富氫水生成器、富氫水生成方法以及相應鈣鎂合金與流程
2024-02-20 16:48:15
本申請屬於富氫水健康產品領域，具體地涉及富氫水生成器、富氫水生成方法以及其使用的新型鈣鎂合金。
背景技術：
2007年，日本科學家在《自然·醫學》上發表論文，證實氫分子具有選擇性抗氧化作用，可以有效地中和體內有害的羥自由基和亞硝酸陰離子，從此，氫分子醫學研究出現了快速的發展，而且，其功效也得到越來越多的臨床驗證。如何發揮氫分子對人體的功效，引起了科學研究和企業開發的興趣。其中，通過飲用富氫水的方式攝入氫分子，成為一種安全可靠、方便有效的方式。富氫水作為一種安全、有效的保健產品，得到越來越廣泛的認可。目前已經有多種方法和設備來生成富氫水。例如，有利用電解的富氫水生成器，通過水的電解產生氫氣，而使得水中氫氣含量增加，生成富氫水。但是，該裝置和方法必須使用電源而且結構複雜，成本高，不能簡單且便宜地向消費者提供富氫水。有人提出利用鎂與水反應生成氫氧化鎂和氫氣的原理來製備富氫水。例如，JP特開-2004-41949公開了使飲料水和鎂顆粒在常溫下反應生成氫氣，將飲料水變成含氫豐富的富氫水生成方法以及富氫水生成器。CN100579919C公開了採用經過燒結處理的鎂顆粒來生成富氫水的方法以及富氫水生成器。但是這些方法存在鎂與水反應緩慢，水的含氫量不足的問題。CN102557227B公開了鈣鎂富氫水添加劑及其製備方法，其中該鈣鎂富氫水添加劑包含制氫劑和pH調節劑，賦形劑，鈣鎂比例調節劑，補益中草藥以及殺菌劑等，其中制氫劑為鈣單質、鎂單質、鈣鎂單質組合或者鈣鎂合金。但是，該方法同樣存在生成富氫水的速度慢、且反應速率不穩定的問題。這是因為對於工業上生成的CaMg合金成分不均勻，主要成分包含Ca單質、Mg單質和CaMg合金。由於Ca單質與水反應速率最快，Mg單質與水反應速率最慢，CaMg合金反應速率處於二者之間；在反應初期，該合金反應速率很快，主要是鈣單質與水反應；反應中期，反應速度較為平緩，主要是CaMg合金反應；反應後期，反應速率較慢，主要是鎂單質與水反應。因此該產品反應速率不穩定，只能作為袋泡茶使用。
技術實現要素：
本申請涉及採用一種新型鈣鎂合金來生成富氫水的方法，既能快速地生成富氫水，又能保證水的物質含量符合飲用水的標準。通過大量的實驗和檢測，證明這是一種實用且高效的方法。第一方面，本發明涉及一種新型鈣鎂合金，其包括鈣和鎂，其中所述鈣鎂合金包括成分為CaMgx的鈣鎂相和成分為CaMgy的富鎂相，其中2<x50。根據第一方面的鈣鎂合金，其中所述鈣鎂合金基本上不包括成分為CaMg2的相和/或Mg單質相。本發明還涉及一種鈣鎂合金，其粉末x-射線衍射圖(CuKαλ＝0.15406nm)包含在衍射角度2θ＝32.601±0.200、34.859±0.200、35.180±0.200處的主峰。優選地，該鈣鎂合金的粉末x-射線衍射圖還包含一個或多個在以下衍射角度2θ＝29.298±0.200、31.818±0.200、32.017±0.200、33.680±0.200、36.979±0.200、38.018±0.200、39.799±0.200、44.460±0.200、47.921±0.200、51.161±0.200、52.980±0.200、54.877±0.200、57.499±0.200、58.580±0.200、59.979±0.200、63.420±0.200、65.698±0.200、69.078±0.200、70.860±0.200、78.293±0.200處的峰。優選地，該鈣鎂合金的粉末x-射線衍射圖包括至少兩個、至少三個、至少4個以上在上述衍射角的峰。第二方面，本發明還涉及一種富氫水生成器，其包括可與外部流體相通的容納部件，以及位於所述容納部件內部的富氫水生成材料，所述富氫水生成材料包括本發明第一方面的鈣鎂合金。根據第二方面的富氫水生成器，所述容納部件為殼體表面具有多個通孔的中空棒、中空餅、中空盒或中空球。優選地，所述中空棒、中空餅、中空盒或中空球由選自金屬、微孔陶瓷、聚合物的材料製成。第三方面，本發明還涉及一種富氫水生成方法，其包括將本發明第一方面的鈣鎂合金或者第二方面的富氫水生成器置於飲用水容器中，與所述飲用水容器中的飲用水接觸，反應生成氫氣，使飲用水變成富含氫氣的富氫水。第四方面，本發明還涉及本發明第一方面的鈣鎂合金用於生產富氫水的用途。第五方面，本發明還涉及一種富氫水，其通過本發明第三方面的方法製備，其中水中的氫氣含量大於或等於200ppb。下文的詳述將使本發明的其它目的和方面變得明顯。但是應該理解，雖然以下詳述和具體實施例示出了本發明優選的實施方式，但是它們僅是說明性的，本領域技術人員通過理解以下詳述，很明顯可以在本發明的精神和範圍內做出各種改變和變化形式。附圖說明圖1示出Ca-Mg合金相圖。圖2示出常規Ca-Mg合金的XRD衍射圖以及本發明新型鈣鎂合金的XRD衍射圖。圖3示出常規Ca-Mg合金的掃描電鏡圖片。圖4示出本發明新型鈣鎂合金的掃描電鏡圖片。圖5示出一種示例性的富氫水棒的內部結構圖。具體實施方式第一部分----新型鈣鎂合金第一方面，本發明涉及一種新型鈣鎂合金，其包括鈣和鎂，其中所述鈣鎂合金包括成分為CaMgx的鈣鎂相和成分為CaMgy的富鎂相，其中2<x50。根據第一方面的鈣鎂合金，其中所述鈣鎂合金基本上不包括成分為CaMg2的相和/或Mg單質相。本發明還涉及一種鈣鎂合金，其粉末x-射線衍射圖(CuKαλ＝0.15406nm)包含在衍射角度2θ＝32.601±0.200、34.859±0.200、35.180±0.200處的主峰。優選地，該鈣鎂合金的粉末x-射線衍射圖還包含一個或多個在以下衍射角度2θ＝29.298±0.200、31.818±0.200、32.017±0.200、33.680±0.200、36.979±0.200、38.018±0.200、39.799±0.200、44.460±0.200、47.921±0.200、51.161±0.200、52.980±0.200、54.877±0.200、57.499±0.200、58.580±0.200、59.979±0.200、63.420±0.200、65.698±0.200、69.078±0.200、70.860±0.200、78.293±0.200處的峰。用顎式破碎機將市售常規鈣鎂合金材料(鈣和鎂的質量比為30％:70％)破碎到3-5mm的粒度；然後，將常規鈣鎂合金顆粒封裝於石英管內，並充入高純氬氣，使石英管內氬氣含量為99.99％，以防止鈣鎂顆粒氧化。將管式真空氣氛爐升溫至650℃，將封裝好的石英管緩緩推入恆溫區，並保溫10min。迅速將石英管轉移至空氣中，進行空冷，直至其冷卻至室溫。敲碎密封的石英管，將所得本發明新型鈣鎂合金顆粒取出使用。溶氫度對比試驗：分別取常規鈣鎂合金和本發明新型鈣鎂合金顆粒10g，裝入無紡布的袋子中，隨後將填滿物料的袋子裝入聚丙烯(PP)製成的中空棒中，製成兩支富氫水棒。將兩支富氫水棒置於密閉容器中，通過測定水中溶解氫的濃度來進行表徵兩支富氫水棒在水中在相同時間內產生氫氣速度。所用密閉容器採用450ml的可密閉玻璃容器。測量溶氫度的儀器採用日本製造的ENH-1000溶解氫測量儀。實驗結果見表一。A代表用常規鈣鎂合金所製成的富氫水棒；B代表用本發明新型鈣鎂合金所製成的富氫水棒。因為ENH-1000溶解氫測量儀在使用的過程中，電極會隨著使用時間而鈍化，因此，若兩次測量時間間隔太長，測量值的可比性不強。在表一數據中，主要比較在同一時間A樣和B樣的測量值的相對差異。為了檢驗ENH-1000溶解氫測量儀的可靠性，用丹麥優尼森(Unisense)H2微電極對測量結果進行了比對。比對樣品為A和B，容器採用了密閉性更好的日本生產鋁罐，容積為300ml，比對結果見表二。A代表用常規鈣鎂合金所製成的富氫水棒；B代表用本發明新型鈣鎂合金所製成的富氫水棒。由表一和表二的數據可以看出，在與水接觸生成富氫水時，與常規鈣鎂合金相比，在相同時間內本發明新型鈣鎂合金的產氫速度顯著更快，所得富氫水的溶氫度也顯著更高，平均提高32％以上，最低也能夠提高15％左右(見表一)。圖1示出Ca-Mg合金相圖。對於常規Ca-Mg合金，其中Ca的質量分數為30％左右，即原子比為Ca：Mg＝1:3.9，Mg/(Ca+Mg)的摩爾比約為0.8。根據圖1的Ca-Mg合金相圖可知，在此成分附近，常規Ca-Mg合金包括CaMg2相和Mg單質相。圖2示出常規Ca-Mg合金的XRD衍射圖以及本發明新型鈣鎂合金的XRD衍射圖。所用的粉末-X射線衍射研究的條件如下：輻射源為Cu靶；波長為0.15406nm；X-Ray管電壓/電流：40kV/200mA；溫度：室溫(25℃)。從圖2可以看出，常規Ca-Mg合金主要包含CaMg2和Mg兩相，沒有其他雜峰。而本發明新型鈣鎂合金是從650℃迅速降溫(空冷)得到的，使Ca-Mg合金還未來得及分解為CaMg2和Mg單質相。根據相圖，將生成Laves_C14相和HCP_A3相，簡稱C14和A3相。對於C14相而言，其合金成分為CaMgx(2＜x＜2.3)，對於A3相而言，其合金成分為CaMgy(y＞50)。當然，對於亞穩態來說，可能還存在某種中間成分的合金。圖2示出常規Ca-Mg合金的XRD衍射圖以及本發明新型鈣鎂合金的XRD衍射圖，由該XRD衍射圖譜可以看出，本發明新型鈣鎂合金包括非平衡態的CaMgx和CaMgy，並不存在CaMg2相和Mg單質相。經過對圖2的XRD圖譜的解析，其中，對於常規鈣鎂合金，其在以下2θ角處有峰：28.398、31.199、33.637、34.139、35.440、36.440、39.280、42.524、47.820、50.681、52.281、53.979、54.360、56.760、58.060、59.298、65.179、66.981、68.541、70.079、77.300而對於本發明新型鈣鎂合金，其在以下2θ角處有峰：29.298、31.818、32.017、32.601、33.680、34.859、35.180、36.979、38.018、39.799、44.460、47.921、51.161、52.980、54.877、57.499、58.580、59.979、63.420、65.698、69.078、70.860、78.293其中，主峰處於以下2θ角處：32.601、34.859、35.180。從XRD圖譜以及峰的解析可以看出，本發明新型鈣鎂合金和常規鈣鎂...