[发明专利]一种液相催化交换工艺制备低氘水的方法及装置

说明书

本发明涉及低氘水的制备领域，具体而言，涉及一种液相催化交换工艺制备低氘水的方法及装置。一种液相催化交换工艺制备低氘水的方法，包括以下步骤：将原料水和氢气通入催化交换柱中进行逆流反应，得到富氘水、贫氘氢气；贫氘氢气进行氧化反应，得到低氘水；催化交换柱采用多级串联的催化交换柱段连接而成，各柱段高径比不高于6‑8，催化交换柱段内混装填充有Pt基疏水催化剂和亲水填料，Pt基疏水催化剂和亲水填料的体积比为1:3‑4；催化交换柱段内还设置有气体和液体分布器。本发明通过限定催化交换柱的具体参数，使得反应高效，且操作条件温和，能耗低，工艺操作便捷，设备投资得到显著控制。

技术领域

本发明涉及低氘水的制备领域，具体而言，涉及一种液相催化交换工艺制备低氘水的方法及装置。

背景技术

氘是氢的稳定同位素，不同于氢原子只有一个质子，氘原子含有一个质子和一个中子，这也导致氢和氘的物理和化学性质的一定差异。自然界中含有特定浓度的氘，其丰度约150ppm，氘浓度低于该浓度的水被称为低氘水。

人体内有60-70％的成分为水，水参与了生命体内几乎所有的反应，这其中也包括遗传物质DNA的演化。DNA控制分子系统的秩序，是机体衰老、癌症和免疫失调的根本原因。氘化学键比氢键断裂速率慢6倍以上，DNA转录复制中的随机错误发生在氘键上，就更难被修复酶纠正，从而发生在DNA上的错误的保持和积累，会对机体代谢和遗传产生一系列恶化影响。此外，氘置换氢原子在DNA的螺旋结构中产生附加应力，使得核糖核酸排列错乱，甚至导致基因突变，使得细胞产生缺陷的几率增加，提高癌症发生的可能性。

试验研究表明，低氘水不仅可以活化人体细胞，明显促进酶反应；而且可以提高NK细胞活性值，增强人体免疫功能；同时，低氘水还可以抑制细胞癌变和癌细胞增殖，从而具有防癌保健功能。

目前，水-氢双温交换法是较大规模生产低氘水的办法。基于氢氘在反应中非等几率平衡分布的特性，及交换反应分离因子随温度升高而减少的原理，进行氢氘的分离。冷塔内氘从气相向液相富集；热塔内氘由液相向气相的相转变加强，但分离因子减小；最终获得浓缩的氘水和贫氘氢气。但该法存在以下问题：过程包括液相催化交换和相转变过程，涉及高低温塔之间的物料循环，流量、温度等参数的操作控制复杂；工艺包括低温塔和高温塔，设备复杂，投资成本高；分离系数低，大规模生产需要多级并联，生产低氘水成本较高。此外，也有采用蒸馏法制备低氘水的方法，但其分离系数较小，需要多级串联处理，设备投入相对较大。

限于现有技术的不足，低氘水制备成本偏高，难以真正实现大规模、低成本的生产。有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

针对以上低氘水制备工艺的不足，本发明提供了一种低氘水制备的系统和实现方法，以简化生产工艺，降低操作难度，并减少设备投资。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种液相催化交换工艺制备低氘水的方法，包括以下步骤：

将原料水和氢气通入催化交换柱中进行逆流反应，得到富氘水、贫氘氢气；

所述贫氘氢气进行氧化反应，得到低氘水；

所述催化交换柱采用多级串联的催化交换柱段连接而成，各柱段高径比不高于6-8，所述催化交换柱段内混装填充有Pt基疏水催化剂和亲水填料，所述Pt基疏水催化剂和亲水填料的体积比为1:3-4；

所述催化交换柱段内还设置有气体和液体分布器。

本发明提供的液相催化交换工艺制备低氘水的方法，在催化交换柱进行液相催化交换反应，催化交换柱为工艺核心反应器，该反应为氢-水同位素交换的一种反应，是相转变过程和催化交换两个过程的耦合，最终实现氢气中氘向水相的转移，具体反应如下：

相转变：HDO(l)+H₂O(v)→HDO(v)+H₂O(l)