TW202219144A - 產氫材、產氫塊、氫水產生裝置及淨水系統 - Google Patents

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Abstract

一種產氫材，包含纖維素材料組分及複數分散於該纖維素材料組分中且能夠與水作用產生氫氣的奈米矽，其中，該纖維素材料組分包括至少一種水溶解度範圍為小於10mg/mL的纖維素材料。本發明亦提供一種包含該產氫材的氫水產生裝置，及一種包含該氫水產生裝置的淨水系統。

Description

產氫材、產氫塊、氫水產生裝置及淨水系統
本發明是有關於一種產氫材、氫水產生裝置及淨水系統，特別是指一種用來與水作用以產製包含矽酸(可溶解性矽)與氫氣的氫水的產氫材。
有鑑於氫水於人體飲用後有利於與存在於體內之致病性活性氧或自由基團中和，以減緩器官損害。因此，氫水的相關研究已成為近幾年來的熱門研究主題。坊間常見的氫水多半是將高純度氫氣直接溶於水中，或是以鎂粉或鎂錠來與純水反應生成氫氣，並以此稱為氫水。然而，前者之方法，存在著高純度氫氣取得不易、氫氣溶解困難以及安全性之問題。後者之方法，則因為殘留在純水中的氫氧化鎂是被歸類為藥品，其與部分心血管疾病的藥品會產生衝突，一旦含量過高時，也容易引發急性藥物中毒、急性腎衰竭或高血鎂症等問題。
台灣專利公告第202021652號揭示一種能夠產生氫水的濾材總成，且該濾材總成包含複數濾材與使該等濾材相互黏結的一黏結材。該等濾材是由複數載體與複數奈米矽微粒所形成，且該等奈米矽微粒是鬆散地分布於該等載體的表面，其中，該等濾材的尺寸介於50μm～10 mm。該載體例如活性碳、陶瓷、竹炭、麥飯石、石英砂、矽藻土、礦石、沸石、矽顆粒或高分子纖維。
該濾材總成的工序是將該等奈米矽微粒與該等載體混合後，再與該黏結材混合，然後，於200℃至500℃進行燒結處理，如此的工序存在有製程繁瑣且耗能的問題。再者，由於該等奈米矽微粒是鬆散地並堆疊地分布於該等載體的表面並構成一疊層，且該黏結材在該燒結過程中是呈黏稠狀態，而不易流動致使較不易包覆堆疊在該等載體的表面的該等奈米矽微粒，因此，該等奈米矽微粒間會存有間隙，而在如此情況下，當該濾材總成與水接觸時，水分子易直接由該疊層的表面經由該等間隙滲透進入該疊層的內部，致使大部分的奈米矽微粒會同時與水分子接觸，而開始反應產生氫氣，以至於大部分的奈米矽微粒在幾近同一時間下很快地失去活性，使得該濾材總成無法長時間持續地產氫而存在有使用期限短的問題。此外，由於大部分的奈米矽微粒會同時與水分子接觸，致使氫氣產生量過大，而來不及溶解於水中，造成大部分氫氣容易由一過濾裝置的出水口溢散出來而浪費掉，甚至使得該過濾裝置的管線會有氣體堵塞的現象導致出水不順。且在如此情況下，大量氫氣所產生的氣壓會造成該等奈米矽微粒脫離該載體，而導致該等奈米矽微粒堵塞住該過濾裝置的出水口，從而造成出水效率不佳的問題產生，此外，脫離的該等奈米矽微粒會順著水流而流入位於該過濾裝置下游的除菌過濾裝置中，造成該除菌過濾裝置產生阻塞現象而使得出水量被降低。
因此，本發明的第一目的，即在提供一種可以改善先前技術的至少一個缺點的產氫材。
於是，本發明產氫材，包含：纖維素材料組分及複數分散於該纖維素材料組分中且能夠與水作用產生氫氣的奈米矽。該纖維素材料組分包括至少一種水溶解度範圍為小於10mg/mL的纖維素材料。
本發明的第二目的，即在提供一種產氫塊。
於是，本發明產氫塊，包含：產氫區及連接該產氫區的二氧化矽區。該產氫區包含纖維素材料組分及分散於該纖維素材料組分中且能夠與水作用產生氫的奈米矽，其中，該纖維素材料組分包括至少一種水溶解度範圍為小於10mg/mL的纖維素材料。該二氧化矽區包括纖維素材料組分及分散於該纖維素材料組分中的二氧化矽，其中，該纖維素材料組分包括至少一種水溶解度範圍為小於10mg/mL的纖維素材料。
本發明的第三目的，即在提供一種氫水產生裝置。
於是，本發明氫水產生裝置，用來將水形成氫水，包含：殼單元及上述產氫材。該殼單元界定出一容置該產氫材的容置空間，並包括與該容置空間相通的一用來供該水進入的進水口，及一用來供該氫水流出的出水口。
本發明的第四目的，即在提供一種淨水系統。
於是，本發明淨水系統，用來淨化待淨化水並形成包含氫氣的淨化水，包含：至少一用來淨化該待淨化水的過濾裝置；及一氫水產生裝置，位於該至少一過濾裝置的上游或下游。
本發明的功效在於：透過該纖維素材料組分存在於該等奈米矽間，減少該等奈米矽間的間隙的形成，致使當該產氫材與水接觸時，水分子會先與位於該產氫材的表面的奈米矽作用，再經由該纖維素材料組分滲透地進入該產氫材的內部，而與位於該產氫材的內部的奈米矽作用，致使大部分的奈米矽不會同時與水分子接觸而反應產生氫氣，以至於該產氫材能夠長時間持續地產氫，從而具有使用期限長的優點。
以下將就本發明進行詳細說明。
＜ 產氫材 ＞
本發明產氫材包含纖維素材料組分及複數分散於該纖維素材料組分中且能夠與水作用產生氫氣的奈米矽，其中，該纖維素材料組分包括至少一種水溶解度範圍為小於10mg/mL的纖維素材料。
在本發明的一些實施態樣中，該產氫材的粒徑範圍為0.5mm至5mm。在該產氫材中，是以該纖維素材料組分作為連續相，而該等奈米矽分散於該連續相中，致使該等奈米矽間不易存在有間隙。該產氫材包括一內部區域及一圍繞該內部區域的外部區域，其中，該等奈米矽中部分分散地位於該內部區域，而部分分散地並鑲嵌地位於該外部區域的表面。
[ 纖維素材料組分 ]
該水溶解度範圍為小於10mg/mL的纖維素材料不易被水溶解且能夠允許水滲透而進入該產氫材的內部區域，以至於水能夠與該等奈米矽作用，再者，該水溶解度範圍為小於10mg/mL的纖維素材料能夠作為黏結劑，以將該等奈米矽連接在一起，賦予該產氫材足夠強度，致使該產氫材中的該等奈米矽不易因水壓或水流沖刷而瓦解，導致堵塞問題產生，此外，透過該水溶解度範圍為小於10mg/mL的纖維素材料，該產氫材的該等奈米矽不會同時與水接觸而反應，致使該產氫材能夠長時間持續地產氫，從而具有使用期限長的優點。較佳地，該纖維素材料的水溶解度範圍為小於0.001mg/mL以下。更佳地，該纖維素材料的水溶解度範圍為小於0.0002mg/mL以下。又更佳地，該纖維素材料的水溶解度範圍為小於0.0001mg/mL。
該水溶解度範圍為小於10mg/mL的纖維素材料可單獨一種使用或混合多種使用，且該水溶解度範圍為小於10mg/mL的纖維素材料例如乙基纖維素、甲基乙基纖維素(methyl ethyl cellulose)，或纖維素三醋酸酯(cellulose triacetate)。該水溶解度範圍為小於10mg/mL的纖維素材料選自於乙基纖維素、甲基乙基纖維素、纖維素三醋酸酯，或上述任意的組合。由於乙基纖維素具有羥基，而能夠與該產氫材或該產氫塊中的該等奈米矽的表面或該產氫塊中的二氧化矽形成氫鍵，致使該等奈米矽或該二氧化矽不易自產氫材中脫離，進而當該產氫材應用淨水系統中時或在該淨水系統中的該產氫材轉變成該產氫塊後，能夠使產出的水保持清澈，因此，在本發明的一些實施態樣中，該水溶解度範圍為小於10mg/mL的纖維素材料為乙基纖維素。在本發明的一些實施態樣中，該纖維素材料組分的含量範圍為該等奈米矽的總量的0.001倍至0.15倍。為使在製備該產氫材時容易操作且不需高溫條件，較佳地，該水溶解度範圍為小於10mg/mL的纖維素材料能夠於溫度為50℃以下的條件溶解於有機溶劑中。該有機溶劑例如但不限於乙醇、異丙醇或丙酮等。考量到本發明產氫材應用於淨水系統中，較佳地，該水溶解度範圍為小於10mg/mL的纖維素材料及有機溶劑選用對人體無危害的纖維材料及有機溶劑。
[ 奈米矽 ]
該等奈米矽的粒徑例如50nm至800nm、100nm至400nm、150nm至350nm，或200nm至300nm。
＜ 產氫材的製備方法 ＞
該產氫材的製備方法並無特別的限制，例如方法一、方法二，或方法三。在該方法一中，將該等奈米矽與該纖維素材料組分混合，進一步地，於混合後進行碎化處理，以調整至所需的尺寸。在該方法二中，將該纖維素材料組分分散於有機溶劑中，然後，與該等奈米矽混合，接著，經過乾燥處理及造粒處理。採用該方法二有助於使該纖維素材料組分更能夠較完整地包覆該等奈米矽，從而降低該等奈米矽間存在有間隙的機率。在該方法三中，將該等奈米矽分散於有機溶劑中，形成奈米矽漿料，且將該纖維素材料組分分散於有機溶劑中，形成纖維素溶液，然後，將該奈米矽漿料與該纖維素溶液混合。在本發明的一些實施態樣中，該纖維素材料組分能夠於室溫下分散於有機溶劑中。值得說明的是，相較於台灣專利公告第202021652號的濾材總成的製備需要使用載體，本發明產氫材的製備是不需要載體，致使本發明產氫材的製備方法存在有減少工序及降低成本的優點。
＜ 產氫塊 ＞
該產氫塊包含一產氫區及一連接該產氫區的二氧化矽區，其中，該產氫區是由上述產氫材的內部區域所形成，而該二氧化矽區是由上述產氫材與水接觸後，該產氫材的外部區域中的該等奈米矽與水反應所形成。該產氫區包含纖維素材料組分及分散於該纖維素材料組分中且能夠與水作用產生氫氣的奈米矽，而該纖維素材料組分及該等奈米矽如上所述的纖維素材料組分及該等奈米矽，故不再贅述。該二氧化矽區包括纖維素材料組分及分散於該纖維素材料組分中的二氧化矽，而該纖維素材料組分如上所述的纖維素材料組分，故不再贅述。
＜ 氫水產生裝置 ＞
該氫水產生裝置用來將水形成氫水，且包含殼單元及產氫材。該氫水包含水、氫氣及矽酸。該殼單元界定出一容置該產氫材的容置空間，並包括與該容置空間相通的一用來供該水進入的進水口，及一用來供該氫水流出的出水口。該產氫材如上所述，故不再贅述。在本發明的一些實施態樣中，該氫水產生裝置還包含容置在該容置空間內的pH調整劑。該pH調整劑用來將水的pH值調整到6.5至11。可依照不同pH調整劑材料的特性來使用能夠將水源的pH值調整至6.5至11的pH調整劑。使用pH調整劑的好處是可將氫水產生裝置內的水質調整為穩定可控的狀態(例如維持在所需的pH值)，進而符合不同應用需求，舉例來說，當該水為逆滲透純水，則透過pH調整劑調整到8.5至11，將有助於該產氫材在短時間內能夠連續性大量產生氫水及矽酸，而調整到6.5至8.5，則有助於該產氫材在長時間下能夠間歇性產生氫水及矽酸。該pH調整劑能夠與該產氫材混合使用，或該pH調整劑在該容置空間內堆疊而成pH調整層，而該產氫材堆疊設置在該pH調整層上。在該氫水產生裝置中，該pH調整層設置在該進水口處。該pH調整劑例如但不限於碳酸鈣、氫氧化鈣或活性碳。
＜ 淨水系統 ＞
該淨水系統用來淨化待淨化水並形成包含氫氣的淨化水。該淨水系統包含上述氫水產生裝置，及至少一用來淨化該待淨化水的過濾裝置。該待淨化水例如但不限於自來水、逆滲透水或pH為6至8的水源。該氫水產生裝置如上所述，故不再贅述。該過濾裝置例如除菌過濾裝置、除氯過濾裝置或除泥沙過濾裝置。該除菌過濾裝置例如中空絲膜濾芯。該除氯過濾裝置或該除泥沙過濾裝置例如聚丙烯纖維濾芯。在本發明的一些實施態樣中，該淨水系統沿一水流方向依序包含該聚丙烯纖維濾芯、該氫水產生裝置及該中空絲膜濾芯。
在本發明的一些實施態樣中，本發明淨水系統還包含將pH調整為6.5至11的pH調整裝置。該pH調整裝置例如電解水裝置或包含pH調整劑的pH調整裝置。該pH調整劑例如但不限於碳酸鈣、氫氧化鈣或活性碳。該碳酸鈣例如珍珠鈣。在本發明的一些實施態樣中，本發明淨水系統還包含水質硬度調整裝置。該水質硬度調整裝置有助於改善該淨化水的口感、避免鹽析效應(salting out effect)，且能夠減緩該產氫材生成二氧化矽的速度或提高該產氫塊的二氧化矽區的二氧化矽在水中的溶解度以減薄該二氧化矽區的厚度，進而有助於增加水滲入該產氫材或該產氫塊的產氫區的機率。該水質硬度調整裝置位於該氫水產生裝置的上游或下游。該水質硬度調整裝置例如陽離子交換樹脂濾芯。
在本發明的一具體態樣中，該淨水系統沿一水流方向依序包含該聚丙烯纖維濾芯、該pH調整裝置、該氫水產生裝置、該陽離子交換樹脂濾芯，及該中空絲膜濾芯。在本發明的另一具體態樣中，該淨水系統沿一水流方向依序包含該聚丙烯纖維濾芯、該pH調整裝置、該陽離子交換樹脂濾芯、該氫水產生裝置，及該中空絲膜濾芯。
本發明淨水系統還包含一洩壓閥。該洩壓閥設置在該除菌過濾裝置的下游，或該氫水產生裝置的下游。當該卸壓閥設置在該氫水產生裝置的下游時，能夠有助於適時的排出適量的氫氣，以減少大量氫氣進入位於該氫水產生裝置下游的過濾裝置時，造成氫氣累積在該過濾裝置而產生堵塞現象，致使出水量下降的問題發生。在本發明的一具體態樣中，該淨水系統沿一水流方向依序包含該聚丙烯纖維濾芯、該pH調整裝置、該氫水產生裝置、該洩壓閥、該陽離子交換樹脂濾芯，及該中空絲膜濾芯。
本發明將就以下實施例作進一步說明，但應瞭解的是，該實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。
實施例 1 產氫材
將100克且純度為5N的矽粉(廠牌：達力機械；型號： LTP-200)進行碎化處理，而獲得平均粒徑(D 50)為10μm至20μm的碎化物。將該碎化物與乙醇(作為溶劑)混合，配製成固含量為25wt%的漿料。利用一台研磨機及尺寸為0.1mm的鋯珠，對該漿料進行研磨處理，形成包含平均粒徑(D 50)為200nm的奈米矽的矽漿料。將12克的乙基纖維素溶於約200毫升的乙醇中，形成纖維素溶液。將該矽漿料與該纖維素溶液置於燒杯內並利用一台攪拌機(廠牌：SHIN KWANG；型號：DC-3RT)進行混合處理，並於真空烘箱(廠牌：柏沅科技；型號：OVV-125)及80℃的條件下進行乾燥處理，獲得包含該乙基纖維素與分散於該乙基纖維素中的奈米矽的團塊。將該團塊進行碎化處理及過篩處理，獲得粒徑為1mm至5mm的粉碎物。於100℃的條件下對該粉碎物進行烘烤處理，獲得產氫材。
＜利用實施例 1 的產氫材產出氫水的氫氣含量及矽酸含量分析＞
測試條件一：將pH為6.6的RO逆滲透純水由設置有50克的實施例1的產氫材的氫水產生裝置的進水口導入，且每5分鐘自該氫水產生裝置的出水口排水0.7L的氫水，直到累計產出400L的氫水。於累計產出10L的氫水、累計產出150L的氫水及累計產出400L的氫水時，進行採樣，並利用一台氧化還原電位分析儀(產牌：Horiba；採用廠牌為JAQUA且型號為EO221的電極)量測該等氫水的氧化還原電位(單位：mV)，及利用Merck比色法藥品量測該等氫水的矽酸(溶解性矽)濃度(單位：ppm)，而量測結果參閱表1。特別說明的是，氧化還原電位越低表示氫水中的氫氣含量越高。
測試條件二：將pH為6.6的RO逆滲透純水藉由碳酸鈉(pH調整劑)調整為pH為8.6的水，再由設置有50克的實施例1的產氫材的氫水產生裝置的進水口導入，且每5分鐘自該氫水產生裝置的出水口排水0.7L的氫水，直到累計產出650L的氫水。於累計產出10L的氫水、累計產出150L的氫水、累計產出400L的氫水及累計產出650L的氫水時，進行採樣，並利用一台氧化還原電位分析儀(產牌：Horiba；採用廠牌為JAQUA且型號為EO221的電極)量測該等氫水的氧化還原電位(單位：mV)，及利用Merck比色法藥品量測該等氫水的矽酸濃度(單位：ppm)，而量測結果參閱表1。特別說明的是，氧化還原電位越低表示氫水中的氫氣含量越高。
表1
  pH 氫水累計產出量 (L) 氧化還原電位(mV) 矽酸濃度(ppm)
測試條件一 6.6 10 -715 51
150 -632 25
400 -480 10
測試條件二 8.6 10 -735 64
150 -705 38
400 -596 16
650 -484 16
由表1可以發現，包含本發明產氫材的氫水產生裝置是能夠持續地產出累計高達400L以上且包含氫氣及矽酸的氫水，此表示本發明產氫材中的該等奈米矽並非同時與水接觸，而是逐漸地與水接觸，以至於能夠穩定地且持續地產生氫氣，同時，不會瞬間產生大量的氫氣，致使大量氫氣的氣壓造成該等奈米矽脫離，而導致該等奈米矽堵塞住該氫水產生裝置的出水口的問題產生。再者，由表1亦可發現，在相同純水水源下，相同的產氫材在pH較高的條件下，可以在相對短時間內連續出水比較多的氫氣以及矽酸。
實施例 2 產氫材
將120克且純度為5N的矽粉進行碎化處理，而獲得平均粒徑(D 50)為10μm至20μm的碎化物。將該碎化物與乙醇(作為溶劑)混合，配製成固含量為25wt%的漿料。利用一台研磨機及尺寸為0.1mm的鋯珠，對該漿料進行研磨處理，形成包含平均粒徑(D 50)為250nm的奈米矽的矽漿料。將6克的乙基纖維素(相當於該矽粉的總量的0.05倍)溶於約100毫升的乙醇中，形成纖維素溶液。將該矽漿料與該纖維素溶液置於燒杯內，並利用一台攪拌機(廠牌：SHIN KWANG；型號：DC-3RT)進行混合處理，並於真空烘箱(廠牌：柏沅科技；型號：OVV-125)及80℃的條件下進行乾燥處理，獲得包含該乙基纖維素與分散於該乙基纖維素中的奈米矽的團塊。將該團塊進行碎化處理及過篩處理，獲得粒徑為1mm至5mm的粉碎物。於100℃的條件下對該粉碎物進行烘烤處理，獲得產氫材。
＜利用實施例 2 的產氫材產出氫水的氫氣含量及矽酸含量分析＞
測試條件一：將pH為6.6的RO逆滲透純水藉由碳酸鈉(pH調整劑)調整為pH為8.6的水，再由設置有100克的實施例2的產氫材的氫水產生裝置的進水口導入，且每天自該氫水產生裝置的出水口排水出9升的氫水，直到60天。於3天、30天、50天及60天對該等氫水進行採樣，並利用一台氧化還原電位分析儀(產牌：Horiba；採用廠牌為JAQUA且型號為EO221的電極)量測該等氫水的氧化還原電位(單位：mV)，及利用Merck比色法藥品量測該等氫水的矽酸濃度(單位：ppm)，而量測結果參閱表2。特別說明的是，氧化還原電位越低表示氫水中的氫氣含量越高。
測試條件二：將pH為6.6的RO逆滲透純水藉由碳酸鈉(pH調整劑)調整為pH為7.6的水由設置有100克的實施例2的產氫材的氫水產生裝置的進水口導入，且每天自該氫水產生裝置的出水口排水出9升的氫水，直到80天。於3天、10天、20天、30天、50天、60天、70天及80天對該等氫水進行採樣，並利用一台氧化還原電位分析儀(產牌：Horiba；採用廠牌為JAQUA且型號為EO221的電極)量測該等氫水的氧化還原電位(單位：mV)，及利用Merck比色法藥品量測該等氫水的矽酸濃度(單位：ppm)，而量測結果參閱表2。特別說明的是，氧化還原電位越低表示氫水中的氫氣含量越高。
測試條件三：將pH為7.6的自來水由設置有100克的實施例2的產氫材的氫水產生裝置的進水口導入，且每天自該氫水產生裝置的出水口排水出9升的氫水，直到30天。於3天、10天、20天及30天對該等氫水進行採樣，並利用一台氧化還原電位分析儀(產牌：Horiba；採用廠牌為JAQUA且型號為EO221的電極)量測該等氫水的氧化還原電位(單位：mV)，及利用Merck比色法藥品量測該等氫水的矽酸濃度(單位：ppm)，而量測結果參閱表2。特別說明的是，氧化還原電位越低表示氫水中的氫氣含量越高。
＜利用實施例 2 的產氫材與水作用後的材質分析＞
將該測試條件一中於使用天數60天的產氫材及測試條件三中於使用天數30天的產氫材置於真空且100℃的條件下進行烘乾處理，然後，進行碎化處理，獲得碎化粉末。利用X-ray繞射儀(廠牌：Bruker；D2 Phaser；Cu Kα為 0.15418 nm)對該碎化粉末進行分析，而分析結果參閱圖1。
表2
  pH 使用天數(天) 氫水累計產出量 (L) 氧化還原電位 (mV) 矽酸濃度(ppm)
測試條件一 8.6 3 27 -494 64
30 270 -645 45
50 450 -530 32
60 540 -371 19
測試條件二 7.6 3 27 -424 51
10 90 -453 51
20 180 -469 35
30 270 -443 22
50 450 -447 22
60 540 -461 16
70 630 -450 16
80 720 -390 16
測試條件三 7.6 3 27 -405 51
10 90 -498 51
20 180 -517 38
30 270 -456 22
由表2的測試條件一及二的結果可以發現，包含本發明產氫材的氫水產生裝置搭配RO逆滲透純水是能夠持續地，至少60天以上，產出包含氫氣及矽酸的氫水，此表示本發明產氫材中的該等奈米矽並非同時與水接觸，而是逐漸地與水接觸，以至於能夠穩定地且持續地產生氫氣，由此可知，本發明產氫材確實具有使用期限長的優點。再者，由表2亦可發現，在相同純水水源下，相同的產氫材在pH較低的條件下，可以相對比較長時間間歇性產生氫水及矽酸並維持在例如-400mV以下的氧化還原電位及足量的矽酸。
又，由表2的測試條件三的結果可發現，包含本發明產氫材的氫水產生裝置搭配含有鈣及鎂離子的自來水是能夠持續地，至少30天以上，此表示本發明產氫材中的該等奈米矽並非同時與水接觸，而是逐漸地與水接觸，以至於能夠穩定地且持續地產生氫氣，由此可知，本發明產氫材確實具有使用期限長的優點。
此外，參閱圖1，於2θ為20°至25°間存在有非晶二氧化矽(amorphous silica)的訊號峰，且伴隨於2θ為25°至80°間奈米矽的訊號峰的強度降低，此表示隨著使用天數增加，該產氫材中的奈米矽確實逐漸地轉變成非晶二氧化矽。又，即使該產氫材使用了30天、60天或80天，仍存在奈米矽的訊號峰，此表示本發明產氫材中的該等奈米矽並非同時與水接觸，而是逐漸地與水接觸，由此可知，本發明產氫材確實具有使用期限長的優點。
實施例 3 產氫材
將15000克且純度為5N的矽粉進行碎化處理，而獲得平均粒徑(D 50)為10μm至20μm的碎化物。將該碎化物與乙醇(作為溶劑)混合，配製成固含量為25wt%的漿料。利用一台研磨機及尺寸為0.1mm的鋯珠，對該漿料進行研磨處理，形成包含平均粒徑(D 50)為250nm的奈米矽的矽漿料。將750克的乙基纖維素(相當於該矽粉的總量的0.05倍)溶於100毫升的乙醇中，形成纖維素溶液。將該矽漿料與該纖維素溶液置於一台快速混合造粒機(廠牌：琦威機械；型號：CH-SM-150)中進行混合處理、碎化處理、過篩處理、造粒處理及烘烤處理，獲得粒徑為1mm至2mm且包含該乙基纖維素與分散於該乙基纖維素中的奈米矽的產氫材，其中，在該烘烤處理中，溫度為100℃。
＜利用實施例 3 的產氫材產出氫水的氫氣含量及矽酸含量分析＞
測試條件一：將pH為6.6的RO逆滲透純水藉由碳酸鈉(pH調整劑)調整為pH為8.6的水，再由設置有500克的實施例32的產氫材的氫水產生裝置的進水口導入，且每1分鐘自該氫水產生裝置的出水口排水4L的氫水，直到累計產出2800L的氫水。於累計產出5L的氫水、累計產出140L的氫水、累計產出605L的氫水、累計產出1010L的氫水、累計產出1350L的氫水、累計產出1840L的氫水、累計產出2155L的氫水及累計產出2800L的氫水時，進行採樣，並利用一台氧化還原電位分析儀(產牌：Horiba；採用廠牌為JAQUA且型號為EO221的電極)量測該等氫水的氧化還原電位(單位：mV)，及利用Merck比色法藥品量測該等氫水的矽酸濃度(單位：ppm)，而量測結果參閱表3。特別說明的是，氧化還原電位越低表示氫水中的氫氣含量越高。
表3
  pH 氫水累計產出量 (L) 氧化還原電位(mV) 矽酸濃度(ppm)
測試條件一 8.6 5 -290 13
140 -416 19
605 -480 19
1010 -500 8
1350 -520 8
1840 -559 8
2155 -548 8
2800 -450 8
由表3的測試條件一的結果可以發現，包含本發明產氫材的氫水產生裝置是能夠持續地產出累計高達2800L且包含氫氣及矽酸的氫水，此表示本發明產氫材中的該等奈米矽並非同時與水接觸，而是逐漸地與水接觸，以至於能夠穩定地且持續地產生氫氣，同時，不會瞬間產生大量的氫氣，致使大量氫氣的氣壓造成該等奈米矽脫離，而導致該等奈米矽堵塞住該氫水產生裝置的出水口的問題產生。
比較例 1 產氫材
將120克且純度為5N的矽粉進行碎化處理，而獲得平均粒徑(D50)為3μm至5μm的碎化物。將該碎化物與乙醇(作為溶劑)混合，配製成固含量為25wt%的漿料。利用一台研磨機及尺寸為0.1mm的鋯珠，對該漿料進行研磨處理，形成包含平均粒徑(D50)為250nm的奈米矽的矽漿料。將6克的羥丙基甲基纖維素(相當於該矽粉的總量的0.05倍，冷水中溶解度約為10mg/mL)溶於約100毫升的乙醇中，形成纖維素溶液。將該矽漿料與該纖維素溶液置於燒杯內，並利用一台攪拌機(廠牌：SHIN KWANG；型號：DC-3RT)進行混合處理，然後，置於一台真空烘箱(廠牌：柏沅科技；型號：OVV-125)中且在80℃的條件下進行乾燥處理，獲得包含該乙基纖維素與分散於該乙基纖維素中的奈米矽的團塊。將該團塊進行碎化處理及過篩處理，獲得粒徑為1mm至5mm的粉碎物。於100℃的條件下對該粉碎物進行烘烤處理，獲得產氫材。
參閱圖2，圖2為使用乙基纖維素的實施例2的產氫材置於100毫升的水中30分鐘的狀態，且參閱圖3，圖3為使用羥丙基甲基纖維素的比較例1的產氫材置於100毫升的水中30分鐘的狀態，由圖2及圖3可知，使用該實施例2的產氫材，在水中不會有任何物質自該產氫材中脫離，而使用該比較例1的產氫材，在水中會有大量的奈米矽自該產氫材中脫離，此表示水可溶性的羥丙基甲基纖維素較難以將該等奈米矽限制住在該產氫材中，因此，當應用於淨水系統中，將導致阻塞問題產生，反觀本發明採用水難溶性的乙基纖維素，確實有效地將該等奈米矽限制住在該產氫材中，而有助於減少阻塞問題的產生。
應用例 1 淨水系統
該淨水系統包括一氫水產生裝置及位於該氫水產生裝置下游的中空絲膜濾芯。該氫水產生裝置包含殼單元及100克的實施例2的產氫材。該殼單元界定出一容置該產氫材的容置空間，並包括與該容置空間相通的一用來供該水進入的進水口，及一用來供該氫水流出的出水口。該中空絲膜濾芯包含一連接該氫水產生裝置的出水口的入水口，及一與該入水口連通的出水口。
將pH為6.6~8.0的RO逆滲透純水由該氫水產生裝置的進水口導入，且將水壓設定在35psi，並由該氫水產生裝置的出水口流出，再經由該中空絲膜濾芯的入水口流入，最後由該中空絲膜濾芯的出水口流出，直到流出2000L的淨化水。在流出2000L的淨化水的淨化過程中，由該中空絲膜濾芯所流出的淨化水的流量可持續地維持在1.2升/分鐘。
應用例 2 淨水系統
該應用例2與應用例1主要不同在於：在該應用例2中，是使用自來水。在流出2000L的淨化水的淨化過程中，由該中空絲膜濾芯所流出的淨化水的流量可持續地維持在1.2升/分鐘。
比較應用例 1 淨水系統
比較應用例1與該應用例1類似，不同的地方在於：應用例1的產氫材置換成台灣專利公告第202021652號中包含第二實施例(圖1B)的濾材、第三實施例(圖1C)的濾材以及第五實施例(圖1E)的濾材的濾材總成。在流出2000L的淨化水的淨化過程中，由該中空絲膜濾芯所流出的淨化水的流量由1.2升/分鐘降低至0.3升/分鐘。
比較應用例 2 淨水系統
比較應用例2與該應用例1類似，不同的地方在於：應用例1的產氫材置換成比較例1的產氫材。在流出5L的淨化水的淨化過程中，由該中空絲膜濾芯所流出的淨化水的流量由1.2升/分鐘降低至0升/分鐘。
由該應用例1至2及比較應用例1至2的實驗數據可知，將本發明產氫材應用於淨水系統中，不會有因奈米矽脫離而順著水流流入該中空絲膜濾芯中，導致該中空絲膜濾芯產生阻塞現象而使得出水量被降低的問題產生。
綜上所述，透過該纖維素材料組分存在於該等奈米矽間，減少該等奈米矽間的間隙的形成，致使當該產氫材與水接觸時，水分子會先與位於該產氫材的表面的奈米矽作用，再經由該纖維素材料組分滲透地進入該產氫材的內部，而與位於該產氫材的內部的奈米矽作用，致使大部分的奈米矽不會同時與水分子接觸而反應產生氫氣，以至於該產氫材能夠長時間持續地產氫，從而具有使用期限長的優點，此外，該產氫材中的該等奈米矽不易因水壓或水流沖刷而瓦解，導致堵塞問題產生，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一X-ray繞射光譜圖，說明實施例2的產氫材未與水作用時的材質，及與水作用30天及60天後的材質；及 圖2是一照片，說明實施例2的產氫材置於水中的狀態； 圖3是一照片，說明比較例1的產氫材置於水中的狀態。
無。

Claims (17)

  1. 一種產氫材，包含： 纖維素材料組分，包括至少一種水溶解度範圍為小於10mg/mL的纖維素材料；及 複數奈米矽，分散於該纖維素材料組分中且能夠與水作用產生氫氣。
  2. 如請求項1所述的產氫材，其中，該水溶解度範圍為小於10mg/mL的纖維素材料選自於乙基纖維素、甲基乙基纖維素、纖維素三醋酸酯，或上述任意的組合。
  3. 如請求項1所述的產氫材，其中，該纖維素材料組分的含量範圍為該奈米矽的總量的0.001至0.15倍。
  4. 如請求項1所述的產氫材，其中，該等奈米矽的粒徑範圍為50nm至800nm。
  5. 如請求項1所述的產氫材，其中，該水溶解度範圍為小於10mg/mL的纖維素材料為能夠溶解於有機溶劑的纖維素材料。
  6. 一種產氫塊，包含： 產氫區，包含纖維素材料組分及分散於該纖維素材料組分中且能夠與水作用產生氫氣的奈米矽，其中，該纖維素材料組分包括至少一種水溶解度範圍為小於10mg/mL的纖維素材料；及 二氧化矽區，連接該產氫區，且包括纖維素材料組分及分散於該纖維素材料組分中的二氧化矽，其中，該纖維素材料組分包括至少一種水溶解度範圍為小於10mg/mL的纖維素材料。
  7. 一種氫水產生裝置，用來將水形成氫水，包含： 殼單元，界定出一容置空間，並包括與該容置空間相通的一用來供該水進入的進水口，及一用來供該氫水流出的出水口；及 產氫材，容置於該容置空間內，且包含纖維素材料組分及複數分散於該纖維素材料組分中且能夠與水作用產生氫氣的奈米矽，其中，該纖維素材料組分包括至少一種水溶解度範圍為小於10mg/mL的纖維素材料。
  8. 如請求項7所述的氫水產生裝置，其中，該水溶解度範圍為小於10mg/mL的纖維素材料選自於乙基纖維素、甲基乙基纖維素、纖維素三醋酸酯、鄰苯二甲酸乙酸纖維素、羥丙基甲基纖維素，或上述任意的組合。
  9. 如請求項7所述的氫水產生裝置，其中，該纖維素材料組分的含量範圍為該奈米矽的總量的0.001至0.15倍。
  10. 如請求項7所述的氫水產生裝置，其中，該等奈米矽的粒徑範圍為50nm至800nm。
  11. 如請求項7所述的氫水產生裝置，包含容置於該容置空間內的pH調整劑，用以將該水的pH值調整為6.5至11。
  12. 一種淨水系統，用來淨化待淨化水並形成包含氫氣的淨化水，包含： 至少一用來淨化該待淨化水的過濾裝置；及 一氫水產生裝置，位於該至少一過濾裝置的上游或下游，包括 殼單元，界定出一容置空間，並包括與該容置空間相通的一進水口與一出水口，及 產氫材，容置於該容置空間內，且包含纖維素材料組分及複數分散於該纖維素材料組分中且能夠與水作用產生氫氣的奈米矽，其中，該纖維素材料組分包括至少一種水溶解度範圍為小於10mg/mL的纖維素材料 。
  13. 如請求項12所述的淨水系統，其中，該水溶解度範圍為小於10mg/mL的纖維素材料選自於乙基纖維素、甲基乙基纖維素、纖維素三醋酸酯，或上述任意的組合。
  14. 如請求項12所述的淨水系統，其中，該纖維素材料組分的含量範圍為該奈米矽的總量的0.001至0.15倍。
  15. 如請求項12所述的淨水系統，其中，該等奈米矽的粒徑範圍為50nm至800nm。
  16. 如請求項12所述的淨水系統，包含兩個過濾裝置，且該等過濾裝置分別為聚丙烯纖維濾芯及中空絲膜濾芯，該淨化系統還包含pH調整裝置，且該淨水系統沿一水流方向依序包含該聚丙烯纖維濾芯、該pH調整裝置、該氫水產生裝置，及該中空絲膜濾芯。
  17. 如請求項12所述的淨水系統，包含兩個過濾裝置，且該等過濾裝置分別為聚丙烯纖維濾芯及中空絲膜濾芯，該淨化系統還包含陽離子交換樹脂濾芯，且該淨水系統沿一水流方向依序包含該聚丙烯纖維濾芯、該氫水產生裝置，及該中空絲膜濾芯，而該陽離子交換樹脂濾芯位於該氫水產生裝置的上游或下游。
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