一种去氘水的制备方法
技术领域
本发明涉及去氘水的制备,尤其是一种简单、方便、易于控制的、能得到高品质去氘水的制备方法。
背景技术
氘(deuterium),是氢(H)的同位素之一,也被称为重氢,元素符号一般为D或2H。自然界里存在的水一般由2个氢原子和1个氧原子组成,但氢原子有质量不同的3个同位素,因此在自然界的水中也会存在有氘,其含量约为150ppm(百万分之150)。根据UCLA教授LaszloBoros的研究表明,如果体内氘水平太高,难以调整到一个正常的水平(130ppm),氘比较重就会破坏细胞中线粒体的纳米马达,就无法生产足够的能量,随之而来就是疲劳、癌症还有各种慢性病。很多人有这样的病症,就是因为体内环境的氘过多导致,而这又有很多原因,比如饮用水、转基因食物、工业化食品,还有居住于临海地区等等。这就要求我们摄取的食物,脂肪永远是低氘的,还有就是饮用低氘水,也就是氘含量低于130ppm的水,比如天然冰川水、高原水或者经过现代高科技工艺精馏后的低氘饮用水。但现有的制备低氘水的方法复杂,水中会存在有杂质,容易影响加工效果,降低低氘水的质量。
发明内容
针对现有的不足,本发明提供一种简单、方便、易于控制的、能得到高品质去氘水的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种去氘水的制备方法,包括如下步骤:S1,电解,在电解槽中加入由去离子水和电解质形成的电解液并通过一直流电源提供直流电导通电极来进行电解;S2,气体的收集,将电解产生的气体通过在电极位置处所设置的导管导入储气罐中,并通过储气罐上设置的传感器来自动探测罐内压力并将压力数据传递至控制终端,控制终端通过储气罐内压力的变化来自动控制电解的进行和气体往储气罐内的流入;S3,去氘水的形成,将所收集到的氢气导入燃烧室,在燃烧室内同时导入氧气,氢气和氧化的体积比为2:1,然后通过氢气与氧气的燃烧形成气态去氘水;S4,去氘水的收集,将S3中产生的气态去氘水经过冷凝器冷凝形成液态去氘水,液态去氘水流入储水容器中予以收集。
作为优选,所述电极包括多对串联的并列顺次间隔设置在电解槽内的电极,每对所述电极均包括有阴极和阳极且每对阴极和阳极之间均设有离子交换膜,每对所述电极均与直流电源电性连接,所述直流电源电性连接有一电源开关,所述电源开关控制直流电源的开和关并调节其电压电流的大小;所述传感器是气体压力传感器,所述储气罐上还安装有进气阀、出气阀、自动控制进气阀关闭或开启的进气开关、自动控制出气阀关闭或开启的出气开关,所述电源开关、传感器、进气开关和出气开关均与控制终端电性连接,所述控制终端依据探测到的储气罐内的压力来控制电源开关、进气开关、出气开关的断开或导通。
作为优选,所述进气阀和出气阀均是电磁流量控制阀。
作为优选,所述控制终端内设有MCU控制单元,所述电源开关、气体压力传感器、进气开关和出气开关均与MCU控制单元电性连接。
作为优选,所述直流电源是通过硅整流器将交流电转化为直流电的电源。
作为优选,所述电解液是NaOH、KOH、H2SO4或NaSO4溶液中的任意一种。
作为优选,所述冷凝器是内部设有蛇形管的圆筒形立式容器,所述蛇形管的两个端部均设于冷凝器的顶部,所述气态去氘水从冷凝器底部进入冷凝器,所述蛇形管内通入冷凝水对冷凝器内的气态去氘水冷凝形成液态去氘水。
作为优选,在步骤S2气体收集之前还经过有气体的干燥步骤,在该步骤中将电解产生的气体导入密封的干燥器内,所述干燥器内设置有5A球形分子筛,干燥温度是180-250℃。
作为优选,所述储气罐包括收集氢气和氧气的两个储气罐,两个储气罐中的压力差介于490-590Pa。
作为优选,所述电解槽还连接有一装有电解液的用以给电解槽内补充电解液的电解液箱,所述电解液箱通过输液管道连接在电解槽的底部,所述输液管道上设置有液体流量调节阀。
本发明的有益效果在于:该发明采用电解的方式将水中的氢和氘予以分离,在我们通常的饮用水中都是共同存在有H2O、HDO和D2O的,而H-O键和D-O键键能及电解电势是不同的,通过电解就能将它们予以分离,在电解中氢易被电解出来,而氘不会被电解出来,然后再通过将氢与氧燃烧就形成去氘水,此时的氢中不含有氘,燃烧后就形成的比较纯的高品质的去氘水,而在电解以及燃烧中都通过控制终端来集中控制协调各步骤的进行,氢和氘分离方便,方法简单安全,易于控制并能得到没有杂质的高品质的去氘水。
附图说明
图1是本发明实施例原理结构框图;
图中零部件名称及序号:1-电解槽 2-直流电源 20-电源开关 3-电极 30-离子交换膜 4-储气罐 40-传感器 41-进气阀 42-出气阀 43-进气开关 44-出气开关 5-控制终端 50-MCU单元 6-燃烧室 7-冷凝器 70-蛇形管 8-储水容器 9-电解液箱 90-液体流量调节阀。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例是本发明的部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。此外,本发明中所提到的方向用语,例如,“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等,仅是参考附加图示的方向,使用的方向用语是为了更好、更清楚地说明及理解本发明,而不是指示或暗指本发明必须具有的方位,因此不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例如图1中所示,一种去氘水的制备方法,包括如下步骤:S1,电解,在电解槽1中加入由去离子水和电解质形成的电解液并通过一直流电源2提供直流电导通电极3来进行电解,此中采用了去离子水就提前清除了水中的杂质,避免了杂质对电解的影响,电解质则选用NaOH、KOH、H2SO4或NaSO4中的任意一种,这几种物质与去离子水形成电解液,原料易得,成本低廉,易于生产,电解槽1则可以将整个电解槽1作为单个的电解室或者将电解槽1分成多个串联的电解室来进行电解;S2,气体的收集,将电解产生的气体通过在电极3位置处所设置的导管导入储气罐4中,电解会在阴极生成氢气,阳极生成氧气,而电解的目的则是为了分离氢和氘,对氢气的收集则是主要的目的,由于氢气比较轻,对于氢气的收集则可以采用常规的排水法或者向下排空气法来收集,对于生成的氧气也可以通过排水法或者向上排空气法来收集,将产生的两种气体分别收集为后续的燃烧提供原料,也能保证燃烧的安全和燃烧后产生的水的纯度,并通过储气罐4上设置的传感器40来自动探测罐内压力并将压力数据传递至控制终端5,控制终端5通过储气罐4内压力的变化来自动控制电解的进行和气体往储气罐4内的流入,在储气罐4中逐步进入有气体后罐内的压力会逐步增大,而罐体承受的压力是由限度的,因此通过设置在罐体上的传感器40来探测罐内压力,在压力达到一定程度后将传感器40感应的信息传递至控制终端5,通过控制终端5来控制气体的产生以及流入罐内的量,控制终端5可以是电脑或平板,也可以是特定的操作平台,通过它们中的相应控制程序来进行操控,做到方便安全的生产,此时由于电解产生的氢气和氧气的体积是不等的,在对应收集氢气和氧气的储气罐内产生的压力就会不同,若两侧的压力不均衡,就会有氢气混入氧气中的可能,从而导致危险的状况发生,而均衡只是一种相对的、暂时的均衡,这就使得在收集氢气和氧气的两个储气罐4中的压力差介于490-590Pa,当收集氢气和氧气的储气罐4上的传感器40将各自探测到的压力传递至控制终端5时,控制终端5就分析出两者的压力差,从而来控制电解的进行和气体的收集,确保了整个过程的安全,易于控制;S3,去氘水的形成,将所收集到的氢气导入至燃烧室6,从储存氢气的储气罐4内将氢气导入燃烧室6,在燃烧室6内同时导入氧气,氢气和氧化的体积比为2:1,然后通过氢气与氧气的燃烧形成气态去氘水,此时参与反应的氢气和氧气都是纯的氢气和氧气,燃烧后形成的水中也就是纯的去氘水,而此时的水是气态的;S4,去氘水的收集,将S3中产生的气态去氘水经过冷凝器7冷凝形成液态去氘水,液态去氘水流入储水容器8中予以收集,这样去氘水就从气态转化为液态,也同时方便了位于冷凝器7下方的储水容器8对水的收集。
进一步的改进,如图1中所示,对于电解过程中位于电解槽1中的电极3来说,所述电极3包括多对串联的并列顺次间隔设置在电解槽1内的电极,电极3可以选择石墨电极或者使用钢板电极,使用钢板电极的为了防止腐蚀则镀有镍保护层,每对所述电极3均包括有阴极和阳极且每对阴极和阳极之间均设有离子交换膜30,每对所述电极3均与直流电源2电性连接,这样就将电解槽1分为了多个电解室,就能充分合理的利用电源,能方便快速的电解产生氢气,能耗低,结构简单,材料的利用率高,所述直流电源2电性连接有一电源开关20,所述电源开关20控制直流电源2的开和关并调节其电压电流的大小,这样在需要电解时就打开电源开关20,不需要就关闭,操作简单方便,而电解的进行则是依靠电压的大小来决定的,电解的快慢则是依靠电流的大小来决定的,就可以根据不同的电解需求,电解槽1上设置的不同数量的电极,来调节电解所需的电压,同时再调节电流的大小俩控制电解进行的快慢,从而就可以控制氢气产生的快慢;所述传感器40是气体压力传感器,通过气体压力传感器就能准确及时的监测到储气罐4内的压力状况,方便对整个流程的控制,所述储气罐4上还安装有进气阀41、出气阀42、自动控制进气阀41关闭或开启的进气开关43、自动控制出气阀42关闭或开启的出气开关44,进气开关43和进气阀41用以控制电解产生的气体进入储气罐4内的量,出气开关44和出气阀42则用来控制将储气罐4内的气体导入燃烧室6时的量,所述电源开关20、传感器40、进气开关43和出气开关44均与控制终端5电性连接,通过控制终端5来控制电源开关20达到开启或中断电解,控制进气开关43和出气开关44来控制储气罐4内气体的进出保证罐内气体压力的同时还达到控制燃烧过程的开启或中断,而控制终端5对各开关控制指令的发出,则是依据探测到的储气罐4内的压力来控制电源开关20、进气开关43、出气开关44的断开或导通。在制备该去氘水时,先手动或者通过控制终端5来打开电源开关20和进气开关43,电解进行,进气阀41开启,产生的气体进入储气罐4,气体压力传感器40则同时检测罐内压力并传递信息至控制终端5,待罐内收集到一定气体后,再手动或通过控制终端5开启出气开关44,出气阀42开启并调节好气体进去燃烧室6的流量,氢气和氧化的体积比为2:1将气体导入燃烧室6,氢气和氧气在燃烧室6燃烧后生成气态的去氘水,然后气态去氘水进去冷凝器7经过冷凝后形成溶液流入储水容器8予以收集。
进一步的改进,如图1中所示,所述进气阀41和出气阀42均是电磁流量控制阀,这样就能精确的控制氢气或氧气进出储气罐4的流量,保证反应持续稳定的进行。同时,所述控制终端5内设有MCU控制单元50,所述电源开关20、传感器40、进气开关43和出气开关44均与MCU控制单元50电性连接,通过MCU控制单元50就能方便快捷的控制流程的开启或关闭,做到智能化的控制。所述直流电源2是通过硅整流器将交流电转化为直流电的电源,硅整流器具有可控性,效率高、无机械噪声和磨损、响应速度快、体积小、重量轻,使用方便。
进一步的改进,如图1中所示,所述冷凝器7是内部设有蛇形管70的圆筒形立式容器,所述蛇形管70的两个端部均设于冷凝器7的顶部,这样冷凝水就从蛇形管70一端进入向冷凝器7下方流动然后再向冷凝器7上方流动,保证了冷凝的效果,所述气态去氘水从冷凝器7底部进入冷凝器7,所述蛇形管70内通入冷凝水对冷凝器7内的气态去氘水冷凝形成液态去氘水,这样气态去氘水进入冷凝器7后遇冷得到冷凝形成液态去氘水,液体比重大向下流动就进入储水容器8中。
进一步的改进,在步骤S2气体收集之前还经过有气体的干燥步骤,在该步骤中将电解产生的气体导入密封的干燥器内,所述干燥器内设置有5A球形分子筛,干燥温度是180-250℃,电解产生的气体都会是从电解液中溢出,气体就会携带有液体水分子,经过干燥后就会使得这种随身携带的液态水分子得以除去,进一步纯化产生的气体。
进一步的改进,如图1中所示,在电解过程中,水在不断的消耗,就需要不断的向电解槽中补充电解液来保证电解的正常进行,所述电解槽1还连接有一装有电解液的用以给电解槽1内补充电解液的电解液箱9,所述电解液箱9通过输液管道连接在电解槽1的底部,所述输液管道上设置有液体流量调节阀90,通过流量调节阀90来调节流入电解槽1的电解液。
应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。