CN110392604A - 低氘水的制造方法及氘浓缩水的制造方法 - Google Patents

低氘水的制造方法及氘浓缩水的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的课题是容易且低成本地将水分离成低氘水和氘浓缩水。本发明为从水中除去重水和半重水而制造低氘水的方法，其特征在于，以规定时间向在碳材料中添加属于元素周期表第8族至第13族的金属中的1种以上作为添加金属而成的吸附材料(11)供给水蒸气，一边使其通过一边使其吸附，然后使氕气与上述吸附材料(11)接触，然后使吸附于上述吸附材料(11)的上述水蒸气脱附而回收。

Description

低氘水的制造方法及氘浓缩水的制造方法
技术领域
本发明涉及从一般的水中制造使重水或半重水的量减少了的低氘水的方法。
另外，本发明涉及从一般的水中制造大量含有重水、半重水的氘浓缩水的方法。
背景技术
一般的水中，H2O(轻水)、D2O(重水)和/或DHO(半重水)混合存在，D2O(重水)和DHO(半重水)是包含作为氢原子的同位素的氘原子的水分子。存在于自然界的水中含有的重水和半重水的浓度根据所采集的场地有所差别，但是，在平地为约150ppm，其中大部分是半重水。
人体中含有的重水和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，重水和半重水的物质的溶解度、导电率、电离度等物性、以及反应速度与轻水不同，因而当大量摄取时，使生物体内的反应失调，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对人体健康越有利，并且正在进行验证。
尽管几乎不含重水、半重水的低氘水没有在日本被卫生部认可，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，现有技术中，通过利用氢和氘的极小的物理性质的差异进行反复蒸馏的方法(专利文献1)、或者利用水电解法的方法(专利文献2)来制造低氘水。
然而，在制造低氘水的以往的方法中，需要大型的设备和复杂作业的重复，其制造成本高。因此，对于癌症患者、以及期待各种功效而希望饮用的人来说，成为大的经济负担。
另外，重水可作为放射线的减速材料用于癌症的放射线治疗等。除此以外，通过以重水或半重水为原料对抗癌剂进行氘置换，可期待提高其效果。
因此，需要有能够将轻水与重水和半重水有效地分离的方法。
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
发明要解决的课题
本发明是为了解决上述问题点而进行的，其课题是可容易且低成本地将水分离成低氘水和氘浓缩水。
解决课题的手段
本发明中，解决上述课题的手段如下所述。
第1发明是从水中除去重水和半重水而制造低氘水的方法，其特征在于，以规定时间向在碳材料中添加属于元素周期表第8族至第13族的金属中的1种以上作为添加金属而成的吸附材料供给水蒸气，一边使其通过一边使其吸附，然后使氕气与上述吸附材料接触，然后使吸附于上述吸附材料的上述水蒸气脱附而回收。
第2发明是从水中除去重水和半重水而制造低氘水的方法，其特征在于，使在碳材料中添加属于元素周期表第8族至第13族的金属中的1种以上作为添加金属而成的吸附材料沿圆周方向旋转，并且使水蒸气的供给口、氕气的供给口和不含水蒸气的流动气体的供给口沿上述吸附材料旋转的圆周方向并排配置，向上述吸附材料的一部分供给上述水蒸气，一边使其通过一边使其吸附，与此同时，向上述吸附材料的其他部分供给上述氕气而使其通过，与此同时，向上述吸附材料的另一其他部分供给上述流动气体而使其通过，使吸附于上述吸附材料的上述水蒸气脱附而回收。
第3发明是从水中除去重水和半重水而制造低氘水的方法，其特征在于，以规定时间向在碳材料中添加属于元素周期表第8族至第13族的金属中的1种以上作为添加金属而成的吸附材料供给水蒸气、氕气和流动气体的混合气体，一边使其通过一边使其吸附，使吸附于上述吸附材料的上述水蒸气脱附而回收。
第4发明的特征是，上述添加金属为Pt、Au、Ag、Rh、Pd、Cu、Zn、Al中的1种以上。
第5发明是从水中除去轻水而制造氘浓缩水的方法，其特征在于，以规定时间向在碳材料中添加属于元素周期表第8族至第13族的金属中的1种以上作为添加金属而成的吸附材料供给水蒸气，一边使其通过一边使其吸附，接着使氕气与上述吸附材料接触，然后回收未吸附于上述吸附材料的上述水蒸气。
第6发明是从水中除去轻水而制造氘浓缩水的方法，其特征在于，使在碳材料中添加属于元素周期表第8族至第13族的金属中的1种以上作为添加金属而成的吸附材料沿圆周方向旋转，并且使水蒸气的供给口和不含水蒸气的流动气体的供给口沿上述吸附材料旋转的圆周方向并排配置，向上述吸附材料的一部分供给含有水蒸气和氕气的混合气体，一边使其通过一边使其吸附，与此同时，向上述吸附材料的其他部分供给上述流动气体而使其通过，回收未吸附于上述吸附材料的上述水蒸气。
第7发明是从水中除去轻水而制造氘浓缩水的方法，其特征在于，向在碳材料中添加属于元素周期表第8族至第13族的金属中的1种以上作为添加金属而成的吸附材料，配置水蒸气、氕气和流动气体的混合气体供给口，以规定时间供给混合气体，一边使其通过一边使其吸附，回收未吸附于上述吸附材料而通过的上述水蒸气。
第8发明的特征是，上述添加金属为Pt、Au、Ag、Rh、Pd、Cu、Zn、Al中的1种以上。
发明效果
根据第1发明，以规定时间向在碳材料中添加属于元素周期表第8族至第13族的金属中的1种以上作为添加金属而成的吸附材料供给水蒸气，一边使其通过一边使其吸附，然后使氕气与上述吸附材料接触，通过氢-氘交换反应，从吸附于上述吸附材料的上述水蒸气中除去氘，然后使吸附于上述吸附材料的上述水蒸气脱附而回收，由此可容易且有效地得到低氘水，同时可卫生地保持吸附材料。
根据第2发明，使在碳材料中添加属于元素周期表第8族至第13族的金属中的1种以上作为添加金属而成的吸附材料沿圆周方向旋转，同时将水蒸气的供给口、氕气的供给口和不含水蒸气的流动气体的供给口沿上述吸附材料旋转的圆周方向并排配置，向上述吸附材料的一部分供给上述水蒸气，一边使其通过一边使其吸附，与此同时，向上述吸附材料的其他部分供给上述氕气而使其通过，通过氢-氘交换反应，从吸附于上述吸附材料的上述水蒸气中除去氘，与此同时，向上述吸附材料的另一其他部分供给上述流动气体而使其通过，使吸附于上述吸附材料的上述水蒸气脱附而回收，由此可不间断地重复进行水蒸气的吸附和脱附，且可有效地生产低氘水。
根据第3发明，以规定时间向在碳材料中添加属于元素周期表第8族至第13族的金属中的1种以上作为添加金属而成的吸附材料供给水蒸气、氕气和流动气体的混合气体，一边使其通过一边使其吸附，通过氢-氘交换反应，从吸附于上述吸附材料的上述水蒸气中除去氘，使吸附于上述吸附材料的上述水蒸气脱附而回收，由此可容易且有效地得到低氘水，同时可卫生地保持吸附材料。
根据第4发明，上述添加金属为Pt、Au、Ag、Rh、Pd、Cu、Zn、Al中的1种以上，由此可容易且有效地得到低氘水，同时可卫生地保持吸附材料。
根据第5发明，以规定时间向在碳材料中添加属于元素周期表第8族至第13族的金属中的1种以上作为添加金属而成的吸附材料供给水蒸气，一边使其通过一边使其吸附，接着使氕气与上述吸附材料接触，然后回收未吸附于上述吸附材料的上述水蒸气，由此可容易且有效地得到氘浓缩水，同时可卫生地保持吸附材料。
根据第6发明，使在碳材料中添加属于元素周期表第8族至第13族的金属中的1种以上作为添加金属而成的吸附材料沿圆周方向旋转，同时将水蒸气的供给口和不含水蒸气的流动气体的供给口沿上述吸附材料旋转的圆周方向并排配置，向上述吸附材料的一部分供给含有水蒸气和氕气的混合气体，一边使其通过一边使其吸附，与此同时，向上述吸附材料的其他部分供给上述流动气体而使其通过，回收未吸附于上述吸附材料的上述水蒸气，由此可不间断地重复进行水蒸气的吸附和脱附，且可有效地生产氘浓缩水，同时可卫生地保持吸附材料。
根据第7发明，以规定时间向在碳材料中添加属于元素周期表第8族至第13族的金属中的1种以上作为添加金属而成的吸附材料，供给水蒸气、氕气和流动气体的混合气体，一边使其通过一边使其吸附，通过在吸附上述水蒸气的同时进行氢-氘交换反应，从吸附于上述吸附材料的上述水蒸气中除去氘，并回收未吸附于上述吸附材料而通过的上述水蒸气，由此可在不降低水蒸气中的氘浓度的情况下，更卫生地保持吸附材料。
根据第8发明，上述添加金属为Pt、Au、Ag、Rh、Pd、Cu、Zn、Al中的1种以上，由此可容易且有效地得到氘浓缩水，同时可卫生地保持吸附材料。
附图说明
图1是重水、半重水、轻水相对于活性炭在25℃时的水蒸气吸附等温线。
图2是表示测定轻水和重水相对于吸附材料的吸附速度和脱附速度的测定装置的图。
图3是表示轻水和重水向吸附材料的吸附速度的图。
图4是表示本发明第一实施方式的分离装置的说明图。
图5是表示本发明第二实施方式的分离装置的说明图，其中，(a)为全体图，(b)是从吸附材料的入口观察的图，(c)是从吸附材料的出口观察的图，(d)是从吸附材料的出口观察的图。
图6是表示本发明的试验(比较例)的说明图，其中，(a)是从水蒸气的入口侧观察的图，(b)是从水蒸气的出口侧观察的图。
图7是表示同一试验中得到的每个位置的氘浓度的表。
图8是表示本发明的试验(实施例)的说明图，其中，(a)是从水蒸气的入口侧观察的图，(b)是从水蒸气的出口侧观察的图。
图9是表示同一试验中得到的每个位置的氘浓度的表。
具体实施方式
以下，说明本发明的实施方式的低氘水的制造方法。
本发明是利用相对于规定的吸附材料，轻水的初期吸附速度比重水和半重水快的性质。
另外，本发明是通过在吸附材料中添加规定的金属而从轻水中有效地分离重水和半重水。
图1为将吸附材料设为活性炭(株式会社アドール制的活性炭纤维“A-20”)时的25℃下的水蒸气吸附等温线分为重水、半重水、轻水来表示的图。
如图1所示，重水、半重水、轻水都在压力变化很小的情况下向活性炭的吸附量发生大的变化。另外，重水、半重水、轻水在吸附到活性炭和脱附时都表现出滞后现象。
当水蒸气压力从低压上升并且使水蒸气吸附在活性炭上时，在14～17Torr下大量的重水吸附在活性炭上，在15～18Torr下大量的半重水吸附在活性炭上，在16～19Torr下大量的轻水吸附在活性炭上。
另外，在使水蒸气充分地吸附在活性炭上后，当使水蒸气压力从高压降低而使水蒸气从活性炭脱附时，在14～13Torr下大量的轻水从活性炭脱附，在13～12Torr下大量的半重水从活性炭脱附，在12～11Torr下大量的重水从活性炭脱附。
〈吸附速度和脱附速度的测定〉
使用图2所示的测定装置测定轻水、重水和半重水相对于吸附材料的吸附速度和脱附速度。
在该测定装置1中，使用氦气作为水蒸气的载体。予以说明，本实施方式中是使用氦气，但只要是可用作水蒸气的载体的气体，载体的种类没有限定。
首先，将氦气在水2中释放并回收浮出的气体。接着，使该氦气通过空的试验管3，滴落多余的水滴，再次回收气体。
由此，可得到含有水蒸气的氦气。
通过在该氦气中混合从其他系统供给的干燥氮气，可以控制混合气体的湿度(水蒸气的相对压)。
向配置有35.5mg吸附材料4的管中通入该混合气体，改变混合气体的湿度，由此测定轻水和重水相对于吸附材料的吸附速度和脱附速度。将混合气体的供给速度设定为使得含有水蒸气的氦气和干燥氮气的合计为50ml/分钟。另外，将整个测定装置1保持在15℃。
以下，基于使用活性炭(株式会社アドール制的活性炭纤维“A-20”)作为吸附材料的例子来说明。
首先，在测定吸附速度时，调整混合气体的混合比率，在一定时间向吸附材料4供给湿度40％的混合气体。接着，向吸附材料4供给湿度90％的混合气体，根据在吸附材料的下游回收的混合气体中的轻水和重水的量的变化，测定它们各自的吸附速度。
图3的图表表示该结果。
如图3所示，从湿度90％的混合气体的供给开始(0分钟)起至约10分钟的期间，轻水的吸附速度极快并且大幅高于重水的吸附速度。
从40分钟至220分钟的期间，轻水的吸附速度为中等程度且高于重水的吸附速度。
220分钟以后，轻水的吸附速度急剧降低而低于重水的吸附速度。
轻水大约在230分钟达到平衡状态，重水大约在290分钟达到平衡状态。
予以说明，半重水的吸附速度被认为是轻水和重水的平均值。
〈吸附材料〉
本发明的特征是利用轻水向吸附材料的初期的吸附速度大幅高于重水和半重水的初期的吸附速度的性质，并且使用向碳材料中添加规定金属而成的吸附材料。
吸附材料必须在吸附等温线中具有上升，且在规定的压力以上供给水蒸气时会急剧地吸附。优选使用在IUPAC的吸附等温线的分类中被分类为I型、I I型、IV型或V型的材料。
另外，优选不容易使所吸附的水蒸气脱附、即不可逆吸附少的材料。
作为这样的吸附材料的例子，可举出出以碳单质为主成分的碳材料，尤其是活性炭纤维(株式会社アドール制的活性炭纤维：A-20)。
在添加于吸附材料的金属中，可使用相当于元素周期表第8族至第13族的金属，例如Pt、Au、Ag、Rh、Pd、Cu、Zn、Al中的1种以上。
这些金属通过将氢分子分解为2个H(D)基，同时将水分子分解为H(D)基和OH(OD)基而化学吸附于表面，如后所述，可促进重水和半重水与轻水的分离。
另外，由于上述金属的吸附性能不会过强，不会引起不可逆吸附，可使所吸附的水蒸气比较容易脱附。
进而，通过在吸附材料中添加上述金属，可附加抗菌作用以防止细菌繁殖，即使重复进行水蒸气等的吸附和脱附，也能够卫生地保持吸附材料。
另外，由于上述金属并非是会溶出在水中而给人体带来不良影响的有害金属，因而可将通过本发明分离的轻水或重水和半重水用于医疗用途等。
这些金属中，Pt和Pd的后述的氢-氘交换反应优异，而Ag和Cu的抗菌性优异。
作为例子，为了将Pt添加到活性炭中，在填充于吸附材料之前将Pt负载在粒状或纤维状的活性炭上。作为负载Pt的方法，有含浸在纳米Pt胶体溶液中并蒸发干固的方法、或是使用氯铂酸水溶液负载的方法等。
例如，在将活性炭纤维A-20在1N硝酸溶液中浸渍2小时后，取出并用纯水洗涤、干燥。接着，在氯铂酸(IV)盐酸盐水溶液中浸渍和搅拌1小时，取出并用纯水洗涤、干燥。进而，在常温下，在氢气流中进行1小时的处理，得到负载有Pt的A-20。
当如上所述向负载有Pt的吸附材料供给一般的水蒸气时，初期的吸附速度大的轻水被迅速地吸附而饱和，重水和半重水则缓慢地被吸附而饱和。
进而，在Pt的表面，轻水分子(H2O)、半重水分子(HDO)和重水分子(D2O)分解为H基、OH基、D基或OD基而化学吸附。
在以下的各实施方式中，使用在碳材料上负载有Pt的吸附材料。
〈第一实施方式〉
如图4所示，第一实施方式的分离装置9具有：可分别供给氕气和流动气体(氮气、氦气)的供给装置10，使氦气通过水2和空的试验管3而供给水蒸气的水蒸气发生装置19，内置有以使水蒸气或流动气体通过的方式配置的上述吸附材料的吸附槽11，氘浓缩水出口12，低氘水出口13，分别设置于氮气的管道、氦气的管道和氕气的管道中的质量流量控制器17、18、20、和阀V1、V2、V3、V4。
在第一实施方式中，首先，当开放阀V1与阀V2并操作阀V3而开放氘浓缩水出口12，使用质量流量控制器17、18以50mL/分钟的流量从供给装置10向吸附槽11供给水蒸气和流动气体时，轻水迅速地吸附在吸附材料上，使通过吸附材料的水蒸气中的氘浓度(重水和半重水的浓度)升高。因此，可从氘浓缩水出口12回收大量含有氘的氘浓缩水。
接着，当关闭阀V1、V2并开放阀V3而从氕供给装置向吸附槽供给氕气(H2)时，由于氕也分解成H而解离吸附在Pt上，因而在来自解离吸附在Pt上的重水或半重水的D基和OD基与氕气之间发生氢-氘交换反应，氘被释放到氢气中，同时吸附在Pt上的氕增加。因此，结果，所吸附的重水和半重水的比例减少，轻水的比例增加。
如上所述，由于重水和半重水的初期的吸附速度较轻水慢，因此，重水和半重水偏向存在于吸附材料的表面附近的区域，因而氘通过该氢-氘交换反应被有效地释放到氢气中。
进而，当关闭阀V2、V4、同时开放阀V1，并操作阀V3而开放低氘水出口13，从供给装置10向吸附槽11供给流动气体(氮气)时，吸附于吸附材料的氘浓度低的水蒸气脱附，并通过流动气体运送。因此，可从低氘水出口13回收几乎不含氘的低氘水。
这样，依次重复进行以下工序：向吸附材料供给水蒸气而使其吸附的工序、供给氕气以引起氢-氘交换反应的工序、以及供给流动气体而使水蒸气脱附的工序。
向吸附槽11供给的一般的水蒸气的氘浓度为150ppm，但在第一实施方式中，可回收氘浓度为170ppm的氘浓缩水和氘浓度为115ppm的低氘水。
根据第一实施方式，即使不使用显示吸附滞后的吸附材料，也能够容易地分离低氘水和氘浓缩水。
另外，当水蒸气吸附在吸附材料上时温度升高，随后当供给流动气体时水蒸气容易脱附。进而，当水蒸气从吸附材料脱附时温度降低，随后在供给水蒸气时，水蒸气容易被吸附。
这样，通过交替地重复使水蒸气吸附到吸附材料上的工序和使水蒸气脱附的工序，可连续而有效地得到氘浓缩水和低氘水。
另外，通过使用在碳材料上负载有规定金属而成的吸附材料，同时供给氕气以促进氢-氘交换反应，可有效地除去偏向存在于吸附材料的表面附近的区域的氘，得到氘浓度更低的低氘水。
另外，通过在碳材料中添加规定的金属，可附加抗菌作用以防止细菌繁殖。
在第一实施方式中，是向吸附槽11供给水蒸气和流动气体，然后供给氕气，但可替代的，也可以向吸附槽11供给水蒸气、氕气和流动气体的混合气体。
此时，轻水迅速地吸附在吸附材料上，同时，在来自解离吸附在Pt上的重水或半重水的D基和OD基与氕气之间发生氢-氘交换反应，所吸附的水蒸气的氘浓度降低。未吸附于吸附材料而通过的水蒸气和氢气从氘浓缩水出口12被回收。予以说明，由于该氘浓度高的水蒸气和氢气通过使水蒸气聚集而能够容易地分离，因而可从氘浓缩水出口12得到氘浓缩水。
然后，通过流动气体使吸附于吸附材料的水蒸气脱附，可从低氘水出口13回收低氘水。
〈第二实施方式〉
如图5所示，第二实施方式的特征是使用旋转式的吸附材料14。
该分离装置9具有：可供给水蒸气、氕气和流动气体(氮气等)的供给装置10，以使水蒸气或流动气体通过的方式配置的由与第一实施方式相同的材料构成的吸附材料14、氘浓缩水出口12、和低氘水出口13。
吸附材料14形成为圆板状或圆柱状，并以使平面朝向上游方向和下游方向的方式来配置。
另外，分为从供给装置10向吸附材料14供给水蒸气和流动气体的路线、供给氕气的路线、和仅供给经干燥的流动气体的路线，这些各供给口沿吸附材料14的圆周方向并排配置。混合气体、氕气和流动气体的供给口保持不动。
在第二实施方式中，一边使吸附材料14沿圆周方向旋转，一边同时供给水蒸气和流动气体的混合气体、氕气、以及流动气体。
混合气体的流速设为50ml/分钟，湿度设为90％。
吸附材料14的转速设定为3rph。
将向吸附材料14供给水蒸气时，轻水被迅速地吸附而使通过吸附材料的水蒸气中的氘浓度升高。在该通过后的水蒸气被释放的位置设置氘浓缩水出口12，以回收氘浓缩水。
接着，通过吸附材料14的旋转，向吸附有水蒸气的部分供给氕气，在吸附材料14的表面附近的区域引起氘与氕的氢-氘交换反应，吸附于吸附材料14的水蒸气的氘浓度降低。
然后，通过吸附材料14的旋转，向吸附有水蒸气的部分供给流动气体，使吸附于吸附材料14的氘浓度低的水蒸气脱附，并通过流动气体运送。在该水蒸气被释放的位置设置低氘水出口13，以回收低氘水。
然后，还是通过吸附材料14的旋转，在吸附材料14的规定部位重复进行水蒸气的吸附、氢-氘交换反应、和水蒸气的脱附。
在仅供给流动气体的路线中，为了促进水蒸气从吸附材料的脱附以及缓和因气化热造成的吸附材料的温度降低，优选供给高温的流动气体。
但是，在沿着吸附材料的旋转方向从仅供给流动气体的路线切换为供给含有水蒸气的混合气体的路线的附近，优选使低温的流动气体流动来冷却吸附材料，以使水蒸气变得容易被吸附。
即，在吸附材料的某处上，随着旋转而依次重复供给含有水蒸气的混合气体、氕气、高温的流动气体、低温的流动气体。
如图5(d)所示，在从氘浓缩水出口12到低氘水出口13之间，优选设置不回收水蒸气和氢气而排出的中间区15。
另外，在从低氘水出口13到氘浓缩水出口12之间，优选设置排出几乎不含水蒸气的流动气体的中间区16。
向吸附材料14供给的一般的水蒸气的氘浓度为150ppm，但在第二实施方式中，可回收氘浓度为170ppm的氘浓缩水和氘浓度为115ppm的低氘水。
根据第二实施方式，即使不使用显示吸附滞后的吸附材料，也能够容易地分离低氘水和氘浓缩水。
另外，当水蒸气吸附在吸附材料14上时温度升高，随后当供给流动气体时水蒸气容易脱附。当水蒸气从吸附材料14脱附时温度降低，随后在供给水蒸气时，水蒸气容易被吸附。
这样，通过交替地重复使水蒸气吸附到吸附材料14上的工序和使水蒸气脱附的工序，可连续地得到氘浓缩水和低氘水。
进而，通过向旋转的吸附材料14的各个部分同时供给含有水蒸气的混合气体、以及流动气体，可以不间断地重复水蒸气的吸附和脱附，可有效地生产氘浓缩水和低氘水。
根据需要，通过将从低氘水出口13回收的低氘水重复供给至相同或不同的吸附材料，可得到氘浓度更低的低氘水。
另外，通过将从氘浓缩水出口12回收的氘浓缩水重复供给至相同或不同的吸附材料，可得到氘浓度更高的氘浓缩水。
另外，也能够制造出内部具备图5所示的第二实施方式的分离装置、且将从低氘水出口13回收的水蒸气原样地扩散释放的加湿器。
该加湿器可供给氘浓度较低的水蒸气。
予以说明，在该加湿器中，从氘浓缩水出口12回收的水蒸气是被冷凝而储存在规定容器中，从而可以丢弃或再利用。
在第二实施方式中，水蒸气和流动气体的供给口与氕气的供给口彼此区分并且在吸附材料14的圆周方向上并排配置，但可替代的，也可以从单一的供给口向吸附材料14供给水蒸气、氕气和流动气体的混合气体。
此时，轻水迅速地吸附在吸附材料14上，同时，在来自解离吸附在Pt上的重水或半重水的D基和OD基与氕气之间发生氢-氘交换反应，所吸附的水蒸气的氘浓度降低。未吸附于吸附材料14而通过的水蒸气和氢气从氘浓缩水出口12被回收。由于该氘浓度高的水蒸气和氢气通过使水蒸气聚集而能够容易地分离，因而可得到氘浓缩水。
然后，随着吸附材料14的旋转，通过流动气体使吸附于吸附材料14的水蒸气脱附，可从低氘水出口13回收低氘水。
〈变形例〉
另外，作为第二实施方式的变形例，也可以供给液体的水来代替供给水蒸气。
此时，水的供给口配置在吸附材料14的下部，干燥流动气体的供给口配置在吸附材料14的上部。伴随着旋转，使吸附材料14的一部分浸渍在水中规定时间，从水中提起后，使氕气通过，然后使干燥流动气体通过，由此首先除去位于吸附材料间隙的液体的水，同时发生氢-氘交换反应，接着使吸附在吸附材料上的水蒸气脱附。
将吸附材料14浸渍在水中时，由于轻水的水蒸气迅速地吸附在吸附材料14上，因此，当接着供给氕气时，可除去位于吸附材料间隙的与吸附无关的液体的水，同时通过氢-氘交换反应而除去氘，当接着使干燥流动气体通过时，使附着在吸附材料平面的水蒸气脱附，接着使附着在吸附材料上的氘浓度较低的水蒸气脱附。
因此，在吸附材料的间隙或平面的水和水蒸气被排出的位置形成排出口，在氘浓度较低的水蒸气被排出的位置形成低氘水出口13。
予以说明，位于吸附材料的间隙的水或者附着在外表面(平面)的水蒸气的氘浓度几乎维持在150ppm不变。
〈试验〉
为了测定本发明的效果，进行试验。
首先，作为比较例，使用形成为圆柱状的活性炭A-20作为吸附材料。
如图6(a)所示，在吸附材料的入口侧的表面中，在240度的范围供给含有水蒸气的混合气体，在剩余的120度的范围供给经干燥的流动气体。混合气体和流动气体的供给口不动。
在吸附材料的周边的位置，以每隔大约60度标注符号A、B、C、D、E、F、G来区分。A与G基本邻接。由于从A到G为固定的位置，因而即使旋转吸附材料也维持不动。
吸附材料以0.5rph的转速沿圆周方向旋转。
如图6所示，吸附材料的旋转方向是使得吸附材料的一部分按照A、B、C、D、E、F、G、A的顺序循环。
向A至E供给湿度90％的水蒸气和流动气体的混合气体，向F供给高温的干燥流动气体，向G供给低温的干燥流动气体。
在位置A至G中，流入吸附材料的水蒸气或流动气体伴随着吸附材料的旋转而刚好在到达与流入处相同的位置时被排出。
图7是表示从试验开始后的经过时间与在各处的氘浓度的关系的表。
如A、B那样，在从水蒸气流向经干燥的吸附材料起约40分钟内，由于所供给的水蒸气全部被吸附材料吸附，因而从吸附材料的出口排出的气体的湿度为0％。
在C、D、E处，未被完全吸附的水蒸气从出口被排出。由于轻水选择性地吸附到吸附材料上，因而被排出的水蒸气的氘浓度为155～165ppm，可得到氘浓缩水(氘浓缩水出口)。
在F处，由于吸附在吸附材料上的水蒸气通过干燥流动气体而脱附，因此排出的水蒸气的氘浓度为125ppm，可得到低氘水(低氘水出口)。
接着，作为实施例，使用添加Pt而形成为圆柱状的活性炭A-20。
在实施例中，如图8(a)所示，在吸附材料的入口侧的表面中，在180度的范围供给含有水蒸气的混合气体，在相邻的60度的范围供给水蒸气和氕的混合气体，在剩余的120度的范围供给干燥的流动气体。
其他条件与比较例相同。
图9是表示从试验开始后的经过时间与在各处的氘浓度的关系的表。
在该实施例1中，由于在A、B处被供给的水蒸气全部被吸附材料吸附，因而从吸附材料的出口排出的气体的湿度为0％。
在C、D、E处，由于轻水选择性地吸附到吸附材料上，因而被排出的水蒸气的氘浓度为160～170ppm，可得到氘浓缩水(氘浓缩水出口)。
在F、G处，由于吸附在吸附材料上的水蒸气通过干燥流动气体而脱附，因此排出的水蒸气的氘浓度为115ppm，可得到低氘水(低氘水出口)。
符号说明
1 测定装置
2 水
3 试验管
4 吸附材料
5 吸附材料
9 分离装置
10 流动气体供给装置
11 吸附槽
12 氘浓缩水出口
13 低氘水出口
14 吸附材料
15、16 中间区
17、18、20 质量流量控制器
19 水蒸气发生装置

Claims (8)

1.低氘水的制造方法，其是从水中除去重水和半重水而制造低氘水的方法，其特征在于，
以规定时间向在碳材料中添加属于元素周期表第8族至第13族的金属中的1种以上作为添加金属而成的吸附材料供给水蒸气，一边使其通过一边使其吸附，然后
使氕气与上述吸附材料接触，然后
使吸附于上述吸附材料的上述水蒸气脱附而回收。
2.低氘水的制造方法，其是从水中除去重水和半重水而制造低氘水的方法，其特征在于，
使在碳材料中添加属于元素周期表第8族至第13族的金属中的1种以上作为添加金属而成的吸附材料沿圆周方向旋转，并且使水蒸气的供给口、氕气的供给口和不含水蒸气的流动气体的供给口沿上述吸附材料旋转的圆周方向并排配置，
向上述吸附材料的一部分供给上述水蒸气，一边使其通过一边使其吸附，
与该同时，向上述吸附材料的其他部分供给上述氕气而使其通过，
与该同时，向上述吸附材料的另一其他部分供给上述流动气体而使其通过，使吸附于上述吸附材料的上述水蒸气脱附而回收。
3.低氘水的制造方法，其是从水中除去重水和半重水而制造低氘水的方法，其特征在于，
以规定时间向在碳材料中添加属于元素周期表第8族至第13族的金属中的1种以上作为添加金属而成的吸附材料供给水蒸气、氕气和流动气体的混合气体，一边使其通过一边使其吸附，使吸附于上述吸附材料的上述水蒸气脱附而回收。
4.权利要求1～3项任一项所述的低氘水的制造方法，其特征在于，上述添加金属为Pt、Au、Ag、Rh、Pd、Cu、Zn、Al中的1种以上。
5.氘浓缩水的制造方法，其是从水中除去轻水而制造氘浓缩水的方法，其特征在于，
以规定时间向在碳材料中添加属于元素周期表第8族至第13族的金属中的1种以上作为添加金属而成的吸附材料供给水蒸气，一边使其通过一边使其吸附，接着使氕气与上述吸附材料接触，然后回收未吸附于上述吸附材料的上述水蒸气。
6.氘浓缩水的制造方法，其是从水中除去轻水而制造氘浓缩水的方法，其特征在于，
使在碳材料中添加属于元素周期表第8族至第13族的金属中的1种以上作为添加金属而成的吸附材料沿圆周方向旋转，并且使水蒸气的供给口和不含水蒸气的流动气体的供给口沿上述吸附材料旋转的圆周方向并排配置，
向上述吸附材料的一部分供给含有水蒸气和氕气的混合气体，一边使其通过一边使其吸附，
与该同时，向上述吸附材料的其他部分供给上述流动气体而使其通过，回收未吸附于上述吸附材料的上述水蒸气。
7.氘浓缩水的制造方法，其是从水中除去轻水而制造氘浓缩水的方法，其特征在于，
以规定时间向在碳材料中添加属于元素周期表第8族至第13族的金属中的1种以上作为添加金属而成的吸附材料供给水蒸气、氕气和流动气体的混合气体，一边使其通过一边使其吸附，回收未吸附于上述吸附材料而通过的上述水蒸气。
8.权利要求5～7任一项所述的氘浓缩水的制造方法，其特征在于，上述添加金属为Pt、Au、Ag、Rh、Pd、Cu、Zn、Al中的1种以上。
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