Способ получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия

Способ получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия

Реферат

Изобретение относится к способу получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием в ней дейтерия путем ее изотопного разделения на обедненную и обогащенную дейтерием фракции.

Вода с точки зрения химии является веществом, состоящим из молекул H₂O. В природе совершенно чистой воды не бывает, она всегда содержит механические, химические и биологические примеси.

Молекула H₂O состоит из двух элементов, каждый из которых представляет собой смесь изотопов. Водород в природе представлен двумя стабильными изотопами:

- протием (обозначение ¹H или H),

- дейтерием (обозначение ²H или D).

Естественное содержание изотопов ¹H и ²H в природных объектах составляет 99,985 и 0,015%. Легкая (обогащенная H или обедненная D) вода обладает высокой биологической активностью. Употребление легкой воды приводит к нормализации углеводного и липидного обмена, коррекции веса, выведению шлаков и токсинов из организма и т.д. Результатами клинических испытаний доказано [Лобышев В.Н., Калиниченко Л.П. Изотопные эффекты D₂O в биологических системах. М.: Наука, 1978], что при употреблении такой воды повышается работоспособность, физическая активность, выносливость и сопротивляемость организма.

Известно, что в легкой воде изменяется скорость протекания химических реакций, сольватация ионов, их подвижность и т.д. Легкая вода оказывает стимулирующее действие на живые системы, существенно повышает их активность, жизнестойкость к различным негативным факторам, репродуктивную деятельность, улучшает и ускоряет обмен веществ. Для сельскохозяйственных культур действие легкой воды проявляется в повышении всхожести и урожайности, для человека - в оздоровительном эффекте. Реакция биосистем при воздействии на них воды может изменяться в зависимости от количественных и качественных изменений изотопного состава воды. Применение воды с повышенной концентрацией тяжелых изотопов, в частности дейтерия, вызывает выраженные токсические эффекты на уровне организма, ограничивая возможность ее использования в лечебно-профилактических целях [Kushner D.J., Baker P., Dunstall T.G. Can. J. Physiol. Pharmacol. 1999, Feb. 77(2): 79-88].

В то же время на разных объектах зарегистрирована положительная биологическая активность вод, полученных с помощью различных технологических процессов, относящихся к категории изотопно-легких, со сниженной в той или иной мере по сравнению с исходной концентрацией дейтерия. Т.е. количественные и качественные показатели изотопного состава воды существенным образом отражаются на ее эффективности при использовании воды в качестве растворителя или ингредиента. Поэтому очевидна необходимость в зависимости от целей применения регулирования изотопного состава воды, употребляемой человеком для технологических процессов, питья, в составе лекарственных, косметических, гигиенических, парфюмерных средств и т.д.

Уровень техники получения изотопно-легкой воды представлен рядом патентов: RU №2031085, 2091335, 2091336 и др. Известен также ряд физико-химических методов изменения изотопного состава водорода, входящего в состав воды [Андреев Б.М. и др. Разделение стабильных изотопов физико-химическими методами. М.: Энергоатомиздат. 1982. С.44-49, 68-69, 75-79].

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является патент RU №2182562. Согласно прототипу способ получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия включает электролиз конденсата атмосферной влаги или дистиллята в электролизере с твердым ионообменным электролитом, преобразование полученных электролизных газов в воду и последующую конденсацию паров воды. При этом электролиз осуществляют при 60-80°C, электролизный водород подвергают изотопному обмену с парами воды, содержащимися в электролизном водороде, с использованием гидрофобизированного и промотированного катализатора на носителе из активного угля, содержащем 4-10% фторопласта и 2-4% палладия или платины, электролизные водород и кислород осушают пропусканием их через ионообменные мембраны и после преобразования электролизных газов в воду проводят доочистку последней и последующую ее минерализацию контактом с кальций-магнийсодержащими карбонатными материалами. В качестве кальций-магнийсодержащих карбонатных материалов используют доломит.

Недостатками описанного способа являются:

- наличие ионообменных мембран в электролизере приводит к увеличению омического сопротивления электролизера и к увеличению затрат электроэнергии в несколько раз, а затраты электроэнергии составляют 80-90% от себестоимости производимого продукта [Федотьев Н.П. и др. Прикладная электрохимия. Л.: Химия, 1967, с.346], что приводит к повышенной себестоимости получаемого продукта;

- использование электродов из титана, промотированного платиной, обладающих низким коэффициентом разделения дейтерия и высокой поляризацией электродных процессов, приводит к низкой степени обеднения воды дейтерием, а также излишне высокому напряжению на электролизере, т.е. к повышенным энергозатратам;

- платина, которой промотированы титановые электроды, является дорогостоящим драгоценным металлом;

- производительность по воде со сниженными концентрациями дейтерия у прототипа составляет всего 50 мл в час, что, возможно, достаточно для условий, когда требуется получение продукта в небольших количествах, но недостаточно при промышленном производстве.

Технической задачей заявляемого решения является:

1. Снижение затрат электроэнергии в процессе производства воды, обедненной изотопом дейтерия, а следовательно, уменьшение себестоимости по сравнению с аналогами и прототипом.

2. Повышение эффективности способа, т.е. степени разделения изотопов водорода за одну стадию, качества получаемого продукта и уменьшение энергозатрат в процессе электролиза.

3. Удешевление способа за счет использования при электролизе более дешевых и эффективных электродных материалов.

Для решения технической задачи предлагается способ получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия, включающий электролиз дистиллята в электролизере, осушение полученных электролизных газов, преобразование электролизных газов в воду, последующую конденсацию паров воды и ее минерализацию. При этом электролиз дистиллята осуществляют с использованием каталитически активных электродов с высоким коэффициентом разделения изотопов водорода, покрытых с анодной стороны серебряным покрытием, а с катодной - покрытием из никеля Ренея, полученную на выходе из электролизера смесь водорода и кислорода осушают при помощи регенерируемых водопоглощающих веществ, затем подают в газодиффузионный разделитель с палладиево-серебряной мембраной, последующее преобразование разделенных газов в воду осуществляют в низкотемпературном топливном элементе с ионообменными мембранами. Постоянный ток, генерируемый топливным элементом, направляют на вход электролизера для компенсации части энергозатрат процесса электролиза, кроме того, минерализация обедненной дейтерием воды осуществляется в процессе ее сбора.

Предложенный способ может быть реализован с помощью линии по получению биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия.

На чертеже схематически изображена линия по получению биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия.

Линия содержит блок питания 1, электрически связанный с электролизером 2, выход которого соединен газовым трубопроводом с входом осушителя 3, также соединенного газовым трубопроводом с разделителем газовой смеси 4, который соединен кислородным и водородным трубопроводами с топливным элементом 5. Топливный элемент 5 электрически соединен с электролизером 2. Выход топливного элемента 5 соединен жидкостным трубопроводом со сборником обедненной дейтерием воды 6, выполняющим функции минерализатора.

Работа линии осуществляется следующим образом.

Переменный трехфазный ток внешней электрической сети преобразуется в постоянный блоком питания 1 и поступает на электролизер 2, куда подается и дистиллированная вода. Образовавшаяся в электролизере 2 смесь кислорода и обедненного дейтерием водорода для предотвращения обратного изотопного обмена водорода с парами воды поступает по газовому трубопроводу в осушитель 3, где осушается регенерируемым водопоглощающим веществом. Далее осушенная газовая смесь поступает в разделитель газовой смеси 4, где разделяется на водород и кислород на газодиффузионной палладиево-серебряной мембране. Затем разделенные газы поступают по разным трубопроводам к электродам топливного элемента, где электрохимически преобразуются в воду. Образовавшаяся на ионообменной мембране топливного элемента вода поступает в сборник обедненной дейтерием воды 6, где подвергается минерализации путем растворения заранее внесенной порции смеси растворимых солей с необходимым для получения питьевой воды составом. Постоянный ток, генерируемый на электродах топливного элемента, подается на вход электролизера 2 для компенсации части энергозатрат процесса электролиза.

Из приведенного описания реализации способа очевидно, что за счет обратной связи осуществляется рекуперация (до 70%) первоначально использованной электроэнергии, что следует из максимально возможного коэффициента преобразования химической энергии в топливном элементе [В.Фильштих / Топливные элементы. М.: Мир, 1968, с.6]. Использование в электролизере биполярных электродов с предложенными покрытиями обеспечивает получение легкой воды с более низким содержанием дейтерия, а также снижение поляризации электродных процессов, что приводит к уменьшению прямых энергозатрат процесса электролиза [В.Фильштих / Топливные элементы. М.: Мир, 1968, с.388].

Кроме того, использованные в процессе электролиза электродные материалы более дешевые и устойчивые в процессе электролиза, чем в прототипе, и позволяют получать в одностадийном процессе электролиза воду, в несколько раз более обедненную дейтерием, чем в прототипе [В.Фильштих / Топливные элементы. М.: Мир, 1968, с.388], что делает ее существенно биологически активнее.

Таким образом, предлагаемый способ получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия более эффективен, чем прототип, т.к. позволяет получить более качественный продукт. При этом существенно менее энерго- и материалоемок, т.е. менее затратен.

Способ получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия, включающий электролиз дистиллята в электролизере, осушение полученных электролизных газов, преобразование электролизных газов в воду, последующую конденсацию паров воды и ее минерализацию, отличающийся тем, что электролиз дистиллята осуществляют с использованием каталитически активных электродов с высоким коэффициентом разделения изотопов водорода, покрытых с анодной стороны серебряным покрытием, а с катодной - покрытием из никеля Ренея, полученную на выходе из электролизера смесь водорода и кислорода осушают при помощи регенерируемых водопоглощающих веществ, затем подают в газодиффузионный разделитель с палладиево-серебряной мембраной, последующее преобразование разделенных газов в воду осуществляют в водородно-кислородном топливном элементе с ионообменными мембранами, при этом постоянный ток, генерируемый топливным элементом, направляют на вход электролизера для компенсации части энергозатрат процесса электролиза, кроме того, минерализация обедненной дейтерием воды осуществляется в процессе ее сбора.