生產(chǎn)富氫材料的方法及裝置制造方法
【專利摘要】氫分子(H2)已經(jīng)被認(rèn)為是新型抗氧化劑，特別是針對(duì)OH自由基。本發(fā)明公開了可以通過密封的氫氣生成室來提高水，飲料，以及其他吸氫材料中的氫濃度的方法和裝置，所述氫氣生成室由具有良好的氫滲透性并且能夠承受氣體壓力的材料制成。所公開的方法和裝置能夠快速提高氫濃度，同時(shí)避免氣體生成系統(tǒng)中的其他化學(xué)副產(chǎn)物滲漏到被處理的材料中。
【專利說明】生產(chǎn)富氫材料的方法及裝置
[0001]本發(fā)明根據(jù)35U.S.C.§ 119規(guī)定要求2013年3月I日提交的、名稱為“生產(chǎn)富氫材料的方法和裝置”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/771，617的優(yōu)先權(quán)，所述申請(qǐng)?jiān)诖送ㄟ^引用并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]氫分子(H2)已經(jīng)被認(rèn)為是新型抗氧化劑，特別是針對(duì)OH自由基。本發(fā)明公開了可以通過密封的氫氣生成室來提高水，飲料，以及其他吸氫材料中的氫濃度的方法和裝置，所述氫氣生成室由具有良好的氫滲透性并且能夠承受氣體壓力的材料制成。所公開的方法和裝置能夠快速提高氫濃度，同時(shí)避免氣體生成系統(tǒng)中的其他化學(xué)副產(chǎn)物滲漏到被處理的材料中。
【背景技術(shù)】
[0003]氫分子(H2)已經(jīng)被認(rèn)為是新型的抗氧化劑，特別是針對(duì)OH自由基。其在預(yù)防和治療應(yīng)用中表現(xiàn)出優(yōu)于其他抗氧化劑的許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。因其針對(duì)OH自由基的特異性，認(rèn)為氫作為抗氧化劑的副作用非常小。同其他抗氧化劑比較，氫可以在人體中快速地?cái)U(kuò)散。它可以有效到達(dá)線粒體和細(xì)胞核，以保護(hù)細(xì)胞器，并且它還可以穿透血腦屏障，而許多其它抗氧化劑則不行。每日消耗富氫的水預(yù)防動(dòng)脈粥樣化，減輕腎毒性，改善腦損傷和預(yù)防慢性腎病。據(jù)報(bào)道，消耗富氫的水改善2型糖尿病人的糖類及脂類代謝。由于氫可以穿透血腦屏障，因此它可以減少大腦的氧化應(yīng)激以及預(yù)防應(yīng)激誘引的認(rèn)知力下降。氫對(duì)帕金森疾病也有預(yù)防和治療作用。先前的動(dòng)物研究已經(jīng)證明了氫氣對(duì)于腦、脊髓、心臟、肝的缺血再灌注損傷模型中的缺血再灌注損傷有保護(hù)和治療作用，并且其顯示了對(duì)器官移植的保護(hù)作用。氫可以預(yù)防抗腫瘤藥物如順鉬(Cisplatin)的副作用，并且其還具有抗過敏作用。氫分子在治療和預(yù)防領(lǐng)域的應(yīng)用正在擴(kuò)大。
[0004]口服攝入含氫液體代表了向人體輸送氫分子的簡(jiǎn)單方法。富氫的水可以通過向水中添加氫氣來生產(chǎn)。氫氣可以通過很多方法來生產(chǎn),包括:
[0005]水電解:2H20= 2H2+02
[0006]金屬顆粒+酸(例如:鎂和鹽酸):Mg+2HCl = MgCl2+H2
[0007]金屬顆粒(例如:鎂)+水:2Mg+2H20 = 2Mg (OH) 2+H2
[0008]將氫氣加入到水中的水電解方法在市場(chǎng)上被稱為“水電離機(jī)(water ionizer)”。通過電解，氫在陽(yáng)極產(chǎn)生，而金屬離子(鈉，鎂，鈣離子等)在陽(yáng)極側(cè)液體處富集，并且從陽(yáng)極側(cè)釋放的水被稱為“堿性水”。氧氣在陰極側(cè)產(chǎn)生，并且液體在陰極側(cè)逐漸變酸。
[0009]使用鎂和水反應(yīng)來產(chǎn)生氫的一個(gè)例子也通常稱為“鎂棒”方法。為了制得富氫的水，鎂顆粒被存放在由多孔陶瓷(I)或多孔塑料(2)或多孔金屬制成的容器中。這些容器通過所述容器上的孔是水可滲透的。所述棒浸沒在裝有水的容器內(nèi)部。氫氣通過鎂和水之間的反應(yīng)產(chǎn)生。在另一個(gè)專利申請(qǐng)中，除了鎂以外還添加了其他組份，例如石膏(硫酸鈣)和硫酸鎂⑶。[0010]這些現(xiàn)有方法存在一些共同的問題:
[0011]化學(xué)副產(chǎn)物及其副作用的問題:存在很多來自上述化學(xué)反應(yīng)(水電解法和鎂棒法)的副產(chǎn)物。例如在水電解中，鈣和鎂離子在所釋放的堿性水中富集。在鎂棒反應(yīng)中，產(chǎn)生氯化鎂或氫氧化鎂。氯化鎂和氫氧化鎂是熟知的緩瀉劑。稀便以及腹瀉的副作用詳細(xì)記載在使用鎂棒的富氫水的臨床應(yīng)用中(4)。長(zhǎng)期使用緩瀉劑可以導(dǎo)致慢性腹瀉。通過使用上述方法提高了水的硬度(源自富集的鈣或鎂離子)和總?cè)芙恹}(TDS)。雖然與硬水相關(guān)的副作用并非結(jié)論性的，但是如果可以的話一般建議飲用軟水。需要只釋放氫而不引入化學(xué)反應(yīng)或水電解的所有副產(chǎn)物的更為穩(wěn)健的方法。
[0012]添加氫氣速度緩慢的問題:在“鎂棒”方法中，鎂和水之間產(chǎn)生氫氣的速度是非常緩慢的，其比許多基于酸-金屬的氫氣生成反應(yīng)慢幾個(gè)數(shù)量級(jí)。通常，使用“鎂棒”方法，使用者需要等待24小時(shí)以使得一些氫進(jìn)入飲用水中(4)。此外，鎂和水之間的反應(yīng)將生成氫氧化鎂，其在水中是不可溶的。氫氧化鎂將最終覆蓋所述鎂的表面，并且當(dāng)所述鎂表面被完全覆蓋時(shí)，反應(yīng)將停止。市場(chǎng)上還需要快速且便攜的方法來將氫快速且便捷地加入到飲用水中。
[0013]高的氫氣壓力問題:為了提高氫氣生產(chǎn)速度，其將自然地導(dǎo)致氫氣體壓力在反應(yīng)室內(nèi)累積。這要求反應(yīng)室能夠承受高氣體壓力。多孔的“鎂棒”將不能保持住任何氣體壓力。在兩個(gè)專利申請(qǐng)中已經(jīng)推薦反滲透膜，用于選擇性地將氫氣釋放到水中(5，6)。各種形式的反滲透膜不能耐受酸性的反應(yīng)環(huán)境、在反應(yīng)室內(nèi)累積的高氣體壓力、來自各種飲料的高溫。物理上也難于建 造薄的低截止反滲透膜作為耐壓耐久的反應(yīng)室。薄膜的破裂將導(dǎo)致不期望的化學(xué)品(以及金屬粒)釋放到飲用水中，成為主要的健康危害。因此也需要能夠耐受高的氣體壓力的可靠的室。
[0014]飲料多樣性的問題:水電解法和鎂棒法是針對(duì)添加氫氣到純的飲用水中，并且他們不能用于將氫氣直接加入其他飲料，如蘇打水，能量飲料，咖啡，茶，牛奶，果汁等。由于源自這些飲料的電解反應(yīng)的復(fù)雜的甚至是有毒的化學(xué)副產(chǎn)物和源自與金屬鎂反應(yīng)的那些副產(chǎn)物，水電解或者鎂棒處理不能直接應(yīng)用于這些常見的飲料。
[0015]熱水或者熱飲料的問題:如果煮沸所述富氫的水，氫氣將從水中快速逸出。因此，市場(chǎng)上的瓶裝富氫的水不能用于熱咖啡或熱茶的制作。薄的反滲透膜在沸水的高溫下將破裂，這將導(dǎo)致化學(xué)副產(chǎn)物(以及金屬粒)釋放到飲用水和飲料中?！版V棒”通過其多孔的容器將具有增強(qiáng)的氫氧化鎂釋放，并因此在使用沸騰的熱水時(shí)導(dǎo)致更強(qiáng)的負(fù)面效果。因此也需要將氫氣加入到熱水或沸水中的方法。
[0016]為了擴(kuò)展氫的益處，對(duì)提高其他吸氫材料如流體或半固體狀食品，化妝品、護(hù)膚和護(hù)發(fā)產(chǎn)品中的氫濃度也存在新興的需求。由于源自這些材料的電解反應(yīng)的復(fù)雜甚至是有毒的化學(xué)副產(chǎn)物和源自與金屬鎂反應(yīng)的那些副產(chǎn)物，現(xiàn)有的鎂棒和電解方法無法應(yīng)用。
[0017]本項(xiàng)發(fā)明旨在解決上面討論的問題并滿足上述未滿足的需求。
[0018]發(fā)明概沭
[0019]本發(fā)明公開了通過密閉的氫氣釋放室可以用于提高在水，各種飲料以及其他吸氫材料中的氫濃度的方法和設(shè)備。室連接壁由具有良好的氫滲透性并可以承受跨所述壁的氣體壓差的材料制成。特別地，用于所述室連接壁的材料可以是橡膠，硅橡膠，乙烯基甲基硅橡膠，和苯基乙烯基甲基硅橡膠。氫氣生成室可以耐受酸性反應(yīng)環(huán)境、高的氣體壓力、以及熱的飲料溫度。氫氣通過氫氣生成系統(tǒng)產(chǎn)生于所述氫氣生成室的內(nèi)部。所述氫氣生成系統(tǒng)包括分配生成的氫氣的化學(xué)品的料倉(cāng)。在所述料倉(cāng)內(nèi)部使用來生成氫氣的示例性化學(xué)品是鎂和檸檬酸。氫氣快速地生成，氣體壓力在料倉(cāng)內(nèi)快速累積，氫氣通過室壁從所述室釋放至被處理的材料中，并且在被處理的材料中的氫濃度快速升高。同時(shí)，氫氣生成室的連接壁將阻止氣體生成系統(tǒng)的其他副產(chǎn)物滲漏進(jìn)所述被處理的材料中。所公開的方法和設(shè)備可以將氫添加至O至100°C的寬溫度范圍的水和飲料中，并且此外，它們可以將氫添加到各種飲料中，所述飲料包括蘇打水，能量飲料，牛奶，果汁，咖啡，和茶等；它們可以將氫添加到各種流體或半固體狀食品中，并且它們可以將氫添加到用于化妝品、護(hù)膚和護(hù)發(fā)應(yīng)用的各種乳液和霜?jiǎng)┲小?br> [0020]最后，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，提供了將氫氣添加到吸氫材料中的設(shè)備。所述設(shè)備包括:氫氣生成室，其中所述氫氣生成室是密閉的，并在其中能夠容納其中的一定量加壓氫氣；以及所述氫氣生成室的至少一個(gè)區(qū)域由氫氣可滲透材料制成，其中所述至少一個(gè)區(qū)域是氫氣可滲透的，用于將氫氣從所述室釋放到吸氫材料中。
[0021 ] 在一個(gè)實(shí)施方式中，所述氫氣可滲透材料選自橡膠，硅橡膠，乙烯基甲基硅橡膠，和苯基乙烯基甲基娃橡膠。
[0022]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述裝置還包括設(shè)置在所述氫氣生成室內(nèi)的氫氣生成料倉(cāng)，所述氫氣生成料倉(cāng)包括生成氫氣的化學(xué)品。
[0023]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述裝置還包括設(shè)置在所述氫氣生成室內(nèi)的鎂和檸檬酸，其用于在所述氫氣生成室內(nèi)產(chǎn)生氫氣。
[0024]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述至少一種吸氫材料的溫度為O至100°C。 [0025]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述至少一種吸氫材料選自水，飲料，流體食品，半固體食品，化妝品液體，化妝品乳膏，以及其組合。
[0026]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述氫氣生成室是由所述氫氣可滲透材料制成。
[0027]在本發(fā)明一個(gè)可替代實(shí)施方式中，提供了將氫氣添加到吸氫材料中的方法。所述方法包括以下步驟:
[0028]提供設(shè)置在鄰近所述氫氣生成室的至少一種吸氫材料；
[0029]在所述氫氣生成室內(nèi)產(chǎn)生氫氣；以及
[0030]通過氫氣可滲透的材料釋放氫氣并且進(jìn)入到所述至少一種吸氫材料中。
[0031]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述氫氣生成室由選自以下的材料制成:橡膠，硅橡膠，甲基乙烯基娃橡I父，和苯基乙烯基甲基娃橡膠。
[0032]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法還包括以下步驟:在所述氫氣生成室內(nèi)設(shè)置氫氣生成料倉(cāng)；和使至少一種氫氣生成化學(xué)品在所述氫氣生成料倉(cāng)內(nèi)反應(yīng)。
[0033]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法還包括在所述氫氣生成料倉(cāng)內(nèi)混合鎂和檸檬酸，以形成氫氣。
[0034]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法還包括使所述至少一種吸氫材料的溫度在O至100°C變化的步驟。
[0035]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述至少一種吸氫材料選自水，飲料，流體食品，半固體食品，化妝品液體，化妝品乳膏，以及其任何組合。
[0036]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述氫氣生成室由氫氣可滲透的材料制成。[0037]在本發(fā)明的其他可替代實(shí)施方式中，提供了料倉(cāng)裝置。所述料倉(cāng)裝置包括:殼體，其中所述殼體能夠使材料通過所述殼體；以及至少一種能夠產(chǎn)生氫氣的化學(xué)品。
[0038]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述殼體對(duì)所述材料是可滲透的。
[0039]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述殼體在所述材料中是可溶的。
[0040]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述殼體是可破碎的。
[0041]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述產(chǎn)生氫氣的化學(xué)品是鎂和檸檬酸中的至少一種。
[0042]在一個(gè)實(shí)施方式中，提供了使用所述料倉(cāng)裝置的方法。所述方法包括以下步驟:將所述料倉(cāng)裝置置于含有所述材料的容器中；將所述料倉(cāng)裝置中的所述化學(xué)品暴露于所述容器中的所述材料；當(dāng)所述料倉(cāng)裝置中的所述化學(xué)品暴露于所述容器中的所述材料時(shí)形成氫氣；以及將氫氣釋放到所述容器中。
[0043]附圖簡(jiǎn)沭
[0044]圖1為在底部具有氫氣生成室的水容器的說明性截面圖。
[0045]圖2為在側(cè)面具有氫氣生成室的水容器的說明性截面圖。
[0046]圖3為雙層水容器的說明性截面圖，所述雙層水容器具有在所述雙層之間作為氫氣生成室的空間。
[0047]圖4為具有內(nèi)部氫氣生成料倉(cāng)的水容器的說明性截面圖。
[0048]發(fā)明詳沭
[0049]圖1顯示了具有連接在底部上的氫氣生成室的水容器(或者其他液體容器)。上部隔室10可以用來儲(chǔ)存飲用水或者飲料或者其他吸氫材料26。容器壁12可以由多種不同的具有差的氫滲透性的材料制成，包括各種金屬、玻璃、陶瓷、塑料等。水容器可以是許多不同形狀的。底部隔室可以優(yōu)選為氫氣生成室18。與上部隔室10共有的底部室的連接壁16可以優(yōu)選由具有良好的氫滲透性并且能夠承受氣體生成室18內(nèi)部累積的氣體壓力的材料制成。特別地，用于16的材料可以是橡膠，硅橡膠，VMQ，或PVMQ。氫氣生成室18可以是許多不同的形狀。在底部室18內(nèi)部的料倉(cāng)20可以用來儲(chǔ)存和分配用于生成氫氣14的反應(yīng)化學(xué)品24、26。示例性的化學(xué)品包括檸檬酸26和鎂24，但是本發(fā)明不應(yīng)限于本文所述。所述料倉(cāng)的壁22可以優(yōu)選是水可滲透的，并且氫氣生成反應(yīng)可以通過將一些水充進(jìn)氫氣生成室18而引發(fā)。
[0050] 應(yīng)該注意到是，所述料倉(cāng)20 (容納在所述底部室18的內(nèi)部)內(nèi)使用的化學(xué)品可以以固體和/或液體形式提供，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。而且，與在料倉(cāng)20內(nèi)混合用于產(chǎn)生H2產(chǎn)物的化學(xué)品相反,化學(xué)品可以在底部室20內(nèi)直接混合。本發(fā)明的這一方面可以應(yīng)用到本文含有的所有示例性實(shí)施方式，如下面圖2-4公開的。
[0051]而且，可能有用的是，在上部隔室10中包括混合器或攪拌器以輔助將H2氣溶解到含于其中的水或其他流體中。所述混合器或攪拌器(未示出)可以允許所述容器晃動(dòng)，從而輔助將H2氣溶解到液體中，或者也可以由機(jī)械攪拌裝置——例如攪拌槳、葉片或者其他類似裝置——組成，用來攪拌液體并輔助將H2氣溶解在其中。再一次，本發(fā)明的這一方面可以進(jìn)一步應(yīng)用本文所公開的所有實(shí)施方式，如下面圖2-4中所詳細(xì)公開。
[0052]圖2顯示了具有連接在側(cè)面的氫氣生成室的水容器或者其他液體容器。雖然所述水容器繪制為瓶子形狀，但是應(yīng)該注意，所述容器可以是多種不同的形狀。左邊隔室100可以優(yōu)選用來儲(chǔ)存飲用水或者飲料或者其他吸氫材料110。容器壁114可以是一種或者多種具有差的氫滲透性的材料，包括例如各種金屬、玻璃、陶瓷、塑料等。右邊隔室可以是氫氣生成室102。與右邊隔室共有的左邊隔室的連接壁104由能具有良好的氫滲透性并且能夠承受氣體生成室102內(nèi)部累積的氣體壓力的材料構(gòu)成。特別地，用于104的材料可以是例如橡膠，硅橡膠，VMQ, PVMQ以及其他類似材料。氣體生成室容器壁106的其余部分可以由能具有差的氫滲透性的許多不同材料制成，包括例如各種金屬、玻璃、陶瓷和塑料。在氣體生成室102內(nèi)部的料倉(cāng)108可以用來儲(chǔ)存和分配用于生成氫氣112的反應(yīng)化學(xué)品。示例性化學(xué)品可以優(yōu)選是檸檬酸和鎂，但是本發(fā)明不應(yīng)限于本文所述。所述料倉(cāng)108可以優(yōu)選是水可滲透的，并且氫氣生成反應(yīng)可以通過將一些水充進(jìn)氫氣生成室102而引發(fā)。
[0053]圖3顯示了雙層水容器或其他流體容器，所述容器具有在兩層之間作為氫氣生成室的空間。雖然所述水容器被繪制為瓶子形狀，但是可以是很多種不同的形狀。內(nèi)部隔室200可以用來儲(chǔ)存飲用水或者飲料或者其他吸氫材料212。外層202可以旋擰到容器上以形成兩層之間的空間。外層202可以是具有差的氫滲透性的許多不同材料，包括例如各種金屬、塑料、陶瓷、和玻璃。所述容器的內(nèi)層206由能具有良好的氫滲透性并且能夠承受氣體生成室204內(nèi)部累積的氣體壓力的材料制成。特別地，用于內(nèi)層206的材料可以優(yōu)選是橡膠,硅橡膠，VMQ, PVMQ以及其他類似材料，并且本發(fā)明不應(yīng)限于本文所述。氣體生成室204可以優(yōu)選是兩層之間的空間?？梢允褂脙蓪又g的料倉(cāng)208來儲(chǔ)存和分配用于生成氫氣210的反應(yīng)化學(xué)品?；瘜W(xué)品的實(shí)例可以優(yōu)選是檸檬酸和鎂，但是不應(yīng)限于本文所述。料倉(cāng)208可以優(yōu)選是水可滲透的，并且氫氣生成反應(yīng)可以通過將一些水充進(jìn)氫氣生成室204而引發(fā)。
[0054]圖4顯示了具有內(nèi)部氣體生成料倉(cāng)的水容器或者其他液體容器。雖然所述水容器300被繪制為瓶子形狀，但是可以是很多種不同形狀，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯而易見的。所述水容器可以優(yōu)選用來儲(chǔ)存飲用水或者飲料或者其他吸氫材料318。所述容器壁302可以是能具有差的氫滲透性的許多不同材料，包括例如各種金屬、玻璃、陶瓷和塑料。料倉(cāng)306可以直接放入水容器300中，并且可以優(yōu)選作為氫氣生成室發(fā)揮作用。料倉(cāng)308的壁可以由具有良好的氫滲透性并且能夠承受料倉(cāng)306內(nèi)部累積的氣體壓力的材料制成。特別地，用于料倉(cāng)308的壁材料可以優(yōu)選是橡膠，硅橡膠，VMQ,或PVMQ，或任何其他具有本文所描述的期望性質(zhì)的材料，并且本發(fā)明不應(yīng)限于本文所述。料倉(cāng)可以由用于儲(chǔ)存檸檬酸316和鎂314或其他化學(xué)品的固體化學(xué)品區(qū)域和內(nèi)部的可破碎的囊310組成，囊內(nèi)部具有水312。通過擠壓所述料倉(cāng)使囊破碎可以將水312釋放到料倉(cāng)中。在將從囊312釋放的水與檸檬酸316和鎂314混合后可以引發(fā)氫氣生成反應(yīng)。一旦引發(fā)氫氣生成反應(yīng)，則所述料倉(cāng)可以放入水容器中，并且氫氣304可以通過所述料倉(cāng)308的氫氣可滲透壁釋放到水或飲料或其它吸氫材料318中。
[0055]除了圖1-4中所示的設(shè)計(jì)實(shí)例外，所述裝置的一些其他設(shè)計(jì)實(shí)例包括但不限于:
[0056]A)具有連接在底部上的氫氣生成室的水容器或其它液體容器。底部隔室用于儲(chǔ)存水或者飲料或者其他吸氫材料。與底部隔室共有的所述頂部室的連接壁由具有良好的氫滲透性并且能夠承受跨所述連接壁的氣體壓差的材料制成。特別地，所使用的材料可以優(yōu)選是本文描述的橡膠，硅橡膠，VMQ，或PVMQ，或其他材料。氣體生成室內(nèi)部的料倉(cāng)是用于儲(chǔ)存和分配用于生成氫氣的反應(yīng)化學(xué)品。
[0057]B)水容器，或其他液體容器，其具有在所述水容器內(nèi)部漂浮的氫氣生成室。漂浮室的壁可以由具有良好的氫滲透性并且能夠承受跨所述壁的氣體壓差的材料制成。特別地，用于制造所述室的壁的材料可以優(yōu)選是本文描述的橡膠，硅橡膠，VMQ，或PVMQ，或其他類似材料。在所述漂浮室內(nèi)部的料倉(cāng)可以用于儲(chǔ)存和分配用于生成氫氣的反應(yīng)化學(xué)品。
[0058]所述裝置設(shè)計(jì)不限于本公開所示的這些實(shí)例。所述裝置設(shè)計(jì)的其他變形可以被本領(lǐng)域技術(shù)人員容易地實(shí)施，尤其是通過實(shí)踐所公開的方法。
[0059]氫氣滲透性(P)如下描述:
[0060]P= (V.δ ) / (A.t.(Pl-PO)) = mo I H2/m.s.MPa (I)
[0061]其中V是穿過所述連接壁1 6的氣體的體積，其可以以氫的“mol”來測(cè)量；δ是所述連接壁的厚度，其可以以“米”來測(cè)量4是氫氣界面的暴露面積(以“平方米”來測(cè)量)；t是時(shí)間長(zhǎng)度并為“秒”來測(cè)量；P1和PO是在所述連接壁兩側(cè)的氫氣壓力，并且可以以“MPa”來測(cè)量。滲透性的單位是“mol H2/m.s.MPa^0滲透性也可以被環(huán)境溫度影響(例如，溫度越高，滲透性越大)。在本發(fā)明中所公開的具有良好氫滲透性的材料可以定義為室溫下氫滲透性高于約lxlCT9mol H2/m.s.MPa的材料；優(yōu)選高于約5xl09mol H2/m.s.MPa ;更優(yōu)選高于約 10xlCT9mol H2/m.s.MPa ;并且最優(yōu)選高于約 20xlCT9mol H2/m.s.MPa。
[0062]橡膠在本文中被用作連接壁的示例性材料(圖1的16，圖2的104，圖3的206，以及圖4的料倉(cāng)308的壁)，以允許將氫氣釋放到被處理的水、飲料或其他吸氫材料中。橡膠在室溫下可以具有1X10_9至lX10_7mol H2/m-s -MPa的寬的氫氣滲透性。然而，橡膠一般用于容器的“氣密”式密封，以防止液體或氣體滲漏(而不是釋放)。使用橡膠作為在本發(fā)明的本文所述的有效且快速的氫氣“釋放”界面，是非常新穎的并且不同于常識(shí)的。通過工程設(shè)計(jì)，氫氣跨過橡膠壁的轉(zhuǎn)移效率還可以通過以下進(jìn)一步提高:1)將橡膠壁制作得更薄，同時(shí)保持其物理耐久性；和/或2)使用特定類型的橡膠或特定組成的橡膠，以進(jìn)一步提高滲透性。例如，與許多其他類型的橡膠相比，硅橡膠，特別是乙烯基甲基硅橡膠(VMQ)和苯基乙烯基甲基硅橡膠(PVMQ)具有甚至更好的滲透性。橡膠通常對(duì)水和離子具有低的滲透性，并且橡膠通常不是滲透膜?？缦鹉z壁的氫氣轉(zhuǎn)移效率可以與所述橡膠壁兩側(cè)之間的氫氣壓差直接相關(guān)。為了確保氫氣的快速釋放，緊緊密封所述室以累積所述室內(nèi)部的氣體壓力是非常關(guān)鍵的。為了確保所述橡膠壁的合適的物理耐久性以承受加高壓的室同時(shí)保持其良好的滲透性，合適的橡膠壁厚度是重要的。橡膠壁的通常厚度可以是不少于約0.1毫米。氫氣生成室的內(nèi)部的氣體壓力可以優(yōu)選高于I巴。優(yōu)選地，氫氣生成室內(nèi)部的氣體壓力可以為約I巴至約3巴，但是其不限于本文所述。氣體壓力越高，氫氣釋放就越快。如在我們實(shí)施例中所證實(shí)，橡膠壁可以被設(shè)計(jì)成為用于將氫氣釋放到水和其他材料中的快速且有效的界面。
[0063]橡膠代表具有氫滲透性及良好物理耐久性的大的聚合物家族。它們當(dāng)中，硅橡膠，特別是乙烯基甲基硅橡膠(VMQ)和苯基乙烯基甲基硅橡膠(PVMQ)具有良好的氫氣滲透性，并且對(duì)酸或堿不具有反應(yīng)性，非常穩(wěn)定，并且抗_55°C到+300°C的溫度，同時(shí)仍然保持其有用的特性。硅橡膠用于食品和飲料是安全的。
[0064]所公開的發(fā)明不限于橡膠(也不限于硅橡膠，或VMQ或PVMQ)作為用于氫氣生成室的連接壁。許多具有良好的氫滲透性并能承受氣體壓力的其他材料，特別是聚合物可以用來制作用于氫氣生成室的連接壁(圖1的16，圖2的104，圖3的206以及圖4料倉(cāng)308的壁)。[0065]為了確保所公開的裝置日常使用的方便性，用來生成氫氣的化學(xué)品應(yīng)當(dāng)進(jìn)行預(yù)稱量并包裝在料倉(cāng)(圖1的20，圖2的108，圖3的208，以及圖4的306)中。本發(fā)明中的料倉(cāng)定義為儲(chǔ)存至少一種生成氫氣所需的試劑的裝置。所述料倉(cāng)的實(shí)例包括:
[0066]A)袋狀料倉(cāng)。生成氫氣的固體試劑(例如圖1的檸檬酸26和圖1的鎂24)被密封在水可滲透的袋的內(nèi)部。水可以進(jìn)入所述料倉(cāng)袋中以引發(fā)氫氣生成反應(yīng)。
[0067]B)快速溶解料倉(cāng)。生成氫氣的固體試劑(例如檸檬酸和鎂)被配制成可以快速溶解在水中的丸劑。
[0068]C)多孔的聚合物料倉(cāng)。料倉(cāng)壁由多孔塑料或其他類型的多孔聚合物制成。生成氫氣的固體化學(xué)品(例如圖1的檸檬酸26和圖1的鎂24)被密封在多孔聚合物料倉(cāng)內(nèi)部。水通過多孔壁可以進(jìn)入所述料倉(cāng)中，以引發(fā)氫氣生成反應(yīng)。
[0069]D)如圖4所例示的直接用作氫氣生成室的料倉(cāng)。所述料倉(cāng)壁是非多孔和氣密密封的。料倉(cāng)壁由氫可滲透的并可以承受料倉(cāng)內(nèi)部累積的氣體壓力的材料制成。特別地，料倉(cāng)壁由橡膠，硅橡膠，VMQ或PVMQ制成。所述料倉(cāng)由固體化學(xué)品儲(chǔ)存區(qū)域(例如，儲(chǔ)存檸檬酸和鎂)和內(nèi)部的可破碎的囊組成，囊內(nèi)部具有液體(例如，水)。通過擠壓所述料倉(cāng)使囊破碎會(huì)釋放水，從而觸發(fā)氫氣生成化學(xué)反應(yīng)。
[0070]除了上面公開的料倉(cāng)設(shè)計(jì)的四個(gè)實(shí)例之外，所述料倉(cāng)設(shè)計(jì)的其他變形可以被本領(lǐng)域技術(shù)人員容易地實(shí)施，尤其通過實(shí)踐所公開的方法。
[0071]本發(fā)明中公開的用于快速生成氫氣的化學(xué)反應(yīng)實(shí)例是在鎂金屬(圖1的24，圖4的314)和檸檬酸(圖1的26，圖4的316)之間的反應(yīng)。 [0072]Mg+檸檬酸=檸檬酸鎂+H2 (II)
[0073]上述反應(yīng)可以非常快速地產(chǎn)生氫氣，并且其氫氣生成速度比鎂與水之間的緩慢反應(yīng)(被“鎂棒”法所使用)快幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0074]許多不同種類的酸(如鹽酸，乳酸)可以和鎂反應(yīng)以快速產(chǎn)生氫氣。還有許多不用酸而快速產(chǎn)生氫氣的方法，例如氫化鎂和水之間的反應(yīng)(MgH2+2H20 = Mg(0H)2+2H2)。也可以使用納米顆粒的鎂和水反應(yīng)，以非?？焖俚禺a(chǎn)生氫氣。用于快速氫氣生成的化學(xué)反應(yīng)還包括電化學(xué)反應(yīng)，如水電解。預(yù)制的高壓氫氣也可以直接儲(chǔ)存在氫釋放室中。在此要保護(hù)的氫氣生成系統(tǒng)不限于鎂和檸檬酸的反應(yīng)。
[0075]在此公開的裝置不僅可以用來將氫氣加入到常規(guī)的室溫的飲用水中，并且其還可以將氫氣加入到:1)熱的和沸騰的水和飲料中(例如，咖啡或茶等)；2)所有不同種類的大眾飲料(例如，果汁，牛奶，蘇打水，能量飲品等)；3)流體和半固體食品(例如酸奶)；和4)用于化妝品、護(hù)膚、護(hù)發(fā)應(yīng)用的半固體霜?jiǎng)┖腿橐?。在此所列的飲料、食品、半固體霜?jiǎng)┲皇俏鼩洳牧系氖纠?，并且本發(fā)明不限于將氫加入到這些實(shí)例中。如在示例部分所例示，本發(fā)明的方法及裝置可以用來將氫快速而無任何困難地加入到水，飲料以及半固體產(chǎn)品中，同時(shí)防止了其他不期望的化學(xué)品滲漏到所處理的產(chǎn)品中。
[0076]下列的示例只是本發(fā)明進(jìn)行的說明，并且不意以任何方式限制本發(fā)明。
[0077]詳細(xì)的實(shí)施例
[0078]袋狀料倉(cāng)20被用來儲(chǔ)存和分配反應(yīng)的化學(xué)品，其由0.54克100%純的固體食品級(jí)檸檬酸26以及0.12克99%純的鎂金屬24組成。如圖1所示，把袋狀料倉(cāng)20放入氣體生成室18內(nèi)。氣體生成室的連接壁16由乙烯基甲基硅橡膠制成。連接壁16的厚度是1mm。20ml的過濾過的水被放入氣體生成室18，以溶解檸檬酸26和引發(fā)檸檬酸26與鎂24之間的反應(yīng)。氣體生成室18用螺旋蓋密封，其允許氣體生成室18中的氣體壓力累積。
[0079]實(shí)驗(yàn)1:將氫加入飲用水的實(shí)驗(yàn)。
[0080]一旦氣體生成室被牢固地密封，用400ml過濾過的飲用水28充入水儲(chǔ)存隔室10。許多小氣泡立即開始在氣體生成室18的連接壁16的所有表面上出現(xiàn)。測(cè)量氧化還原電位(ORP)值，以估計(jì)溶解到所述水中的氫氣的水平。一小時(shí)中，ORP值降低到低于-250。測(cè)量總?cè)芙恹}(TDS)來估計(jì)是否有鎂離子或者其他離子滲漏到飲用水中。TDS值沒有變化，對(duì)于特別的實(shí)施例，TDS值在24小時(shí)的測(cè)試期間保持在108ppm。作為對(duì)比，氣體生成室18內(nèi)部的TDS水平通常達(dá)到1200ppm的水平。還測(cè)量了飲用水28的pH值。pH值略微提高了
0.2-0.4，其與氫氣的溶解有關(guān)。作為對(duì)比，氣體生成室18內(nèi)部的pH值下降到pH3的水平，然后逐漸上升到PH5的水平。
[0081]作為與市場(chǎng)上的“鎂棒”產(chǎn)品的比較，“鎂棒”處理的水的ORP值在24小時(shí)的處理后可能只達(dá)到-50。ORP和氫濃度之間的關(guān)系是對(duì)數(shù)關(guān)系。基于這個(gè)數(shù)據(jù)，本公開的裝置將氫添加到水中的估計(jì)速度比市場(chǎng)上的“鎂棒”產(chǎn)品的速度快50-85倍。
[0082]實(shí)驗(yàn)2:將氫加入熱茶的實(shí)驗(yàn)。
[0083]一旦氣體生成室18被牢固地密封，用400毫升溫度為97 V的新鮮沖泡的茶(立頓綠茶)28充入水儲(chǔ)存隔室10。許多小氣泡立即開始在氣體生成室18的連接壁16的所有表面上出現(xiàn)。測(cè)量ORP值，以估計(jì)溶解到所述水中的氫氣的水平。半小時(shí)中，茶的ORP值降低到低于-250。測(cè)量TDS來估計(jì)是否有鎂離子或者其他離子滲漏到茶28中。TDS值沒有變化，對(duì)于特別的實(shí)施例，TDS值在24小時(shí)的測(cè)試期間保持在173ppm。作為對(duì)照，未處理的茶(沒有添加氫)的ORP值在開始的兩小時(shí)保持在大約+28，然后ORP值在24小時(shí)內(nèi)逐漸地升至+49。作為對(duì)比，“鎂棒”方法不能用于熱茶。
[0084]實(shí)驗(yàn)3:將氫加入熱咖啡。
[0085]一旦氣體生成室18被牢固地密封，用400毫升溫度為100°C的新鮮沖泡的咖啡(Tongkat Ali) 28充入水儲(chǔ)存隔室10。測(cè)量ORP值，以估計(jì)溶解到水中的氫氣的水平。半小時(shí)中，咖啡的ORP值降低到低于-250。測(cè)量TDS來估計(jì)是否有鎂離子或者其他離子滲漏到咖啡28中。咖啡的TDS值沒有變化，對(duì)于特別的實(shí)施例，TDS值在24小時(shí)的測(cè)試期間保持在603ppm。作為對(duì)照，未處理的咖啡(沒有添加氫)的ORP值在開始的兩小時(shí)保持在大約+35，然后ORP值在24小時(shí)內(nèi)逐漸地升至+72。作為對(duì)比，“鎂棒”方法不能用于熱咖啡。
[0086]實(shí)驗(yàn)4:將氫氣加入橙汁的實(shí)驗(yàn)。
[0087]一旦氣體生成室18被牢固地密封，用400毫升溫度為4°C的橙汁(Minute MaidPremium) 28充入水儲(chǔ)存隔室10。測(cè)量ORP值，以估計(jì)溶解到果汁中的氫氣的水平。一小時(shí)中，果汁的ORP值降低到低于-250。測(cè)量TDS來估計(jì)是否有鎂離子或者其他離子滲漏到果汁中。橙汁的TDS值沒有變化，對(duì)于特別的實(shí)施例，TDS值在24小時(shí)的測(cè)試期間保持在2320ppm。作為對(duì)照，未處理的果汁(沒有添加氫)的ORP值保持在大約+80。作為對(duì)比，“鎂棒”方法不能用于橙汁。
[0088]實(shí)驗(yàn)5:將氫加入牛奶的實(shí)驗(yàn)。
[0089] 一旦氣體生成室18被牢固地密封，用400毫升溫度為4°C (并且在處理期間也保持在4°C)的牛奶(2%脂肪)28充入水儲(chǔ)存隔室10。測(cè)量ORP值，以估計(jì)溶解到牛奶中的氫氣的水平。一小時(shí)中，牛奶28的ORP值降低到低于-250。測(cè)量TDS來估計(jì)是否有鎂離子或者其他離子滲漏到牛奶中。TDS值沒有變化，對(duì)于特別的實(shí)施例，TDS值在24小時(shí)的測(cè)試期間保持在2370ppm。作為對(duì)照，未處理的牛奶(沒有添加氫)的ORP值保持在大約+94。作為對(duì)比，“鎂棒”方法不能用于牛奶。
[0090]實(shí)驗(yàn)6:將氫氣加入蘇打飲料(Sprite)的實(shí)驗(yàn)。
[0091]一旦氣體生成室18被牢固地密封，用400毫升的Sprite蘇打水28充入水儲(chǔ)存隔室10。測(cè)量ORP值，以估計(jì)溶解到蘇打水中的氫氣水平。一小時(shí)中，蘇打水的ORP值降低到低于-250。測(cè)量TDS來估計(jì)是否有鎂離子或者其他離子滲漏到蘇打水28中。蘇打水28的TDS值沒有變化，對(duì)于特別的實(shí)施例，TDS值在24小時(shí)的測(cè)試期間保持在198ppm。作為對(duì)照，未處理的蘇打水(沒有添加氫)的ORP值保持在大約+357。作為對(duì)比，“鎂棒”方法不能用于蘇打水。
[0092]實(shí)驗(yàn)7:將氫加入到能量飲料(Gatorade G系列)的實(shí)驗(yàn)。
[0093]一旦氣體生成室18被牢固地密封，用400毫升的Gatorade飲料28充入上部的水儲(chǔ)存隔室10。測(cè)量ORP值，以估計(jì)溶解到飲料中的氫氣的水平。一小時(shí)中，飲料的ORP值降低到低于-250。測(cè)量TDS來估計(jì)是否有鎂離子或者其他離子滲漏到飲料28中。TDS值沒有變化，對(duì)于特別的實(shí)施例，TDS值在24小時(shí)的測(cè)試期間保持在lOlOppm。作為對(duì)照，未處理的飲料(沒有添加氫)的ORP值保持在大約+437。作為對(duì)比，“鎂棒”方法不能用于能量飲料。
[0094]實(shí)驗(yàn)8:將氫加入 酸奶(Chobani)的實(shí)驗(yàn)。
[0095]一旦氣體生成室18被牢固地密封，用100g溫度為4°C的酸奶28充入上部的隔室
10。該處理在4°C進(jìn)行。測(cè)量ORP值，以估計(jì)溶解到酸奶中的氫氣的水平。六小時(shí)中，酸奶28的ORP值降低到低于-250。作為對(duì)照，未處理的酸奶(沒有添加氫)的ORP值保持在大約+283。處理和未處理的酸奶之間的pH值沒有區(qū)別。作為對(duì)比，“鎂棒”方法不能用于酸奶。
[0096]實(shí)驗(yàn)9:將氫加入護(hù)膚乳液(Nivea保濕清爽乳液)的實(shí)驗(yàn)。
[0097]一旦氫氣生成室18被牢固地密封，用100g乳液28充入上部隔室10。測(cè)量ORP值，以估計(jì)溶解到乳液中的氫氣水平。六小時(shí)中，乳液的ORP值降低到低于-250。作為對(duì)照，未處理的乳液(沒有添加氫)的ORP值保持在大約+322。作為對(duì)比，“鎂棒”方法不能用于護(hù)膚乳液。
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【權(quán)利要求】
1.用于將氫氣加入吸氫材料的裝置，所述裝置包括: 氫氣生成室，其中所述氫氣生成室是密封的，并且在其中能夠容納一定量的加壓氫氣，以及 所述氫氣生成室的至少一個(gè)區(qū)域是由氫可滲透的材料制成，其中所述至少一個(gè)區(qū)域是可滲透氫氣的，用于將氫氣從所述室中釋放到吸氫材料中。
2.權(quán)利要求1的裝置，其中所述氫可滲透的材料選自橡膠，硅橡膠，乙烯基甲基硅橡月父，和苯基乙烯基甲基娃橡膠。
3.權(quán)利要求1的裝置，其還包括: 設(shè)置在所述氫氣生成室中的氫氣生成料倉(cāng)，所述氫氣生成料倉(cāng)包括生成氫氣的化學(xué)品O
4.權(quán)利要求1的裝置，其還包括: 設(shè)置在所述氫氣生成室中的鎂和檸檬酸，其用于在所述氫氣生成室中產(chǎn)生氫氣。
5.權(quán)利要求1的裝 置，其中所述至少一種吸氫材料的溫度范圍為O至100°C。
6.權(quán)利要求1的裝置，其中所述至少一種吸氫材料選自水，飲料，流體食品，半固體食品，化妝品液體，化妝品乳膏，以及其組合。
7.權(quán)利要求1的裝置，其中所述氫氣生成室是由氫可滲透的材料制成。
8.使用權(quán)利要求1的裝置將氫氣加入吸氫材料中的方法，所述方法包括以下步驟: 提供設(shè)置在鄰近所述氫氣生成室的至少一種吸氫材料； 在所述氫氣生成室內(nèi)產(chǎn)生氫氣；以及 通過氫氣可滲透的材料釋放氫氣并且進(jìn)入到所述至少一種吸氫材料中。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述氫氣生成室由選自橡膠，硅橡膠，乙烯基甲基硅橡膠，和苯基乙烯基甲基娃橡I父的材料制成。
10.權(quán)利要求8的方法，其還包括以下步驟: 將氫氣生成料倉(cāng)設(shè)置在所述氫氣生成室內(nèi)；和 使至少一種氫氣生成化學(xué)品在所述氫氣生成料倉(cāng)內(nèi)反應(yīng)。
11.權(quán)利要求8的方法，其還包括以下步驟: 使鎂和檸檬酸在所述氫氣生成室內(nèi)混合，以形成氫氣。
12.權(quán)利要求8的方法，其還包括以下步驟: 使所述至少一種吸氫材料的溫度在O至100°C變化。
13.權(quán)利要求8的方法，其中所述至少一種吸氫材料選自水，飲料，流體食品，半固體食品，化妝品液體，化妝品乳膏，以及其任何組合。
14.權(quán)利要求8的方法，其中所述氫氣生成室由所述氫氣可滲透的材料制成。
15.料倉(cāng)裝置，其包含: 殼體，其中所述殼體能夠使材料通過所述殼體；以及 至少一種能夠產(chǎn)生氫氣的化學(xué)品。
16.權(quán)利要求15的料倉(cāng)裝置，其中所述殼體對(duì)所述材料是可滲透的。
17.權(quán)利要求15的料倉(cāng)裝置，其中所述殼體在所述材料中是可溶的。
18.權(quán)利要求15的料倉(cāng)裝置，其中所述殼體是可破碎的。
19.權(quán)利要求15的料倉(cāng)裝置，其中所述產(chǎn)生氫氣的化學(xué)品是鎂和檸檬酸中的至少一種。
20.使用權(quán)利要求15的料倉(cāng)裝置的方法，其包括以下步驟: 將所述料倉(cāng)裝置置于含有所述材料的容器中； 將所述料倉(cāng)裝置中的所述化學(xué)品暴露于所述容器中的所述材料； 當(dāng)所述料倉(cāng)裝置中的所述化學(xué)品暴露于所述容器中的所述材料時(shí)形成氫氣；以及 將氫氣釋放到所述容 器中。
【文檔編號(hào)】A23C9/152GK104016470SQ201410075846
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月1日
【發(fā)明者】王美嶺, 黃莉莉 申請(qǐng)人:百泉利康