CN105439254A - 一种电解水容器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电解水容器，包括电解槽与设在所述电解槽内的阴阳电极组件和可控电解电源，所述阳电极和所述阴电极的材料均主要为活性炭，与所述可控电解电源的正极相连的活性炭为阳电极，与所述可控电解电源的负极相连的活性炭为阴电极；所述可控电解电源的正负极性可互换；所述阳电极与所述阴电极平行相对或为同心圆柱，其中外圆柱为空心。本发明实现了即使电解的原水为自来水或矿物质水等含氯离子的水，也能避免电解水中余氯的增加，最终依然可制取无余氯或低余氯的酸性或碱性电解水，真正实现了适于直接饮与用的健康酸性或碱性电解水，对人体更安全。

Description

一种电解水容器
技术领域
本发明涉及电化学技术领域，特别涉及一种电解水容器。
背景技术
电解水是通过对水中的电极施加电压，促进水分子电离，在阴阳极分别生成氢气和氧气的过程。其化学反应可简记为2H2O→2H2+02.由于电解水受到水质成分、电极材质特性、温度、PH值等现实因素影响，实际的电解水过程及产物要复杂的多。随着电解水领域的相关技术不断发展，电解水越来越受到广泛关注。例如小分子团水、氧化还原电位低的还原性水、富含氢气的富氢水及富含OHˉ的碱性离子水等等。这些对人体健康有益的水背后都会有电解水的身影。
水在电解过程中不仅能得到有益健康的还原性水，而且可以改变水的酸碱度。其原理是水在电解时，由于阴阳极板间施加了电场，水中的阴阳离子在电场力的作用下向正负电极移动，由于水中含有水自身微电离的氢离子和氢氧根离子，及水中含有的一些带电离子的原因，使得上述电极电解水反应得以持续发生。这样在阴阳电极处就会积累氢氧根离子和氢离子，这些电解产生的离子在受到温度、电场力、布朗运动等影响向水体扩散，随着电解反应的进行，水体中氢离子浓度发生改变，即水的PH值发生改变。不同PH值的水有不同的作用，比如中性和弱碱性还原水适宜饮用，弱酸性还原水可以护肤美容，强酸水可以杀菌，强碱水可以分解农药残留。因而不同PH值的水有着广泛应用。然而当作为电解的原水是市政自来水和市售的矿物质水时，此类水多数含有氯离子(CLˉ)，氯离子在电解过程中易生成氯气、次氯酸盐等副产物溶解在水中，形成对人体健康比较有危害的余氯，不适合直接作为饮用水。若能获得无余氯或低余氯的电解饮用还原水，才会对人体健康具有意义。
目前制取无余氯或低余氯的电解还原水的方法或装置有：在水槽中放置除余氯装置或通过紫外线照射消除余氯。
尽管用活性炭做阳极可以消除或减少电解水中余氯的含量，但同时也会改变电解水的PH值。其原理是利用活性炭的强吸附作用，当活性炭做阳极时，吸附电解水过程中阳极附近生成的氢离子，使制取的电解水PH值升高；相反的当活性炭做阴极时，吸附电解水过程中阴极附近生成的氢氧根离子，使制取的电解水PH值降低。
一般认为，活性炭做电极时，吸附氢离子与氢氧根离子的能力很强，因而在电解水时都是把活性炭作为阴阳电极的其中一极，另一极为惰性金属电极，通过改变活性炭电极和惰性金属电极的阴阳极性，来实现调节电解水PH值的目的。申请号CN201010120654.X的专利，通过活性炭吸附特性改变电解水的PH值，此方法的不足之处是当原水为含有氯离子的自来水或离子水时，在活性炭电极作为阳极制取碱性水时无余氯，而在活性炭电极作为阴极制取的酸性水中会产生大量余氯，不宜直接饮用。
发明内容
为了达到既能除掉余氯又能改变水的PH值的目的，本发明提出一种电解水容器。利用阴阳活性炭电极的表面积不等而在阴阳活性炭电极表面及附近产生的吸附能力的强弱不同，使阴阳电极对电解水中产生的氢氧根离子和氢离子的吸附量不相等，从而实现电解水PH值的改变。当阳极反应面比阴极反应面显著小时，电解水的PH值随着电解反应时间的积累有降低趋势；当阳极反应面比阴极反应面显著大时，电解水的PH值随着电解反应时间的积累有升高趋势。其原理是
一种电解水容器，包括电解槽与设在所述电解槽内的阴阳电极组件和可控电解电源，所述阳电极和所述阴电极的材料均主要为活性炭，与所述可控电解电源的正极相连的活性炭为阳电极，与所述可控电解电源的负极相连的活性炭为阴电极；所述可控电解电源的正负极性可互换；所述阳电极与所述阴电极平行相对，所述阳电极与所述阴电极的电解反应面积比为1:1～1:8或8:1～1:1；或所述阳电极与所述阴电极为同心圆柱，其中外圆柱为空心，外圆柱内壁到内圆柱外壁的距离为(5,50)mm。
平行相对的所述阳电极与所述阴电极的电解反应面均为平面或均为曲面。
所述活性炭为烧结活性炭或压缩活性炭。
所述阳电极或所述阴电极包含辅助金属电极，所述辅助金属电极与所述阳电极或所述阴电极用螺丝固定，形成复合电极。所述辅助金属电极中的金属是钛。
所述可控电解电源为直流电源或直流脉冲电源。
本发明在实现电解水的PH值可以调节的同时，由于在电解过程中，无论是制取酸水还是碱水，都用活性炭电极作为阳极，实现了即使电解的原水为自来水或矿物质水等含氯离子的水，也能避免电解水中余氯的增加，最终依然可制取无余氯或低余氯的酸性或碱性电解水，真正实现了适于直接饮与用的健康酸性或碱性电解水，比其他方法制取的高余氯电解水对人体更安全。
附图说明
图1为本发明电解水容器一实施例的结构图；
图2为本发明电解水容器另一实施例且电极反应面为圆柱体的结构图；
图3为本发明电解水容器实施例且电极反应面为曲面的结构图；
附图标记说明：
1—电解槽、2、11—阴电极、3、12—阳电极、4—第一导线、5—第二导线、6—可控电解电源、7—进水口、8—出水口。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示，本实施例包括电解槽1、放在电解槽1内的阴电极2、阳电极3，主要都由活性炭构成，且两电极均为平面形状；阴电极2和阳电极3分别通过第一导线4和第二导线5连接到可控电解电源6的负极与正极，可控电解电源6包含输出电压正负极性切换单元，通过切换输出到阴阳活性炭电极的电压极性来控制电解水的PH值。在电解槽1内加入含氯离子的自来水200ml，电解电流为100mA，极板间距d＝10mm，阴电极2与阳电极3的反应面积比为1:8；让电解装置开始工作，并记录相关数据见表1。
本实施例所使用的PH和余氯测试仪器分别为：上海三信仪表厂的PHB-3PH测试仪和上海昕瑞仪表厂的SYL-1B余氯测试仪。
表1
电解时间 PH 余氯
0分钟 7.3 0.68
3分钟 8.6 0.22
6分钟 9.9 0.12
将可控电解电源6切换正负电压极性，实现阴阳电极的极性切换，此时阴电极3与阳电极2的反应面积比为1:8，其他初始条件不变，让电解装置开始工作，并记录相关数据见表2。
表2
电解时间 PH 余氯
0分钟 7.3 0.69
3分钟 6.3 0.40
6分钟 5.0 0.17
将阴阳电极面积比修改为1:1，其他初始实验条件不变，让电解装置开始工作，并记录相关数据见表3。
表3
电解时间 PH 余氯
0分钟 7.3 0.66
3分钟 7.5 0.25
6分钟 7.7 0.16
本实施例的另一种实施方式是阳电极与阴电极均为曲面，如图3所示。其发生电解反应的条件和结果都与平面的情况相同。
实验表明，按照设定的初始条件，当阴电极与阳电极的反应面积比为1:8时，随着电解的进行，阴极活性炭吸附阴极附近积累的氢氧根离子；阳极活性炭吸附阳极附近积累的氢离子；由于阴极的活性炭面积比阳极小，阴极吸附的氢氧根离子数量比阳极少，导致电解水中剩余的氢氧根离子比氢离子数量多，电解水的PH呈上升趋势。同理，改变电源极性后，即改变活性炭电极的阴阳面积比，电解水的PH呈下降趋势。当阴阳面积比为1:1时，由于阴电极的吸附能力相当，阴极活性炭所吸附的氢离子与阳极活性炭所吸附的氢氧根离子数量无明显差异，PH也无明显变化。由于阳极始终为活性炭电极，在水的电解过程中，在阳极附近新生成的余氯会被阳极吸附，原水中的初始的余氯也会被阴阳极活性炭共同吸附，从而实现所制取的电解水的余氯总量呈下降趋势。
实施例2
如图2所示，为一种可调节水的PH值及控制余氯的电解水容器，包括电解槽1、位于电解槽1内的阴电极和阳电极3，都由活性炭构成，其中阴电极2为实心圆柱体，其外壁为反应面；阳电极3为空心圆筒，其内壁为反应面。阴电极2也可以是空心圆筒。阴电极2和阳电极3分别通过第一导线4和第二导线5连接到可控电解电源6的负极与正极。电解槽1内的水可以是静态的，也可以是流动的。在电解槽1内加入含氯离子的自来水200ml，电解电流为100mA，阴阳电极的极板间距d＝5mm，让电解装置开始工作，并记录相关数据见表4。本实施例所使用的PH和余氯测试仪器分别为：上海三信仪表厂的PHB-3PH测试仪和上海昕瑞仪表厂的SYL-1B余氯测试仪。
表4
电解时间 PH 余氯
0分钟 7.3 0.68
3分钟 8.2 0.31
6分钟 9.5 0.19
再将可控电解电源切换正负电压极性，实现阴阳电解电极的极性切换，其他初始条件不变，让电解装置开始工作，并记录相关数据见表5。
表5
电解时间 PH 余氯
0分钟 7.3 0.69
3分钟 6.1 0.37
6分钟 4.8 0.25
改变实验条件，使阴阳电极的极板间距d＝50mm，阴电极2和阳电极3分别通过第一导线4和第二导线5连接到可控电解电源6的负极与正极。在电解槽1内加入含氯离子的自来水200ml，电解电流为100mA，让电解装置开始工作，并记录相关数据见表6。本实施例所使用的PH和余氯测试仪器分别为：上海三信仪表厂的PHB-3PH测试仪和上海昕瑞仪表厂的SYL-1B余氯测试仪。
表6
电解时间 PH 余氯
0分钟 7.3 0.67
3分钟 8.8 0.26
6分钟 10.4 0.11
再将可控电解电源切换正负电压极性，实现阴阳电解电极的极性切换，其他初始条件不变，让电解装置开始工作，并记录相关数据见表7。
表7
电解时间 PH 余氯
0分钟 7.3 0.68
3分钟 5.8 0.39
6分钟 4.3 0.28
对实施例2的实验结果的原理分析与实施例1雷同，在此不再累述。
通过实施例1与实施例2的实验，证明了一种可调节水的PH值及控制余氯的电解水器的可行性。并且此方法实施简单，成本低廉，对原水无特殊限制条件，可将普通自来水电解为适于直接饮和用的无余氯或低余氯的还原性的酸水和碱水。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (7)

1.一种电解水容器，包括电解槽与设在所述电解槽内的阴阳电极组件和可控电解电源，其特征在于：所述阳电极和所述阴电极的材料均主要为活性炭，与所述可控电解电源的正极相连的活性炭为阳电极，与所述可控电解电源的负极相连的活性炭为阴电极；所述可控电解电源的正负极性可互换；所述阳电极与所述阴电极平行相对，所述阳电极与所述阴电极的电解反应面积比为1:1～1:8或8:1～1:1；或所述阳电极与所述阴电极为同心圆柱，其中外圆柱为空心，外圆柱内壁到内圆柱外壁的距离为(5,50)mm。
2.根据权利要求1所述的电解水容器，其特征在于：平行相对的所述阳电极与所述阴电极的电解反应面均为平面或均为曲面。
3.根据权利要求1所述的电解水容器，其特征在于：所述活性炭为烧结活性炭或压缩活性炭。
4.根据权利要求1所述的电解水容器，其特征在于：所述阳电极或所述阴电极包含辅助金属电极，所述辅助金属电极与所述阳电极或所述阴电极用螺丝固定，形成复合电极。
5.根据权利要求4所述的电解水容器，其特征在于：所述辅助金属电极中的金属是钛。
6.根据权利要求1所述的电解水容器，其特征在于：所述阳电极或所述阴电极上设有均匀分布的通孔。
7.根据权利要求1所述的电解水容器，其特征在于：所述可控电解电源为直流电源或直流脉冲电源。
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