CN111704198B - 一种基于定向碳纳米管的水重构系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于定向碳纳米管的水重构系统及方法，该系统包括第一容器、第二容器、过流段、变径段和辐射部，所述第一容器、第二容器通过变径段连接至过流段的上、下两端，所述辐射部用于向过流段中的流体提供磁场和电磁波辐射，其特征在于，所述过流段内设置有过流机构、以及位于过流机构外部的引流件，所述过流机构的侧壁上设置有过流件，待处理水体能够通过所述过流件流进/流出过流机构，所述过流件的表面设置有碳纳米管薄膜；所述引流件用于将过流段中的水体引导至过流件。本发明通过在过流机构上铺设碳纳米管薄膜并合理利用过流机构的内部空间，大幅地提高了水分子的转化效率，缩短大体积水的制备工艺近一半的工时，显著提高生产效率。

Description

一种基于定向碳纳米管的水重构系统及方法

技术领域

本发明涉及小分子水生产技术领域，具体涉及一种基于定向碳纳米管的水重构系统及方法。

背景技术

水分子结构与蛋白质、DNA等生物大分子的结构有密切作用，水分子之间的氢键使得水分子的结构复杂多变并主要包括团簇结构和链式结构两种。其中，水分子的团簇结构是在氢键作用下产生的较大的水分子团，较大的水分子团不利于动植物对水的吸收；线性或链式的水分子团由于分子团小，渗透力更强、更容易被细胞吸收，促进动植物生长。因此，好的水质不仅仅是干净的水，还应该是结构更小且更有利于生物细胞代谢功能的链式结构。

近年来，小分子水制备生产装置及工艺受到了国内外的广泛关注，为了得到链式结构占比更大的水体，现有技术中主要采用磁场、电场、热力场和激光辐射场四种方式对水体进行重构。专利US10266435B2采用磁场和热场相结合的方式对水进行活化，制备的具有特定能量的小分子水拥有醒酒、改善肠道运动、减轻血管收缩程度、美容等功效。专利CN107055681B公开了一种利用电磁波共振重构水分子的设备，这种结合激光辐射场和磁场的方式能够使水分子更易产生共振以形成水分子更小的水体。

为了提高链式水分子的转化率和转化效率，实现小分子水的工业化生产，发明人在专利CN110759416B中公开了一种基于动态流场辐射的水生产装置，其通过翻转生产装置使得水流能够在重力的作用下从一个容器流向另一个容器，流体通过过流段时处于流动状态，而过流段外部的辐射部能够始终对处于动态流场下的流体进行磁场和电磁波辐射，进而能够处理大量水体，适宜于大规模工业化地生产小分子水。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种基于定向碳纳米管的水重构系统，该系统的过流段中设置有过流机构，该过流机构的侧壁上铺设有碳纳米管薄膜，利用定向排列的碳纳米管的微孔及疏水等特点，使通过的水分子产生无黏流运动，在快速通过碳纳米管的过程中由团簇结构转换链式结构，进而显著地提高水分子的转化效率，缩短工时，提高生产效率。

本发明的一个目的在于提供一种基于定向碳纳米管的水重构系统，该系统的过流段中设置有位于过流机构外部的第一引流件和第二引流件，呈漏斗状的第一引流件和第二引流件能够将水体引流至过流机构的侧壁，在通过侧壁上形成的碳纳米管薄膜后进入至过流机构内部，之后再通过碳纳米管薄膜流至过流机构外部。在第一引流件或第二引流件上流动时，漏斗状结构有利于水体在辐射状态下产生涡流，提高过流段中水体的对流效果，延长单次翻转中水体在涡流状态下的时长占比，从而提高链式水分子的转化效率。

本发明的一个目的在于提供一种基于定向碳纳米管的水重构系统，该系统的过流机构在驱动装置的驱动下能够相对于第一引流件、第二引流件转动，搅动第一引流件、第二引流件上的水体，使水体更容易、更快地形成稳定的涡流，进一步延长单次翻转中水体在涡流状态下的时长占比。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于定向碳纳米管的水重构系统，包括第一容器、第二容器、过流段、变径段和辐射部，所述第一容器、第二容器通过变径段连接至过流段的上、下两端，所述辐射部用于向过流段中的流体提供磁场和电磁波辐射，其特征在于，所述过流段内设置有过流机构、以及位于过流机构外部的引流件，所述过流机构的侧壁上设置有过流件，待处理水体能够通过所述过流件流进/流出过流机构，所述过流件的表面设置有碳纳米管薄膜；所述引流件用于将过流段中的水体引导至过流件。

现有技术中，发明人设计的基于动态流畅辐射的水生产装置通过翻转生产装置使得水流能够在重力的作用下从一个容器流向另一个容器，流动的水体在通过过流段时受到辐射部提供的磁场及电磁波辐射作用，相较于静止的水体，水分子转化效率和转化率显著提高，进而能够在单位时间内转化更多的水体，故适宜于大规模工业化生产小分子水。在持续研发中，发明人发现将水体通过定向排列的碳纳米管薄膜，能够进一步加快水体由团簇结构向链式结构的转化，进而缩短小分子水生产工时，提高生产效率。

本技术方案中，与现有技术相同的是，水重构系统包括从上至下依次连通的第一容器、变径段、过流段、变径段和第二容器，其中，过流段的上端通过第一变径段与第一容器连通，过流段的下端通过第二变径段与第二容器连通，水重构系统在翻转过程中第一容器和第二容器的上、下位置调换，完成单次翻转。辐射部向过流段内的流体提供磁场和电磁波辐射。其中，磁场的磁感线穿过过流段，当流体流过时，磁场作用于流体并使水体极化；电磁波辐射是通过可见光激光光源以一定的频率闪动照射介电材料后，形成低频电磁波，低频电磁波穿过过流段的壁面后辐射于流体，从而改变水分子簇的微观结构，使水的物理化学性质发生变化。

在现有技术的基础上，本技术方案在过流段中加入碳纳米管薄膜以加速水分子结构转化。碳纳米管是由碳原子以sp²杂化为主并混有sp³杂化所构筑成的曲面网络结构，主要制备方法包括电弧放电法、激光蒸发法、化学气相沉积法等。碳纳米管具有典型的空腔结构，直径一般在2-20nm，其空腔大于一般小分子尺寸而能够传输分子，故称之为分子通道。Majumder等人在[J]Nanoscale hydrodynamics：enhanced flow in carbon nanotubes，Nature，2005，438(7064)：44-44中通过模拟和实验研究表明，多种小分子在碳纳米管分子通道中的传递速度比在普通微孔中快4-5个数量级，水分子的传递速度更为突出，水分子在分子通道中的流动属于无黏流运动，因此碳纳米管的通道是一种理想的水分子通道。Hummer等人在[J]Water conduction through hydrophobic channel of a carbonnanotube，Nature，2001，414(6860)：188-190中认为，一旦水分子进入分子通道，便立即被以脉冲的方式传递到另一端，其传输效率可与生物体中的水分子通道蛋白相匹配。

现有技术中碳纳米管定向排列技术成熟，通过将碳纳米管沉积在基地表面或镶嵌入基质内部均能够实现碳纳米管沿一定的空间趋向进行定向排列，以此形成具有一定厚度的碳纳米管薄膜。然而，碳纳米管薄膜主要用于水过滤而非重构水分子，发明人创造性地将碳纳米管薄膜安装在过流段中，使得过流段中水体在辐照下运动的同时，能够多次穿过碳纳米管薄膜，加快水分子由团簇结构转换链式结构，进而显著地提高水分子的转化效率，缩短工时，提高生产效率。

具体地，过流段内设置由过流机构，过流机构的外部设置由引流件，引流件可拆卸地安装在过流机构外壁与过流段内壁之间的间隙中。引流件用于改变进入过流段中的水体的流动方式和方向，引导其以整体涡流的方式向过流机构流动，流动至过流机构表面后，水体流经过流机构侧壁上设置的过流件进入到过流机构内部；之后，水体再通过过流件由内向外流动至过流段的间隙中。过流件的表面铺设有定向排列的碳纳米管薄膜，过流件主要起到支撑碳纳米管薄膜，提高碳纳米管薄膜力学强度的作用。当水体流进或流出过流机构时，每次通过过流件都会至少流经一次碳纳米管薄膜，从而加快水体的结构转化，提高链式水分子的转化率和转化效率。

工作时，向容器内通入待转化的水体至一定液位后，辐射部向过流段提供磁场和电磁波辐射，之后调换第一容器和第二容器的相对位置，位于顶部的容器中的水体在重力作用下从上至下依次流经变径段、过流段、变径段，最终进入到位于底部的容器中，完成单次翻转。在单次翻转过程中，水体在上方的变径段中形成稳定涡流并进入到过流段中，过流段中流动的水体不仅在磁场和电磁波辐射的作用下极化，结构产生改变，而且水体在从上至下分布的多个引流件的引导下多次流经碳纳米管薄膜和过流件，流经碳纳米管薄膜时产生无黏流运动能够显著加快水分子结构转化。重复完成单次翻转过程以完成小分子水的制备。

通过上述设置，流动的水体在流经过流段时不仅能够在磁场和电磁波辐射的作用下改变结构，还能够在经过定向排列的碳纳米管薄膜时产生无黏流运动，以脉冲的方式穿过碳纳米管薄膜，加快水分子由团簇结构向链式结构的转化，进而提高水分子的转化效率，缩短大体积水的制备工艺近一半的工时，显著提高生产效率；不仅如此，过流机构不同于现有技术中的扰流机构，其在增加水流通过过流段时间的基础上，使水体从侧壁进入过流机构，不但保护碳纳米管薄膜，避免其受到水体来自竖直方向的冲击，减小碳纳米管薄膜上的冲力，而且水体在流进/流出过流机构时，穿过碳纳米管薄膜的次数增加，合理地利用了过流段的空间，进而提高单次翻转的水处理效率。

作为本发明引流件的优选实施方式，所述引流件包括交替设置的第一引流件和第二引流件，所述第一引流件用于将从第一容器流向第二容器的水体引导至过流件，第一引流件的内径沿第一容器至第二容器的方向逐渐减小；所述第二引流件用于将从第二容器流向第一容器的水体引导至过流件，第二引流件的内径沿第二容器至第一容器的方向逐渐减小。沿第一容器至第二容器的方向交替设置有第一引流件和第二引流件。第一引流件和第二引流件的结构可以相同也可以不同，且第一引流件和第二引流件背向设置。其中，第一引流件作为水体从第一容器流向第二容器时的引流部件，将第一引流件上的水体引流至过流件，此阶段中，位于该第一引流件下方的第二引流件将从过流机构流出的水体引导至其下方的第一引流件上，并通过该第一引流件的引流再次流向过流件；同理，第二引流件作为水体从第二容器流向第一容器时的引流部件，将第二引流件上的水体引流至过流件，此阶段中，位于该第二引流件下方的第一引流件将从过流机构流出的水体引导至其下方的第二引流件上，并通过该第二引流件的引流再次流向过流件。也即，第一引流件和第二引流件分别作为相邻的两次单次翻转的主引流件，在未作为主引流件的单次翻转过程中，作为次引流件以将从过流机构流出的水体引流至主引流件上。

第一引流件的内径沿第一容器至第二容器的方向逐渐减小，第二引流件的内径沿第二容器至第一容器的方向逐渐减小。该设置方式使得单次翻转中的主引流件在引流水体的同时水体更容易形成涡流，从而使得水体在流经过流段时，也能够产生整体稳定的涡流，相较于现有技术中的扰流机构，提高了过流段中水体的对流效果，延长单次翻转中水体在涡流状态下的时长占比，从而提高链式水分子的转化效率。

进一步地，所述第一引流件和/或第二引流件的内壁上设置有凸起部，所述凸起部沿第一引流件和/或第二引流件的周向螺旋分布。凸起部起到一定的搅动作用，有利于水体在主引流件上形成稳定的涡流。

作为本发明过流机构的优选实施方式，所述过流机构包括上、下两端为开口端的筒体，所述开口端上设置有盖板，所述盖板的外壁上设置有驱动杆，所述驱动杆活动贯穿第一盖体和/或第二盖体并连接至第一驱动装置的输出端；所述筒体上设置有安装口，所述安装口用于安装过流件，所述碳纳米管薄膜铺设于过流件的外壁和/或内壁，筒体内部设置有隔板，所述隔板将筒体内部分隔为沿纵向分布的多个处理区，位于上方的处理区中的水体经隔板上方的过流件流出后，再经隔板下方的过流件流入位于下方的处理区中。

过流机构包括筒体和盖板，盖板用于开合筒体的上下两端。第一容器的第一盖体和/或第二容器的第二盖体上设置有第一驱动装置，所述第一驱动装置可以是伺服电机或步进电机，第一驱动装置的输出端连接有驱动杆，驱动杆活动贯穿第一驱动装置所在的盖体并延伸至过流段中与过流机构的盖体固定连接。筒体上设置的安装口用于安装过流件，过流件作为碳纳米管薄膜的基材，碳纳米管定向沉积在过流件的外壁和/或内壁上。筒体内部设置的隔板将筒体内部分隔为多个处理区，处理区从上至下分布。

单次翻转中，第一主引流件上的水体通过碳纳米管薄膜、过流件进入第一处理区后，在第一处理区内向下移动，之后水体受隔板阻隔，经过碳纳米管薄膜和过流件流出第一处理区，流出第一处理区的水体受第一次引流件的引导，流动至下方的第二主引流件，第二主引流件引导水体通过碳纳米管薄膜、过流件进入第一处理区下方的第二处理区，以此类推，过流段中的水体在第一引流件、第二引流件的作用下，依次从过流机构的侧面从上至下逐一通过每一个处理区，在每次通过过流件时，水体均会穿过至少一次碳纳米管薄膜。

通过上述设置，过流机构在第一驱动装置的驱动下转动，搅动第一引流件、第二引流件上的水体，使得水体能够更加容易、快速地形成稳定的涡流；另外，形成稳定涡流的流体基本沿切向接触碳纳米管薄膜，降低了水体对碳纳米管薄膜的冲击，有效地保护了碳纳米管薄膜；不仅如此，旋转的过流机构还有利于筒体内部的水体形成涡流向下移动，进一步延长单次翻转中水体在涡流状态下的时长占比。

本发明的另一个目的在于提供一种水重构系统，该系统的辐射部包括两个独立的第一辐射部和第二辐射部，其中，第一辐射部向过流段中的水体提供磁场，第二辐射部向过流段中的水体提供电磁波辐射，第一辐射部和第二辐射部相对设置，水体从第一辐射部和第二辐射部之间通过，能够进一步提高水体的整体极化的效果，加快水分子的重构、转化，有利于产生链式水分子占比更大的水体。

所述辐射部包括第一辐射部和第二辐射部，所述第一辐射部安装在过流机构的外壁上，第一辐射部用于向过流段的流体提供磁场，所述第二辐射部安装于过流机构的内部，第二辐射部用于向过流段中的流体提供电磁波辐射。第一辐射部采用多个磁体，所述多个磁体沿着筒体的周向均匀地分布于筒体的外壁上。在部分实施例中，各处理区的外壁上均设置有磁体，所述磁体位于同一处理区的第一引流件和第二引流件之间。第二辐射部设置在筒体的内部，第二辐射部产生电磁波辐射的原理同专利CN110759416B一样，采用闪烁的光源照射介电材料层，进而产生波长范围为25～1000μm的远红外线以辐射过流段中的流体。

本技术方案中，辐射部采用的分体式结构有利于在维护时能够有针对性地对第一或第二辐射部进行维修，维护成本更低，进而降低生产成本；此外，安装在筒体内的第二辐射部无需额外设置暗室，整体结构更加紧凑，并且过流机构转动时，随之转动的第二辐射部外壁也能够一定程度上带动周围的水体转动，有利于水体形成稳定的涡流；同时，相较于现有技术中磁场方向与电磁波方向大致相同，本技术方案中，磁场方向与电磁波方向的不同能够进一步提高水体的整体极化的效果，加快水分子的转化，有利于产生链式水分子占比更大的水体。

作为本发明中第二辐射部的优选实施方式，所述第二辐射部包括壳体，所述壳体内设置有安装柱，所述安装柱上设置有光源，壳体的内壁上设置有介电材料层，所述介电材料层在所述光源的照射下产生远红外线以辐射过流段中的水体。安装柱中设置光源控制电路及必要元器件，以使得安装柱上的光源能够以一定频率闪烁，闪烁的光线照射到介电材料层上后产生远红外线，远红外线穿过过流段的外壁作用于水体。

进一步地，按质量百分比计，介电材料层中的成分包括：稀土混合物3～10％，微晶玻璃0.2～2％，玄武岩纤维0.1～0.5％，电气石2～5％，层状硅酸盐矿物25～46％，聚氨酯43～62％，其中，微晶玻璃的含量为玄武岩纤维的含量的2～4倍。

上述成分中，微晶玻璃采用MgO-Al₂O₃-SiO₂微晶玻璃代替现有技术中的二氧化钛作为光激发材料，提高光激发效果。同时，玄武岩纤维中定向排列的岛状[SiO₄]^4-、链状[Si₂O₆]^4-、层状[Si₂O₅]²⁺、MgAlOH以及硅铝等替代等结构单元，在光激发下介电材料层在单位时间内产生的远红外线辐射量更大，有利于提高水分子的解构、重构和稳构效率，进一步提高生产效率，缩短制备时间。通过实验发现，当微晶玻璃的含量为玄武岩纤维的含量的2～4倍时，水制备时间能够进一步缩短。

稀土混合物由CeO₂，La₂O₃和Pr₆O₁₁组成。优选地，CeO₂与La₂O₃的比例为1.5～2.5:1，CeO₂与Pr₆O₁₁的比例为1～1.8:1。优选地，电气石的粒径为100～300nm。层状硅酸盐是硅酸盐类矿物按晶体结构特点划分的亚类之一。

本技术方案中，介电材料层中采用了MgO-Al₂O₃-SiO₂微晶玻璃作为光激发材料，并结合玄武岩纤维中定向排列的岛状[SiO₄]^4-、链状[Si₂O₆]^4-、层状[Si₂O₅]²⁺等结构单元，提高水分子的解构、重构和稳构效率，进一步提高生产效率，缩短制备时间。

本发明的另一个目的在于提供一种水重构系统，该系统设置有环形轨道，能够对水制备装置的翻转形成一定的限位、支撑作用，提高单次翻转的稳定性、安全性，减小驱动装置和转轴处的负荷，增加水重构系统的使用寿命。

具体地，水重构系统还包括底座，所述底座上设置有环形轨道，底座的两侧设置有支撑体，所述支撑体上设置有第二驱动装置，所述第二驱动装置的输出端通过第一转轴连接至过流段的外壁上；第一容器、第二容器的盖体上均设置有滚轮机构，所述滚轮机构的转动辊与环形轨道的内表面抵接。

底座上的环形轨道作为水制备装置的外部支撑机构，对水制备装置的翻转起到支撑、限位和引导的作用。底座两侧设置的支撑体为水制备装置的支撑机构，其上设置有第二驱动装置，第二驱动装置优选采用伺服电机。第二驱动装置通过第一转轴带动水制备装置进行单次翻转。第一容器的第一盖体以及第二容器的第二盖体上均设置有滚轮机构，滚轮机构包括转动辊，其转动辊与环形轨道的内表面抵接，不仅能通过滚动减小环形轨道作用于水制备装置的阻力，同时环形轨道对转动辊产生的压力，使得水制备装置在翻转时不会因为内部流动的水体产生大幅晃动，一方面提高了水重构系统整体的稳定性和安全性，另一方面减小第二驱动装置、第一转轴的负荷，增加了水重构系统的使用寿命。

进一步地，环形轨道的内部设置有减速台；所述滚轮机构包括安装于第一容器、第二容器的盖体的外壁上的基座，所述基座的内壁上设置有限位凸点，基座内部的侧壁上设置有凹槽，所述凹槽内设置有弹簧和轴承，所述弹簧为压缩弹簧，所述轴承内活动设置有第二转轴，所述第二转轴连接至转动辊，所述转动辊上设置有若干限位卡槽，限位卡槽的位置被配置为，当转动辊受外力作用向基座内移动一段距离后，限位卡槽与限位凸点啮合，转动辊停止转动。

减速台减小了环形轨道的直径，当滚轮机构经过减速台时，环形轨道直径的缩小使得转动辊向基座内部移动，转动辊带动第二转轴和轴承向进一步挤压压缩弹簧的方向移动，最终转动辊上的限位卡槽与基座底部的限位凸点啮合，转动辊停止转动，此时滚轮机构的滚动摩擦转变为滑动摩擦，摩擦力的增大提高了水制备装置受到的阻力，使得水制备装置在第二驱动装置的作用下接近竖直状态，避免在滚轮机构的作用下水制备装置接近竖直状态时快速翻转，第二驱动装置需要制动以避免水制备装置过度翻转的情况发生，从而更好地控制水制备装置翻转。

本发明的又一个目的在于提供基于上述任一款水重构系统的水重构方法，其利用过流机构的自转带动漏斗状引流件上的水体旋转，使水体更容易、更快地形成稳定的涡流，形成涡流的水体通过过流机构侧面的碳纳米管薄膜、过流孔进入至过流机构内部、流动至过流机构外部，在通过碳纳米管薄膜时产生无黏流运动，显著地提高水分子的转化效率，缩短工时，提高生产效率。

本技术方案中，所述工艺采用上述任一项所述的水重构系统，包括以下步骤：

待转化水体进入至系统中；

调整水制备装置的角度，向装置的容器中通入转化水体。

水体经过变径段、过流段，在第一容器和第二容器之间流动；

控制第二驱动装置，调换第一容器和第二容器的位置，以使得水流在重力的作用下经过变径段、过流段从一个容器流动至另一个容器。待水体完全进入到另一个容器后，继续控制第二驱动装置，调换第一容器和第二容器的位置，以此类推。

过流段中的水体持续受辐射部提供的磁场和电磁波辐射作用；

开启第二辐射部的光源，闪烁的光源照射到介电材料层上后产生远红外辐射。

围绕竖直中轴线旋转的过流机构带动过流段中的水体形成涡流；

旋转的过流机构使得过流段中水体整体呈涡流的时间显著增加，从而提高水体的对流效果；同时，水体在通过过流段时，从一个处理区向另一个处理区流动的过程中，多次经过碳纳米管薄膜，产生无黏流运动，显著提高链式水分子的转化效率。

完成转化的水体从系统中流出。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过在过流机构上铺设碳纳米管薄膜，使得流体在流经过流段时不仅能够在磁场和电磁波辐射的作用下改变结构，还能够在经过定向排列的碳纳米管薄膜时产生无黏流运动，以脉冲的方式穿过碳纳米管薄膜，加快水分子由团簇结构向链式结构的转化，进而提高水分子的转化效率，缩短大体积水的制备工艺近一半的工时，显著提高生产效率；不仅如此，过流机构在增加水流通过过流段时间的基础上，使水体从侧壁进入过流机构，不但保护碳纳米管薄膜，避免其受到水体来自竖直方向的冲击，减小碳纳米管薄膜上的冲力，而且水体在流进/流出过流机构时，穿过碳纳米管薄膜的次数增加，合理地利用了过流段的空间，提高单次翻转的水处理效率；

2、本发明中第一引流件的内径沿第一容器至第二容器的方向逐渐减小，第二引流件的内径沿第二容器至第一容器的方向逐渐减小，使得单次翻转中的主引流件在引流水体的同时水体更容易形成涡流，从而使得水体在流经过流段时，也能够产生整体稳定的涡流，相较于现有技术中的扰流机构，提高了过流段中水体的对流效果，延长单次翻转中水体在涡流状态下的时长占比，从而提高链式水分子的转化效率；

3、本发明中过流机构能够在过流段中旋转，搅动第一引流件、第二引流件上的水体，使得水体能够更加容易、快速地形成稳定的涡流；另外，形成稳定涡流的流体基本沿切向接触碳纳米管薄膜，降低了水体对碳纳米管薄膜的冲击，有效地保护了碳纳米管薄膜；不仅如此，旋转的过流机构还有利于筒体内部的水体形成涡流向下移动，进一步延长单次翻转中水体在涡流状态下的时长占比；

4、本发明的辐射部采用分体式设计，有利于在维护时能够有针对性地对第一或第二辐射部进行维修，维护成本更低，进而降低生产成本；此外，安装在筒体内的第二辐射部无需额外设置暗室，整体结构更加紧凑，并且过流机构转动时，随之转动的第二辐射部外壁也能够一定程度上带动周围的水体转动，有利于水体形成稳定的涡流；同时，相较于现有技术中磁场方向与电磁波方向大致相同，磁场方向与电磁波方向的不同能够进一步提高水体的整体极化的效果，加快水分子的转化，有利于产生链式水分子占比更大的水体；

5、本发明的介电材料层采用了MgO-Al₂O₃-SiO₂微晶玻璃作为光激发材料，并结合玄武岩纤维中定向排列的岛状[SiO₄]^4-、链状[Si₂O₆]^4-、层状[Si₂O₅]²⁺等结构单元，提高水分子的解构、重构和稳构效率，进一步提高生产效率，缩短制备时间；

6、本发明在第一盖体、第二盖体上设置滚轮机构，结合环形轨道不仅能通过滚动减小环形轨道作用于水制备装置的阻力，同时环形轨道对转动辊产生的压力，使得水制备装置在翻转时不会因为内部流动的水体产生大幅晃动，一方面提高了水重构系统整体的稳定性和安全性，另一方面减小第二驱动装置、第一转轴的负荷，增加了水重构系统的使用寿命；

7、本发明的水重构方法利用过流机构的自转带动漏斗状引流件上的水体旋转，使水体更容易、更快地形成稳定的涡流，形成涡流的水体通过过流机构侧面的碳纳米管薄膜、过流孔进入至过流机构内部、流动至过流机构外部，在通过碳纳米管薄膜时产生无黏流运动，显著地提高水分子的转化效率，缩短工时，提高生产效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例中水重构系统的结构示意图；

图2为本发明具体实施例中水重构系统的局部剖面示意图；

图3为本发明具体实施例中过流段的结构示意图；

图4为本发明具体实施例中过流机构的局部剖面示意图；

图5为本发明具体实施例中第二辐射部的局部剖面示意图；

图6为本发明具体实施例中水制备装置架设在一种环形轨道内的整体结构示意图；

图7为本发明具体实施例中水制备装置架设在另一种环形轨道内的整体结构示意图；

图8为本发明具体实施例中滚轮机构的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-第一容器，2-第二容器，3-过流段，31-第一引流件，32-第二引流件，33-凸起部，4-变径段，5-第一盖体，6-第二盖体，7-滚轮机构，71-基座，72-转动辊，73-第二转轴，74-轴承，75-弹簧，76-限位凸点，77-限位卡槽，78-凹槽，8-第一驱动装置，91-盖板，92-筒体，93-过流件，931-过流孔，94-碳纳米管薄膜，95-驱动杆，96-隔板，10-第二辐射部，101-壳体，102-介电材料层，103-光源，104-安装柱，11-磁体，12-环形轨道，13-第一转轴，14-支撑体，15-底座，16-减速台，17-减速垫，18-第二驱动装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

【实施例1】

如图1与图2所示的一种基于定向碳纳米管的水重构系统，包括第一容器1、第二容器2、过流段3、变径段4和辐射部，所述第一容器1、第二容器2通过变径段4连接至过流段3的上、下两端，所述辐射部用于向过流段3中的流体提供磁场和电磁波辐射，所述过流段3内设置有过流机构、以及位于过流机构外部的引流件，所述过流机构的侧壁上设置有过流件93，待处理水体能够通过所述过流件93流进/流出过流机构，所述过流件93的表面设置有碳纳米管薄膜94；所述引流件用于将过流段中的水体引导至过流件93；引流件包括交替设置的第一引流件31和第二引流件32，所述第一引流件31用于将从第一容器1流向第二容器2的水体引导至过流件93，第一引流件31的内径沿第一容器1至第二容器2的方向逐渐减小；所述第二引流件32用于将从第二容器2流向第一容器1的水体引导至过流件93，第二引流件32的内径沿第二容器2至第一容器1的方向逐渐减小；第一引流件31和/或第二引流件32的内壁上设置有凸起部33，凸起部33沿第一引流件31和/或第二引流件32的周向螺旋分布。

变径段4作为容器和过流段3的连接通道，在一个或多个实施例中，如图1和图2所示，变径段4的内径沿容器至过流段3的方向逐渐减小，以使得水体从容器流向过流段3时形成整体涡流，作为单次翻转中第一个形成稳定涡流的部分。

在部分实施例中，过流件采用聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚醚砜等材料制成，如图4所示，过流件93上设置的若干过流孔931的孔径比碳纳米管薄膜微孔的孔径大至少一个数量级。在部分实施例中，碳纳米管薄膜既可铺设在过流件的外表面或内表面，也可以同时铺设在过流件的外表面和内表面。在一个实施例中，碳纳米管薄膜可以镶嵌入过流件内部。优选地，碳纳米管薄膜的厚度不大于0.5cm。

在部分实施例中，如图2所示，第一引流件、第二引流件封闭过流段的横截面，过流机构活动贯穿第一引流件和第二引流件，使水体无法通过引流件，只能通过流进或流出过流机构实现向下移动。优选地，第一引流件、第二引流件的竖直中轴线与过流机构的竖直中轴线共线。

在部分实施例中，如图2所示，第一引流件、第二引流件为漏斗结构。在一个或多个实施例中，第一引流件和/或第二引流件为阶梯结构。

在部分实施例中，第一引流件上呈螺旋分布的凸起部中，相邻的两根凸起部之间的间距沿第一容器至第二容器的方向逐渐减小；第二引流件上呈螺旋分布的凸起部中，相邻的两根凸起部之间的间距沿第二容器至第一容器的方向逐渐减小。

制备时，向容器内通入待转化的水体至一定液位后，辐射部向过流段提供磁场和电磁波辐射，之后调换第一容器和第二容器的相对位置，位于顶部的容器中的水体在重力作用下从上至下依次流经变径段、过流段、变径段，最终进入到位于底部的容器中，完成单次翻转。在单次翻转过程中，水体在上方的变径段中形成稳定涡流并进入到过流段中，过流段中流动的水体不仅在磁场和电磁波辐射的作用下极化，结构产生改变，而且水体在从上至下分布的多个引流件的引导下多次流经碳纳米管薄膜和过流件，流经碳纳米管薄膜时产生无黏流运动能够显著加快水分子结构转化。重复完成单次翻转过程以完成小分子水的制备。

【实施例2】

在实施例1的基础上，如图2至图4所示，过流机构包括上、下两端为开口端的筒体92，所述开口端上设置有盖板91，所述盖板91的外壁上设置有驱动杆95，驱动杆95活动贯穿第一盖体5和/或第二盖体6并连接至第一驱动装置8的输出端；筒体92上设置有安装口，所述安装口用于安装过流件93，碳纳米管薄膜94铺设于过流件93的外壁和/或内壁，筒体92内部设置有隔板96，隔板96将筒体92内部分隔为沿纵向分布的多个处理区，位于上方的处理区中的水体经隔板96上方的过流件93流出后，再经隔板96下方的过流件93流入位于下方的处理区中。

单次翻转中，第一主引流件上的水体通过碳纳米管薄膜、过流件进入第一处理区后，在第一处理区内向下移动，之后水体受隔板阻隔，经过碳纳米管薄膜和过流件流出第一处理区，流出第一处理区的水体受第一次引流件的引导，流动至下方的第二主引流件，第二主引流件引导水体通过碳纳米管薄膜、过流件进入第一处理区下方的第二处理区，以此类推，过流段中的水体在第一引流件、第二引流件的作用下，依次从过流机构的侧面从上至下逐一通过每一个处理区，在每次通过过流件时，水体均会穿过至少一次碳纳米管薄膜。

在部分实施例中，一个处理区对应一个第一引流件和一个第二引流件。

【实施例3】

在上述实施例的基础上，如图2所示，辐射部包括第一辐射部和第二辐射部10，所述第一辐射部安装在过流机构的外壁上，第一辐射部用于向过流段3中的流体提供磁场，所述第二辐射部10安装于过流机构的内部，第二辐射部用于向过流段3中的流体提供电磁波辐射。

第一辐射部采用多个磁体11，所述多个磁体沿着筒体的周向均匀地分布于筒体的外壁上。在本实施例中，各处理区的外壁上均设置有磁体，所述磁体位于同一处理区的第一引流件和第二引流件之间。优选地，所述磁场强度大于20000高斯。

进一步地，如图5所示，第二辐射部10包括壳体101，壳体101内设置有安装柱104，安装柱104上设置有光源103，壳体101的内壁上设置有介电材料层102，介电材料层102在所述光源103的照射下产生远红外线以辐射过流段3中的水体；按质量百分比计，介电材料层102中的成分包括：稀土混合物3～10％，微晶玻璃0.2～2％，玄武岩纤维0.1～0.5％，电气石2～5％，层状硅酸盐矿物25～46％，聚氨酯43～62％，其中，微晶玻璃的含量为玄武岩纤维的含量的2～4倍。

优选地，安装柱上设置有多排光源组，光源组包括多个沿安装柱周向均匀分布的光源。优选地，所述光源的频率为6-10Hz，光照强度为0.05W/cm²。

【实施例4】

在上述实施例的基础上，如图6所示，还包括底座15，底座15上设置有环形轨道12，底座15的两侧设置有支撑体14，支撑体14上设置有第二驱动装置18，所述第二驱动装置18的输出端通过第一转轴13连接至过流段3的外壁上；第一容器1、第二容器2的盖体上均设置有滚轮机构，所述滚轮机构的转动辊72与环形轨道12的内表面抵接。

优选地，第二驱动装置优选采用伺服电机。

滚轮机构的转动辊与环形轨道的内表面抵接，不仅能通过滚动减小环形轨道作用于水制备装置的阻力，同时环形轨道对转动辊产生的压力，使得水制备装置在翻转时不会因为内部流动的水体产生大幅晃动，一方面提高了水重构系统整体的稳定性和安全性，另一方面减小第二驱动装置、第一转轴的负荷，增加了水重构系统的使用寿命。

【实施例5】

在上述实施例的基础上，如图7和图8所示，环形轨道12的内部设置有减速台16；滚轮机构包括安装于第一容器1、第二容器2的盖体的外壁上的基座71，所述基座71的内壁上设置有限位凸点76，基座71内部的侧壁上设置有凹槽78，所述凹槽78内设置有弹簧75和轴承74，所述弹簧75为压缩弹簧，所述轴承74内活动设置有第二转轴73，第二转轴73连接至转动辊72，转动辊72上设置有若干限位卡槽77，限位卡槽77的位置被配置为，当转动辊72受外力作用向基座71内移动一段距离后，限位卡槽77与限位凸点76啮合，转动辊72停止转动。

在一个或多个实施例中，减速台由丁腈橡胶制成，受力后能够产生一定形变并提供一定的摩擦力。在部分实施例中，减速台设置在靠近环形轨道低点的区域，且根据水制备装置的翻转方向，设置在水制备装置从环形轨道高点向低点移动的路径上。

进一步地，如图7所示，减速台上设置有若干减速垫17，减速垫沿水制备装置的翻转路径等间距分布。优选地，所述减速垫的截面为等腰梯形。进一步优选地，所述减速垫17的材质为金属合金。

【实施例6】

一种基于定向碳纳米管的水重构方法，其特征在于，采用上述任一种水重构系统，包括以下步骤：

待转化水体进入至系统中；

水体经过变径段、过流段，在第一容器和第二容器之间流动；

过流段中的水体持续受辐射部提供的磁场和电磁波辐射作用；

围绕竖直中轴线旋转的过流机构带动过流段中的水体形成涡流；

完成转化的水体从系统中流出。

该工艺利用过流机构的自转带动漏斗状引流件上的水体旋转，使水体更容易、更快地形成稳定的涡流，形成涡流的水体通过过流机构侧面的碳纳米管薄膜、过流孔进入至过流机构内部、流动至过流机构外部，在通过碳纳米管薄膜时产生无黏流运动，显著地提高水分子的转化效率，缩短工时，提高生产效率。

【实施例7】

为了验证本技术方案的小分子水转化效率和转化率，进行如下实验。

光源的可见光激光光源调整为红色LED矩阵，照射频率为10Hz，光照强度为0.05W/cm²。

实验组1采用本发明提供的水重构系统，其介电材料层的成分，按质量百分比计，包括稀土混合物3％，微晶玻璃1.1％，玄武岩纤维0.5％，电气石5％，云母46％，聚氨酯44.4％，其中，稀土混合物由CeO₂，La₂O₃和Pr₆O₁₁组成，CeO₂，La₂O₃和Pr₆O₁₁的比例为1.5:1:1。

实验组2采用本发明提供的水重构系统，其介电材料层的成分，按质量百分比计，包括稀土混合物5％，微晶玻璃2％，玄武岩纤维0.5％，电气石2％，云母30.5％，聚氨酯60％。其中，稀土混合物由CeO₂，La₂O₃和Pr₆O₁₁组成，CeO₂，La₂O₃和Pr₆O₁₁的比例为2.3:1:1.6。

实验组3采用本发明提供的水重构系统，其介电材料层的成分，按质量百分比计，包括稀土混合物3％，微晶玻璃0.2％，玄武岩纤维0.4％，电气石5％，云母40％，聚氨酯51.4％。其中，稀土混合物由CeO₂，La₂O₃和Pr₆O₁₁组成，CeO₂，La₂O₃和Pr₆O₁₁的比例为1.5:1:1。

对照组采用CN110759416B提供的水生产装置，其介电材料层的成分，按质量百分比计，包括稀土化合物6％、电气石2％、云母40％、二氧化钛2％、聚氨酯50％，其中，所述稀土化合物由CeO₂，La₂O₃和Pr₆O₁₁组成，CeO₂，La₂O₃和Pr₆O₁₁的复合量比例为6：3：5。

1000L初始水分子尺度为122Hz的水体经实验组1～3以及对照组处理一定时长的水分子尺度如表1所示，测试水分子尺度的方法为从水体最下面的出口阀门处获取。

表1：

由表1可知，相较于对照组，采用了碳纳米管薄膜的实验组1～实验组3在处理30分钟后，水体的水分子尺度便下降至30Hz以下，在处理45分钟后，水体的水分子尺度进一步降低至20Hz以下，相较于对照组，能够缩短15～30分钟的处理时长。由此表明，定向排列的碳纳米管薄膜能够使经过的水体产生无黏流运动，加快水分子由团簇结构向链式结构的转化，进而提高水分子的转化效率，缩短大体积水的制备工艺近一半的工时，更加适宜于大规模的工业化生产。

通过表1还可以看出，当微晶玻璃的含量为玄武岩纤维的含量的2～4倍时，制备30分钟时的水分子尺度能够进一步减小，达到19Hz，相较于实验组3的26Hz，降低约27％，水制备时间能够进一步缩短。

本文中所使用的“第一”、“第二”等(例如第一容器、第二容器，第一驱动装置、第二驱动装置等)只是为了描述清楚起见而对相应部件进行区别，不旨在限制任何次序或者强调重要性等。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以使经由其他部件间接相连。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于定向碳纳米管的水重构系统，包括第一容器（1）、第二容器（2）、过流段（3）、变径段（4）和辐射部，所述第一容器（1）、第二容器（2）通过变径段（4）连接至过流段（3）的上、下两端，所述辐射部用于向过流段（3）中的流体提供磁场和电磁波辐射，其特征在于，所述过流段（3）内设置有过流机构、以及位于过流机构外部的引流件，所述过流机构的侧壁上设置有过流件（93），待处理水体能够通过所述过流件（93）流进/流出过流机构，所述过流件（93）的表面设置有碳纳米管薄膜（94）；所述引流件用于将过流段中的水体引导至过流件（93）；

其中，所述过流机构包括上、下两端为开口端的筒体（92），所述开口端上设置有盖板（91），所述盖板（91）的外壁上设置有驱动杆（95），所述驱动杆（95）活动贯穿第一盖体（5）和/或第二盖体（6）并连接至第一驱动装置（8）的输出端；所述筒体（92）上设置有安装口，所述安装口用于安装过流件（93），所述碳纳米管薄膜（94）铺设于过流件（93）的外壁和/或内壁，筒体（92）内部设置有隔板（96），所述隔板（96）将筒体（92）内部分隔为沿纵向分布的多个处理区，位于上方的处理区中的水体经隔板（96）上方的过流件（93）流出后，再经隔板（96）下方的过流件（93）流入位于下方的处理区中。

2.根据权利要求1所述的一种基于定向碳纳米管的水重构系统，其特征在于，所述引流件包括交替设置的第一引流件（31）和第二引流件（32），所述第一引流件（31）用于将从第一容器（1）流向第二容器（2）的水体引导至过流件（93），第一引流件（31）的内径沿第一容器（1）至第二容器（2）的方向逐渐减小；所述第二引流件（32）用于将从第二容器（2）流向第一容器（1）的水体引导至过流件（93），第二引流件（32）的内径沿第二容器（2）至第一容器（1）的方向逐渐减小。

3.根据权利要求2所述的一种基于定向碳纳米管的水重构系统，其特征在于，所述第一引流件（31）和/或第二引流件（32）的内壁上设置有凸起部（33），所述凸起部（33）沿第一引流件（31）和/或第二引流件（32）的周向螺旋分布。

4.根据权利要求1所述的一种基于定向碳纳米管的水重构系统，其特征在于，所述辐射部包括第一辐射部和第二辐射部（10），所述第一辐射部安装在过流机构的外壁上，第一辐射部用于向过流段（3）中的流体提供磁场，所述第二辐射部（10）安装于过流机构的内部，第二辐射部用于向过流段（3）中的流体提供电磁波辐射。

5.根据权利要求4所述的一种基于定向碳纳米管的水重构系统，其特征在于，所述第二辐射部（10）包括壳体（101），所述壳体（101）内设置有安装柱（104），所述安装柱（104）上设置有光源（103），壳体（101）的内壁上设置有介电材料层（102），所述介电材料层（102）在所述光源（103）的照射下产生远红外线以辐射过流段（3）中的水体。

6.根据权利要求5所述的一种基于定向碳纳米管的水重构系统，其特征在于，按质量百分比计，所述介电材料层（102）中的成分包括：稀土混合物3~10%，微晶玻璃0.2~2%，玄武岩纤维0.1~0.5%，电气石2~5%，层状硅酸盐矿物25~46%，聚氨酯43~62%，其中，微晶玻璃的含量为玄武岩纤维的含量的2~4倍。

7.根据权利要求1所述的一种基于定向碳纳米管的水重构系统，其特征在于，还包括底座（15），所述底座（15）上设置有环形轨道（12），底座（15）的两侧设置有支撑体（14），所述支撑体（14）上设置有第二驱动装置（18），所述第二驱动装置（18）的输出端通过第一转轴（13）连接至过流段（3）的外壁上；第一容器（1）、第二容器（2）的盖体上均设置有滚轮机构，所述滚轮机构的转动辊（72）与环形轨道（12）的内表面抵接。

8.根据权利要求7所述的一种基于定向碳纳米管的水重构系统，其特征在于，所述环形轨道（12）的内部设置有减速台（16）；所述滚轮机构包括安装于第一容器（1）、第二容器（2）的盖体的外壁上的基座（71），所述基座（71）的内壁上设置有限位凸点（76），基座（71）内部的侧壁上设置有凹槽（78），所述凹槽（78）内设置有弹簧（75）和轴承（74），所述弹簧（75）为压缩弹簧，所述轴承（74）内活动设置有第二转轴（73），所述第二转轴（73）连接至转动辊（72），所述转动辊（72）上设置有若干限位卡槽（77），限位卡槽（77）的位置被配置为，当转动辊（72）受外力作用向基座（71）内移动一段距离后，限位卡槽（77）与限位凸点（76）啮合，转动辊（72）停止转动。

9.一种基于定向碳纳米管的水重构方法，其特征在于，采用权利要求1~8中任一项所述的水重构系统，包括以下步骤：

待转化水体进入至水重构系统中；

水体经过变径段、过流段，在第一容器和第二容器之间流动；

过流段中的水体持续受辐射部提供的磁场和电磁波辐射作用；

围绕竖直中轴线旋转的过流机构带动过流段中的水体形成涡流；

完成转化的水体从水重构系统中流出。

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