[发明专利]一种环保蒸发轻水制取重水超重水混合液的装置及其结构

说明书

重水是核电工业和医疗等重要的基础，但现有提取重水技术消耗能源极多、成本极高、技术十分复杂；核电站产生的超重水日益增多，特别是日本福岛第一核电站产生的核废水，含有大量氚、锶90、钴16、碘129、碳14、锝99等放射性物质、处理成本高，日本政府于2021年4月13日决定二年后排入太平洋，将严重影响太平洋及整个海洋的生态环境。本发明提供一种环保蒸发轻水制取重水超重水混合液的装置及其结构，水5通过重力自流、毛细现象润湿导水条3和蒸发层1，并吸收外界热量在所述蒸发层1的表面上蒸发，利用轻水比重水超重水更易蒸发、饱和蒸汽压较小的差异，蒸发排出水5中的轻水，提取一定浓度的重水超重水混合液，同时对周围环境和物体进行降温。

技术领域

本发明涉及制取重水的技术领域，尤其是涉及利用蒸发轻水制取重水超重水的技术领域。

背景技术

现有利用蒸发轻水制取重水超重水的技术，利用在一个大气压下轻水（分子式H2O，分子量18.0153）沸点是100℃、重水（分子式D2O，分子量20.0275）沸点是101.42℃、超重水中氚水（分子式T2O）沸点是104℃的微小差异，对天然水进行蒸馏，通过控制蒸发温度将天然水中99.73%的轻水蒸发掉，而残液则含有较多的重水、超重水、半重水（分子式HDO）、重氧水、氧-18水、极重水等以及其他物质（以下称“重水超重水混合液”）。存在如下缺陷：

1.需要消耗大量能源，生产成本高，增加碳排放；

2.在加热蒸发汽化的工序中，产生的大量热量传递到外界环境，加剧全球变暖；

3.设备要求精度高，工艺十分复杂，控制难度大。

当今世界的能源紧缺，重水是核电工业和医疗等重要的基础，但提取重水的消耗能源极大、成本极高、技术十分复杂，严重制约了核电工业和某些医疗技术的发展；同时，核电站产生的超重水（特别是含有放射性元素氚的超重水）日益增多，严重影响地球的生态环境，亟需低成本的超重水分离技术。特别是，日本福岛第一核电站核废水，不仅有氚，还有锶90,、钴16、碘129、碳14、锝99等等大量放射性物质残留，这些元素的半衰期都很长，更容易被海洋生物和海底底泥吸收，所以更可能在鱼类等体内富集，并进入人类的食物中；但由于处理成本过高，致使日本政府于2021年4月13日决定两年后排入太平洋，将严重影响太平洋及整个海洋的生态环境。

本发明能在无能耗、低成本的前提下，将水中的轻水进行蒸发，而包括放射性元素的重水超重水混合液则留在残液中，能有效的处理核废水以及从天然水中制取重水超重水混合液，同时还能对周围环境和物体进行降温，大规模使用能有效改善城市热岛现象，增加大气中水的含量、提高降水量、缓解全球气候变暖的趋势。

发明内容

本发明解决的技术问题是，创造性的发明一种环保、高效、持续蒸发水的方法，在低能耗或无能耗、低成本维护的条件下全天候运行，不需要额外消耗大量能源对水进行加热到沸腾或接近沸腾，仅需要从自然界吸收热量，即能实现水的快速蒸发，过虑溶解或悬浮于水中的化学物质，并利用轻水与重水超重水饱和蒸汽压的微小差异、轻水比重水超重水的更容易蒸发的性质，只蒸发水中的轻水并排出到外界，而使重水超重水混合液留在残液中，实现水与重水超重水等其他物质分离的效果，制取一定浓度的重水超重水混合液，还可以对周围环境和物体进行降温。另外，本发明可以设计成任意形状和任意尺寸，在大多数环境下都能使用，且成本低廉、维护简单，适用于大规模使用，特别适用于气温较高、光照较强的地区，如热带地区、沿海沙漠地区、远洋轮船等；还能有效改善城市热岛现象，增加大气中水的含量、提高降水量、缓解全球气候变暖的趋势，改善人类的生存环境。

在传统的观念中，对于水蒸发的技术存在以下普遍存在的、偏离客观事实的认识：认为水层太薄（如≤5mm）容易因蒸发等原因而干燥，难以持续蒸发。由此在实际使用时往往使所述水层的厚度较厚（如＞5mm），造成水蒸发速率慢、装置笨重造价高，并且经常通过直接喷淋等方式补充水，造成水过多而四处横流，极大的浪费水资源、污染环境。