CN107074539A - 低氘水的制造方法、重水和轻水的分离方法及富氘水的制造方法 - Google Patents

低氘水的制造方法、重水和轻水的分离方法及富氘水的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明容易地以低成本制造低氘水。是从水将重水及半重水除去来制造低氘水的方法，具有吸附工序，在该吸附工序中，相对于规定的吸附材，在上述重水及半重水吸附于上述吸附材而轻水难以吸附于上述吸附材的压力下供给水蒸气，使重水及半重水被吸附，对没有吸附于上述吸附材的水蒸气进行回收。另外，具有脱离工序，在该脱离工序中，将吸附了水蒸气的规定的吸附材的周围的气压保持在轻水脱离而重水及半重水难以脱离的范围，对从上述吸附材脱离的水蒸气进行回收。

Description

低氘水的制造方法、重水和轻水的分离方法及富氘水的制造 方法
技术领域
本发明涉及从一般的水制造使重水或半重水的量减少了的低氘水的方法。
另外，本发明涉及从轻水分离重水及半重水的方法及制造包含许多重水、半重水的富氘水的方法。
背景技术
在一般的水中混合有H2O(轻水)和D2O(重水)、DHO(半重水)，D2O(重水)、DHO(半重水)是包含作为氢原子的同位素的氘原子的水分子。包含在存在于自然界的水中的重水及半重水的浓度虽然根据采取的场所而存在差别，但是，在平地约为150ppm左右，其中大部分是半重水。
包含在人体中的重水及半重水的量如果是例如体重60kg的成人，则是体重的95ppm这样的微量。
然而，重水、半重水因为物质的溶解度、导电率、电离度等物性、反应速度与轻水不同，所以，当大量摄取时在机体内反应中导致失调，另外，在纯粹的重水中生物死亡。因此，据说饮用水等的氘浓度越低则对于人体的健康来说越理想，验证在进行之中。
尽管几乎不包含重水、半重水的低氘水在日本没有被厚生劳动省认可，但在匈牙利作为动物用的抗癌剂得到认可，癌症患者等饮用的情况也多。
作为从一般的水制造低氘水的方法，在现有技术中，由利用氢和氘的极小的物理的性质的差重复进行蒸馏的方法(专利文献1)、利用水电解法的方法(专利文献2)制造低氘水。
然而，在制造低氘水的过去的方法中，需要大型的设备、复杂的作业的重复进行，其制造成本高。因此，对于癌症患者、期待各种功效而希望饮用的人来说，成为大的经济负担。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2008-512338号公报
专利文献2：日本特开2012-158499号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明就是为了解决上述问题点而作出的，其课题在于容易且低成本地制造低氘水。
另外，本发明的课题在于容易地而且以低成本制造包含许多重水、半重水的富氘水。
用于解决课题的技术手段
在本发明中，解决上述课题的技术手段如下。
第1发明是从水将重水及半重水除去来制造低氘水的方法，其特征在于，具有吸附工序，在该吸附工序中，相对于规定的吸附材，在上述重水及半重水吸附于上述吸附材而轻水难以吸附于上述吸附材的压力下供给水蒸气，使重水及半重水被吸附，回收没有吸附于上述吸附材的水蒸气。
另外，在对含有许多重水或半重水的水进行回收利用的场合，也可使用上述方法。
第2发明是从水将重水及半重水除去来制造低氘水的方法，其特征在于，具有脱离工序，在该脱离工序中，将吸附了水蒸气的规定的吸附材的周围的气压保持在轻水脱离而重水及半重水难以脱离的范围，对从上述吸附材脱离的水蒸气进行回收。
另外，在对含有许多重水或半重水的水进行回收利用的场合，也可使用上述方法。
第3发明是从水将重水及半重水除去来制造低氘水的方法，其特征在于，至少各具有1次吸附工序和脱离工序；在该吸附工序中，相对于规定的吸附材供给水蒸气使水蒸气被吸附；在该脱离工序中，将上述吸附材的周围的气压保持在轻水脱离而重水及半重水难以脱离的范围，对从上述吸附材脱离的水蒸气进行回收。
另外，在对含有许多重水或半重水的水进行回收利用的场合，也可使用上述方法。
第4发明是从水将重水及半重水除去来制造低氘水的方法，其特征在于，至少各具有1次第一工序和第二工序；在该第一工序中，在第一吸附槽中将吸附了水蒸气的规定的第一吸附材的周围的气压保持在轻水脱离而重水及半重水难以脱离的范围，回收从上述第一吸附材脱离的水蒸气，并且，在第二吸附槽中，相对于规定的第二吸附材供给由上述第一吸附槽回收的水蒸气使水蒸气被吸附；在该第二工序中，在上述第二吸附槽中将吸附了上述水蒸气的第二吸附材的周围的气压保持在轻水脱离而重水及半重水难以脱离的范围，对从上述第二吸附材脱离的水蒸气进行回收，并且，在上述第一吸附槽中相对于上述第一吸附材供给由上述第二吸附槽回收的水蒸气使水蒸气被吸附。
另外，在对含有许多重水或半重水的水进行回收利用的场合也可使用上述方法。
第5发明的特征在于，上述吸附材由在水蒸气吸附等温线的IUPAC的分类中被分类成IV型或V型的材料形成。
第6发明是将水分离成轻水和重水及半重水的方法，其特征在于，相对于规定的吸附材，在上述重水及半重水吸附于上述吸附材而轻水难以吸附于上述吸附材的压力下供给水蒸气，使重水及半重水吸附。
第7发明是将水分离成轻水和重水及半重水的方法，其特征在于，将吸附了水蒸气的规定的吸附材的周围的气压保持在轻水脱离而重水及半重水难以脱离的范围，从上述吸附材使水蒸气脱离。
第8发明是从水将轻水除去来制造富氘水的方法，其特征在于，具有吸附工序，在该吸附工序中，相对于规定的吸附材，在重水及半重水吸附于上述吸附材而轻水难以吸附于上述吸附材的压力下供给水蒸气，使重水及半重水吸附，对吸附于上述吸附材的水进行回收。
第9发明是从水将轻水除去来制造富氘水的方法，其特征在于，在将吸附了水蒸气的规定的吸附材的周围的气压保持在轻水脱离而重水及半重水难以脱离的范围，从上述吸附材使水蒸气脱离的脱离工序后，对残存于上述吸附材的水进行回收。
发明的效果
根据第1发明，具有吸附工序，在该吸附工序中，相对于规定的吸附材，在上述重水及半重水吸附于上述吸附材而轻水难以吸附于上述吸附材的压力下供给水蒸气，使重水及半重水吸附，回收没有吸附于上述吸附材的水蒸气，由此，可由与过去相比简单的装置以低成本而且容易地制造低氘水。
另外，因为在残留于吸附材的水中重水、半重水被浓缩而大量地含有，所以，也可利用这一点。
根据第2发明，具有脱离工序，在该脱离工序中，将吸附了水蒸气的规定的吸附材的周围的气压保持在轻水脱离而重水及半重水难以脱离的范围，对从上述吸附材脱离的水蒸气进行回收，由此，可由与过去相比简单的装置以低成本而且容易地制造低氘水。
另外，因为在残留于吸附材的水中重水、半重水被浓缩而大量地含有，所以，也可利用这一点。
根据第3发明，至少各具有1次吸附工序和脱离工序；在该吸附工序中，相对于规定的吸附材供给水蒸气使水蒸气被吸附；在该脱离工序中，将上述吸附材的周围的气压保持在轻水脱离而重水及半重水难以脱离的范围，对从上述吸附材脱离的水蒸气进行回收，由此，可高效地使重水及半重水吸附于吸附材，以低成本而且容易地制造低氘水。
另外，因为在残留于吸附材的水中重水、半重水被浓缩而大量地含有，所以，也可利用这一点。
根据第4发明，通过在第一吸附槽和第二吸附槽的一方进行脱离工序，同时在另一方进行水蒸气的吸附，可极为高效地使重水及半重水吸附于第一吸附材及第二吸附材，以低成本而且容易地制造低氘水。
另外，因为在残留于第一吸附材及第二吸附材的水中重水、半重水被浓缩而大量地含有，所以，也可利用这一点。
根据第5发明，上述吸附材由在水蒸气吸附等温线的IUPAC的分类中被分类成IV型或V型的材料形成，由此，可容易地将重水及半重水分离，制造低氘水。
根据第6发明，相对于规定的吸附材，在上述重水及半重水吸附于上述吸附材而轻水难以吸附于上述吸附材的压力下供给水蒸气，使重水及半重水吸附，由此，可由与过去相比简单的装置以低成本而且容易地从轻水分离重水及半重水。
根据第7发明，将吸附了水蒸气的规定的吸附材的周围的气压保持在轻水脱离而重水及半重水难以脱离的范围，从上述吸附材使水蒸气脱离，由此，可由与过去相比简单的装置以低成本而且容易地从轻水分离重水及半重水。
根据第8发明，具有吸附工序，在该吸附工序中，相对于规定的吸附材，在重水及半重水吸附于上述吸附材而轻水难以吸附于上述吸附材的压力下供给水蒸气，使重水及半重水吸附，对吸附于上述吸附材的水进行回收，由此，可由与过去相比简单的装置以低成本而且容易地制造富氘水。
根据第9发明，在将吸附了水蒸气的规定的吸附材的周围的气压保持在轻水脱离而重水及半重水难以脱离的范围，从上述吸附材使水蒸气脱离的脱离工序后，对残存于上述吸附材的水进行回收，由此，可由与过去相比简单的装置以低成本而且容易地制造富氘水。
附图说明
图1是重水、半重水、轻水相对于活性碳在25℃时的水蒸气吸附等温线。
图2是表示本发明的第一实施方式及第二实施方式的分离装置的图。
图3是表示该第一实施方式的另一分离装置的图。
图4是表示该第三实施方式的分离装置的图。
图5是表示该第四实施方式的分离装置的图。
具体实施方式
下面，说明本发明的实施方式的低氘水的制造方法。
本发明是利用重水、半重水与轻水相比相对于规定的吸附材容易吸附、难以脱离这一点的发明。
在吸附材中，最好使用相对于水蒸气在IUPAC的吸附等温线的分类中被分类成IV型或V型的材料。这是因为IV型或V型的材料在小的压力变化下吸附量产生大的变化。
作为这样的材料，可例示出活性碳、活性碳纤维、碳纳米管等碳系的吸附材、硅胶、沸石等无机多孔体等。
其中，AQSOA(注册商标)、ALPO-5等AlPO系沸石的材料的吸附性能优越，活性碳的成本低。
下面，基于使用活性碳作为吸附材的例进行说明。
图1是分成重水、半重水、轻水表示将活性碳(阿朵鲁(アドール)株式会社制活性碳纤维“A-20”)作为吸附材的场合的25℃时的水蒸气吸附等温线的曲线图。
如图1所示，重水、半重水、轻水都在小的压力变化下在活性碳的吸附量产生大的变化。另外，重水、半重水、轻水都在相对于活性碳的吸附时和脱离时表现出滞后现象。
当使水蒸气压力从低压上升，使水蒸气吸附于活性碳时，在14～17Torr下大量的重水吸附于活性碳，在15～18Torr下大量的半重水吸附于活性碳，在16～19Torr下大量的轻水吸附于活性碳。
另外，在使水蒸气充分地吸附于活性碳后，当使水蒸气压力从高压降低，使水蒸气从活性碳脱离时，在14～13Torr下大量的轻水从活性碳脱离，在13～12Torr下大量的半重水从活性碳脱离，在12～11Torr下大量的重水从活性碳脱离。
<第一实施方式>
在第一实施方式中，特征在于，准备活性碳，在重水、半重水吸附而轻水难以吸附的压力下供给水蒸气。
用于第一实施方式的分离装置具有使水成为水蒸气进行供给的气化装置1。
从此气化装置1延伸的配管与吸附槽2连接。
在吸附槽2的内部配置由活性碳构成的吸附材。
在吸附槽2的下游侧，设置将水蒸气恢复成水的液化装置3。
在连接吸附槽2和液化装置3的配管的途中设置截止阀4。
连接吸附槽2和液化装置3的配管在途中分支，可经由截止阀5排出水蒸气。
在图2的分离装置中，首先，在气化装置1中使水气化，当在25℃、16Torr下使水蒸气流到吸附槽2中时，相对于吸附材，重水吸附轻水的约5倍。因此，通过一面持续供给水蒸气一面打开截止阀4，由液化装置3将未吸附而残留的水蒸气依次恢复成水进行回收，可获得降低了氘的浓度的低氘水。
一旦重水及半重水在吸附材的吸附量变多，则关闭截止阀4，并且打开截止阀5，使重水及半重水从吸附材脱离而排气。
另外，也可如图3所示的那样使用设置多个吸附槽7、8的分离装置。
在此分离装置中，在气化装置6的下游设置第一吸附槽7，并且，在第一吸附槽7的下游设置第二吸附槽8。
在连接第一吸附槽7和第二吸附槽8的配管的途中设置截止阀10。
另外，连接第一吸附槽7和第二吸附槽8的配管在途中分支，可经由截止阀11排出水蒸气。
在连接第二吸附槽8和液化装置9的配管的途中设置截止阀12。
另外，连接第二吸附槽8和液化装置9的配管在途中分支，可经由截止阀13排出水蒸气。
在图3的分离装置中，首先，在气化装置6中使水气化，当在25℃、16Torr下使水蒸气流到第一吸附槽7时，相对于第一吸附材，重水吸附轻水的约5倍。
截止阀10、12预先打开，当水蒸气依次从第一吸附槽7流到第二吸附槽8时，重水相对于第二吸附材也吸附轻水的约5倍。
因此，通过一面持续地供给水蒸气一面由液化装置9将未吸附而残留的水蒸气依次恢复成水进行回收，可获得进一步降低了氘的浓度的低氘水。
一旦重水及半重水在第一吸附材及第二吸附材的吸附量变多，则关闭截止阀10、12，并且打开截止阀11、13，使重水及半重水从第一吸附材及第二吸附材脱离而排气。
<第二实施方式>
在第二实施方式中，其特征在于，准备充分地吸附了水蒸气的活性碳，将周围的气压保持为轻水脱离而重水及半重水难以脱离的压力。
在第二实施方式中，与第一实施方式同样地使用记载于图2的分离装置。
在第二实施方式中，首先，在气化装置1中使水气化，供给到吸附槽2，例如在25℃时使气压为20Torr以上，使水蒸气充分地吸附于吸附材，然后，当降低到13Torr时，大量的轻水脱离。接着，打开截止阀4，通过由液化装置3将此脱离的水蒸气恢复成水进行回收，可获得降低了氘的浓度的低氘水。
图1的重水、半重水、轻水的吸附等温线的脱离时的倾斜比吸附时的倾斜急，在小的压力变化下吸附量产生更大的变化，所以，在第二实施方式中，可期待使氘的浓度降低超过第一实施方式。
另外，轻水的吸附/脱离速度比重水及半重水也快。因此，在第二实施方式中，在使压力降低到13Torr后，当在重水、半重水、轻水的脱离变成均衡(饱和)状态而稳定之前对脱离的水蒸气进行回收时，可获得氘的浓度更低的低氘水。
<第三实施方式>
第三实施方式的特征在于重复进行第二实施方式的脱离工序。
第三实施方式的分离装置具有使水成为水蒸气进行供给的气化装置14。
从此气化装置14延伸的配管与吸附槽15连接。
在此配管的途中设置截止阀22。
在吸附槽15的内部配置由活性碳构成的吸附材。
吸附槽15由规定的配管与第一气体槽16连接，在此配管中配置泵17。由泵17可在吸附槽15与第一气体槽16之间使水蒸气往返。
另外，在分别从吸附槽15和第一气体槽16向下游侧延伸的配管上分别设置截止阀23、24，在其下游汇合成1根，与第二气体槽18连接。
在第二气体槽18，并设对水蒸气中的重水、半重水、轻水的比率进行分析的分析器19。
在第二气体槽18的下游侧设置将水蒸气恢复成水的液化装置20。
连接第二气体槽18和液化装置20的配管在途中分支，可经由截止阀25和泵21排出水蒸气。
在第三实施方式中，首先，在25℃、20Torr以上从气化装置14向吸附槽15供给水蒸气，使水蒸气饱和吸附于吸附材。
接着，由泵17向第一气体槽16供给吸附槽15内的水蒸气，将吸附槽15减压到13～14Torr，进行第二实施方式的脱离工序。
其后，由泵17将第一气体槽16内的水蒸气返回到吸附槽15中，加压到20Torr以上，使其饱和吸附于吸附材。
下面，在交替地重复饱和吸附和脱离工序后，打开截止阀23、24，向第二气体槽18供给水蒸气，由分析器19进行分析。
由分析器19对水蒸气中的重水及半重水的浓度进行测定，在比所期望的浓度高的场合，将水蒸气返回到吸附槽15，再次重复脱离工序。
一旦确认重水及半重水的浓度在所期望的浓度以下，通过供给到液化装置，使水蒸气液化，可获得低氘水。
其后，打开截止阀23、24、25，由泵21使重水及半重水从吸附材脱离而排气。
通过这样地重复第二实施方式的脱离工序多次，在吸附于吸附材的水蒸气中重水及半重水的浓度上升，在被回收的水蒸气中重水及半重水的浓度降低下去，所以，可获得氘的浓度更低的低氘水。
<第四实施方式>
在第四实施方式中，使用具有分别内装吸附材的2个吸附槽27、28的分离装置。
此分离装置具有使水成为水蒸气进行供给的气化装置26。
从此气化装置26延伸的配管在途中分支成2根，分别与第一吸附槽27和第二吸附槽28连接。
在从配管的分支点到第一吸附槽27或第二吸附槽28之间分别设置截止阀34、35。
在第一吸附槽27的内部配置由活性碳构成的第一吸附材，在第二吸附槽28的内部也配置由活性碳构成的第二吸附材。
第一吸附槽27和第二吸附槽28由规定的配管连接，在此配管中配置泵29。由此泵29，可在第一吸附槽27与第二吸附槽28之间使水蒸气往返。
另外，在分别从第一吸附槽27和第二吸附槽28向下游侧延伸的配管上分别设置截止阀36、37，在其下游汇合成1根与气体槽30连接。
在气体槽30，并设对水蒸气中的重水、半重水、轻水的比率进行分析的分析器31。
在气体槽30的下游侧，设置将水蒸气恢复成水的液化装置32。
对气体槽30和液化装置32进行连接的配管在途中分离，可经由截止阀38和泵33排出水蒸气。
在由此分离装置制造低氘水时，首先将截止阀34打开，在25℃、20Torr以上从气化装置26将水蒸气供给到第一吸附槽27，使水蒸气饱和吸附于第一吸附材。
接着，由泵29将第一吸附槽27内的水蒸气供给到第二吸附槽28，使第一吸附槽27减压到13～14Torr，进行第二实施方式的脱离工序。与此同时，将第二吸附槽28的水蒸气加压到20Torr以上，进行饱和吸附(第一工序)。
接着，由泵29将第二吸附槽28内的水蒸气供给到第一吸附槽27，将第二吸附槽28减压到13～14Torr，进行第二实施方式的脱离工序。与此同时，将第一吸附槽27的水蒸气加压到20Torr以上，进行饱和吸附(第二工序)。
在交替地重复多次第一工序和第二工序后，释放截止阀36、37，将回收的水蒸气导出到气体槽30中。
由分析器31对水蒸气中的重水及半重水的浓度进行测定，在比所期望的浓度高的场合，将水蒸气返回到第一吸附槽27及第二吸附槽28，再次重复第一工序和第二工序。
一旦确认重水及半重水的浓度在所期望的浓度以下，通过将水蒸气供给到液化装置32中，使水蒸气液化，可获得低氘水。
其后，开放截止阀36、37、38，由泵33使吸附于第一吸附材及第二吸附材的水蒸气脱离而排气。
在第四实施方式中，通过在第一吸附槽27与第二吸附槽28之间使水蒸气往返，可一方面进行脱离工序，同时在另一方面进行饱和吸附，可高效地地使水蒸气中的重水及半重水减少，容易地制造低氘水。
另外，由并设于气体槽30的分析器31对水蒸气中的重水及半重水的浓度进行测定，在比所期望的浓度高的场合，可将水蒸气返回到第一吸附槽27及第二吸附槽28，可制造将使重水及半重水充分地减少了的水蒸气液化的低氘水。
另外，在第一实施方式至第四实施方式中，虽然将大量包含残留于吸附材的重水、半重水的水废弃，但也可将其回收，用于需要重水、半重水的用途。
附图标记说明：
1、6、14、26 气化装置
2、7、8、15、27、28 吸附槽
3、9、20、32 液化装置
17、21、29、33 泵
16、18、30 气体槽
19、31 分析器
4、5、10、11、12、13、22、23、24、25、34、35、36、37、38 截止阀

Claims (9)

1.一种低氘水的制造方法，是从水将重水及半重水除去来制造低氘水的方法，其特征在于：
具有吸附工序，在该吸附工序中，相对于规定的吸附材，在上述重水及半重水吸附于上述吸附材而轻水难以吸附于上述吸附材的压力下供给水蒸气，使重水及半重水被吸附，回收没有吸附于上述吸附材的水蒸气。
2.一种低氘水的制造方法，是从水将重水及半重水除去来制造低氘水的方法，其特征在于：
具有脱离工序，在该脱离工序中，将吸附了水蒸气的规定的吸附材的周围的气压保持在轻水脱离而重水及半重水难以脱离的范围，回收从上述吸附材脱离的水蒸气。
3.一种低氘水的制造方法，是从水将重水及半重水除去来制造低氘水的方法，其特征在于：
至少各具有1次吸附工序和脱离工序；
在该吸附工序中，相对于规定的吸附材供给水蒸气使水蒸气被吸附；
在该脱离工序中，将上述吸附材的周围的气压保持在轻水脱离而重水及半重水难以脱离的范围，回收从上述吸附材脱离的水蒸气。
4.一种低氘水的制造方法，是从水将重水及半重水除去来制造低氘水的方法，其特征在于：
至少各具有1次第一工序和第二工序；
在该第一工序中，在第一吸附槽中将吸附了水蒸气的规定的第一吸附材的周围的气压保持在轻水脱离而重水及半重水难以脱离的范围，回收从上述第一吸附材脱离的水蒸气，并且，在第二吸附槽中，相对于规定的第二吸附材供给由上述第一吸附槽回收的水蒸气使水蒸气被吸附；
在该第二工序中，在上述第二吸附槽中将吸附了上述水蒸气的第二吸附材的周围的气压保持在轻水脱离而重水及半重水难以脱离的范围，对从上述第二吸附材脱离的水蒸气进行回收，并且，在上述第一吸附槽中相对于上述第一吸附材供给由上述第二吸附槽回收的水蒸气使其被吸附。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的低氘水的制造方法，其特征在于，上述吸附材由在水蒸气吸附等温线的IUPAC的分类中被分类成IV型或V型的材料形成。
6.一种重水和轻水的分离方法，是将水分离成轻水和重水及半重水的方法，其特征在于：
相对于规定的吸附材，在上述重水及半重水吸附于上述吸附材而轻水难以吸附于上述吸附材的压力下供给水蒸气，使重水及半重水被吸附。
7.一种重水和轻水的分离方法，是将水分离成轻水和重水及半重水的方法，其特征在于：
将吸附了水蒸气的规定的吸附材的周围的气压保持在轻水脱离而重水及半重水难以脱离的范围，从上述吸附材使水蒸气脱离。
8.一种富氘水的制造方法，是从水将轻水除去来制造富氘水的方法，其特征在于：
具有吸附工序，在该吸附工序中，相对于规定的吸附材，在重水及半重水吸附于上述吸附材而轻水难以吸附于上述吸附材的压力下供给水蒸气，使重水及半重水被吸附，对吸附于上述吸附材的水进行回收。
9.一种富氘水的制造方法，是从水将轻水除去来制造富氘水的方法，其特征在于：
在将吸附了水蒸气的规定的吸附材的周围的气压保持在轻水脱离而重水及半重水难以脱离的范围，从上述吸附材使水蒸气脱离的脱离工序之后，对残存于上述吸附材的水进行回收。
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