TWI682902B - 氘耗乏水之製造方法、重水與輕水之分離方法及氘濃縮水之製造方法 - Google Patents

氘耗乏水之製造方法、重水與輕水之分離方法及氘濃縮水之製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明之課題係利用輕水對預定吸附劑之初期脫離速度比重水及半重水之初期脫離速度快，而短時間且容易地製造重水、半重水之濃度經降低之氘耗乏水(deuterium depleted water)。

本發明之解決手段係一種氘耗乏水之製造方法，其係從水將重水及半重水除去並製造氘耗乏水之方法，該製造方法具有下述步驟：使吸附有水蒸氣之預定吸附材料之周圍的相對壓降低，並在輕水之脫離速度>重水及半重水之脫離速度之時間帶之期間，將從上述吸附材料脫離之水蒸氣回收之脫離步驟。

Description

氘耗乏水之製造方法、重水與輕水之分離方法及氘濃縮水之製造方法
本發明係關於從一般製造之水中減少重水或半重水之量之氘耗乏水(低氘水)之方法。
又，本發明係關於從輕水分離重水及半重水之方法，以及製造含多量的重水及半重水之氘濃縮水之方法。
一般的水混合存在有H2O(輕水)與為含有氫原子同位素之氘原子的水分子之D2O(重水)及DHO(半重水)。存在於自然界之水所含之重水及半重水之濃度會依採取的場所而有差異，但平地為約150ppm左右，且其大多為半重水。
人體所含之重水及半重水之量，例如若是體重60kg的成人，則為體重之95ppm之微量。
然而，重水及半重水由於物質溶解度、導電度、游離度等物性及反應速度與輕水相異，故若大量攝取則會使生 體內反應失調，又，在純重水中生物會滅絕。因此，被認為飲用水等之氘濃度越低對人體健康而言越佳，而這驗證正在進行中。
雖然尚未經日本厚生勞動省認定，但幾乎不含重水及半重水之氘耗乏水在匈牙利已被認定為動物用抗癌劑，常有癌症患者等飲用。
就從一般的水製造氘耗乏水之方法而言，以往之技術，係藉由利用氫與氘之間微小的物理性質差異，重複蒸餾之方法(專利文獻1)、經水電解法之方法(專利文獻2)而製造氘耗乏水。
然而，製造氘耗乏水之以往之方法係需要大型設備、重複複雜的作業，其製造成本高。因此，對癌症患者、期待各種效能而期望飲用的人而言，造成龐大的經濟負擔。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特表2008-512338號公報
[專利文獻2]日本特開2012-158499號公報
本發明係為了解決上述問題點而研究完成者，並以短時間且容易地製造氘耗乏水作為課題。
又，本發明係容易地並且以低成本製造含多量之重水 及半重水之氘濃縮水作為課題。
本發明中，解決上述課題之手段係如以下所述。
第1發明係從水將重水及半重水除去並製造氘耗乏水之方法，該方法具有下述步驟：使吸附有水蒸氣之預定吸附材料之周圍的水蒸氣相對壓降低，並在輕水之脫離速度>重水及半重水之脫離速度之時間帶之期間，將從上述吸附材料脫離之水蒸氣回收之脫離步驟。
再者，在將含有多量之重水或半重水之水回收利用時，可用上述方法。
第2發明係從水將重水及半重水除去並製造氘耗乏水之方法，該方法具有下述步驟：使吸附有水蒸氣之預定吸附材料之周圍的水蒸氣相對壓降低，並僅在輕水之脫離速度>重水及半重水之脫離速度之時間帶之期間，將從上述吸附材料脫離之水蒸氣回收之脫離步驟。
第3發明係從水將重水及半重水除去並製造氘耗乏水之方法，該方法具有下述步驟：事先將2個以上的預定吸附材料串聯排列，使吸附有水蒸氣之上游側之上述吸附材料的周圍之水蒸氣相對壓降低，並在輕水之脫離速度>重水及半重水之脫離速度之時間帶之期間，將從上游側之上述吸附材料脫離之水蒸氣回收之上游側脫離步驟；以及使該已回收之水蒸氣吸附於下游側之上述吸附材料後，使下游側之上述吸附材料的周圍之水蒸氣相對壓降 低，並在輕水之脫離速度>重水及半重水之脫離速度之時間帶之期間，將從下游側之上述吸附材料脫離之水蒸氣回收之下游側脫離步驟。
再者，上游側脫離步驟中之回收水蒸氣之步驟、與下游側脫離步驟中之使該已回收的水蒸氣吸附於下游側之上述吸附材料之步驟可同時並行進行。
又，在將含有多量之重水或半重水之水回收利用時，可用上述方法。
第4發明係從水將重水及半重水除去並製造氘耗乏水之方法，該方法具有下述步驟：將水蒸氣供給至預定吸附材料，並在輕水之吸附速度>重水及半重水之吸附速度之時間帶之期間，使水蒸氣吸附到上述吸附材料，從上述吸附材料回收水蒸氣之吸附步驟。
再者，在將含有多量之重水或半重水之水回收利用時，可用上述方法。
第5發明係將水分離為輕水、與重水及半重水之方法，其係使吸附有水蒸氣之預定吸附材料之周圍的水蒸氣相對壓降低，並在輕水之脫離速度>重水及半重水之脫離速度之時間帶之期間，使水蒸氣從上述吸附材料脫離。
第6發明係將水分離為輕水、與重水及半重水之方法，其係將水蒸氣供給至預定吸附材料，並在輕水之吸附速度>重水及半重水之吸附速度之時間帶之期間，使水蒸氣吸附於上述吸附材料。
第7發明係從水將輕水除去並製造氘濃縮水之方法，其係使吸附有水蒸氣之預定吸附材料之周圍的水蒸氣相對壓降低，並在輕水之脫離速度>重水及半重水之脫離速度之時間帶之期間，使水蒸氣從上述吸附材料脫離之脫離步驟之後，將殘存於上述吸附材料之水回收。
第8發明係從水將輕水除去並製造氘濃縮水之方法，其係將水蒸氣供給至預定吸附材料，並在輕水吸附速度>重水及半重水之吸附速度之時間帶之期間，使水蒸氣吸附於上述吸附材料之吸附步驟之後，將不吸附於上述吸附劑之水蒸氣回收。
若依據第1發明，則可藉由從水將重水及半重水除去並製造氘耗乏水之方法，而使用比以往更精簡的裝置短時間且容易地製造氘耗乏水，其中，該方法具有下述步驟：使吸附有水蒸氣之預定吸附材料之周圍的水蒸氣相對壓降低，並在輕水之脫離速度>重水及半重水之脫離速度之時間帶之期間，將從上述吸附材料脫離之水蒸氣回收之脫離步驟。
又，殘留於吸附材料之水，由於多量含有經濃縮之重水及半重水，故亦可利用之。
若依據第2發明，則可藉由從水將重水及半重水除去並製造氘耗乏水之方法，而製造更低濃度之氘耗乏水，其中，該方法具有下述步驟：使吸附有水蒸氣之預定吸附材料之周圍的水蒸氣相對壓降低，並僅在輕水之脫 離速度>重水及半重水之脫離速度之時間帶之期間，將從上述吸附材料脫離之水蒸氣回收之脫離步驟。
又，殘留於吸附材料之水，由於多量含有經濃縮之重水及半重水，故亦可利用之。
若依據第3發明，則可藉由從水將重水及半重水除去並製造氘耗乏水之方法，而短時間且容易地製造氘濃度已進一步降低之氘耗乏水，其中，該方法具有下述步驟：事先將2個以上的預定吸附材料串聯排列，使吸附有水蒸氣之上游側之上述吸附材料的周圍之水蒸氣相對壓降低，並在輕水之脫離速度>重水及半重水之脫離速度之時間帶之期間，將從上游側之上述吸附材料脫離之水蒸氣回收之上游側脫離步驟；以及使該已回收之水蒸氣吸附於下游側之上述吸附材料後，使下游側之上述吸附材料的周圍之水蒸氣相對壓降低，並在輕水之脫離速度>重水及半重水之脫離速度之時間帶之期間，將從下游側之上述吸附材料脫離之水蒸氣回收之下游側脫離步驟。
又，殘留於吸附材料之水，由於多量含有經濃縮之重水及半重水，故亦可利用之。
若依據第4發明，則可藉由從水將重水及半重水除去並製造氘耗乏水之方法，而使用比以往更精簡的裝置短時間且容易地製造氘耗乏水，其中，該方法具有下述步驟：將水蒸氣供給至預定吸附材料，並在輕水之吸附速度>重水及半重水之吸附速度之時間帶之期間，使水蒸氣吸附到上述吸附材料，從上述吸附材料回收水蒸氣之吸 附步驟。
若依據第5發明，則可藉由下述方式而使用比以往更精簡的裝置低成本且容易地從輕水將重水及半重水分離，該方式係：使吸附有水蒸氣之預定吸附材料之周圍的水蒸氣相對壓降低，並在輕水之脫離速度>重水及半重水之脫離速度之時間帶之期間，使水蒸氣從上述吸附材料脫離。
若依據第6發明，則可藉由下述方式而使用比以往更精簡的裝置而低成本且容易地從輕水將重水及半重水分離，該方式係：將水蒸氣供給至預定吸附材料，並在輕水之吸附速度>重水及半重水之吸附速度之時間帶之期間，使水蒸氣吸附到上述吸附材料。
若依據第7發明，則可藉由下述方式而使用比以往更精簡的裝置而低成本且容易地製造氘濃縮水，該方式係：使吸附有水蒸氣之預定吸附材料之周圍的水蒸氣相對壓降低，並在輕水之脫離速度>重水及半重水之脫離速度之時間帶之期間，使水蒸氣從上述吸附材料脫離之脫離步驟之後，將殘存於上述吸附材料之水回收。
若依據第8發明，則可藉由下述方式而使用比以往更精簡的裝置而低成本且容易地製造氘濃縮水，該方式係：將水蒸氣供給至預定吸附材料，並在輕水之吸附速度>重水及半重水之吸附速度之時間帶之期間，使水蒸氣吸附到上述吸附材料之吸附步驟之後，將不吸附於上述吸附劑之水蒸氣回收。
1‧‧‧測定裝置
2‧‧‧水
3‧‧‧試驗管
4‧‧‧吸附材料
5、A、B、C、D、E‧‧‧吸附塔
6、16‧‧‧導入口
7、17‧‧‧通氣口
8、18‧‧‧回收口
11‧‧‧第1塔
12‧‧‧第2塔
13‧‧‧第3塔
14‧‧‧第4塔
15‧‧‧第5塔
V1、V2、…、V10‧‧‧閥
第1圖係表示測定輕水及重水對吸附材料之吸附速度及脫離速度之測定裝置之圖。
第2圖係表示輕水及重水對吸附材料之吸附速度之圖表。
第3圖係表示輕水及重水對吸附材料之脫離速度之圖表。
第4圖係表示本發明之第一實施形態所使用之吸附塔之圖。
第5圖係表示本發明之第二實施形態之結果之表。
第6圖係表示本發明之第三實施形態所使用之裝置之圖。
第7圖係表示本發明之第三實施形態之結果之表。
第8圖係表示本發明之第四實施形態所使用之裝置之圖。
第9圖係表示本發明之第六實施形態之結果之表。
第10圖係表示本發明之第七實施形態之結果之表。
以下，說明本發明之實施形態之氘耗乏水之製造方法。
本發明係利用輕水對預定吸附材料之初期吸附速度及脫離速度比重水及半重水對預定吸附材料之初期吸附速度及脫離速度快者。
<吸附速度及脫離速度之測定>
使用第1圖所示之測定裝置測定輕水、重水及半重水對吸附材料之吸附速度及脫離速度。
該測定裝置1中將使用氦氣作為水蒸氣的載體。再者，本實施形態雖使用氦氣，但只要係可作為水蒸氣的載體而使用之氣體即可，不限定載體種類。
首先，於水2中放出氦氣並將浮上來的氣體回收。接著，使該氦氣通過空的試驗管3，將多餘的水滴消去，再度回收氣體。
藉此，可得到含有水蒸氣之氦氣。
可藉由於該氦氣混合從別的系統供給之乾燥氮氣，而調控混合氣體的濕度(水蒸氣之相對壓)。
使該混合氣體通過配置有35.5mg之吸附材料4之管，變更混合氣體之濕度，藉此測定輕水及重水對吸附材料之吸附速度及脫離速度。混合氣體之供給速度係以使含有水蒸氣之氦氣與乾燥氮氣之合計成為50ml/min之方式而設定。又，使測定裝置1之全體保持15℃。
吸附材料4可例示活性碳、活性碳纖維、奈米碳管等碳系吸附材料；矽膠、沸石等無機多孔體等。
其中，AQSOA(註冊商標)、ALPO-5等AlPO系沸石之材料係吸附性能優異，而活性碳係低成本。
以下，依據使用活性碳(AD’ALL股份有限公司製活性碳纖維「A-20」)作為吸附材料之例來說明。
首先，欲測定吸附速度，要調整混合氣體 之混合比率，在一定時間將濕度40%之混合氣體供給至吸附材料4。接著，將濕度90%之混合氣體供給至吸附材料4，從在吸附材料之下游所回收之混合氣體中之輕水及重水之量之變化來測定各別之吸附速度。
第2圖之圖表係表示其結果。
如第2圖所示，自濕度90%之混合氣體之供給開始(0分鐘)起約10分鐘之期間，輕水之吸附速度非常快速，且大幅高於重水之吸附速度。
40分鐘至220分鐘之期間，輕水之吸附速度係中等程度，高於重水之吸附速度。
220分鐘以後，輕水之吸附速度急遽降低，低於重水之吸附速度。
輕水大約在230分鐘達到平衡狀態，重水大約在290分鐘達到平衡狀態。
再者，認為半重水之吸附速度係成為將輕水與重水平均之值。
欲測定脫離速度，要調整混合氣體之混合比率，在一定時間將濕度90%之混合氣體供給至吸附材料4，使水蒸氣吸附於吸附材料4。接著，將濕度40%之混合氣體供給至吸附材料4，從在吸附材料之下游所回收之混合氣體中之輕水及重水之量之變化來測定各別之脫離速度。
第3圖之圖表係表示其結果。再者，第3圖之圖表中，縱軸係吸脫附速度，因此縱軸之負數之值越大表示脫離速度越大。
如第3圖所示，自濕度40%之混合氣體之供給開始(0分鐘)起約10分鐘之期間，輕水之脫離速度非常快速，且大幅高於重水之脫離速度。
10分鐘至200分鐘之期間，輕水之脫離速度係中等程度，雖高於重水之脫離速度，但其差異微小。
200分鐘以後，輕水之脫離速度急遽降低，低於重水之脫離速度。
輕水大約在220分鐘達到平衡狀態，重水大約在250分鐘達到平衡狀態。
再者，認為半重水之脫離速度係為將輕水與重水平均之值。
<第一實施形態>
第一實施形態中，利用脫離速度快速之最初的10分鐘來得到氘耗乏水。
如第4圖所示，第一實施形態所用之吸附塔5之內部係配置有圖中未表示之由活性碳而成之吸附材料。又，吸附塔5形成有：水蒸氣及乾燥空氣之導入口6、氘耗乏水之通氣口7、回收口8。導入口6、通氣口7、回收口8分別配設有閥(valve)V1、V2、V3。
第一實施形態中，首先，在維持閥V3關閉的狀態下開放閥V1及閥V2，從導入口6將水蒸氣流入吸附塔5，使水蒸氣吸附於吸附材料4直到飽和為止。
接著，使水蒸氣從吸附材料5脫離。
欲使水蒸氣從吸附材料5脫離，要使吸附材料的周圍之水蒸氣相對壓(吸附平衡壓/飽和水蒸氣壓)降低。就使相對壓降低之方法而言，可想到減壓、流入乾燥氣體、或使氣溫上昇等方法。例如，第1圖所示之實施形態中，可想到僅供給乾燥氮氣等，但使水蒸氣相對壓降低之方法不限於此。
接著，在關閉閥V2的同時開放閥V1、V3，從導入口6供給濕度0%之乾燥空氣10分鐘，從回收口8回收水蒸氣。
再者，本實施形態中，在吸附步驟供給至吸附塔之水蒸氣相對壓(吸附平衡壓/飽和水蒸氣壓)係0.9，在脫離步驟所供給之乾燥空氣之相對壓係0.4。惟，各步驟之相對壓之數值等條件不限於上述實施形態，例如可依吸附材料種類等其他條件而變動。
自脫離開始起之10分鐘，輕水之平均脫離速度係0.53mmol/min，半重水之平均脫離速度之計算值係0.47mmol/min，重水之平均脫離速度係0.42mmol/min。
第一實施形態中，相對於吸附於吸附材料之水蒸氣1g，可從回收口8回收74mg之水蒸氣。又，供給至吸附塔之一般的水蒸氣之氘濃度(重水及半重水之濃度)係150ppm，而從回收口8回收之水蒸氣之氘濃度降低至135ppm。
之後，在關閉閥V3的同時開放閥V1、V2，供給乾燥空氣，藉此可使殘留於吸附塔內之水蒸氣從通氣口7除去。
如此，第一實施形態中，可短時間且有效率地製造氘濃度經減少之氘耗乏水(水蒸氣)。
<第二實施形態>
第二實施形態係將第一實施形態作為1循環並重複複數次。
首先，進行第一實施形態之步驟，從回收口8回收水蒸氣，使殘留於吸附塔5內之水蒸氣從通氣口7除去(第1次循環)。
接著，將該已回收之水蒸氣從導入口6再度導入，吸附至吸附材料直到飽和為止，之後供給乾燥空氣10分鐘，從回收口8回收水蒸氣。之後，將殘留於吸附塔5之水蒸氣從通氣口7除去(第2次循環)。
將該等步驟重複至第5次循環為止。
第5圖左欄係表示：各循環中，可從回收口8回收之水蒸氣之氘濃度、與相對於第1次循環中供給之水蒸氣1g可回收之水蒸氣量。
第5次循環中，從回收口8回收之水蒸氣之氘濃度成為88ppm。又，第5次循環中，相對於第1次循環中供給之水蒸氣1g，可從回收口8回收2.2μg之水蒸氣。
又，第5圖右欄係表示：各循環中，從通氣口7廢棄之水蒸氣之氘濃度、與相對於第1次循環中供給之水蒸氣1g所廢棄之水蒸氣量。
第二實施形態中，可短時間且有效率地製造氘濃度已進一步減少之氘耗乏水(水蒸氣)。
<第三實施形態>
第三實施形態中，使用串聯連接有5個內藏有吸附材料之吸附塔之裝置。
如第6圖所示，該裝置係將第1塔11至第5塔15之5個吸附塔以連接管串聯連接而成。
第1塔11形成有導入口16與通氣口17。又，第5塔15形成有回收口18。
導入口16、通氣口17、連接各個吸附塔之連接管、及回收口18設置有閥V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10。
可依需要而於各吸附塔分別設置導入口及通氣口。
該裝置中，事先使氘濃度150ppm之水蒸氣吸附於第1塔11之吸附材料、使氘濃度135ppm之水蒸氣吸附於第2塔12之吸附材料、使氘濃度121ppm之水蒸氣吸附於第3塔13之吸附材料、使氘濃度109ppm之水蒸氣吸附於第4塔14之吸附材料、使氘濃度98ppm之水蒸氣吸附於第5塔15之吸附材料直到分別以相對壓0.9飽和為止。
第三實施形態中，首先，在僅開放回收口18之閥V10的同時將第5塔15之相對壓減壓至0.4，將從吸附材料脫離之水蒸氣回收10分鐘後，關閉閥V10。
接著，開放閥V9，將第4塔14之相對壓減壓至0.4，將從吸附材料脫離之水蒸氣於10分鐘移動至第5塔15，關閉閥V9。
之後，開放閥V8，將第3塔13之相對壓減壓至0.4， 將從吸附材料脫離之水蒸氣於10分鐘移動至第4塔14，關閉閥V8。
接著，開放閥V7，第2塔12之相對壓減壓至0.4，將從吸附材料脫離之水蒸氣於10分鐘移動至第3塔13，關閉閥V7。
之後，開放閥V6，第1塔11之相對壓減壓至0.4，將從吸附材料脫離之水蒸氣於10分鐘移動至第2塔12，關閉閥V6。
接著，開放閥V5，將第1塔11之內部殘留的水蒸氣從通氣口17除去後，開放閥V4，從導入口16導入150ppm之水蒸氣以相對壓0.9飽和吸附於吸附材料，關閉閥V4、V5。
將至此為止的步驟作為1循環，重複複數次循環。
第7圖之表係表示：第1次循環、第2次循環、第3次循環、第15次循環中，各吸附塔之從吸附材料脫離之水蒸氣之氘濃度。又，亦表示第12次循環中，各吸附塔之殘留於吸附材料之水蒸氣之氘濃度。
第三實施形態中，藉由重複直到第15次循環為止，可在短時間多量得到氘濃度為100ppm以下之水蒸氣。
又，同時進行從第5塔15回收水蒸氣之步驟、將水蒸氣從第3塔13移動至第4塔14之步驟、將水蒸氣從第1塔11移動至第2塔12之步驟，接著，同時進行將水蒸氣 從第4塔14移動至第5塔15之步驟、將水蒸氣從第2塔12移動至第3塔13之步驟、將第1塔11之水蒸氣替換之步驟，藉此1循環所需之時間可縮短至2步驟份。
又，第12次循環結束時，將殘留於第1塔11之內部之水蒸氣從通氣口17除去，將殘留於第2塔12之內部之水蒸氣移動至第1塔11，將殘留於第3塔13之內部之水蒸氣移動至第2塔12，將殘留於第4塔14之內部之水蒸氣移動至第3塔13，將殘留於第5塔15之內部之水蒸氣移動至第4塔14，將氘濃度為98ppm之水蒸氣供給至第5塔，藉此可使各吸附塔之水蒸氣之氘濃度恢復成與第1次循環開始前幾乎相同。
據此，可有效率地從第1次循環重複至第12次循環。
第三實施形態中，可更短時間且有效率地製造氘濃度進一步減少之氘耗乏水(水蒸氣)。
又，可從第5塔15得到與導入第1塔11之水蒸氣幾乎同量之氘耗乏水(水蒸氣)，故可提升生產性。
再者，可再利用殘留於各吸附塔之水蒸氣，重複循環，故可進一步提升生產性。
<第四實施形態>
第四實施形態中，使用將5個內藏有吸附材料之吸附塔串聯且連接為環狀而成之裝置。
如第8圖所示，該裝置係將吸附塔A至吸附塔E之5個吸附塔以連接管串聯且連接為環狀而成者。
又，吸附塔A、B、C、D、E分別形成有導入口(圖中 未表示)、通氣口(圖中未表示)及回收口(圖中未表示)。
導入口、通氣口、連接各個吸附塔之連接管、及回收口分別設置有閥。
第四實施形態中，首先，將吸附塔A當作第三實施形態之第1塔11、吸附塔B當作第三實施形態之第2塔12、吸附塔C當作第三實施形態之第3塔13、吸附塔D當作第三實施形態之第4塔14、吸附塔E當作第三實施形態之第5塔15，進行第三實施形態之第1次循環至第12次循環。
接著，將殘留於相當於第1塔11之吸附塔A之內部之水蒸氣從通氣口除去，從導入口供給98ppm之水蒸氣並飽和吸附於吸附材料。
之後，將吸附塔B當作第三實施形態之第1塔11、吸附塔C當作第三實施形態之第2塔12、吸附塔D當作第三實施形態之第3塔13、吸附塔E當作第三實施形態之第4塔14、吸附塔A當作第三實施形態之第5塔15，進行第三實施形態之第1次循環至第12次循環。
如此，以使吸附塔A之功用成為第1塔11、第5塔15、第4塔14、第3塔13、第2塔12、第1塔11…之方式每12循環依序變更，其他之吸附塔B至E之功用與此相對應。
第四實施形態中，與第三實施形態相比，不用移動殘留於各吸附塔之水蒸氣即可再利用，因此可節省水蒸氣之移動所需之時間及動力，可以更短時間且低成 本製造氘耗乏水。
<第五實施形態>
第五實施形態，係利用第3圖之圖表中，脫離開始10分鐘後至200分鐘之輕水之脫離速度為中等程度且高於重水之脫離速度之時間帶。
亦即，將第一實施形態中，從回收口8回收水蒸氣之時間變更為自導入乾燥空氣並使水蒸氣從吸附材料脫離起100分鐘。
第五實施形態中，第4圖之吸附塔5中，首先，在維持閥V3關閉的狀態下開放閥V1、V2，從導入口6將水蒸氣流入吸附塔5，使水蒸氣吸附於吸附材料直到飽和為止。
接著，在關閉閥V2的同時開放閥V1、V3，從導入口6供給濕度0%之乾燥空氣100分鐘，從回收口8回收水蒸氣。
再者，供給至吸附塔5之水蒸氣相對壓及乾燥空氣相對壓係與第一實施形態相同。
自脫離開始起之100分鐘，輕水之平均脫離速度係0.21mmol/min，半重水之平均脫離速度之計算值係0.19mmol/min，重水之平均脫離速度係0.17mmol/min。
第五實施形態中，相對於吸附於吸附塔5之水蒸氣1g，可從回收口8回收333mg之水蒸氣。又，供給至吸附塔5之一般的水蒸氣之氘濃度(重水及半重水之濃度)係150ppm，然而從回收口8回收之水蒸氣之氘濃度降低至 136ppm。
之後，在關閉閥V3的同時開放閥V1、V2，供給乾燥空氣，藉此可使殘留於吸附塔5之內部之水蒸氣除去。
如此，第五實施形態中，可短時間且有效率地製造氘濃度經減少之氘耗乏水(水蒸氣)。
<第六實施形態>
第六實施形態係將第二實施形態中從回收口8回收水蒸氣之時間，變更為自導入乾燥空氣並使水蒸氣從吸附材料脫離起100分鐘。
首先，進行第五實施形態之步驟，從回收口8回收水蒸氣，將殘留於吸附塔5內之水蒸氣從通氣口除去(第1次循環)。
接著，將該已回收之水蒸氣從導入口6導入並吸附於吸附材料直到飽和為止，之後供給乾燥空氣100分鐘，從回收口8回收水蒸氣。之後，將殘留於吸附塔5之水蒸氣從通氣口7除去(第2次循環)。
將該等步驟重複至第5次循環為止。
第9圖左欄係表示：各循環中，可從回收口8回收之水蒸氣之氘濃度、與相對於第1次循環中供給之水蒸氣1g可回收之水蒸氣量。
第5次循環中，從回收口8回收之水蒸氣之氘濃度成為91ppm。又，第5次循環中，相對於1第次循環中供給之水蒸氣1g，可從回收口8回收4.1mg之水蒸氣。
又，第9圖右欄係表示：各循環中，從通氣 口7廢棄之水蒸氣之氘濃度、與相對於第1次循環中供給之水蒸氣1g所廢棄之水蒸氣量。
第六實施形態，可短時間且有效率地製造氘濃度已進一步減少之氘耗乏水(水蒸氣)。
<第七實施形態>
第七實施形態係將第三實施形態中從回收口18回收水蒸氣之時間，變更為自導入乾燥空氣並使水蒸氣從吸附材料脫離起100分鐘。
第七實施形態中，第6圖之裝置中，事先使氘濃度150ppm之水蒸氣吸附至第1塔11之吸附材料、氘濃度136ppm之水蒸氣吸附至第2塔12之吸附材料、氘濃度123ppm之水蒸氣吸附至第3塔13之吸附材料、氘濃度111ppm之水蒸氣吸附至第4塔14之吸附材料、氘濃度101ppm之水蒸氣吸附至第5塔15之吸附材料直到分別以相對壓0.9飽和為止。
第七實施形態中，首先，在僅開放回收口18之閥V10的同時將第5塔15之相對壓減壓至0.4，將從吸附材料脫離之水蒸氣回收100分鐘後，關閉閥V10。
接著，開放閥V9，將第4塔14之相對壓減壓至0.4，將從吸附材料脫離之水蒸氣於100分鐘移動至第5塔15，關閉閥V9。
之後，開放閥V8，將第3塔13之相對壓減壓至0.4，將從吸附材料脫離之水蒸氣於100分鐘移動至第4塔14，關閉閥V8。
接著，開放閥V7，將第2塔12之相對壓減壓至0.4，將從吸附材料脫離水蒸氣於100分鐘移動至第3塔13，關閉閥V7。
之後，開放閥V6，將第1塔11之相對壓減壓至0.4，將從吸附材料脫離之水蒸氣於100分鐘移動至第2塔12，關閉閥V6。
接著，開放閥V5，將第1塔11之內部殘留的水蒸氣從通氣口17除去後，開放閥V4，從導入口16導入150ppm之水蒸氣以相對壓0.9飽和吸附於吸附材料，關閉閥V4、V5。
將至此為止的步驟作為1循環，重複複數次循環。
第10圖之表係表示：第1次循環、第2次循環、第3次循環中，各吸附塔之從吸附材料脫離之水蒸氣之氘濃度。又，亦表示第3次循環中，各吸附塔之殘留於吸附材料之水蒸氣之氘濃度。
第七實施形態中，藉由重複直到第3次循環為止，可在短時間多量得到平均而氘濃度為100ppm以下之水蒸氣。
又，同時進行從第5塔15回收水蒸氣之步驟、將水蒸氣從第3塔13移動至第4塔14之步驟、將水蒸氣從第1塔11移動至第2塔12之步驟，接著，同時進行將水蒸氣從第4塔14移動至第5塔15之步驟、將水蒸氣從第2塔12移動至第3塔13之步驟、將第1塔11之水蒸氣替換之 步驟，藉此1循環所需之時間可縮短至2步驟份。
又，第2次循環結束時，將殘留於第1塔11之內部之水蒸氣從通氣口17除去，將殘留於第2塔12之內部之水蒸氣移動至第1塔11，將殘留於第3塔13之內部之水蒸氣移動至第2塔12，將殘留於第4塔14之內部之水蒸氣移動至第3塔13，將殘留於第5塔15之內部之水蒸氣移動至第4塔14，將氘濃度為101ppm之水蒸氣供給至第5塔，藉此可使各吸附塔之水蒸氣之氘濃度恢復成與第1次循環開始前幾乎相同。
據此，可有效率地從第1次循環重複至第2次循環。
第七實施形態中，可更短時間且有效率地製造氘濃度進一步減少之氘耗乏水(水蒸氣)。
又，可從第5塔得到與導入第1塔之水蒸氣幾乎同量之氘耗乏水(水蒸氣)，故可提升生產性。
再者，可再利用殘留於各吸附塔之水蒸氣，重複循環，故可進一步提升生產性。
<第八實施形態>
第八實施形態係將第四實施形態中從回收口回收水蒸氣之時間，變更為導入乾燥空氣並使水蒸氣從吸附材料脫離起100分鐘。
第八實施形態中，第8圖之裝置中，首先，將吸附塔A當作第七實施形態之第1塔11、吸附塔B當作第七實施形態之第2塔12、吸附塔C當作第七實施形態之第3塔13、吸附塔D當作第七實施形態之第4塔14、吸附塔E當作第七實施形態之第5塔15，進行第七實施形態之第1次循環至第3次循環。
接著，將殘留於相當於第1塔11之吸附塔A之內部之水蒸氣從通氣口除去，從導入口供給101ppm之水蒸氣並附著於吸附材料。
之後，將吸附塔B當作第七實施形態之第1塔11、吸附塔C當作第七實施形態之第2塔12、吸附塔D當作第七實施形態之第3塔13、吸附塔E當作第七實施形態之第4塔14、吸附塔A當作第七實施形態之第5塔15，進行第七實施形態之第1次循環至第3次循環。
如此，以使吸附塔A之功用成為第1塔11、第5塔15、第4塔14、第3塔13、第2塔12、第1塔11…之方式每3循環依序變更，其他之吸附塔B至E之功用與此相對應。
第八實施形態中，與第七實施形態相比，不用移動殘留於各吸附塔之水蒸氣即可再利用，因此可節省水蒸氣之移動所需之時間及動力，可以更短時間且低成本製造氘耗乏水。
<第九實施形態>
第九實施形態係利用吸附速度快速之最初的10分鐘，得到氘耗乏水。
第九實施形態亦使用第一實施形態所用之吸附塔5。
第九實施形態中，首先，在維持閥V3關閉的狀態下開放閥V1、V2，從導入口6將相對壓0.4之乾燥 空氣流入吸附塔5，使吸附材料保持乾燥狀態。
接著，從導入口6將相對壓0.9之水蒸氣流入吸附塔5，10分鐘使水蒸氣吸附於吸附材料。
之後，將吸附材料之表面以遮蓋物(cover)等覆蓋等而將吸附於吸附材料之水蒸氣與空氣中之水蒸氣阻隔後，從通氣口7將空氣中之水蒸氣除去。
接著，從吸附材料將遮蓋物等取下，在關閉閥V2的同時開放閥V1、V3，從導入口6流入乾燥空氣，將吸附於吸附材料之水蒸氣從回收口8回收。
如此，第九實施形態中，可短時間且有效率地製造氘濃度經減少之氘耗乏水(水蒸氣)。
當如第九實施形態利用吸附速度差異之情形，可將使水蒸氣吸附於吸附材料之時間變更為50分鐘、100分鐘。
又，可重複複數次第九實施形態之步驟，使水蒸氣之氘濃度進一步降低。
再者，可使用如第三實施形態將吸附塔串聯連接而成之裝置、如第四實施形態串聯且連接為環狀而成之裝置，製造氘耗乏水。
再者，第一實施形態至第九實施形態中所用之各「閥」可依需要而以「泵」或「閥及泵」代用。
若使用閥則可防止水蒸氣、乾燥空氣之逆流，若使用泵則可加速水蒸氣、乾燥空氣之移動，因此以併用閥及泵為最佳。
第一實施形態至第八實施形態中，僅在輕水之脫離速度>重水及半重水之脫離速度之時間帶之期間，使水蒸氣從吸附材料脫離並回收，但若自脫離開始之合計會成為輕水之脫離速度>重水及半重水之脫離速度，則脫離步驟之一部分可包含輕水之脫離速度≦重水及半重水之脫離速度之時間帶。
又，第九實施形態中，僅在輕水之吸附速度>重水及半重水之吸附速度之時間帶之期間，使水蒸氣吸附於吸附材料並回收，但若自吸附開始之合計會成為輕水之吸附速度>重水及半重水之吸附速度，則吸附步驟之一部分可包含輕水之吸附速度≦重水及半重水之吸附速度之時間帶。
該等變形例亦可製造氘濃度比一般的水減少之水。
再者，第一實施形態至第九實施形態中，雖將氘濃度超過150ppm之水蒸氣廢棄，但亦可將該氘濃縮水回收，並用於需要重水及半重水之用途。
又，即使是上述所例示之吸附材料以外之吸附材料，亦可藉由上述方法測定水蒸氣之吸附速度及脫離速度，並依此適用第一實施形態及第九實施形態之氘耗乏水製造方法。

Claims (8)

  1. 一種氘耗乏水之製造方法，其係從水將重水及半重水除去並製造氘耗乏水之方法，且該製造方法係具有下述步驟：使吸附有水蒸氣之預定吸附材料之周圍的水蒸氣相對壓降低，並在輕水之脫離速度>重水及半重水之脫離速度之時間帶之期間，將從上述吸附材料脫離且氘濃度較吸附於上述吸附材料之水蒸氣低的水蒸氣回收之脫離步驟。
  2. 一種氘耗乏水之製造方法，其係從水將重水及半重水除去並製造氘耗乏水之方法，且該製造方法係具有下述步驟：使吸附有水蒸氣之預定吸附材料之周圍的水蒸氣相對壓降低，並僅在輕水之脫離速度>重水及半重水之脫離速度之時間帶之期間，將從上述吸附材料脫離且氘濃度較吸附於上述吸附材料之水蒸氣低的水蒸氣回收之脫離步驟。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之氘耗乏水之製造方法，其係從水將重水及半重水除去並製造氘耗乏水之方法，且該製造方法係具有下述步驟：事先將2個以上的預定吸附材料串聯排列，使吸附有水蒸氣之上游側之上述吸附材料的周圍之水蒸氣相對壓降低，並在輕水之脫離速度>重水及半重水之脫離速度之時間帶之期間，將從上游側之上 述吸附材料脫離之水蒸氣回收之上游側脫離步驟；以及使該已回收之水蒸氣吸附於下游側之上述吸附材料後，使下游側之上述吸附材料的周圍之水蒸氣相對壓降低，並在輕水之脫離速度>重水及半重水之脫離速度之時間帶之期間，將從下游側之上述吸附材料脫離之水蒸氣回收之下游側脫離步驟。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之氘耗乏水之製造方法，其中，前述預定的吸附材料含有碳系吸附材料或無機多孔體。
  5. 一種重水與輕水之分離方法，其係將水分離為輕水、與重水及半重水之方法，且該分離方法係：使吸附有水蒸氣之預定吸附材料之周圍的水蒸氣相對壓降低，並在輕水之脫離速度>重水及半重水之脫離速度之時間帶之期間，使氘濃度較吸附於上述吸附材料之水蒸氣低的水蒸氣從上述吸附材料脫離。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之重水與輕水之分離方法，其中，前述預定的吸附材料含有碳系吸附材料或無機多孔體。
  7. 一種氘濃縮水之製造方法，其係從水將輕水除去並製造氘濃縮水之方法，且該製造方法係：使吸附有水蒸氣之預定吸附材料之周圍的水蒸氣相對壓降低，並在輕水之脫離速度>重水及半重水之脫離速度之時間帶之期間，使氘濃度較吸附於上述吸 附材料之水蒸氣低的水蒸氣從上述吸附材料脫離之脫離步驟之後，將殘存於上述吸附材料且氘濃度較吸附於上述吸附材料之水蒸氣高之水回收。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之氘濃縮水之製造方法，其中，前述預定的吸附材料含有碳系吸附材料或無機多孔體。
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