[发明专利]制备低氘水的工艺系统及应用其制备低氘水的方法

说明书

一种制备低氘水的工艺系统，包括依次通过管道连接的氢气生产器、氢气燃烧器和水蒸气冷凝单元；氢气生产器中设有电极和电解槽，电极的阴极电极为铂电极，铂电极中掺杂有2–5％的磷单质。本发明采用的铂电极能够在电解水过程中保持较高的电化学活性，在铂电极中掺杂一定量的磷单质，形成Pt‑P合金，显著地提高了铂电极对氕和氘的分离系数，以具有上述材质的阴极电解水，水溶液中氘离子在阴极上电析速度比氕离子慢得多,大量氘离子在阴极上富集，大量低氘氢气在阴极析出，燃烧由此得到的低氘氢气，显著降低了来源水中的氘含量。

技术领域

本发明属于稳定同位素技术领域，具体地，涉及制备低氘水的工艺系统及应用其制备低氘水的方法。

背景技术

水分子由氢原子和氧原子组成。氢元素有3个同位素——氕(¹H)、氘(²D)和氚(³T)。H和D是非放射性稳定同位素，而T是放射性元素。在自然界中，H含量最多，D含量很少，T含量极微。若水分子H₂O中的H分别被D和T替代，则形成重水D₂O和超重水T₂O。天然水是H₂O和D₂O的混合物，其中，氘和氢的比例(D/H)约为1:6600，即水中氘的体积分数为0.015％。通常，把氘浓度低于0.015％(150ppm)的水称为低氘水(deuterium depleted water，DDW)，又称贫氘水或超轻水。

由于氢和氘质量的不同，导致了两者物理化学性质的差异。D₂O的密度、黏度、熔点和沸点均高于H₂O。高浓度的氘会导致细胞有丝分裂过程停滞，引起细胞代谢和相关酶活性的改变，以及改变细胞的生理状态和形态结构。据报道，当氘浓度升至25％时，重水会对生命体神经系统和肝脏产生毒害作用，引起神经疾病、贫血症及其他并发症等疾病。相反，低氘水却对生命体有一定的积极作用。在诱导细胞凋亡过程中，低氘水会激活DNA修复系统，显著减少单链DNA的断裂，提高细胞防御系统的效率。至此，低氘水的生物学效应逐步引起了许多研究者的关注。低氘水有一系列生物学效应，如抗抑郁、抗氧化、防衰老、抗辐射、降血糖、保护心血管系统、抗肿瘤等作用。可见，低氘水在保健品、化妆品及医学领域有潜在的应用价值。

1931年氘被发现至今,重水的分离方法和应用范围取得了重大突破,对各国的经济和军事发展产生了深刻影响。然而，低氘水的研究则滞后于重水，近年，国外核医学和水生理学领域逐渐将低氘水的相关技术发展转变为研究重点，相对来说，国内关于低氘水的研究报道较少。纵观国内外的研究报道,低氘水主要以水为原料,采用分离方法制备而得。低氘水的分离原理虽然简单,但由于天然水中氘同位素丰度极少且氢同位素的分离系数小,因此分离氘是很困难的。

发明内容

本发明的目的是提供制备低氘水的工艺系统及应用其制备低氘水的方法，以获得氘含量极低的低氘水。

根据本发明的一个方面，提供一种制备低氘水的工艺系统：包括依次通过管道连接的氢气生产器、氢气燃烧器和水蒸气冷凝单元；氢气生产器中设有电极和电解槽，电极的阴极电极为铂电极，铂电极中掺杂有2–5％的磷单质。

优选地，铂电极中掺杂有3％的磷单质。

优选地，铂电极的表面沉积有镀层，镀层的材料为Co₇₂Fe合金。

优选地，电解槽中的电解液为KOH溶液。

优选地，还包括原料水渗透器，原料水渗透器通过管道与氢气生产器相连接，原料水渗透器的壁上开设有连通系统外部空间的排气口，原料水渗透器的内部填有ZrO₂(x％V₂O₃)填料，x＝0–8。

优选地，在氢气生产器和氢气燃烧器中设有气态氘分离器，气态氘分离器通过管道分别与氢气生产器、氢气燃烧器连接，在气态氘分离器的内部填充有SiC纳米纤维。