CN106756399B

CN106756399B - 一种制富氢水用多孔金属陶瓷复合材料及其制备方法和应用

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Publication number: CN106756399B
Application number: CN201611191194.3A
Authority: CN
Inventors: 刘维良; 刘硕琦
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2019-03-15
Anticipated expiration: 2036-12-21
Also published as: CN106756399A

Abstract

本发明公开一种制富氢水用多孔金属陶瓷复合材料，其特征在于：其配方的物料重量百分比组成为：耐高温纳米远红外陶瓷粉30～80wt%、经包覆处理的纳米金属镁粉5～60 wt%、激活剂3～15 wt%，外加造孔剂3～15 wt%、粘结剂1～10wt%。本发明制造的复合材料，具有制造富氢水、弱碱性水和微小分子簇团水的三大功能，可应用于电热水壶、水杯、净水器和加湿器中，制造富含氢气的健康水，可提升产品附加值，改善身体健康，还能应用到水产养殖、饲料加工、保健和美容的产业中，并具有易于工业化生产、经济效益好、实际应用范围宽等优点，因此具有广阔的市场空间。

Description

一种制富氢水用多孔金属陶瓷复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种制富氢水用多孔金属陶瓷复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

众所周知，人的疾病（包括人的衰老）最终都可归结为人的细胞受损，造成细胞病态或者老化的主要元凶就是过剩的氧自由基。2007年7月，日本医科大学太田成男教授在《自然·医学》报道；动物呼吸2份的氢气就可有效清除氧自由基。氢分子生物医学效应研究表明：富含氢气的水（富氢水）具有清除体内过剩氧自由基的作用。

迄今，产生富氢水的方法主要有两大类：一类是电解式（包括电解水机、电解水杯、瓶装或袋装富氢水等）；另一类是非电解式（包括镁质氢水棒、固体胶囊、托玛琳（电气石）微电解和麦饭石微电解富氢水机等）。

采用金属镁颗粒、镁棒等活泼金属与水反应制备富氢水，由于材料存在时效性差，易析出沉淀物，同时，镁颗粒和镁棒等活泼金属极易在空气环境下氧化，一旦氧化后基本不再起作用，且在水中易腐蚀和溶出过量镁离子，导致水中镁离子超标。

采用托玛琳（电气石）天然矿物材料或金属镁粉与电气石粉复合固化加工成陶质颗粒或圆片微电解水或与水反应制备富氢水。例如实用新型专利CN201620103993.X，一种富氢水瓷水龙头净水装置；专利CN201010618600.6，复合抗菌远红外麦饭石多孔陶瓷球及制备方法；专利200910199142.4，一种能够产生负电位的组合物及制备方法与应用；专利申请号201510456288.8，制造富氢水合金陶瓷材料及其制备方法和应用；专利申请号201610013842.X，具有去农残和抗菌去污功能的材料及其制备方法和应用。专利申请号201610473673.8，高活性废水处理微电解材料及其制备方法；专利申请号201610480766.3，石墨烯激活制氢材料及其制备方法和应用；这些专利和专利申请都仍存在制氢效果慢，时效短，水溶氢含量低，未烧结而导致析出沉淀物等缺点。特别是在冷水的情况下，金属与水作用制氢反应速度慢，使用效果差。

本专利中所使用的耐高温纳米远红外陶瓷粉是本专利申请人自有的专利技术（专利号：201010295013.8）。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制富氢水用多孔金属陶瓷复合材料及其制备方法和应用。

本发明通过以下技术方案予以实现：一种制富氢水用多孔金属陶瓷复合材料，其特征在于：其配方的物料重量百分比组成为：耐高温纳米远红外陶瓷粉30～80wt%、经包覆处理的纳米金属镁粉5～60 wt%、激活剂3～15 wt%，外加造孔剂3～15 wt%、粘结剂1～10wt%。

所述耐高温纳米远红外陶瓷粉的物料重量百分比组成为：纳米氧化铝20～30wt%、纳米氧化镁3～8wt%、纳米氧化硅15～25wt%、纳米氧化锆10～20wt%、纳米氧化锌15～25wt%、纳米氧化钛7～10wt%、纳米稀土氧化物1～3wt%、纳米贵金属氧化物0.1～0.3wt%；所述纳米稀土氧化物为氧化钇或氧化镧或氧化铈之中的一种；纳米贵金属氧化物为氧化铂或氧化钯之中的一种。

所述纳米金属镁粉的制备工序为：在2.5～10V电压条件下，在尿素和氯化锌熔融的离子液体中电沉积出Zn包覆纳米镁的颗粒，所述Zn包覆层的厚度为2～5纳米。

所述激活剂为铝离子掺杂碳化硅粉、钙离子/铬离子掺杂铝酸镧粉中的一种或复合。

所述铝离子掺杂碳化硅粉中铝离子掺杂量的重量百分比为1～10%，钙离子/铬离子掺杂铝酸镧粉中钙离子/铬离子掺杂量的重量百分比分别为1～10%。

所述造孔剂的物料重量百分比组成为：碳酸氢铵20～90wt%、竹炭粉10～80wt%；

粘结剂的物料重量百分比组成为：去离子水40～60wt%、羧甲基纤维素10～20wt%、聚乙烯醇20～50wt%。

所述纳米金属镁粉的粒径为50～100纳米。

上述多孔金属陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、混料：采用球磨混料，将耐高温纳米远红外陶瓷粉、经包覆处理的纳米金属镁粉、激活剂、造孔剂和粘结剂按配料比加入到球磨机中，按料：球：去离子水重量份数比为1：2：0.8，球磨0.5～2小时；

步骤二、造粒：将步骤一制备的浆料采用喷雾造粒机进行造粒，造粒的颗粒过10～40目筛，含水率为5%；

步骤三、成型：将步骤二制备的粉料，在料仓中陈腐24小时后放入液压成型机的金属模具中进行干压成型，成型压力为60～100MPa；

步骤四、干燥：将步骤三成型后的坯体放入干燥箱或烘干线上除去水分，干燥温度为50～80℃，干燥后坯体的含水率小于1%；

步骤五、烧成：在燃气窑或电窑中烧成，烧成温度500～1000℃，烧成时间6～12h，烧至最高温度后保温30分钟自然降温冷却至室温。

上述多孔金属陶瓷复合材料的应用，其特征在于，所述复合材料应用到电热水壶、水杯、净水器、加湿器、水产养殖、饲料加工、保健、美容产业中。

本发明的有益效果如下：

（1）、本发明制造的多孔金属陶瓷复合材料，具有制造富氢水、弱碱性水和微小分子簇团水的三大功能；

（2）所述多孔金属陶瓷复合材料可根据应用需要制备出各种形状，可应用于电热水壶、水杯、净水器和加湿器中，制造富含氢气的健康水，可提升产品附加值，改善身体健康，还能应用到水产养殖、饲料加工、保健和美容的产业中；

（3）本发明与现有的富氢水制备技术相比具有如下优点：提高了活泼金属抗氧化、抗腐蚀性能、达到基本烧结不落渣的要求；

（4）本发明所述的制备方法简单，操作方便，易于工业化生产、经济效益好、实际应用范围宽等优点。

附图说明

图1为实施例1制得复合材料的富氢水核磁共振¹⁷O-NMR谱。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

制富氢水用多孔金属陶瓷复合材料，以重量份数计，原料组成如下：

耐高温远红外纳米陶瓷粉组份40份、经包覆处理的纳米金属镁粉组份50份、激活剂10份，外加造孔剂10份、粘结剂3份；

耐高温纳米远红外陶瓷粉由如下重量百分比的原料组成：纳米氧化铝24 wt%、纳米氧化镁6 wt%、纳米氧化硅19 wt%、纳米氧化锆18 wt%、纳米氧化锌23 wt%、纳米氧化钛8wt%、纳米稀土氧化钇1.9 wt%、纳米氧化钯0.1 wt%；

经包覆处理的纳米金属镁粉的制备工序为：在3V电压条件下，在尿素和氯化锌熔融的离子液体中电沉积出Zn包覆纳米镁的颗粒，所述Zn包覆层的厚度为2纳米；

激活剂由如下重量百分比的原料制成：Al³⁺掺杂SiC粉30wt%，Ca²⁺掺杂LaAlO₃粉70wt%；所述Al³⁺和Ca²⁺掺杂量的重量百分比分别为5%；

造孔剂由如下重量百分比的原料组成：碳酸氢铵30 wt%和竹炭粉70 wt%；

粘结剂由如下重量百分比的原料组成：去离子水60 wt%、羧甲基纤维素（CMC）10wt%、聚乙烯醇（PVA）30 wt%；

所述纳米金属镁粉的粒径为60纳米，其他纳米氧化物的粒径为70纳米。

所述的制富氢水用多孔金属陶瓷复合材料的制备方法如下步骤：

步骤一、混料：采用球磨混料，将耐高温纳米远红外陶瓷粉、经包覆处理的纳米金属镁粉、激活剂、造孔剂和粘结剂按配料比加入到球磨机中，按料：球：去离子水重量份数比为1：2：0.8，球磨0.5小时；

步骤二、造粒：将步骤一制备的浆料采用喷雾造粒机进行造粒，造粒的颗粒过10目筛，含水率为5%（重量）；

步骤三、成型：将步骤二制备的粉料，在料仓中陈腐24小时后放入液压成型机的金属模具中进行干压成型，成型压力为60MPa；

步骤四、干燥：将步骤三成型后的坯体放入干燥箱或烘干线上除去水分，干燥温度为50℃，干燥后坯体的含水率小于1%（重量）；

步骤五、烧成：在燃气窑或电窑中烧成，烧成温度800℃，烧成时间8h，烧至最高温度后保温30分钟自然降温冷却至室温。

实施例2

耐高温远红外纳米陶瓷粉组份35份、经包覆处理的纳米金属镁粉组份60份、激活组份5份，外加造孔剂5份、粘结剂5份；

耐高温纳米远红外陶瓷粉由如下重量百分比的原料组成：纳米氧化铝22 wt%、纳米氧化镁4wt%、纳米氧化硅25 wt%、纳米氧化锆16 wt%、纳米氧化锌21 wt%、纳米氧化钛9wt%、纳米稀土氧化钇2.8 wt%、纳米氧化钯0.2 wt%；

经包覆处理的纳米金属镁粉的制备工序为：在6V电压条件下，在尿素和氯化锌熔融的离子液体中电沉积出Zn包覆纳米镁的颗粒，所述Zn包覆层的厚度为3.5纳米；

激活剂由如下重量百分比的原料制成：Al³⁺掺杂SiC粉，所述Al³⁺掺杂量的重量百分比为7%；

造孔剂由如下重量百分比的原料组成：碳酸氢铵80wt%和竹炭粉20wt%；

粘结剂由如下重量百分比的原料组成：去离子水50 wt%、羧甲基纤维素（CMC）15wt%、聚乙烯醇（PVA）35 wt%；

所述纳米金属镁粉的粒径为75纳米，其他纳米氧化物的粒径为150纳米。

所述的制富氢水用多孔陶瓷复合材料的制备方法如下步骤：

步骤一、混料：采用球磨混料，将耐高温纳米远红外陶瓷粉、经包覆处理的纳米金属镁粉、激活剂、造孔剂和粘结剂按配料比加入到球磨机中，按料：球：去离子水重量份数比为1：2：0.8，球磨1小时；

步骤二、造粒：将步骤一制备的浆料采用喷雾造粒机进行造粒，造粒的颗粒过20目筛，含水率为5%（重量）；

步骤三、成型：将步骤二制备的粉料，在料仓中陈腐24小时后放入液压成型机的金属模具中进行干压成型，成型压力为80MPa；

步骤四、干燥：将步骤三成型后的坯体放入干燥箱或烘干线上除去水分，干燥温度为70℃，干燥后坯体的含水率小于1%（重量）；

步骤五、烧成：在燃气窑或电窑中烧成，烧成温度550℃，烧成时间6h，烧至最高温度后保温30分钟自然降温冷却至室温。

实施例3

耐高温远红外纳米陶瓷粉组份70份、经包覆处理的纳米金属镁粉组份15份、激活组份15份，外加造孔剂14份、粘结剂8份；

耐高温纳米远红外陶瓷粉由如下重量百分比的原料组成：纳米氧化铝30 wt%、纳米氧化镁8wt%、纳米氧化硅18wt%、纳米氧化锆14wt%、纳米氧化锌17wt%、纳米氧化钛10wt%、纳米稀土氧化钇2.7wt%、纳米氧化钯0.3 wt%；

经包覆处理的纳米金属镁粉的制备工序为：在10V电压条件下，在尿素和氯化锌熔融的离子液体中电沉积出Zn包覆纳米镁的颗粒，所述Zn包覆层的厚度为5纳米；

激活剂由如下重量百分比的原料制成： Cr^-掺杂LaAlO₃粉，Cr^-掺杂量的重量百分比为5%；；

造孔剂由如下重量百分比的原料组成：碳酸氢铵50wt%和竹炭粉50 wt%；

粘结剂由如下重量百分比的原料组成：去离子水40 wt%、羧甲基纤维素（CMC）20wt%、聚乙烯醇（PVA）40wt%；

所述纳米金属镁粉的粒径为90纳米，其他纳米氧化物的粒径为250纳米。

步骤一、混料：采用球磨混料，将耐高温纳米远红外陶瓷粉、经包覆处理的纳米金属镁粉、激活剂、造孔剂和粘结剂按配料比加入到球磨机中，按料：球：去离子水重量份数比为1：2：0.8，球磨2小时；

步骤二、造粒：将步骤一制备的浆料采用喷雾造粒机进行造粒，造粒的颗粒过35目筛，含水率为5%（重量）；

步骤三、成型：将步骤二制备的粉料，在料仓中陈腐24小时后放入液压成型机的金属模具中进行干压成型，成型压力为100MPa；

步骤四、干燥：将步骤三成型后的坯体放入干燥箱或烘干线上除去水分，干燥温度为80℃，干燥后坯体的含水率小于1%（重量）；

步骤五、烧成：在燃气窑或电窑中烧成，烧成温度950℃，烧成时间10h，烧至最高温度后保温30分钟自然降温冷却至室温。

本发明实施例1制备的多孔金属陶瓷复合材料的规格为：圆片外径52毫米，中心内孔直径10毫米，厚度15毫米，重量：40克，密度：1.4g/cm³，将此规格的多孔金属陶瓷复合材料放入300毫升的玻璃水杯中，灌入满杯70℃热水，采用日本产ENH-1000型溶解氢气计测量杯中水的氢气含量：1分钟，氢气含量为1.0PPM； 5分钟，氢气含量为1.2PPM；10分钟，氢气含量为1.6PPM；

实施例1制备的多孔金属陶瓷复合材料样品送国家药物及代谢产物分析研究中心做检测项目为：核磁共振谱（¹⁷O-NMR谱），检测结果：用BRUKERAV-500型高分辨超导核磁共振谱仪，在温控25℃条件下，样品的¹⁷O-NMR谱峰半高宽为58.68Hz，如图1所示;

实施例1制备的多孔金属陶瓷复合材料样品送北京中环物研环境质量监测中心做检测项目为pH值，检测依据：GB/T5750.4-2006，检测结果为：原水pH值为6.78，富氢水pH值为7.95；

实施例1制备的多孔金属陶瓷复合材料样品送中国广州分析测试中心检测，装有多孔金属陶瓷复合材料玻璃杯装水24小时作为分析样品，测试该样品水中重金属含量，检测方法为：ICP-MS，检测结果为：铬（Cr）小于0.005mg/L；砷（As）小于0.001mg/L；镉（Cd）小于0.001mg/L；铅（Pb）小于0.001mg/L；汞（Hg）小于0.002mg/L；

实施例1制备的多孔金属陶瓷复合材料样品送中国广州分析测试中心检测，装有多孔金属陶瓷复合材料玻璃杯装水24小时作为分析样品，测试该样品水放射性，检测方法为：GB/T5750.13-2006/1和2，检测结果为：该样品水的总α放射性0.016Bq/L，总β放射性0.053 Bq/L；

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种制富氢水用多孔金属陶瓷复合材料，其特征在于：其配方的物料重量百分比组成为：耐高温纳米远红外陶瓷粉30～80wt%、经包覆处理的纳米金属镁粉5～60 wt%、激活剂3～15 wt%，外加造孔剂3～15 wt%、粘结剂1～10wt%；

所述纳米金属镁粉的制备工序为：在2.5～10V电压条件下，在尿素和氯化锌熔融的离子液体中电沉积出Zn包覆纳米镁的颗粒，所述Zn包覆层的厚度为2～5纳米；

所述激活剂为铝离子掺杂碳化硅粉、钙离子/铬离子掺杂铝酸镧粉中的一种或复合；

所述铝离子掺杂碳化硅粉中铝离子掺杂量的重量百分比为1～10%，钙离子/铬离子掺杂铝酸镧粉中钙离子/铬离子掺杂量的重量百分比为1～10%。

2.根据权利要求1所述的多孔金属陶瓷复合材料，其特征在于：所述耐高温纳米远红外陶瓷粉配方的物料重量百分比组成为：纳米氧化铝20～30wt%、纳米氧化镁3～8wt%、纳米氧化硅15～25wt%、纳米氧化锆10～20wt%、纳米氧化锌15～25wt%、纳米氧化钛7～10wt%、纳米稀土氧化物1～3wt%、纳米贵金属氧化物0.1～0.3wt%；所述纳米稀土氧化物为氧化钇或氧化镧或氧化铈之中的一种；纳米贵金属氧化物为氧化铂或氧化钯之中的一种。

3.根据权利要求1所述的多孔金属陶瓷复合材料，其特征在于：所述造孔剂的物料重量百分比组成为：碳酸氢铵20～90wt%、竹炭粉10～80wt%；

4.根据权利要求1所述的多孔金属陶瓷复合材料，其特征在于：所述纳米金属镁粉的粒径为50～100纳米。

5.根据权利要求1-4任一所述多孔金属陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求1-4任一所述多孔金属陶瓷复合材料的应用，其特征在于，所述多孔金属陶瓷复合材料应用到电热水壶、水杯、净水器、加湿器、水产养殖、饲料加工、保健、美容产业中。