本實(shí)用新型涉及一種從水中提取包含有氘氣的氣體的設(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。

現(xiàn)有提取包含有氘氣的氣體的方法，如CN101569799A、CN101575086A等所記載的，通過電解方法從重水(氘水)中提取氘氣，而現(xiàn)有重水的提取方法主要有：冰凍法、精餾法、電解法等幾種。

冰凍法：利用氘水與氕水冰點(diǎn)不同的原理，通過控制天然水的冰點(diǎn)來從天然水中分離出氘水，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，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，通過控制蒸發(fā)溫度將天然水中的氕水蒸發(fā)掉以留下氘水，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，控制難度大，耗水量大。

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，剩余在電解槽內(nèi)的就是氘水，但設(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。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供了從水中提取氘氣的設(shè)備，其克服了背景技術(shù)中提取氘氣的方法所存在的不足。

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

一種從水中提取包含有氘氣的氣體的設(shè)備，包括電化學(xué)反應(yīng)裝置和提氣裝置，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，該電極單元包括通過電化學(xué)反應(yīng)使陽極能產(chǎn)生·OH自由基的陽極和能產(chǎn)生H離子和D離子且該D離子能自行組合反應(yīng)生成氘氣并析出的陰極，該提氣裝置連接電化學(xué)反應(yīng)裝置以收集脫離水體的包含有氘氣的氣體。

一實(shí)施例之中：該陽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：還包括儲(chǔ)氣器，該儲(chǔ)氣器連接提氣裝置。

一實(shí)施例之中：還包括器體，該器體設(shè)有用于供水流流過的流道，該電極單元插入器體的流道中。

一實(shí)施例之中：該陽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。

一實(shí)施例之中：還包括定時(shí)單元和開關(guān)閥，該提氣裝置設(shè)排氣口，該定時(shí)單元電接開關(guān)閥和電源單元，該開關(guān)閥設(shè)在提氣裝置的排氣口。

一實(shí)施例之中：還包括水流控制機(jī)構(gòu)，水流控制機(jī)構(gòu)連接器體的流道。

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，收集脫離水體的包含有氘氣的氣體，能直接從自然水中提取出包含有氘氣的氣體，設(shè)備簡(jiǎn)單，易控，能耗低，耗水量低，提取成本低。

附圖說明

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

圖1是從水中提取氘氣的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)查閱圖1，一種從水中提取包含有氘氣的氣體的設(shè)備，包括電化學(xué)反應(yīng)裝置10、器體20、提氣裝置30、儲(chǔ)氣器40。

該器體20用于供水流流過，設(shè)有用于供水流流過的流道，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，該電極單元包括陽極12和陰極13。

該陽極12采用高催化性低析氧性(具有析氧過電位高的特性)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極12周圍富集·OH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周圍吸附或富集H離子和D離子。

該陽極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、Ra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采用直流開關(guān)電源，但不限于直流開關(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。該陽極和陰極交替排列布置，使陽極和陰極都是相對(duì)布置，該陽極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極和陰極間流過并發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)即可。

該電極單元的陽極12和陰極13插入器體20的流道的水流中，如陽極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)陽極和陰極間流過并發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，以能在陽極12產(chǎn)生·OH自由基并在陽極12周圍富集，能在陰極13產(chǎn)生H離子和D離子并在陰極13周圍富集。

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，而且排出氣體后的水體中含氘量減少，減少量達(dá)一定程度后，能構(gòu)成低氘水，該低氘水中還含有人體需要的微量元素和礦物質(zhì)。

該提氣裝置30連接器體20用于從水中收集析出的氣體，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，通過濾膜阻氣器32使水中的氣體脫離水且氣體從排氣口出排出，已排出氣體的水經(jīng)排水口排出。本實(shí)施例之中該提氣裝置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)氣器40接通提氣裝置30的排氣口用于存儲(chǔ)獲取的氣體。

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，該定時(shí)單元控制閥門在電化學(xué)反應(yīng)開始起的1-60秒內(nèi)處于打開狀態(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)開始起的1-60秒后關(guān)閉電源?；蛘撸鶕?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。

根據(jù)需要，還可包括提氘裝置，該提氘裝置接通儲(chǔ)氣器40，當(dāng)然也可以直接接通提氣裝置30的排氣口或接通儲(chǔ)氣器40，用于從混合氣體中提取氘氣，該提取例如利用密度不同之方式，氫氣、氘氣、氧氣密度從小到大排列，三個(gè)氣體成三層排布，提取中層的氘氣既能起到提取氘氣方式。根據(jù)需要，也可提取氘氣和 氧氣。

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。

提取氘氣的方法，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，收集脫離水體的包含有氘氣的氣體；

步驟4，從包含有氘氣的氣體中提取氘氣。

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秒以內(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)用新型專利范圍及說明書內(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)。