本實(shí)用新型涉及一種降低自然水中氘含量的設(shè)備。

背景技術(shù)：

氘是氫的同位素，是熱聚變反應(yīng)的核心原料。因氘原子核內(nèi)比氕多一個(gè)中子故氘原子量比氕大，為2.014。氘水廣泛存在于天然水中，冰川雪山水中含氘量為130-135ppm(質(zhì)量含量為0.013-0.0135％)，平原地區(qū)天然水中含氘量為150ppm，沿海地區(qū)含氘量略高，靠近赤道和赤道地區(qū)為155ppm。含氘量低于135ppm的水稱(chēng)之為低氘水DDW或超輕水，根據(jù)眾多醫(yī)學(xué)研究證明，低氘水具有抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)的效果，是一種優(yōu)質(zhì)健康飲用水，因此降低水中氘含量，尤其是飲用水中的含氘量對(duì)人體十分有利。

現(xiàn)有降低水中氘含量的方法或低氘水的制備方法主要有：冰凍法、精餾法、電解法和交換法等幾種。

冰凍法：利用氘水與氕水冰點(diǎn)不同的原理，通過(guò)控制天然水的冰點(diǎn)來(lái)從天然水中分離出氘水，通過(guò)分離出氘水降低水中的含氘量，但受溫度、氣壓等眾多因素影響導(dǎo)致冰點(diǎn)控制極其困難，耗水量大，成本高，故難以實(shí)際應(yīng)用。

精餾法：利用氘水與氕水沸點(diǎn)不同的原理，通過(guò)控制蒸發(fā)溫度將天然水中的氕水蒸發(fā)掉，然后再冷凝蒸發(fā)掉的氕水以制備出低氘水，該法是目前市場(chǎng)上的通用方法，但設(shè)備要求精度高，設(shè)備復(fù)雜，耗能大，成本高，控制難度大，耗水量大。而且該法還存在有如下不足：生產(chǎn)出的低氘水是蒸餾后低氘水，雖然具有低氘的優(yōu)勢(shì)但同時(shí)也將水中的礦物質(zhì)和人體必需的微量元素精餾殆盡，長(zhǎng)期飲用沒(méi)有礦物質(zhì)和微量元素的低氘水會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生不良影響。

電解法：利用氕離子較易在電極上富集并被電解成氕氣的原理，在電價(jià)較低的地區(qū)它被廣泛采用于生產(chǎn)氘水。該方法是電解自然水以產(chǎn)出氕氣和氧氣，收集氕氣和氧氣并使之反應(yīng)生產(chǎn)出氕水。該設(shè)備要求精度也高，設(shè)備復(fù)雜，耗能大，控制難度大，耗水量大，成本高，低氘水中未含礦物質(zhì)和微量元素。

交換法：利用化合物中的氫氣與之反應(yīng)生成氫氣再與氧氣反應(yīng)生成超輕水的方法，因?yàn)楦碑a(chǎn)物極多且難以達(dá)到環(huán)保要求，故該方法僅用于工業(yè)領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供了降低自然水中氘含量的設(shè)備，其克服了背景技術(shù)中降低水中含氘量所存在的不足。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題的所采用的技術(shù)方案是：

一種降低水中氘含量的設(shè)備，包括電化學(xué)反應(yīng)裝置和器體，該電化學(xué)反應(yīng)裝置包括一能使水發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的電極單元和一電接電極單元的電源單元，該器體設(shè)有用于供水流流過(guò)的流道，該電極單元插入器體的流道中，該電極單元包括能產(chǎn)生·OH自由基的陽(yáng)極和能產(chǎn)生H離子和D離子且D離子能自行組合反應(yīng)生成氘氣并脫離水體以降低水中氘含量的陰極。

一實(shí)施例之中：該陽(yáng)極采用催化性低析氧性的材料；該陰極采用催化性低析氫性的材料。

一實(shí)施例之中：該陽(yáng)極選用DSA電極、外涂貴金屬氧化物涂層電極、貴金屬電極、合金電極或非金屬電極；

該陰極選用鈦、鉭、鈮、鋯、釩、鉬或鎢的電極或者鈦、鉭、鈮、鋯、釩、鉬或鎢中至少兩種混合的合金電極。

一實(shí)施例之中：還包括排氣裝置，該排氣裝置接通流道的出水口，通過(guò)排氣裝置從水體中排出包含有氘氣的氣體。

一實(shí)施例之中：還包括儲(chǔ)水器，該儲(chǔ)水器接通排氣裝置的排水口。

一實(shí)施例之中：該陽(yáng)極和陰極都采用板狀結(jié)構(gòu)且平行間隔，該間隔間距為0.5mm-5mm。

本技術(shù)方案與背景技術(shù)相比，它具有如下優(yōu)點(diǎn)：

電極單元能使水發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，以在陽(yáng)極能產(chǎn)生·OH自由基，在陰極能產(chǎn)生H離子和D離子，H離子比D離子更易與·OH自由基重組成水，使得有D離子自行組合反應(yīng)生成氘氣并析出，通過(guò)析出氘氣氣體使得水體中的氘含量降低，可進(jìn)一步降低至低氘水，設(shè)備簡(jiǎn)單，易控，能耗低，耗水量低，提取成本低，而且水體中還保留了自然水中攜帶的人體必需的礦物質(zhì)和微量元素，可制備出一種健康優(yōu)質(zhì)飲用水。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是降低自然水中氘含量的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)查閱圖1，一種降低自然水中氘含量的設(shè)備，包括電化學(xué)反應(yīng)裝置10、器體20、排氣裝置30、儲(chǔ)水器40。

該器體20用于供水流流過(guò)，設(shè)有用于供水流流過(guò)的流道，如為電解槽。本實(shí)施例以電解槽為例但不限于電解槽，其它的結(jié)構(gòu)只要能供水流流經(jīng)或存水，且能供電極單元插入，能使電極單元接觸水即可。該器體如采用絕緣材料制成。

該電化學(xué)反應(yīng)裝置10包括電極單元和電接電極單元的電源單元11，該電極單元包括陽(yáng)極12和陰極13。

該陽(yáng)極12采用高催化性低析氧性(具有析氧過(guò)電位高的特性)的材料，該高催化性低析氧性是指具有生成電催化劑的能力以能從OH-奪取1個(gè)電子使其生 成難以還原成氧氣外逸的·OH自由基，因此電解自然水能使陽(yáng)極12周?chē)患H自由基。該陰極13采用高催化性低析氫性的材料，該高催化性低析氫性是指電解過(guò)程中能吸附或富集H+使其難以還原成氫氣外逸，因此電解自然水能使陰極13周?chē)交蚋患疕離子和D離子。

該陽(yáng)極12如選用DSA電極、外涂貴金屬氧化物涂層電極、貴金屬電極、合金電極或非金屬電極；該外涂貴金屬氧化物涂層電極如Ti、Ru、Ir、Sn、Pt、Pd氧化物涂層電極，具體如鈦基Pt氧化物涂層電極、鈦基Pd氧化物涂層電極等；該貴金屬電極如Pt、Pd、Ir、Ru等貴金屬電極；該非金屬電極如碳、石墨電極。上述的列舉并非用于限制陽(yáng)極12所采用的電極，根據(jù)需要只要具有電催化性能(可產(chǎn)生·OH-羥基自由基)的電極都可設(shè)為陽(yáng)極。

該陰極13如選用鈦電極、鉭電極、鈮電極、鋯電極、釩電極、鉬電極或鎢電極，該列舉并非用于限制陰極13所采用的電極，根據(jù)需要只要是高催化性低析氫材料制成即可。

該電源單元11采用直流開(kāi)關(guān)電源，但不限于直流開(kāi)關(guān)電源，其它如脈沖直流電源、全波硅整流電源等直流電源也可應(yīng)用在本實(shí)用新型中。

該陽(yáng)極12和陰極13的電極都采用面板結(jié)構(gòu)且電極與電極間平行排列，以提高析出氘氣效率。該面板結(jié)構(gòu)如為平面板、弧面板、曲面板等。該陽(yáng)極和陰極交替排列布置，使陽(yáng)極和陰極都是相對(duì)布置，該陽(yáng)極12和陰極14間隔間距為0.5mm-5mm，最好采用0.5mm-3mm，但不限于該距離，當(dāng)然電極也不限于平面狀，電極排列也不限于平行排列，只要天然水水流自陽(yáng)極和陰極間流過(guò)并發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)即可。

該電極單元的陽(yáng)極12和陰極13插入器體20的流道的水流中，如陽(yáng)極12和陰極13的相背向面分別靠接在器體20內(nèi)壁，使得水流能經(jīng)陽(yáng)極和陰極間流過(guò) 并發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，以能在陽(yáng)極12產(chǎn)生·OH自由基并在陽(yáng)極12周?chē)患?，能在陰極13產(chǎn)生H離子和D離子并在陰極13周?chē)患?/p>

因H離子(氕離子)在陰極13富集吸附并不易被還原逸出，·OH自由基在陽(yáng)極12富集吸附并不易被析出氧氣，因此這為二者重組反應(yīng)提供了充分條件，使得H離子和·OH自由基會(huì)迅速組成輕水。因D離子(氘離子)質(zhì)量是氕離子質(zhì)量的兩倍，使氘離子析出速度慢于氕離子析出速度，使氘離子爭(zhēng)奪的·OH離子的能力低于氕離子，使H離子比D離子更易與·OH自由基重組成水，而因D離子(氘離子)也在陰極13富集吸附，故富集的氘離子會(huì)自行組合反應(yīng)生成D2(氘氣)并從陰極析出，析出氣體脫離水體即構(gòu)成含有氘氣的氣體，該氣體中還會(huì)混合有析出的氫氣、氧氣，脫離氣體后的水體，降低了水中氘含量，可制備出低氘水。

該排氣裝置30連接器體20用于排出水中析出的氣體，其結(jié)構(gòu)如包括外殼31和一固裝在外殼31內(nèi)的濾膜阻氣器32，該外殼31通過(guò)管道連接在器體20的出水口，該外殼31上部設(shè)有排氣口，該外殼31下部設(shè)有排水口。該從器體20的出水口排出的水流經(jīng)濾膜阻氣器32，通過(guò)濾膜阻氣器32使水中的氣體脫離且氣體從排氣口出排出，已排出氣體的水經(jīng)排水口排出，該水體中已降低了氘含量。本實(shí)施例之中該排氣裝置30采用濾膜阻氣器32結(jié)構(gòu)，根據(jù)需要也可采用其它結(jié)構(gòu)只要能實(shí)現(xiàn)水氣分離即可。該儲(chǔ)水器40接通排氣裝置30的排水口。本實(shí)施例以配設(shè)儲(chǔ)水器為例，但根據(jù)需要也可不設(shè)儲(chǔ)水器，如直接將設(shè)在水路中，使得該器件構(gòu)成水路的一部分，使得流經(jīng)水路中的水流都起到降低含氘量的作用，根據(jù)需要該儲(chǔ)水器也可直接設(shè)為器件，將電極單元插入儲(chǔ)水器中通過(guò)析出氘氣實(shí)現(xiàn)降低氘含量作用。

根據(jù)需要，還可包括定時(shí)單元，該定時(shí)單元用于控制收集自電化學(xué)反應(yīng)開(kāi)始 起的1-60秒內(nèi)的氣體，如包括一設(shè)置在提取裝置的排氣口上的閥門(mén)，該定時(shí)單元控制閥門(mén)在電化學(xué)反應(yīng)開(kāi)始起的1-60秒內(nèi)處于打開(kāi)狀態(tài)，其余時(shí)間關(guān)閉。當(dāng)然，該定時(shí)單元還可電接電源單元，用于控制電源單元在電化學(xué)反應(yīng)開(kāi)始起的1-60秒后關(guān)閉電源?；蛘?，根據(jù)需要，還包括水流控制機(jī)構(gòu)，水流控制機(jī)構(gòu)用于控制水流流經(jīng)電極單元的時(shí)間為1-60秒。

本實(shí)施例中每平方米電流密度采用3-20安，但不限于該電流密度，因?yàn)槿魏坞娏髅芏冉钥僧a(chǎn)生氘氣，只是效率差別而已。

降低水中氘含量的方法，包括：

步驟1，電極單元使水發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，以在陽(yáng)極能產(chǎn)生·OH自由基，在陰極能產(chǎn)生H離子和D離子；

步驟2，H離子比D離子更易與·OH自由基重組成水，使得有D離子自行組合反應(yīng)生成氘氣并析出；

步驟3，使包含有氘氣的氣體流經(jīng)排氣裝置以使水體中的氣體逸出，逸出氣體的水體降低了水中氘含量。

如用于裝水的器件中，則收集從陰極析出的自電化學(xué)反應(yīng)開(kāi)始起的1-60秒內(nèi)的氣體或控制電催化時(shí)間在1-60秒。如用于流經(jīng)電極單元的器件中：該步驟1控制水流流經(jīng)電極單元的時(shí)間為1-60秒。上述的時(shí)間最佳為5-60秒。

電化學(xué)反應(yīng)前段(初始期的短時(shí)間內(nèi))既完成了析出氘氣的反應(yīng)最高可達(dá)85％以上，之后便進(jìn)入析(氫)(氕)期，氘氣與氕氣共析，但氘氣含量比例趨于0，本實(shí)施例中反應(yīng)時(shí)間約為60秒以?xún)?nèi)，但不限于此反應(yīng)時(shí)間。

以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例而已，故不能依此限定本實(shí)用新型實(shí)施的范圍，即依本實(shí)用新型專(zhuān)利范圍及說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本實(shí)用新型涵蓋的范圍內(nèi)。