CN101448744A - 便携式臭氧发生器及其用于净化水的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在水中产生臭氧、净化水并且使其可饮用的便携式装置。该装置包含：罩壳；至少两个电极，包括从罩壳延伸到水中且各自具有与水接触的半粗糙或粗糙表面的阳极和阴极。该装置还包含操作性地连接至电极的电源，用于在它们之间产生电势差，从而产生电流和水的水解，该水解产生净化水的臭氧。所述电极可具有板状或棒状和管状构造，该构造拥有多个具备粗糙边缘的孔。表面和孔边缘的粗糙性导致微小氢气泡合并成较大的氢气泡。氢气还可通过吸收在导电且经再生用于重新使用的材料中得以去除。

Description

便携式臭氧发生器及其用于净化水的应用
发明领域
本发明涉及用于在水中原位产生臭氧的便携装置，以便从水中除去细菌和病毒外还除去各种污染物、特别是有机污染物，从而使水变得可饮用。
换言之，本发明涉及可用低电压电源进行工作且因此易于携带的水净化器。此外，该净化器可制造成具有适于其用途的尺寸，即相同的设计原理可适用于大的水处理应用。例如，该净化器可如钢笔一样小并且可直接投入到一玻璃杯水中。该净化器还适于固定在任何种类的水龙头(tap)处。此外，可将若干装置可安装在一个或一系列大的贮槽中以净化水。
本发明不限于水的净化，而是可以用于任何种类的含水液体溶液例如果汁、奶或乳品液体、茶、咖啡(coffer)等。
现有技术描述
为了进行水的净化而不使用生物杀灭剂如氯和其它化学品，本领域众所周知使用臭氧(O3)作为消毒剂。臭氧通常是在介质(水)外制备并然后通过注射器或在接触塔中鼓泡注入到水中。这样由于其涉及若干装置的使用而使该方法笨拙且昂贵。
自19世纪以来，众所周知的是通过电解产生臭氧(O3)。举例来说，美国专利No.5,250,177和No.5,154,895公开了通过电解产生臭氧的装置。这样产生的臭氧然后用于水的净化。美国专利No.4,728,441公开的装置中由电解产生的氧制备臭氧。然而，这样产生的臭氧被回收并在装置外使用。美国专利No.4,416,747、5,205,994、5,686,051、5,203,972和5,779,865公开的装置使用固体电解质来产生臭氧。美国专利No.3,623,970公开的生产臭氧流的装置是通过水的电解并且把这样产生的氧转化成臭氧。
本领域还知晓可以通过紫外光产生臭氧。例如在美国专利No.4,189,363(BEITZEL)和No.4,992,169(IZUMIYA)中。
还知晓的是，如果将臭氧和待净化的水混合，可提高使用紫外光杀灭微生物的装置的效率，例如在美国专利No.5,266,215(ENGELHARD)中。
在美国专利No.5,151,252(MASS)中，公开了用于处理被光反应物组分污染的流体的光化学反应器。该专利公开了处理区域中反应器的壁可以涂有催化剂以便提高二次反应的速率，该二次反应与初始光化学反应产生的反应产物一起发生。
使用具有膜的盐桥将阳极周围产生的臭氧、氧和混合氧化剂与在阴极产生的氢分离。使用铂(Pt)丝作为阳极和作为阴极。本发明人在美国专利No.6,180,014(SALAMA)中还描述和改进了膜分离的思想，在所述专利中，使用比下文描述的新装置相对更高的电压来获取足够的臭氧产量。
然而，水净化系统是大的装置，不易于携带、安装和随带。
因此在水净化系统领域中提供利用低电压电源进行工作的便携式水净化系统会是显著进步，这是因为保持相同的净化效率并且可用于在数秒时间内净化玻璃杯中的水或者将其固定在人们途经的任何地方的水龙头上。
发明概述
本发明的目的是基于这样的发现，即电解期间产生的氢气泡的尺寸强烈影响最终的臭氧量。气泡越大，气泡的有效表面积越小，从而导致原位产生的臭氧量越高。这产生更有效的水净化。
实际上，本领域众所周知的是，水的电解导致在阴极(负极)产生氢气(H2)和在阳极(正极)产生氧化剂。在电解池中，阳极是正端，其接受来自外部发生器的电流，而阴极是负端。
氧化剂包括臭氧气体(O3)和混合氧化剂，该混合氧化剂包括氧气(O2)、过氧化物、羟自由基等。必须限制H2和O3之间的接触以提高水中O3的产量并因此促进水净化。
因此发现，在相同电压电流下，与平滑表面相比，阳极表面的粗糙性允许产生较高量的臭氧。
实际上，粗糙表面具有较高的与水接触的有效表面，并且允许通过使平滑表面通常所产生的较小氢气泡合并产生较大的氢气泡，且因此极大地减小氢气泡(在阴极产生)和氧化剂例如臭氧之间的反应性表面。
因此本发明的第一目的是提供通过原位产生臭氧来净化水的便携式发生器装置。本发明的装置包括：
罩壳；
两个电极，包括从罩壳延伸到水中且各自具有与水接触的半粗糙或粗糙表面的阳极和阴极，所述电极被第一间隙隔开；和
操作性地连接至电极的电源，用于在它们之间产生电势差，从而产生电流。
所述两个电极的形式可以是板、带孔板、棒、带孔棒、管、带孔管、丝、带孔丝或网状物。
根据本发明的第一方面，所述两个电极可以是扁平形状并且互相平行。
根据本发明的第二方面，所述两个电极之一是具有棒形状的内电极(i)并且所述两个电极中的另一个是具有管形状的外电极(ii)。外电极(ii)围绕内电极(i)并且具有与水接触的内部和/或外部半粗糙或粗糙表面。
优选地，外电极(ii)包含多个孔。更优选地，这些孔具有粗糙边缘。
根据电连接件的极性，内电极(i)可以是阳极而外电极(ii)可以是阴极。相反地，内电极(i)可以是阴极而外电极(ii)可以是阳极。
根据本发明的装置还可任选包含从罩壳延伸到水中且具有与水接触的粗糙表面的第三电极。该第三电极通过第二间隙与所述两个电极之一隔开。应理解，该第三电极在接近阴极放置时是阳极，或者在接近阳极放置时是阴极。
如上面在前述段落中所描述的装置，还可任选包含从罩壳延伸到水中且具有与水接触的粗糙表面的第四电极。该第四电极通过第三间隙与所述电极之一隔开。这里再次应理解该第四电极在接近作为阴极的所述电极之一放置时是阳极，或者在接近作为阳极的所述电极之一放置时是阴极。
根据上述本发明第一方面，第三和/或第四电极也是扁平状并且与所述两个电极平行以及互相平行。
根据上述本发明的第二方面，第三和/或第四电极是管状。第三电极围绕外电极进行放置。第四电极围绕第三电极进行放置。
本发明不限于用于产生臭氧的电极的数目，可以使用多于4个电极。
根据本发明的第二方面，周围的管状电极可包含多个孔以允许氢气泡从间隙的内部逃逸，且因此还限制H2和O3之间的接触。这些孔还具有粗糙边缘以有利于H2气泡的合并。
因此，电极之间发生的臭氧与氢的不希望的寄生反应被显著减小，从而导致通过使用较低电压电流的较高臭氧产量和导致非常有效的水净化。
根据本发明的臭氧发生器装置的阳极和阴极由以下制造或镀覆有以下：
-活性或非活性的碳纤维或纳米管，
-选自周期表的3至13列(亦即IB至VIIIB和IIIB)的金属或这些金属的合金。
更优选地，用能够吸收氢的金属或涂层制造或涂覆阴极，所述金属或涂层是例如：
-选自元素周期表的IIIB、IVB、VB、VIIB或VIII副族、更优选选自但不限于钯、钯合金、镁合金和钛合金的金属或合金；
-特殊活性炭，或
-本领域中已知的其它导电材料或H2吸收性材料。
氢气(H2)吸收性材料还参与减少水中的H2且因此有利于较高的臭氧浓度。优选地，电极将与允许吸收性元件再生的加热元件接触。使阴极的吸收性元件再生的另一种方法是将电源的连接件的极性反转持续足够时间。
根据本发明的优选实施方案，上述第二管状电极可充当内电极(i)和至少一个外电极(ii)的保护壳层。
上述电极由金属制成，或者镀覆有金属或这些金属的合金，以产生半粗糙或粗糙的表面。优选地，金属是半贵金属或贵金属。
上述便携式发生器装置的罩壳可通过电线结合或连接到电源。电源可以是一个蓄电池、多个蓄电池或供有外部电力的电力变压器。电源还可以是至少一个固定在该装置的罩壳上或位于该装置外部的硅太阳能电池板、涡轮机(turbine)等。
根据本发明的优选实施方案，该装置还可以包含操作性地连接至电源装置的超声发生器装置。超声有助于除去杂质例如装置使用一段时间后存在于电极表面上的硬物(hardness)或金属沉积物。超声还有助于所产生的氧化剂(包括臭氧)溶解在水中。
如上所述，原位产生的臭氧净化水并且使其成为可饮用的。
因此，本发明的第二目的涉及如上文所限定的该装置用于净化水的应用。
优选地，所限定的臭氧发生器用于净化包含在容器例如玻璃杯、瓶子或罐等中的水。还可以将臭氧发生器装置持久安装到该容器内。
至少一个根据本发明的臭氧发生器装置还适于固定到产生待净化的水的水龙头上。还可将它或它们安装在一个或多个包含水的大的贮槽中。
还可将至少一个装置安装在过滤器型罩壳的内部，该罩壳可允许水流入和流出，从而相对于分批方式允许在连续基础上进行处理。
本发明的第三目的涉及用于净化水的方法，该方法包括步骤：
a)将至少一个上面限定的便携式发生器装置投入到待净化的水中；
b)将电源装置开启；和
c)等待适当时间以便让所述至少一个装置产生臭氧并净化水。
应理解便携式臭氧发生器装置具有一定的功率或强度。该功率将取决于装置的构造例如装置尺寸、电极数目、电极性质、电流的电压或不同电极间的不同间隙。
此外，可处理不同体积的不同品质的水，所述品质取决于这种水的来源。
因此，上面限定的方法的步骤c)中述及的适当时间将取决于装置的功率或强度、要净化的水的体积及品质。
最后，可通过使用多个根据本发明的装置来应用上述方法。这些装置可以是独立的或者连接至同一电源装置。
如上所述，本发明是基于这样的发现，即电极的表面粗糙性导致微小氢气泡合并成较大的氢气泡。
根据本发明的第二方面，当电极是围绕内部棒状电极的具有孔的带孔管时，孔边缘的粗糙性也导致微小氢气泡合并成较大的氢气泡。管状电极中孔的存在允许氢气泡从电极内部逃逸。
最后，不同电极间的不同间隙可作为电流产生的电极间电势差的函数进行优化，以便使氢气泡的比尺寸(specific size)最大化，且因此使原位的臭氧产量优化。
本发明具有减小电解池中产生足够量的臭氧和混合氧化剂所需的电流的电压的优点，这通过产生较大的氢气泡且因此极大地减小氢气泡和氧化剂之间的反应性表面积。因此，用于向装置供电的电源可简单如蓄电池、太阳能电池板系统或者仅为使用电力变压器的电力，于是该装置非常轻便且易于使用和运输，特别是在水质差且电供应困难的地区。
通过阅读下面的本发明优选实施方案的非限定性描述，并参考附图，将更好地理解本发明。
附图简述
图1是根据本发明第一方面(板状电极)的水净化装置的侧向示意图。
图2是图1中所示的根据本发明第一方面并且持久固定到包含水的瓶子内的水净化装置的三维视图。
图3(现有技术)图示了对于两种不同温度(20℃-正方形和30℃-三角形)不同气体在水中的溶解度。
图4a是根据本发明第二方面(管状电极)的水净化装置的一般性示意图。
图5是根据本发明第一优选实施方案的图4中所示的水净化装置的纵向截面图。
图6是根据本发明第二优选实施方案的图4中所示的水净化装置的纵向截面图。
图7是根据本发明第三优选实施方案的图4中所示的水净化装置的纵向截面图。
图8至11是如图4中所示的本发明水净化装置的一般性示意图，所述装置适于固定到不同构造的水龙头。
图12是如图6中所示并且固定到水龙头(tape)的装置的纵向截面图。
图13是如图7中所示并且固定到水龙头的装置的纵向截面图。
发明详述
如上所述，本发明涉及通过原位产生臭氧来净化水的装置，这种装置优选是轻便和可移动的。
I)具有板状电极的便携式臭氧发生器
根据本发明的第一方面，如图1中所描述，装置(1)可优选包含罩壳(3)，该罩壳具有操作性地连接至两个电极(7和9)的电连接件(5)。所述电极从罩壳延伸到水(未示出)和电源(11-在图中也用常用符号+和-进行描述)中。
所述两个电极(7，9)是棒状或扁平状并且互相平行。它们被间隙(13)隔开。
上述两个电极的扁平形状在图2中更明显，其中图1所示的装置适于持久安装到包含要净化的水(18)的瓶子(15)中。
瓶子的底部(19)连接至包含电源(11)的密封隔室(21)。如图2中所描述，电源可以是一个蓄电池。其还可以是多个蓄电池、电力变压器或安装在瓶子外部的硅太阳能电池板。
如图2中所描述，瓶子还可以包含颈部(23)，该颈部包括饮水接头(25)。所述饮水接头还可以包含由粒状活性炭、炭块、膜过滤器、树脂等制成的过滤器(27)。
电源装置(11)操作性地连接至阳极(7-正极)和阴极(9-负极)，用于在它们之间产生电势差，从而产生电流。如上所述，本领域中众所周知水电解，即在阴极(负极)产生氢气(H2)和在阳极(正极)产生氧化剂(氧气、臭氧、过氧化物、氢氧化物等)。
板状电极(7，9)互相面对以便原位产生臭氧和混合氧化剂。优选地，电极是Pt网状阳极和阴极。
在图2中所描述的优选实施方案中，对两个板状电极(7，9)之间的间隙进行优化以提高臭氧产量。优选地，电极间的间隙为约1-5mm、更优选约2-3mm。在下文实施例1中给出了涉及本发明的该优选实施方案的数据。
本申请中提及的术语“约”通常对应于用于测量所提及的数据的用具的精度。其可限于测量结果的±10％。
正如图3中的图示所示，在20℃-30℃的温度下氢气在水中的溶解性(H2)与其它气体(即He、Ne、O2、Ar、Kr、Xe或Rn)相比仍是差的。因此，水解期间阳极形成的分子氢是溶解性差的气体，其在水中形成气泡。具有不同比尺寸的所述气泡不可逆转(irremediably)地向上进入水中，从而逃逸到环境中。
本发明首先并且首要教导的是，为减小在电极间产生足够量的臭氧和混合氧化剂所需的电压，应通过下面方法之一或其组合除去氢气。
A)如上所述，可通过使用具有半粗糙或粗糙表面的阴极以促进微小氢气泡(29)合并成较大的氢气泡来除去在阴极形成的氢气。这些较大的氢气泡比微小氢气泡具有小很多的总表面积。因而，这些较大的氢气泡与在阳极产生的臭氧和混合氧化剂具有成数量级地更小的反应性，即使发生混合。换言之，这些较大的气泡将允许H2与水中存在的O2、O3或其它混合氧化剂如过氧化物或羟自由基之间的寄生反应较小。
可以机械地、通过化学蚀刻、通过粗糙镀覆、通过树枝状镀覆或这些方法的组合产生粗糙表面。
B)任选地，还可以通过在电极处使用膜来减少与氢气的接触，所述膜由碳纤维、织造碳纤维、毡状(felt)活性炭、丝网或任何导电且产生纷乱的多个纤维或多孔介质的任何介质制成。
这些膜(未在本发明的附图中示出)促进较大氢气泡的形成并且获得上面A)部分中所述的益处。
可以使用的替代材料包括有机金属化合物，例如铜，金，钯，镍或者用铂、金、钯等单独或组合地涂覆的金属粉末所填充的环氧树脂。还可以使用导电聚合物例如苯胺型聚合物。
C)也可通过使用氢吸收性材料用以制造或镀覆电极、更优选制造或镀覆阴极，来除去在阴极形成的氢气。这些材料可以是：
-选自但不限于钯、钯合金、镁合金、钛合金和铝的元素周期表IIIB、IVB、VB副族、VIII或IIIA的金属或合金；
-特殊活性炭，或
-本领域中已知的其它导电材料或H2吸收性材料。
在该情形中，时常需要阴极的再生，可通过用火焰或者用嵌入或围绕阴极的电阻(图1中的17)加热阴极来完成。反转电极上的极性也可获得所需的再生作用。
D)最后，可通过减小电极间的间隙除去氢气，从而允许较少的氢气溶解，这是因为阴极和阳极之间的小间隙中高的H2水饱和度，并且可使氢气逃逸而不与混合的溶解氧化剂反应。根据电压、电流和穿过阴极周边孔的流量对所述间隙进行优化，以使水中的溶解O2、O3和混合氧化剂含量最大化。如上所述，众所周知H2在水中的溶解性比O2、O3或混合氧化剂小很多(见图3)。
E)在图8至13中描述了该最后要点，其中可通过使用在反应器(33)外部的第二电极(55)来吸引所产生的氢气(57)进一步远离产生臭氧和混合氧化剂的反应器，从而进一步除去氢气。该第二电极可以优选是阳极。如图8-13中所描述，该外部电极(55)还可具有储水和保护装置(1)的用途。
本专利申请的发明人通过产生另一种电极构造完善本发明，该构造导致减少水中氢气的第六要点F)。
II)具有棒状和管状电极的便携式臭氧发生器
根据本发明第二方面，如图4至13中所描述，便携式臭氧发生器装置可具有钢笔形状和尺寸。这是本发明人将该装置命名为OZOPEN的原因。
装置(1)包含内电极(31-可见于图5中)，该内电极具有棒形状并且从罩壳(3)延伸到水中。内电极(31)被具有管形状、从罩壳(3)延伸到水中的外电极(33)包围。内电极和外电极被间隙(35)隔开。内电极和外电极可形成可被称为反应器的物件。
如上所述，在阳极和阴极之间产生小的间隙，这允许以较低的电压和能量消耗更有效地产生臭氧和混合氧化剂。
使内电极(31)的表面成为粗糙的。也使管状外电极(33)的内表面和外表面成为粗糙的。在上文方法A)中详述了这种粗糙性的目的。
相比于上文I部分中给出的平板状构造，当该装置置于水中且罩壳在上时，电极的管状形状不允许反应器内部形成的氢气泡逃逸。因此，本发明人想到下面的用于将氢气限制在反应器内部的方法F)。如图4至13中所描述的，外电极具有多个孔(37)，这些孔允许氢气泡从反应器内部逃逸，从而减小其对所产生的臭氧和混合氧化剂的清除作用。
孔(37)的直径可以为几毫米至几厘米，这取决于该单元的总长度。孔的数目还将取决于反应器的尺寸。
此外，还使孔的边缘成为粗糙的。
应理解，电极表面的粗糙性和孔边缘的粗糙性还导致微小氢气泡合并成较大的氢气泡(方法A)。
此外，当水中反应器是在罩壳之下时，外电极中孔的存在允许氢气泡从反应器内部逃逸，且因此减少氢气和氧化剂、特别是臭氧之间接触的可能性。
最后，根据电极间的电势差优化电极间的间隙(35)，从而使氢气泡的尺寸最大化。
本发明人实验室中所进行且在实施例2中所给出的实验显示，基于这些原理可获得高的臭氧浓度，在一些情形中，使用24VDC电压和1ADC电流在1分钟后于1L水中达到1ppm(百万分比)。在实施例2中还给出的是，使用18VDC电压时，用净化器于250ml水中在6分钟后达到1.5ppm的O3浓度，所述电压是由例如提供几毫安电流的两个串联标准9V蓄电池所产生的电压。
可通过如下向根据本发明的装置供电：直流电源、蓄电池、太阳能电源、小型涡轮机、热电堆、空气或水流驱动或者其它方式。
如上所述，还可使内电极(31)成为半粗糙或粗糙的。优选地，该内电极在其表面上表现出微粗糙性，这提高电极表面与水的有效接触表面。当内表面是阳极时，粗糙性提高氧化剂、特别是臭氧的产生。
净化器可优选具有纯的铂(Pt)、钯(Pd)或金(Au)或者镀覆铂(Pt)、钯(Pd)或金(Au)的阳极，该阳极具有平滑或粗糙镀覆、或者树枝状镀覆。阳极还可以是棒形式、丝形式、网状物形式或其它形式。
根据图6中所描述的本发明的优选实施方案，根据本发明的装置还可以容置灯(39)，该灯产生具有约1nm(远紫外光)至580nm(绿光)波长的光，以便辅助臭氧或羟自由基的产生和杀灭微生物例如细菌和病毒。灯(39)优选被透明的石英或玻璃容器(41)例如管包围，所述容器本身被带孔的管状阳极(43)包围。
如图7中所描述，还可将灯(43)引入到装置(1)的罩壳(3)中。优选地，用于产生光的所述灯是LED(发光二极管)。
通过连接的光纤的或透明的玻璃或石英棒或管(45)将光如此引入到反应器中。光纤或透明玻璃(45)可以被光吸收性材料(未示出)例如
Figure A200780017944D00161
包围。
根据图7中所描述的优选实施方案，带孔的阳极(47)围绕内阴极(49)。在这种特定情形中，氢气在内阴极(49)产生，可以手动或机械地搅动水以增加接触时间和确保臭氧及混合氧化剂在水中的良好分布。就手动搅拌而言，应理解使用者可简单地在玻璃水杯中搅动净化器来增强净化过程。
取决于待处理的水的体积，根据本发明的便携式臭氧发生器可以是几厘米至几米长。为了成为可易于移动的，该装置可优选为钢笔尺寸。
根据未在图中描述的本发明的另一个实施方案，可将阳极连接至以足够频率进行激励的压电晶体，以产生压力冲击波，从而提高氧、臭氧和混合氧化剂在水中的溶解性。
根据本发明的净化器还可按提高压力的方式进行安装，从而提高氧、臭氧和混合氧化剂在水中的溶解性。大氢气泡的尺寸将由于较高的压力而将减小，但仍将大至足以减小高压力下氢的溶解性。
所有上述可按反转方式进行安装，其中阳极存在于装置外部而阴极存在于装置的中心(见图7)。
本发明的另一个优选实施方案可包括几层阳极和阴极以提高总表面积，且因此使臭氧和混合氧化剂产量最大化。
III)安装到水阀的臭氧发生器装置
如图8至13中所描述的，根据本发明的用于净化水的装置可容易地直接或间接地安装在水龙头或水阀的端部，以便净化从其流出的水。
将装置(1)配合到水阀(51)。将电罩壳(3)连接至电源(未示出)以及连接至电极。外电极(33)起到在其中净化水的反应器的作用。加热元件(17)可安装在电极的顶部。管(53)固定在反应器(33)的底部，将净化的水带到净化器外部(图8、9和13)，或者固定在反应器的顶部(图10至12)。
装置(1)被第二全管电极(55)包围，以便提高H2的消除。氢气泡(57)从反应器(33)内部向第二全管电极(55)行进，从而导致产生臭氧的反应器内部H2浓度减小。该第二电极(55)还起到电极的保护壳层的作用。
如图8中所描述的，水可以通过出口管(53)从反应器(33)的内腔室直接出来，在所述出口管中，产生富含臭氧的水并且该水与反应器(33)和外部罩壳(55)之间存在的空间中流动的富含氢气的水分离。在这种构造中，富含氢气的水优选在罩壳(55)的底部出来并且排放到排水管(未示出)中。虽然出于净化目的，优选将富含臭氧的水与充满氢气的水以这种方式进行分离，但这也导致一些水流量的损失。在不希望这种损失的情形中，可将富含臭氧和富含氢气的水通过同一出口排出(图9至13)。
如图10至13中所描述，第二电极(55)起到水贮槽的作用。该贮槽通过入口管(59)连接至水阀(51)，所述入口管将水带入到包含装置(1)的贮槽中。
如图9中所描述，第二电极(55)的底部还可连接至储水槽(61)。优选地，该储水槽包含过滤器(63)以通过从水中除去固体有机或无机颗粒来提高水净化。所述过滤器还可安装在出口管(53)内部并且可由粒状活性炭、炭块、膜过滤器、树脂等制成。
在装置具有小尺寸例如钢笔尺寸时，其可容易地用行李转运和安装在任选所需地方，例如可安装在宾馆房间的水龙头上，如果使用者认为水中可能包含细菌和微生物。相同的设计原理可适用于来自例如存在于非洲乡村的自流井公共源泉的水的净化
根据水入口或水阀的方向，该装置可沿任何方向进行安装。
虽然在上文通过优选实施方案对本发明进行了描述，但应指出，在所附权利要求书范围内的该优选实施方案的任何修改不应被认为改变或更改了本发明的性质和范围。
IV)实施例
实施例1
在图2中描述了下面的实施例，其中将两个互相面对的板状电极安装到瓶子中。电极的尺寸为每个3.5cm×4.0cm。电极间的间隙为2-3mm。将电极固定到瓶子的底部，该底部固定到包含3个各自具有9V电压的蓄电池的隔室。
该瓶子包含500ml具有469 ppm TDS的水。
TDS表示“总溶解固体”。就“溶解固体”而言，其应理解为水中溶解的任何矿物、盐、金属、阳离子或阴离子。这包括水中除纯水(H2O)分子外存在的任何物质和悬浮固体。悬浮固体是既不溶于水又不在水中沉降的任何颗粒/物质，例如木浆。通常，总溶解固体浓度是水中阳离子(带正电荷)和阴离子(带负电荷)的总和。
在1分钟后，水中臭氧(O3)浓度为约0.55ppm。
在仅5分钟后，O3浓度为约1.1ppm，其足以净化瓶子中的水。
用HACH DPD O3试剂盒进行O3浓度的测量。
实施例2：
进行细菌检验以证明用于净化水的便携式臭氧发生器对于消除细菌和大肠菌并且使水成为可饮用的是有效的。
装置描述
在下面测试中使用的用于净化水的便携式臭氧发生器是本发明的优选实施方案，并且在下文命名为“OZOPEN”。所使用的OZOPEN利用两个总共18V的9V蓄电池进行工作并且具有下面特性：
-在镀Pt网状物中的内阳极
-在镀Pt网状物中的外阴极
-接近阴极放置的外部铝体，该外部体具有粗糙化的孔用以促进在阴极产生的氢气泡的合并和促进氢气泡从OZOPEN逸出。
这里使用的OZOPEN不具有加热元件。
下表1给出了所使用的OZOPEN的性能，其对应于在250mL具有450 ppm TDS的瓶装水样品中用OZOPEN以时间(分钟)的函数产生的臭氧浓度。
表1
 
时间(分钟) 臭氧浓度(ppm)
0.5 0.2
1 0.3
2 0.45
4 0.8
6 1.5
水的描述
测试了不同类型的水：
i)腐水：用于该研究的腐水来自家用废水源。收集1L这种水并且用其作为该研究中所进行的所有试验的未净化的水。这样做以确保结果的一致性。
ii)商用水：使用商用瓶装水作为细菌和大肠菌分析的对照标准。来自Society Nestle的Pure 
Figure A200780017944D00191
(序列号：012707 7027WF0004，2120BESTBY01/2009)。
细菌和大肠菌试剂盒
在该研究中使用商业试剂盒来控制OZOPEN的效率。
i)细菌试条：BioSan Laboratories Inc的
Figure A200780017944D00192
所测试的参数：总的需氧细菌。
指示：如果在24-36小时培养期后在试条上出现粉红/红色的点，则该样品包含需氧细菌ii)大肠菌测试：Rainfresh Water Filters的Water 
Figure A200780017944D00193
所测试的参数：包括大肠杆菌的大肠菌。
指示：该样品包含大肠菌。在60小时培养期后样品的淡绿色/蓝色表示样品中存在大肠菌。
测试程序
测试1：样品是250ml置于玻璃烧杯中的腐水溶液。将该样品用OZOPEN臭氧化1分钟。按每个试剂盒说明就细菌和大肠菌对样品进行测试。
测试2：样品是250ml置于玻璃烧杯中的腐水溶液。将该样品臭氧化5分钟，并然后按每个试剂盒说明就细菌和大肠菌对其进行测试。应注意的是，腐水的TDS水平为450ppm。
结果：
表2
 
样品/测试 存在需氧细菌 存在大肠菌
瓶装水(参照) 否 否
腐水 是 是
臭氧化1分钟 是 否
臭氧化5分钟 否 否
当将臭氧化的样品与瓶装水样品对比时，测试显示，在1分钟臭氧化后，OZOPEN能够完全从腐水中消除大肠菌。然而，可看出的是，存留一些需氧细菌。在5分钟臭氧化后，大肠菌和细菌均被消除，从而使250mL腐水样品成为可饮用的。
总之，这些测试显示OZOPEN可消除细菌和大肠菌。

Claims (26)

1.通过原位产生臭氧来净化水的便携式臭氧发生器装置，所述装置包含：
罩壳；
两个电极，包括从罩壳延伸到水中且各自具有与水接触的半粗糙或粗糙表面的阳极和阴极，所述电极被第一间隙隔开；和
操作性地连接至所述电极的电源，用于在它们之间产生电势差，从而产生电流，
从而在使用中，阴极产生氢气而阳极产生包括臭氧的混合氧化剂。
2.根据权利要求1的装置，其中所述两个电极的形式是板、带孔板、棒、带孔棒、管、带孔管、丝、带孔丝或网状物。
3.根据权利要求1的装置，其中所述两个电极是扁平状并且互相平行。
4.根据权利要求1的装置，所述两个电极之一是具有棒形状的内电极(i)并且所述两个电极中的另一个是具有管形状的外电极(ii)，所述外电极(ii)围绕内电极(i)并且具有与水接触的内部和/或外部半粗糙或粗糙表面。
5.根据权利要求4的装置，其中所述内电极(i)是阳极而所述外电极(ii)是阴极。
6.根据权利要求4的装置，其中所述内电极(i)是阴极而所述外电极(ii)是阳极。
7.根据权利要求1至6中任一项的装置，其还包含从罩壳延伸到水中且具有与水接触的粗糙表面的第三电极，所述第三电极通过第二间隙与所述两个电极之一隔开，并且在接近阴极放置时是阳极或者在接近阳极放置时是阴极。
8.根据权利要求7的装置，其还包含从罩壳延伸到水中且具有与水接触的粗糙表面的第四电极，所述第四电极通过第三间隙与所述电极之一隔开，并且在接近作为阴极的所述电极之一放置时是阳极或者在接近作为阳极的所述电极之一放置时是阴极。
9.根据权利要求8的装置，其中所述电极包含多个孔。
10.根据权利要求9的装置，其中所述孔具有粗糙边缘。
11.根据权利要求1至10中任一项的装置，其中所述电极由活性或非活性的碳纤维制成或者镀覆有活性或非活性的碳纤维。
12.根据权利要求1至10中任一项的臭氧发生器装置，其中所述阴极或阳极由选自周期表的3至13列的金属或所述金属的合金制成或者镀覆有选自周期表的3至13列的金属或所述金属的合金。
13.根据权利要求12的臭氧发生器装置，其中所述阴极由钯、钯合金、镁合金或钛合金制成或者镀覆有钯、钯合金、镁合金或钛合金，从而在使用中，阴极具有吸收阴极所产生的氢气的性能。
14.根据权利要求1至13中任一项的装置，其中所述电源是通过电线连接到所述电极的外部电源。
15.根据权利要求1至13中任一项的装置，其中所述罩壳结合有所述电源。
16.根据权利要求14或15的装置，其中所述电源是至少一个蓄电池、供有外部电力的电力变压器、至少一个硅太阳能电池板或小型涡轮机。
17.根据权利要求1至16中任一项的装置，其还包含操作性地连接至电源装置的超声发生器装置，从而在使用中，该超声发生器装置产生超声以便除去电极表面上存在的杂质并且促进所述混合氧化剂溶解在水中。
18.根据权利要求1至17中任一项的装置，其还包含至少一个固定在该装置上并且也连接至所述电源的发光体或发光二极管。
19.根据权利要求1至18中任一项的装置，其还包含操作性地连接至所述电源的加热元件。
20.至少一个如权利要求1至19中任一项所限定的装置的应用，用于净化水。
21.根据权利要求20的应用，其中所述装置适于固定到水龙头，所述水龙头产生待净化的水。
22.根据权利要求20的应用，其中所述装置适于固定到连续流的水净化系统，所述系统任选包含过滤器。
23.根据权利要求20的应用，在包含待净化的水的容器中，所述容器是玻璃杯、瓶子或罐。
24.根据权利要求23的应用，其中所述装置持久安装到所述瓶子内。
25.用于净化水的方法，该方法包括步骤：
a)将至少一个如权利要求1至19中任一项所限定的便携式臭氧发生器装置投入到待净化的水中；
b)将电源装置开启；和
c)等待适当时间以便让所述至少一个装置产生臭氧并净化水。
26.根据权利要求25的方法，其中所述至少一个装置具有一定功率，待净化的水具有一定的体积和品质，并且其中所述适当时间随所述装置的所述功率和要净化的水的所述体积和/或品质而变化。
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