ТЕХНОЛОГИЯ   
Содержание    
    > Технология 

    Медицинское применение 

    Сельскохозяйственное
 применение 


    Литература 


      СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ

На сегодняшний день производители лёгкой воды применяют метод дистилляции в ректификационных колоннах [11], основанный на разнице в скорости испарения различных по массе изотопов, которая тем выше, чем меньше масса атома. Для обычной воды H2O при атмосферном давлении температура кипения равна 100,0 °С, для тяжёлой D2O – 101,4 °С, для тяжёлой HDO – 100,7 °С. В природной воде присутствует HDO, а D2O практически не встречается. Таким образом разница температур кипения составляет 0,7 °С. Недостатком данного метода является крайне низкий коэффициент разделения, обусловленный сложностью поддержания равномерной температуры кипящей жидкости. Чтобы в 3 раза снизить содержание дейтерия, нужно 100 раз снова и снова испарять одну и ту же воду, что делает метод дорогостоящим.

Для получения лёгкой воды также предлагается использовать мембраны [12]. Недостатком данного метода является высокая стоимость производства мембран, которые требуют сверхчистой исходной воды и быстро выходят из строя, а метод не позволяет снизить содержание дейтерия менее 117 ppm.

Метод кристаллизации позволяет уменьшить содержание дейтерия не ниже 136 ppm, что хоть и полезно для здоровья, но недостаточно для применения в медицинских целях.

Существует и множество других методов разделения изотопов. Большинство из них имеют очень низкий коэффициент разделения – порядка 1,01, т.е. изменяют содержание вещества на 1 %, остальные слишком дороги в создании и эксплуатации [13].

      НАШ МЕТОД

Нами разработан электролитический способ производства лёгкой воды (Рис. 1), имеющий в 2 раза меньшую себестоимость в сравнении с ректификационными колоннами. Такой способ применялся ранее для обратного процесса – получения тяжёлой воды, использующейся в ядерной энергетике.

Разделение происходит следующим образом. Производится электролиз воды, при котором разложению подвергаются в основном молекулы, содержащие протий, по причине меньшей энергии ковалентной связи. На данном этапе основным условием является поддержание минимального напряжения, при котором начинается процесс электролиза, которого достаточно для отделения водорода, но недостаточно для дейтерия. Ток на коэффициент разделения не влияет и может быть любым, он регулируется содержанием щёлочи в растворе – гидроксида натрия или калия. Для увеличения коэффициента разделения и уменьшения перенапряжения водорода электроды изготовлены из никеля. Ввиду агрессивности чистого кислорода, от которого ржавеет даже нержавеющая сталь, гальванические покрытия пластин являются непригодными по причине их неизбежной пористости, поэтому используется листовой никель. У платины и палладия перенапряжение водорода ещё ниже, чем у никеля, однако из-за высокой стоимости их использование в данном случае не оправдано. Раствор прокачивается через электролизёр, а образующийся газ проходит вначале через пеноотделитель, а затем последовательно через 2 гидрозатвора для предохранения электролизёра в случае воспламенения газа. Далее идёт синтез воды из смеси кислорода и водорода, обеднённого дейтерием. Синтез происходит без пламени в палладиевом каталитическом реакторе. Палладий имеет на 15 % меньшую каталитическую активность, чем платина, поэтому требуется на 15 % большая площадь, чем у реактора с платиной. При этом цена палладия на 130 % ниже, чем у платины, а значит удельная стоимость активности у палладия выходит ниже, и для данной цели, когда нет жёстких ограничений по размеру, целесообразнее использовать палладий. Реактор представляет собой медные пластины с напаянной на них палладиевой фольгой. Пластины с двух сторон зажимают спираль из проволоки для увеличения пути прохождения газа. Чтобы образующаяся вода не оставалась на палладии и не уменьшала площадь его контакта с газом, реактор предварительно разогревается до 120 °С. После запуска электролизёра температура реактора поддерживается за счёт выделяющейся энергии при синтезе воды из водорода и кислорода. На этом этапе реактор требует принудительного охлаждения. Образующийся водяной пар поступает в конденсатор, а затем в сборник. Коэффициент разделения равен 3, т.е. в полученной воде содержание дейтерия в 3 раза ниже, чем в исходной. Во время работы установки дейтерий накапливается в исходном растворе щёлочи. После получения количества лёгкой воды, равного двум объёмам раствора, прокачиваемого через электролизёр, раствор заменяется на новый.

Электролитическое разделение является более энергоёмким процессом, чем испарение, но получение лёгкой воды электролитическим методом позволяет в 2 раза снизить затраты электроэнергии для достижения той же степени обеднения по сравнению с дистилляцией в ректификационных колоннах за счёт производства в 1 этап.

Полученная лёгкая вода при хранении в герметичной таре сохраняет свои свойства в течение неограниченного времени.

Рис. 1 – Линия получения лёгкой воды производительностью 0,3 л/час

В предоставленном нам помещении на территории бизнес-инкубатора ФГБОУ ВПО КубГУ работают изготовленные нами линии по получению лёгкой воды производительностью 0,3 литра в час (Рис. 1), 1 литр в час (Рис. 2), а также 3 линии производительностью по 3 литра в час каждая (Рис. 3).

Рис. 2 – Линия производительность 1 л/час


Рис. 3 – Линии производительность по 3 л/час каждая

Контроль качества производимой продукции осуществляется при помощи спектрометра ядерного магнитного резонанса (JNM ECA 400, 400 МГц), находящегося в наноцентре Кубанского государственного университета.

На линию по получению питьевой воды с модифицированным изотопным составом электролитическим методом нами получен патент РФ на изобретение № 2438766 и 5 патентов на полезную модель: № 113977, № 101648, № 128127, № 134442, № 138803.

На сегодняшний день разработанный нами способ является самым дешёвым способом получения лёгкой воды.