CN112777814A - 一种生成碱性和纳米气泡的富氢水的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种生成碱性和纳米气泡的富氢水的装置及方法，涉及碱性富氢水领域。包括弱碱水电解装置，该弱碱水电解装置具有阳极侧出水口、阴极侧出水口和进水口；其中，至少在阴极侧出水口端连接有加氢装置，在进水口端连接有脱气装置；所述加氢装置包括氢源和加氢疏水膜，所述加氢疏水膜的一侧与氢源相通，另一侧设置为使阴极侧出水口流出的含氢弱碱水经过；所述脱气装置包括真空泵和脱气疏水膜，所述脱气疏水膜的一侧与真空泵相通，另一侧设置为使流向进水口的原料水经过。通过该装置和方法实现碱性和纳米气泡的富氢水，解决传统富氢水氢含量低且储存过程中容易逸出的问题。
Description
技术领域
本发明涉及碱性富氢水领域，尤其涉及一种生成碱性和纳米气泡的富氢水的装置及方法。
背景技术
富氢水具有保健的功效，现逐渐被市场所接受，传统技术采用富氢水设备通常是将氢气充入净化水中，形成富氢水，为了更好的充入氢气，通常采用气液混合泵、射流器或超声波等方式，让雾化的氢气与雾化的净化水均匀混合；也有通过加压的方式，把更多的氢气充入水中。。
雾化混合的方式，其雾化颗粒尺寸通常在毫米或亚毫米级，个别能接近微米级。通过加压，产生的富氢水，在灌装时由于处于常压状态，会发生氢气逃逸，很难控制氢气含量。
发明内容
本发明的目的是提供一种生成碱性和纳米气泡的富氢水的装置及方法，通过该装置和方法实现碱性和纳米气泡的富氢水，解决传统富氢水氢含量低且储存过程中容易逸出的问题。
为实现上述效果，本发明公开了一种生成碱性和纳米气泡的富氢水的装置，包括弱碱水电解装置，该弱碱水电解装置具有阳极侧出水口、阴极侧出水口和进水口；其中，至少在阴极侧出水口端连接有加氢装置，在进水口端连接有脱气装置；所述加氢装置包括氢源和加氢疏水膜，所述加氢疏水膜的一侧与氢源相通，另一侧设置为使阴极侧出水口流出的含氢弱碱水经过；所述脱气装置包括真空泵和脱气疏水膜，所述脱气疏水膜的一侧与真空泵相通，另一侧设置为使流向进水口的原料水经过。
进一步的，其中所述脱气装置前还设有保安过滤器，通过保安过滤器内部设置的过滤装置，对原料水进行过滤，避免杂质等对水质以及后续装置中膜材料的损害。
进一步的，其中所述氢源为氢气发生器或氢气储气罐。氢气发生器可以通过电解生成氢气。
进一步的，其中所述加氢疏水膜和脱气疏水膜选用具有疏水性能的超滤膜，所述超滤膜的结构任选自中空纤维式、板式、板框式、管式或卷式。
进一步的，其中所述真空泵为水环式真空泵。
本发明还公开了一种生成碱性和纳米气泡的富氢水的方法，使用上述的生成碱性和纳米气泡的富氢水装置来获得碱性富氢水。
进一步的，包括如下步骤：
（1）原料水脱气，将净化后的原料水通过脱气装置，原料水流经脱气装置的脱气疏水膜的一侧，另一侧通过真空泵提供负压，使水中溶解的气体通过脱气疏水膜分离出来；
（2）脱气水电解，脱气后的水经过弱碱水电解装置，通过电解，在阴极侧水分子团由大分子团变成小分子团，部分水分子被电解，产生OH-和氢气，小分子团的水溶解力增强，产生的单分子氢气均匀的溶解在水中，获得含氢弱碱水；
（3）纳米级充氢，电解阴极侧出水口流出的含氢弱碱水流经加氢装置的加氢疏水膜的一侧，另一侧通过氢源提供氢气，氢气透过疏水膜溶如水中形成含纳米级氢气泡的碱性富氢水。
进一步的，所述氢源提供的氢气为常压或微正压。
进一步的，所述原料水在进行脱气之前还通过保安过滤器进行过滤，去除杂质。
本发明的有益效果在于：
通过使用脱气装置对水先脱气，减少水中溶解的气体，电解后形成弱碱性水再通过加氢装置实现富氢化。先脱气，再加氢，增大了氢在水中的溶解量，同时使用疏水膜对氢气进行细化，提升了水溶氢在水中的稳定性，在后期储存的过程中不易逸出。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
图2是本发明的实验数据图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示的一种生成碱性和纳米气泡的富氢水的装置，包括弱碱水电解装置1，该弱碱水电解装置具有阳极侧出水口101、阴极侧出水口102和进水口103；其中，至少在阴极侧出水口端连接有加氢装置2，在进水口端连接有脱气装置3；所述加氢装置包括氢源201和加氢疏水膜202，所述加氢疏水膜的一侧与氢源相通氢源选自氢气发生装置，另一侧设置为使阴极侧出水口流出的含氢弱碱水经过；所述脱气装置包括真空泵301和脱气疏水膜302，所述脱气疏水膜的一侧与真空泵相通，另一侧设置为使流向进水口的原料水经过。
作为优选的实施方式脱气装置前还设有保安过滤器4。真空泵为水环式真空泵。
加氢疏水膜和脱气疏水膜选用具有疏水性能的超滤膜，所述超滤膜的结构任选自中空纤维式、板式、板框式、管式或卷式。通过调整膜表面积和水流流速，能够实现对含氢量的调节。
一种生成碱性和纳米气泡的富氢水的方法，使用上述的生成碱性和纳米气泡的富氢水装置来获得碱性富氢水。
包括如下步骤：
（1）原料水脱气，将净化后的原料水通过脱气装置，原料水流经脱气装置的脱气疏水膜的一侧，另一侧通过真空泵提供负压，使水中溶解的气体通过脱气疏水膜分离出来；
（2）脱气水电解，脱气后的水经过弱碱水电解装置，通过电解，在阴极侧水分子团由大分子团变成小分子团，部分水分子被电解，产生OH-和氢气，小分子团的水溶解力增强，产生的单分子氢气均匀的溶解在水中，获得含氢弱碱水；
（3）纳米级充氢，电解阴极侧出水口流出的含氢弱碱水流经加氢装置的加氢疏水膜的一侧，另一侧通过氢源提供氢气，氢气透过疏水膜溶如水中形成含纳米级氢气泡的碱性富氢水。最终A出口获得碱性富氢水，B出口排出废水。
所述氢源提供的氢气为常压或微正压。无需使用较高的正压来促使氢气溶入水中。
作为优选的方法，所述原料水在进行脱气之前还通过保安过滤器进行过滤，去除杂质。
实例1A：
经过过滤净化等处理的市政自来水，用本发明装置，生成1吨碱性富氢水，其中消耗氢气2-3g左右，常压灌装注入铝塑袋中。
实例1B：
经过过滤净化等处理的市政自来水，用本发明装置的电解和充氢部分，生成1吨碱性富氢水，其中消耗氢气2-3g左右，常压灌装注入铝塑袋中。
与实例1A的区别是，原料水未经过脱气处理。
实例1C：
经过过滤净化等处理的市政自来水，用本发明装置的脱气和充氢部分，生成1吨富氢水，其中消耗氢气2-3g左右，常压灌装注入铝塑袋中。
与实例1A的区别是，未经过电解处理。
实例1D：
经过过滤净化等处理的市政自来水，用本发明装置的脱气和电解部分，生成1吨富氢水，常压灌装注入铝塑袋中。
与实例1A的区别是，未经过充氢处理。
实例1E：经过过滤净化等处理的市政自来水，用本发明装置的电解部分，生成1吨富氢水，常压灌装注入铝塑袋中。
与实例1A的区别是，未经过脱气和充氢处理。
对比例1X：
经过过滤净化等处理的市政自来水，用气液混合泵方式（高速旋转的泵叶轮将液体与气体混合搅拌。由于泵内的加压混合，所以气体与液体充分溶解。），生成1吨碱性富氢水，其中消耗氢气6-8克，压力灌装注入压力罐中（压力罐容量3.2加仑，压力2公斤） 。
与实例1A的区别是，未经过脱气、电解、膜充氢，但是压力加氢和带压灌装及包材不同，且用氢气量明显增多。
对比例1Y：
经过过滤净化等处理的市政自来水，用气液混合泵方式（高速旋转的泵叶轮将液体与气体混合搅拌。由于泵内的加压混合，所以气体与液体充分溶解。），生成1吨碱性富氢水，其中消耗氢气6-8克，常压灌装注入铝塑袋中。
与对比例1X的区别是，带压灌装和包材不同。
对比例1Z：
经过过滤净化等处理的市政自来水，用射流器混合方式，生成1吨碱性富氢水，其中消耗氢气9-12克，常压灌装注入铝塑袋中。
与实例1A的区别是，未经过脱气、电解、膜充氢，且用氢气量明显增多且超过其他两个对比例。
氢在水中的溶解浓度检测没有国标，上述实例和对比例取样测试仪器为日本和中国常用方法和仪器
| 仪器 | 厂家或品牌 | 型号 |
| 台式 pH 计 | 雷磁 | PHS-3E |
| 溶存氢浓度测试计 | TRUSTLEX | ENH-2000 |
测试数据见附图2，其中：
（1）实例1A和1B，氢浓度和下降率基本一致，制水工艺的区别在于实例1B没有脱气，说明原水中含气量较低时，脱气工艺不明显。因为中国市政自来水中有曝气工艺，所以市政自来水含气量偏低。若是地下水等含气量通常非常高，增加曝气或脱气工艺的效果就非常明显，且选择脱气工艺优于曝气工艺。
（2）实例1C说明，不电解，最主要是影响出水的pH值，对氢气浓度影响有限，若在充氢工艺中提高氢气量可以弥补。但未电解影响稳定性，因为电解过程能将大分子团的水变成小分子团的水，有利于增加氢的稳定性。
（3）实例1D和实例1E，说明电解碱水pH不超过11时，只靠电解是无法让水中的氢气浓度达到饱和。且电解时尽快水分子团变小，但在电极表面密集生成的氢气，由于动力学原因，无法非常好的溶解在碱水中，不如充氢工艺溶解的好。
（4）对比例1X、1Y，说明压力有助于氢气的溶解，遵守亨特定律，通过过量的氢气和压力来提高水中的氢浓度。但氢气与水的实际溶解度不高，测试需要在常压下进行，氢气很容易溢出，测试对比例1X的氢浓度通常只能快速读取最高值，否则氢浓度下降的非常快，数值很长时间不稳定。
（5）对比例1Z，说明通过过量的氢气和负压吸气的方式也可以提高水中的氢浓度。但由于氢气和水都没有更好的打散，氢气与水的实际溶解度不高。
以上所述实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明的实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括与本发明专利申请范围内。
Claims (9)
1.一种生成碱性和纳米气泡的富氢水的装置，其特征在于：包括弱碱水电解装置（1），该弱碱水电解装置具有阳极侧出水口（101）、阴极侧出水口（102）和进水口（103）；其中，至少在阴极侧出水口端连接有加氢装置（2），在进水口端连接有脱气装置（3）；所述加氢装置包括氢源（201）和加氢疏水膜（202），所述加氢疏水膜的一侧与氢源相通，另一侧设置为使阴极侧出水口流出的含氢弱碱水经过；所述脱气装置包括真空泵（301）和脱气疏水膜（302），所述脱气疏水膜的一侧与真空泵相通，另一侧设置为使流向进水口的原料水经过。
2.根据权利要求1所述的一种生成碱性和纳米气泡的富氢水装置，其特征在于：所述脱气装置前还设有保安过滤器（4）。
3.根据权利要求1所述的一种生成碱性和纳米气泡的富氢水装置，其特征在于：所述氢源为氢气发生器或氢气储气罐。
4.根据权利要求1所述的一种生成碱性和纳米气泡的富氢水装置，其特征在于：所述加氢疏水膜和脱气疏水膜选用具有疏水性能的超滤膜，所述超滤膜的结构任选自中空纤维式、板式、板框式、管式或卷式。
5.根据权利要求1所述的一种生成碱性和纳米气泡的富氢水装置，其特征在于：所述真空泵为水环式真空泵。
6.一种生成碱性和纳米气泡的富氢水的方法，其特征是使用权利要求1-5中任意一项所述的生成碱性和纳米气泡的富氢水装置来获得碱性富氢水。
7.根据权利要求6所述的一种生成碱性和纳米气泡的富氢水的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）原料水脱气，将净化后的原料水通过脱气装置，原料水流经脱气装置的脱气疏水膜的一侧，另一侧通过真空泵提供负压，使水中溶解的气体通过脱气疏水膜分离出来；
（2）脱气水电解，脱气后的水经过弱碱水电解装置，通过电解，在阴极侧水分子团由大分子团变成小分子团，部分水分子被电解，产生OH-和氢气，小分子团的水溶解力增强，产生的单分子氢气均匀的溶解在水中，获得含氢弱碱水；
（3）纳米级充氢，电解阴极侧出水口流出的含氢弱碱水流经加氢装置的加氢疏水膜的一侧，另一侧通过氢源提供氢气，氢气透过疏水膜溶如水中形成含纳米级氢气泡的碱性富氢水。
8.根据权利要求7所述的一种生成碱性和纳米气泡的富氢水的方法，其特征在于：所述氢源提供的氢气为常压或微正压。
9.根据权利要求7所述的一种生成碱性和纳米气泡的富氢水的方法，其特征在于：所述原料水在进行脱气之前还通过保安过滤器进行过滤，去除杂质。
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