CN114436427B - 产氢材、产氢块、氢水产生装置及净水系统 - Google Patents
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Abstract
一种产氢材、一种产氢块、一种氢水产生装置及一种净水系统。所述产氢材包含纤维素材料组分及分散于所述纤维素材料组分中且能够与水作用产生氢气的纳米硅，所述纤维素材料组分包括至少一种水溶解度范围为小于10mg/mL的纤维素材料。所述产氢块包含产氢区及二氧化硅区，所述产氢区包含纤维素材料组分及分散于所述纤维素材料组分中且能够与水作用产生氢气的纳米硅，所述纤维素材料组分包括至少一种水溶解度范围为小于10mg/mL的纤维素材料，所述二氧化硅区包括纤维素材料组分及分散于所述纤维素材料组分中的二氧化硅，所述纤维素材料组分包括至少一种水溶解度范围为小于10mg/mL的纤维素材料。所述氢水产生装置包含所述产氢材。所述净水系统包含所述氢水产生装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种产氢材、氢水产生装置及净水系统，特别是涉及一种用来与水作用以产制包含硅酸(可溶解性硅)与氢气的氢水的产氢材。
背景技术
有鉴于氢水于人体饮用后有利于与存在于体内的致病性活性氧或自由基团中和，以减缓器官损害。因此，氢水的相关研究已成为近几年来的热门研究主题。坊间常见的氢水多半是将高纯度氢气直接溶于水中，或是以镁粉或镁锭来与纯水反应生成氢气，并以此称为氢水。然而，前者的方法，存在着高纯度氢气取得不易、氢气溶解困难以及安全性的问题。后者的方法，则因为残留在纯水中的氢氧化镁是被归类为药品，其与部分心血管疾病的药品会产生冲突，一旦含量过高时，也容易引发急性药物中毒、急性肾衰竭或高血镁症等问题。
中国台湾专利公告第TW202021652A号揭示一种能够产生氢水的滤材总成，且所述滤材总成包含滤材与使所述滤材相互黏结的一黏结材。所述滤材是由载体与纳米硅微粒所形成，且所述纳米硅微粒是松散地分布于所述载体的表面，所述滤材的尺寸介于50μm～10mm。所述载体例如活性碳、陶瓷、竹炭、麦饭石、石英砂、硅藻土、矿石、沸石、硅颗粒或高分子纤维。
所述滤材总成的工序是将所述纳米硅微粒与所述载体混合后，再与所述黏结材混合，然后，于200℃至500℃进行烧结处理，如此的工序存在有制程繁琐且耗能的问题。再者，由于所述纳米硅微粒是松散地并堆叠地分布于所述载体的表面并构成一叠层，且所述黏结材在所述烧结处理过程中是呈黏稠状态而不易流动，致使堆叠在所述载体的表面的所述纳米硅微粒较不易被所述黏结材包覆，因此，所述纳米硅微粒间会存有间隙，而在如此情况下，当所述滤材总成与水接触时，水分子易直接由所述叠层的表面经由所述间隙渗透进入所述叠层的内部，致使大部分的纳米硅微粒会同时与水分子接触，而开始反应产生氢气，以至于大部分的纳米硅微粒在几近同一时间下很快地失去活性，使得所述滤材总成无法长时间持续地产氢而存在有使用期限短的问题。此外，由于大部分的纳米硅微粒会同时与水分子接触，致使氢气产生量过大，而来不及溶解于水中，造成大部分氢气容易由一过滤装置的出水口溢散出来而浪费掉，甚至使得所述过滤装置的管线会有气体堵塞的现象导致出水不顺。且在如此情况下，大量氢气所产生的气压会造成所述纳米硅微粒脱离所述载体，而导致所述纳米硅微粒堵塞住所述过滤装置的出水口，从而造成出水效率不佳的问题产生，此外，脱离的所述纳米硅微粒会顺着水流而流入位于所述过滤装置下游的除菌过滤装置中，造成所述除菌过滤装置产生阻塞现象而使得出水量被降低。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种可以改善先前技术的至少一个缺点的产氢材。
本发明产氢材，包含纤维素材料组分及分散于所述纤维素材料组分中且能够与水作用产生氢气的纳米硅。所述纤维素材料组分包括至少一种水溶解度范围为小于10mg/mL的纤维素材料。
在本发明产氢材中，所述纤维素材料选自于乙基纤维素、甲基乙基纤维素、纤维素三醋酸酯、邻苯二甲酸乙酸纤维素或上述任意的组合。
在本发明产氢材中，所述纤维素材料组分的含量范围为所述纳米硅的总量的0.001至0.15倍。
在本发明产氢材中，所述纳米硅的粒径范围为50nm至800nm。
在本发明产氢材中，所述纤维素材料为能够溶解于有机溶剂的纤维素材料。
本发明的第二目的在于提供一种产氢块。
本发明产氢块，包含产氢区及连接所述产氢区的二氧化硅区。所述产氢区包含纤维素材料组分及分散于所述纤维素材料组分中且能够与水作用产生氢的纳米硅，所述纤维素材料组分包括至少一种水溶解度范围为小于10mg/mL的纤维素材料。所述二氧化硅区包括纤维素材料组分及分散于所述二氧化硅区的纤维素材料组分中的二氧化硅，所述二氧化硅区的纤维素材料组分包括至少一种水溶解度范围为小于10mg/mL的纤维素材料。
本发明的第三目的在于提供一种氢水产生装置。
本发明氢水产生装置，用来将水形成氢水，包含壳单元及上述产氢材。所述壳单元界定出容置所述产氢材的容置空间，并包括与所述容置空间相通的用来供水进入的进水口，及用来供所述氢水流出的出水口。在本发明氢水产生装置中，所述纤维素材料选自于乙基纤维素、甲基乙基纤维素、纤维素三醋酸酯、邻苯二甲酸乙酸纤维素或上述任意的组合。
在本发明氢水产生装置中，所述纤维素材料组分的含量范围为所述纳米硅的总量的0.001至0.15倍。
在本发明氢水产生装置中，所述纳米硅的粒径范围为50nm至800nm。
在本发明氢水产生装置中，所述氢水产生装置还包含容置于所述容置空间内的pH调整剂，用于将水的pH值调整为6.5至11。
本发明的第四目的在于提供一种净水系统。
本发明净水系统，用来净化待净化水并形成包含氢气的净化水，包含至少一个用来净化所述待净化水的过滤装置；及位于所述至少一个过滤装置的上游或下游的上述氢水产生装置。
在本发明净水系统中，所述纤维素材料选自于乙基纤维素、甲基乙基纤维素、纤维素三醋酸酯、邻苯二甲酸乙酸纤维素或上述任意的组合。
在本发明净水系统中，所述纤维素材料组分的含量范围为所述纳米硅的总量的0.001至0.15倍。
在本发明净水系统中，所述纳米硅的粒径范围为50nm至800nm。
在本发明净水系统中，所述净水系统包含两个过滤装置及pH调整装置，且所述过滤装置分别为聚丙烯纤维滤芯及中空丝膜滤芯，且所述净水系统沿水流方向依序包含所述聚丙烯纤维滤芯、所述pH调整装置、所述氢水产生装置，及所述中空丝膜滤芯。
在本发明净水系统中，所述净水系统包含两个过滤装置及阳离子交换树脂滤芯，且所述过滤装置分别为聚丙烯纤维滤芯及中空丝膜滤芯，且所述净水系统沿水流方向依序包含所述聚丙烯纤维滤芯、所述氢水产生装置，及所述中空丝膜滤芯，而所述阳离子交换树脂滤芯位于所述氢水产生装置的上游或下游。
本发明的有益的效果在于：通过所述纤维素材料组分存在于所述纳米硅间，减少所述纳米硅间的间隙的形成，致使当所述产氢材与水接触时，水分子会先与位于所述产氢材的表面的纳米硅作用，再经由所述纤维素材料组分渗透地进入所述产氢材的内部，而与位于所述产氢材的内部的纳米硅作用，致使大部分的纳米硅不会同时与水分子接触而反应产生氢气，以至于所述产氢材能够长时间持续地产氢，从而具有使用期限长的优点。
附图说明
图1是一X-ray衍射光谱图，说明实施例2的产氢材未与水作用时的材质，及与水作用30天及60天后的材质；
图2是一照片，说明实施例2的产氢材置于水中的状态；
图3是一照片，说明比较例1的产氢材置于水中的状态。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
<产氢材>
本发明产氢材包含纤维素材料组分及分散于所述纤维素材料组分中且能够与水作用产生氢气的纳米硅，所述纤维素材料组分包括至少一种水溶解度范围为小于10mg/mL的纤维素材料。
在本发明的一些实施态样中，所述产氢材的粒径范围为0.5mm至5mm。在所述产氢材中，是以所述纤维素材料组分作为连续相，而所述纳米硅分散于所述连续相中，致使所述纳米硅间不易存在有间隙。所述产氢材包括一内部区域及一围绕所述内部区域的外部区域，所述纳米硅部分分散地位于所述内部区域，且部分分散地并镶嵌地位于所述外部区域的表面。
[纤维素材料组分]
所述纤维素材料不易被水溶解且能够允许水渗透而进入所述产氢材的内部区域，以至于水能够与所述纳米硅作用，再者，所述纤维素材料能够作为黏结剂，以将所述纳米硅连接在一起，赋予所述产氢材足够强度，致使所述产氢材中的所述纳米硅不易因水压或水流冲刷而瓦解，导致堵塞问题产生，此外，通过所述纤维素材料，所述产氢材的所述纳米硅不会同时与水接触而反应，致使所述产氢材能够长时间持续地产氢，从而具有使用期限长的优点。较佳地，所述纤维素材料的水溶解度范围为小于0.001mg/mL以下。更佳地，所述纤维素材料的水溶解度范围为小于0.0002mg/mL以下。又更佳地，所述纤维素材料的水溶解度范围为小于0.0001mg/mL。
所述纤维素材料可单独一种使用或混合多种使用，且所述纤维素材料可选自于乙基纤维素、甲基乙基纤维素(methyl ethyl cellulose)、纤维素三醋酸酯(cellulosetriacetate)、邻苯二甲酸乙酸纤维素或上述任意的组合。由于乙基纤维素具有羟基，而能够与所述产氢材或所述产氢块中的所述纳米硅的表面或所述产氢块中的二氧化硅形成氢键，致使所述纳米硅或所述二氧化硅不易自产氢材中脱离，进而当所述产氢材应用净水系统中时或在所述净水系统中的所述产氢材转变成所述产氢块后，能够使产出的水保持清澈，因此，在本发明的一些实施态样中，所述纤维素材料为乙基纤维素。在本发明的一些实施态样中，所述纤维素材料组分的含量范围为所述纳米硅的总量的0.001倍至0.15倍。为使在制备所述产氢材时容易操作且不需高温条件，较佳地，所述纤维素材料能够于温度为50℃以下的条件溶解于有机溶剂中。所述有机溶剂例如但不限于乙醇、异丙醇或丙酮等。考虑到本发明产氢材应用于净水系统中，较佳地，所述纤维素材料及有机溶剂选用对人体无危害的纤维材料及有机溶剂。
[纳米硅]
所述纳米硅的粒径例如为50nm至800nm，较佳地，所述纳米硅的粒径为100nm至400nm，较佳地，所述纳米硅的粒径为150nm至350nm，或200nm至300nm。
<产氢材的制备方法>
所述产氢材的制备方法并无特别的限制，例如方法一、方法二，或方法三。在所述方法一中，将所述纳米硅与所述纤维素材料组分混合，进一步地，于混合后进行碎化处理，以调整至所需的尺寸。在所述方法二中，将所述纤维素材料组分分散于有机溶剂中，然后，与所述纳米硅混合，接着，经过干燥处理及造粒处理。采用所述方法二有助于使所述纤维素材料组分更能够较完整地包覆所述纳米硅，从而降低所述纳米硅间存在有间隙的机率。在所述方法三中，将所述纳米硅分散于有机溶剂中，形成纳米硅浆料，且将所述纤维素材料组分分散于有机溶剂中，形成纤维素溶液，然后，将所述纳米硅浆料与所述纤维素溶液混合。在本发明的一些实施态样中，所述纤维素材料组分能够于室温下分散于有机溶剂中。值得说明的是，相较于中国台湾专利公告第TW202021652A号的滤材总成的制备需要使用载体，本发明产氢材的制备是不需要载体，致使本发明产氢材的制备方法存在有减少工序及降低成本的优点。
<产氢块>
所述产氢块包含一个产氢区及一个连接所述产氢区的二氧化硅区，所述产氢区是由上述产氢材的内部区域所形成，而所述二氧化硅区是由上述产氢材与水接触后，所述产氢材的外部区域中的所述纳米硅与水反应所形成。所述产氢区包含纤维素材料组分及分散于所述纤维素材料组分中且能够与水作用产生氢气的纳米硅，而所述纤维素材料组分及所述纳米硅如上所述的纤维素材料组分及所述纳米硅，所以不再赘述。所述二氧化硅区包括纤维素材料组分及分散于所述二氧化硅区的纤维素材料组分中的二氧化硅，而所述二氧化硅区的纤维素材料组分如上所述的纤维素材料组分，所以不再赘述。
<氢水产生装置>
所述氢水产生装置用来将水形成氢水，且包含壳单元及产氢材。所述氢水包含水、氢气及硅酸。所述壳单元界定出一个容置所述产氢材的容置空间，并包括与所述容置空间相通的一个用来供水进入的进水口，及一个用来供所述氢水流出的出水口。所述产氢材如上所述，所以不再赘述。在本发明的一些实施态样中，所述氢水产生装置还包含容置在所述容置空间内的pH调整剂。所述pH调整剂用来将水的pH值调整到6.5至11。可依照不同pH调整剂材料的特性来使用能够将水源的pH值调整至6.5至11的pH调整剂。使用pH调整剂的好处是可将氢水产生装置内的水质调整为稳定可控的状态(例如维持在所需的pH值)，进而符合不同应用需求，举例来说，当水为逆渗透纯水，则通过pH调整剂调整到8.5至11，将有助于所述产氢材在短时间内能够连续性大量产生氢水及硅酸，而调整到6.5至8.5，则有助于所述产氢材在长时间下能够间歇性产生氢水及硅酸。所述pH调整剂能够与所述产氢材混合使用，或所述pH调整剂在所述容置空间内堆叠而成pH调整层，而所述产氢材堆叠设置在所述pH调整层上。在所述氢水产生装置中，所述pH调整层设置在所述进水口处。所述pH调整剂例如但不限于碳酸钙、氢氧化钙或活性碳。
<净水系统>
所述净水系统用来净化待净化水并形成包含氢气的净化水。所述净水系统包含上述氢水产生装置，及至少一个用来净化所述待净化水的过滤装置。所述待净化水例如但不限于自来水、逆渗透水或pH为6至8的水源。所述氢水产生装置如上所述，所以不再赘述。所述氢水产生装置位于所述过滤装置的上游或下游。所述过滤装置例如除菌过滤装置、除氯过滤装置或除泥沙过滤装置。所述除菌过滤装置例如中空丝膜滤芯。所述除氯过滤装置或所述除泥沙过滤装置例如聚丙烯纤维滤芯。在本发明的一些实施态样中，所述净水系统沿一个水流方向依序包含所述聚丙烯纤维滤芯、所述氢水产生装置及所述中空丝膜滤芯。
在本发明的一些实施态样中，本发明净水系统还包含将pH调整为6.5至11的pH调整装置。所述pH调整装置例如电解水装置或包含pH调整剂的pH调整装置。所述pH调整剂例如但不限于碳酸钙、氢氧化钙或活性碳。所述碳酸钙例如珍珠钙。在本发明的一些实施态样中，本发明净水系统还包含水质硬度调整装置。所述水质硬度调整装置有助于改善所述净化水的口感、避免盐析效应(salting out effect)，且能够减缓所述产氢材生成二氧化硅的速度或提高所述产氢块的二氧化硅区的二氧化硅在水中的溶解度以减薄所述二氧化硅区的厚度，进而有助于增加水渗入所述产氢材或所述产氢块的产氢区的机率。所述水质硬度调整装置位于所述氢水产生装置的上游或下游。所述水质硬度调整装置例如阳离子交换树脂滤芯。
在本发明的一具体态样中，所述净水系统沿一个水流方向依序包含所述聚丙烯纤维滤芯、所述pH调整装置、所述氢水产生装置、所述阳离子交换树脂滤芯，及所述中空丝膜滤芯。在本发明的另一具体态样中，所述净水系统沿一个水流方向依序包含所述聚丙烯纤维滤芯、所述pH调整装置、所述阳离子交换树脂滤芯、所述氢水产生装置，及所述中空丝膜滤芯。
本发明净水系统还包含一个泄压阀。所述泄压阀设置在所述除菌过滤装置的下游，或所述氢水产生装置的下游。当所述卸压阀设置在所述氢水产生装置的下游时，能够有助于适时的排出适量的氢气，以减少大量氢气进入位于所述氢水产生装置的下游的过滤装置时，造成氢气累积在所述过滤装置而产生堵塞现象，致使出水量下降的问题发生。在本发明的一具体态样中，所述净水系统沿一个水流方向依序包含所述聚丙烯纤维滤芯、所述pH调整装置、所述氢水产生装置、所述泄压阀、所述阳离子交换树脂滤芯，及所述中空丝膜滤芯。
本发明将就以下实施例作进一步说明，但应了解的是，所述实施例仅为例示说明之用，而不应被解释为本发明实施之限制。
实施例1产氢材
将100克且纯度为5N的硅粉(厂牌：达力机械；型号：LTP-200)进行碎化处理，而获得平均粒径(D50)为10μm至20μm的碎化物。将所述碎化物与乙醇(作为溶剂)混合，配制成固含量为25wt％的浆料。利用一台研磨机及尺寸为0.1mm的锆珠，对所述浆料进行研磨处理，形成包含平均粒径(D50)为200nm的纳米硅的硅浆料。将12克的乙基纤维素溶于约200毫升的乙醇中，形成纤维素溶液。将所述硅浆料与所述纤维素溶液置于烧杯内，并利用一台搅拌机(厂牌：SHIN KWANG；型号：DC-3RT)进行混合处理，并于真空烘箱(厂牌：柏沅科技；型号：OVV-125)及80℃的条件下进行干燥处理，获得包含所述乙基纤维素与分散于所述乙基纤维素中的纳米硅的团块。将所述团块进行碎化处理及过筛处理，获得粒径为1mm至5mm的粉碎物。于100℃的条件下对所述粉碎物进行烘烤处理，获得产氢材。
＜利用实施例1的产氢材产出氢水的氢气含量及硅酸含量分析＞
测试条件一：将pH为6.6的RO逆渗透纯水由设置有50克的实施例1的产氢材的氢水产生装置的进水口导入，且每5分钟自所述氢水产生装置的出水口排出0.7L的氢水，直到累计产出400L的氢水。于累计产出10L的氢水、累计产出150L的氢水及累计产出400L的氢水时，分别进行采样，并利用一台氧化还原电位分析仪(产牌：Horiba；采用厂牌为JAQUA且型号为EO221的电极)量测所述氢水的氧化还原电位(单位：mV)，及利用Merck比色法药品量测所述氢水的硅酸(溶解性硅)浓度(单位：ppm)，而量测结果参阅表1。特别说明的是，氧化还原电位越低表示氢水中的氢气含量越高。
测试条件二：将pH为6.6的RO逆渗透纯水通过碳酸钙(pH调整剂)调整为pH为8.6的水，再由设置有50克的实施例1的产氢材的氢水产生装置的进水口导入，且每5分钟自所述氢水产生装置的出水口排出0.7L的氢水，直到累计产出650L的氢水。于累计产出10L的氢水、累计产出150L的氢水、累计产出400L的氢水及累计产出650L的氢水时，分别进行采样，并利用一台氧化还原电位分析仪(产牌：Horiba；采用厂牌为JAQUA且型号为EO221的电极)量测所述氢水的氧化还原电位(单位：mV)，及利用Merck比色法药品量测所述氢水的硅酸浓度(单位：ppm)，而量测结果参阅表1。
表1
由表1可以发现，包含本发明产氢材的氢水产生装置是能够持续地产出累计高达400L以上且包含氢气及硅酸的氢水，此表示本发明产氢材中的所述纳米硅并非同时与水接触，而是逐渐地与水接触，以至于能够稳定地且持续地产生氢气，同时，不会瞬间产生大量的氢气，致使大量氢气的气压造成所述纳米硅脱离，而导致所述纳米硅堵塞住所述氢水产生装置的出水口的问题产生。
再者，由表1也可发现，用内插法算pH为8.6的RO逆渗透纯水(以下简称pH8.6水)在排出的氢水的氧化还原电位为-632mV时，需要排出氢水232.6L，可推知其在排出氢水150L～232.6L时，pH8.6水对应的排出氢水的氧化还原电位还在-632mV以下，pH为6.6的RO逆渗透纯水(以下简称pH6.6水)排出的氢水的氧化还原电位已经在-632mV以上。另一种看法是以150L～400L为区间，氢水累计产出量作为x轴，氧化还原电位作为y轴，pH8.6水的斜率是0.436，pH6.6水的斜率是0.608，斜率小的氢气的降低速度较慢，若排出氢水的时间跟水量是成正比，可以直接推知相同的时间点，pH8.6水排出的氢气及硅酸都比pH6.6水来得高很多，间接得知在该时间点往前移一点点时，pH8.6水排出的氢气及硅酸还是都比pH6.6水来得高。由此可以得知，在相同纯水水源下，相同的产氢材在pH较高的条件下，可以在相对短时间内连续出水比较多的氢气以及硅酸。
实施例2 产氢材
将120克且纯度为5N的硅粉进行碎化处理，而获得平均粒径(D50)为10μm至20μm的碎化物。将所述碎化物与乙醇(作为溶剂)混合，配制成固含量为25wt％的浆料。利用一台研磨机及尺寸为0.1mm的锆珠，对所述浆料进行研磨处理，形成包含平均粒径(D50)为250nm的纳米硅的硅浆料。将6克的乙基纤维素(相当于所述硅粉的总量的0.05倍)溶于约100毫升的乙醇中，形成纤维素溶液。将所述硅浆料与所述纤维素溶液置于烧杯内，并利用一台搅拌机(厂牌：SHIN KWANG；型号：DC-3RT)进行混合处理，并于真空烘箱(厂牌：柏沅科技；型号：OVV-125)及80℃的条件下进行干燥处理，获得包含所述乙基纤维素与分散于所述乙基纤维素中的纳米硅的团块。将所述团块进行碎化处理及过筛处理，获得粒径为1mm至5mm的粉碎物。于100℃的条件下对所述粉碎物进行烘烤处理，获得产氢材。
＜利用实施例2的产氢材产出氢水的氢气含量及硅酸含量分析＞
测试条件一：将pH为6.6的RO逆渗透纯水通过碳酸钙(pH调整剂)调整为pH为8.6的水，再由设置有100克的实施例2的产氢材的氢水产生装置的进水口导入，且每天自所述氢水产生装置的出水口排水出9升的氢水，直到60天。于3天、30天、50天及60天对所述氢水进行采样，并利用一台氧化还原电位分析仪(产牌：Horiba；采用厂牌为JAQUA且型号为EO221的电极)量测所述氢水的氧化还原电位(单位：mV)，及利用Merck比色法药品量测所述氢水的硅酸浓度(单位：ppm)，而量测结果参阅表2。特别说明的是，氧化还原电位越低表示氢水中的氢气含量越高。
测试条件二：将pH为6.6的RO逆渗透纯水通过碳酸钙(pH调整剂)调整为pH为7.6的水由设置有100克的实施例2的产氢材的氢水产生装置的进水口导入，且每天自所述氢水产生装置的出水口排水出9升的氢水，直到80天。于3天、10天、20天、30天、50天、60天、70天及80天对所述氢水进行采样，并利用一台氧化还原电位分析仪(产牌：Horiba；采用厂牌为JAQUA且型号为EO221的电极)量测所述氢水的氧化还原电位(单位：mV)，及利用Merck比色法药品量测所述氢水的硅酸浓度(单位：ppm)，而量测结果参阅表2。特别说明的是，氧化还原电位越低表示氢水中的氢气含量越高。
测试条件三：将pH为7.6的自来水由设置有100克的实施例2的产氢材的氢水产生装置的进水口导入，且每天自所述氢水产生装置的出水口排水出9升的氢水，直到30天。于3天、10天、20天及30天对所述氢水进行采样，并利用一台氧化还原电位分析仪(产牌：Horiba；采用厂牌为JAQUA且型号为EO221的电极)量测所述氢水的氧化还原电位(单位：mV)，及利用Merck比色法药品量测所述氢水的硅酸浓度(单位：ppm)，而量测结果参阅表2。特别说明的是，氧化还原电位越低表示氢水中的氢气含量越高。
＜利用实施例2的产氢材与水作用后的材质分析＞
将如上述测试条件一中使用天数60天后的实施例2的产氢材及于测试条件三中使用天数30天后的实施例2的产氢材置，各自于真空且于100℃的条件下进行烘干处理，然后，进行碎化处理，获得碎化粉末。利用X-ray衍射仪(厂牌：Bruker；D2 Phaser；Cu Kα为0.15418nm)对所述碎化粉末进行分析，而分析结果参阅图1。
表2
由表2的测试条件一及二的结果可以发现，包含本发明产氢材的氢水产生装置搭配RO逆渗透纯水是能够持续至少60天以上产出包含氢气及硅酸的氢水，此表示本发明产氢材中的所述纳米硅并非同时与水接触，而是逐渐地与水接触，以至于能够稳定地且持续地产生氢气，由此可知，本发明产氢材确实具有使用期限长的优点。再者，由表2也可发现，在相同纯水水源下，相同的产氢材在pH较低的条件下，可以相对比较长时间间歇性产生氢水及硅酸并维持在例如-400mV以下的氧化还原电位及足量的硅酸。
又，由表2的测试条件三的结果可发现，包含本发明产氢材的氢水产生装置搭配含有钙及镁离子的自来水是能够持续至少30天以上产出包含氢气及硅酸的氢水，此表示本发明产氢材中的所述纳米硅并非同时与水接触，而是逐渐地与水接触，以至于能够稳定地且持续地产生氢气，由此可知，本发明产氢材确实具有使用期限长的优点。
此外，参阅图1，于2θ为20°至25°间存在有非晶二氧化硅(amorphous silica)的讯号峰，且伴随于2θ为25°至80°间纳米硅的讯号峰的强度降低，此表示随着使用天数增加，所述产氢材中的纳米硅确实逐渐地转变成非晶二氧化硅。又，即使所述产氢材使用了30天、60天或80天，仍存在纳米硅的讯号峰，此表示本发明产氢材中的所述纳米硅并非同时与水接触，而是逐渐地与水接触，由此可知，本发明产氢材确实具有使用期限长的优点。
实施例3 产氢材
将15000克且纯度为5N的硅粉进行碎化处理，而获得平均粒径(D50)为10μm至20μm的碎化物。将所述碎化物与乙醇(作为溶剂)混合，配制成固含量为25wt％的浆料。利用一台研磨机及尺寸为0.1mm的锆珠，对所述浆料进行研磨处理，形成包含平均粒径(D50)为250nm的纳米硅的硅浆料。将750克的乙基纤维素(相当于所述硅粉的总量的0.05倍)溶于乙醇中，形成纤维素溶液。将所述硅浆料与所述纤维素溶液置于一台快速混合造粒机(厂牌：琦威机械；型号：CH-SM-150)中进行混合处理、碎化处理、过筛处理、造粒处理及烘烤处理，获得粒径为1mm至2mm且包含所述乙基纤维素与分散于所述乙基纤维素中的纳米硅的产氢材，在所述烘烤处理中，温度为100℃。
＜利用实施例3的产氢材产出氢水的氢气含量及硅酸含量分析＞
测试条件一：将pH为6.6的RO逆渗透纯水通过碳酸钙(pH调整剂)调整为pH为8.6的水，再由设置有500克的实施例3的产氢材的氢水产生装置的进水口导入，且每1分钟自所述氢水产生装置的出水口排出4L的氢水，直到累计产出2800L的氢水。于累计产出5L的氢水、累计产出140L的氢水、累计产出605L的氢水、累计产出1010L的氢水、累计产出1350L的氢水、累计产出1840L的氢水、累计产出2155L的氢水及累计产出2800L的氢水时，进行采样，并利用一台氧化还原电位分析仪(产牌：Horiba；采用厂牌为JAQUA且型号为EO221的电极)量测所述氢水的氧化还原电位(单位：mV)，及利用Merck比色法药品量测所述氢水的硅酸浓度(单位：ppm)，而量测结果参阅表3。
表3
由表3的测试条件一的结果可以发现，包含本发明产氢材的氢水产生装置是能够持续地产出累计高达2800L且包含氢气及硅酸的氢水，此表示本发明产氢材中的所述纳米硅并非同时与水接触，而是逐渐地与水接触，以至于能够稳定地且持续地产生氢气，同时，不会瞬间产生大量的氢气，致使大量氢气的气压造成所述纳米硅脱离，而导致所述纳米硅堵塞住所述氢水产生装置的出水口的问题产生。
比较例1 产氢材
将120克且纯度为5N的硅粉进行碎化处理，而获得平均粒径(D50)为3μm至5μm的碎化物。将所述碎化物与乙醇(作为溶剂)混合，配制成固含量为25wt％的浆料。利用一台研磨机及尺寸为0.1mm的锆珠，对所述浆料进行研磨处理，形成包含平均粒径(D50)为250nm的纳米硅的硅浆料。将6克的羟丙基甲基纤维素(相当于所述硅粉的总量的0.05倍，冷水中溶解度约为10mg/mL)溶于约100毫升的乙醇中，形成纤维素溶液。将所述硅浆料与所述纤维素溶液置于烧杯内，并利用一台搅拌机(厂牌：SHIN KWANG；型号：DC-3RT)进行混合处理，然后，置于一台真空烘箱(厂牌：柏沅科技；型号：OVV-125)中且在80℃的条件下进行干燥处理，获得包含所述羟丙基甲基纤维素与分散于所述羟丙基甲基纤维素中的纳米硅的团块。将所述团块进行碎化处理及过筛处理，获得粒径为1mm至5mm的粉碎物。于100℃的条件下对所述粉碎物进行烘烤处理，获得产氢材。
参阅图2，图2为使用乙基纤维素的实施例2的产氢材置于100毫升的水中30分钟的状态，且参阅图3，图3为使用羟丙基甲基纤维素的比较例1的产氢材置于100毫升的水中30分钟的状态，由图2及图3可知，使用所述实施例2的产氢材，在水中不会有物质自所述产氢材中脱离，而使用所述比较例1的产氢材，在水中会有大量的纳米硅自所述产氢材中脱离，此表示水溶性的羟丙基甲基纤维素较难以将所述纳米硅限制在所述产氢材中，因此，当应用于净水系统中，将导致阻塞问题产生，反观本发明采用水难溶性的乙基纤维素，确实有效地将所述纳米硅限制在所述产氢材中，而有助于减少阻塞问题的产生。
应用例1 净水系统
所述净水系统包括一个氢水产生装置及位于所述氢水产生装置下游的中空丝膜滤芯。所述氢水产生装置包含壳单元及100克的实施例2的产氢材。所述壳单元界定出一个容置所述产氢材的容置空间，并包括与所述容置空间相通的一个用来供水进入的进水口，及一个用来供所述氢水流出的出水口。所述中空丝膜滤芯包含一个连接所述氢水产生装置的出水口的入水口，及一个与所述入水口连通的出水口。
将pH为6.6至8.0的RO逆渗透纯水由所述氢水产生装置的进水口导入，且将水压设定在241.3千帕(kpa)，并由所述氢水产生装置的出水口流出，再经由所述中空丝膜滤芯的入水口流入，最后由所述中空丝膜滤芯的出水口流出，直到流出2000L的净化水。在流出2000L的净化水的净化过程中，由所述中空丝膜滤芯所流出的净化水的流量可持续地维持在1.2升/分钟。
应用例2 净水系统
所述应用例2与应用例1主要不同在于：在所述应用例2中，是使用自来水。在流出2000L的净化水的净化过程中，由所述中空丝膜滤芯所流出的净化水的流量可持续地维持在1.2升/分钟。
比较应用例1 净水系统
比较应用例1与所述应用例1类似，不同的地方在于：比较应用例1的产氢材置换成中国台湾专利公告第TW202021652A号中包含第二实施例的滤材、第三实施例的滤材以及第五实施例的滤材的滤材总成。在流出2000L的净化水的净化过程中，由所述中空丝膜滤芯所流出的净化水的流量由1.2升/分钟降低至0.3升/分钟。
比较应用例2 净水系统
比较应用例2与所述应用例1类似，不同的地方在于：比较应用例2的产氢材置换成比较例1的产氢材。在流出5L的净化水的净化过程中，由所述中空丝膜滤芯所流出的净化水的流量由1.2升/分钟降低至0升/分钟。
由所述应用例1至2及比较应用例1至2的实验数据可知，将本发明产氢材应用于净水系统中，不会有因纳米硅脱离而顺着水流流入所述中空丝膜滤芯中，导致所述中空丝膜滤芯产生阻塞现象而使得出水量被降低的问题产生。
综上所述，通过所述纤维素材料组分存在于所述纳米硅间，减少所述纳米硅间的间隙的形成，致使当所述产氢材与水接触时，水分子会先与位于所述产氢材的表面的纳米硅作用，再经由所述纤维素材料组分渗透地进入所述产氢材的内部，而与位于所述产氢材的内部的纳米硅作用，致使大部分的纳米硅不会同时与水分子接触而反应产生氢气，以至于所述产氢材能够长时间持续地产氢，从而具有使用期限长的优点，此外，所述产氢材中的所述纳米硅不易因水压或水流冲刷而瓦解，导致堵塞问题产生，所以确实能达成本发明的目的。
Claims (17)
1.一种产氢材，其特征在于包含：纤维素材料组分，及纳米硅，所述纤维素材料组分包括至少一种水溶解度范围为小于10mg/mL的纤维素材料，所述纳米硅分散于所述纤维素材料组分中且能够与水作用产生氢气。
2.根据权利要求1所述的产氢材，其特征在于：所述纤维素材料选自于乙基纤维素、甲基乙基纤维素、纤维素三醋酸酯、邻苯二甲酸乙酸纤维素或上述任意的组合。
3.根据权利要求1所述的产氢材，其特征在于：所述纤维素材料组分的含量范围为所述纳米硅的总量的0.001至0.15倍。
4.根据权利要求1所述的产氢材，其特征在于：所述纳米硅的粒径范围为50nm至800nm。
5.根据权利要求1所述的产氢材，其特征在于：所述纤维素材料为能够溶解于有机溶剂的纤维素材料。
6.一种产氢块，其特征在于包含：产氢区，及二氧化硅区，所述产氢区包含纤维素材料组分及分散于所述纤维素材料组分中且能够与水作用产生氢气的纳米硅，所述纤维素材料组分包括至少一种水溶解度范围为小于10mg/mL的纤维素材料，所述二氧化硅区连接所述产氢区，且包括纤维素材料组分及分散于所述二氧化硅区的纤维素材料组分中的二氧化硅，所述二氧化硅区的纤维素材料组分包括至少一种水溶解度范围为小于10mg/mL的纤维素材料。
7.一种氢水产生装置，用来将水形成氢水，且包含壳单元，所述壳单元界定出容置空间，并包括与所述容置空间相通的用来供水进入的进水口，及用来供所述氢水流出的出水口；其特征在于所述氢水产生装置还包含：产氢材，所述产氢材容置于所述容置空间内，且包含纤维素材料组分及分散于所述纤维素材料组分中且能够与水作用产生氢气的纳米硅，所述纤维素材料组分包括至少一种水溶解度范围为小于10mg/mL的纤维素材料。
8.根据权利要求7所述的氢水产生装置，其特征在于：所述纤维素材料选自于乙基纤维素、甲基乙基纤维素、纤维素三醋酸酯、邻苯二甲酸乙酸纤维素或上述任意的组合。
9.根据权利要求7所述的氢水产生装置，其特征在于：所述纤维素材料组分的含量范围为所述纳米硅的总量的0.001至0.15倍。
10.根据权利要求7所述的氢水产生装置，其特征在于：所述纳米硅的粒径范围为50nm至800nm。
11.根据权利要求7所述的氢水产生装置，其特征在于：所述氢水产生装置还包含容置于所述容置空间内的pH调整剂，用于将水的pH值调整为6.5至11。
12.一种净水系统，用来净化待净化水并形成包含氢气的净化水，且包含至少一个用来净化所述待净化水的过滤装置；其特征在于所述净水系统还包含：氢水产生装置，所述氢水产生装置位于所述至少一个过滤装置的上游或下游，包括壳单元及产氢材，所述壳单元界定出容置空间，并包括与所述容置空间相通的进水口与出水口，所述产氢材容置于所述容置空间内，且包含纤维素材料组分及分散于所述纤维素材料组分中且能够与水作用产生氢气的纳米硅，所述纤维素材料组分包括至少一种水溶解度范围为小于10mg/mL的纤维素材料。
13.根据权利要求12所述的净水系统，其特征在于：所述纤维素材料选自于乙基纤维素、甲基乙基纤维素、纤维素三醋酸酯、邻苯二甲酸乙酸纤维素或上述任意的组合。
14.根据权利要求12所述的净水系统，其特征在于：所述纤维素材料组分的含量范围为所述纳米硅的总量的0.001至0.15倍。
15.根据权利要求12所述的净水系统，其特征在于：所述纳米硅的粒径范围为50nm至800nm。
16.根据权利要求12所述的净水系统，其特征在于：所述净水系统包含两个过滤装置及pH调整装置，且所述过滤装置分别为聚丙烯纤维滤芯及中空丝膜滤芯，且所述净水系统沿水流方向依序包含所述聚丙烯纤维滤芯、所述pH调整装置、所述氢水产生装置，及所述中空丝膜滤芯。
17.根据权利要求12所述的净水系统，其特征在于：所述净水系统包含两个过滤装置及阳离子交换树脂滤芯，且所述过滤装置分别为聚丙烯纤维滤芯及中空丝膜滤芯，且所述净水系统沿水流方向依序包含所述聚丙烯纤维滤芯、所述氢水产生装置，及所述中空丝膜滤芯，而所述阳离子交换树脂滤芯位于所述氢水产生装置的上游或下游。
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