一种两倍以上超饱和含氢溶液的制备装置及其制备方法

摘要

本发明公开了一种两倍以上超饱和含氢溶液的制备装置及其制备方法，包括机体、设在机体上的水罐、开口端设在水罐上的产氢部件，水罐内设有搅拌部件，产氢部件用于产生氢气，产氢部件内容置有可发生化学反应产生氢气的水、氢化钙及硫酸铝混合粉末，水与氢化钙及硫酸铝混合粉末接触发生化学反应产生氢气，氢气从产氢部件开口端通入水罐内与水混合，经搅拌部件搅拌气水混合液形成两倍以上超饱和含氢溶液。本发明采用化学反应的方法快速安全地产生氢气，利用物理方法快速高效地将氢气溶解于水中，在短时间内获得两倍以上饱和溶解度的超饱和含氢溶液，整个制备过程安全高效，无有毒有害物质残留，并且该装置结构较简单，有利于推广应用。

说明书

技术领域

本发明涉及超饱和氢气水溶液的技术和装置，尤其涉及一种两倍以上超饱 和含氢溶液的制备装置及其制备方法，具体的说是一种用化学方法产生氢气， 并用物理方法制备超饱和氢气水溶液的方法和装置。

背景技术

对于富氢水的研究热始于2007在《自然医学》第一篇氢气生物学论文开始， 常识告诉我们氢气是不溶于水的。在中学关于制备氢气的化学实验中，我们就 采用排水发收集氢气，其主要原因是考虑到氢气是不溶于水。实际上，氢气并 不是不能溶解与水，只是溶解度确实比较低。如果按照摩尔浓度计算，标准大 气压下，20℃时水溶解纯氢气的浓度为0.91mmol/L。如何提升并保持饱和氢气 水的浓度及稳定性，是氢气医学应用上的科研难题。

目前可以使用一种叫“氢棒”的产品来通过化学反应产生氢气，从而制备 氢气水溶液，氢棒的英文名为hydrogenrich stick，意思为富含氢气的棒。它的原 理是通过金属镁和水反应而产生氢气，化学方程式是Mg+H₂O＝＝Mg(OH)₂+H₂， 通过某些矿物质的参与，镁会在冷水中缓慢均衡的反应，并生成丰富的氢气。

氢棒虽体积小巧、便于携带，能很方便的制作出含氢的水溶液，但缺点是 制备含氢溶液时间长、含氢量低，并且无法获得两倍以上超饱和含氢水溶液。

发明内容

本发明针对现有技术中通过“氢棒”产品制备氢气水溶液主要存在制备时 间长、含氢量低、并且无法获得两倍以上超饱和含氢水溶液的缺点，提供了一 种通过化学反应产生氢气、制备含氢溶液时间短的制备两倍以上超饱和含氢溶 液的装置及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种两倍以上超饱和含氢溶液的制备装置，包括机体、设在机体上的水罐、 开口端设在水罐上的产氢部件，水罐内设有搅拌部件，产氢部件用于产生氢气。

产生氢气的物品为水、氢化钙及硫酸铝混合粉末。可发生化学反应产生氢 气的水、氢化钙及硫酸铝混合粉末容置于产氢部件内，将机体与水罐整体翻转， 水与氢化钙及硫酸铝混合粉末接触发生化学反应产生氢气，氢气从产氢部件开 口端通入水罐内与水混合，经搅拌部件搅拌气水混合液形成两倍以上超饱和含 氢溶液。搅拌部件高速旋转搅拌，使得密闭水罐中的氢气迅速溶解于水中，从 而在短时间内制得两倍以上超饱和含氢溶液。

化学反应产生氢气所需要的化学原料如下：

氢化钙CaH₂粉末：外观与性状为灰白色结晶或块状或者粉末，极易潮解， 分子量42.10；氢化钙常用于粉末冶金，当加热至600～1000℃时，可与锆、铌、 铪等金属氧化物还原，而得到相应的金属粉末。可作为轻便的氢气发生剂，也 可用作还原剂、干燥剂、分析试剂。

硫酸铝Al₂(SO₄)粉末：外观与性状为白色斜方晶系结晶粉末，易溶于水， 分子量342.15；硫酸铝第一大用途是用于造纸，第二大用途是在饮用水、工业 用水和工业废水处理中做絮凝剂。

作为优选，产氢部件为产氢试管，产氢试管的中部设有试管隔层，产氢隔 层与产氢试管之间形成用于容置产生氢气的物品的空间。试管隔层为两厘米厚 的海绵。试管隔层的作用是让水延时且缓慢进入产氢试管底部的化学反应区参 与化学反应。

作为优选，产氢试管开口端设有试管盖，试管盖上设有气体单向阀。由于 带气体单向阀的试管盖的存在，使得只允许气体单向从产氢试管内逸出，阻止 了产氢试管外部的气体或液体进入产氢试管，从而制备出两倍以上超饱和含氢 溶液。

作为优选，试管盖上设有卡槽，卡槽上固定设有橡胶垫固定拉条，橡胶垫 固定拉条上设有橡胶垫，试管盖与产氢试管之间通过密封圈密封。卡槽用于固 定单向开启的橡胶垫。橡胶垫的作用在于：当遇到产氢试管内气体产生向上的 压力时橡胶垫开启，允许气体通过，当产氢试管内的压力小于产氢试管外的压 力时，橡胶垫向下盖住卡槽，外部的液体不能进入产氢试管内，从而阻止了产 氢试管外部的气体或液体进入产氢试管，避免了不必要的麻烦甚至安全事故的 发生。

作为优选，机体与水罐之间设有密封环，密封环将水罐密封以防止气体泄 漏。

作为优选，搅拌部件为搅拌叶轮，机体内设有电机，电机驱动搅拌叶轮。

作为优选，水罐罐体上设有标示水位的刻度线，刻度线包括第一刻度线、 第二刻度线。

一种两倍以上超饱和含氢溶液的制备方法，制备步骤包括：

步骤一：产氢试管内发生化学反应产生高纯氢气：

A、分别取氢化钙粉末与硫酸铝粉末，再将氢化钙粉末与硫酸铝粉末充分混 合制成氢化钙及硫酸铝混合粉末，然后将氢化钙及硫酸铝混合粉末置于产氢试 管底部；

B、产氢试管内塞入两厘米厚的海绵作为试管隔层，将海绵压到产氢试管底 部至海绵紧贴在氢化钙及硫酸铝混合粉末上；

C、将水注入产氢试管；

D、盖上带气体单向阀的试管盖；

E、产氢试管内的水渗透通过海绵，经过海绵的延时，水缓慢流入产氢试管 底部与氢化钙及硫酸铝混合粉末接触，氢化钙遇水产生化学反应，产生氢氧化 钙和氢气，化学反应过程持续4分钟；

步骤二：通过搅拌叶轮搅拌水罐内的气水混合液，加快水溶解氢气形成氢 水混合液体：

F、将水注入水罐至水位达到第二刻度线；

G、将产氢试管固定在机体上，旋紧后将机体与水罐整体翻转；

H、利用产氢试管中水通过海绵的间隔时间，将机体倒置与水罐连接，通过 密封环将水罐密封；

I、连接水罐与机体后，产氢试管内产生的氢气通过带有单向阀的试管盖通 入水罐内形成5～6个标准大气压压力的混合液，水罐内以第一刻度线为界，第 一刻度线上方是带压气体，第一刻度线下方是水；

J、化学反应完成后，对电机通电，电机带动搅拌叶轮对带压水罐内的溶液 进行搅拌，搅拌2分钟，静置2分钟后再次搅拌2分钟，水罐内氢气与水充分 混合；

K、将机体与水罐整体再次翻转使机体与水罐恢复正立，打开水罐，水罐内 液体恢复到常压状态，带压状态下溶解在水中的氢气在高压转至常压时，以大 量微小气泡的形式从水中逃逸出而形成两倍以上超饱和含氢溶液。

作为优选，步骤A中的氢化钙粉末为0.5g、纯度为95％的氢化钙粉末，硫 酸铝粉末为1.5g、纯度为99％的硫酸铝粉末；步骤C中的注入产氢试管的水为 10ml；步骤F中注入水罐的水为400ml；步骤E中产生的氢气量为约500ml；步 骤K中水罐内形成两倍以上超饱和含氢溶液的氢的溶解度为4mmol/L。

作为优选，步骤E中产生的氢氧化钙及硫酸铝水溶液残留在产氢试管内， 碱性的氢氧化钙水溶液、酸性的硫酸铝水溶液按1：3的配比溶解于水后形成PH 值在6～8之间的中和溶液。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：采用化学反应的 方法快速安全地产生氢气，利用物理方法快速高效地将氢气溶解于水中，在短 时间内获得两倍以上超饱和的含氢溶液，整个制备过程安全高效，无有毒有害 物质残留，并且该装置结构较简单，有利于推广应用。

附图说明

图1为本发明制备两倍以上超饱和含氢溶液的装置实施例的结构示意图。

图2为本发明试管盖实施例的结构示意图。

附图中各数字标号所指代的部位名称如下：1—水罐、2—机体、3—产氢试 管、4—搅拌叶轮、5—电机、6—第一刻度线、7—试管盖、8—试管隔层、9— 第二刻度线、10—密封环、71—卡槽、72—橡胶垫、73—橡胶垫固定拉条、74 —密封圈。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

一种两倍以上超饱和含氢溶液的制备装置，如图1-2所示，包括机体2、设 在机体2上的水罐1、开口端设在水罐1上的产氢部件，水罐1内设有搅拌部件， 产氢部件用于产生氢气。

产生氢气的物品为水、氢化钙及硫酸铝混合粉末。产氢部件内容置有可发 生化学反应产生氢气的水、氢化钙及硫酸铝混合粉末，将机体2与水罐1整体 翻转，水与氢化钙及硫酸铝混合粉末接触发生化学反应产生氢气，氢气从产氢 部件开口端通入水罐1内与水混合，经搅拌部件搅拌气水混合液形成两倍以上 超饱和含氢溶液。

化学反应产生氢气所需要的化学原料如下：

氢化钙CaH₂粉末：外观与性状为灰白色结晶或块状或者粉末，极易潮解， 分子量42.10；氢化钙常用于粉末冶金，当加热至600～1000℃时，可与锆、铌、 铪等金属氧化物还原，而得到相应的金属粉末。可作为轻便的氢气发生剂，也 可用作还原剂、干燥剂、分析试剂。

硫酸铝Al₂(SO₄)粉末：外观与性状为白色斜方晶系结晶粉末，易溶于水， 分子量342.15；硫酸铝第一大用途是用于造纸，第二大用途是在饮用水、工业 用水和工业废水处理中做絮凝剂。

产氢部件为产氢试管3，产氢试管的中部设有试管隔层8，产氢隔层与产氢 试管之间形成用于容置产生氢气的物品的空间。

产氢试管3开口端设有试管盖7，试管盖7上设有气体单向阀。

试管盖7上设有卡槽71，卡槽71上固定设有橡胶垫固定拉条73，橡胶垫 固定拉条73上设有橡胶垫72，试管盖7与产氢试管3之间通过密封圈74密封。

机体2与水罐1之间设有密封环10，密封环10将水罐1密封以防止气体泄 漏。

搅拌部件为搅拌叶轮4，机体2内设有电机5，电机5驱动搅拌叶轮4。

水罐1罐体上设有标示水位的刻度线，刻度线包括第一刻度线6、第二刻度 线9。

一种两倍以上超饱和含氢溶液的制备方法，制备步骤包括：

步骤一：产氢试管3内发生化学反应产生高纯氢气：

A、分别取氢化钙粉末与硫酸铝粉末，再将氢化钙粉末与硫酸铝粉末充分混 合制成氢化钙及硫酸铝混合粉末，然后将氢化钙及硫酸铝混合粉末置于产氢试 管3底部；

B、产氢试管3内塞入两厘米厚的海绵作为试管隔层8，将海绵压到产氢试 管3底部至海绵紧贴在氢化钙及硫酸铝混合粉末上；

C、将水注入产氢试管3；

D、盖上带气体单向阀的试管盖7；

E、产氢试管3内的水渗透通过海绵，经过海绵的延时，水缓慢流入产氢试 管3底部与氢化钙及硫酸铝混合粉末接触，氢化钙遇水产生化学反应，产生氢 氧化钙和氢气，化学反应过程持续4分钟；

步骤二：通过搅拌叶轮4搅拌水罐1内的气水混合液，加快水溶解氢气形 成氢水混合液体：

F、将水注入水罐1至水位达到第二刻度线9；

G、将产氢试管3固定在机体2上，旋紧后将机体2与水罐1整体翻转；

H、利用产氢试管3中水通过海绵的间隔时间，将机体2倒置与水罐1连接， 通过密封环10将水罐1密封；

I、连接水罐1与机体2后，产氢试管3内产生的氢气通过带有单向阀的试 管盖通入水罐1内形成5～6个标准大气压压力的混合液，水罐1内以第一刻度 线6为界，第一刻度线6上方是带压气体，第一刻度线6下方是水；

J、化学反应完成后，对电机5通电，电机5带动搅拌叶轮4对带压水罐1 内的溶液进行搅拌，搅拌2分钟，静置2分钟后再次搅拌2分钟，水罐1内氢 气与水充分混合；

K、将机体2与水罐1整体再次翻转使机体2与水罐1恢复正立，打开水罐， 水罐1内液体恢复到常压状态，带压状态下溶解在水中的氢气在高压转至常压 时，以大量微小气泡的形式从水中逃逸出而形成两倍以上超饱和含氢溶液。

步骤A中的氢化钙粉末为0.5g、纯度为95％的氢化钙粉末，硫酸铝粉末为 1.5g、纯度为99％的硫酸铝粉末；步骤C中的注入产氢试管3的水为10ml；步 骤F中注入水罐1的水为400ml；步骤E中产生的氢气量为约500ml；步骤K 中水罐1内形成两倍以上超饱和含氢溶液的氢的溶解度为4mmol/L。

步骤E中产生的氢氧化钙及硫酸铝水溶液残留在产氢试管3内，碱性的氢 氧化钙水溶液、酸性的硫酸铝水溶液按1：3的配比溶解于水后形成PH值在6～ 8之间的中和溶液。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作 的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。