CN107162095A

CN107162095A - 一种氢键人工发生器、其制备方法、在水处理中的应用和人工控制氢键的方法

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Publication number: CN107162095A
Application number: CN201710379883.5A
Authority: CN
Inventors: 赵印桐
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-05-25
Filing date: 2017-05-25
Publication date: 2017-09-15

Abstract

本发明提供了一种氢键人工发生器，包括烧结体和设置于烧结体内部的氧化铝瓷体，制备所述烧结体的原料包括碱土金属钛酸盐和稀土元素氧化物，还包括碱金属氧化物，其中所述碱土金属钛酸盐的用量为80wt％,所述碱土金属钛酸盐为钛酸钡、钛酸钙、钛酸镁中的一种或几种。采用所述氢键人工发生器对水进行处理后，使钙、镁等离子溶剂化，解除人们对水垢的疑虑，具有先导性；增加了水中的溶解氧，增高了水的pH值,改善了水的缔合度，增强水的溶解度，激活了水中溶解氧等顺磁性物质，可清除COD、亚硝酸盐等有害物质。使电磁水、溶解氧和水中带电荷矿物质的影响融为一体。可清除余氯、使6价铬转换为3价铬，具有融合性和兼容性。

Description

一种氢键人工发生器、其制备方法、在水处理中的应用和人工控制氢键的方法

技术领域

本发明水体净化技术领域，具体涉及一种氢键人工发生器、该发生器的制备方法和在水处理中的应用、以及一种人工控制氢键的方法。

背景技术

美国环境研究员、营养学家、著名的水专家马丁福克斯博士，在其担任水研究负责人的15年期间，将世界多国科学家的研究成果和大量信息，汇总在一起写出《长寿需要健康的水》名著，预言将来的饮用水研究的主题是，电磁水、溶解氧和水中带电荷矿物质的影响。

维持生命的存在需要多种元素，碳、氢、氧、氮、磷、氯、钾、钠、钙、镁这11种元素占人体总质量的99.97％，碳、氢、氧、氮、磷、硫这6 种元素的生物功能是组成生命体内蛋白质、脂肪、碳水化合物和核糖核酸提供基本的结构单元，也是组成地球上生命体的基础，钾、钠、钙、镁4 种是人体内含量量多的重要金属元素，也是水中含量最多的金属元素，铁、锌、铜、锡、锰、钴、镍、铬、钒、钼、硅、硒、碘、砷、溴、氟这16种元素占人体总质量的0.03％，这些微量元素在人体内含量虽少，但在生命活动中的作用十分重要。

据研究表明，人体对主要金属元素相对于非主要金属元素的新陈代谢，受水中主要元素总量的很大影响，如果所需主要元素得到满足，就很少或没有非主要元素的吸收，例如，如果饮用水中含有较高的钙和镁，而铅含量低，人体就会选择主要元素钙和镁，而将非主要元素铅排泄掉，纯净水中因不含有任何有益的矿物质，如果混入任何有害物质，有害物质的作用就会放大，会比硬水中同等有害物质对人体健康的危害更大，饮用水中的矿物质要比食物中的更容易更好地被人体吸收，多年来，许多研究都揭示了饮用水和心血管病死亡的关系，较高的硬度和TDS可以保护我们免受潜在的有害物质的危害，也有利于降低心脏病和癌症的死亡率。

此外，人们在洗澡、游泳、洗涤时，通过皮肤也会吸收大量的水分进入人体的新陈代谢，由于皮肤的吸收率巨大，当前只注重从口腔喝的水是一个严重的误区，必须建立一个完整的家庭饮用水体系，以确保人们“喝”到健康水。

氢原子与电负性大的原子X以共价键结合，若与电负性大、半径小的原子Y(OFN等)接近，在X与Y之间以氢为媒介，生成X-H…Y形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用，称为氢键。其中，X与Y可以是同一种类分子，如水分子之间的氢键，也可以是不同种类分子，如一水合氨分子(NH3·H2O)之间的氢键。

2013年11月22日，中科院国家纳米科学中心宣布，该中心科研人员在国际上首次“拍”到氢键的“照片”，实现了氢键的实空间成像，为“氢键的本质”这一化学界争论了80多年的问题提供了直观证据。这不仅将人类对微观世界的认识向前推进了一大步，也为在分子、原子尺度上的研究提供了更精确的方法，为进一步实现氢键人工控制难题提供基础。

水中蕴藏着丰富的氢键能量，氢键对形成生物高分子的高级结构具有重要意义，生物的遗传基因本质上就是DNA(脱氧核糖核酸)分子中碱基(A、 T、C、G)顺序。DNA的双螺旋是由两条DNA大分子的碱基通过氢键配对形成的A和T配对，C和G配对，即A……T由两个氢键配对，C……G由3个氢键配对，是遗传密码(基因)复制机理的化学基础之一。此外，具有方向性、饱和性的氢键也是蛋白质高级结构(卷曲、拆叠)构建的原因之一。因此水是地球上生物的原始遗传基因。

目前人们对于液态氢键结构的研究主要集中在温度、压强以及各种溶解物对于水微观结构的影响上，为观察水的微观结构主要的分析手段包括红外光谱、拉曼光谱、X光散射¹⁷O核磁共振、以及中子散射等，其中将拉曼光谱用于水分子的振动研究是近10年来的热点之一。

液态水中完全氢键化后，水分子不但具有开放式的四面体结构，而且由氢键构成方向性很强的网络团簇，由于水分子之间通过氢键形成大小不同的缔合水分子，水的各种理化特性都被认为和这一氢键网络结构有关。但是目前还很难定量地将两者联系起来形成完整的液态水分子结构理论。水中氢键是一种生态循环能量、其中温度的影响最为敏感。温度升高水分子热运动加剧，使水中氢键受到破坏。例如冰融化成水只需1-2℃温度差，但却有约10％的氢键断裂，又例如人体在感冒发烧时，温度也只升高1-2℃，就会感到全身的细胞都在疼，实质上就是人体内氢键被破坏导致DNA受损的结果。随着温度的升高水分子从冰的六角形团簇结构向四面体团簇结构转变，氢键将呈线性破坏。可见使用水中自然循环产生的氢键受到极大限制。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的使用水中自然循环产生的氢键受到极大限制缺陷，从而提供一种氢键人工发生器其制备方法和人工控制氢键的方法，从而实现以人工技术控制氢键的目的。

本发明要解决的另一个技术问题在于提供一种上述技术在水处理的中的应用方法，以激活水中物质迅速产生氢键，从而在氢键的功能下，提高饮用水的质量。

为此，本申请采取的技术方案为

一种氢键人工发生器，包括烧结体和设置于烧结体内部的氧化铝瓷体，制备所述烧结体的原料包括碱土金属钛酸盐和稀土元素氧化物。

上述的氢键人工发生器，制备所述烧结体的原料还包括碱金属氧化物和氧化铝、二氧化硅、氧化镁和高岭土。

上述的氢键人工发生器，以制备所述烧结体原料的总质量计，所述碱土金属钛酸盐的用量为80wt％,所述碱土金属钛酸盐为钛酸钡、钛酸钙、钛酸镁中的一种或几种。

上述的氢键人工发生器，所述碱土金属钛酸盐为钛酸钡和钛酸钙，其中所述钛酸钡的用量为60-70wt％,钛酸钙的用量为20-10％。

上述的氢键人工发生器，以制备所述烧结体原料的总质量计，所述稀土元素氧化物的用量为1-3wt％,所述稀土元素氧化物为氧化钐、氧化镧、氧化铈或氧化镱。

上述的氢键人工发生器，以制备所述烧结体原料的总质量计，所述碱金属氧化物的用量为0.5-1.5wt％,所述碱金属氧化物包括氧化钠、氧化钾、氧化锂中的一种或几种。

上述的氢键人工发生器，所述碱金属氧化物包括氧化钠和氧化钾，所述氧化钠的用量为0.5％，所述氧化钾的用量为0.5％。

上述的氢键人工发生器，所述氧化铝的用量为10wt％、二氧化硅的用量为3-5wt％、氧化镁的用量为1wt％，所述高岭土的用量为3wt％。

上述的氢键人工发生器为球形。

本发明还公开了上述任一氢键人工发生器的制备方法，包括，

(1)将制备所述烧结体的原料混合均匀并成型，得到烧结前体；

(2)在所述烧结前体内设置氧化铝瓷体，得到坯体；

(3)等静压处理所述坯体，烧结成型得到复合陶瓷体，即所述氢键人工发生器。

上述氢键人工发生器的制备方法中，所述步骤(3)中，烧结的温度为 1200-1300℃。

上述氢键人工发生器的制备方法中，所述步骤(3)中，烧结过程包括程序升温的过程。

上述任一氢键人工发生器在水处理中的应用。

一种使水体产生人工控制氢键的方法，采用水流冲击上述任一氢键人工发生器，从而在地磁场、水流力的作用下应用物理学原理，使氢键人工发生器产生微电子、激活水中的物质产生人工控制氢键。

另一种使水体产生人工控制氢键的方法，将上述任一氢键人工发生器设置于水体中，震荡不小于5S，从而在地磁场、水流力的作用下应用物理学原理，使氢键人工发生器产生微电子、激活水中的物质产生人工控制氢键。

本发明还提供了一种氢键人工控制饮用水处理装置，包括水体处理室和与其相连接的进水管和出水管，所述水体处理室内设置有上述任一所述氢键人工发生器。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的氢键人工发生器，可产生人工控制氢键，对水进行处理后，(1)保留了水中矿物质，在氢键的作用下，使钙、镁等离子溶剂化，解除人们对水垢的疑虑，具有先导性；(2)使得水中的溶解氧增加，PH 值增高。(3)改善水的缔合度，增强水的溶解度，促进生物的新陈代谢。 (4)激活水中溶解氧等顺磁性物质，可清除COD、亚硝酸盐等有害物质。(5)使电磁水、溶解氧和水中带电荷矿物质的影响融为一体。可清除余氯、使6价铬转换为3价铬，具有融合性和兼容性。(6)氢键是地球上生物DNA的遗传密码(基因)的基础之一。而本发明可使饮用水中增加氢键。因此，将是人类生命的福音，将是罕见的健康水、生命水。

申请人自2000年开始饮用水的研究，以求提高主流饮用水(自来水、井水等)的质量，设计理念：一是保护水的原始遗传基因，二是吸收国际在饮用水中的科研成果，三是使用物理学原理产生微电子能量激活水中物质迅速产生氢键，在氢键的特殊功能的作用下，提高饮用水质量。申请人将上述设计理念整合成等式，水的原始遗传基因＝水中氢键+ 水中溶解物+溶解物与氢键的相互作用等。等式的右边的第二项、第三项、国际都进行了广泛研究与应用，我们研究的是第一项氢键，当氢键迅速增加时，水的原始遗传基因也将迅速增加。实质就是激活水中自身能量，提高水的自身质量。在地磁场、水流力的作用下，应用物理学原理，通过能量转换模式，使氢键人工发生器产生微电子、促使水的解离方程式向右进行，使氢氧根离子迅速增加，产生氢键OH……O-。并且实验证明，处理后的自来水、井水优于原水，开创了氢键人工控制的先例，为使用氢键人工技术开辟了新的途径。

附图说明

图1对照品煮沸后水垢的扫描电镜图片；

图2处理样品煮沸后水垢的扫描电镜图片；

图3对照品煮沸后水垢的EDS能谱图；

图4处理样品煮沸后水垢的EDS能谱图；

图5对照品煮沸后水垢的X射线衍射图；

图6处理样品煮沸后水垢的X射线衍射图；

图7对照品核磁共振¹H谱扫描图；

图8处理样品核磁共振¹H谱扫描图；

图9对照品EPR图；

图10处理样品EPR图；

图11对照品和处理样品拉曼光谱检测图；

图12对照品¹⁷O核磁共振检测图；

图13处理样品¹⁷O核磁共振检测图；

图14本申请的家庭式氢键引用水装置。

具体实施方式

实施例1

本实施例中采用的原料为，钛酸钡70kg、钛酸钙10kg、氧化钐2kg、氧化钠0.5kg、氧化钾0.5kg、三氧化二铝10kg、二氧化硅3kg、氧化镁1kg、高岭土3kg。

氢键人工发生器的制备方法为，

(1)将上述原料混合均匀，压制成型得到烧结前体；

(2)向所述烧结前体内插入直径3mm的氧化铝瓷球作为电极，利用各向均等的静压力制得到直径14mm的球形坯体；

(3)1250℃下烧结成型得到氢键人工发生器。

实施例2

本实施例中采用的原料为，钛酸钡60kg、钛酸钙20kg、氧化钐2kg、氧化钠0.5kg、氧化钾0.5kg、三氧化二铝10kg、二氧化硅3kg、氧化镁1kg、高岭土3kg。

氢键人工发生器的制备方法为，

(1)将上述原料混合均匀，压制成型得到烧结前体；

(3)1200℃下烧结成型得到氢键人工发生器。

将上述氢键人工发生器置入待处理的水体中，振荡10S，采用实施例1 的方法进行检测表明处理水中产生了人工氢键。

实施例3

本实施例中采用的原料为，钛酸钡65kg、钛酸钙15kg、氧化钐2kg、氧化钠0.5kg、氧化钾0.5kg、三氧化二铝10kg、二氧化硅3kg、氧化镁1kg、高岭土3kg。

氢键人工发生器的制备方法为，

(1)将上述原料混合均匀，压制成型得到烧结前体；

(3)1300℃下烧结成型得到氢键人工发生器。

将上述氢键人工发生器置入待处理的水体中，振荡5S，采用实施例1 的方法进行检测表明处理水中产生了人工氢键。

实施例4

本实施例中采用的原料为，钛酸钡70kg、钛酸钙10kg、氧化镧2kg、氧化钠0.5kg、氧化钾0.5kg、三氧化二铝10kg、二氧化硅3kg、氧化镁1kg、高岭土3kg。

氢键人工发生器的制备方法为，

(1)将上述原料混合均匀，压制成型得到烧结前体；

(2)向所述烧结前体内插入直径4mm的氧化铝瓷球作为电极，利用各向均等的静压力制得到直径15mm的球形坯体；

(3)1250℃下烧结成型得到氢键人工发生器。

将上述氢键人工发生器置入待处理的水体中，振荡15S，采用实施例1 的方法进行检测表明处理水中产生了人工氢键。

实施例5

氢键人工发生器的制备方法为，

(1)将上述原料混合均匀，压制成型得到烧结前体；

(2)向所述烧结前体内插入直径5mm的氧化铝瓷球作为电极，利用各向均等的静压力制得到直径16mm的球形坯体；

(3)1250℃下烧结成型得到氢键人工发生器。

采用实施例1的方法检测用其处理后的自来水，表明处理水中产生了人工氢键。

实施例6

本实施例中采用的原料为，钛酸钡69kg、钛酸钙11kg、氧化钐1kg、氧化钾0.5kg、氧化钠0.5kg、三氧化二铝10kg、二氧化硅4kg、氧化镁1kg、高岭土3kg。

氢键人工发生器的制备方法为，

(1)将上述原料混合均匀，压制成型得到烧结前体；

(2)向所述烧结前体内插入直径3mm的氧化铝瓷球作为电极，利用各向均等的静压力制利用各向均等的静压力制得到直径16mm的球形坯体；

(3)1250℃下烧结成型得到氢键人工发生器。

实施例7

如图14所示，为本申请的家庭式氢键饮用水装置，包括盛装氢键人工发生器的水体处理室，和套设在所述水处理室外部的壳体，所述壳体和水处理室之间形成水流通过的过水空间，所述水体处理室设置有进水口和溢水口，所述壳体设置有出水口，水体处理室底部设置有弹簧，其上设有支撑氢键人工发生器的透水板。待处理的水流从进水口进入水处理室，并从溢水口流入过水空间，并最终由出水口排出形成处理后的水。

评价例

处理方法：制备一直径55mm，深250mm的不透钢筒体，并分别在其顶部设置进水口和出水口，不透钢筒体底部设置压缩弹簧，弹簧上设一透水板，取实施例1制备得到的氢键人工发生器1kg,置于该透水板上，密封压实。打开自来水水龙头，放水5min后，将水龙头与进水口接通，水在自来水的压力作用下，通过上述装有氢键人工发生器的不透钢筒体(又一家庭式氢键饮用水装置)，从出水口流出收集处理水作为处理样品，并取相同体积的自来水作为对照品。鉴于国际上对氢键的检测方法热点是使用拉曼光谱，并认为带氢键的-OH伸缩振动峰处于低波位置，而不带氢键的-OH伸缩振动峰处于高波位置，为此在检测时除使用拉曼光谱、¹⁷O核磁共振外并根据人工控制氢键具有先导性、融合性和兼容性的特征，委托北京北达燕园微构分析测试中心、清华大学分析中心采用本评价例中的家庭式氢键饮用水装置进行了多种检测方法，其结果如下。

1、水质常规检测

表1自来水和处理水水质检测数据

由以上表中数据可以看出，处理样品的水质优于对照品(原水)的水质，本申请的氢键人工发生器对去除有害杂质有一定的作用。向自来水中添加重铬酸钾配制成水溶液，浓度310μg/L，将含有重铬酸钾的水溶液采用上述处理方法进行处理，收集处理后的水测得处理水中重铬酸钾的量为264 μg/L，表明水体中的六价铬经处理转换成了三价铬。

2、水煮沸后水垢对比检测

煮沸后水垢量如下表2所示

表2水垢含量检测

	对照品(自来水)	处理样品(处理水)
			煮沸后水垢量	0.33g/L	0.30g/L

对水垢进行扫描电镜及EDS检测分析，其元素分析如下表3所示，对照品(自来水)煮沸后水垢的扫描电镜图片、EDS能谱图及X射线衍射图分别为图1、图3和图5，处理样品(处理水)煮沸后水垢的扫描电镜图片、 EDS能谱图及X射线衍射图分别为图2、图4和图6。

表3水垢的元素分析数据

通过谱图及两者比较可以看出，原自来水(对照品)水垢颗粒较大，处理水(处理样品)的水垢颗粒较小。从元素百分比看，处理后C、S、CI 元素相对百分比降低，Ca元素相对百分比增大。C元素从20.66％(原子百分比)降至10.32％减少近一倍。这是水中出现氢键的结果，申请人分析，其原因在于，氢键的方向性导致CO₃ ^2-离子被反极化引起CO₃ ^2-破裂分解成CO₂。从而导致C元素减少，Ca元素增加。此外，在饮用水中加氯起源于 19世纪90年代末，到1920年在美国被广泛接受，在氯化过程中，氯同天然有机物、腐殖质相结合形成潜在的致癌物如氯仿、四氯化碳、二氯甲烷等，本申请的处理水中CL元素相对百分比降低，减少了致癌物的形成。

3、核磁共振H谱扫描测试

对对照品(自来水)和处理样品(处理水)进行核磁共振H谱扫描测试，其H谱图分别为图7和图8。由图可以清晰的看出，处理样品的峰位移发生了移动。氢键会使1H谱受到强烈的去屏蔽效应，原自来水波峰处于高波位置，处理后自来水波峰处于低波位置，表明产生氢键。

4、电子顺磁测试

对对照品(自来水)图9和处理样品(处理水)图10的对比可以看出处理水顺磁效应增强，其原因在于，水中溶解氧被激活后能量迅速增加。两者比较，处理水峰位移向低波方向移动。

5、拉曼光谱检测

如图11所示，处理样品比对照品峰面积增大，表明处理后水峰面积比原自来水峰面积增大，产生氢键。其中图11中从图右下方清晰分开的谱线，由上向下依次为原水、处理一次、2分钟和8分钟的处理水，其中延长处理时间是为了检测不同处理时间对产生氢键的影响。测试方法：将原自来水10升放入不锈钢容器中。将不锈钢泵(BJZ037型扬程20米管径25mm 220V 370W)出水口接到氢键饮用水装置的进水口进行循环处理，2分钟取样、8分钟取样。

6、¹⁷O核磁共振检测对照品(自来水)和处理样品(处理水)检测

其图谱分别为自来水图12和处理水图13所示，原自来水半幅宽 118.28139Hz，处理后自来水半幅宽86.51277Hz，接近巴马水。

通过上述分析，均显示出产生人工控制氢键。处理后的饮用水，优于原水。自来水由于产生人工控制氢键煮沸后水垢很少，解除人们对水垢的疑虑。由于产生人工控制氢键，用水洗涤纺织物时蓬松少加洗涤剂，节能环保。由于产生人工控制氢键，水中溶解氧增加。由于产生人工控制氢键，水中PH值增高。由于产生人工控制氢键，激活顺磁性物质O₂等物质清除 COD等有害物质。使Ca、Mg等离子由于产生人工控制氢键而溶剂化。通过对煮沸后水垢的电镜+EDS检测发现了人工控制氢键的反极化效应，可使 CO₃ ^2-分子破裂形成CO₂从而导致C元素减少Ca元素增加。在人工控制氢键等综合作用下激活溶解氧，可清除余氯，使Cr⁶⁺→Cr³⁺等效应。使电磁水，溶解氧和水中带电荷矿物质的影响，融为一体。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种氢键人工发生器，其特征在于，包括烧结体和设置于烧结体内部的氧化铝瓷体，制备所述烧结体的原料包括碱土金属钛酸盐和稀土元素氧化物。

2.根据权利要求1所述的氢键人工发生器，其特征在于，制备所述烧结体的原料还包括碱金属氧化物、氧化铝、二氧化硅、氧化镁和高岭土。

3.根据权利要求1或2所述的氢键人工发生器，其特征在于，以制备所述烧结体原料的总质量计，所述碱土金属钛酸盐的用量为80wt％,所述碱土金属钛酸盐为钛酸钡、钛酸钙、钛酸镁中的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的氢键人工发生器，其特征在于，所述碱土金属钛酸盐为钛酸钡和钛酸钙，其中所述钛酸钡的用量为60-70wt％,钛酸钙的用量为20-10％。

5.根据权利要求1或2所述的氢键人工发生器，其特征在于，以制备所述烧结体原料的总质量计，所述稀土元素氧化物的用量为1-3wt％,所述稀土元素氧化物为氧化钐、氧化镧、氧化铈或氧化镱。

6.根据权利要求1或2所述的氢键人工发生器，其特征在于，以制备所述烧结体原料的总质量计，所述碱金属氧化物的用量为0.5-1.5wt％,所述碱金属氧化物包括氧化钠、氧化钾、氧化锂中的一种或几种。

7.根据权利要求6所述的氢键人工发生器，其特征在于，所述碱金属氧化物包括氧化钠和氧化钾，所述氧化钠的用量为0.5％，所述氧化钾的用量为0.5％。

8.根据权利要求7所述的氢键人工发生器，其特征在于，所述氧化铝的用量为10wt％、二氧化硅的用量为3-5wt％、氧化镁的用量为1wt％，所述高岭土的用量为3wt％。

9.根据权利要求1-8任一所述的氢键人工发生器，其特征在于，所述氢键人工发生器为球形。

10.一种权利要求1-9任一所述的氢键人工发生器的制备方法，包括，

(2)在所述烧结前体内设置氧化铝瓷体，得到坯体；

11.根据权利要求10所述的氢键人工发生器的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，烧结的温度为1200-1300℃。

12.根据权利要求10所述的氢键人工发生器的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，烧结过程包括程序升温的过程。

13.权利要求1-9任一所述的氢键人工发生器在水处理中的应用。

14.一种使水体产生人工控制氢键的方法，其特征在于，采用水流冲击权利要求1-9任一所述氢键人工发生器得到含有人工控制氢键的水；或，将权利要求1-9任一所述氢键人工发生器设置于水体中，震荡不小于5S，得到含有人工控制氢键的水。

15.一种氢键人工控制饮用水处理装置，其特征在于，包括水体处理室和与其相连接的进水管和出水管，所述水体处理室内设置有利要求1-9任一所述氢键人工发生器。