本發明專利技術公開了一種固體聚合物電解質膜電極氫水發生裝置和應用。所述裝置，包括氫水發生單元、氧氣導出管和封裝元件，氫水發生單元包括由下往上依次設置的氧析出集流片、固體聚合物電解質膜和氫析出集流片，封裝元件用于封裝氫水發生單元，避免裝置漏水和電流短路，氧氣導出管用于將電解產生的氧氣導流至大氣環境中；該裝置可應用于便攜式富氫水杯，安置于杯子底部，并使氫析出集流片與杯中的水接觸，以氧析出集流片接正極，氫析出集流片接負極，向該裝置供給3.7～5.5V直流電，可生成高濃度的富氫水，用于健康水醫療保健領域。與傳統技術相比，能夠實現氫氧的有效分離，從根本上去除臭氧在飲水中的溶解，得到高純度、高含量的氫水。
【技術實現步驟摘要】
固體聚合物電解質膜電極氫水發生裝置及制備方法和應用
本專利技術涉及健康水醫療保健領域，更具體的涉及一種固體聚合物電解質膜電極氫水發生裝置及其制備方法和在富氫保健飲水杯中的應用。
技術介紹
水是生命之源，人體組織約70％由水組成，飲水安全與健康是關乎人類生存問題的首要課題。《中國水網》雜志曾指出：“全世界80％以上疾病和33％的死亡與受污染的飲用水有關。”“人類健康的十大危機，不潔飲水首當其沖”。因此可以說“水質決定體質”。在中國，隨著水污染問題變得日益嚴峻，以及人們保健意識的不斷增強，人們對“健康飲水”越來越重視。此外，在水飲市場上，人類的消費需求的逐漸呈現出多元化的趨勢，消費者在考慮單純的解渴、消暑的同時，越來越注重產品的健康元素。營養、美容甚至醫療保健等附加因素將成為人們選擇水飲的重要考量。眾所周知，人的疾病和衰老最終都可以歸結為細胞受損與老化，其主要元兇就是過剩的氧自由基。人體產生氧自由基的方式多樣，呼吸、飲食、紫外線、吸煙、飲酒、手電磁輻射、精神情緒波動較大時均可產生。消除對人體過多的氧自由基有利于減少疾病、延緩衰老已成為醫學界的共識。氫氣是一種無色，無味，無毒，無嗅的氣體，體積小，具有較強的還原性。氫氣一個比較明顯的特點就是強大的穿透性，可以非常容易的進入細胞內如細胞核和線粒體等任何部位與氧自由基結合生成水，而使多余的氧自由氫被清除。它的這種獨特性質，決定了它可以用于進行生命體并進行治療疾病的一個重要特征。富氫水，顧名思義是溶解有活性氫元素的水。富氫水飲料有望成為飲料市場的新寵和主流發展趨勢。富氫水不僅潔凈，還富有能量，水在微觀結構上呈現小分子活水團，可實現負離子深度吸收。人們通過飲水富氫水，可以利用溶解于其中的活性氫中和體內多余的活性氧(H2+O＝H2O)結合成水并隨尿液排出體外，幫助細胞新陳代謝，凈化血液，使血液暢通，代謝旺盛，預防多種疾病，增進人體健康。與常規藥物相比，富氫水安全、綠色環保對人體沒有任何毒副作用，也沒有明確的禁忌癥與禁忌人群；而許多藥物無法進入到細胞內部的子結構，而無法根除氧自由基，同時也可能會產生其它的毒副作用。所以，富氫水的產業化符合我國食品工業“營養、衛生、方便”的發展趨勢。經過日本臨床多年的研究證明，富氫水對糖尿病、癌癥、皮膚病、過敏癥、美容和抗衰老具有強大的預防和治療作用，是目前世界發現的最為有效的抗氧化還原劑，可以有效排除身體各種毒素，抑制疾病的產生，被日本人稱為“圣水”。我國鐘南山院士在2016.04在世界胸科大會“氫分子醫學與肺部疾病”衛星會上宣稱：“氫分子主要針對慢性疾病，最基本的是抗氧化應激的加強作用，不是單純修復作用，有利于基體恢復，理念是對因治療不是對癥治療，比如腫瘤學說是氧化應激加強，去除氧化應激，腫瘤也很難長。長期在室外作業的交警，環衛工人，通過氫氣吸入能夠對霧霾清除氧化自由基的清除有促進作用，即使吸入污染空氣也會產生氧化應激作用，目前正在進行試驗。”鐘南山院士指出：“由于氫氣的獨特性質，使得氫氣在肺部疾病治療中潛在的積極作用備受關注，醫學界專家對氫分子醫學的研究發展迅速，可以說，中國在氫分子醫學研究領域發展前景廣闊”。富氫水杯是一種便攜式氫水發生器，主要通過電解水的方式獲得氫氣，在日、韓等地十分暢銷，國內市場則剛剛起步。但目前市售的富氫水杯絕大多數難以實現氫和氧的有效分離，造成氫的純度低；在電解水的過程中還會產生對人體有害的臭氧，難以清除；此外，此類水杯只能電解非純水(如礦物質水)，對于純水，由于其電解質含量極量無法進行離子傳導而造成水的電解無法進行。因此，市場上更需要一款有夠有效解決上述問題的產品。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種固體聚合物電解質膜電極氫水發生裝置并應用于便攜式富氫水杯，能夠實現氫氧的有效分離，從根本上去除臭氧在飲水中的溶解，得到高純度、高含量的氫水；同時該裝置可用純水進行電解，適用性更廣。為實現上述目的，本專利技術是這樣實現的：一種固體聚合物電解質膜電極氫水發生裝置，包括氫水發生單元、氧氣導出管和封裝元件，所述氫水發生單元包括由下往上依次設置的氧析出集流片、固體聚合物電解質膜和氫析出集流片，所述封裝元件用于封裝所述氫水發生單元，所述氧氣導出管用于將電解產生的氧氣導流至大氣環境中；與所述氧析出集流片相對的固體聚合物電解質膜一側表面通過具有質子傳導功能的粘接劑涂覆有析氧催化劑層，與所述氫析出集流片相對的固體聚合物電解質膜一側表面通過具有質子傳導功能的粘接劑涂覆有析氫催化劑層，所述析氫催化劑為納米鉑黑、碳載鉑、納米銥、碳載銥中的任意一種，所述析氧催化劑為納米銥、納米氧化銥、納米鉑、納米氧化鉑、納米釕、納米二氧化釕中的任意一種。優選地，所述氫析出集流片為負極極片，所述氫析出集流片的基底為鈦或鈦合金材質，開孔率為40～80％。更優選地，所述氫析出集流片表面還修飾有一層金屬，所述金屬為鉑、銥、鈀、釕的至少一種。優選地，所述氧析出集流片為正極極片，所述氧析出集流片的基底為鈦或鈦合金材質，開孔率為40～80％。更優選地，所述氧析出集流片表面還修飾有一層金屬，所述金屬為鉑、銥、鈀、釕的至少一種。優選地，所述析氫催化劑層和所述粘接劑按照質量比1：0.5～2.0的比例混合后，涂覆于所述固體聚合物電解質膜一側表面，固體聚合物電解質膜上單位面積的催化劑擔載量為0.5～4mg/cm2。更優選地，所述析氧催化劑層和所述粘接劑按照質量比1：0.5～2.0的比例混合后，涂覆于所述固體聚合物電解質膜另一側表面，固體聚合物電解質膜上單位面積的催化劑擔載量為0.5～5mg/cm2。本專利技術還提供了該固體聚合物電解質膜電極氫水發生裝置的制備方法，具體按照如下步驟實施：S1：將析氫催化劑混以具有質子傳導功能的粘接劑涂覆于固體聚合物電解質膜電極一側，析氫催化劑與粘接劑按照質量比1：0.5～2.0的比例混合，固體聚合物電解質膜上單位面積的催化劑擔載量為0.5～4mg/cm2；S2：將析氧催化劑混以具有質子傳導功能的粘接劑涂覆于固體聚合物電解質膜另外一側，析氧催化劑與粘接劑按照質量比1：0.5～2.0的比例混合；固體聚合物電解質膜上單位面積的催化劑擔載量為0.5～5mg/cm2；S3：將涂覆有催化劑的固體聚合物電解質膜在120～180℃，1～5Mpa條件下熱壓2～5min后取出，自然冷卻后裁剪至所需形狀；S4：按照自下而上的裝配順序裝配氧析出集流片、固體聚合物電解質膜和氫析出集流片，得到氫水發生單元，將所述氫水發生單元用封裝元件進行密封，并設置將電解產生的氧氣導流至大氣環境中的氧氣導出管。優選地，本專利技術提供的固體聚合物電解質膜電極氫水發生裝置在富氫水杯中的應用。更優選地，應用于富氫水杯中時，將所述固體聚合物電解質膜電極氫水發生裝置安置于杯子底部，氫析出集流片與杯中的水接觸；外電路對所述固體聚合物電解質膜電極氫水發生裝置供給直流電，氧析出集流片接正極，氫析出集流片接負極，供給的直流電壓范圍為3.7～5.5V。相對于現有技術，本專利技術具有如下有益效果：1)完全實現氫氧分離，使產生的水中僅溶存活性氫，純度可達99.99％。2)水中溶存活性氫含量高，可達1500ppb。3)對水質適應性更強，可使用純水進行電解制氫。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種固體聚合物電解質膜電極氫水發生裝置，其特征在于，包括氫水發生單元、氧氣導出管和封裝元件，所述氫水發生單元包括由下往上依次設置的氧析出集流片、固體聚合物電解質膜和氫析出集流片，所述封裝元件用于封裝所述氫水發生單元，所述氧氣導出管用于將電解產生的氧氣導流至大氣環境中；與所述氧析出集流片相對的固體聚合物電解質膜一側表面通過具有質子傳導功能的粘接劑涂覆有析氧催化劑層，與所述氫析出集流片相對的固體聚合物電解質膜一側表面通過具有質子傳導功能的粘接劑涂覆有析氫催化劑層，所述析氫催化劑為納米鉑黑、碳載鉑、納米銥、碳載銥中的任意一種，所述析氧催化劑為納米銥、納米氧化銥、納米鉑、納米氧化鉑、納米釕、納米二氧化釕中的任意一種。
【技術特征摘要】
1.一種固體聚合物電解質膜電極氫水發生裝置，其特征在于，包括氫水發生單元、氧氣導出管和封裝元件，所述氫水發生單元包括由下往上依次設置的氧析出集流片、固體聚合物電解質膜和氫析出集流片，所述封裝元件用于封裝所述氫水發生單元，所述氧氣導出管用于將電解產生的氧氣導流至大氣環境中；與所述氧析出集流片相對的固體聚合物電解質膜一側表面通過具有質子傳導功能的粘接劑涂覆有析氧催化劑層，與所述氫析出集流片相對的固體聚合物電解質膜一側表面通過具有質子傳導功能的粘接劑涂覆有析氫催化劑層，所述析氫催化劑為納米鉑黑、碳載鉑、納米銥、碳載銥中的任意一種，所述析氧催化劑為納米銥、納米氧化銥、納米鉑、納米氧化鉑、納米釕、納米二氧化釕中的任意一種。2.根據權利要求1所述的固體聚合物電解質膜電極氫水發生裝置，其特征在于，所述氫析出集流片為負極極片，所述氫析出集流片的基底為鈦或鈦合金材質，開孔率為40～80％。3.根據權利要求2所述的固體聚合物電解質膜電極氫水發生裝置，其特征在于，所述氫析出集流片表面還修飾有一層金屬，所述金屬為鉑、銥、鈀、釕的至少一種。4.根據權利要求1所述的固體聚合物電解質膜電極氫水發生裝置，其特征在于，所述氧析出集流片為正極極片，所述氧析出集流片的基底為鈦或鈦合金材質，開孔率為40～80％。5.根據權利要求4所述的固體聚合物電解質膜電極氫水發生裝置，其特征在于，所述氧析出集流片表面還修飾有一層金屬，所述金屬為鉑、銥、鈀、釕的至少一種。6.根據權利要求1所述的固體聚合物電解質膜電極氫水發生裝置，其特征在于，所述析氫催化劑層和所述粘接劑按照質量比1：0.5～2.0的比例混合后，涂覆于所述固體聚合物電解質膜一側表面，固體聚合物電解質膜上單位面積的催化劑擔...
【專利技術屬性】
技術研發人員：姚川，付華峰，張時星，孫紅，張森，羅超偉，陳佳盈，邢麗花，
申請(專利權)人：許昌學院，
類型：發明
國別省市：河南,41
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