Масс-спектрографический анализ воды, полученной благодаря методу заморозки

Начал заниматься научно-исследовательский работой по МАН по теме "Нетрадиционные методы улучшения качеств воды", основной целью является создания дешевых приборов малой производительности, которые уменьшали бы процент тяжелых вод и дегазировали воду, возникло несколько вопросов на которые не смог найти ответы ни в литературе, ни в интернете: Проводился ли масс-спектрографический анализ воды полученной благодаря методу заморозки? Какие были получены результаты?

Здравствуйте, Дмитрий.

Такие работы проводились и проводятся регулярно, например, в институте медико-биологических проблем в Москве.

Первая промышленная установка для производства легкой воды с пониженным на 30—35% содержанием дейтерия и трития была создана учёными Г. Д. Бердышевым и И.Н. Варнавским совместно с институтом экспериментальной патологии, онкологии и радиобиологии им. Р. Кавецкого РАН Украины. В этой установке предусмотрено получение из исходной воды льда путем замораживания холодного пара, извлеченного из исходной воды, с последующим плавлением этого льда в среде инфракрасного и ультрафиолетового излучения, насыщения талой воды специальными газами и минералами. При температуре в пределах 0-1,8°С молекулы воды с дейтерием и тритием в отличие от протиевой воды находятся в метастабильно-твердом неактивном состоянии. Это свойство лежит в основе фракционного разделения легкой и тяжелой воды путем создания разряжения воздуха над поверхностью воды при этой температуре. Протиевая вода интенсивно испаряется, а затем улавливается при помощи морозильного устройства, превращаясь в снег и лед. Тяжелая же вода, находясь в неактивном твердом состоянии и имея значительно меньшее парциальное давление, остаётся в испарительной емкости исходной воды вместе с растворенными в воде примесями.

Интенсивность испарения легкой и тяжелой воды зависит от температуры и разряжения над поверхностью воды. Данные, полученные в лабораторных условиях, свидетельствуют о влиянии температуры воды перед ее испарением на содержание дейтерия в талой воде, полученной из замороженного холодного пара. При 0°С давление пара составляет 4,6 мм рт.ст. С повышением температуры воды до +10 °С давление пара возрастает до 9,2 мм рт.ст., т. е. в два раза, а при 100°С оно соответствует 760 мм.рт.ст. Согласно расчётам с увеличением температуры от 0°С до 40°С давление пара над зеркалом воды возрастает в 10 раз, а при 100°С - в 160 раз.

Схема установки ВИН-4 "Над я" показана ниже.

Схематическое изображение установки ВИН-4 “Над я” в двух проекции: вдоль - фиг.1 и поперек - фиг.2.

В корпусе 1 установки имеется испарительная емкость 2 для исходной воды с закрепленными на ней устройством для нагрева 3 и устройством для охлаждения воды 4. Здесь же имеется вентиль 5 для подачи воды в испаритель и вентиль б для слива отработанного остатка, обогащенного тяжелыми изотопами водорода. В корпусе также имеется устройство 7 для конденсации и замораживания холодного пара в виде набора тонкостенных трубчатых элементов, которые соединены с насосом для прокачивания через них хладагента. Устройство 7 совместно с источниками ультрафиолетового 8 и инфракрасного 9 излучений размещены над емкостью 10 для сбора талой воды. Внутренняя полость корпуса 1 патрубком 11 соединена с источником разряжения воздуха - форвакуумным насосом. Кроме того, корпус 1 снабжен устройством 12 для подачи в его внутреннюю полость очищенного воздуха или смеси газов. Емкость 10 снабжена вентилями 15 для слива талой воды и патрубком 16 для соединения с блоком формирования структуры и свойств талой воды 17. Блок 17 включает внутреннюю коническую емкость 18 с минералами. На выходе емкости 19 установлен фильтр 20 и сливной вентиль 21.

Из водопровода испарительную емкость 2 наполняют водой и через устройство 4 прокачивают хладагент. При достижении заданной температуры, не превышающей +10°С, процесс охлаждения воды прекращают. Герметизируют корпус 1 и через патрубок П начинают откачивать воздух -создавать разряжение во внутреннем объеме корпуса установки. Создание разряжения сопровождается сначала интенсивным выделением из всего объема исходной воды растворенных в ней газов и их удаление, а затем интенсивным парообразованием вплоть до кипения воды, за которым наблюдают через иллюминаторы 13 и 14. Образующийся холодный пар конденсируется и намерзает на поверхности фигурных элементов морозильника 7. Когда толщина льда достигает заранее заданной величины, процесс испарения прекращают. Выключают форвакуумный насос, включают источники ультрафиолетового 8 и инфракрасного 9 излучений, а через устройство 12 вводят в полость корпуса 1 очищенный воздух или специально подготовленный состав активированных газов; доводят давление в корпусе 1 до уровня или выше атмосферного. Остаток воды емкости 2, обогащенный тяжелыми изотопами, через вентиль 6 сливают в отдельные емкости или выливают вон. По мере облучения и таяния льда талая вода поступает в емкость 10, затем в блок 17 формирования структуры и свойств талой воды. Проходя через минералы внутренней 18 и наружной 19 конических емкостей и далее через фильтр 20, талая вода насыщается минералами и микроэлементами.

Аналогичная установка по получению биологически питьевой активной воды с пониженным содержанием дейтерия сконструирована в 2000 году российские учёные Синяк Ю.Е.; Гайдадымов В.Б. и Григорьев А.И. из Института медико-биологических проблем. Она реализует метод электролиза с последующим изотопным обменом.

Установка содержит емкость 1 с конденсатом атмосферной влаги или дистиллятом, которая соединена с анодной камерой 2 электролизера с ионообменным электролитом. Кроме того, устройство дополнительно снабжено осушителем кислорода 4 и реактором изотопного обмена D₂/H₂O 5. Электролизер содержит пористые электроды (анод 2 и катод 3) из титана, покрытые платиной. Полученные при электролизе газообразный кислород и водород преобразуют воду и конденсируют. Кислород и водород с парами воды через пористые электроды поступают в осушитель кислорода 4 и реактор изотопного обмена 5, где происходит изотопный D₂/H₂O обмен с парами воды в водороде на катализаторе на носителе из активного угля, содержащем 2-4% палладия или платины. Осушитель кислорода 4 заполнен ионообменным катионитом. Внешние стенки осушителя 4 образованы из ионообменных мембран 6. Поступающий кислород подвергается осушке за счет сорбции ионообменным наполнителем (катионитом) и испарения паров воды через ионообменные мембраны 6. После реактора изотопного обмена 5 водород осушается от паров воды, которые сорбируются и удаляются через ионообменники реактора, размещенные на его внешних боковых стенках. Осушенные газы поступают в газовую горелку 9. Далее пары воды поступают в конденсатор 10, а затем в кондиционер 11 для доочистки на сорбционном фильтре (активированном угле) и минерализации на доломите, после чего вода поступает в сборник воды, обеднённой дейтерием 12. Охлаждение аппарата и работа осушителей электролизных газов от воды осуществлялось вентилятором 7.

Схематическое изображение установки, сконструированной Синяком Ю.Е.; Гайдадымовым В.Б. и Григорьевым А.И. из института медико-биологических проблем.

Проведенные исследования биологической активности бездейтериевой воды на высших растениях и животных показали, что бездейтериевая вода по одноступенчатой схеме переработки обладает положительно биологической активностью:

Масс-спектрометрические исследования воды из испарителя изотопного обмена показали, что содержание дейтерия в конечном продукте снижено более чем на 10% по сравнению с водой, полученной по методу без изотопного обмена.

Результат масс-спектрометрических исследований воды с помощью масс-спектрографа показаны в табл.1 и 2.

Таблица 1.

Масс-спектрометрическое исследование исходной и конечной воды при получении бездейтериевой (протиевой) воды электролизом с изотопным обменом на активированном угле с палладием.

Вода

dD, % SMOW

Бездейтериевая (протиевая) вода с изотопным обменом

-770

Бездейтериевая вода без изотопного обмена (контрольная вода)

-595

Исходный дистиллят

-73

Конденсат паров воды из испарителя реактора изотопного обмена

+35

Таблица 2.

Результаты масс-спектрометрических исследований бездейтериевой (протиевой) воды, полученной на установке и дистиллированной воды.

• Вода; pH; c, См/см; XПК, мг О2/л; Жесткость, мг-экв. /л; Сорг., мг/л; dD, % SMOW
• Бездейтериевая (протиевая) вода; 6,77; 4,8 x 10-3; 2,5; 1,24; 3,67; -770
• Дистиллированная вода (контрольная вода); 5,0; 8,3 x10-3; 6,0; 1,48; 1,55; -73

К.х.н. О. В. Мосин