(57)【要約】  水を容易かつ低コストで重水素低減水と重水素濃縮水とに分離する。  水から重水および半重水を除去し、重水素低減水を製造する方法であって、炭素材料に添加金属として元素周期表の第８属から第１３属に属する金属のうち１種以上を添加してなる吸着材１１に水蒸気を所定時間供給し通過させながら吸着させた後、上記吸着材１１に軽水素ガスを接触させ、さらにその後上記吸着材１１に吸着した上記水蒸気を脱離させて回収することを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水から重水および半重水を除去し、重水素低減水を製造する方法であって、
炭素材料に添加金属として元素周期表の第８属から第１３属に属する金属のうち１種以上を添加してなる吸着材に水蒸気を所定時間供給し通過させながら吸着させた後、
上記吸着材に軽水素ガスを接触させ、
さらにその後上記吸着材に吸着した上記水蒸気を脱離させて回収することを特徴とする重水素低減水の製造方法。
【請求項２】
水から重水および半重水を除去し、重水素低減水を製造する方法であって、
炭素材料に添加金属として元素周期表の第８属から第１３属に属する金属のうち１種以上を添加してなる吸着材を周方向に回転させるとともに、水蒸気の供給口と軽水素ガスの供給口と水蒸気を含まないフローガスの供給口とを、上記吸着材の回転の周方向に並べて配置し、
上記吸着材の一部に上記水蒸気を供給して通過させながら吸着させ、
これと同時に上記吸着材の他の部分に上記軽水素ガスを供給して通過させ、
これと同時に上記吸着材のさらに他の部分に上記フローガスを供給して通過させ、上記吸着材に吸着した上記水蒸気を脱離させて回収することを特徴とする重水素低減水の製造方法。
【請求項３】
水から重水および半重水を除去し、重水素低減水を製造する方法であって、
炭素材料に添加金属として元素周期表の第８属から第１３属に属する金属のうち１種以上を添加してなる吸着材に水蒸気、軽水素ガスおよびフローガスの混合ガスを所定時間供給し通過させながら吸着させ、上記吸着材に吸着した上記水蒸気を脱離させて回収することを特徴とする重水素低減水の製造方法。
【請求項４】
上記添加金属がＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌのうち１種以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の重水素低減水の製造方法。
【請求項５】
水から軽水を除去し、重水素濃縮水を製造する方法であって、
炭素材料に添加金属として元素周期表の第８属から第１３属に属する金属のうち１種以上を添加してなる吸着材に水蒸気を所定時間供給し通過させながら吸着させ、さらに上記吸着材に軽水素ガスを接触させ、さらにその後上記吸着材に吸着しなかった上記水蒸気を回収することを特徴とする重水素濃縮水の製造方法。
【請求項６】
水から軽水を除去し、重水素濃縮水を製造する方法であって、
炭素材料に添加金属として元素周期表の第８属から第１３属に属する金属のうち１種以上を添加してなる吸着材を周方向に回転させるとともに、水蒸気の供給口と水蒸気を含まないフローガスの供給口とを、上記吸着材の回転の周方向に並べて配置し、
上記吸着材の一部に水蒸気および軽水素ガスを含む混合ガスを供給して通過させながら吸着させ、
これと同時に上記吸着材の他の部分に上記フローガスを供給して通過させ、上記吸着材に吸着しなかった上記水蒸気を回収することを特徴とする重水素濃縮水の製造方法。
【請求項７】
水から軽水を除去し、重水素濃縮水を製造する方法であって、
炭素材料に添加金属として元素周期表の第８属から第１３属に属する金属のうち１種以上を添加してなる吸着材に水蒸気、軽水素ガスおよびフローガスの混合ガスを所定時間供給し通過させながら吸着させ、上記吸着材に吸着せずに通過した上記水蒸気を回収することを特徴とする重水素濃縮水の製造方法。
【請求項８】
上記添加金属がＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌのうち１種以上であることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の重水素濃縮水の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的な水から重水または半重水の量を低減させた重水素低減水を製造する方法に関する。
また、本発明は、一般的な水から重水や半重水を多く含む重水素濃縮水を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な水には、Ｈ２Ｏ（軽水）と、水素原子の同位体である重水素原子を含んだ水分子である、Ｄ２Ｏ（重水）やＤＨＯ（半重水）とが混在している。自然界にある水に含まれる重水および半重水の濃度は、採取される場所によって差があるが、平地では約１５０ｐｐｍ程度であり、そのほとんどは半重水である。
人体に含まれる重水および半重水の量は、例えば体重６０ｋｇの成人であれば体重の９５ｐｐｍと微量である。
しかし、重水や半重水は、物質の溶解度、電気伝導度、電離度などの物性や反応速度が軽水とは異なるため、大量に摂取すると生体内反応に失調をきたし、また、純粋な重水中では生物は死滅する。そのため、飲用水等の重水素濃度が低いほど人体の健康にとって望ましいと言われ、検証が進められている。
重水や半重水をほとんど含まない重水素低減水は、日本では厚生労働省から認可されていないものの、ハンガリーでは動物用の抗がん剤として認可されており、ガン患者等が飲用することも多い。【０００３】
一般的な水から重水素低減水を製造する方法として、従来の技術では、水素と重水素とのごくわずかな物理的性質の差を利用し、蒸留を繰り返す方法（特許文献１）や水電解法による方法（特許文献２）で重水素低減水を製造していた。【０００４】
しかし、重水素低減水を製造する従来の方法では、大型の設備や複雑な作業の繰り返しが必要であり、その製造コストは高かった。そのため、ガン患者や、各種効能を期待して飲用を望む者にとって、大きな経済的負担となっていた。【０００５】
また、重水は放射線の減速材として、癌の放射線治療などに使用できる。そのほか、重水や半重水を原料として抗がん剤を重水素置換することで、その効果を高めることが期待される。
そのため、軽水と重水および半重水とを効率よく分離できる方法が必要とされていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００８−５１２３３８号公報
【特許文献２】特開２０１２−１５８４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、水を容易かつ低コストで重水素低減水と重水素濃縮水とに分離することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明において、上記課題が解決される手段は以下の通りである。
第１の発明は、水から重水および半重水を除去し、重水素低減水を製造する方法であって、炭素材料に添加金属として元素周期表の第８属から第１３属に属する金属のうち１種以上を添加してなる吸着材に水蒸気を所定時間供給し通過させながら吸着させた後、上記吸着材に軽水素ガスを接触させ、さらにその後上記吸着材に吸着した上記水蒸気を脱離させて回収することを特徴とする。【０００９】
第２の発明は、水から重水および半重水を除去し、重水素低減水を製造する方法であって、炭素材料に添加金属として元素周期表の第８属から第１３属に属する金属のうち１種以上を添加してなる吸着材を周方向に回転させるとともに、水蒸気の供給口と軽水素ガスの供給口と水蒸気を含まないフローガスの供給口とを、上記吸着材の回転の周方向に並べて配置し、上記吸着材の一部に上記水蒸気を供給して通過させながら吸着させ、これと同時に上記吸着材の他の部分に上記軽水素ガスを供給して通過させ、これと同時に上記吸着材のさらに他の部分に上記フローガスを供給して通過させ、上記吸着材に吸着した上記水蒸気を脱離させて回収することを特徴とする。【００１０】
第３の発明は、水から重水および半重水を除去し、重水素低減水を製造する方法であって、炭素材料に添加金属として元素周期表の第８属から第１３属に属する金属のうち１種以上を添加してなる吸着材に水蒸気、軽水素ガスおよびフローガスの混合ガスを所定時間供給し通過させながら吸着させ、 上記吸着材に吸着した上記水蒸気を脱離させて回収することを特徴とする。【００１１】
第４の発明は、上記添加金属がＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌのうち１種以上であることを特徴とする。【００１２】
第５の発明は、水から軽水を除去し、重水素濃縮水を製造する方法であって、炭素材料に添加金属として元素周期表の第８属から第１３属に属する金属のうち１種以上を添加してなる吸着材に水蒸気を所定時間供給し通過させながら吸着させ、さらに上記吸着材に軽水素ガスを接触させ、さらにその後上記吸着材に吸着しなかった上記水蒸気を回収することを特徴とする。【００１３】
第６の発明は、水から軽水を除去し、重水素濃縮水を製造する方法であって、炭素材料に添加金属として元素周期表の第８属から第１３属に属する金属のうち１種以上を添加してなる吸着材を周方向に回転させるとともに、水蒸気の供給口と水蒸気を含まないフローガスの供給口とを、上記吸着材の回転の周方向に並べて配置し、上記吸着材の一部に水蒸気および軽水素ガスを含む混合ガスを供給して通過させながら吸着させ、これと同時に上記吸着材の他の部分に上記フローガスを供給して通過させ、上記吸着材に吸着しなかった上記水蒸気を回収することを特徴とする。【００１４】
第７の発明は、水から軽水を除去し、重水素濃縮水を製造する方法であって、炭素材料に添加金属として元素周期表の第８属から第１３属に属する金属のうち１種以上を添加してなる吸着材に水蒸気、軽水素ガスおよびフローガスの混合ガス供給口を配置し、混合ガスを所定時間供給し通過させながら吸着させ、上記吸着材に吸着せずに通過した上記水蒸気を回収することを特徴とする。【００１５】
第８の発明は、上記添加金属がＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌのうち１種以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、炭素材料に添加金属として元素周期表の第８属から第１３属に属する金属のうち１種以上を添加してなる吸着材に水蒸気を所定時間供給し通過させながら吸着させた後、上記吸着材に軽水素ガスを接触させて水素−重水素交換反応により上記吸着剤に吸着した上記水蒸気から重水素を取り除き、さらにその後上記吸着材に吸着した上記水蒸気を脱離させて回収することにより、容易かつ効率的に重水素低減水を得ることができるとともに、吸着材を衛生的に保つことができる。【００１７】
第２の発明によれば、炭素材料に添加金属として元素周期表の第８属から第１３属に属する金属のうち１種以上を添加してなる吸着材を周方向に回転させるとともに、水蒸気の供給口と軽水素ガスの供給口と水蒸気を含まないフローガスの供給口とを、上記吸着材の回転の周方向に並べて配置し、上記吸着材の一部に上記水蒸気を供給して通過させながら吸着させ、これと同時に上記吸着材の他の部分に上記軽水素ガスを供給して通過させて水素−重水素交換反応により上記吸着剤に吸着した上記水蒸気から重水素を取り除き、これと同時に上記吸着材のさらに他の部分に上記フローガスを供給して通過させ、上記吸着材に吸着した上記水蒸気を脱離させて回収することにより、間断なく水蒸気の吸着と離脱とを繰り返すことができて、重水素低減水を効率よく生産することができる。【００１８】
第３の発明によれば、炭素材料に添加金属として元素周期表の第８属から第１３属に属する金属のうち１種以上を添加してなる吸着材に水蒸気、軽水素ガスおよびフローガスの混合ガスを所定時間供給し通過させながら吸着させて水素−重水素交換反応により上記吸着剤に吸着した上記水蒸気から重水素を取り除き、上記吸着材に吸着した上記水蒸気を脱離させて回収することにより、容易かつ効率的に重水素低減水を得ることができるとともに、吸着材を衛生的に保つことができる。【００１９】
第４の発明によれば、上記添加金属がＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌのうち１種以上であることにより、容易かつ効率的に重水素低減水を得ることができるとともに、吸着材を衛生的に保つことができる。【００２０】
第５の発明によれば、炭素材料に添加金属として元素周期表の第８属から第１３属に属する金属のうち１種以上を添加してなる吸着材に水蒸気を所定時間供給し通過させながら吸着させ、さらに上記吸着材に軽水素ガスを接触させ、さらにその後上記吸着材に吸着しなかった上記水蒸気を回収することにより、容易かつ効率的に重水素濃縮水を得ることができるとともに、吸着材を衛生的に保つことができる。【００２１】
第６の発明によれば、炭素材料に添加金属として元素周期表の第８属から第１３属に属する金属のうち１種以上を添加してなる吸着材を周方向に回転させるとともに、水蒸気の供給口と水蒸気を含まないフローガスの供給口とを、上記吸着材の回転の周方向に並べて配置し、上記吸着材の一部に水蒸気および軽水素ガスを含む混合ガスを供給して通過させながら吸着させ、これと同時に上記吸着材の他の部分に上記フローガスを供給して通過させ、上記吸着材に吸着しなかった上記水蒸気を回収することにより、間断なく水蒸気の吸着と離脱とを繰り返すことができて、重水素濃縮水を効率よく生産することができるとともに、吸着材を衛生的に保つことができる。【００２２】
第７の発明によれば、炭素材料に添加金属として元素周期表の第８属から第１３属に属する金属のうち１種以上を添加してなる吸着材に水蒸気、軽水素ガスおよびフローガスの混合ガスを所定時間供給し通過させながら吸着させながら上記水蒸気を吸着させるとともに、並行して水素−重水素交換反応により上記吸着剤に吸着した上記水蒸気から重水素を取り除き、上記吸着材に吸着せずに通過した上記水蒸気を回収することにより、水蒸気中の重水素濃度を低下させることなく、さらに吸着材を衛生的に保つことができる。【００２３】
第８の発明によれば、上記添加金属がＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌのうち１種以上であることにより、容易かつ効率的に重水素低減水を得ることができるとともに、吸着材を衛生的に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】重水、半重水、軽水の活性炭に対する２５℃での水蒸気吸着等温線である。
【図２】吸着材に対する軽水および重水の吸着速度および脱離速度を測定する測定装置を示す図である。
【図３】吸着材に対する軽水および重水の吸着速度を示すグラフである。
【図４】本発明の第一実施形態に係る分離装置を示す説明図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係る分離装置を示す説明図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は吸着材の入り口から見た図、（ｃ）は吸着材の出口から見た図、（ｄ）も吸着材の出口から見た図である。
【図６】本発明の試験（比較例）を示す説明図であり、（ａ）は水蒸気の入り口側から見た図、（ｂ）は水蒸気の出口側から見た図である。
【図７】同試験で得られた位置ごとの重水素濃度を示す表である。
【図８】本発明の試験（実施例）を示す説明図であり、（ａ）は水蒸気の入り口側から見た図、（ｂ）は水蒸気の出口側から見た図である。
【図９】同試験で得られた位置ごとの重水素濃度を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態に係る重水素低減水の製造方法について説明する。
本発明は、所定の吸着材に対して軽水が重水および半重水よりも初期の吸着速度が速いことを利用したものである。
また、本発明は、吸着材に所定の金属を添加することで重水および半重水を軽水から効率的に分離するものである。
【００２６】
図１は、吸着材を活性炭（株式会社アドール製活性炭素繊維「Ａ−２０」）とした場合の２５℃での水蒸気吸着等温線を、重水、半重水、軽水に分けて示したグラフである。
図１に示すように、重水、半重水、軽水のいずれも、小さな圧力変化で活性炭への吸着量が大きく変化する。また、重水、半重水、軽水のいずれも活性炭への吸着時と脱離時とでヒステリシスを示す。
水蒸気圧を低圧から上昇させて水蒸気を活性炭に吸着させると、１４〜１７Ｔｏｒｒで多量の重水が活性炭に吸着し、１５〜１８Ｔｏｒｒで多量の半重水が活性炭に吸着し、１６〜１９Ｔｏｒｒで多量の軽水が活性炭に吸着する。
【００２７】
また、活性炭に水蒸気を十分に吸着させた後、水蒸気圧を高圧から低下させて水蒸気を活性炭から脱離させると、１４〜１３Ｔｏｒｒで多量の軽水が活性炭から脱離し、１３〜１２Ｔｏｒｒで多量の半重水が活性炭から脱離し、１２〜１１Ｔｏｒｒで多量の重水が活性炭から脱離する。
【００２８】
＜吸着速度および脱離速度の測定＞
吸着材に対する軽水、重水および半重水の吸着速度および脱離速度を、図２に示す測定装置を用いて測定した。
この測定装置１では、ヘリウムガスを水蒸気のキャリアーとして用いる。なお、本実施形態ではヘリウムガスを用いているが、水蒸気のキャリアーとして用いることが可能な気体であれば、キャリアーの種類は限定されない。
まず、ヘリウムガスを水２中に放出して浮き上がってきたガスを回収する。次いで、このヘリウムガスに空の試験管３を通過させて、余分な水滴を落とし、再度ガスを回収する。
これにより、水蒸気を含んだヘリウムガスを得ることができる。
【００２９】
このヘリウムガスに、別系統から供給される乾燥窒素ガスを混合することにより、混合ガスの湿度（水蒸気の相対圧）をコントロールすることができる。
３５．５ｍｇの吸着材４が配置された管に、この混合ガスを通して、混合ガスの湿度を変更することにより、吸着材に対する軽水および重水の吸着速度および脱離速度を測定する。混合ガスの供給速度は、水蒸気を含んだヘリウムガスと乾燥窒素ガスとの合計が５０ｍｌ／ｍｉｎとなるようにする。また、測定装置１の全体を１５℃に保つようにする。
【００３０】
以下では、吸着材として活性炭（株式会社アドール製活性炭素繊維「Ａ−２０」）を使用した例に基づいて説明する。
【００３１】
まず、吸着速度を測定するには、混合ガスの混合割合を調整して、湿度４０％の混合ガスを吸着材４へ一定時間供給する。次いで、湿度９０％の混合ガスを吸着材４へ供給して、吸着材の下流で回収される混合ガスにおける軽水および重水の量の変化から、それぞれの吸着速度を測定した。
図３のグラフは、その結果を示している。
図３に示すように、湿度９０％の混合ガスの供給開始（０分）から約１０分の間、軽水の吸着速度は非常に速く、かつ、重水の吸着速度を大きく上回っている。
４０分から２２０分までの間は、軽水の吸着速度は中程度であり、重水の吸着速度を上回っている。
２２０分以降は、軽水の吸着速度は急激に低下し、重水の吸着速度を下回る。
軽水はおよそ２３０分で平衡状態に達し、重水はおよそ２９０分で平衡状態に達する。
なお、半重水の吸着速度は、軽水と重水とを平均した値になると考えられる。
【００３２】
＜吸着材＞
本発明は、軽水の吸着材への初期の吸着速度が重水および半重水の初期の吸着速度を大きく上回っていることを利用し、かつ、炭素材料に所定の金属を添加してなる吸着材を使用することを特徴とする。
【００３３】
吸着材は、吸着等温線に立ち上がりがあり、所定の圧力以上で水蒸気を供給したときに急激に吸着する必要がある。ＩＵＰＡＣの吸着等温線の分類においてI型、II型、IV型またはV型に分類される材料を用いることが好ましい。
また、吸着した水蒸気を容易に脱離させることができない、すなわち不可逆吸着が少ない材料であることが好ましい。
このような吸着材の例としては、炭素の単体を主成分とする炭素材料、特に活性炭素繊維（株式会社アドール製活性炭素繊維：Ａ−２０）が挙げられる。
【００３４】
吸着材に添加する金属には、元素周期表の第８属〜第１３属に該当する金属、例えばＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌのうちから１種以上を用いることができる。
これらの金属は、水素分子を２つのＨ（Ｄ）基に分解するとともに水分子をＨ（Ｄ）基とＯＨ（ＯＤ）基とに分解して表面に化学吸着することで、後述するように重水および半重水と軽水との分離を促進することができる。
また、上記の金属は吸着性能が強すぎないため、不可逆吸着を起こすことはなく、吸着した水蒸気を比較的容易に脱離させることができる。
さらに、吸着材に上記の金属を添加することにより抗菌作用を付加して細菌の繁殖を防止し、水蒸気等の吸着と離脱とを繰り返しても吸着材を衛生的に保つことができる。
また、上記の金属は水に溶出して人体に悪影響を与える有害金属ではないため、本発明によって分離された軽水や重水および半重水を医療用途等に用いることができる。
【００３５】
これらの金属の中では、ＰｔおよびＰｄが後述する水素−重水素交換反応に優れており、ＡｇおよびＣｕが抗菌性に優れている。
【００３６】
例として、活性炭にＰｔを添加するには、吸着材に充填する前の粒状または繊維状の活性炭にＰｔを担持する。Ｐｔを担持する方法は、ナノＰｔコロイド溶液に含侵させ蒸発乾固させる方法や、塩化白金酸水溶液を用いて担持する方法などがある。
例えば、活性炭素繊維Ａ−２０を１Ｎ硝酸溶液に２時間浸漬した後、取り出して純水で洗浄し、乾燥させる。次いで、塩化白金酸（IV）塩酸塩水溶液に１時間浸漬および撹拌し、取り出して純水で洗浄し、乾燥させる。さらに、常温で水素気流中１時間処理を行い、Ｐｔを担持したＡ−２０を得た。
【００３７】
このようにしてＰｔを担持させた吸着材に一般的な水蒸気を供給すると、初期の吸着速度が大きい軽水が速やかに吸着して飽和し、重水および半重水はゆっくりと吸着して飽和する。
さらに、Ｐｔの表面には、軽水分子（Ｈ２Ｏ）、半重水分子（ＨＤＯ）、および重水分子（Ｄ２Ｏ）がＨ基、ＯＨ基、Ｄ基またはＯＤ基に分解されて化学吸着する。
以下の各実施形態では、炭素材料にＰｔを担持させた吸着材を用いた。
【００３８】
＜第一実施形態＞
図４に示すように、第一実施形態の分離装置９は、軽水素ガスおよびフローガス（窒素ガス、ヘリウムガス）を各別に供給することができる供給装置１０と、ヘリウムガスに水２および空の試験管３を通過させて水蒸気を供給する水蒸気発生装置１９と、水蒸気またはフローガスが通過するように配置された上記吸着材を内蔵する吸着槽１１と、重水素濃縮水出口１２と、重水素低減水出口１３と、窒素ガスの配管、ヘリウムガスの配管および軽水素ガスの配管のそれぞれに設けられたマスフローコントローラー１７，１８，２０と、バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４とを有する。
【００３９】
第一実施形態では、まず、バルブＶ１とバルブＶ２とを開放し、バルブＶ３を操作して重水素濃縮水出口１２を開放し、供給装置１０から吸着槽１１にマスフローコントローラー１７，１８を用いて５０ｍＬ／ｍｉｎの流量で水蒸気およびフローガスを供給すると、吸着材には軽水が速やかに吸着し、吸着材を通過した水蒸気中の重水素濃度（重水および半重水の濃度）が高くなる。そのため、重水素を多く含む重水素濃縮水を重水素濃縮水出口１２から回収することができる。
【００４０】
次いで、バルブＶ１，Ｖ２を閉じ、バルブＶ３を開放して軽水素供給装置から吸着槽へ軽水素ガス（Ｈ２）を供給すると、軽水素もＨに分解されてＰｔに乖離吸着するため、Ｐｔに乖離吸着した重水または半重水由来のＤ基およびＯＤ基と軽水素ガスとの間で水素−重水素交換反応が起こり、重水素が水素ガス中へ放出されるとともにＰｔに吸着している軽水素が増える。したがって、結果的に吸着している重水および半重水の割合が減り軽水の割合が増える。
上述したように重水および半重水の初期の吸着速度が軽水よりも遅いことにより、重水および半重水は吸着材の表面近くの領域に偏在しているため、重水素はこの水素−重水素交換反応によって効果的に水素ガス中に放出される。
【００４１】
さらに、バルブＶ２，Ｖ４を閉じるとともにバルブＶ１を開放し、バルブＶ３を操作して重水素低減水出口１３を開放し、供給装置１０から吸着槽１１にフローガス（窒素ガス）を供給すると、吸着材に吸着していた重水素濃度の低い水蒸気が離脱し、フローガスによって運ばれる。そのため、重水素をほとんど含まない重水素低減水を重水素低減水出口１３から回収することができる。
【００４２】
このように、吸着材に水蒸気を供給して吸着させる工程と、軽水素ガスを供給して水素−重水素交換反応を起こす工程と、フローガスを供給して水蒸気を脱離させる工程とを順に繰り返す。
【００４３】
吸着槽１１に供給する一般的な水蒸気の重水素濃度は１５０ｐｐｍであるが、第一実施形態では、重水素濃度が１７０ｐｐｍの重水素濃縮水と、重水素濃度が１１５ｐｐｍの重水素低減水を回収することができた。
【００４４】
第一実施形態によれば、吸着ヒステリシスを示す吸着材を用いなくても、重水素低減水と重水素濃縮水とを容易に分離することができる。
また、吸着材に水蒸気を吸着させると温度が上昇し、その後フローガスを供給したときに水蒸気が脱離しやすくなる。さらに、吸着材から水蒸気を脱離させると温度が低下し、その後水蒸気を供給したときに水蒸気が吸着しやすくなる。
このように、吸着材に水蒸気を吸着させる工程と、水蒸気を脱離させる工程とを交互に繰り返すことで、連続して効率的に重水素濃縮水と重水素低減水とを得ることができる。
【００４５】
また、炭素材料に所定の金属を担持させた吸着材を用いるとともに、軽水素ガスを供給して水素−重水素交換反応を促すことにより、吸着材の表面近くの領域に偏在する重水素を効果的に除去して、さらに重水素濃度の低い重水素低減水を得ることができる。
また、炭素材料に所定の金属を添加したことにより、抗菌作用を付加して細菌の繁殖を防止することができる。
【００４６】
第一実施形態では水蒸気およびフローガスを吸着槽１１に供給し、次いで軽水素ガスを供給したが、その代わりに、水蒸気、軽水素ガスおよびフローガスの混合ガスを吸着槽１１に供給してもよい。
この場合、吸着材に軽水が速やかに吸着するとともに、並行してＰｔに乖離吸着した重水または半重水由来のＤ基およびＯＤ基と軽水素ガスとの間で水素−重水素交換反応が起こり、吸着している水蒸気の重水素濃度が低下する。吸着材に吸着せずに通過した水蒸気および水素ガスは重水素濃縮水出口１２から回収される。なお、この重水素濃度が高い水蒸気と水素ガスとは水蒸気を凝集させることで容易に分離することができるので、重水素濃縮水出口１２からは重水素濃縮水を得ることができることとなる。
その後、吸着材に吸着した水蒸気をフローガスによって脱離させ、重水素低減水出口１３から重水素低減水を回収することができる。
【００４７】
＜第二実施形態＞
第二実施形態は、図５に示すように、回転式の吸着材１４を用いたことを特徴とする。
この分離装置９は、水蒸気、軽水素ガスおよびフローガス（窒素ガス等）を供給することができる供給装置１０と、水蒸気またはフローガスが通過するように配置された第一実施形態と同じ材料からなる吸着材１４と、重水素濃縮水出口１２と、重水素低減水出口１３とを有する。
吸着材１４は円板状または円柱状に形成され、平面を上流方向および下流方向に向けて配置されている。
また、供給装置１０から吸着材１４へ水蒸気およびフローガスを供給するルートと軽水素ガスを供給するルートと乾燥したフローガスのみを供給するルートとが分かれており、これらの各供給口は吸着材１４の周方向に並べて配置されている。混合ガス、軽水素ガスおよびフローガスの供給口は不動である。
【００４８】
第二実施形態では、吸着材１４を周方向に回転させながら、水蒸気およびフローガスの混合ガスと、軽水素ガスと、フローガスとを同時に供給する。
混合ガスの流速は、５０ｍｌ／ｍｉｎ、湿度は９０％になるようにする。
吸着材１４の回転速度は３ｒｐｈに設定する。
【００４９】
吸着材１４に水蒸気が供給されると、軽水が速やかに吸着し、吸着材を通過した水蒸気中の重水素濃度が高くなる。この通過した水蒸気が放出される位置に重水素濃縮水出口１２を設け、重水素濃縮水を回収する。
【００５０】
次いで、吸着材１４の回転により、水蒸気を吸着させた部分に軽水素ガスが供給されることになり、吸着材１４の表面近くの領域で重水素と軽水素との水素−重水素交換反応が起こり、吸着材１４に吸着している水蒸気の重水素濃度が低下する。
【００５１】
その後、吸着材１４の回転により、水蒸気を吸着させた部分にフローガスが供給されることになり、吸着材１４に吸着していた重水素濃度の低い水蒸気が離脱し、フローガスによって運ばれる。この水蒸気が放出される位置に重水素低減水出口１３を設け、重水素低減水を回収する。
その後も、吸着材１４の回転により、吸着材１４の所定の部位では、水蒸気の吸着、水素−重水素交換反応、および水蒸気の脱離が繰り返される。
【００５２】
フローガスのみを供給するルートでは、吸着材からの水蒸気の脱離を促進するため、および気化熱による吸着材の温度低下を緩和するため、高温のフローガスを供給することが好ましい。
ただし、吸着材の回転方向に沿って、フローガスのみを供給するルートから水蒸気を含む混合ガスを供給するルートへ切り替わる付近では、低温のフローガスを流して吸着材を冷却し、水蒸気が吸着しやすくなるようにするのが好ましい。
すなわち、吸着材の一箇所では、回転にしたがって、水蒸気を含む混合ガス、軽水素ガス、高温のフローガス、低温のフローガスが順番に繰り返して供給される。
【００５３】
図５（ｄ）に示すように、重水素濃縮水出口１２から重水素低減水出口１３までの間には、水蒸気および水素ガスを回収せずに排出する中間ゾーン１５を設けることが好ましい。
また、重水素低減水出口１３から重水素濃縮水出口１２までの間には、ほぼ水蒸気を含まないフローガスを排出する中間ゾーン１６を設けることが好ましい。
【００５４】
吸着材１４に供給する一般的な水蒸気の重水素濃度は１５０ｐｐｍであるが、第二実施形態では、重水素濃度が１７０ｐｐｍの重水素濃縮水と、重水素濃度が１１５ｐｐｍの重水素低減水を回収することができた。
【００５５】
第二実施形態でも、吸着ヒステリシスを示す吸着材を用いなくても、重水素低減水と重水素濃縮水とを容易に分離することができる。
また、吸着材１４に水蒸気を吸着させると温度が上昇し、その後フローガスを供給したときに水蒸気が脱離しやすくなる。吸着材１４から水蒸気を脱離させると温度が低下し、その後水蒸気を供給したときに水蒸気が吸着しやすくなる。
このように、吸着材１４に水蒸気を吸着させる工程と、水蒸気を脱離させる工程とを交互に繰り返すことで、連続して重水素濃縮水と重水素低減水とを得ることができる。
【００５６】
さらに、回転する吸着材１４の別々の部分に、水蒸気を含む混合ガスとフローガスとを同時に供給することにより、間断なく水蒸気の吸着と離脱とを繰り返すことができて、重水素濃縮水と重水素低減水とを効率よく生産することができる。
【００５７】
必要に応じて、重水素低減水出口１３から回収された重水素低減水を繰り返し同一または別個の吸着材へ供給し、さらに重水素濃度の低い重水素低減水を得ることができる。
また、重水素濃縮水出口１２から回収された重水素濃縮水を繰り返し同一または別個の吸着材へ供給し、さらに重水素濃度の高い重水素濃縮水を得ることができる。
【００５８】
また、図５に示す第二実施形態の分離装置を内部に備え、重水素低減水出口１３から回収される水蒸気をそのまま拡散放出する加湿器を製造することもできる。
この加湿器は、重水素濃度の低い水蒸気を供給することができる。
なお、この加湿器において、重水素濃縮水出口１２から回収される水蒸気は、凝縮して所定の容器に貯留し、廃棄または利用できるようにしておく。
【００５９】
第二実施形態では水蒸気およびフローガスの供給口と軽水素ガスの供給口とを区別し吸着材１４の周方向に並べて配置したが、その代わりに、単一の供給口から水蒸気、軽水素ガスおよびフローガスの混合ガスを吸着材１４に供給してもよい。
この場合、吸着材１４に軽水が速やかに吸着するとともに、並行してＰｔに乖離吸着した重水または半重水由来のＤ基およびＯＤ基と軽水素ガスとの間で水素−重水素交換反応が起こり、吸着している水蒸気の重水素濃度が低下する。吸着材１４に吸着せずに通過した水蒸気および水素ガスは重水素濃縮水出口１２から回収される。この重水素濃度が高い水蒸気と水素ガスとは水蒸気を凝集させることで容易に分離することができるので、重水素濃縮水を得ることができる。
その後、吸着材１４の回転にしたがい、吸着材１４に吸着した水蒸気をフローガスによって脱離させ、重水素低減水出口１３から重水素低減水を回収することができる。
【００６０】
＜変形例＞
また、第二実施形態の変形例として、水蒸気を供給する代わりに液体の水を供給することもできる。
この場合、水の供給口は吸着材１４の下部に、乾燥フローガスの供給口は吸着材１４の上部に配置する。回転に伴い吸着材１４の一部が所定時間水に浸漬して、水から引き上げられ、その後軽水素ガスを通過させ、さらに乾燥フローガスを通過させることによって、まず吸着材の間隙にある液体の水を除去するとともに水素−重水素交換反応を起こし、次いで吸着材に吸着している水蒸気を脱離させる。
吸着材１４を水に浸漬させると吸着材１４には軽水の水蒸気が速やかに吸着するため、次いで軽水素ガスを供給すると吸着材の間隙にある吸着に関係ない液体の水が除去されるとともに水素−重水素交換反応によって重水素が除去され、次に乾燥フローガスを通過させると吸着材の平面に付着している水蒸気が脱離し、次いで吸着材に付着している重水素濃度の低い水蒸気が脱離する。
したがって、吸着材の間隙や平面の水および水蒸気が排出される位置に排出口を形成し、重水素濃度の低い水蒸気が排出される位置に重水素低減水出口１３を形成する。
なお、吸着材の間隙にある水や、外表面（平面）に付着している水蒸気の重水素濃度は、１５０ｐｐｍからほとんど変化していない。
【００６１】
＜試験＞
本発明の効果を測定するため、試験を行った。
まず、比較例として、吸着材に円柱状に形成した活性炭Ａ−２０を用いた。
図６（ａ）に示すように、吸着材の入り口側の表面のうち、２４０度の範囲に水蒸気を含む混合ガスが供給され、残りの１２０度の範囲に乾燥したフローガスが供給された。混合ガスおよびフローガスの供給口は不動である。
【００６２】
吸着材の周上の位置に、ほぼ６０度ごとに符号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇを付して区別する。ＡとＧとはほぼ隣接している。ＡからＧは固定された位置であるため、吸着材が回転しても動かないものとする。
吸着材は、周方向に０．５ｒｐｈの回転速度で回転させられる。
図６に示すように、吸着材の回転の方向は、吸着材の一部がＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ａの順番で循環するようにする。
ＡからＥには湿度９０％の水蒸気とフローガスとの混合ガスが供給され、Ｆには高温の乾燥フローガスが供給され、Ｇには低温の乾燥フローガスが供給される。
位置ＡからＧにおいて吸着材に流入した水蒸気またはフローガスは、吸着材の回転に伴い、ちょうど流入したのと同じ位置にさしかかったときに排出される。
【００６３】
図７は、試験を開始してからの時間経過と、各箇所での重水素濃度との関係を示す表である。
Ａ，Ｂのように、乾燥した吸着材に水蒸気を流してから４０分くらいまでは、供給された水蒸気は全て吸着材に吸着されるため、吸着材の出口から排出されるガスの湿度は０％であった。
Ｃ，Ｄ，Ｅでは、吸着しきれなかった水蒸気が出口から排出される。吸着材には軽水が選択的に吸着するため、排出される水蒸気の重水素濃度が１５５〜１６５ｐｐｍとなり、重水素濃縮水を得ることができた（重水素濃縮水出口）。
Ｆでは、吸着材に吸着していた水蒸気が乾燥フローガスによって脱離させられるため、排出される水蒸気の重水素濃度が１２５ｐｐｍとなり、重水素低減水を得ることができた（重水素低減水出口）。
【００６４】
次に、実施例として、Ｐｔを添加して円柱状に形成した活性炭Ａ−２０を用いた。
実施例では、図８（ａ）に示すように、吸着材の入り口側の表面のうち、１８０度の範囲に水蒸気を含む混合ガスが供給され、隣接する６０度の範囲に水蒸気と軽水素の混合ガスが供給され、残りの１２０度の範囲に乾燥したフローガスが供給された。
その他の条件は比較例と同様である。
【００６５】
図９は、試験を開始してからの時間経過と、各箇所での重水素濃度との関係を示す表である。
この実施例１において、Ａ，Ｂでは供給された水蒸気は全て吸着材に吸着されるため、吸着材の出口から排出されるガスの湿度は０％であった。
Ｃ，Ｄ，Ｅでは、吸着材には軽水が選択的に吸着するため、排出される水蒸気の重水素濃度が１６０〜１７０ｐｐｍとなり、重水素濃縮水を得ることができた（重水素濃縮水出口）。
Ｆ，Ｇでは、吸着材に吸着していた水蒸気が乾燥フローガスによって脱離させられるため、排出される水蒸気の重水素濃度が１１５ｐｐｍとなり、重水素低減水を得ることができた（重水素低減水出口）。
【符号の説明】
【００６６】
１  測定装置
２  水
３  試験管
４  吸着材
５  吸着材
９  分離装置
１０  フローガス供給装置
１１  吸着槽
１２  重水素濃縮水出口
１３  重水素低減水出口
１４  吸着材
１５，１６  中間ゾーン
１７，１８，２０  マスフローコントローラー
１９  水蒸気発生装置
【図１】
2019004102.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019004102.tif 000009
【図８】
2019004102.tif 000010
【図９】
2019004102.tif 000011
【国際調査報告】
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2019004102.tif 000013
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