1.本实用新型属于小分子簇水制备领域，涉及一种基于固液处理法的小分子簇水制备装置。


背景技术：

2.在自然条件下，水是以分子簇形式存在的，水的微观结构的形成和改变与水分子的运动有密切的关系，水分子簇的形态是水功能的结构基础。水分子团簇结构是由氢键相连，氢键为极性键，若要改变其结构可通过外加能量使氢键断裂影响团簇结构的重排机理，可以实现团簇结构改变。水分子簇的尺寸大小与其物理性质有着直接的关系，分子簇小的水具有活性大、渗透力强、溶解度高、能量大、与细胞亲和性好等特性，改变水分子簇的大小可使水在生物体中的作用发生改变。
3.小分子簇水在水产养殖、农业、烟草行业中有着重要的应用价值。在水产养殖领域，小分子簇水可以改善养殖水体水质，使鱼虾的成活率提高，生长速度加快，提高水产养殖的经济效益。在农业领域，小分子簇水可缓解镉胁迫对水稻的抑制，采用小分子簇水处理可增强采后番茄果实的灰霉病抗性，采用小分子簇水浸种可增强黄瓜幼苗的耐冷性，小分子簇水还可缓解植物的抗盐胁迫、重金属胁迫、百草枯胁迫作用，同时对植物激素具有调节作用，可提高植物对环境胁迫的响应能力。在烟草行业，小分子簇水可以降低卷烟烟气杂气及刺激性，增加甜度，增强烟丝对料液的吸收性能。
4.固液处理技术是一种简单便捷的小分子簇水的制备方法。其基本思路为将固体功能材料(远红外陶瓷、电气石、氢棒等)浸泡在水中，从而制备得到小分子簇水。其中应用较为广泛的为远红外陶瓷固体，其原理为天然矿物如氧化钛、氧化锆等会发出远红外线，水吸收远红外辐射的能量，使分子的振动能级产生变化，使本身温度升高，产生小分子簇水，也就是远红外辐射的热效应产生小分子簇水。研究表明，分子间氢键的振动频率在远红外区(10-500cm-1
)，也有人认为350cm-1
以下为液态水分子转动的频率区，其实两者往往是交织在一起的。当此波长范围内的远红外线作用于水时，根据振频相近快速传能原理，远红外线与水分子产生共振，把某些缔合的水分子的氢键打开而变成小的水分子团即小分子簇水。简单来说，远红外线辐射会形成较强的辐射宽带，水在远红外辐射能量的作用下，水的缔合大分子团发生裂解分离，由原来的数十个或更多水分子组成的水分子团簇变成由6-8个水分子组成的小团簇，即小分子团水。把远红外陶瓷粉掺入普通陶瓷釉中，按常规施釉方法，把远红外陶瓷釉浆施在坯体上，经烧成后，可制成具有发射远红外线功能的陶瓷制品，对水具有活化作用，也就是能将大的水分子团簇变为小分子团簇水。
5.现有固液处理技术制备的小分子簇水的方法多采用将固体功能材料如远红外陶瓷、电气石、氢棒等浸泡的方式，小分子簇水的单批次生产量小，只能间歇生产，生产效率低，难以工业放大，产量和实用性难以达到工业要求。随着社会经济的发展，小分子簇水的用水量越来越大，需要能够进行小分子簇水的连续生产，并保证在单位时间内有一定产水量。从间歇生产到连续生产属于工艺的改变，需要重新设计生产工艺，所有工艺参数均会发
生变化，必须重头开始设计相应工艺和使用不同的设备。目前使用固体陶瓷球间歇制备小分子簇水已经在实验室阶段表现出良好的应用前景，但是尚没有在工业生产上广泛应用，原因之一就是没有能够满足工业生产的连续制备陶瓷球水的生产装置，无法满足工业生产的小分子簇水的用水需求。
6.基于上述技术现状，若能设计一款基于固液处理技术制备小分子簇水的装置，使其能够连续生产小分子簇水，对于降低小分子簇水的生产成本、提高小分子簇水的生产效率，促进小分子簇水在工业中的推广应用具有重要的意义。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于固液处理技术制备小分子簇水的装置，做到小分子簇水的连续生产，以解决现有固液处理制备小分子簇水方法单批次生产量小，只能间歇生产，生产效率低，难以满足工业生产要求的问题，以实现高效、大批量、连续地制备小分子簇水的目的。
8.本实用新型的技术方案如下：
9.一种基于固液处理法的小分子簇水制备装置，其包括蓄水柱2、制备柱3、水泵6、测量仪表8和流量计10，所述制备柱3中装有颗粒状固体功能材料21；水从制备柱3的底部进入、从制备柱3的口部出来为成品小分子簇水，即制备柱3中水流方向为自下而上，可以解决布水不均匀的问题，提高制备柱3中颗粒状固体功能材料的使用率。颗粒状固体功能材料为远红外陶瓷、电气石、氢棒等，本实用新型优选远红外陶瓷。测量仪表8可以为在线ph值测量和电导率测量仪表等用于监控成品小分子簇水的水质；水泵6可以选择齿轮泵。各部件之间用耐腐蚀的管道连接、如pvc材质的管道；因为考虑到装置使用一定时间后需用稀酸或者稀碱溶液冲洗。
10.优选地，所述蓄水柱2通过水泵6连接到制备柱3的底部，所述制备柱3口部连接成品罐，制备柱3和成品罐之间装有流量计10；所述测量仪表8设置在所述制备柱3的口部。
11.优选地，所述制备柱3为多个，多个制备柱3串联布置；多个制备柱3留有串联管路，从而保留了多根制备柱串联使用的功能，为成品小分子簇水的制水工艺条件调整和优化提供了裕量。
12.优选地，所述制备柱3为多个，多个制备柱3并联布置。常规使用时，只需启用一根制备柱3即可满足生产要求，另外一根为备用柱。当一根制备柱3发生故障时，可以通过阀门迅速将管路中水的流向调整至备用柱，从而保证设备不间断运行。当用水量较大时，可以将多个制备柱3并联使用，从而使制水量提升数倍。
13.优选地，所述制备柱3为两个；本实用新型优选两个制备柱。
14.优选地，所述蓄水柱2和制备柱3的上部装有压力计5，底部设置有快装接口4。为便于观察进水情况，蓄水柱2和制备柱3为透明材料制成如钢化玻璃或有机玻璃等；蓄水柱2和制备柱3可以大小和形状相同，也可以不同。
15.优选地，各部件之间装有阀门7，阀门7优选球阀。
16.优选地，各部件布置在框架1上，所述框架1底部设置有福马脚轮。框架下设置福马轮，赋予了本实用新型的装置在一定空间范围内移动、固定、调节高度等功能，方便使用；框架1可为不锈钢材料制成。
17.采用本实用新型的装置制备小分子簇水的方法如下：
18.如图1所示，将远红外陶瓷球清洗后装入有机玻璃制备柱3中；调节管路中的球阀，使两根制备柱3处于用一备一的状态；打开进水水源，生产用水如自来水经有机玻璃蓄水柱2至齿轮泵6定量输送至制备柱3中；水流自下而上经布水器使水流在制备柱3中分布均匀，水在制备柱3中经红外陶瓷球连续处理，进行在线ph值和电导率测量仪表，实时获取制得的小分子簇水的ph值和电导率数据；小分子簇水经出水口送至储水罐或者直接与用水设备相连供工业生产使用。
19.如图3所示，经
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o-nmr检测表明，采用本实用新型提供的制备装置制备的小分子簇水的
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o-nmr谱图半峰宽明显小于现有生产用水，证实了制备得到的陶瓷球水是小分子簇水。
20.本实用新型的有益效果：
21.1、本实用新型提供的小分子簇水制备装置，可以连续、高效地制备小分子簇水，适用于市面上所有用于制备小分子簇水的功能材料如陶瓷球、电气石、水素球等，制水量大，利于小分子簇水在工业中的推广应用。
22.2、本实用新型提供的小分子簇水制备装置，在设计时充分考虑到了核心部件制备柱发生故障时的紧急处理，制备柱有备用，多个制备柱并联，正在使用的制备柱发生故障时可以通过球阀启用备用柱，从而保障小分子簇水的制备过程不间断进行；同时蓄水柱起到了备件作用，可以快速实现对制备柱的替换。
23.3、本实用新型提供的小分子簇水制备装置，在设计时充分考虑到了由于生产工艺的改变导致的用水需求改变；通过将多根制备柱并联，在生产工艺需水量变大时可以迅速将制水量提升多倍；同时，在多根制备柱间预留了串联管路，从而保留了多根制备柱串联使用的功能，为制水工艺条件调整和优化提供了裕量。
附图说明
24.图1是本实用新型提供的小分子簇水制备装置的结构示意图。
25.图2是本实用新型提供的小分子簇水制备装置的三维结构示意图。
26.图3为采用实施例1的装置制备的小分子簇水和自来水
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o-nmr结果的局部放大图，纵坐标经归一化处理。
27.附图标记为：1、框架；2、蓄水柱；3、制备柱；4、快装接口；5、压力计；6、水泵；7、阀门；8、测量仪表；9、液动阀；10、流量计。
具体实施方式
28.以下通过实施例对本实用新型提供的小分子簇水制备装置作进一步说明。有必要指出，以下实施例只用于对本实用新型作进一步说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员根据上述实用新型内容，对本实用新型做出一些非本质的改进和调整进行具体实施，仍属于实用新型保护的范围。
29.实施例1
30.如图1和图2所示的固液处理法的小分子簇水制备装置的结构示意图。在带有福马轮的不锈钢框架上1上集成了有机玻璃蓄水柱2、有机玻璃制备柱3、齿轮泵6、在线ph值和电
导率测量仪表8；在连接管线上设置了多个球阀7，有机玻璃制备柱3上方设置了压力计，出水口设置了流量计10和液动阀9；有机玻璃柱主体部分通过法兰盘与快装接口4相连，方便更换填料。
31.正常情况下，两根有机玻璃制备柱3均装有清洗好的陶瓷球填料；通过球阀调节，使一根有机玻璃制备柱处于工作状态，另一根有机玻璃制备柱备用。当正在工作的有机玻璃制备柱出现故障或需要更换填料时，通过球阀调节，切换至备用柱继续使用，以保证设备不间断运行。
32.将陶瓷球清洗后装入有机玻璃制备柱中。调节管路中的球阀，使两根制备柱3处于用一备一的状态；打开进水水源，现有生产用水经有机玻璃蓄水柱至齿轮泵定量输送至制备柱3中，水流自下而上经布水器使水流在制备柱,3中分布均匀，水在制备柱3中经陶瓷球连续处理，筛板过滤杂质后进入在线ph值和电导率测量仪表，实时获取制得的小分子簇水的ph值和电导率数据；小分子簇水经出水口送至储水罐中。分别取一定量现有生产用水和储水罐中的小分子簇水进行
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o-nmr检测。
33.对制备的成品小分子簇水和本应用例采用的现有生产用水进行
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o-nmr检测，结果如表1和图3所示。由表1和图3可知，采用本实用新型提供的制备装置制备的小分子簇水的
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o-nmr谱图半峰宽明显小于现有生产用水，证实了制备得到的是小分子簇水。
34.表1 17
o-nmr结果对比
[0035][0036]
实施例2
[0037]
本实施例中，小分子簇水制备装置的主体结构同实施例1；在用水需求增大时，两根有机玻璃制备柱均装有清洗好的陶瓷球填料，调节球阀，使两根有机玻璃制备柱并联运行，同时制水，可以保证制水量增加1倍。
[0038]
实施例3
[0039]
本实施例中，小分子簇水制备装置的主体结构同实施例1。当制水工艺和要求发生变化，柱高无法满足要求时，通过调节球阀，使两根有机玻璃制备柱串联运行，从而使水和陶瓷球的接触时间增长1倍，制得的小分子簇水水质更优。
[0040]
实施例4
[0041]
本实施例中，小分子簇水制备装置的主体结构同实施例1。当一根有机玻璃制备柱发生故障或损坏需要更换时，有机玻璃蓄水柱可以发挥备件功能；将其拆卸，安装到有机玻璃制备柱位置；同时将进水口直接与齿轮泵相连，可以保证设备的运行。
[0042]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以修改和改进，但只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的保护范围之内。