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氫氣

產品簡介:

  氫氣是世界上已知的密度最小的氣體,是相對分子質量最小的物質,氫是宇宙中含量最多的元素,氫氣的質量只有空氣的1/14,即在0 ℃時,一個標準大氣壓下,氫氣的密度為0.0899 g/L。所以氫氣可作為飛艇、氫氣球的填充氣體(由于氫氣具有可燃性,安全性不高,飛艇現多用氦氣填充)。氫氣主要用作還原劑。
  氫氣 (H2) 最早于16世紀初被人工制備,當時使用的方法是將金屬置于強酸中。1766–1781年,亨利·卡文迪許發現氫元素,氫氣燃燒生成水(2H2+O2=2H2O),拉瓦錫根據這一性質將該元素命名為 “hydrogenium”(“生成水的物質”之意,"hydro"是“水”,"gen"是“生成”,"ium"是元素通用后綴)。19 世紀50 年代英國醫生合信(B.Hobson)編寫《博物新編》(1855 年)時,把"hydrogen"翻譯為“輕氣”,意為最輕氣體。
  常溫常壓下,氫氣是一種極易燃燒,無色透明、無臭無味的氣體?,F在工業上一般從天然氣或水煤氣制氫氣,而不采用高耗能的電解水的方法。制得的氫氣大量用于石化行業的裂化反應和生產氨氣。氫氣分子可以進入許多金屬的晶格中,造成“氫脆”現象,使得氫氣的存儲罐和管道需要使用特殊材料(如蒙耐爾合金),設計也更加復雜。
  醫學上用氫氣來治療部分疾病。

安全防護:
  重氫無毒,有窒息性。
  氫氣有易燃易爆性,容易發生爆炸,所以純氫有一定危險性。
  若燃燒時有較響爆鳴聲,則說明氫氣不純;極易發生爆炸。
  所以對此須引起足夠的重視。

物理性質:
  氫氣是無色并且密度比空氣小的氣體(在各種氣體中,氫氣的密度最小。標準狀況下,1升氫氣的質量是0.0899克,相同體積比空氣輕得多)。因為氫氣難溶于水,所以可以用排水集氣法收集氫氣。另外,在101千帕壓強下,溫度-252.87 ℃時,氫氣可轉變成無色的液體;-259.1 ℃時,變成雪狀固體。常溫下,氫氣的性質很穩定,不容易跟其它物質發生化學反應。但當條件改變時(如點燃、加熱、使用催化劑等),情況就不同了。如氫氣被鈀或鉑等金屬吸附后具有較強的活性(特別是被鈀吸附)。金屬鈀對氫氣的吸附作用最強。當空氣中的體積分數為4%-75%時,遇到火源,可引起爆炸。
氫氣是無色無味的氣體,標準狀況下密度是0.09克/升(最輕的氣體),難溶于水。在-252 ℃,變成無色液體,-259 ℃時變為雪花狀固體。
特點:
  優點
  一、資源豐富。以水為原料,電解便可獲得。水資源在地球上相對主要燃料石油,煤也較豐富。
  二、熱值高。氫燃燒的熱值高居各種燃料之冠,據測定,每千克氫燃燒放出的熱量為1.4*10^8J,為石油熱值的3倍多。因此,它貯存體積小,攜帶量大,行程遠。
  三、氫為燃料最潔凈。氫的燃燒產物是水,對環境不產生任何污染。相反,以汽油,柴油為燃料的車輛,排放大量氮氧化物、四乙基鉛[Pb(C2H5)4],會導致酸雨,酸霧和嚴重的鉛中毒。更重要的是,廢氣中還含有3,4-苯并芘的強致癌物質,污染大氣,危害健康?,F世界各國對以氫為新型能源的研究頗為重視。日本于1984年5月24日在富士高速公路以每小時200千米速度首次試車(以氫為燃料)成功。
  缺點
  氫氣要安全儲藏和運輸并不容易,它重量輕、難捉摸、擴散速度快,需低溫液化,會導致閥門堵塞并形成不必要的壓力
應用領域:
  氫氣生物學效應
  早在1975年就有人開展了氫氣治療腫瘤的研究,后來2001年才有法國學者將高壓氫用于治療肝臟寄生蟲感染的研究。早期的研究只能簡單地觀察氫氣被動物呼吸后的反應,顯然觀察結果證明氫氣對動物沒有產生顯著的影響。關于氫氣的生物學效應,最熱鬧地當然屬于潛水醫學,因為氫氣作為人類潛水呼吸的氣體被國際許多重要的潛水醫學研究單位深入研究,作為呼吸氣體的最重要前提是該氣體的安全性,就是不能對人體產生明顯的影響,包括在極端高壓下呼吸這種氣體。許多年的潛水醫學研究證明呼吸氫氣是非常安全的,但也同時給人們一種深刻印象,呼吸氫氣對人體是沒有明顯生物學效應的。2007年日本學者報道,動物呼吸2%的氫可有效清除強毒性自由基,顯著改善腦缺血再灌注損傷,采用化學反應、細胞學手段證明,氫溶解在液體中可選擇性中和羥自由基和亞硝酸陰離子。而后兩者是氧化損傷的最重要介質,體內缺乏他們的清除機制,是多種疾病發生的重要基礎。隨后他們又用肝缺血和心肌缺血動物模型,證明呼吸2%的氫可以治療肝和心肌缺血再灌注損傷。采用飲用飽和氫水可治療應激引起的神經損傷和基因缺陷氧化應激動物的慢性氧化損傷。美國匹茲堡大學器官移植中心學者Nakao等隨后證明,呼吸2%的氫可以治療小腸移植引起的炎癥損傷,飲用飽和氫水可治療心臟移植后心肌損傷、腎臟移植后慢性腎病。國內第四軍醫大學謝克亮等的研究證明,呼吸氫氣能治療動物系統炎癥、多器官功能衰竭和急性顱腦損傷。孫學軍等的研究也證明,呼吸2%的氫可以治療新生兒腦缺血缺氧損傷。隨后,孫學軍等成功制備了飽和氫注射液,并與國內40多家實驗室開展合作,先后發現該注射液對疼痛、關節炎、急性胰腺炎、老年性癡呆、慢性氧中毒、一氧化碳中毒遲發性腦病、肝硬化、脂肪肝、脊髓創傷、慢性低氧、腹膜炎、結腸炎、新生兒腦缺血缺氧損傷、心肌缺血再灌注損傷、腎缺血再灌注損傷和小腸缺血再灌注損傷等具有良好的治療作用。這些研究說明,氫是一種理想的自由基、特別是毒性自由基的良好清除劑,具有潛在的臨床應用前景。
  工業用途:
  1.氫是主要的工業原料,也是最重要的工業氣體和特種氣體,在石油化工、電子工業、冶金工業、食品加工、浮法玻璃、精細有機合成、航空航天等方面有著廣泛的應用。同時,氫也是一種理想的二次能源( 二次能源是指必須由一種初級能源如太陽能、煤炭等來制取的能源)。在一般情況下,氫極易與氧結合。這種特性使其成為天然的還原劑使用于防止出現氧化的生產中。在玻璃制造的高溫加工過程及電子微芯片的制造中,在氮氣保護氣中加入氫以去除殘余的氧。在石化工業中,需加氫通過去硫和氫化裂解來提煉原油。氫的另一個重要的用途是對人造黃油、食用油、洗發精、潤滑劑、家庭清潔劑及其它產品中的脂肪氫化。由于氫的高燃料性,航天工業使用液氫作為燃料。
2.用作合成氨、合成甲醇、合成鹽酸的原料,冶金用還原劑,石油煉制中加氫脫硫劑等
  醫學用途:
  一、氫氣治療疾病的概況
  2007年,Ohsawa的關于氫氣選擇性抗氧化和對大鼠腦缺血治療作用的報道是該領域具有開創意義的工作。雖然早在1975年和2001年就有關于氫氣抗氧化的報道,但2001年是研究呼吸800 kpa氫氣14天的效應,而2007年報道是呼吸2kpa氫氣不足1小時的效應,兩者分壓相差400倍,呼吸時間相差600倍,所以這絕對是完全不同性質的工作。該研究將大鼠中動脈臨時阻斷90分鐘(將一根縫合線插到大腦中動脈起始段),然后再灌流,這是經典的腦中風動物模型,類似腦缺血后再恢復血流的情況。在恢復血液供應前5分鐘開始給動物呼吸含氫氣1、2、4%的混合氣體35分鐘,結果發現動物腦組織壞死體積非常顯著地減少。日本學者將這種作用歸因于氫氣可以選擇性中和羥基自由基(羥基自由基是生物體毒性最強的自由基),盡管氫氣也可以中和亞硝酸陰離子,但作用比較弱。該文章發表后,迅速引起國際上的廣泛關注,大批臨床和基礎醫學學者迅速跟進,至2014年已經有63個疾病類型被證明可以被氫氣有效治療。每年氫氣生物學文章數量,如2007年3篇、2008年15篇、2009年26篇、2010年50篇、2011年63篇、2012年95篇,呈現爆發式增長。氫氣的分子效應可在多種組織和疾病存在,例如大腦、脊髓、眼、耳、肺、心、肝、腎、胰腺、小腸、血管、肌肉、軟骨、代謝系統、圍產期疾病和炎癥等。在上述這些器官、組織和疾病狀態中,氫氣對器官缺血再灌注損傷和炎癥相關疾病的治療效果最顯著,有4篇文章涉及到惡性腫瘤。
  二、氫氣治療疾病的病理生理學機制
  關于氫氣治療疾病病理生理學機制主流觀點仍是氫氣的選擇性抗氧化,在選擇性抗氧化基礎上,人們相繼證明氫氣對各類疾病過程中的氧化損傷,炎癥反應、細胞凋亡和血管異常增生等具有治療作用?;钚匝踉诟黝愋哪X血管疾病如中風和心肌梗死、代謝性疾病如糖尿病動脈硬化等人類重要急性和慢性疾病的病理生理進程中扮演了重要角色,它是分子氧在還原過程中的中間產物,包括以氧自由基形式存在和非氧自由基形式存在的兩大類物質,其中氧自由基又包括羥自由基、超氧陰離子、一氧化氮、亞硝酸陰離子等物質。生理情況下,活性氧在體內不斷產生,也不斷被清除,處于動態平衡。但在缺血、炎癥等病理狀態下,機體將產生大量的活性氧。其中,羥自由基和過氧亞硝基陰離子毒性較強,是細胞氧化損傷的主要介質。而一氧化氮、超氧陰離子和過氧化氫等物質毒性較弱,具有重要的信號轉導作用。既往在抗氧化損傷的治療中,還原性過強的藥物可能導致機體氧化- 還原狀態出現新的失衡。2007 年Ohsawa等人研究證實,氫氣能夠選擇性清除毒性較強的羥自由基和亞硝酸陰離子,而對其它具有重要生物學功能、毒性較低的活性氧影響不大,此即氫氣的選擇性抗氧化作用。該作用為抗氧化治療提供了新的思路。早在2001 年,Gharib等人報道吸入8 個大氣壓的氫氣對肝臟血吸蟲感染引起的炎癥反應具有治療作用,他們認為氫氣與羥自由基直接反應是氫氣抗炎作用的基礎。2009 年Kajiya等人報道氫氣能明顯抑制葡聚糖硫酸鈉誘發的結腸炎癥反應,減少受損結腸的炎癥因子水平,減輕炎癥的病理損傷,改善預后。氫氣的抗炎作用與其抑制活性氧產生、中和羥自由基、抑制促炎因子釋放有關。另外,巨噬細胞在炎癥反應和免疫調節中起重要作用,氫氣對巨噬細胞的調節為其抗炎作用奠定了基礎。孫學軍等2008 年的研究發現,氫氣能減少大鼠缺血缺氧模型的組織損傷,呼吸低濃度的氫氣可時間依賴性地減少凋亡酶Caspase-3和Caspase-12 的活性,減少凋亡陽性細胞數量,研究提示氫氣的作用與減少Caspase 依賴性凋亡有關。Kubota等報道使用含氫氣的水滴眼具有抗角膜血管增生的作用。 
  三、氫氣對中樞神經系統疾病的治療作用
  氫氣生物學效應發現以來,氫氣對以腦血管疾病為代表和以老年性癡呆為代表的中樞神經系統疾功能紊亂都具有明顯的保護作用。 
  氫氣對腦血管病的治療作用
  Ohsawa等2007年報道的呼吸氫氣對大鼠左大腦中動脈阻斷模型的治療作用后。孫學軍等很快證明呼吸氫氣對新生兒窒息引起的缺血缺氧性腦損傷具有理想的治療作用,發現氫氣對缺血缺氧性腦損傷后神經細胞凋亡酶活性有抑制作用,凋亡酶活性下降導致神經細胞凋亡減少,使神經細胞壞死減少。從而減輕了腦損傷,保護了成年后的腦功能。氫氣對心臟停跳引起的腦損傷具有保護作用,這進一步肯定了氫氣對缺血缺氧性腦損傷的保護作用。衣達拉奉是唯一被批準用于中風治療的抗氧化藥物,和單純使用衣達拉奉相比,氫氣聯合使用衣達拉奉上述核磁共振檢測指標均獲得更好的改善。美國Loma Linda神經外科研究所和南京醫科大學、浙江大學附屬醫院神經外科等三家實驗室先后報道氫氣呼吸和注射氫氣生理鹽水對腦出血和珠網膜下腔出血引起的早期腦損傷、神經細胞壞死、腦水腫和血管痙攣等具有理想的保護作用。[2] 
氫氣對神經退行性疾病的治療作用。
  巴金森病是腦干神經核黑質內多巴胺神經元死亡引起的疾病,經常是許多其他神經退行性疾病如老年性癡呆的繼發表現。孫學軍等在模型制備前1周開始給動物隨意飲用氫氣飽和水,結果發現該治療可完全消除單側巴金森病癥狀的發生。非治療組動物注射側多巴胺神經元數量比對照側減少到40.2%,而治療組僅減少到83%。即使在模型制備后3天開始給氫氣水治療,單側巴金森病癥狀仍可以被抑制,但治療效果低于預先治療,神經元數量比對照側減少到76.3%。預先治療組動物在模型制備后48小時,紋狀體內代表多巴胺神經元末梢的酪氨酸羥化酶活性在模型對照組和治療組均顯著下降。Fujita等用MPTP誘導的小鼠巴金森病模型證明氫氣具有類似效應。研究結果表明,和其他如銀杏葉比較,氫氣具有更理想的治療效果。
  四、氫氣對肝臟病的治療作用
  氫氣在肝臟領域的應用研究十分突出,是早在2001年,法國潛水醫學領域就有學者希望證明氫氣的抗氧化作用,在馬賽法國著名飽和潛水設備公司COMEX SA的設備、技術和人員幫助下,他們開展了這一研究。讓感染了肝日本曼氏血吸蟲病的小鼠連續14天呼吸氫氧混合氣(氫氣濃度為87.5%,分壓為0.7 Mpa),觀察對小鼠肝臟功能、肝組織氧化損傷、纖維化和血液炎癥反應等方面的影響,研究結果證明,連續呼吸高壓氫氣對肝臟血吸蟲病動物的肝組織損傷、炎癥反應和后期的肝纖維化均有非常顯著的保護作用。Fukuda 等在2007 年制作了大鼠肝臟缺血再灌注的模型,通過對組織標本的HE 染色加MDA 加肝功能酶學檢測,發現氫氣療法對肝臟的缺血損傷有非常明顯的治療效果。2009 年時,哈佛大學口腔醫院的學者Kajiya 等在實驗中讓大老鼠喝下能產生氫氣的細菌,發現對伴刀豆球蛋白誘導的肝炎具有預防作用,如果用抗生素殺滅這些細菌,則抗肝炎的作用消失,這顯示了氫氣對肝炎的預防與治療作用。他們還證明,飲用氫氣飽和水對伴刀豆球蛋白誘導的肝炎具有類似的治療效果。同年,Tsai 等發現飲用富氫電解水可以保護小鼠四氯化碳誘導的肝臟損傷。中國學者孫漢勇等采用GalN/LPS,CCl4 和DEN 3 種肝損傷動物模型,通過檢測氫氣、活性氧水平,評價氧化損傷、細胞凋亡和炎性反應程度,發現腹腔注射氫氣生理鹽水對急性肝臟損傷、肝纖維化和肝臟細胞增生均具有顯著的抑制作用,同時細胞碉亡相關分子如JNK和caspase-3 活性下降,研究結果證明氫氣不僅能治療急性肝臟損傷,而且能治療肝硬化。劉渠等研究認為,腹腔注射氫氣生理鹽水通過提高肝臟抗氧化能力,抑制肝臟炎性反應能治療膽管阻塞后黃疸和肝損傷,這對臨床上的指導意義很大。對非酒精性脂肪肝的研究證明,長時間飲用氫氣水可以對抗高脂飲食引起的脂肪肝,不僅對肝臟功能、肝形態學如纖維化,而且對脂肪肝相關細胞內信號通路均有明顯的阻斷效應,該效果可以和傳統的治療脂肪肝的藥物吡格列酮(促進胰島素受體敏感性,降血脂)治療效果相嫣美。長期飲用氫氣水不僅可以對抗脂肪肝,而且可以顯著減少這種脂肪肝晚期轉化成肝癌的比例,也就是說可以減少脂肪肝發生肝癌的可能性。氫氣可以通過促進一種重要的信號分子FGF 21發揮減肥和治療脂肪肝的效果。氫氣在肝臟疾病的臨床研究十分缺乏,2012年韓國學者Kang 等對49例接受放射治療的惡性肝癌病人,采用隨機安慰劑對照方法,給病人在放射治療期間飲用一定量的金屬鎂制備的氫氣水,通過對生活質量進行評價,發現該氫氣水可顯著提高肝癌病人放射治療后的生活量,同時可以降低血液中氧化應激指標。氫氣作為一種選擇性抗氧化物質,氫對肝臟缺血、藥物性肝炎、膽管阻塞引起的肝硬化、脂肪肝等多種類型的肝臟疾病具有有效和明顯的治療作用。 
  五、氫氣的臨床研究進展
  到2013年四月為至,先后有7個疾病臨床研究報道,分別是二型糖尿病、代謝綜合癥、血液透析、炎癥/線粒體肌肉病、腦干缺血和放射治療副作用和系統性紅斑狼瘡。從世界衛生組織注冊的信息中可以發現,也有一些沒有發表論文的臨床研究。這些研究報告顯示氫氣在人體脂代謝和糖代謝中的關鍵的調節作用。[2] 
  行業應用:
  核研究、氘核加速器的轟擊粒子、示蹤劑、可以做氣相色譜氫焰化驗原料、密度小充探空氣球、新型的高能燃料(驅動火箭)、冶煉金屬鎢、鉬等,還有石油精煉、浮法玻璃、電子、食品、飲水、化工生產、航天、汽車業等行業

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