摘要：本文详细阐述了固态矿物制氢材料的定义、制氢原理、知识产权、功能特点及在多个领域的应用情况，着重突出其在氢医学和氢健康产业的具体应用案例。通过与传统电解制氢技术对比，分析其优势与不足。研究表明，矿物制氢材料作为一种新型制氢技术，在氢健康和氢农业等产业具有广阔的应用前景，有望成为推动相关产业发展的重要力量。

一、引言

随着氢医学和氢健康产业的兴起，制氢材料的研发与应用备受关注。矿物制氢材料作为其中的新兴领域，凭借其独特的性能和优势逐渐崭露头角。木齐科技在该领域取得了显著成果，其研制的矿物制氢材料系列产品已在多个产业得到应用，并出口至多个国家，形成了新的产业赛道。本文旨在对矿物制氢材料进行全面梳理和研究，为相关从业者提供参考。

二、常规制氢技术概述

（一）化石燃料制氢

化石燃料制氢是传统的制氢方法之一，但存在碳排放等环境问题，在能源转型的大背景下，其发展受到一定限制。

（二）工业副产物制氢

利用工业生产过程中的副产物制氢，具有一定的资源回收利用价值，但产量和纯度可能受到原生产工艺的影响。

（三）水解制氢

1. 电解水制氢

电解制氢主要包括碱性水电解和质子交换膜（PEM）纯水电解制氢，还有高温蒸汽电解和固体氧化物电解制氢。其中，PEM 纯水电解制氢潜力较大，碱性水电解制氢较为成熟，固体氧化物电解制氢尚处于实验室阶段。电解水制氢在氢能源和氢健康产业应用广泛，但存在一次投入高、维护成本高等问题。

2. 光解水制氢

自 1972 年日本学者发现 TiO₂单晶电极光催化分解水产生氢气以来，光解水制氢技术开启了利用太阳能制氢的研究方向。然而，目前该技术的光解效率较低，仍处于实验研究阶段，距离商业化应用还有一定距离。

3. 矿物水解制氢

利用镁基/硅基/铝基/钙基等金属或非金属矿物制氢材料或其氢化物与多种矿物材料复合，经陶瓷工艺成型，采用烧制或无机胶凝技术制成且遇水产氢的矿物复合制氢材料。其制氢/储运方便、应用简单，在氢健康和氢农业产业应用较多。

三、矿物制氢材料的定义与原理

（一）定义

矿物制氢材料是指利用金属/非金属或其氢化物等制氢材料与多种矿物材料复合，经陶瓷工艺成型，采用烧制或无机胶凝技术制成且遇水产氢的一种矿物复合制氢材料。

过去该类材料名称繁多，如镁粒/镁球、富氢球/富氢石、水素球等，名称不统一阻碍了其发展。木齐科技作为行业领先企业，对其重新定义，规范了行业术语。

（二）制氢原理

1. 镁基矿物制氢材料：基于镁与水发生水解反应制取氢气，反应方程式为\(Mg + 2H₂O = Mg(OH)₂ + H₂↑\)。反应产物氢氧化镁被包覆在矿物复合材料内不会溶出，氢气通过矿物制氢材料的微纳米通道释放。

2. 硅基矿物制氢材料：利用纳米硅与水反应制氢，反应方程式为\(Si + 2H₂O＝SiO₂（H₂SiO₃）+ 2H₂↑\)。反应产物偏硅酸在水中不稳定易变成二氧化硅且被包覆在矿物材料内。

（三）复合原因

1. 安全保障：镁基材料易燃，与矿物材料复合后具有较强惰性，提高了安全性。

2. 提高效率：复合后可提供催化反应的微电解环境，有利于提高制氢效率和可控释氢。

3. 水质改善：水解制氢时可溶出丰富矿物质元素，提高氢水的 pH 值，改善水质。

目前上市的矿物制氢材料主要有镁基和硅基两种，产品形态包括制氢颗粒、瓷片和陶瓷膜制氢滤芯三种。

四、矿物制氢材料的专利与检测

（一）专利情况

木齐科技在矿物制氢材料研发过程中结合多种新技术，如石墨烯技术、合金催化技术、无机胶凝技术等，并申报多项国家专利，已获得 5 项国家授权发明专利，包括：

1. 石墨烯激活制氢材料及其制备方法和应用（2016 1 0480766.3）

2. 固态负载氢气材料及其制备方法和应用（ZL2023 1 0033992.7）

3. 制造富氢水合金陶瓷材料及其制备方法和应用（ZL2015 1 0456288.8）

4. 矿物陶瓷材料、陶瓷基储制氢材料原料组合物、陶瓷及储制氢材料及颗粒制备方法及应用（ZL2021 1 0656140.4）

5. 多元核壳结构的无机抗菌净水功能球及其制备方法（ZL 2022 10958043.5）

（二）检测情况

为确保矿物制氢材料的安全性和功能性，木齐科技在第三方权威检测机构进行了多项检测。在 SGS 进行安全性检测，符合国家饮用水卫生规范指标要求；在复旦大学进行 O17 的半峰宽检测，证实为小分子团水；在复达进行氢气含量检测，达到万级 ppb 氢气释放量；在博谱进行微量元素溶出检测，可溶出镁、钙、锌、钾、偏硅酸等矿物质元素，并进行了企业标准备案声明，对原料到产品进行质量控制。

五、矿物制氢材料的功能特点

矿物制氢材料水解制氢生成的富氢水具有以下功能特点：

（一）富含氢

氢水含氢浓度可达 1500ppb 以上，为其在氢健康领域的应用提供了基础。

（二）负电位

氧化还原电位（ORP）达到 -200mv 以下，具有较强还原性，可缓解运动后肌肉酸痛、对抗疲劳。正常饮用水 ORP 在正 100mv 左右，而矿物制氢材料制造的氢水 ORP 为 -200 至 -500mv。

（三）弱碱性

pH 值在 8 - 8.5 之间，浸泡时间长可达到 9 - 9.5，有助于维持人体酸碱平衡。

（四）小分子团

水分子团 O17 半峰宽可达到 45Hz，小于正常饮用水的 80Hz 以上，更易被人体细胞吸收。

（五）富含矿物质

模拟德国诺尔登瑙洞窟泉水制氢原理，溶出镁、锌、钙、偏硅酸等微量元素，提高水的碱性，降低氧化还原电位值。

六、矿物制氢材料与电解制氢技术的比较

（一）适用水温

矿物制氢材料适用水温 0 - 100℃，可开水制氢；电解制氢适用常温水，水温不能超过 60℃。

（二）制造水质功能

矿物制氢材料制造的富氢水具有富含氢、负电位、弱碱性、小分子团和富含矿物质五种特性；电解富氢杯制造的水仅含氢和负电位。

（三）使用方式

矿物制氢材料无需用电；电解制氢需插电或充电方可制氢。

电解制氢技术成熟但成本高，限制了其在氢健康产业的进一步发展；矿物制氢技术虽发展时间较短，但具有使用方便、成本低、免维护、高频消费等特点，应用范围不断扩大。

七、矿物制氢材料的应用领域

（一）氢医学与氢健康产业

在某康复疗养中心，使用矿物制氢材料制成的富氢水设备为患者提供富氢水辅助治疗。对于一些患有慢性炎症的患者，饮用富氢水一段时间后，体内炎症指标有所下降，身体的氧化应激状态得到改善。例如，一位患有类风湿性关节炎的患者，在坚持饮用矿物制氢材料制备的富氢水三个月后，关节疼痛和肿胀程度减轻，活动能力有所提升。这是因为富氢水中的氢气具有抗氧化和抗炎作用，能够中和体内过多的自由基，减轻炎症反应，从而缓解疾病症状。

在一些高端健康体检机构，也引入了矿物制氢材料的相关产品。在体检前，让受检者饮用富氢水，发现受检者的血液指标如血脂、血糖等在一定程度上趋于稳定，有助于提高体检结果的准确性。这可能是由于富氢水的负电位特性能够调节人体的代谢功能，促进细胞对营养物质的吸收和利用，减少代谢废物的积累，进而对血液指标产生积极影响。

（二）净水器领域

传统净水器市场需求趋于饱和，富氢水机成为新的发展方向。矿物富氢水机在传统净水器工艺基础上，后置加装矿物制氢滤芯实现富氢水制造。陶瓷膜制氢滤芯因制氢水干净、效率高等优势，逐渐成为氢水机首选矿物制氢材料，而制氢颗粒存在表面掉粉、效率低等问题。

（三）富氢杯壶领域

富氢杯壶是氢健康产业的重要细分品类，分为电解富氢杯壶和矿物富氢杯壶。矿物富氢杯壶已在市场多年，在中国市场多用于喝开水/泡茶。未来富氢杯壶将朝着电解与矿物富氢杯平分秋色或新技术突破、产品创新的方向发展。

（四）氢农业领域

氢气可调节农作物等生长发育，提高农产品品质。上海交通大学研究发现氢气种植金线莲可提升产量约 30%并缩短生长周期。木齐科技的硅氢陶瓷材料在食用菌培植实验中，使产量提高 6 - 8%，菌菇出厂时间缩短 2 - 3 天。电解制氢和矿物制氢技术结合在氢农业应用中具有广阔前景。

（五）烟酒产业领域

在烟草产业，矿物制氢材料制成的氢气溶于水后，可改善烟叶口感和香气，利于储存和销售，已与多家卷烟厂合作。在白酒行业，可醇化酒的口感，缩短窖藏周期，提高 pH 值，应用材料主要为制氢颗粒和陶瓷膜制氢滤芯。

八、结论

矿物制氢材料作为一种新型制氢技术，在制氢原理、功能特点和应用领域等方面具有独特优势。虽然目前市场份额相对较小，但随着氢健康和氢农业产业的发展，其应用前景广阔。未来，应持续加强技术创新，进一步提升矿物制氢材料的性能，拓展其应用范围，同时推动电解制氢与矿物制氢技术的结合应用，为相关产业发展注入新动力，有望使氢健康产业成为家喻户晓的大产业。

图 1 矿物制氢材料生产设备：展示了矿物制氢材料的生产设备，反映了其生产过程中的工艺和技术支持。

图 2 矿物制氢颗粒、制氢瓷片、陶瓷膜制氢滤芯：呈现了矿物制氢材料的不同产品形态，直观地展示了其多样化的应用形式。