一种富氢离子小分子团簇水及其制备方法和装置与流程

本发明属于电化学，具体涉及一种富氢离子小分子团簇水及其制备方法和装置。

背景技术：

1、水在人体起到促进消化、调节体温、代谢废物以及运输营养等作用，水质对人体的体质起着重要的决定性作用。在自然界中，水不能以单分子状态的形式存在。2021年2月，意大利米兰大学michele ceotto课题组在化学科学杂志发布：水分子团簇的最小单元是21个水分子，社会上宣传的6角型的小分子团簇水，违背水的氢键基本理论，实际上根本不存在！(alessandro rognoni,et al,how many water molecules are needed to solvatedone？，chem.sci.202112:2060-2064)。这些水分子团簇是随机、无定形的链状线团，其溶解能力和渗透力都很低，不易被动物、植物和人吸收。

2、富氢水是指含有氢分子的水，具有一定的保健功效。富氢水可以活化人体细胞，延缓衰老，增强人体免疫力，促进消化排泄功能，软化血管，深入血管内皮间隙等组织清除沉淀物，活化细胞组织，促进血液循环和新陈代谢等。由于氢分子的分子直径非常小，因此富氢水对容器的材料要求非常高，而且一旦容器打开暴露大气，水中绝大部分氢分子将外溢到大气中，而难以将其送入人体。

3、综上所述，如何制备富氢的小分子团簇水，是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种富氢离子小分子团簇水及其制备方法和装置，本发明提供的富氢离子小分子团簇水具有良好的保健功效，保质期长。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种富氢离子小分子团簇水的制备方法，包括以下步骤：

4、采用阳极电极和阴极电极对电中性水进行电解，得到氢离子水；

5、将所述氢离子水以0.001～10l/min流速通过所述阴极电极，得到富氢离子小分子团簇水。

6、优选的，所述电解的电压为10～300000v。

7、优选的，所述电解的温度为室温。

8、优选的，所述电中性水为去离子水。

9、本发明还提供了一种制备富氢离子小分子团簇水的装置，包括以下设备：

10、电解池a001；所述电解池a001设置有高压电源b001、阳极电极b002、阴极电极b003、氧气隔膜b004、自控电磁阀b005、入水口b006和出水口b007；

11、所述电解池a001的形状为一端封闭的倒u形；

12、所述阳极电极b002设置于所述电解池a001的封闭端；

13、所述阳极电极b002与所述高压电源b001的正极相连；

14、所述阴极电极b003与所述高压电源b001的负极相连；

15、所述氧气隔膜b004分隔所述阳极电极b002和阴极电极b003；

16、所述自控电磁阀b005设置于所述电解池a001的封闭端；

17、所述电解池a001的出水口b007设置于所述阴极电极b003的上端和下端之间；

18、输水泵a002；所述输水泵a002设置有入水口c001和出水口c002；所述输水泵a002的出水口c002与所述电解池a001的入水口b006相连；

19、原料水储罐a003；所述原料水储罐a003与所述输水泵a002的入水口c001相连；

20、产品储罐a004；所述电解池a001的出水口b007插入所述产品储罐a004中。

21、优选的，所述阴极电极b003的尖端外凸出电解池a001开口端的底面的长度为0.1～100mm。

22、优选的，所述阳极电极b002的形状为单片状或单柱状；所述阴极电极b003的形状为单刀片状、单柱针状、阵列式刀片状或阵列式柱针状。

23、优选的，所述输水泵a002为食品级输水泵或医疗级输水泵，所述输水泵a002的功率为1～2000w。

24、本发明还提供了一种利用上述方案所述装置制备富氢离子小分子团簇水的方法，包括以下步骤：

25、将电中性水通过输水泵a002泵入电解池a001，所述阳极电极b002和阴极电极b003接通高压电源b001对所述电解池a001内的电中性水进行电解，得到氢离子和氢氧根离子；

26、所述氢氧根离子在所述阴极电极b003产生的电场作用下游向并接触阳极电极b002，得到水和氧气；自控电磁阀b005达到气压高阈值后打开释放所述氧气；

27、所述氢离子与水的混合液以0.001～10l/min流速通过所述阴极电极b003，得到富氢离子小分子团簇水。

28、本发明还提供了上述方案所述制备方法或上述方案所述方法得到的富氢离子小分子团簇水，所述富氢离子小分子团簇水的带电量为1×10-9～1×10-5c/ml，氢离子浓度为1×10-7～1×10-2mol/l。

29、本发明提供了一种富氢离子小分子团簇水的制备方法。本发明在电中性的水中施加高电压进行电解，电解产生氢离子和氢氧根离子，反应方程式为：h2o(电解)＝h++oh-(i)；电解产生的氢离子与水混合高速通过阴极，降低氢离子与阴极的接触时间和接触概率，让氢离子难以得到电子结合而形成氢气。本发明中阴极的尖端部分在高电压的作用下产生强电场，将电中性水打碎成小分子团簇水，同时将电解产生的氢离子与小分子团簇水在强电场区再次极化组合，极化后的小分子团簇水的负端在强电场的作用下与氢离子形成静电吸附作用，使小分子团簇水包裹着氢离子，离开电场区，制备得到富氢离子小分子团簇水；电解产生的氢氧根离子向阳极移动并接触阳极，向阳极输送电子产生水和氧气，反应方程式为：2oh--2e-＝h2o+1/2o2(ii)。实施例测试结果表明，本发明制备的富氢离子小分子团簇水，包装容量小于3000ml时保质期不少于12个月，包装容量大于或等于3000ml时保质期不少于1个月。

30、本发明还提供了一种制备富氢离子小分子团簇水的装置。本发明提供的装置结构简单，操作方便，绿色环保，成本低廉，具有大规模应用的前景。

31、本发明还提供了一种利用上述方案所述装置制备富氢离子小分子团簇水的方法。本发明通过高压电源b001以及与其连接的阳极电极b002和阴极电极b003向电中性水施加高电压，电解池a001中发生电解产生氢离子，氢离子与水在电场的作用下向阴极电极b003运动，并在输水泵a002的作用下一起高速通过阴极电极b003，从而降低氢离子与阴极电极b003的接触几率，使氢离子得到很少电子结合而形成更少的氢气，从而大大降低氢离子的损失，提高氢离子水的产量。

32、在进行电解时，本发明将阴极电极b003的尖端部分外凸出电解池a001底面，在高电压的作用下阴极电极b003的尖端处产生强电场，将部分液态的大分子团簇水(大于21个水分子组成)打碎成小分子团簇水，同时将电解产生的氢离子与小分子团簇水在强电场区再一次极化，极化后的小分子团簇水的负端在强电场的作用下与氢离子形成静电吸附作用，使小分子团簇水包裹着氢离子，离开电场区，制备得到带电的液体，收集在产品储罐a004中。

33、同时，本发明装置中电解池a001电解产生的氢氧根负离子在电场的作用下向阳极电极b002方向移动，并与阳极接触，向阳极电极b002输送电子形成水和氧气，由于氧气隔膜b004的作用，氧气难以通过氧气隔膜b004向阴极电极b003方向运动，阳极电极b002的氧气的压力会越来越高，一旦压力达到设定值自控电磁阀b005开启，自动切断高压电源b001和输水泵a002，将氧气泄放，当氧气压力低于设定值后重复上述过程。

34、本发明还提供了上述方案所述方法得到的富氢离子小分子团簇水，所述富氢离子小分子团簇水的带电量为带电量为1×10-9～1×10-5c/ml，氢离子浓度为1×10-7～1×10-2mol/l，加温后氢离子浓度为1×10-5.5～1×10-2.3mol/l，ph值在5.0～7.0之间，电导率(25±1℃)≥5.0μs/cm。本发明的富氢离子小分子团簇水保质期长，饮用后对人体具有良好的保健功效。