超饱和氢气溶液的制备装置及其制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超饱和纳米气泡氢气溶液的制备装置及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
超饱和氢气溶液的制备装置及其制备方法


[0001]本专利技术涉及向液体中充入氢气至超饱和状态的技术和装置，尤其涉及一种超饱和纳米气泡氢气溶液的制备装置
。

技术介绍

[0002]氢气溶液是指氢气溶解于水后形成的气液混合物，加入氢气不改变原水的
PH
值
。
自
2007
年
《
自然医学
》
杂志刊登日本太田成男等关于氢气具有抗氧化
、
抗炎
、
抗凋亡生物医学效应报告
。7
年来，氢气水溶液的生物学效应逐渐的被人们所接受和认可
。
氢气溶液因为具有极高的生物安全性，令世人振奋地
、
主动地逆转病理损伤的效应和极为方便的使用方式
(
如：饮用
/
浸泡
)
，业已成为世界范围内医疗保健市场最值得关注的项目之一
。
其中，超饱和氢气溶液因为制备难度高且应用范围广，生物医学效应尤为显著
。
[0003]通过饮用氢气水摄取氢气是目前应用最广泛的方法，也是氢气健康产品最安全
、
最常见的形式
。
但氢气在水中的溶解度非常低，是一种难溶甚至不溶于水的气体，在常温常压下
(
常温为
20℃
，常压为
101.3Kpa)
，
1L
水的氢气饱和溶解量为
18.2ml
或
>1.6mg
，通常我们用质量浓度
1.6ppm
来表示，鉴于氢气很难溶于水的特性，成为了人们通过饮用高含氢量的水溶液的障碍
。
[0004]饮用氢气水的制备方式包括电解水
、
氢气溶解水
、
金属镁反应水等类型
。
[0005]电解水是最早用于人体的氢气水，以保健为目的的饮用电解水最早起源于日本
。
制备电解水的设备称为电解槽，经过电解后通过半透膜分离出的碱性水会含有少量的氢气，电解水的不足在于由于饮用水直接通过电解槽进行电解，饮用水中会掺杂电解产生的余氯和臭氧，水的
PH
值将发生改变，且电解槽的金属电极直接作用于水，会有微量的金属离子析出，若用于饮用，则金属离子会随水进入人体内，更重要的一点是，电解水方式得到的氢水溶液效率很低且溶解度低，远达不到氢气在水溶液中的饱和状态
。
[0006]利用金属和水在常温下产生氢气和氢氧化物的化学反应，也可以制备出氢气水
。
许多金属例如铁
、
铝
、
镁等都可以与水反应产生氢气，但多数金属存在口感差
、
反应速度慢
、
明显毒性的缺点
。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种低成本
、
快速制造超饱和氢气溶液的制备装置和制备方法
。
[0008]本专利技术制备原理为“微管道气液两相流”法，超饱和的机理是纳米气泡技术
。
具体地，微管道气液两相流法同时控制气体跟液体流动，通过液体跟气体之间的剪切力使气体分散成尺寸较一致的小气泡，微管道气液两相流法产生的微气泡主要靠液体与气体之间的剪切力，其产生的微气泡尺寸可等于甚至小于微管道
(
中空膜膜壁的小孔
)。
[0009]本专利技术突破了常温常压下氢气的饱和溶解度，制备出超饱和纳米气泡氢气溶液
。
常温常压下氢溶入水的饱和浓度为
1.6ppm
，采用本专利技术方法制得超饱和氢气水的浓度可提
升2～4倍；气液混合器的组合
(
多级串联或并联
)
，也为大幅提高单位时间超饱和纳米气泡氢气溶液量打好了基础；
[0010]本专利技术氢气发生器与饮用水完全隔离，采用质子交换膜纯水电解法进行电解并将电解出的符合
GB31633
‑
2014
标准的氢气与溶液以前述纳米气泡方式融合产生超饱和氢气溶液
。
[0011]本专利技术采用“微管道气液两相流法”，选择膜组件，尤其是中空纤维膜作为产生纳米气泡生成装置
。
为了便捷
、
高效地制备超饱和氢溶液，在膜组件，尤其是中空纤维膜材料选择
、
膜结构
、
膜组结构等方面做了研究和优化，其中：
[0012]中空纤维膜的材料选用：根据研究表明，优选有机高分子聚合物合成膜，具有微孔孔径分布均匀
、
膜阻力小气体通过率高
、
有一定的较强的疏水性等特点，可选材料有聚砜
(PS)、
聚酰胺
(PA)、
聚丙烯腈
(PAN)、
聚甲基丙烯酸甲酯
(PMMA)、
聚醚砜
(PES)
等疏水性材料；也可通过在材料中掺杂聚乙烯吡咯烷酮
(PVP)
等亲水性材料，使膜同时具备亲水性和疏水性特征；
[0013]膜结构选择：根据研究表明，优选形状接近标准的圆形
、
用内外壁密度非对称
、
内径在
40
μ
m
～
400
μ
m
之间
、
壁厚
20
～
50
μ
m、
孔隙率
30
％～
70
％
、
膜孔径
1nm
～1μ
m
的中空纤维膜
。
膜组结构选择：膜组中中空纤维数量及长度决定了膜表面积，考虑到体积因素，优选膜表面积为
0.5
㎡
～2㎡
(
中空纤维数量为
8000
～
15000
根
)
；若要增加超饱和氢气溶液的单位时间制备量，可将多个膜组进行串联或并联；考虑到设备实际使用环境，膜组长度
5cm
～
100cm
，直径
10mm
～
500mm
；
[0014]制备过程的主要参数：
[0015]环境温度：根据本专利技术制备超饱和纳米气泡氢气溶液，无需特殊环境温度，常温下即可实施；
[0016]气路压力：氢气发生器产生氢气的同时，为确保超饱和纳米氢气溶液的浓度，优选对气液混合器进气端保持
0.05MPa
～
0.6MPa
的压力；
[0017]液路压力：液路压力接近常压；
[0018]液体流速：为确保超饱和纳米氢气溶液的浓度及实时制备效率，排液口液体流速优选为
0.200
～
2L/
分钟范围
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种超饱和纳米气泡氢气溶液的制备装置
(100)
，其特征在于，所述制备装置
(100)
包括壳体
(4)
和中空纤维膜组
(18)
，其中所述壳体
(4)
设有与液体源连通的进液口
(42)、
用于与氢气源连通的进气口
(44)
以及排液口
(43)
，所述液体源为水箱，所述水箱中的水经流量传感器
、
泵或阀门直接流入所述壳体，所述中空纤维膜组
(18)
包括多根中空纤维膜管
(19)
并容纳于所述壳体
(4)
内，所述中空纤维膜组
(18)
的入口端
(20)
与所述进液口
(42)
连通从而液体能够在所述中空纤维膜管
(19)
的内部流动，且来自所述氢气源的氢气能够从所述中空纤维膜管
(19)
的膜孔
(191)
流入所述中空纤维膜管
(19)
的内部并与液体混合，通过所述液体跟所述氢气之间的剪切力使所述氢气分散成尺寸较一致的纳米气泡，所述纳米气泡的尺寸等于小于所述中空纤维膜管
(19)
的膜孔，以及所述中空纤维膜组
(19)
的出口端
(23)
与所述排液口
(43)
连通，氢气以纳米级气泡形式存在于液体中，从而形成超饱和氢气溶液；所述中空纤维膜组
(18)
的长度为
5cm
～
100cm
且直径为
10mm
～
500mm
，以及所述中空纤维膜管
(19)
的孔隙率为
30
％
‑
70
％；所述中空纤维膜管
(19)
的壁厚可为
20
‑
50
μ
m
；所述中空纤维膜管
(19)
的膜孔
(191)
的直径为
1nm
～1μ
m
；所述中空纤维膜管的内径可为
40
μ
m
～
400
μ
m
；所述中空纤维膜管
(19)
由疏水性材料或是掺杂有亲水性材料的疏水性材料制成；氢气气泡的纳米尺度分布
95
％在
50nm
以下；每毫升溶液中含有超过
2*109个纳米气泡；中空纤维膜的可选材料有聚砜
、
聚酰胺
、
聚丙烯晴
、
聚甲基丙烯酸甲酯
、
聚醚砜；出水氢含量为
2.9ppm
‑
6ppm
；以及所述中空纤维膜管
(19)
具有波型结构，或中空纤维膜管
(19)
之间增加横向编织
。2.
根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述液体为低粘度液体
。3.
根据权利要求2所述的制备装置，其特征在于，所述液体可为水
、
碳酸类饮料
、
茶类饮料
、
功能饮料
、
咖啡饮料或含酒精类酒饮料
。4.
根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述中空纤维膜管
(19)
的数量为
8000
至
15000
根
。5.
根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，液体源是水箱
。6.
根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，液体源是符合饮用标准的水或其他低浓度液体，其通过管道与壳体的进液口连接
。7.
根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，氢气源为氢气罐
。8.
根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，氢气源为氢气发生器
。9.
根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述进液口设置于所述壳体的顶端，所述排液口设置于所述壳体的底端，且所述进气口设置于所述壳体的侧壁
。10.
根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述进气口设置于所述壳体的侧壁上部
。11.
根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，在所述进气口处设有压力传感器
。12.
根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，在所述壳体的进液口处设有流量传感器
。13.
根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，在所述壳体
(4)
内流动的氢气的压力
大于在所述中空纤维膜管
(19)
的内部流动的液体的压力
。14.
根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，该氢气的压力为液体的压力的
1.5
～
1.7
倍
。15.
根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，液体的压力为常压
。16.
根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，氢气在所述进气口处的进气压力为
0.05MPa
～
0.6MPa。17.
根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述壳体的排液口的液体流速为
0.200
～
2L/
分钟
。18.
根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述中空纤维膜管
(19)
的亲水性材料选自聚乙烯吡咯烷酮
(PVP)。19.
根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述中空纤维膜管
(19)
的横截面为圆形或椭圆形
。20.
根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述中空纤维膜管
(19)
可透气也可透水
。21.
根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述中空纤维膜管
(19)
可透气不可透水
。22.
根据权利要求1所述的制备装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：高鹏，穆华仑，严明，徐旻炅，丁志超，
申请(专利权)人：上海纳诺巴伯纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：