一种水分子簇氢键活化反应器及一种活化水分子簇氢键的方法

技术领域

本发明涉及水的处理，具体涉及一种水分子簇氢键活化反应器及一种活化水 分子簇氢键的方法。

背景技术

水分子结构的电荷中心不重叠，在氧原子上电子云密度相对较大显负性，两 个氢原子则显正电性，水分子表现为强极性分子。水分子间可形成氢键，有相互 吸引的趋势。这样一个水分子就可以通过氢键与多个水分子相互作用，形成“水 簇(Water Cluster)”。1969年《Nature》杂志报道了水分子簇的四面体构型。2002 年《Science》杂志报道加州大学柏克莱分校用扫描隧道电子显微镜观察到了结晶 六环水。2004年《科学》杂志报道了耶鲁大学等观测到稳定的纳米级结构的分子 簇水。

大数目的水分子结合在一起形成的簇结构给水分子科学的研究带来了很大 困难，并且大数目的水分子结合形成簇结构使水分子活性大大降低，对生物体的 生命活动也带来一定困扰，因此有必要提供一种能够提高水分子簇中的氢键活性 的方法及装置，以助于形成小的水分子簇结构。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种水分子簇氢键活化反应器及一种活化水 分子簇氢键的方法。所述水分子簇氢键活化反应器简单实用，可以提高水分子簇 中的氢键活性，有助于形成小的水分子簇结构。所述水分子簇氢键的活化方法简 单易操作。

本发明第一方面提供了一种水分子簇氢键活化反应器，包括水蒸气生成器、 高压氢气生成器、反应腔、储气池和真空泵，所述水蒸气发生器上设有第一出气 口，所述第一出气口通过第一管道与所述反应腔连通，所述第一管道上设有第一 气阀，所述高压氢气生成器设有第二出气口，所述第二出气口通过第二管道与所 述反应腔连通，所述第二管道上设有第二气阀，所述反应腔上设有第三出气口， 所述第三出气口通过第三管道与所述储气池连通，所述第三管道上设有第三气 阀，所述真空泵设置在所述反应腔上，用于为所述反应腔提供真空环境；所述储 气池上设有第四出气口，所述第四出气口与一出口管道连通，所述出口管道上设 有第四气阀。

优选地，所述第二管道上设有氢气压力表，用于实时监控高压氢气生成器第 二出气口的氢气压力值。

优选地，所述反应腔上设有一压力表，用于实时监控所述反应腔内的压力值。

优选地，所述高压氢气生成器可以为现有的设备，具体地可以为高压氢气气 瓶、电解产氢装置或烃裂解产氢装置。

优选地，所述水蒸气生成器可以为现有的设备，具体地可以为电加热产水蒸 气装置。

所述储气池的出口管道可以连接其他实验设备，用于研究氢气对水分子簇大 小的影响。

所述水蒸气生成器可以产生水蒸气，用于提供水分子簇。

所述高压氢气生成器可以产生高压氢气，用于提供氢键活化剂。

所述反应腔用于提供水蒸气和氢气的反应空间。

所述储气池用于存储氢键被活化后的水分子簇。

所述真空泵用于提供所需真空环境。

本发明提供的水分子簇氢键活化反应器，水蒸气发生器的第一出气口与反应 腔通过第一管道连通，第一管道上装有第一气阀，第一气阀可以控制第一管道的 开合。水蒸气通过第一管道进入反应腔。高压氢气发生器可以提供所需高压氢气， 高压氢气发生器的第二出气口与反应腔通过第二管道连通，高压氢气通过第二管 道进入反应腔，第二管道上装有第二气阀，可以控制第二管道的开合。高压氢气 发生器的第二出气口处装有氢气压力表，可以实时监控高压氢气生成器出气口的 氢气压力值。在反应腔内，高压氢气与水蒸气发生激烈碰撞，活化氢键。反应腔 装有压力表，可以实时监控反应腔内的压力值。反应腔的第三出气口与储气池通 过第三管道连通，第三管道上装有第三气阀，可以控制第三管道的开合。活化后 的水蒸气通过第三管道进入储气池。储气池出气口设有出口管道，出口管道上设 有第四气阀，可以控制出口管道的开合。反应腔上设有真空泵，在氢气和水蒸气 碰撞之前，先将反应腔抽真空，排除了其他气体的干扰。

在高压氢气环境下，构成氢键的水分子中的氧原子外层电子易与氢气分子结 合，形成新的氢键，而氢气分子对氢键的控制能力比水分子簇强，因此与氢气分 子结合构成氢键的水分子易于从水分子大簇结构脱离，形成小的水分子簇结构， 从而达到提高水分子簇氢键活性的目的。得到的活化后的水分子簇可以储存在储 气池备用。

本发明第二方面提供了利用第一方面所述的水分子簇氢键活化反应器活化 水分子簇氢键的方法，包括以下步骤：

将所述水蒸气生成器中的水蒸气通过第一管道进入反应腔，将所述高压氢气 生成器中的氢气通过第二管道进入反应腔，所述水蒸气和所述氢气在所述反应腔 中进行碰撞，所述氢气活化水分子簇中的氢键，得到活化后的水分子簇，将所述 活化后的水分子簇置于储气池中备用。

优选地，所述高压氢气生成器释放出的氢气的压力为4个大气压。

优选地，所述氢气的纯度大于99.5％。

优选地，所述水蒸气和所述氢气进行垂直碰撞。

优选地，在所述水蒸气和所述氢气碰撞前，对所述反应腔抽真空半个小时。

综上，本发明有益效果包括以下几个方面：

(1)本发明提供的水分子簇氢键活化反应器装置简单实用，通过将高压氢 气和水蒸气碰撞，大大提高水分子簇中的氢键活性，促使水分子大簇形成水分子 小簇结构。

(2)本发明提供的水分子簇氢键的活化方法简单易操作，可以提高水分子 簇中的氢键活性。

附图说明

图1为水分子簇氢键活化反应器的示意图。

具体实施方式

以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改 进和润饰也视为本发明的保护范围。

图1为水分子簇氢键活化反应器的示意图。从图1中可以看出，一种水分子簇 氢键活化反应器，包括水蒸气生成器1、高压氢气生成器2、反应腔3、储气池4和 真空泵5，水蒸气发生器1上设有第一出气口11，第一出气口11通过第一管道12与 反应腔3连通，第一管道12上设有第一气阀13，高压氢气生成器2上设有第二出气 口21，第二出气口21通过第二管道22与反应腔3连通，第二管道22上设有气阀23 和氢气压力表24，反应腔3上设有第三出气口31，第三出气口31通过第三管道32 与储气池4连通，第三管道32上设有第三气阀33，反应腔3上设有一压力表6，真 空泵5设置在反应腔3上，用于为反应腔3提供真空环境；储气池4上设有第四出气 口41，第四出气口41与一出口管道42连通，出口管道42上设有第四气阀43。

水分子簇氢键活化反应器运行时，首先关闭气阀13、23和33，采用真空泵5 对反应腔3进行抽真空，时间为半个小时，保证反应腔3的真空度；然后打开第一 气阀13，使水蒸气发生器1中的水蒸气依次经第一出气口11和第一管道12进入反 应腔3，同时，打开第二气阀23，使高压氢气发生器2中的高压氢气依次经第二出 气口21和第二管道22进入反应腔3，第二管道22上设有氢气压力表24，可以实时 监控高压氢气生成器出气口的压力值。在反应腔3内，高压氢气与水蒸气发生激 烈碰撞，氢气活化水分子氢键。反应腔3装有压力表6，可以实时监控反应腔内的 压力值。待反应结束后，打开第三气阀33，使反应腔3中的活化后的水分子簇依 次经第三出气口31和第三管道32进入储气池4进行储存。当需要使用该活化后的 水分子簇时，可以打开第四气阀43通过储气池的出口管道42将水蒸气输送出去。

实施例1

一种活化水分子簇氢键的方法，包括以下步骤：

首先将反应腔抽真空半个小时，然后将水蒸气生成器中的水蒸气通过第一管 道进入反应腔，将高压氢气生成器中的氢气通过第二管道进入反应腔，氢气的压 力为4个大气压，水蒸气和氢气在反应腔中进行碰撞，氢气活化水分子簇中的氢 键，得到活化后的水分子簇，将活化后的水分子簇置于储气池中备用。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进， 这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求 为准。