CN111410170B - 一种用于产生氢气的复合材料及其应用方法和应用装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于产生氢气的复合材料及其应用方法和应用装置，属于氢气制备技术领域，旨在提供一种产生氢气速度快的产生氢气的复合材料以及其应用方法和制备方法，其技术方案要点如下，包括混合物A，混合物A包括金属铝粉体和氧化钙粉体或氢氧化钙粉体中的任意一种或两种的混合物，适用于美容保健领域的氢气制备。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于产生氢气的复合材料及其应用方法和应用装置。
背景技术
2007年，日本的太田成男等人在《Nature medicine》杂志上发表研究论文，通过巧妙的试验发现，在哺乳动物的细胞内，氢气分子可以选择性的还原具有高反应性的活性氧，如羟基自由基（•OH）和过氧亚硝酸根（ONOO-），从而有效的预防和减小细胞内的氧化应激水平。而长期的氧化应激，与一系列的病症，包括恶性肿瘤、糖尿病、神经退行性病变、动脉粥样硬化、慢性感染以及组织和人体老化有着强烈的联系。从此以后，关于氢气在预防和治疗医学领域的研究呈现出如火如荼的形式。研究发现，除了作为选择性还原剂清除体内高反应性的活性氧之外，氢气分子还表现出抗感染、抗过敏、抗辐射、抗老化等效果，在保健、美容、医疗等领域内都展现出良好的应用前景。
人体对氢气分子的吸收，有四种途径，即通过呼吸系统、消化系统、循环系统和皮肤吸收。通过呼吸系统吸收，即直接吸入一定浓度的氢气；通过消化系统吸收，即饮用含有一定浓度氢气的水或其它饮料；通过循环系统吸收，即采用静脉滴注富氢生理盐水的方法；通过皮肤吸收，则是通过用富氢水洗浴、喷雾、面膜、面罩、局部导入、滴剂等形式和方法，使氢气分子与人体皮肤进行接触，由于氢气分子小，具有优良的穿透性，可以通过皮肤进入人体内部。通过皮肤吸收氢气，对普通人的日常生活而言，是非常方便的。
用于美容保健领域的氢气，其产生方法主要有电解法和活泼金属法。其中采用活泼金属与水直接反应产生氢气，是制备富氢水的一种方便快捷的方式。理论上，碱金属和碱土金属中的K、Ca、Na、Mg、Li、Rs、Cs、Ba等都可以与水发生反应，从反应的活跃程度、金属的易得程度等方面考虑，通常采用金属镁。例如，专利CN 105084468中提出了一种用于制备富氢水的合金陶瓷材料，其主要有效成分即为金属镁；专利提出了一种用于制备富氢水的氢棒，其主要有效成分也是金属镁，但是使用金属镁来产生存在一个问题，即常温下，金属镁和水的反应速度非常缓慢，即使采用纳米镁粉或者加入其它金属与镁粉形成微电池，其产生氢气的速率仍然非常缓慢，如果是用于洗浴或者局部美容等用途，这样的速率是不能接受的。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于产生氢气的复合材料，具有快速产生氢气的优点；本发明的另一个目的是提供一种用于产生氢气的装置，具有能够降低氢气温度、除去氢气中夹带的杂质的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提供的一种用于产生氢气的复合材料，包括混合物A，混合物A包括金属铝粉体和氧化钙粉体或氢氧化钙粉体中的任意一种或两种的混合物。
进一步的，还包括基材B，基材B是无机盐或硅酸盐中的任意一种或两种的混合物，基材B难溶于水或不溶于水。
进一步的，无机盐是碳酸钠、碳酸氢钠、硫酸钠、亚硫酸钠、氯化镁或柠檬酸钠中的任意一种。
进一步的，硅酸盐是蒙脱石、膨润土、硅藻土、高岭土、沸石、白炭黑或电气石中的任意一种。
进一步的，金属铝粉体和所述氧化钙或氢氧化钙的质量比是3:1~1:3。如果铝粉的量过多，那么单位质量的产氢材料的产氢效率下降，如果氧化钙或氢氧化钙的量过多，则反应速度太快，放热集中，不利于应用。
进一步的，混合物A与基材B的质量比是3:1~1:3。
进一步的，金属铝粉体、氧化钙和氢氧化钙粉体的平均粒径ΦA均在1μm~1000μm之间。粉末的粒径超过1000μm，反应产生氢气的速率过低，粒径低于1μm，粉末流动性差，反应过程中容易出现团聚现象，阻碍反应的进一步发生，而且粒径太小，活性大，不利于应用。
进一步的，基材B中的无机盐或硅酸盐矿物的平均粒径ΦB是50μm~2000μm。
进一步的，ΦB：ΦA在1:1~1:0.225之间。粒径过大或过小，都会失去对产氢速率的调节作用，而且粒径过小还会造成成本快速增高。盐类或者矿物类物质的平均粒径ΦB应不小于主要有效组分的平均粒径ΦA，两者的比例ΦB：ΦA应在1:1~1:0.225之间，这主要是从粉体的密堆积方面考虑，该比例范围内可以形成更加致密的粉体，减小单位质量材料的体积，有利于包装。
进一步的，复合材料的制备方法是，将混合物A和基材B混合均匀后干法滚压造粒，粒径是0.5~3mm。通过造粒的方式能够提高氢气产生速率的可控性和稳定性。
本发明的第二个目的是提供一种用于产生氢气的复合材料的应用方法，具有同样的技术效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提供的用于产生氢气的复合材料的应用方法，将复合材料装入用非织造布、硅胶布、醋酸纤维素滤纸或者织物纤维滤纸等制成的透水透气的小包装袋中密封形成复合材料小袋，使用时将复合材料小袋投入水中，使复合材料与水接触发生化学反应放出氢气。所使用的包装袋的等效孔径ΦC应在50~500μm之间，且必须小于金属铝粉体和氧化钙或氢氧化钙粉体的平均粒径ΦA.这是为了保证包装在袋体中的粉料在运输和使用过程中不会产生明显的漏粉现象，以免造成危险或者影响使用。无论采用何种包装形式，都应保证包装透水、透气、不漏粉。
本发明的第三个目的是提供一种用于产生氢气的复合材料的应用装置，具有同样的技术效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提供的用于产生氢气的复合材料的应用装置，包括上部容器和下部容器，上部容器与下部容器连接形成一个腔体，腔体用于盛放用于产生氢气的复合材料；上部容器顶部还设置有盖子，盖子能够打开或关闭腔体；上部容器的腔内设置有隔板，用于将用于产生氢气的复合材料述盖子间隔开；隔板上设置有至少一个小孔，用于释放出氢气；在盖子上设置有排气孔，排气孔与连接管相连，连接管用于接入呼吸面罩或后续管道。复合材料浸入水中后，与水反应产生氢气，复合材料的会在氢气的作用下膨胀上浮，浮出水面，不利于反应的进一步发生，且无法保证产生的氢气存在于水中，且产氢物质与水的反应是放热反应，浮上水面后会产生明显的雾状热蒸汽，与人体直接接触可能会烧伤人体，隔板的作用能够保证复合材料浸没于水中，产生的氢气也能够存在于水中形成富氢水后氢气再逸出水中，达到利用水降低氢气温度和除去氢气中夹带的杂质的目的。
进一步的，上部容器上设置有刻度线，用于监测腔体中的水位。在使用过程中，当水量达到刻度线后，将盖子盖住，保证了水位的稳定，提高氢气产生速率的稳定性。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.使用金属铝，使其在碱性条件下与水发生反应，产生氢气的速率高；铝粉和氧化钙，与水反应可以产生氢气，在氢氧化钙过量的情况下，还可以进一步与铝反应生成氢气，提高氢气产生的量，进行资源再利用；
2.采用了无机盐或硅酸盐的加入，不但调节氢气产生的速率和稳定性，同时阻止反应生成的白色难溶于水的氧化铝、铝酸钙和铝酸三钙均附着在铝粉表面，影响反应速率；并通过改变盐类和矿物类物质的种类和比例，可以获得不同产氢速率和稳定性的材料，如短时快速集中产生氢气类型和长时间稳定产生氢气类型；
3.采用了隔板，能够保证复合材料浸没于水中，产生的氢气也能够存在于水中形成富氢水后氢气再逸出水中，达到利用水降低氢气温度和除去氢气中夹带的杂质的目的。
附图说明
图1是本申请应用装置的主视图；
图2是本申请隔板的细节图；
图3是实施例1中用于体现氢气产生量的氢气流量监测图；
图4是实施例2中用于体现氢气产生量的氢气流量监测图；
附图标记
1-上部容器，2-下部容器，3-盖子，4-隔板，5-小孔，6-连接管。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向。
实施例1：一种用于产生氢气的复合材料及其应用方法和应用装置
一种用于产生氢气的复合材料，制备步骤如下：
S1.将铝粉、氢氧化钙粉末以3:1的质量比混合均匀后得到混合物A；
S2.将混合物A放入图1所示的装置中，加入500ml水，使其反应产生氢气；
S4.使用小型转子流量计测量产生的氢气流量，结果如图3所示。
一种用于产生氢气的复合材料的应用装置，包括上部容器1和下部容器2，所述上部容器1与下部容器2连接形成一个腔体，腔体用于盛放用于产生氢气的复合材料；上部容器1顶部还设置有盖子3，盖子3能够打开或关闭；上部容器1的腔内设置有隔板4，用于将用于产生氢气的复合材料与所述盖子3间隔开，隔板4上设置有小孔5，用于释放出氢气，在盖子3上设置有排气孔，排气孔与连接管6相连，所述连接管6用于接入呼吸面罩或后续管道。
使用时，打开上部容器1，将复合材料小袋放入腔内，置于隔板4下方，将上部容器1和和下部容器2合拢，打开盖子3，向其中注水，关闭盖子，通过排气孔和连接管对产生的氢气进行收集。
总计反应时间约为50分钟，稳定产氢速率在75ml/min左右。反应完毕后，水体略有浑浊。水体温度上升约14℃。
实施例2：一种用于产生氢气的复合材料及其应用方法和应用装置
一种用于产生氢气的复合材料，制备步骤如下：
S1.将铝粉、氧化钙粉、二氧化硅和硅藻土粉末末以3:2:1:3的质量比混合均匀后通过对辊挤压工艺进行干法造粒，获得平均粒径约为2mm的粒料；
S2.将粒料装入无纺布制成的小型包装袋中密封，形成小袋，每袋装入的粉末总计9g；
S3.将小袋放入图1所示的装置中，加入5L水，使其反应产生氢气；
S4.使用小型转子流量计测量产生的氢气流量，结果如图4所示。
一种用于产生氢气的复合材料的应用装置，包括上部容器1和下部容器2，所述上部容器1与下部容器2连接形成一个腔体，腔体用于盛放用于产生氢气的复合材料；上部容器1顶部还设置有盖子3，盖子3能够打开或关闭；上部容器1的腔内设置有隔板4，用于将用于产生氢气的复合材料与所述盖子3间隔开，隔板4上设置有小孔5，用于释放出氢气，在盖子3上设置有排气孔，排气孔与连接管6相连，所述连接管6用于接入呼吸面罩或后续管道；上部容器上还设置有刻度线，用于监测腔体中的水位。
使用时，打开上部容器1，将复合材料小袋放入腔内，置于隔板4下方，将上部容器1和和下部容器2合拢，打开盖子3，向其中注水至刻度线，关闭盖子，通过排气孔和连接管对产生的氢气进行收集。
反应完毕后，水体基本保持澄清。水体温度上升约4℃。
通过上述测试可知，本申请提供的用于产生氢气的复合材料能够快速稳定的产生氢气，且能够保证氢气的纯净，降低氢气的温度，能够满足各行业对氢气的要求，具有产业价值。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种用于产生氢气的复合材料的应用装置，其特征在于，包括上部容器（1）和下部容器（2），所述上部容器（1）与下部容器（2）连接形成一个腔体，所述腔体用于盛放用于产生氢气的复合材料；所述上部容器（1）顶部还设置有盖子（3），所述盖子（3）能够打开或关闭所述腔体；所述上部容器（1）的腔内设置有隔板（4），用于将用于产生氢气的复合材料与所述盖子（3）间隔开；所述隔板（4）上设置有至少一个小孔（5），用于释放出氢气；在所述盖子（3）上设置有排气孔，所述排气孔与连接管（6）相连，所述连接管（6）用于接入呼吸面罩或后续管道；所述复合材料包括混合物A，所述混合物A包括金属铝粉体和氧化钙粉体或氢氧化钙粉体中的任意一种或两种的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种用于产生氢气的复合材料的应用装置，其特征在于，所述复合材料还包括基材B，所述基材B是无机盐或硅酸盐中的任意一种或两种的混合物，所述基材B难溶于水或不溶于水。
3.根据权利要求1所述的一种用于产生氢气的复合材料的应用装置，其特征在于，所述金属铝粉体和所述氧化钙或氢氧化钙的质量比是3:1~1:3。
4.根据权利要求2所述的一种用于产生氢气的复合材料的应用装置，其特征在于，所述混合物A与基材B的质量比是3:1~1:3。
5.根据权利要求2所述一种用于产生氢气的复合材料的应用装置，其特征在于，所述金属铝粉体、氧化钙和氢氧化钙粉体的平均粒径ΦA均在1μm~1000μm之间。
6.根据权利要求5所述的一种用于产生氢气的复合材料的应用装置，其特征在于，所述基材B中的无机盐或硅酸盐矿物的平均粒径ΦB是50μm~2000μm。
7.根据权利要求6所述的一种用于产生氢气的复合材料的应用装置，其特征在于，ΦB：ΦA在1:1~1:0.225之间。
8.根据权利要求6所述的一种用于产生氢气的复合材料的应用装置，其特征在于，所述复合材料的制备方法是，将混合物A和基材B混合均匀后直接使用或采用干法滚压造粒，粒径是0.5~3mm。
9.根据权利要求1所述的一种用于产生氢气的复合材料的应用装置，其特征在于，将所述复合材料装入用非织造布或者织物纤维滤纸制成的透水透气的小包装袋中密封，形成复合材料小袋，使用时将小袋投入水中，使所述复合材料与水接触发生化学反应放出氢气。
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