小分子水簇论证 4(最近) 4.doc

关于推出净水阻垢器所产生水质的宣传要点讨论林乐耘 净水阻垢器面临着市场推广，需要确定其宣传方向。首先明确，阻垢器的主要用途是阻止热水器内水垢的生成。 一定的物料数量及其组合，保证一定的阻垢效率和阻垢寿命，这是阻垢器的首要功能。而我们共同申请的专利技术，也是强调了如何适应不同水质、针对洗浴水温度范围来进行设计，正确选择和使用阻垢物料，从而达到阻垢效率和阻垢寿命的。 另一方面，我们也希望能够在水质特征方面进行挖掘，找到多方面服务于用户的理论依据和实践经验，吸引用户的注意，为销售过程提供宣传热点。这是撰写本文所希望达到的目的。 目前饮用水和洗浴水市场上的宣传重点，主要是在软化水和活化水两大概念上，因此感觉我们的宣传也应该尝试向这两种概念靠拢。为此，首先需要认识两种概念的内涵，以及它们所表征的水都具备什么样的特征和功能。同时，也要认识我们的阻垢器过滤出的水是否具备类似的特征，有哪些突出特点和独到之处。1、 软水 以下是软水机生产者的宣传1，21安装软水系统后，将会使您的家庭使用比较少的肥皂、浴液、洗发精，或是洗涤剂、洗衣粉等，减少有机物的排放，节省开资，利于环保。2您在每次洗澡后会感到皮肤更细腻而光洁，头发更加柔软亮丽，不再枯涩。3软水洗衣泡沫丰富，衣服也将会变得更加蓬松、艳丽明亮，洁白，而且耐穿，洗脸的毛巾不再变黑、变硬。软水洗涤餐具、茶具晶莹剔透。脸盆浴盆光亮如新，不再有污渍、斑点。4由于金属矿物、水碱等杂质被过滤出，家用电器如洗衣机，洗碗机，加湿器，咖啡壶，热水器，家用锅炉及供暖管道系统将会有更持久的使用寿命。5美容佳品软水，纯净无污染的软水是女人美容的佳品。软水洗浴不仅能祛除毛孔中的角质，令皮肤光滑、细嫩，且保湿效果好，护肤用品更易吸收。6软水作为家庭用水可使沐浴器具、管道等避免结垢堵塞，延长使用寿命；软水也可使玻璃杯晶莹光洁，表面免除水渍残留，卫生设施保持光亮如新。7保健：有效抑制真菌，促进外伤烧伤快速愈合，减少便秘、肠胃疾病、各类结石等疾病的发病率。8洗菜：延长蔬菜保质期，完全清除农药成份，沸水轻烫不变色。烹饪：不破坏蔬菜自身营养素，保持新鲜的口感和天然的香浓。9最为可贵的是，您全家人的生活质量和健康状况将会有明显提高。 不难看出，这些宣传的核心是软水对家用设备的保护，对人体皮肤、毛发、食物、衣物的益处，以及节省洗涤剂，减少有机物排放。获得这些益处的根本原因，就是大大降低了水的硬度，取出了水的杂质，同时抑制了水中的微生物。其中的钙镁等体现硬度特征的离子，以碳酸钙计，可下降到1-50ppm。在保健方面的作用，尚不明确。反对的观点是，饮用水中应有一定的矿物质，才有利人体健康。2、 活化水 以下是活化水设备生产厂家的宣传 “向大家介绍一个新名词六角水。可能大家都还没听说过吧？自然界中一般的水都是由13个水分子组成的水分子团，然而，阿尔卑斯山的雪水结构却是由5-7个水分子联成的小分子团水，俗称六角水，是一种天然的六角水。 六角水是一种小分子团水。在自然界，水分子不是一个一个单独存在的，而是多以结构化的小分子团形式存在。雪水、海水、胎儿的羊水，都是小分子团水。小分子团水的结构，有可能是六角、五角或四角构造，所以我们叫他们六角水、五角水、四角水。” 六角水机造出的水称为活性水，它的特别之处在于： 1. 磁化六角水. 2. 含氧量高3. 超微分子团. 4. 弱碱性5. 动力十足的活性水. 6. 能够迅速提供给细胞养分与氧7. 促进人体血液环境、新陈代谢8. 抑制体细胞老化. 活化水（六角水）功能举例： 1. 因为氧浓度增加，洗浴可令肌肤色泽保持光亮，易上妆。 2. 有效缓解风疹、湿疹脚气、皮屑、皮肤炎等。 3. 刷牙可去除牙垢，缓解各种口腔炎症。 4. 即便不使用润发素，秀发依旧柔软、润泽。 5. 洗浴后可瞬间缓解疲劳并且促进血液循环。 6. 饮用磁化水且用于洗浴有益于缓解高血压以及神经病状。 7. 增加用水容器的清洁度，浴室不易残留水垢。 8. 种植豆芽、蒜苗、花得发芽率增高，成长速度增快，花期增长。 9. 养鱼等无须再鼓氧，直接用六角水即可。 10. 清洗物品无须用清洁剂（洗衣粉等）或节约清洗剂。 11. 洗菜、水果等保鲜时间更长久。 12. 用六角水泡茶等味道更纯正，茶味香醇。 13. 用六角水泡奶粉等溶解更快，更充分。 根据上述宣传，活化水（六角水）的优势在于它增加了水的活性。由于称为小分子簇水（4-8个分子），并称它能直接进入细胞通道，因此，活化水的发现比起软水来，有更大的科学意义。随之而来的是促进人体新陈代谢过程：营养的进入，体内废料的排出，都变得更为顺畅，人体的健康与皮肤的美容也就具备了临床效果，具备了医疗和保健功能。至于洗涤力，溶解力，渗透力的增强，对蔬菜、水果的保鲜，对于牛奶和沏茶的作用，都是活化水功能的引申和在人类生活环境各领域的具体体现。与软化水相比，这里没有特别提到水硬度的严格限制，反而在饮用水中强调这样的观点：有益矿物质的存在，钙镁离子的存在，对人体健康是有益的。所以，活化水的硬度可能是明显高于软水的，硬度也应该限制在一定范围，比如天然矿泉水。对于我们寻求阻垢功能的水质而言，需要有硬度限制的活化水，因此是软化的活化水。活化水的原理，比较来说，是对于水的更高层面的认识。从活化水推崇者们的宣传，以及近年来学者们、工程师们的理论和实践，我们若要利用活化水概念进行宣传，首先要确认这一个概念不是伪科学。其中，有几个重要问题应予以追根寻源，证明其具有充分的来源和科学道理。因此，以下论述，都给出具体出处，给出公开发表的文献，或者可以从互联网上找到来源。1. 人体细胞壁上存在2纳米尺寸水通道决定小分子簇水的存在意义经在网上进行文献调研，可以查到，确实有两项诺贝尔奖是因为研究细胞壁上存在着水的通道而获得。其中一个人是发现了动物细胞上这种水通道的存在，尺寸在2纳米。而另一个则是进一步证实了通道的存在和组成，发现这种通道是由一种特殊蛋白质组成的3-4。 2003年诺贝尔化学奖获得者，美国科学家彼得阿格雷和罗德里克麦金农302003年，美国科学家彼得阿格雷和罗德里克麦金农，分别因对细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化学奖。下图是水通道蛋白质的示意图。水通道蛋白图示31而在此之前，1991年，获诺贝尔医学奖的德国科学家Dr.Erwin neher就已经发现了人的细胞膜上存在着直径2纳米、能让水和离子化营养物质一同进入细胞的通道，叫做细胞膜水通道。美国科学家彼得阿格雷（Peter.Agre）是在2000年用特殊的显微摄影成功的拍到了世界第一张细胞膜水通道蛋白的高清晰立体照片并向世人公布。罗德里克麦金农也在同一时期独立完成了这一项试验成果。由这两项成果出发，引进活化水即水的小分子簇（簇尺寸在2纳米之内）可直接从通道进入细胞的概念。这一概念近年来逐渐被学者、倡导者包括商家们所接受并予以完善。2. 小分子簇水存在于自然界，也可以人工制造从天然水到人工制造，都可以获得小分子簇水。在自然界，从长寿村的发现，天然雪山水到某些地区天然出产特殊的小分子簇水，都构成了活化水的应用实美国Vitalizer Plus公司的宣传图案，图中六角水的示意图，提出是由氢键将水分子连结成环状结构或笼状结构六角水分子簇6，7。践，使其更多地为社会和舆论所接受5-7。而近年来活化水的主要宣传者，是人工制造小分子簇水的生产厂家，以美国Vitalizer Plus公司的宣传为代表，遍及全球。重点是对六角水的宣传。结构水，富含溶解氧，富含矿物质，富含能量，等等新型健康水的概念随之而来。喝六角水，有益健康，其试验证据，越来越多，宣传的声势日益强大。近十来年，在上述理论的支持下，国内外对小分子簇水的研究发展很快，高校，研究院所，以及生产小分子簇水的供应商，分别以研究、发现和宣传、推广为己任，发表和发布的内容之多，已经如“雨后春笋”一般。一方面，国内外陆续发现了小分子簇水的天然矿泉水资源。像我国的5100西藏冰川矿泉水，被认定为80Hz以下的小分子簇水，堪称稀世泉水8；而一种称为世罕泉产出的天然小分子团簇水，认为是目前世界上最小的分子团簇之一，得到中国微量元素检测研究会主任委员张宏绪联合中科院、原子能科学院等权威科研机构的支持，已作为市售饮用水问世6年9；2011年3月31日，国家饮用水产品质量监督检验中心召开了专家评审会，称发现天然小分子簇水资源， 产于内蒙古自治区鄂托克草原。通过对这种天然水进行论证，认为这是中国首次发现的天然弱碱性小分子团水，具有极高的饮用价值和开发意义10。这些天然矿泉水被冠以小分子簇水，其主要科学根据是核磁共振技术（NMR）在水检测方面的应用，对该方法，以下将做详细介绍。另一方面，小分子簇水可以通过人工制造出来，并且已经发布了多项技术专利。其中包括使用蒸汽、磁场和添加剂制备小分子簇水的美国专利设备11，12，也有日本人申请的仅仅使用永磁铁磁场制备小分子簇水的美国专利13；使用电化学方法得到的阳极水和阴极水的美国专利，其中阴极水是作为碱性的、负电位的活化水14；使用特殊陶瓷滤料，通过其自发极化特性，也可以对水进行活化，称为健康陶瓷球活化水15；有些特殊陶瓷如电气石，其自极化和释放远红外线的特性，受到了广泛的关注，开始了医疗保健方面的临床应用，更成为制备小分子簇水的有效方法15-18；仅仅使用陶瓷材料即可得到小分子簇水的滤料罐也可以申请到专利，即是将一组容器串联起来的过滤设备，申请到我国的国家级专利19。最后要说明的是，虽然国家卫生部门还没有对小分子簇水及其检验予以肯定，但是国家疾控中心已经开始这方面的研究，所发表的文章明确赞同核磁共振法对水分子簇的检验评定结果20，21，认为具有不可否定的科学性。同时也提出尚有些影响因素没有完全搞清楚。这与前几年公开认为小分子簇弱碱性活化水是伪科学的舆论环境已经是截然不同了。3. 水分子簇的研究方法和研究结果a) 对水分子簇的研究方法根据热力学的计算, 如果水是以单个分子存在, 水的熔点应为- 110, 沸点为- 85; 而实际上水的熔点为0, 沸点100。根据物质的熔点、沸点随分子量增大而提高的性质, 说明水在固、液态时并不是以单个分子存在, 而是以水分子簇的形式存在22。理论研究对于小分子簇的研究，理论上，已进入量子化阶段。应用量子力学从头计算法(MP2)，蒙特卡罗模拟法(MC)，密度泛函理论（DFT），分子动力学模拟(MD)等，揭示了液态水分子簇存在的结构、稳定能量、力学机制等特点。很多计算数据都与试验数据具有可比性（见下图）。比如，应用从头计算法的独立分子模型，标定簇中每个分子的位置和取向，总结出了六水分子簇的五种结构形式, 并通过计算氢键强度及自由能的大小, 得出环状六水分子簇具有最稳定结构的结论22。下图是针对不同分子簇水（n=2-6）O-O间距的尺寸。趋势是随分子簇数目增大，间距变小。有些计算结果与试验值符合得很好。其中MP2为从头计算法的一种，MC为蒙特卡罗模拟法，都与试验模型结果相差不多23。试验方法科学的试验测试方法也在不断涌现。当前水分子簇的测定和研究方法主要包括中子散射谱、远红外转振谱、微波介电驰豫测试以及核磁共振等2324。美国加州大学Berkeley 实验室的远红外振转隧道光谱仪(FIR-VRT )的应用， 使高水平的水分子簇研究得以迅速发展。德国Angelos Michaelides等应用了低温扫描隧道显微镜(LT-STM)，为研究金属表面上的水分子单体及其散射和聚集，提供了可靠的研究方法232532。前面提到的几种水分子簇的测定方法，除了核磁共振之外，对实验条件和测试仪器的要求都比较高。而核磁共振则是多年来得到广泛应用的测试仪器，因此很快被用来对水分子簇进行测定。测定选用17O这氧原子同位素来进行核磁共振（NMR）试验，得到共振频率峰的半高幅宽( Full width at half height)，用半高宽来间接表示水分子簇的大小。由于核磁共振已是一个测定水分子簇的重要方法，有必要在此再稍微多的做一个原理介绍。a,核磁共振方法在分子簇研究的应用介绍核磁共振是一种众所周知的核物理现象：在静磁场中,具有磁矩的原子核存在着不同能级。此时,如以某一特定频率的射频脉冲激发该自旋系统,并使其能量等于原子核相邻能级间的能量差时,原子核的自旋态会从低能态跃迁到高能态,然后经过驰豫过程,高能态又返回低能态,并释放出能量。该驰豫过程受到核周围环境的影响，显示出簇的印记。经检测器检测,计算机放大得到NMR谱图。由此得出产生NMR 的共振频率为: v =B0/2B0 静磁场强度原子核磁旋比由上式可知，核磁共振的共振频率是由静磁场强度和原子核的磁旋比（磁矩与自选角动量之比）决定的。对于水分子，选择17O作为测定目标，能够得到清晰的共振能量相对于共振频率的谱曲线。该曲线如何与水分子簇的大小相联系的？有如下说明：由于能量的不确定性和状态的寿命之间按照测不准原理存在如下关系：Et h (1)而E=h，因此1/t，即谱线的宽度与样品在该状态的寿命成反比。对于核磁共振而言，由于核自旋在各能级上的寿命主要受到核的弛豫过程的影响，因此核磁共振半高宽与样品的弛豫时间成反比。弛豫过程是邻近核之间自旋状态的交换，而水的团簇结构越大，氧核或氢核与邻近核之间自旋状态的交换就越快，样品恢复到平衡态所需要的时间就越短，谱线就越宽，因此，利用核磁共振谱线的宽度可以反应水团簇结构的相对大小，谱线越宽，团簇越大；谱线越窄，团簇越小。由此，核磁共振方法给出了确定水样是否为小分子簇水的基本判据。这是通过研究经磁场中核自旋行为受到它周围环境的影响程度做出的判断。原子核在静磁场内发生核磁共振核磁共振峰半高宽的图示 b,远红外振转隧道光谱法前面提到的红外光谱法21，包括远红外振动转动隧道光谱法和尺寸选择红外光谱法，对水分子簇状结构的研究起到非常大的促进作用。为了研究分子间作用力，确定它们携带的能量时，研究者注意到这些能量的频率是在远红外区域(10500cm-1 )。由于复杂的弱作用屏蔽了水分子间的势能面，使分子间的振动和转动状态交织在一起，用一般的远红外设备直接观测不到清晰的水分子间振动、转动谱线。 因此说，直接研究水分子簇结构和动力学实验的关键在于能够分离出相对独立的水分子间势能面。1993年，美国加州大学Berkerley实验室首创出一种能够利用脉动喷射产生水分子团簇，并对其进行研究的方法27。他们在高精度远红外仪上装配一个惰性气体放大室，在超音速脉动喷射条件下使惰性气体通过水相充分暴露水分子间势能面，在光谱仪上可清晰观测到水分子振转谱线，这即是红外振动转动隧道光谱法（FIR-VRT）。试验使得人们可以看到不同数量水分子簇中氧-氧键和的尺寸变化，以及水分子簇结构的形状，环状、笼状等，都与理论计算基本相符。另外，尺寸选择红外光谱法，也给出了不同簇状结构的水分子的各种复杂震动的吸收红外谱线，其羟基具有不同的震动，键合羟基的伸缩振动随水分子簇的大小有明显的不同。与此同时，发现在水中存在的自由羟基对不同的分子簇水而言，则没有多大的变化。远红外振转隧道光谱法，FIR-VRT，研究的是水分子间作用关系，由此来给出分子簇不同大小这一现象存在的证据。现在普遍认为，将上述介绍的两种主要的水分子簇研究方法，FIR-VRT 和NMR 联用，可以做到研究水分子间作用力与水分子内作用力的关系及规律，在理论和实践上都会有重大意义。C,低温扫描隧道显微镜如前所述，德国科学家Angelos Michealides使用低温扫描隧道显微镜(LT-STM)观察到六角水的主要特征，是更直接的试验证据2532。这个报导仅仅是在2007年发生的事情。STM是上世纪八十年代的科技发明，也是一个获得诺贝尔奖金的成果。它使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物化性质。其原理是量子力学的隧道效应。下图中被打物理学院江颖教授的工作，则是LT-STM最新研究成果：化学键的选择性操控。示意图北大物理系，联合中科院、美国加州大学，首次使用LT-STM对分子化学键进行选择性操控：在单个功能化分子内部进行选择性断键和成键。STM针尖发射的电子束可以选择性的解离S-Ac键（右上角），也可以对S-Au键进行焊接（左下角）。背景是分子所吸附的NiAl(110)衬底。33下图是Angelos Michealides等人使用LTSTM照像，记录了附在铜和银疏水表上的六角水、七角水，八角水以及九角水（下图左）。此外，该作者还结合试验结果，使用电子的密度泛函理论（DFT），对六角水做了计算。密度值区域图表示在右图中，图a,图b，高低位水分子密度投影分别表示在图c中。这工作可以说是充分利用了LTSTM的显微能力，同时也使用了先进的理论计算方法。计算中，不同的假定，得到的结果会有不同。右图中的a是假定六角结构的水分子，位于同一平面上。LTSTM成像：a,6角水及Cu衬底；b,7角水及Ag衬底；c，8角水；d，9角水326角水在 Cu(111)面上的电子结构（DFT）.红区：电子受体；绿区：电子施体32b) 小分子簇水与人体保健以上介绍的有关活化水也即小分子簇水的研究状况，显然是极不全面和深入的。介绍这些内容的目的，是要说明，对小分子簇水的研究已经到了如何深入的程度，何等高的研究水平。研究者纷纷表示，这是一个非常重要和有前景的研究领域。研究还在不断深入，现已涉及到不同大小的分子簇水与动物体中蛋白质，DNA和溶菌酶等相互作用产生的种种不同特征252228，表明研究工作确实已经达到生命的源头。其中水通道蛋白的研究受到高度重视。清华大学张晓健院士在建议建立健康饮水的水质指标体系时认为26，水的团簇结构是水的固有特征，是生命发生的基础，正确地说，没有它也就不会有生命。在对水的团簇结构进行研究的过程中已经发现，饮水的微观团簇结构与人体健康之间具有一定的关系。当以17ONMR半幅宽来衡量水分子团的相对大小时，他们对大量天然饮水的团簇结构进行研究，发现天然优质饮水的17O-NMR半幅宽一般都在7090 Hz的范围内。推荐以此作为评价健康饮水的团簇结构的指标26。结构水的重要性与人体保健基于上述研究的重要结论，得到的重要概念是：水分子团簇变小, 水的溶解力、渗透力、代谢力、扩散力、乳化力均有所增强, 从而具有一定的“活化”作用, 在一定程度上可以增强生物体的新陈代谢、血脂代谢、酶活性以及免疫功能, 因此, 这样的水也被称为活化水。活化水以其水分子团簇结构变小、溶解氧的含量增加为特征，并可以产生一定量的超氧阴离子自由基。在生命体内适量的超氧阴离子自由基具有增强代谢贮能、转化排废的作用。小分子团簇的水进入细胞内, 可促进细胞的新陈代谢, 增强细胞活力。小分子簇水粘度低, 大大方便了营养物质的分配和废物的排泄。通过对大鼠动脉粥样硬化的实验研究发现, 当这种活化水进入大鼠的血液循环系统后, 产生以下系列现象22：血液粘度降低；血液中水的含氧量增高（因活化水对氧的溶解能力增强）； 血管壁的弹性和红细胞的形变能力增强（因红细胞膜及血管平滑肌细胞膜ATP 酶的活性被激发）, 从而产生增强血液流变特性的作用；细胞内Na+ 、Ca2+ 外流得到促进, 使具有高胆固醇血症的大鼠体细胞内Na+ 、Ca2+ 浓度过高的现象得以缓解（由于活化水的渗透压高于普通水, 有利于物质通过生物半透膜 , 使离子转运通道畅通）。由以上论述，可以得到这样的认识：小分子簇水，活化水，与人体的生长保健关系重大，已经成为研究的热点，被越来越多的人群所接受。因此，它已经不可能被称为伪科学，只能是顺应潮流，不断得到更加深入的认识和更有利于人们健康的利用。目前研究的热点，包括对水分子簇结构的试验研究、理论计算，对于水中氢键的研究，对于结构水与生物体相互作用的特征规律等等。既然小分子簇活化水作为人体的有效保健和健康促进剂，洗浴水使用活化水，使用小分子簇水，同样具有保健和美容作用。江苏世纪阳光太阳能热水器提出了“洗洗更健康”的口号，宣传使用活化小分子团水洗浴，起到保健作用29。当然，他们的有些提法是值得商榷的。如何根据我们已经取得的试验证据，根据国际范围内已经获得的研究结果，进行宣传，做到恰如其分，还需要认真斟酌。宣传不是虚夸，必须具有充分科学道理的。关键是，你处理过的水，除了优良的阻垢功能，还具备哪些特征和功能，应有上述科学方法给出的检测结果来佐证，并逐步积累出实际应用效果来进一步证实。3、 本阻垢器的过滤水特征本阻垢器可通过过滤，提供活化水，证据是：1. 富含活性氧及溶解氧化学发光方法检测试本成果陶瓷滤料遇水释放活性氧的化学发光检测当前，国内外都对氧化物陶瓷在一定的条件下，能够释放活性氧这一现象，已经为人们所认同。典型的例子是二氧化钛被紫外光照射，能够激发出自由电子和孔穴，催化出不同的活性氧34，35。其中，自由电子具有强的还原性，而孔穴则具有更强的氧化性，它可以将吸附在表面的水分子氧化成羟基自由基（OH），而自由电子同时又可以将空气中的氧或水中的溶解氧还原成另一种活性氧,阴离子超氧基（O2-）。国外相关研究工作，重点都是在寻找能够在一定条件下释放足够量活性氧的高级氧化物36,37。在水溶液中测定活性氧的存在，可根据活性氧的高反应活性，与不同的反应物进行反应以及生成不同的反应生成物，来进行定量或者定性分析。通常采用的一起分析方法有：化学发光法，紫外-可见吸收分光光度法，荧光光度法，电子自旋探针以及选择性电极法等38。其中，化学发光法是活性氧测定中灵敏度最高的方法之一。化学发光法测定活性氧的原理是：化学发光试剂与活性氧自由基反应生成激发态的产物，产物中的电子经非辐射性跃迁回到基态，放出光子38。目前比较成功的活性氧化学发光测定法主要有鲁米诺（Luminol）法、光泽精（Lucigenin）法、甲壳动物荧光素（Cypridina）法38。陶瓷滤料遇水释放的活性氧具有很短的寿命，但作为一种强氧化剂羟基自由基（OH），可迅速攻击细菌的细胞膜，破坏细菌的蛋白质甚至DNA，使细菌失活，进而把细菌的尸体进行分解，形成无二次污染状态。活性氧随即转或为水中的溶解氧。因此，陶瓷滤料过滤的水，富含溶解氧。上图是化学发光过程的照相（左图），以及使用该方法对本成果陶瓷滤料测试所获得的动态曲线。证明过滤水中能够富含溶解氧，有很多办法，包括溶解氧测定的国标方法，也可以通过电化学阴极极化的方法，通过极化曲线，不同含氧量溶液的曲线之间进行比较，进行标定。这里给出照片，是阻垢器使用一年的陶瓷滤料外观，其中最先接触水的陶瓷滤料已经变黄。变黄的原因是滤料将自来水中的二价铁离子Fe+,氧化成三价，以三氧化二铁的形式沉积出来。由此可见陶瓷滤料释放活性氧北京北三环中路2010年用于燃气，使用1年 贵阳2010年，赵师傅家试验5个月（或溶解氧）的作用。该结果同时说明，阻垢器可以滤除水中的二价铁离子。在贵阳的试验也很清楚地看到这一现象。该阻垢器是将陶瓷滤料分为两个部分，上下包围硅磷晶。上面那部分滤料没有变黄，并不是它不会释放活性氧，而是前面的那部分滤料已经将铁离子滤除得比较彻底了。上图右是贵阳阻垢试验5个月，用水200吨，陶瓷滤料也明显变黄。过滤水的溶解氧含量与水流通过时的速度有关，当然也与浸泡时间有关。经过使用国标测定水中溶解氧的测定，从过滤水到浸泡水，溶氧的增加量大约是30-200%。2. 活化水（小分子簇水）的检测核磁共振检测结果如前所述，使用核磁共振方法检验水样的共振频率，已经是很成熟、很可信的方法。下表是我们将过滤水与自来水分别送检，得到的NMR的氧17（17O）半高宽的数据。 从表中数据可知，过滤水核磁共振半高宽的测试曾进行过两次，08年一次，13年一次。08年的阻垢器中，没有有机磷滤料，只有陶瓷滤料和硅磷晶。本次于13年6月底进行的检测，是包含着有机磷滤料和有机磷改进型滤料。表1 本项目过滤水及对比测试的自来水等核磁共振（NMR）半高宽水类型检测时间NMR半高宽评述备注过滤水1200860.35Hz陶瓷滤料1过滤水2200860.84Hz陶瓷滤料2过滤水3200866.50Hz陶瓷滤料+硅磷晶纯水2008138.73Hz市售纯净水自来水1200887.55Hz北三环中路取水自来水22008105.19Hz药检所提供（南三环取水）过滤水1201371.58陶瓷滤料+硅磷晶+有机磷改进滤料自来水2201384.69北三环中路取水过滤水2201345.98陶瓷滤料+硅磷晶+有机磷滤料*过滤水3201367.94陶瓷滤料+硅磷晶+有机磷滤料自来水1201378.44北五环清河取水自来水32013 80.63北五环清河取水* 在净水阻垢器中静止浸泡24小时。表2 表中数据还可以告诉我们以下几点规律：1北京的自来水，不同地点取水，对应着不同水厂处理的水，活性不同；2单独使用陶瓷滤料过滤得到的过滤水，其半高宽最接近六角水数据；浸泡时间长，半高宽进一步下降；3添加了硅磷晶和有机磷滤料，对应的半高宽都有所增高；4每次送检，都是在前一天取样，在几天之后才能安排上测试。因此所测试数据是代表水样已处于十分稳定的状态。上图表示美国Vitalizer Plus公司测试得到的不同地区天然矿泉、自来水和他们自制活化水的HMR半高宽数据。他们的水半高宽都在60多（Hz），而依云矿泉水是在80（Hz）（产自法国阿尔卑斯山脚下依云小镇）。据说依云矿泉水已风靡全球。下图是今年6月以艾欧史密斯名义送样，报告过滤水HMR半高宽的检测报告。 为什么过滤水能变成活化水，结合上述两节的内容就不难理解，其中起到关键作用的是陶瓷滤料遇水释放活性氧的性能。上述生成活化水的方法中，除了电磁法之外，电气石的作用受到广泛关注，认为该矿石是一种具有自极化能力的材料，生成的电场可以与水作用，发生各种有利于提高水质量的变化。另外，北京爱迪曼生物技术有限公司的工作表明，臭氧可以活化水、降低HMR半高宽24。羟基自由基的氧化性远远高于臭氧，标准氧化还原电位分别是2.8V和2.07V39。我们过滤水通过化学发光方法检验，已证明释放羟基自由基（OH），这就是生成火化水的原因。水分子内，氢氧的结合是极性的共价键，而分子间的联系是由氢键实现的，这是一种互相吸引的静电，作用力很弱。在以一定形式赋予它足够的能量时，氢键即可断裂，大分子簇即变为小分子簇，水的活化也就实现了。羟基自由基活性氧在碱性环境中相对稳定。而我们使用的陶瓷粉，经水解，恰恰造成了碱性环境。这些，也同时对后面的硅磷晶缓释材料，起到了保护作用。3.阻垢效果与寿命必须承认，硅磷晶是我们阻垢器的核心物料。我们的技术都是围绕它开展的。它的优点是无毒、无味、阻垢、防腐，自身即是缓释材料。而且有足够的释放量。对于它的研究，国内外都有大量工作40-42，不能说是不充分。国内外以它作为主打水处理产品的公司，也是不胜枚举。它的缺点：溶解度低，超过4ppm，就要发生沉淀，产生浑水；静水自溶解不停，不使用时消耗过大，寿命限制在半年之内。高温和水中杂质都能破坏它的稳定性，使其发生分解，失去阻垢效力，同时反而生成磷酸盐水垢。自身作为富营养化物质，容易加速水中微生物的繁殖。针对上述硅磷晶的优缺点，我们双方共同研制了两种滤料来辅助对他的利用。陶瓷滤料：遇水生成活性氧，既能灭菌，又能一定程度抑制它在静水中的溶解，使得很少的硅磷晶用量，就可以达到高阻垢效率，以及三年以上的使用寿命；同时，具有净水功能，氧化滤除水中有害杂质，具有将水活化成小分子簇水的功能。有机磷滤料：硅磷晶是无机大分子材料，也称为聚磷酸盐，它的分子链可表示如下： 硅磷晶（多聚磷酸盐）的外观及其分子结构图示该结构的一个致命弱点，就是在高温水中，会受到杂质原子的攻击，使大分子状态断链生成PO4-3,即磷酸根，称为正磷。与聚磷相比，正磷基本没有阻垢功能，反而会生成磷酸钙，一种磷酸盐垢，起到与阻垢的预期目的相反的作用。这一结论，主要是我们在贵阳试验过程中发现的。贵阳水的典型性，就在于硬度虽不太高，但是pH较高，大于7，水中含有大量Fe,Al.Si等杂质。硅磷晶在贵阳阻垢效果极差。根据史密斯领导丁总和邱总的意见，我们以贵阳为主攻目标，与史密斯技术人员刘工等密切合作，在那里开展了4年试验，共同研制了新的有机磷滤料，从而解决了这种比较特殊的但是具有代表性的水质的阻垢问题。有机磷颗粒滤料，它的基本技术要求是：是颗粒滤料，是释放有机磷阻垢剂的颗粒滤料，这就很自然的要求这种滤料在水中要缓慢释放有机磷阻垢成分，保证阻垢能力和阻垢效率，保证阻垢寿命，同时保证滤料自身的寿命。这是一个有机磷被包裹在颗粒滤料中、遇水能够缓慢释放出来的新材料。要保证上述的几项性能，即阻垢效率和寿命，就要尽可能地将有机磷液体“包”到滤料中，要包得多，释放得慢，但也要有基本释放量，否则阻垢效率不能保证。制备过程涉及到有机磷的渗入，与骨架材料和粘结材料的反应结合，少量无机材料的网络骨架的形成，是一个功能性复合材料的加工制作过程。而渗出过程，又是一个复杂的化学键断开（要求制备过程构成的化学键合可逆）和遵循菲克定律的物理扩散过程（其中包括要阻挡有机磷快速溶出同时提供一个缓慢溶出的通道）。只有这些过程都考虑到同时实施得比较完美，有机磷颗粒滤料才能达到我们要求的使用寿命和阻垢效率。由这些基本原理出发，可以确定滤料的组成和制备工艺。最后，就是一个制备成颗粒的过程研究造粒技术，在工业上实施，会涉及多少问题，多少麻烦，包括粉料的粒度影响，高温干燥技术的摸索，防止阻垢物料氧化的技术，造粒中粘结剂的粘度与造粒设备清洁之间的矛盾解决，等等，每一个问题都可以找到几本专著来参考，而有了理论，工程实施又都需要大量实践的过程。因此，有机磷滤料尽管还有很多不尽如人意之处，但它确实是一项具有一定水平的科技发明。为此我们双方共同申请了科技发明专利。国内在有机磷液体制成固体块的专利也是有的，那是在油田等工业水环境阻垢，固体块随着自身溶解，将有机磷物料带进水系统中。在生活用水中，这种连同骨架材料一并溶下的形式，是不能接受的。我们的专利产品，很大程度上受到美国专利生物抗结石材料的启发43：该专利利用有效的聚磷抗结石剂（包括有机磷），生成人工生物相容性有机高分子材料，制成用于人体器官的抗活性病理结石的生物材料。其中重要的启发，是几种有机磷可以通过羟基连接到带有环氧基的高分子化合物上。同时这种键合又是可逆的，在水环境中，有机磷又可以被释放出来。有机磷的最大优点有：高温稳定性，多络合点，以及通过不同的组合，可以络合多种可能结垢的离子。从而，通过有机磷的使用，聚磷得到了很好的保护，增强了聚磷在杂质含量高的高温水中的稳定性。贵阳的水质和结垢难题较好地得到解决。本人认为，做到这一步，成绩是有的。在热水器应用市场上，我们采用的阻垢方法，简便易行，成本不高，效果良好。超出多数不使用电源的包括硅磷晶在内的使用物料阻垢的设备。很少能在市场上找到不更换物料，一次性使用到3年以上的小型阻垢器。更何况是提供小分子簇活性水，可以美容保健。已经获得的业绩表明，阻垢效果和使用寿命都达到预先设计的指标。除了在徐州和在贵阳的试验核试验总结之外，我们有下表的使用业绩。已用水罐内滤料消耗和寿命计算阻垢器物料组成使用期限地点硅磷晶重量硅磷晶消耗量可使用寿命陶瓷滤料+硅磷晶1.5年北京北三环239克（24颗）98克（65克/年）3.68年陶+硅磷晶+有机磷6个月北京北五环156克（16颗）24克（48克/年）3.25年陶+硅磷晶+有机改4个月北京北三环154克（16颗）14克（41克/年）3.75年陶+硅磷晶+有机改2个月北京北五环148克（16颗）4.4克(26克/年)5.69年陶瓷滤料+硅磷晶2年9个月北京密云221克（24颗）76克（28克/年）7.89年*这台热水器已经被史密斯公司从用户手中换下来，有待检查阻垢效果（史密斯热水器）。另有一台桑普热水器，已经使用5年，其中使用陶加硅两年，之后未加伴侣使用一年，最后使用陶加硅家有机磷两年。这台热水器也被史密斯换下，等待检查。08年开始使用，当地水硬度600ppm以上。阻垢器为陶瓷滤料加硅磷晶。由于硅磷晶的耐热稳定性较差，对加热棒阻垢效果不佳，使用3个月后，打开检查，结垢严重。10年后，加热速度已经很慢。11年10月，安装上有机磷滤料的阻垢器，继续使用到今年8月底。使用3个月后打开检查，结垢严重该热水器拆下来之前的使用状态以上工作至今，如果说取得了一些成绩，是我们双方共同努力的结果，特别是要感谢史密斯领导层对我们公司和我本人的信任与支持。4存在问题及解决方案问题还是存在。1硅磷晶的静态溶解，还没有完全被抑制，尽管已经将它的使用寿命提高到6倍以上，出浑水的现象也还是没有完全解决。2在热水器长时间不用的情况下，不仅浑水会出现，磷含量会增高，有机磷因为在水罐中远离陶瓷滤料，一旦存在残留的细菌，作为一种营养化物质，也会促进微生物的繁殖，而使水罐中的变质、发臭。现在，我们又对有机磷滤料作了改进，加进了适当的强氧化剂，起到灭菌和保护有机磷的作用。在不降低阻够效率的前提下，有机磷得到较好的保护，浸泡半个月的伴侣物