CN101805046B

CN101805046B - 碱性还原水无隔膜电解装置

Info

Publication number: CN101805046B
Application number: CN 201010120654
Authority: CN
Inventors: 肖志邦
Original assignee: NANJING LIFE WATER ENVIRONMENT-FRIENDLY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Yichen Technology Co ltd
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2030-03-10
Also published as: CN101805046A

Abstract

本发明涉及一种碱性还原水无隔膜电解装置，属于电解功能水装置技术领域。该装置包括盛水容器和置放在盛水容器内的一对阴、阳电极，以及与所述阴、阳电极电连接的直流电源；所述阳电极主要由活性炭制成的活性炭电极构成，所述阴电极主要由金属制成的金属电极构成。该装置通过采用主要由活性炭电极和金属电极组成的阴、阳电极组，可以有效得到宽范围碱性(PH值从7到13)和负氧化还原电位的碱性还原功能水；并且可以减少电解功率消耗。

Description

碱性还原水无隔膜电解装置

技术领域

本发明涉及一种用于生成碱性还原水的电解装置，属于电解功能水装置技术领域。

背景技术

功能水是经科学处理得到的具有重现性和有益功能的水溶液，其处理方法和生理功能的科学依据已被明确证实。严格符合以上定义，并普遍得到水研究科学家公认，而且有标准可执行的是电解水(也有称之为“离子水”)。电解水主要包括氧化水和还原水。一般地，以使用银-氯化银电极测定出水的氧化还原电位值(ORP值)为+200mV时作为中间值，将氧化还原电位值低于该中间值的水称作还原水。氧化水通常是偏酸性的，还原水通常是偏碱性的，其中碱性还原水的的应用较为广泛，比如弱碱性还原水适宜人饮用并利于人体健康，又比如中碱性还原水适宜清洗瓜果蔬菜，再比如强碱性还原水适宜医用消毒，等等。

无隔膜电解装置因其结构简单、无隔膜污染而在电解水领域得到越来越多地应用。但是，对于现实中有效制取碱性还原水的需要，目前还是只能采用二槽有隔膜电解装置来完成。这是因为传统认识认为，由于无隔膜电解装置的阴极室和阳极室未分隔开，电解氧化水与电解还原水在阴-阳极之间不断生成又不断中和，因此无法单独生成所需的碱性还原水。

经检索，目前已知能够制取还原水的无隔膜电解装置有：1、采用对电极施加高频交流电压进行电解的装置，如日本专利(特开2000-84560号公报)公开的一种还原水生成装置；2、采用对电极施加非对称交流电压进行电解的装置，如中国专利ZL200510093514.7公开的另一种还原水生成装置；3、采用对电极施加变频直流脉冲电源进行电解的装置，如本发明人在先申请的中国专利ZL200820183101.7、ZL200820184175.2、ZL200820184176.7分别公开的一种具有杀菌功能的饮水机、一种电解功能水杯、一种便携式电解功能水制备器。

但是，上述现有无隔膜式电解装置均无法获得宽范围碱性(从弱碱性到强碱性，即PH值从7-13)的碱性还原水。1)上述的采用对电极施加高频交流电压或非对称交流电压的两种电解装置是为了解决达到饮用水标准的问题，最多只能生成作为饮用的中性或弱碱性的还原水；2)上述的采用对电极施加变频直流脉冲电源的电解装置，一是制取电解水时间过长；二是也只能得到弱碱性的还原水。

发明内容

本发明解决的主要技术问题是：提出一种通过电解有效制取具有宽范围碱性和负氧化还原电位的碱性还原水的无隔膜电解装置。

为了解决上述主要技术问题，本发明提出的基本技术方案是：一种碱性还原水无隔膜电解装置，包括盛水容器和置放在盛水容器内的一对阴、阳电极，以及与所述阴、阳电极电连接的直流电源；所述阳电极主要由活性炭制成的活性炭电极构成，所述阴电极主要由金属制成的金属电极构成。

迄今为止，制取功能水的电解装置所使用的阴、阳电极组，习惯上均是采用相同的材质，如早期曾使用的石墨阴、阳电极组，现今经常采用的钛基表面涂敷活性涂层的阴、阳电极组，以及上述采用碳电极的阴、阳电极组。本发明则突破了这一传统惯性思维，同时也突破了前述无隔膜电解装置因生成电解氧化水与电解还原水不断中和而无法单独生成碱性还原水的传统认识，开创性地(也是革命性地)在无隔膜电解装置上实现全部生成碱性还原水。以下，本发明人进一步在理论上分析采用上述本发明基本技术方案的碱性还原水无隔膜电解装置能够生成碱性还原水的原因：

(1)碱性的形成

对于现有无隔膜电解装置来说，当含水盛水容器内的阴、阳电极加电后，水中的阳离子移向阴极得电子发生还原反应，水中的阴离子移向阳极失去电子发生氧化反应；同时水也被电解，水的氢键被打开，氢气在阴极形成，氧气则在阳极形成。阴极因失去氢离子(H⁺离子)使阴极附近水域含有较多的氢氧根离子(OH^-)，具有还原性，呈现碱性。阳极因失去氢氧根离子(OH^-)而使阳极附近水域水含有较多的氢离子(H⁺离子)，具有氧化性，呈现酸性。但本发明的阳电极是活性炭电极，由于活性炭拥有巨大比表面积及发达孔隙结构，具有极强的吸附离子能力，使得阳电极附近水被电解产生的氧气和氢离子被紧紧吸附在活性炭内部而难以脱出(这点可从后面具体实施方式的实验中得到验证，即电解时阳电极处没有气泡形成)，很快即可导致水中氢离子和氢氧根离子的失衡，即水中的氢氧根离子数量远大于氢离子数量，最终使水呈现碱性。本发明正是巧妙利用活性碳电极吸附氢离子，而金属电极难以吸附离子的不同特性，创造性地实现电解水中氢离子和氢氧根离子的总量失衡来生成碱性水的。

(2)负氧化还原电位的形成：

水在电解时，附着在阴极的氢离子在形成分子的过程中会先形成带电子的单原子态氢也就是活性氢或叫还原氢(H^-)。活性炭电极在电解情况下表面官能团发生反应，会有少量纳米级的络合物、螯合物和胶状质物在官能团反应变化后脱落进入水中；同时活性炭制作时带入的金属也会形成纳米级金属离子进入水中，这些纳米级的金属离子、络合物、螯合物、胶状质物等具有吸附活性氢的性质。当活性氢附着在这些粒子上时，就形成悬浮在水中具有稳定状态的活性氢。这样，随着水中稳定态活性氢的不断积聚，很快可以使水的氧化还原电位持续降低，最终成为稳定态的负氧化还原电位水。

综上，采用上述本发明基本技术方案的碱性还原水无隔膜电解装置相比现有无隔膜电解装置具有的有益效果是：可以有效制取宽范围碱性(在添加适当电解质的情况下还可以快速生成强碱性还原水)和负氧化还原电位的碱性还原水。

现在回过头来，看看前面背景技术中提到的多个现有无隔膜电解装置的技术文献，就可以明白，上述理论分析揭示了现有无隔膜电解装置技术领域都未知晓的技术秘密，从而实现了现有无隔膜电解装置都无法实现的单独在无隔膜电解装置上全部有效制取宽范围碱性的碱性还原水。尤其是中国专利ZL200510093514.7公开的还原水生成装置，由于该装置的一对电极全是普通碳电极，即使控制施加正负电压时间，其中作阳极的碳电极也不可避免地会析出碳，导致水中生成碳酸并影响负氧化还原电位的稳定；此外该装置控制碳粒子析出，反而不能得到稳定负氧化还原电位的还原水。因此，上述本发明碱性还原水无隔膜电解装置的基本技术方案所具有的含有活性炭的阳电极和金属的阴电极这一技术特征具有突出的实质性特点。

需要特别说明的是：虽然上述本发明碱性还原水无隔膜电解装置的基本技术方案中含有活性炭的阳电极和金属的阴电极的电极组合貌似简单，但却是在本发明人长期大量实验和不懈深入理论探求中获得的，以上并包括以下的理论分析和认识都是本发明人经过长期深入探索研究得到的，并非显而易见。因此，上述本发明基本技术方案中含有活性炭的阳电极和金属的阴电极构成的电极组相对现有技术是非显而易见的。另一方面，即使将本发明基本技术方案看作一种电极材料的选择组合方案，其获得过程也是极其艰难的。因为对于作为电化学科学的电解水技术来说，取得显著的进步并不仅仅体现在对电解装置及其零部件的形状结构的改进，有时往往是在材料的选择上进行突破，从这个意义上说，上述本发明碱性还原水无隔膜电解装置的基本技术方案可以说是绝无仅有的。

本发明人经过大量实验研究发现，尚有其他因素会影响本发明碱性还原水无隔膜电解装置的制水效果，为此对上述发明碱性还原水无隔膜电解装置的基本技术方案作出以下改进：

上述基本技术方案的改进一是：所述活性炭是烧结活性炭和压结活性炭之一。本发明人经进一步实验和深入研究发现，水电解时，电能主要转化为使水温升高的热能和使水发生电化学反应的化学能。随电解电流加大，活性碳所获得能量的增加有利于活性碳中纳米级胶状物、螯合物、络合物等的持续析出融入水中，有利于活性氢的吸附，从而形成足够的氧化还原负电位。然而，随着电解持续进行和水中热能的增加，会影响活性碳结构的稳定性，进而从活性碳中析出碳并使得水中生成碳酸，导致水趋于酸性。因此，采用结构稳定的烧结活性炭或压结活性炭可以杜绝电解过程的析出碳。

上述基本技术方案的改进二是：所述直流电源的输出电流范围是10-1500毫安。本发明人经进一步实验和深入研究发现，提高电解电流，有利于打开水的分子键，但过高电流不仅能量消耗增大，又会使得活性炭中的有机物(活性炭制作时必然带有，如酯类或醛类有机物)水解生成酸根基团，从而在水中生成有机酸，反过来降低PH值(降低碱性)。本发明人从长期实验中获得的上述输出电流范围，可以有效避免电解过程中活性炭中过量酸根基团的生成。

上述基本技术方案的改进三是：所述活性炭电极的比表面积范围是500-2000m²/g。本发明碱性还原水无隔膜电解装置主要用于生成碱性还原水，除了材质饮用水安全指标外，对活性碳的要求与一般水处理用活性碳有所区别，特别要求是比表面积尽可能大(≮500m²/g)，以具有对离子的强吸附力，从而利于获得碱性还原水。

上基本技术方案改进三的进一步改进是：所述烧结活性炭的烧结温度是700-1200℃，所述压结活性炭的压结压力是0.5-4MPa。本发明人经进一步实验和深入研究总结出，烧结活性炭的烧结温度和压结活性炭的压结压力在上述范围内时，所得到烧结活性炭和压结活性炭的结构在电解时更为稳定。

上述基本技术方案的改进四是：所述活性炭是由经过纳米级活化处理的椰炭、果炭和竹炭之一制成，并含有导电剂。活性碳因材质、加工和活化工艺的不同，其孔隙性状、比表面积、电导率也不同，最终适用的电压、电流、电解时间周期要求也不同。普通椰碳、果碳或竹炭按常规活化工艺其比表面积通常在300m²/g左右，而经特殊纳米活化处理后则可做到大于2000m²/g；掺入适量导电石墨或炭黑等导电剂科提高活性碳作为电极的导电能力。

本发明解决的次要技术问题是：在解决上述主要问题的基础上，进一步提高上述碱性还原水无隔膜电解装置的电极导电性，并降低功率消耗。

为了解决上述次要技术问题，本发明对上述技术方案的更进一步改进是：所述阳电极还含有由金属制成的辅助金属电极，并由活性炭电极和辅助金属电极紧密接触形成复合阳电极。在本发明装置中，虽然活性炭所具有的导电性能，可以使阳电极活化能力显著提高，能以较低的电流密度提供较大的电流强度，且粒子间距小，传质过程得以极大改善，但若单纯采用上述活性碳电极作阳电极，为生成所需碱性还原水其电解电压峰值可能超过36V安全电压上限。使用以活性炭电极表面贴附辅助金属电极(即构成复合阳电极)后，由于辅助金属电极的导电性好于活性碳电极，二者协同在较低电压和较小电解功率下可提供足够电解电流，也使得本发明更易实用商品化。

上述技术方案的又进一步改进是：所述活性炭的电阻率范围是0.5-6/Ω·cm^-1。活性碳电极的电阻系数应尽可能小，这样对于相同电解电流的电解电压可以较低，减少功率消耗。

上述技术方案的再进一步改进之一是：所述辅助金属电极贴附在阳电极表面的一部分，所述阳电极表面的另一部分面向所述阴电极。

上述技术方案的再进一步改进之二是：所述辅助金属电极是钛金属网，所述活性碳电极包在钛金属网内。

上述技术方案的再进一步改进之三是：所述辅助金属电极与活性炭电极烧结成一体。

上述技术方案的衍生方案之一是：所述盛水容器主要由金属制成并且作为阴电极，所述阳电极置于盛水容器中。

上述技术方案的衍生方案之二是：所述盛水容器主要由活性炭制成并且作为阳电极，所述阴电极置于盛水容器中。

上述衍生方案之一的改进一时：所述盛水容器是不锈钢圆筒，所述活性碳电极是竹炭经纳米级活化处理后压制成圆饼状并烧结制成；所述辅助金属电极是园片状钛基表面涂敷铂层，并嵌在活性炭电极上。

上述衍生方案之一的改进二时：所述阳电极呈圆柱环状；所述辅助金属电极是钛板涂覆铂氧化层并嵌在圆柱环状活性碳电极的内环面，所述活性碳电极为普通椰壳活性碳添加导电剂压制并干燥制成。

上述衍生方案之二的改进时：所述活性碳电极采用经纳米级活化处理的竹炭并加入导电剂烧制成圆筒状，所述辅助金属电极是钛金属网并紧实包覆在活性碳电极外表面构成圆筒状复合阳电极，所述复合阳电极预埋钛螺钉，所述螺钉穿过辅助金属电极和活性碳电极侧壁与直流电源的正极连接，所述阴电极为圆柱状并置于复合阳电极的内部正中。

上述技术方案的完善是：所述金属是铜、铁、铝、不锈钢、合金和钛之一，所述辅助金属电极的表面涂覆有惰性金属层，所述惰性金属层是铂族氧化层。

附图说明

下面结合附图对本发明的碱性还原水无隔膜电解装置作进一步说明。

图1是现有无隔膜电解装置的结构示意图。

图2是本发明实施例一碱性还原水无隔膜电解装置的结构示意图。

图3是本发明实施例二碱性还原水无隔膜电解装置的结构示意图。

图4是本发明实施例三碱性还原水无隔膜电解装置的结构示意图。

图5是本发明实施例四碱性还原水无隔膜电解装置的结构示意图。

图6是本发明实施例五碱性还原水无隔膜电解装置的结构示意图。

图7是本发明实施例六碱性还原水无隔膜电解装置的结构示意图。

图8是图7中A-A向截面图。

图9本发明实施例七碱性还原水无隔膜电解装置的结构示意图。

图10是图9中B-B向截面图。

图11本发明实施例八碱性还原水无隔膜电解装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的碱性还原水无隔膜电解装置如图2所示，包括盛水容器1和置放在盛水容器1内的一对阴、阳电极2、3，以及与阴、阳电极2、3电连接的直流电源4。阳电极3是由活性炭制成的板状活性炭电极，活性炭具体是采用优质椰壳颗粒活性碳并添加炭黑，加入适量聚四氟乙烯乳液粘接剂，在成型模具中以1MPa压力压结，然后在220℃温度下干燥，最后剪裁而成。阴电极2是由钛板表面涂惰性金属层(铂层)制成的板状金属电极。阴、阳电极2、3的几何形状相同但厚度不同，均是120mm×80mm，厚度0.3mm，阴电极2厚度0.3mm，阳电极3厚度15mm。活性炭电极在实验前用纯净水清洗烹煮20分钟后使用。

直流电源4采用变频脉冲直流电源，其输出峰值电压范围是3-220伏，其峰值电流范围是5-100毫安。电解容器槽3由塑料或其他非导电材料制成。活性炭电极的比表面积620m²/g，其电阻率5.7/Ω·cm^-1。

本发明人将本实施例的碱性还原水无隔膜电解装置与图1所示的现有还原水电解装置进行对比实验，实验条件和过程还有：1)源水选取纯净水(市售“水森活”牌桶装纯净水)；2)电解制水期间，控制每一制水周期内电流平均值为35毫安；3)制水周期按每3分钟递增，观察每一电解周期内各电极表面有无气泡产生；4)每一制水周期完成后，将电解槽内水完全倒出至外部容器，充分混合并静置2分钟后测量PH值、ORP值(负氧化还原电位值)，测量完毕重新注入新水做下一电解周期实验。本实施例碱性还原水无隔膜电解装置实验的数据如表1-1。现有还原水电解装置的阴极和阳极均为钛基镀铂族氧化，其余条件与以上实验条件相同，实验数据如表1-2。

表1-1(本实施例)

表1-2(现有)

实施例二

本实施例的碱性还原水无隔膜电解装置如图3所示，其结构组成与实施例一基本相同，不同的是：1)阳电板3还含有由金属制成的辅助金属电极5，辅助金属电极5贴附在活性炭电极表面的一部分(一侧)并与活性炭电极构成复合电极，活性炭电极表面的另一部分(另一侧)面向阴电板2，辅助金属电极5采用与阴电板2相同的钛基表面涂敷铂；2)直流电源为输出电压30V、电流2A的直流稳压电源；3)活性炭是采用优质竹碳添加炭黑并经纳米活化处理成型，在750℃温度下烧结，最后剪裁而成。活性炭电极的比表面积870m²/g，其电阻率3.2/Ω·cm^-1。

本发明人将本实施例的碱性还原水无隔膜电解装置与图2所示的现有还原水电解装置同样进行对比实验，实验条件还有：1)源水为南京市供自来水；2)制水期间在各制水周期内均保持恒定电流150毫安。实验结果分别见表2-1和表2-2。

表2-1(本实施例)

表2-2(本实施例)

实施例三

本实施例的碱性还原水无隔膜电解装置如图4所示，其结构组成与实施例二基本相同，不同的是：1)辅助金属电极5是由钛金属网制成120mm×80mm×15mm板网，活性碳包在板网内；2)阴、阳电极2、3放置在盛水容器1内的位置与实施例二中的位置相比正好旋转90度；3)活性碳在900℃温度下烧结，活性炭电极的比表面积950m²/g，其电阻率2.6/Ω·cm^-1；4)直流电源是由220伏市电经变压器隔离、全波整流后形成，输出电压18V、电流1A。

本发明人将本实施例的碱性还原水无隔膜电解装置与图2所示的现有还原水电解装置同样进行对比实验，实验条件还有：1)源水为市售“水森活”牌桶装矿泉水，电解时平均电流保持230mA。实验结果分别见表3-1和表3-2。

表3-1(本实施例)

表3-2(现有)

通过以上实施例一、实施例二和实施例三的三组对比实验数据表明，采用含活性炭电极的阳电极和由钛基镀铂电极构成的阴电极，可成功制出碱性水还原水，其中由辅助金属电极5与活性炭电极形成的复合阳电极制取的碱性水还原水更为理想。但现有阴、阳两电极均采用钛基镀铂层的，则不能制得所需碱性水还原水。而且在每一周期电解过程中，均可明显观察到阴电极有大量气泡生成，而阳电极却始终无任何气泡产生，这就证实了前述发明内容的理论分析中所述：阳电极附近水被电解产生的氧气和氢离子被紧紧吸附在活性炭内部而难以脱出。

实施例四

本实施例的碱性还原水无隔膜电解装置如图5所示，其结构组成与实施例二基本相同，不同的是：阴、阳电极2、3放置在盛水容器1内的位置与实施例二中的位置相比正好旋转45度。

实施例五

本实施例的碱性还原水无隔膜电解装置如图6所示，是在实施例二基础上的改进，除与实施例二相同以外所不同的是：1)盛水容器1是不锈钢圆筒并且作为阴电极2，不锈钢圆筒的直径120mm，高180mm，内盛水1.6升；2)作为复合阳电极3一部分的活性碳电极是竹炭经纳米级活化处理后压制成圆饼状并在1000℃温度下烧结制成(直径65mm，高20mm)，辅助金属电极5为园片状钛基表面涂敷铂层(直径30mm，厚5mm)并嵌在活性炭电极上，从而形成复合阳电极3；3)复合阳电极3置于不锈钢圆筒内中上部；4)直流电源为直流稳压电源，输出电压30V、电流1A；5)活性炭电极的比表面积1250m²/g，其电阻率2.1/Ω·cm^-1。

本发明人以南京市供自来水、市售桶装纯净水为源水，分别装入本实施例的碱性还原水无隔膜电解装置进行实验，实验条件和过程是：将装入源水的本实施例装置放在加热装置上(如微波炉)，将水烧开，每隔3-5分钟取水测量，整个实验期间均保持200ma恒定直流电流值，测试结果见表7。

表4

实施例六

本实施例的碱性还原水无隔膜电解装置如图7、图8所示，是在实施例二基础上的改进，除与实施例二相同以外所不同的是：1)作为复合阳电极3一部分的活性碳电极采用经纳米级活化处理的竹炭并加入导电剂烧制成圆筒状(外径110mm、内径75mm、高160mm)，烧结温度1050℃；2)辅助金属电极5是钛金属网并紧实包覆在活性碳电极圆筒外表面构成圆筒状复合阳电极；3)复合阳电极3预埋不锈钢螺钉6，螺钉6穿过辅助金属电极5和活性碳电极侧壁与直流电源的正极连接；4)阴电极2为圆柱状(外径30mm、高100mm、壁厚0.5mm)，圆柱状阴电极2置于筒状复合阳电极3的内部正中；5)电源采用可变脉冲直流电源，其输出峰值电压范围是30-150伏，其峰值电流范围是100-1000毫安；6)活性炭电极的比表面积1430m²/g，其电阻率0.8/Ω·cm^-1。

为验证快速制取强碱性还原水效果，本发明人分别以：1)山东淄博市自来水(TDS＝870mg/L)为源水；2)以南京市供自来水为源水(TDS＝198mg/L)，加入少量食盐(NaCl)搅拌混合，混合后水的TDS＝1500mg/L。装入本实施例的碱性还原水无隔膜电解装置进行实验，实验期间电压平均值为65V，实验期间电流平均值为分别为800毫安(淄博市自来水)和1000毫安(南京自来水加盐)，实验结果见表5-1，5-2。

表5-1

表5-2

实施例七

本实施例的碱性还原水无隔膜电解装置如图9、图10所示，是在实施例五基础上的改进，除与实施例五相同以外所不同的是：1)阴电极2的不锈钢圆筒直径254mm，高395mm，内盛水18升；2)复合阳电极3整体均呈圆柱环状，其中辅助金属电极5(直径56mm、高197mm)是钛板涂覆铂氧化层并嵌在圆柱环状活性碳电极的内环面，活性碳电极为普通椰壳活性碳添加导电剂压制并干燥制成，压制压力3MPa；3)活性炭电极的比表面积650m²/g，其电阻率4.8/Ω·cm^-1。

本发明人以南京市供自来水、市售桶装纯净水、市售桶装矿泉水为源水分别装入本实施例的碱性还原水无隔膜电解装置进行实验，实验中均保持100ma恒定直流电解电流值，测试结果见表6。

表6

通过以上实施例五、实施例六和实施例七的实验数据表明，采用含活性炭电极的阳电极和由钛基镀铂电极构成的阴电极，无论采用何种源水均可成功制出所需的碱性水还原水。

实施例八

本实施例的碱性还原水无隔膜电解装置如图11所示，是在实施例七基础上的改进，除与实施例七相同以外所不同的是：辅助金属电极5以粉末冶金工艺烧结在活性炭电极内部和外部，与活性炭形成一体的复合阳电极。

显然，上述实施例的碱性还原水无隔膜电解装置可以想见的变化有：1)制作阴电极2和辅助金属电极5的金属除了钛以外还可以是铜、铁、铝、不锈钢和合金之一，惰性金属层也可以是钌层、铑层等铂族氧化层；2)上述各实施例的技术方案彼此可以互相组合；等等。

本发明的不局限于上述实施例所述的具体技术方案，凡采用等同替换形成的技术方案均为本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种碱性还原水无隔膜电解装置，包括盛水容器和置放在盛水容器内的一对阴、阳电极，以及与所述阴、阳电极电连接的直流电源；其特征在于：所述阳电极主要由活性炭制成的活性炭电极构成，所述阴电极主要由金属制成的金属电极构成，所述活性炭电极是电解时能够产生纳米级金属离子、络合物、螯合物和胶状质物的活性炭电极。

2.根据权利要求1所述碱性还原水无隔膜电解装置，其特征在于：所述活性炭是烧结活性炭和压结活性炭之一。

3.根据权利要求2所述碱性还原水无隔膜电解装置，其特征在于：所述直流电源的输出电流范围是10-1500毫安。

4.根据权利要求3所述碱性还原水无隔膜电解装置，其特征在于：所述活性炭电极的比表面积范围是500-2000m²/g。

5.根据权利要求4所述碱性还原水无隔膜电解装置，其特征在于：所述烧结活性炭的烧结温度是700-1200℃，所述压结活性炭的压结压力是0.5-4MPa。

6.根据权利要求5所述碱性还原水无隔膜电解装置，其特征在于：所述活性炭是由经过纳米级活化处理的椰炭、果炭和竹炭之一制成，并含有导电剂。

7.根据权利要求6所述碱性还原水无隔膜电解装置，其特征在于：所述阳电极还含有由金属制成的辅助金属电极，并由活性炭电极和辅助金属电极紧密接触形成复合阳电极。

8.根据权利要求7所述碱性还原水无隔膜电解装置，其特征在于：所述活性炭的电阻率范围是0.5-6Ω·cm^-1。

9.根据权利要求8所述碱性还原水无隔膜电解装置，其特征在于：所述辅助金属电极贴附在阳电极表面的一部分，所述阳电极表面的另一部分面向所述阴电极。

10.根据权利要求8所述碱性还原水无隔膜电解装置，其特征在于：所述辅助金属电极是钛金属网，所述活性炭电极包在钛金属网内。

11.根据权利要求8所述碱性还原水无隔膜电解装置，其特征在于：所述辅助金属电极与活性炭电极烧结成一体。

12.根据权利要求1-8之任一所述碱性还原水无隔膜电解装置，其特征在于：所述盛水容器主要由金属制成并且作为阴电极，所述阳电极置于盛水容器中。

13.根据权利要求1-8之任一所述碱性还原水无隔膜电解装置，其特征在于：所述盛水容器主要由活性炭制成并且作为阳电极，所述阴电极置于盛水容器中。

14.根据权利要求12所述碱性还原水无隔膜电解装置，其特征在于：所述盛水容器是不锈钢圆筒，所述活性炭电极是竹炭经纳米级活化处理后压制成圆饼状并烧结制成；所述辅助金属电极是圆片状钛基表面涂敷铂层，并嵌在活性炭电极上。

15.根据权利要求12所述碱性还原水无隔膜电解装置，其特征在于：所述阳电极呈圆柱环状；所述辅助金属电极是钛板涂覆铂氧化层并嵌在圆柱环状活性炭电极的内环面，所述活性炭电极为普通椰壳活性炭添加导电剂压制并干燥制成。

16.根据权利要求13所述碱性还原水无隔膜电解装置，其特征在于：所述活性炭电极采用经纳米级活化处理的竹炭并加入导电剂烧制成圆筒状，所述辅助金属电极是钛金属网并紧实包覆在活性炭电极外表面构成圆筒状复合阳电极，所述复合阳电极预埋钛螺钉，所述螺钉穿过辅助金属电极和活性炭电极侧壁与直流电源的正极连接，所述阴电极为圆柱状并置于复合阳电极的内部正中。

17.根据权利要求1-8之任一所述金属是铜、铁、铝、不锈钢、合金和钛之一，所述辅助金属电极的表面涂覆有惰性金属层，所述惰性金属层是铂族氧化层。