CN102177088A - 活性氧生成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的活性氧生成装置设有由包含导电性高分子的多个基体材料构成的阴极(4)、具有导电性的阳极(5)、通过溶解氧的水(1)使两极(4、5)间通电的电源(3)、及储存水(1)的水储存部(2)，阴极(4)隔开间隔地在水储存部(2)中立设配置板状的多个基体材料(4a)，阳极(5)按跨着多个基体材料(4a)、且与多个基体材料(4a)正交的形态配置。

Description

活性氧生成装置
技术领域
本发明涉及以良好效率、连续地产生活性氧的装置，特别是涉及能够实现其小型化及简易化的结构。
背景技术
作为生成活性氧的手段，具有使用放电、光催化剂的方法等。然而，前者需要的电量多，还需要确保对高电压输入的安全性。另外，后者为了提高其效果，需要紫外线的光源，不能避免装置的大型化、紫外线对人体的影响。另外，虽然还提出了在水中由使用了电的电解生成活性氧的手段，但作为副生成物，产生很多不希望的氢、氯。作为解决这样的问题的手段，还知道这样的手段，即，在阳极与承载了具有活性氧产生能力的导电性高分子(以下记为导电性高分子)的阴极之间，使微弱电流通电，抑制氢、氯的产生，有意地产生活性氧(例如专利文献1)。
专利文献1：日本专利第3492327号公报(图1等)
发明内容
发明要解决的问题
导电性高分子具有优良的氧化还原反应的反应性，从该导电性高分子向水中的溶解氧供给电子，还原氧，生成活性氧。如对具有这样的氧还原能力的聚苯胺以电的方式赋予还原电位，连续地进行电子供给，则在水中持续生成活性氧。在这样的方式中，为了使活性氧生成量高效率化，具有层叠电极对、使承载了导电性高分子的多个阴极与阳极相向的装置。然而，层叠的阴极与阳极的电极间距离逐渐增加，所以，离开阳极的距离越远，则活性氧生成量越少，有利于生成的阴极基本上为与阳极邻接的阴极。
本发明就是鉴于上述情况而作出的，其目的在于获得这样一种活性氧生成装置，该活性氧生成装置能够在实现活性氧生成装置的小型化或简易化的同时，以良好效率连续地生成活性氧。
用于解决问题的手段
本发明的活性氧生成装置设有由包含导电性高分子的多个基体材料构成的阴极、具有导电性的阳极、通过溶解氧的水使上述两极间通电的电源、及储存上述水的水储存部，上述阴极通过隔开间隔地在上述水储存部立设配置板状的上述多个基体材料而构成，上述阳极按跨着上述多个基体材料、且与上述多个基体材料正交的形态配置。
另外，上述阳极的浸渍在水中的表面积相对于上述阴极的浸渍在水中的表面积大致相等或在其以下。
发明的效果
按照上述那样的本发明的活性氧生成装置，能够相对于多个基体材料(阴极)使用共用的阳极，所以，能够使电极的构成小型化及简易化，而且能够增大活性氧量。
另外，通过使上述阳极的浸渍在水中的表面积相对于上述阴极的浸渍在水中的表面积大致相等或在其以下，能够减少由阴极生成的活性氧由阳极消耗的量，结果增大活性氧量。
附图说明
图1为本发明实施方式1的活性氧生成装置的剖视示意图。
图2为表示实施方式1的相对于阳极与阴极的表面积比的活性氧产生量的图。
图3为本发明实施方式2的活性氧生成装置的构成示意图。
图4为表示实施方式2的变形例的活性氧生成装置的剖视示意图。
图5为本发明实施方式3的活性氧生成装置的构成示意图。
具体实施方式
下面说明本发明的活性氧生成装置的实施方式。而且，各实施方式的活性氧生成装置的共同点在于，使由包含导电性高分子的基体材料构成的阴极4和具有导电性的阳极5浸渍在溶解氧的水1中，使阴极4与阳极5间通电，从而生成活性氧。
实施方式1
图1为表示本发明实施方式1的活性氧生成装置的构成的剖视示意图。该活性氧生成装置设有由包含导电性高分子的板状的基体材料4a构成的阴极4，具有导电性的阳极5，通过溶解氧的水1使两电极4、5间通电的电源3，及储存水1的水储存部2。由电源3通过储存在水储存部2内的水1使阴极4与阳极5间通电，生成活性氧。
阴极4由形成为板状(圆板状、方板状等)的多个基体材料4a构成，板状的1个阳极5按跨着多个基体材料4a、且与多个基体材料4a的各板面方向正交的方式配置在水储存部2的底部。即，按相对于成为阴极4的多个基体材料4a正交的形态设置共用的阳极5。
另外，浸渍在储存于水储存部2内的水1中的阳极5的表面积相对于浸渍在水1中的阴极4的表面积(构成阴极4的各基体材料4a的浸渍在水1中的表面积相加获得的值)大致相等或比其小。这样，能够减少由阳极5生成的物质的量，减少由阴极生成了的活性氧与阳极侧的生成物质反应而消耗的量，结果，增大本装置中的活性氧的生成量。
另外，在图1的构成中，多个的各基体材料4a彼此(阴极4彼此)的距离最好比阳极5与各基体材料4a(阴极4)的距离长。这是因为，在前者的距离比后者短的场合，供给到水中的电流量减少，电子的分布变得不均匀，所以，生成的活性氧量减少。
在构成阴极4的基体材料4a中含有导电性高分子。该基体材料4a除了碳、承载有铂的钛、导电性树脂等导电性材料外，还可以由PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、ABS树脂、PP(聚丙烯)等绝缘性材料形成。另外，基体材料4a自身也可为导电性高分子。导电性高分子例如由聚苯胺、聚苯胺衍生物、聚吡咯、聚噻吩及聚乙炔中的至少一种材料构成。
构成阳极5的基体材料能够由碳、承载有铂的钛、导电性树脂中的任一种或一种以上构成，其表面电阻值最好处在10-3～105Ω/cm的范围。
如表面电阻值低，则电流容易流过，所以，在两极的反应得到促进。
而且，如表面电阻值在105Ω/cm以上，则通电电流最大为数十μA(微安)，活性氧的生成量成为基本上不能检测出的水平。
按照上述活性氧生成装置，从包含在阴极4的表面的导电性高分子向溶解于水1中的氧供给电子，生成过氧化物、羟自由基、过氧化氢等活性氧。另一方面，在阴极4的表面，水中的电子被夺走，生成氧，但除此以外也与混入的杂质反应，例如生成次氯酸等。活性氧与次氯酸反应，返回到水，所以，如在阳极5的生成物多，则存在于水中的活性氧量减少。为此，一般在阳极5与阴极4间设置隔膜，将在各个的电极侧的生成物分离。然而，在本发明中，不使用隔膜，使浸渍在水中的阳极5的面积(表面积)与浸渍在水中的阴极4的面积(表面积)大致相等或比其小，从而抑制活性氧量减少的程度。
下面，表示阳极5与阴极4的表面积比与活性氧生成量的关系。图2表示，使用由碳构成的阳极5和由在碳十字上承载了聚苯胺的多个基体材料构成的阴极4，将阴极4的表面积固定为51cm2，改变阳极5的表面积，施加1.4VvsAgCl经过6小时后的过氧化氢生成量。而且，“1.4VvsAgCl”表示使用氯化银(AgCl)电极作为参照电极，将任一个电极(例如阳极)的电极电位设为0，施加1.4V。
此时的电极间距离(阴极4与阳极5的距离)为5mm，在水1中使用自来水进行测定。从图2可以看出，如阳极5的表面积比阴极4大，则活性氧量减少。这是因为，由阴极4生成了的活性氧如与阳极5接触则消灭，所以，如阳极5的表面积比阴极4大，则由阴极4生成了的活性氧由阳极5消灭的量增加，结果，水1中的活性氧量减少。另外，即使阴极4的表面积比阳极5的表面积大，从阴极4生成的活性氧量也看不到大的变化。因此，为了增大活性氧生成量，最好使阳极5的浸渍在水中的表面积与阴极4的浸渍在水中的表面积大致相等或在其以下。另一方面，在相对于阴极4减小了阳极5的表面积的场合，生成活性氧的量随阴极4的表面积而减少。因此，通过使阳极5的浸渍在水中的表面积与阴极4的浸渍在水中的表面积大致相等，空间效率变得最好，例如能够获得活性氧生成量比同样大小的装置大的装置，或能够获得比同样活性氧生成量的装置小型的装置。如考虑活性氧的产生效率，则最好阴极4与阳极5间的距离最大为10cm。
按照实施方式1的活性氧生成装置，能够相对于多个基体材料4a(阴极4)利用共用的阳极5，所以，能够使电极4、5的构成小型化及简易化。此外，能够增大活性氧产生部分的阴极4的面积，为此，能够增大活性氧生成量。
另外，使阳极的浸渍在水中的表面积相对于阴极的浸渍在水中的表面积大致相等或在其以下，从而减少由阴极生成了的活性氧被阳极消耗的量，结果，能够增大活性氧量，并且还能够对活性氧生成装置的小型化作出贡献。
实施方式2
下面，说明本发明的实施方式2。图3为表示本发明实施方式2的活性氧生成装置的构成的示意图。在这里，在水储存部2的上方以能够旋转的方式配置轴向处于水平方向的导电性的轴6，在轴6上隔开间隔配置板状(最好为圆板状)的多个基体材料4a，形成阴极4。该阴极4按将各基体材料4a的一部分浸渍在储存于水储存部2的水1中的方式设置，随着轴6的旋转，各基体材料4a的浸渍在水1中的面转动。因此，通过阴极4旋转，各基体材料4a的表面交替地接触水1和大气。
另一方面，板状的阳极5使其平面部平行于轴6的轴向，立设配置在水储存部2中。即，共用的阳极5按跨着多个基体材料4a、且与多个基体材料4a的各板面方向正交的方式配置。
在构成阴极4的基体材料4a中含有导电性高分子，该基体材料除了碳、承载有铂的钛、导电性树脂等导电性材料外，还可为PET、ABS、PP等绝缘性材料。另外，该基体材料4a自身也可为导电性高分子。
另一方面，阳极5可由碳、承载有铂的钛、导电性树脂中的任一种或一种以上的基体材料形成。在这里，也使浸渍在水中的阳极5的表面积与浸渍在水中的阴极4的表面积相等或比其小。
图4为表示实施方式2的另一例的活性氧生成装置的剖视示意图，图4(a)为正视图，图4(b)为侧视图。在图4中，阴极4的构成与图3的场合相同。另一方面，阳极5按形成为覆盖阴极4的周围的筒型形状的方式配置。但是，需要用网状或多孔质材料形成阳极5，确保通水性，以使得水1也浸渍到阳极5的内侧的阴极4。而且，也可将阳极5仅形成在圆筒形状的侧面，与阴极4相向的另一面构成为用于维持圆筒形状的框体。在框体形成开口部，使水流入到圆筒形状的内部地构成，这样，阳极5仅是使板状材料变圆即可形成，所以，能够以低成本形成。
按照实施方式2的活性氧生成装置，除了实施方式1的效果外，通过使阴极4的各基体材料4a的表面交替地接触水和大气，提高基体材料4a的表面处的活性氧的产生效率。
另外，通过具有旋转机构，电极(阴极4、阳极5)设置形态的自由度增加，由此还能够使活性氧生成装置小型化。
实施方式3
下面，使用图5说明本发明的实施方式3。图5为本发明实施方式3的活性氧生成装置的构成示意图。该活性氧生成装置在水储存部2具有水1的流水口7和排水口8。另外，在水储存部2上方以能够旋转的方式配置轴向处于水平方向的导电性的轴6，在轴6上隔开间隔配置板状(最好为圆板状)的多个基体材料4a，形成阴极4。该阴极4与图4同样地以将各基体材料4a的一部分浸渍在储存于水储存部2的水1中的方式设置，各基体材料4a的浸渍在水1中的面随轴6的旋转而转动。另外，由导电性材料形成与各基体材料4a正交的水储存部2的底面或侧面的一部分，使该导电性材料部分具有作为阳极5的功能。
在这里，水储存部2的作为阳极5起作用的导电性材料部的浸渍在水1中的表面积与浸渍在水1中的阴极4的表面积相等或比其小。另外，阳极5与各基体材料4a(阴极4)的距离比基体材料4a(阴极4)彼此的距离短。
按照实施方式3的活性氧生成装置，水1从水储存部2的流水口7流入，按一定量储存在水储存部2内，从阴极4表面含有的导电性高分子向溶解的氧供给电子，生成过氧化物、羟自由基、过氧化氢等活性氧。水储存部2内的水1由生成了的活性氧进行抗菌、卫生化，剩余部分从排水口8排出。
另外，由于阴极4交替地在水中和大气中往返，所以，阴极4的活性氧的产生效率提高。
另外，电极(阴极4、阳极5)的配置自由度增加，由此还能够使装置变得简易而且小型。
符号的说明
1溶解氧的水，2水储存部，3电源，4阴极，4a构成阴极的板状的基体材料，5阳极，6导电性的轴，7流入口，8排水口。

Claims (10)

1.一种活性氧生成装置，其特征在于，设有由包含导电性高分子的多个基体材料构成的阴极、具有导电性的阳极、通过溶解氧的水使上述两极间通电的电源、及储存上述水的水储存部，
上述阴极通过隔开间隔地在上述水储存部立设配置板状的上述多个基体材料而构成，
上述阳极按跨着上述多个基体材料、且与上述多个基体材料正交的形态配置。
2.根据权利要求1所述的活性氧生成装置，其特征在于：上述阳极的浸渍在水中的表面积相对于上述阴极的浸渍在水中的表面积大致相等或在其以下。
3.根据权利要求1或2所述的活性氧生成装置，其特征在于：上述阳极与构成上述阴极的各基体材料的距离比上述基体材料彼此的距离短。
4.根据权利要求1～3中任何一项所述的活性氧生成装置，其特征在于：上述阳极沿上述水储存部的内侧底面配置或立设在上述水储存部地配置。
5.根据权利要求1～3中任何一项所述的活性氧生成装置，其特征在于：上述阳极为覆盖上述阴极整体的箱形状或筒形状。
6.根据权利要求1～3中任何一项所述的活性氧生成装置，其特征在于：上述阳极由储存上述水的容器的一部分构成。
7.根据权利要求1～6中任何一项所述的活性氧生成装置，其特征在于：上述阴极通过在水平方向上配置的导电性的轴层叠，以上述导电性的轴为中心在上述水中与大气中之间旋转。
8.根据权利要求1～7中任何一项所述的活性氧生成装置，其特征在于：包含导电性高分子的上述基体材料的表面为10-3～105Ω/cm的表面电阻值。
9.根据权利要求1～8中任何一项所述的活性氧生成装置，其特征在于：上述导电性高分子由聚苯胺、聚苯胺衍生物、聚吡咯、聚噻吩或聚乙炔中的至少一种材料构成。
10.根据权利要求1～9中任何一项所述的活性氧生成装置，其特征在于：上述阴极与上述阳极间的距离为0.5～10cm。
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