本发明涉及富氢水制备技术领域，尤其涉及一种用于制备富氢水的还原抗菌材料及其制备方法。
背景技术：
众所周知，人的疾病以及衰老最终都可归结为人的细胞受损，造成细胞病态或者老化的主要元凶就是过剩的氧自由基。氢分子生物医学效应研究表明：富含氢气的水(富氢水)具有清除体内过剩氧自由基的作用。
迄今，产生富氢水的方法主要有两大类：一类是电解式(包括电解水机、电解水杯)；另一类是非电解式(包括多孔金属陶瓷复合材料、纳米气泡等)。
电解技术主要原理是通过pt电极电解水产生氢和氧，并通过离子膜将氧阻隔释放出氢，但是通过电解产生的水无抗菌的效果，此外对水分子结构并无影响，无法起到水活化的效果。
纳米气泡技术主要是将纳米级气泡通过高压混入水中，扩大溶解。但是通过此技术产生的水，还原性无法长时间保持。
多孔金属陶瓷复合材料主要通过金属镁或是含镁材料对水的还原作用快速产生氢并溶于水，但是其缺点是还原性较低。
在公告号为cn105084468b的专利中，公开了一种制造富氢水的合金陶瓷材料，其具有制造富氢水、弱碱水和负电位水三大功能，还具有抗菌和活化水的作用。经测试，按质量比：1份合金陶瓷与10份水，制造的富氢水中氢分子的含量可达到300～800ppb，水中氧17的半峰宽分布在65～85赫兹。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明的一个目的在于提供一种还原抗菌材料及其制备方法，解决现有技术中用于制备富氢水的材料还原性低、成本高、使用寿命短的问题。
本发明的另一个目的在于提供一种还原抗菌材料及其制备方法，有利于降低水分子团的大小，提高水活性，使水更容易被吸收。
为实现以上目的，本发明提供一种还原抗菌材料，包括：25～90质量份的基材、15～55质量份的还原剂、5～35质量份的抗菌剂以及10～30质量份的粘结剂；所述基材包括麦饭石、粘土、电气石、氧化铁、氧化硅、氧化钙以及硅藻土；所述还原剂包括金属镁粉、氧化镁粉、氧化锆、氧化钛、铁粉、纳米锌；所述抗菌剂包括纳米锌、氧化钛、氧化铈、纳米银、铜；所述粘结剂包括水，以及羧丙基纤维素、凹凸棒、高岭土中的一种或几种。
所述基材中的麦饭石的矿物组成主要为斜长石、钾长石、石英，其次有黑云母或角闪石，尚有微量磷灰石等，后生矿物主要有高岭石、蒙脱石、绿泥石等。麦饭石经过研磨、活化处理后具有吸附性、离子交换性等特征，其与氧化铁、电气石及所述抗菌剂和所述还原剂的金属成分产生电化学反应，对水中的金属离子有一定的吸附作用。
所述还原剂中的铁粉与镁、锌、铜形成不同电位差的原电池，并与氧化钛作用生成tife，联合作用产氢量可提升20％～30％。
所述抗菌组分中的纳米锌和纳米银与钛、铈、镁组成五元抗菌组分，在提升抗菌效果的同时，提升了整体材料的电势能，有利于增强产氢效果，使得本发明的所述还原抗菌材料的有效使用寿命比传统材料提高了40％～60％。
此外，所述还原剂中的铁粉和镁粉的使用可以有效遏制传统材料中氢氧化镁析出和水质钙镁离子偏高的问题。
进一步地，所述基材中各组分的重量百分比如下：麦饭石10％～45％、粘土5％～30％、电气石15％～45％、氧化铁10％～50％、氧化硅15％～55％、氧化钙5％～40％以及硅藻土3％～33％。
进一步地，所述还原剂中各组分的重量百分比如下：金属镁粉15％～70％、氧化镁粉10％～65％、氧化锆2％～15％、氧化钛10％～35％、铁粉5％～30％、纳米锌1％～30％。
进一步地，所述抗菌剂中各组分的重量百分比如下：纳米锌10％～60％、氧化钛15％～55％、氧化铈1％～40％、纳米银0.5％～10％、铜10％～30％。
进一步地，所述粘结剂中各组分的重量百分比如下：水25％～75％、羧丙基纤维素5％～35％、凹凸棒10％～60％、高岭土5％～30％。
进一步地，所述还原抗菌材料成型为颗粒型、圆片型、柱型、方块型、管型或心型。
为实现以上目的，本发明还提供一种还原抗菌材料制备方法，包括以下步骤：
将麦饭石、粘土、电气石、氧化铁、氧化硅、氧化钙以及硅藻土混合研磨至粒径小于600μm，得到基材；
将纳米锌、氧化钛、氧化铈、纳米银、铜混合研磨至粒径小于65μm，得到抗菌剂；
将金属镁粉、氧化镁粉、氧化锆、氧化钛、铁粉、纳米锌混合，得到还原剂；
将水，以及羧丙基纤维素、凹凸棒、高岭土中的一种或几种混合，得到粘结剂；
将基材、抗菌剂以及还原剂加入混料机混合1～8h，得到混合物料；
将所述混合物料加入成球机或冲压机成型，成型过程中不断喷洒粘结剂；
成型后对材料进行烘焙，得到还原抗菌材料。
所述抗菌材料做成直径为1～30mm的球型，或者在模具内冲压成壁厚3～50mm、高度3～50mm的实心或中空异形体。所述抗菌材料的孔隙率为30％～80％，抗压强度大于50mpa。
进一步地，成型后对材料进行烘焙时，烘焙温度为150℃～500℃，烘焙时间为0.3～3h。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的还原抗菌材料的产氢量高达1200ppb，并且能够与沸水反应，增加了还原抗菌材料的应用范围；
(2)本发明的还原抗菌材料制备富氢水时，反应时间为5～120s，有效持续时间超过720小时，相比于现有技术，提高了制备富氢水的效率，降低了使用成本，延长了产品的使用周期；
(3)本发明的还原抗菌材料与水接触后产生大量的氢气，实现了水分子的重组，重组过程中打散现有分子团，降低水分子团的大小，经过核磁共振波谱测试，经过本发明的还原抗菌材料处理的水，其氧17半峰宽为45赫兹，优于目前所知的60赫兹的小分子水，使水更容易吸收；
(4)由于还原抗菌材料具有数量可观的空隙，在与水接触的过程中，氢气不断地释放出，可以保证水中含氢量长时间保持在1200ppb以上，解决了现有技术中富氢水中溶解氢无法长时间稳定保持的问题。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例1
提供一种还原抗菌材料，包括如下重量份的原料：25份基材、15份还原剂、5份抗菌剂、10份粘结剂；
其中，所述基材中各组分的重量百分比如下：麦饭石10％、粘土5％、电气石45％、氧化铁10％、氧化硅15％、氧化钙5％以及硅藻土10％；
其中，所述还原剂中各组分的重量百分比如下：金属镁粉15％、氧化镁粉65％、氧化锆2％、氧化钛10％、铁粉5％、纳米锌3％；
其中，所述抗菌剂中各组分的重量百分比如下：纳米锌10％、氧化钛55％、氧化铈1％、纳米银4％、铜30％；
其中，所述粘结剂中各组分的重量百分比如下：水50％、羧丙基纤维素5％、凹凸棒40％、高岭土5％；
所述还原抗菌材料通过以下步骤制备：
将麦饭石、粘土、电气石、氧化铁、氧化硅、氧化钙以及硅藻土混合研磨至粒径小于600μm，得到基材；
将纳米锌、氧化钛、氧化铈、纳米银、铜混合研磨至粒径小于65μm，得到抗菌剂；
将金属镁粉、氧化镁粉、氧化锆、氧化钛、铁粉、纳米锌混合，得到还原剂；
将水、羧丙基纤维素、凹凸棒、高岭土混合得到粘结剂；
将基材、抗菌剂以及还原剂加入混料机混合1h，得到混合物料；
将所述混合物料加入成球机或冲压机成型，成型过程中不断喷洒粘结剂；
成型后对材料进行烘焙，烘焙温度为150℃，烘焙时间为3h，得到还原抗菌材料。
所述抗菌材料的孔隙率为30％～80％，抗压强度大于50mpa。
实施例2
提供一种还原抗菌材料，包括如下重量份的原料：50份基材、25份还原剂、10份抗菌剂、20份粘结剂；
其中，所述基材中各组分的重量百分比如下：麦饭石45％、粘土5％、电气石15％、氧化铁10％、氧化硅15％、氧化钙5％以及硅藻土5％；
其中，所述还原剂中各组分的重量百分比如下：金属镁粉50％、氧化镁粉10％、氧化锆10％、氧化钛10％、铁粉15％、纳米锌5％；
其中，所述抗菌剂中各组分的重量百分比如下：纳米锌60％、氧化钛15％、氧化铈14％、纳米银1％、铜10％；
其中，所述粘结剂中各组分的重量百分比如下：水40％、凹凸棒60％；
所述还原抗菌材料通过以下步骤制备：
将麦饭石、粘土、电气石、氧化铁、氧化硅、氧化钙以及硅藻土混合研磨至粒径小于600μm，得到基材；
将纳米锌、氧化钛、氧化铈、纳米银、铜混合研磨至粒径小于65μm，得到抗菌剂；
将金属镁粉、氧化镁粉、氧化锆、氧化钛、铁粉、纳米锌混合，得到还原剂；
将水、凹凸棒混合得到粘结剂；
将基材、抗菌剂以及还原剂加入混料机混合5h，得到混合物料；
将所述混合物料加入成球机或冲压机成型，成型过程中不断喷洒粘结剂；
成型后对材料进行烘焙，烘焙温度为300℃，烘焙时间为2h，得到还原抗菌材料。
所述抗菌材料的孔隙率为30％～80％，抗压强度大于50mpa。
实施例3
提供一种还原抗菌材料，包括如下重量份的原料：90份基材、55份还原剂、35份抗菌剂、30份粘结剂；
其中，所述基材中各组分的重量百分比如下：麦饭石20％、粘土20％、电气石15％、氧化铁20％、氧化硅15％、氧化钙5％以及硅藻土5％；
其中，所述还原剂中各组分的重量百分比如下：金属镁粉30％、氧化镁粉30％、氧化锆5％、氧化钛10％、铁粉15％、纳米锌10％；
其中，所述抗菌剂中各组分的重量百分比如下：纳米锌20％、氧化钛20％、氧化铈40％、纳米银10％、铜10％；
其中，所述粘结剂中各组分的重量百分比如下：水30％、羧丙基纤维素35％、凹凸棒20％、高岭土15％；
所述还原抗菌材料通过以下步骤制备：
将麦饭石、粘土、电气石、氧化铁、氧化硅、氧化钙以及硅藻土混合研磨至粒径小于600μm，得到基材；
将纳米锌、氧化钛、氧化铈、纳米银、铜混合研磨至粒径小于65μm，得到抗菌剂；
将金属镁粉、氧化镁粉、氧化锆、氧化钛、铁粉、纳米锌混合，得到还原剂；
将水、羧丙基纤维素、凹凸棒、高岭土混合得到粘结剂；
将基材、抗菌剂以及还原剂加入混料机混合1h，得到混合物料；
将所述混合物料加入成球机或冲压机成型，成型过程中不断喷洒粘结剂；
成型后对材料进行烘焙，烘焙温度为500℃，烘焙时间为0.3h，得到还原抗菌材料。
所述抗菌材料的孔隙率为30％～80％，抗压强度大于50mpa。
实施例4
提供一种还原抗菌材料，包括如下重量份的原料：55份基材、20份还原剂、5份抗菌剂、20份粘结剂；
其中，所述基材中各组分的重量百分比如下：麦饭石30％、粘土5％、电气石25％、氧化铁10％、氧化硅10％、氧化钙1％以及硅藻土10％；
其中，所述还原剂中各组分的重量百分比如下：金属镁粉45％、氧化镁粉25％、氧化锆5％、氧化钛5％、铁粉15％、纳米锌5％；
其中，所述抗菌剂中各组分的重量百分比如下：纳米锌30％、氧化钛20％、氧化铈20％、纳米银10％、铜20％；
其中，所述粘结剂中各组分的重量百分比如下：水50％、羧丙基纤维素10％、凹凸棒20％、高岭土20％；
所述还原抗菌材料通过以下步骤制备：
将麦饭石、粘土、电气石、氧化铁、氧化硅、氧化钙以及硅藻土混合研磨至粒径小于600μm，得到基材；
将纳米锌、氧化钛、氧化铈、纳米银、铜混合研磨至粒径小于65μm，得到抗菌剂；
将金属镁粉、氧化镁粉、氧化锆、氧化钛、铁粉、纳米锌混合，得到还原剂；
将水、羧丙基纤维素、凹凸棒、高岭土混合得到粘结剂；
将基材、抗菌剂以及还原剂加入混料机混合1h，得到混合物料；
将所述混合物料加入成球机或冲压机成型，成型过程中不断喷洒粘结剂；
成型后对材料进行烘焙，烘焙温度为450℃，烘焙时间为3h，得到还原抗菌材料。
将实施例1～4制备得到的还原抗菌材料用于制造富氢水，并对生成的富氢水进行以下测试。将1质量份的还原抗菌材料加入10质量份的水中，5s后，水中氢气含量为(50ppm～100ppm)；2min后，水中氢气含量达到1200ppb；24小时后再次测试水中氢气含量仍然保持在(1200ppb～1500ppb)；720小时后，再次测试水中氢气含量为(100ppb～500ppb)。
将1质量份的还原抗菌材料加入10质量份的水中，1小时后，经检测水中氧17的半峰宽为45赫兹。
将1质量份的还原抗菌材料加入10质量份的水中，经测量ph值为7.8～9.0；tds值(ppm)为150～210；orp值(mv)为-105～-650。
将1质量份的还原抗菌材料加入10质量份的水中，将水倒入玻璃瓶中，放入生锈的铁钉和铜钉，将瓶盖拧紧密闭。3h后铁锈和铜锈有明显的脱落，8h后铁钉和铜钉上的锈迹基本脱落。
将1质量份的还原抗菌材料加入10质量份的水中，将水到入玻璃瓶中，放入未生锈的铁钉和铜钉，将瓶盖拧紧密闭。在另一个玻璃瓶内放入等量未处理的水，放入未生锈的铁钉和铜钉，将瓶盖拧紧密闭。经过3h未处理水中的铁钉上观察到有轻微的锈迹生成，铜钉上没有明显变化；处理水中的铁钉和铜钉没有变化；8h未处理水中的铁钉上观察到有明显的锈迹生成，铜钉上没有轻微氧化变色；处理水中的铁钉和铜钉没有变化；24h未处理水中的铁钉上观察到有明显的锈迹生成，铜钉上有明显的氧化变色；处理水中的铁钉和铜钉没有变化。
以上试验说明本发明的材料在水中可以生成一定量的氢，并高于现有技术；本发明的材料对水分子团有一定的改变，氧17的半峰宽为45赫兹，明显优于目前市面上类似产品(氧17的半峰宽为65赫兹以上)；铁钉、铜钉的实验证明本材料有显著的还原抗氧化作用。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。