CN116806209A - 用于处理水的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于对水进行氧化和处理的方法，包括在电磁能量源的存在下使至少一种黑色素装置与水体接触以引起水分子的解离和游离分子氧的释放，从而增加水的溶解氧水平并产生氧化水。黑色素装置由黑色素和化学惰性基质组成。黑色素被保持在基质内以防止黑色素分散在整个水中。电磁能是具有200nm至900nm的波长的可见或不可见光能。

Description

用于处理水的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年1月12日提交的美国临时申请No.63/136375的优先权，该美国临时申请的公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明的实施方式涉及水处理系统和方法，特别地用于处理地下水和灰水的系统和方法，以生产例如氧化饮用水和灌溉水。本发明的系统和方法也可用于废水处理，用于回收目的或使其安全地排放到周围环境中。

背景技术

本发明的基础是使用基于黑色素的形式。类似于植物中的叶绿素，黑色素具有解离和改造水分子的内在能力，从而同时产生氧气和氢气。然而，与叶绿素不同的是，黑色素能够在夜间和白天不断地解离水分子，因为黑色素吸收所有的电磁辐射，包括可见光和不可见光。

在人体内，水分子的解离使身体能够同时从解离的水分子中接收氧气和氢气，从而使身体不需要来自外部或人工来源的氧气。当氧气通过非自然途径(例如通过插管)引入身体内时，由于细胞含水量的原因，穿透肺部的空气通常无法通过肺泡的薄壁而到达血流，从而降低肺功能。因此，身体在体内获得氧气的生理途径是有重要意义的。体内所含的水分子的解离提供了最好的天然氧气来源。

因此，期望人类消耗的水具有某些特性，这些特性使人体能够容易且适当地解离水分子。特别地，期望的是，对于每一百万个水分子，使用具有至少100个氧分子的氧化水，所述水分子可以被人体中的黑色素适当地解离，进而产生供身体使用的氧气和氢气。

因此，本发明涉及例如，在供应给人群的饮用水中用于提高水中溶解氧和氢气水平的系统和方法。优选地，本发明产生具有6mg/L或更高的溶解氧水平的经处理水。

发明内容

实施方式1：在一个方面，本发明涉及一种对水进行氧化和处理的方法，所述方法包括在电磁能量源的存在下使至少一种黑色素装置与水体接触，以引起水分子的解离和游离分子氧的释放，从而增加所述水的溶解氧水平并产生氧化水，其中所述至少一种黑色素装置由黑色素和基质组成，其中所述基质对黑色素是化学惰性的，并且包括选自由硅、二氧化硅、钙、铝、聚乙烯、铁、钠、钾、镁、金、银、玻璃、聚碳酸酯、钙长石、石英、凝灰岩、冰砾泥、二氧化硅、砂石、泥沙、粘土、胶结剂、钛、氢、磷、锰、氟、钡、碳、锶、硫、锆、钨、钒、氯、铷、铬、铜、氮、镍和锌组成的组中的一种或多种材料，其中所述黑色素被保持在所述基质内以防止所述黑色素分散在整个水中，并且其中所述电磁能是具有200nm至900nm的波长的可见或不可见光能。

实施方式2：在一个方面，本发明涉及根据实施方式1所述的方法，其中所述基质包含氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾和镁的混合物。

实施方式3：在一个方面，本发明涉及根据实施方式2所的方法，其中所述至少一种黑色素装置包含基于所述至少一种黑色素装置的总重量的约44.8重量％的氧、基于所述至少一种黑色色素装置的总重量的约25.7重量％的Si、基于所述至少一种黑色素装置总重量的约7.5重量％的Al、基于所述至少一种黑色素装置的总重量的约4.7重量％的Fe、基于所述至少一种黑色素装置的总重量的约3.4重量％的Ca、基于所述至少一种黑色色素装置的总重量的约2.6重量％的Na、基于所述至少一种黑色素装置的总重量的约2.4重量％的K、基于所述至少一种黑色素装置的总重量的约1.9重量％的Mg和基于所述至少一种黑色素装置的总重量的约5重量％的黑色素。

实施方式4：在一个方面，本发明涉及根据前述实施方式中任一项所述的方法，其中所述黑色素是真黑色素。

实施方式5：在一个方面，本发明涉及根据前述实施方式中任一项所述的方法，其中所述氧化水的所述溶解氧水平为约6mg/L。

实施方式6：在一个方面，本发明涉及根据前述实施方式中任一项所述的方法，其中所述方法在12℃至30℃的温度进行。

附图说明

当结合附图阅读时，将更好地理解上述发明内容以及本发明的以下详细描述。为了说明本发明的目的，在附图中示出了当前优选的实施方式。然而，应当理解，本发明不限于所示的精确布置和手段。

在附图中：

图1A和图1B示出了根据本发明的一个实施方式的黑色素装置的同一部分的显微照片，但彼此相隔几秒钟被拍摄；

图2包括显示在光的存在下与水接触时从根据本发明的一个实施方式的黑色素装置产生的氢气和氧气气泡的照片；

图3A和图3B包括两个不同烧瓶体系的照片，其中一个烧瓶体系包含根据本发明的一个实施方式的雨水和黑色素装置，并且其中一个烧瓶体系仅包含雨水；

图4A-4D包括四个不同储罐体系的照片，所有这些储罐体系都包含根据本发明的一个实施方式的黑色素装置；

图5描绘了在经过约四年的时段后从图4A-4D中所示的储罐体系中采集的样品；和

图6A和图6B以图线方式描绘了两个不同的自来水体系的溶解氧水平，其中一个自来水体系包含根据本发明的一个实施方式的黑色素装置。

具体实施方式

本文中引用的所有专利和出版物均通过引用并入本文。除非另有定义，否则本文中使用的所有技术术语和科学术语与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义具有相同的含义。在其他方面，本文中使用的某些术语具有说明书中陈述的含义。

必须注意的是，在本文中使用的单数形式“一种”和“所述”包括复数形式，除非上下文另有明确规定。

如本文所用，术语“黑色素材料”是指以简单线性链脂族化合物或芳族化合物形式的黑色素、黑色素前体、黑色素衍生物、黑色素类似物和黑色素变体，包括天然和合成的黑色素、真黑色素、褐黑素、神经黑色素、多羟基吲哚、异黑素(alomelanin)、腐殖酸、富勒烯(fuleren)、石墨、聚吲哚醌、乙炔黑、吡咯黑、吲哚黑、苯黑(benzence black)、噻吩黑、苯胺黑、水合形式的聚醌、墨鱼黑色素、多巴黑、多巴胺黑、肾上腺素黑、邻苯二酚黑、4-胺邻苯二酚黑；或它们的前体，为酚、氨基酚或二酚、吲哚多酚、醌、半醌或氢醌、L-酪氨酸、L-多巴胺、吗啉、邻苯醌、二吗啉、卟啉黑、蝶呤黑和眼色素黑。如本文中使用的术语“黑色素”包括所有上述潜在材料。

在一个实施方式中，本发明涉及一种用于处理水，特别地用于对水进行氧化、氢化和净化的电化学体系和方法。该方法包括：优选地在天然光或人造光的存在下，使至少一种黑色素材料与待处理的原水接触，以影响水分子的解离并产生氧气分子和氢气分子。该光优选地具有主要包括200nm至900nm的波长。黑色素材料优选地通过被包含在黑色素装置中而从原水中分离，如将在下文中进一步详细描述的。

应该理解，待处理的原水，更特别地氧化原水和氢化原水，可以来自任何来源，例如但不限于雨水、地下水、径流水、海水、废水、灰水、蒸馏水等。

在一个实施方式中，原水被包含在容器中，并暴露在光(天然或人造)下。水优选地但不限于被保持在室温，并且更特别地被保持在约20℃的温度。

容器可以具有任何尺寸和形状。合适容器的示例包括但不限于烧瓶、桶、储罐、反应器或储水器。可以对容器进行搅动，也可以不进行搅动。容器的形状可以是，例如，立方体形、圆柱体形、球形、菱形、多面体形、矩形、平凹形、平凸形、双凸形、双凹形(其在暴露于光的一侧具有微透镜以集中光，而在另一侧是平坦的)、锥形、矩形棱柱形、斜棱柱形、四棱锥形、直截棱锥形、截头球截形、球截形、球心角体形、带圆柱形穿孔的球形、带圆锥形穿孔的球形、圆环体(圆截面环)形、带倾斜切口的圆柱体形、圆柱形楔形、半棱柱桶形等。

优选地，容器由透明或半透明材料制成，以允许光通过。例如，根据将要使用的光的波长，容器可以由石英制成，使得容器的壁就不会吸收紫外线辐射。如果确定并利用特定波长的光，则容器的材料可以具有允许最大透明度或吸收来自所关注的机电光谱的波长的颜色。容器可以由玻璃或电磁辐射的传输特性符合系统设计的最终需要的任何聚合物制成。可用于激励设计的波长优选但不排他地包括200nm至900nm。或者，容器可以由不透明材料形成，但具有一个开口端，光可以通过该开口端接触水和布置在其中的黑色素装置。

在另一个实施方式中，水不被容纳，而是自由流动以接触黑色素材料。不被容纳的水的示例包括但不限于海、海洋、湖泊、河流、溪流、小湾等中的水。此类自由流动的水体可以是自然产生的，也可以是人造的。

最优选的是，无论所述体系是在容器中还是在容纳但自由流动的水体中包含待处理的原水，该体系都优选地被设计为使原水和黑色素装置最大化地暴露于光，因为黑色素通过吸收光能(光子)将水分子氧化为O₂和H₂。虽然O₂和H₂分子是由黑色素装置仅通过使用光产生的，但氧气和氢气的产生可以通过以下增加：通过其他方式，例如用金属、电解质、有机分子和无机分子掺杂黑色素，或者通过控制光的特性，或者通过控制容器的特性来优化原水到光的暴露和黑色素的形成。

根据本发明的实施方式，黑色素材料选自黑色素、黑色素前体、黑色素衍生物、黑色素类似物和黑色素变体。在一个优选实施方式中，黑色素材料选自天然黑色素和合成黑色素。优选地，所述黑色素材料是真黑色素。黑色素可以由黑色素的氨基酸前体，例如L-酪氨酸合成。然而，鉴于本公开，黑色素材料可以通过本领域已知的任何方法，包括化学合成黑色素材料和从天然来源(例如植物和动物)分离黑色素材料来获得。

优选地，将黑色素材料嵌入一种或多种载体材料的基质或构建体中，从而形成黑色素装置，该黑色素装置将黑色素材料与待处理的原水隔离，并降低黑色素分子在水中的稀释、分散和降解速率。优选地，将黑色素保持在基质内以防止黑色素分散在整个水中。因此，黑色素材料可以持续几十年以进行氢化和氧化作用。

在一个优选的实施方式中，优选地为真黑色素的黑色素被浸渍或以其他方式嵌入至少一种与黑色素相容但不会与黑色素发生化学反应的载体材料中。优选地，所述一种或多种载体材料也不溶于水。可用于形成黑色素装置的载体材料的示例包括但不限于硅、二氧化硅、钙、铝、聚乙烯、铁、钠、钾、镁、金、银、玻璃、聚碳酸酯等及其组合。在一个实施方式中，黑色素装置的载体材料是天然存在的元素或材料，例如钙长石、石英、凝灰岩、冰砾泥、二氧化硅、砂石、泥沙、粘土及其混合物，和/或胶结剂，例如CaCO₃和Al/Fe氧化物。黑色素很容易被浸渍到此类元素和材料中。

在一个实施方式中，载体材料模仿地壳的载体材料。在一个实施方式中，黑色素装置的组成构成如下：

氧-基于黑色素装置的总重量约44.8重量％

Si-基于黑色素装置的总重量约25.7重量％

Al-基于黑色素装置的总重量约7.5重量％

Fe-基于黑色素装置的总重量约4.7重量％

Ca-基于黑色素装置的总重量约3.4重量％

Na-基于黑色素装置的总重量约2.6重量％

K-基于黑色素装置的总重量约2.4重量％

Mg-基于黑色素装置的总重量约1.9重量％

黑色素-基于黑色素装置的总重量约5重量％

其他-基于黑色素装置的总重量约2.6重量％

可用于黑色素装置的其他材料的示例包括但不限于钛、氢、磷、锰、氟、钡、碳、锶、硫、锆、钨、钒、氯、铷、铬、铜、氮、镍、锌等。

在一个实施方式中，黑色素装置包含：优选地3重量％至8重量％的黑色素材料，更优选地3重量％至5重量％的黑色素材料，最优选地约5重量％的黑色素材料。

参考图1A和图1B，示出了根据本发明的黑色素装置的同一部分的两张显微照片，但彼此相隔几秒钟被拍摄。两张照片之间的时间差证明，由于黑色素的存在，即使在很短的时间段内，也可以视觉观察到载体材料和整个黑色素装置的甚至细微的变化。

可以通过任何已知或尚未开发的适当措施将黑色素保持或嵌入载体材料中。在一个实施方式中，通过粘附将黑色素材料嵌入载体材料中。在另一个实施方式中，通过压缩将黑色素材料嵌入载体材料中。这是可行的，因为黑色素具有许多用于与其他元素结合的结合位点。

作为说明性示例，呈块状的且包括嵌入载体材料混合物中的黑色素材料的黑色素装置，可通过将载体材料、纯化水和真黑色素组合在由非活性材料制成的立方体形容器中制成。优选地，以5g/L的纯化水的浓度添加真黑色素。载体材料包含氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾和镁。将组分混合在一起，并允许混合物在容器中固化或硬化，使得硬化的混合物呈现容器的形状。

应当理解，黑色素装置可以具有任何尺寸或形状。例如，黑色素装置通常可以是平面的或平坦的，并且可以成形为圆柱体形、椭圆形、棱锥体形、球形、矩形、立方体形等。在一个优选实施方式中，黑色素装置的尺寸和总体几何形状符合或取决于待处理水的体积和自然运动。

还应理解，黑色素装置中黑色素和载体材料的相对浓度可以在上述范围之外变化，例如，从而满足特定最终用途或应用的需要。

黑色素装置可以接触全部或部分原水。在一个实施方式中，在原水被容纳在容器中的情况下，黑色素装置通常被浸没在水体的中心，使得其与所有的水(即容纳的水的全部体积)接触。在另一个实施方式中，在水被容纳在容器中时，黑色素装置被放置在水的表面上，使得其仅与所容纳的水的一部分接触，但不浸入其中。在另一个实施方式中，在水不被容纳的情况下(即，自由流动)，黑色素装置可以被浸入水的表面下，使得其与全部体积的水接触，或者被放置在水的表面上，使得其仅与水的一部分接触。

在一个实施方式中，只有单个黑色素装置被放置为与水接触，用于水的氧化和氢化。在另一个实施方式中，将多个黑色素装置与水接触以对其进行氧化和氢化。可以理解的是，水的氧化和氢化速率取决于各种因素，每种因素都可以根据需要进行调节，以达到所需的溶解氧水平。例如，可以通过如下来控制水分子的解离速率，从而控制水的氧化速率和水中溶解氧的水平：改变黑色素装置的尺寸、形状和/或表面积；使用的黑色素装置的数量；嵌入每个黑色素装置中的黑色素材料的量；待处理的水量；光的特性；原水暴露于光的程度；等等。在一个实施方式中，黑色素形式可以与水永久保持接触，因为黑色素可以执行其功能持续数百年。

在一个实施方式中，5体积％黑色素材料的1立方厘米黑色素块装置对50mL水的处理是有效的。然而，应当理解的是，黑色素装置的组成、总体积/尺寸、形状等可以根据多个因素而变化，所述多个因素例如待处理水的特性(即，污染水平、压力、温度等)、待处理水所暴露的光量、黑色素装置将被放置在待处理的水中的深度以及溶解氧水平的期望变化。优选地，黑色素装置被配制成在氧化水中达到6mg/L或更高的溶解氧水平。

用于通过增加水的溶解氧水平而对水进行氧化的方法包括将至少一个黑色素装置(黑色素块)与待处理的水接触，并将组件暴露于一定量的光。这可以在已知黑色素稳定的任何温度，优选地约-150℃至500℃进行。根据一个优选的实施方式，如果在-40℃至100℃，优选地0℃至50℃，更优选地12℃至30℃的温度范围，最优选地室温(约25℃)进行，则该方法更有效。然而，应当理解的是，优选的温度可以随着不同的实验条件，例如压力、光量、水量、水中的污染物以及溶解氧水平的期望增加而变化。

黑色素装置与原水的接触导致水分子的解离。由于氢原子和氧原子的非常稳定的结合，将水分子分离成氢原子和氧原子是一种高度吸能反应。通过利用黑色素和光能，可以在室温将水分子分离成氢原子和氧原子。在黑色素和光的存在下，水分子的解离以及游离氧和氢的最终释放可以通过以下反应表示：

2H₂O_(液体)→2H_2(气体)+O_2(气体)→2H₂O_(液体)+4e^-

因此，除了通过空气或作为植物副产物进入水中的溶解氧外，由于由黑色素装置引起的水分子解离，水中还会产生更多的溶解氧。如图2的照片中所示，从黑色素装置产生的氢气和氧气气泡实际上是肉眼可见的。

在待处理的原水包含植物生命或微生物(例如细菌或真菌)的情况下，这些植物形态和微生物将利用溶解氧达到其自身目的(如分解水中所含的有机物质)。然而，尽管植物形式和微生物将溶解氧用于其自身目的，但由于黑色素装置的存在，溶解氧继续在水中产生，以将水中的溶解氧水平保持在6mg/L或更高。

为了保持增加的溶解氧水平，容器或水体内的水的解离优选地是连续且恒定的，因为氧气往往会从水体/容器中泄漏。这在本发明中是可行的，因为黑色素吸收可见光和不可见光。在一个实施方式中，可以通过水的颜色逐渐增加的变化来观察黑色素材料对水的作用。

鉴于本公开，本领域已知的任何方法都可用于确定水中的溶解氧水平，例如，对溶解氧敏感的电极体系。

根据本发明的实施方式的对水进行氧化的方法优选地仅需要水、自然光和黑色素装置(黑色素块)的存在。具体地，由于黑色素吸收来自可见光和不可见光的光子能量，因此不需要额外施加能量来引起水分子的解离和自由氧的释放。因此，不需要复杂的设置或维护。然而，应当理解的是，如果需要，可以利用补充光源。此外，由于黑色素是人类已知的最稳定的分子之一，并且具有估计约为数百万年的半衰期，因此黑色素材料可以使用几十年才需更换。

除了被氧化和氢化，经处理的水还可以通过本发明的方法和系统变得澄清。也就是说，在光的存在下与水接触的黑色素装置引起水分子的解离，并且进一步引起水的澄清。

现在将参考以下实验实施例来描述本发明。然而，应当理解，本发明不限于下面所示的精确实验参数和结果。

实验1

使蒸馏水中的不同合成塑料纤维暴露于黑色素的能量下，目的是降解纤维，因为塑料被认为是一种广泛的污染物，并导致水的溶解氧水平增加。这些实验的结果提供在表1中。

烧瓶A-1、A-2、CA-1、CA-2、MC-1和MC-2均含有相同量的蒸馏水、合成纤维和多个黑色素装置，但不同烧瓶之中的合成纤维类型不同。每个黑色素装置包含5克真黑色素、28克硅、8克铝、4克钙、计算量为约40克的氧气和蒸馏水。

在烧瓶A-1、A-2、CA-1、CA-2、MC-1和MC-2中，每个黑色素装置被由合成纤维组成的织物包封。烧瓶A-3仅含有与烧瓶A-1、A-2、CA-1、CA-2、MC-1和MC-2相等量的蒸馏水(即作为对照)。烧瓶CA-3含有与烧瓶A-1、A-2、CA-1、CA-2、MC-1和MC-2相等量的蒸馏水和仅由载体材料形成的装置，其中载体材料与用于形成烧瓶A-1、A-2、CA-1，CA-2、MCA和MC-2的黑色素装置的载体材料相同。烧瓶MC-3含有与烧瓶A-1、A-2、CA-1、CA-2、MC-1和MC-2相等量的蒸馏水和多个黑色素装置，所述黑色素装置与烧瓶A-1，A-2、CA-1、CA-2，MC-1和MCA-2中使用的黑色素装置具有相同的量和类型，但未被包封在合成织物中。烧瓶A-1、A-2、A-3、CA-1、CA-2、CA-3、MC-1、MC-2和MC-3中每一个的体积为约500mL。

这些结果表明，黑色素倾向于平衡水中的pH和溶解氧水平。更特别地，随着时间的推移，黑色素倾向于使周围的水平衡到约7或7.4的pH和约6mg/L的溶解氧水平。

表1：实验1的pH和DO测量值烧瓶A-1烧瓶A-2

烧瓶A-3

天	pH	DO(mg/L)
			1	8.59	7.66
7	8.61	7.34
			12	8.38	7.20
20	7.93	7.15

烧瓶CA-1烧瓶CA-2

烧瓶CA-3

天	pH	DO(mg/L)
			1	10.19	7.73
7	11.53	7.34
			12	11.65	7.77
20	11.37	7.64

烧瓶MC-1烧瓶MC-2

烧瓶MC-3

天	pH	DO(mg/L)
			1	10.60	7.86
7	11.65	7.45
			12	11.76	7.15
20	11.60	7.10

实验2

将积聚在工业工厂地面上的雨水收集在两个烧瓶中。两个烧瓶中含有相同量的雨水。如图3A的照片中右侧的所示，一个烧瓶仅包含收集的雨水。如图3A照片左侧所示，另一个烧瓶包含收集的雨水和多个黑色素装置。每个黑色素装置与实验1中使用的那些黑色素装置相同。在第1天(即收集当天)，收集的雨水在两个烧瓶中的颜色均为浅黄色。24小时的时段后，在两个烧瓶中测量pH和溶解氧水平。24小时后，收集在不包含任何黑色素装置的烧瓶中的雨水表现出7.8的pH和11.91mg/L的溶解氧水平，而收集在包含多个黑色素装置的烧瓶中的雨水表现出11.90的pH和13.0mg/L的溶解氧水平。

持续四周后，再次测量两个烧瓶的pH值和溶解氧水平。这些烧瓶如图3B中所示。收集在不包含任何黑色素装置的烧瓶中的雨水表现出5.79的pH和12.2mg/L的溶解氧水平。收集在包含多个黑色素装置的烧瓶中的雨水表现出11.85的pH和13.2mg/L的溶解氧水平。因此，虽然收集在不包含任何黑色素装置的烧瓶中的雨水具有相对高的溶解氧水平，但它已经变成酸性的，不适合许多用途。另一方面，收集在包含多个黑色素装置的烧瓶中的雨水不仅被氧化，而且保持碱性。

而且，如从图3B的照片中可以观察到的，四周的时段后，设置有黑色素装置的雨水变得相对澄清，表明黑色素装置已经处理了雨水或使雨水澄清，而尚未与黑色素装置接触的雨水在颜色方面仍然是相对黄色的。这是因为雨水中含有的有机物被利用溶解氧的微生物或细菌分解。

实验3

将四个储罐充装有水、黑色素装置和有机物，即植物生命、鱼和鱼食，并进行了为期四年的监测。黑色素装置与实验1中使用的黑色素装置相同。每个储罐包含不同类型的鱼和不同类型的鱼食。储罐1的照片如图4A中所示，储罐2的照片如图4B中所示，储罐3的照片如图4C中所示，储罐4的照片如图4D中所示。

在四年的时段内定期测量每个储罐中所含水的pH、溶解氧水平和吸光度，并与蒸馏水的对照进行比较。表2提供了四年的时段后，对于这些参数中每一个，每个储罐内容物的测量值。

表2

即使储罐含有消耗或以其他方式使用相应储罐中产生的溶解氧的大量有机物(例如藻类和其他植物生命)，储罐的溶解氧水平仍保持相对较高(即接近或甚至高于6mg/L)，这是因为黑色素装置连续引起水分子的解离和游离氧的释放。而且，如从描绘了四年的时段后从每个储罐中提取的样品的图5的照片中可以看出的，水也变得澄清，表明它已经经过处理和澄清，并在一定范围内通过黑色素装置的存在得以纯化。

实验4

用与如实验2所用的雨水源相同的雨水源重复实验1。两个烧瓶只充装了雨水，而第三个烧瓶充装了雨水并设置有多个黑色素装置。立即测量每个烧瓶的pH、溶解氧水平、白利度和吸光度，以及蒸馏水对照的pH、溶氧水平、白利度和吸光度，这些结果显示在下表3中。

表3

样品(ΔT＝0)	pH	DO(mg/L)	°白利度	吸光度
					对照(蒸馏水)	7.82	6.91	0	0
烧瓶1(仅雨水)	6.82	6.77	0	0.416
					烧瓶2(仅雨水)	6.77	6.48	0	0.423
烧瓶3(雨水和黑色素装置)	7.16	6.41	0	0.433

在稍稍经过1小时的时段后，再次测量每个烧瓶的pH和溶解氧水平，以及蒸馏水对照的pH和溶氧水平，这些结果示于下表4中。

表4

如从表3和表4的上述结果可以看出的，即使在仅仅一个小时后，与未接触黑色素装置的雨水样品相比，黑色素装置的存在最初仍导致溶解氧水平增加。一周的时段后，再次测量每个烧瓶的pH和溶解氧水平，以及蒸馏水对照的pH和溶氧水平，这些结果示于下表5中。

表5

样品(ΔT＝约1周)	pH	DO(mg/L)	吸光度
				对照(蒸馏水)	7.66	7.96	0
烧瓶1(仅雨水)	7.43	7.12	4.13
				烧瓶2(仅雨水)	12.22	7.49	0.243
烧瓶3(雨水和黑色素装置)	7.50	6.09	0.424

如从上述结果中可以看出的，在延长的持续时间后，黑色素装置的存在使水的溶解氧水平平衡到约6mg/L。

实验5

在受控的实验室条件下分析了两种不同的自来水体系。第一体系(“体系1”)仅包含自来水。第二体系(“体系2”)包含自来水和实验1中所述的黑色素装置，其中比例为1立方厘米的黑色素装置相对于50mL水。注入氮气以挑战黑色素装置产生分子氧(即通过水分子的解离)的能力。具体地，注入氮气以最初将两个体系的氧水平降低到低于2mg/L。在约1小时的时段内，每30秒对两个体系进行溶解氧测量。两个体系的测量值如图6A和图6B中所示。

几乎立刻就可以确定黑色素装置的影响。不含黑色素装置的体系1的DO水平在1小时的时段内稳定下降，并最终稳定在低于0.5mg/L(更具体地，为约0.38mg/L)。因此，体系1不能补偿和克服氮气的存在以产生分子氧。相反，虽然包含黑色素装置的体系2的DO水平最初下降，但在约10分钟后观察到DO水平的峰值，并且在约1小时后DO水平略高于1.0mg/L(更具体地，为约1.1mg/L)。体系2中较高的DO水平只能归因于黑色素装置的存在。

因此，发现根据本发明的黑色素装置甚至能干克服氮气的存在，以通过水分子的恒定解离以恒定的方式产生或释放分子氧(O₂)。

本领域技术人员应理解，在不偏离上述实施方式和实施例的广义的本发明构思的情况下，可以对上述实施方式和实施例进行改变。因此，应当理解，本发明不限于所公开的特定实施方式，而是旨在涵盖如本文中定义的本发明的精神和范围内的变型。

Claims (6)

1.一种用于对水进行氧化和处理的方法，所述方法包括在电磁能量源的存在下使至少一种黑色素装置与水体接触以引起水分子的解离和游离分子氧的释放，从而增加所述水的溶解氧水平并产生氧化水，

其中所述至少一种黑色素装置由黑色素和基质组成，

其中所述基质对黑色素是化学惰性的，并且包括选自由硅、二氧化硅、钙、铝、聚乙烯、铁、钠、钾、镁、金、银、玻璃、聚碳酸酯、钙长石、石英、凝灰岩、冰砾泥、二氧化硅、砂石、泥沙、粘土、胶结剂、钛、氢、磷、锰、氟、钡、碳、锶、硫、锆、钨、钒、氯、铷、铬、铜、氮、镍和锌组成的组中的一种或多种材料，

其中所述黑色素被保持在所述基质内以防止所述黑色素分散在整个水中，并且

其中所述电磁能是具有200nm至900nm的波长的可见或不可见光能。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述基质包含氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾和镁的混合物。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一种黑色素装置包含基于所述至少一种黑色素装置的总重量的约44.8重量％的氧、基于所述至少一种黑色色素装置的总重量的约25.7重量％的Si、基于所述至少一种黑色素装置总重量的约7.5重量％的Al、基于所述至少一种黑色素装置的总重量的约4.7重量％的Fe、基于所述至少一种黑色素装置的总重量的约3.4重量％的Ca、基于所述至少一种黑色色素装置的总重量的约2.6重量％的Na、基于所述至少一种黑色素装置的总重量的约2.4重量％的K、基于所述至少一种黑色素装置的总重量的约1.9重量％的Mg和基于所述至少一种黑色素装置的总重量的约5重量％的黑色素。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述黑色素是真黑色素。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述氧化水的所述溶解氧水平为约6mg/L。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法在12℃至30℃的温度下进行。