约3310cm-l的特征峰及 无氢键、单一氢键与双氢键水分子的波长约3310?约3640CHT 1的特征峰分别由约3170(31^1 蓝移至约3183CHT1以上及由约3449CHT1蓝移至约3461CHT1 ; (c)相较于去离子水，具有高于 去离子水高于约7. 2% /1小时以上的蒸发率；（d)在约1大气压、约22. 8°C下对氯化钠具 有约41. 3g dL4的溶解度；或（e)在约1大气压、约22. 8 °C下具有约23. 8mg Γ1的最大溶 氧量。
17. 根据权利要求14的小分子团水，其可在常温常压下稳定至少3天。
18. 根据权利要求14的小分子团水，可用于化妆品、医药、医美（aesthetic medical)、 生物制药、能源、物理及化学产品。
19. 根据权利要求14的小分子团水，其可用于血液透析或聚合酶链锁反应（PCR)反应。
20. -种如权利要求14-19任一项的小分子团水作为血液透析液的用途。
21. -种制备处理血液透析液的方法，其包括将血液透析用水与纳米金属颗粒接触并 照光后得到具如权利要求14-19中任一项的小分子团水；及使用该水配制血液透析液。
22. -种血液透析装置，其包括涂覆纳米金属颗粒的血液透析袋或血液透析管。
23. -种如权利要求14-19中任一项的小分子团水用于聚合酶链锁反应的用途。
【文档编号】C02F1/34GK104229923SQ201410280968
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2013年6月21日
【发明者】刘豫川 申请人:台北医学大学