CN1153735C

CN1153735C - 脱臭和洗净用水的生产装置和方法

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Publication number: CN1153735C
Application number: CNB998110221A
Authority: CN
Inventors: 金姬廷
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1999-07-06
Publication date: 2004-06-16
Anticipated expiration: 2019-07-06
Also published as: AU750884B2; DE69933882D1; DE69933882T2; JP3567138B2; WO2000015561A1; KR20010052908A; AU4532899A; ATE344216T1; US6132572A; EP1117618A1; KR100406141B1; JP2002524256A; EP1117618B1; CN1318035A

Abstract

公开一种生产脱臭和洗净用水的装置和方法。在所述装置或电解装置中，阳极(10)和阴极(20)组件交替排列并由离子交换膜彼此分开，各自形成单元电池。在电解装置的两端上安装两个端板。入口端板(60)具有两个入水口，出口端板(70)具有两个出水口。在所述装置中的水电解过程中，装置的电流设定在不大于100A，装置的电压不大于100V。另外，本发明的最终处理的水具有2.0-12的酸度(pH)，氧化/还原的电位为-900mV到+1180mV。

Description

脱臭和洗净用水的生产装置和方法

技术领域

总的来说，本发明涉及通过一种电解过程生产除臭和清洁水的装置和方法，所述电解能够生产酸性和碱性水，所述的酸性和碱性水分别具有氧化和还原能力，因此能够有效地用于除臭和清洁污物。

背景技术

在现有技术中，有几个方法进行除臭：化学方法，物理方法和生物方法。除臭的化学方法使用酸—碱，氧化—还原剂和离子交换反应。除臭的物理方法是用活性炭，沸石，硅胶或表面活性剂进行，它们能够除臭是因为它们的多孔的表面的吸附能力。除臭的生物方法是用酶或细菌进行。

然而，这样的化学或物理除臭方法是有问题的，即，它们在化学洗涤和除臭气体或用吸收塔物理除臭气体前，从一个气源收集臭味的气体，因此需要大型和昂贵的设备。

特别是，使用大型设备和昂贵的化学剂(如氧化—还原剂，酸碱溶液等)的上述的化学除臭方法，往往由于这些化学剂而引起二次环境污染。在需要大型吸收塔的物理除臭方法中，在每个塔内的吸附剂最后被污物浸满。因此必须通过一个分离过程从吸收塔除掉饱和的污物，所述分离过程引起污物的二次环境污染。

在使用表面活性剂洗去或除去污物时，表面活性剂会造成水的污染。为了洗涤或除掉污物可以使用溶剂。但是，这些溶剂会导致有害的环境和/或在工作场所引起火灾。

发明内容

因此，鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的是提供一种生产脱臭和洗净用水的装置和方法，它能够通过一种电解有效地生产这种水，所述的电解能够生产酸性和碱性的水，酸性和碱性的水分别具有氧化能力和还原能力，因此有效地用于除臭和清洁污物。

为了实现上述目的，本发明提供了一种脱臭和洗净用水的生产装置，其特征在于，它包括：一个电解装置，包括：交错排列同时彼此紧密接触的多个阳极组件和阴极组件，所述阳极组件和阴极组件由多个离子交换膜彼此分开，并且单独形成一个单元电池；和安装在所述电解装置两端的入口端板和出口端板，所述入口端板具有第一和第二入水口，所述出口端板具有第一和第二出水口；其中，所述每个阳极组件包括一个阳极板，在阳极板的两侧安装一个第一间隙调节垫片和一个第一防止电解液渗漏的垫片，从而形成一个阳极反应室，每个所述阴极组件包括一个阴极板，在阴极板的两侧安装一个第二间隙调节垫片和一个第二防止电解液渗漏的垫片，从而形成一个阴极反应室；阳极组件和阴极组件的所述每个垫片在对角相对的位置上具有两个通道，所述第一入水口和第二入水口的每一个分别与形成在由所述阳极板和阴极板两侧的两个垫片上的通道连通，因而从所述入口端板的所述第一入口来的水只能够被引入到阳极反应室，并且从所述第二入口来的水只能够被引入到阴极反应室；其中，所述阴极板是包括一基片的的复合电极，该基片涂有氢生成催化剂Sn-Ir-Pt。

对上述装置中的水的电解中，装置的电流设定在不大于100A的水平，电压在不大于100V。另外，本发明的最终的处理水具有酸度在2.0到12(pH)，氧化/还原电位在-900mV到+1180mV。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种脱臭和清洁污物的方法，包括以下步骤：通过使水和电解质通过上面提到的阳极反应室或阴极反应室来电解水，以获得酸性水或碱性水；以及使用获得的酸性水或碱性水来脱臭和清洁污物。

附图说明

通过参照附图的以下详细说明，本发明的上述和其他目的，特征和优点将会更明了，其中：

图1是根据本发明优选实施例的脱臭和洗净用水的生产装置的电解装置的分解透视图；

图2是图1的电解装置的纵向的剖面图，各电解装置的部件被组装到一个单一体中；和

图3是在本发明的电解装置中包括的垫片的结构透视图。

具体实施方式

图1是根据本发明优选实施例的脱臭和洗净用水的生产装置中包括的电解装置的分解透视图。图2是图1的电解装置的纵向的剖面图，各电解装置的部件被组装到一个单一体中。图3是在本发明的电解装置中包括的垫片的结构透视图。

如图所示，本发明装置包括带有两类组件(在电解装置中交错设置的多个阳极和阴极组件10和20)的电解装置。这两类组件10和20由多个膜或离子交换膜彼此分开，所述的膜能够使得阴极与阳极绝缘。即，单独形成单元电池A的阳极和阴极组件10和20交错排列，同时彼此紧密接触。具有两个入水口61和62的一个入口端板60安装到电解装置的一端上。具有两个出水口70和72的出口端板70安装到电解装置的另一端上。

如上所述，入口端板60具有两个入水口61和62；出口端板70具有两个出水口71和72。在这个装置的工作中，通过第一入口61引入到阳极组件10的水，在通过第一出口71从装置中排出之前，变成酸性水。同时，通过第二入口62引入到阴极组件20的水，在通过第二出口72从装置放出前，变成碱性水。

每个阳极组件10形成一个单元电池“A”，它包括一个两侧带有垫片的阳极板11，即，在它的两侧带有一个间隙调节垫片30和一个防止电解液泄漏的垫片31。以同样方式，每个阴极组件20形成一个单元电池“A”，它包括以两个垫片为侧面的阴极板21，即，在它的两侧的间隙垫片调节30和防止电解液泄漏的垫片31。两类垫片30和31中的每个在各自中心具有一个开口。与每个阳极板11配套的每个垫片30和31中，在开口边缘的对角位置上形成两个通道12，从而与在每个阳极板11和每个垫片30和31之间限定的阳极反应室13连通。同样的方式，在与每个阴极板21配套的每个垫片30和31中，在开口边缘的对角位置上形成两个通道22，从而与每个阴极板21和每个垫片30和31之间限定的阴极反应室23连通。

每个板11和21的四角上与两个端板60和70的入口61和62和出口71和72相应的位置上开有孔，因此在四个角上有四个孔80。同样方式，每个垫片30和31在与每个板11和21的四个孔80相应位置上具有四个孔80。板11和21以及垫片30和31上的孔80形成通道，即通过入口端板60的入口61和62向电解装置引入水的通道。如上所述，两个对角线相对的通道12形成在与每个阳极板11相配的每个垫片30和31的开口边缘上，从而与第一入口61和阳极反应室13连通。两个对角线相对的通道22形成在与每个阴极板21相配的每个垫片30和31的开口边缘上。这两个通道22与第二入口62和阴极反应室23连通。因此，通过第一入口61引入到电解装置的水，在通过所述组件10的通道12被引入到阳极反应室13前，通过阳极组件10的孔80流动。但是，因为不存在与第二入口62连通的通道12，因此通过第二入口62引入到电解装置的水穿过阳极组件10的孔80，而不被引入到阳极反应室13。因此，通过第二入口62引入电解装置的水到达每个阴极单元电池“A”或每个阴极组件20，在此，水通过在每个阴极组件20的垫片30和31上形成的通道22被引入到阴极反应室23。简单地说，引入第一阳极组件10的水只是流入所述阳极组件10的两个阳极反应室13，从而在所述反应室13中起反应。然后，通过所述的第二阳极组件10的孔80，水从第一阳极组件10向第二阳极组件10流动。这样的过程重复，直到通过第一出口71从电解装置中放出酸性水。同时，引入到第一阴极组件20的水只是流入到所述阴极组件20的两个阴极反应室23，从而，在通过所述第二阴极组件20的孔80流入第二阴极组件20前，在所述反应室23中起反应。重复这个过程，直到通过第二出口72从电解装置放出碱性水。

详细说明如下，通过第一入口61引入到电解装置的水首先通过第一阳极组件10的孔80流动。然后，通过形成在第一阳极组件10的两个垫片30和31上的上通道12，水被引入所述第一阳极组件10的两个阳极反应室13。在第一阳极组件10中，水向下流动，同时接触阳极板11，以致水被电解。因此水失去电子，变成初级酸性水。然后，初级酸性水在通过第一阴极组件20的孔80前，通过所述组件10的下通道12从第一阳极组件10放出。在水到达第二阳极组件10的孔80时，通过在第二阳极组件10的两个垫片30和31上的下通道12，水被引入到所述第二阳极组件10的两个阳极反应室13。在第二阳极组件10中，水向上流动，同时接触所述组件10的阳极板11，以致水被进一步电解。因此水进一步失去电子，变成更强的酸性水。在接下来的阳极组件10中重复上述过程，直到通过第一出口71从电解装置放出最终的酸性水。

另一方面，通过第二入口62引入到电解装置的水通过第一阳极组件10的孔80。水到达第一阴极组件20，在此，通过在第一阴极组件20的两个垫片30和31上的上通道22，水被引入所述第一阴极组件20的两个阴极反应室23。在第一阴极组件20中，水向下流动，同时接触阴极板21，以致水被电解。因此水获得大量电子，变成初级的碱性水。然后，在通过第二阳极组件10的孔80前，初级碱性水通过所述组件20的下通道22从第一阴极组件20放出。在水到达第二阴极组件20的孔80时，通过第二阴极组件20的两个垫片30和31上的下通道22，水被引入到所述第二阴极组件20的两个阴极反应室23。在第二阴极组件20中，水向上流动，同时接触所述组件20的阴极板21，以致水进一步电解。因此水进一步获得电子，变成更强的碱性水。在接下来的阴极组件20中重复上述过程，直到通过第二出口72从电解装置放出最后的碱性水。

也就是说，通过第一入口61引入到电解装置的水，按照从第一个到最后一个的顺序，仅流入到阳极组件10的阳极反应室13，因此反复地电解或失去电子，变成酸性水。同时，通过第二入口62引入到电解装置的水，按照从第一个到最后一个的顺序，仅流入到阴极反应室23，被反复电解或得到电子，变成碱性水。最后电解的酸性水通过出口端板70的第一出口71从电解装置放出，同时，最后电解的碱性水通过所述板70的第二出口72从电解装置放出。

在上述工作过程中，在每个阳极组件10中的水通过一个氧化反应被处理，所述反应产生氧离子、氢离子和氧自由基，因此能够使水变成酸性水。在每个阳极组件10中的水的氧化反应由以下的化学反应式表达。

(1)

在另一方面，在每个阴极组件20中的水通过一个还原反应处理，所述还原反应产生氢离子、碱离子和氢自由基，使得水变成碱性水，在每个阴极组件20中的水的这样的还原反应由以下的化学反应式表达。

(2)

在电解装置中用阳极和阴极电解水生产酸性水和碱性水，是本领域普通技术人员所公知的。

本发明提供了一个有效生产强力脱臭和洗净用水的装置。这种装置使用阳极和阴极，有效地生产酸性和碱性水。

为了使得由化学反应(1)和(2)表达的氧化和还原反应能够在这个电解装置中顺利进行，每个阳极和阴极板11和21使用一种适当的催化剂。

在本发明中，最好使用一种尺寸不变阳极(DSA)作为这样的阳极板(11)，它是钛基片制造的，所述基片镀铂或带有氧生成催化剂涂层，或铱(Ir)氧化物涂层，或钌(Ru)氧化物涂层。同时，这样的阴极板(21)最好由不锈钢，镍，低碳钢或钛基片制造，所述基片有氢生成催化剂涂层，或铱氧化物或钌氧化物涂层。

本发明的离子交换膜40使用由含氟树脂或碳氢化合物制造的离子交换膜。在本发明中，必须使用具有低氢过电位的Sn-Tr-Pt复合电极，以减少电解压。最好是，在考虑阳极和阴极之间电压的同时，将每个间隙调节垫片30的厚度设定在不大于2毫米。

在本发明中，间隙调节垫片30和防止电解液泄漏垫片31最好是由EDPM橡胶，硅或聚四氟乙烯制造的。

本发明的单元电池“A”固定在一个框架中，并且用螺母和螺栓彼此紧密装配在一个单一体中。本发明的电解装置的阳极和阴极电连接到电源的正和负端，同时酸性和碱性水的出口分别设有在氧化和还原反应时探测电位的传感器。因此，在使用一个控制器控制一个整流器的电位，或使用一个流量控制器控制酸度和碱度前，能够连续地测定电位。

本发明的电解装置中，电流设定到不大于100A的水平，同时，根据电解装置的水流速，电压不大于100V。在电解装置的工作过程中，在测量电解装置的工作状态前，必须适时地测定电压(V)和酸度(pH)。因此能够生产高能力的酸性和碱性水。本发明的最后处理的酸性或碱性水的酸度(pH)在2.0到12。本发明的最终处理的水的氧化和还原能力由在-900mV到+1180mV的氧化/还原电位表达。因此，本发明的最终的处理水能够有效地用于除臭和清洁。

本发明的电解装置设有去极化离子交换膜40。因此，上述电解装置防止H+离子从阳极组件10向阴极组件20移动，并限制OH-离子从阴极组件20向阳极组件10移动，因此使得酸性和碱性水的生产率最大。这样的离子交换膜40能够容易地从市场得到。即，作为本发明的离子交换膜40，可使用由美国本邦公司、日本Asai化学公司或Asai Glass公司制造的，由含氟树脂或碳氢化合物制成的离子交换膜，或使用由日本的Dokuyamasoda公司生产的包括结合了阴离子和阳离子交换膜的去极化离子交换膜。为了增加电解装置的导电率，使用盐或醋作为电解液。因为这样的盐或醋能够使水在低电压下容易有效地电解，从而有效地产生酸性和碱性水。

根据以下的例子和试验可以更好地理解本发明，这些例子和试验是为了说明本发明，而并无限定本发明之意。

例1

以10l/min的速度向本发明的电解装置供给城市水，同时将电解装置的电流固定到50A。在这时，适时地检查电压和酸度(pH)，以便测定水电解以生产酸性和碱性水时的电解装置的工作状态。表1示出阳极组件10的酸度。

表1.随时间推移的阳极组件的酸度和电压的关系

时间(分) 电流(A) 电压(V) 酸度(pH)

10 50 16 3.0

20 50 15 3.1

30 50 15 3.1

40 50 15 3.0

50 50 15 3.0

例2

根据离子交换膜(40)的类型改变电压，重复例1的过程。结果如表2所示。

表2.随时间改变的阳极组件的酸度(pH)与电压的关系

时间(分) 电流(A) 电压(V) 阳极组件(pH)

A B A B

10 50 18 32 4.0 4.5

20 50 25 30 3.7 4.1

30 50 24 28 3.6 4.2

40 50 21 28 3.5 4.2

50 50 22 28 3.5 4.2

(此例中使用离子交换膜，膜A：杜邦公司的Nafion；膜B：孔径2微米的系列)

在将例1和例2比较时，注意到本发明的电解装置在低电压较有效地生产出酸性水。

例3

重复例1的过程，同时在电解装置电解水时，为了提高导电率加入0.0001％的盐或醋作为电解液。其结果如表3所示。

表3.在使用盐或醋时的阳极组件的酸度(pH)和电压

时间(分) 电流(A) 电压(V) PH

盐醋盐醋

10 50 8 7 3.0 3.1

20 50 7 8 3.1 3.0

30 50 7 7 3.1 3.1

40 50 7 8 3.0 3.2

50 50 7 7 3.0 3.1

实验1

用本发明最终处理的水通过气体检测管方法除臭。结果示于表4。

表4处理的水对各种气体的除臭能力

(除臭能力：％，样本量：10毫升)

实验气体时间(分)

试样 5 15 30 60

三甲胺基准溶液 0 23.5 29.4 41.2

(Blank)

城市水 91.2 94.1 ＞97.1 ＞97.1

Alamask 94.1 ＞97.1 ＞97.1 ＞97.1

处理水＞97.1 ＞97.1 ＞97.1 ＞97.1

氯仿基准溶液 0 6.1 14.3 24.5

城市水 77.6 81.6 90.8 96.9

Alamask 84.7 89.8 95.9 ＞99.0

处理水 91.8 94.9 ＞99.0 ＞99.0

乙醛基准溶液 0 5.3 10.5 21.1

城市水 52.6 57.9 68.4 78.9

Alamask 63.2 65.5 78.9 84.2

处理水 73.7 80.0 89.5 95.8

甲硫醇基准溶液 0 3.6 8.2 12.7

城市水 67.3 70.9 80.0 87.3

Alamask 78.2 81.8 89.1 96.4

处理水 83.6 87.3 92.7 ＞98.2

除臭能力(％)＝[(Cb-Cs)/Cb]×100

其中，Cb是基准溶液5分钟后检查的浓度

Cs是试样浓度

实验2

本发明最终处理的水用于除臭。结果示于表5。

表5.三甲胺气体的除臭效果

时间(分)

试样 5 15 30 60

基准溶液 0 23.5 29.4 41.2

城市水 42.2 64.7 85.3 88.2

Alamask 52.9 58.8 76.5 79.4

KW消毒水 76.5 82.4 86.5 91.2

处理水 94.1 ＞97.1 ＞97.1 ＞97.1

除臭能力(％)＝[(Cb-Cs)/Cb]×100

Cb是基准溶液5分钟后检查的浓度

Cs是试样浓度

实验3

在向一个5升容积的容器加入本发明最终处理的水之前，向该容器加入3升氨和乙酸气体混合物。在2到28小时反复检查水的浓度。如表6所示，根据这个实验，注意到在实验22个小时后，没有测定到氨或乙酸气体。

表6.对氨或乙酸气体的除臭效果(ppm)

时间(小时) 氨气(ppm) 乙酸气体(ppm)

2 40 100

4 4 5

6 3 3

8 2 3

10 2 2

12 2 2

14 1 1

16 1 1

18 1 1

20 1 1

22 0 0

24 0 0

26 0 0

28 0 0

实验4

将例1的最终处理水喷淋在由肥料厂生产的有机肥料上，同时在离所述工厂100米处反复测量气味的强度。在表7中示出结果。此时气味的强度分成6级。

表7.处理水对有机肥料的除臭效果

实验组别喷淋前的气味强度¹⁾ 淋后5分钟后的气味强度¹⁾

1 5 0

2 4 0

3 4 0

4 5 1

5 5 0

6 5 0

7 5 1

平均 5 0

气味强度：

0：无味 1：几乎可以忽略

2：有少量气味 3：易于辨别的气味

4：较强气味 5：很强气味

另外注意到，在本发明处理水进入到液体与液体，液体与气体，或液体与固体接触的情况下使用时，除臭的效果最大。

实验5

测量了本发明的电解装置生产的处理水的洗涤效果。这个实验的洗涤物是有污物的织物，据韩国标准要求，所述织物分别具有尺寸(1×1m²)、设计反射因子(80％)和肮脏反应因子(0±0％)。在一个充满本发明处理水的洗衣机中，不加入洗涤剂而洗涤污染的织物。为了将本发明处理水与一般的水的洗涤效果进行比较，也在一个充满37升的地下水(硬度：45ppm CaCo1)的洗衣机(型号：韩国大宇电子公司的DWF)中洗涤这些污染的织物，在所述水中加入23克合成洗涤剂(韩国LG化学公司的“Hanspoon”)，并加热到44℃。其结果示于表8。

表8.没有洗涤剂的本发明的处理水与加了洗涤剂的一般水的洗涤效果的比较

Ex. 洗涤前洗涤物的洗涤后的洗涤程度

平均反射因子平均反射因子 (％)

1-1织物^* 40.6 39.7 40.1 51.2 49.6 50.4 25.8

1-2织物^* 40.6 39.4 39.7 51.7 51.6 51.6 29.5

平均标准 40.2 39.5 39.8 51.4 50.5 51.0 27.9

偏差 1.9

2-1织物^* 39.7 39.2 39.4 54.6 53.0 53.8 35.5

2-2织物^* 40.1 39.4 39.8 50.8 51.3 51.0 27.9

平均标准 40.1 39.4 39.8 50.8 51.3 51.0 27.9

偏差 7.4

织物^*：是有污物的织物

例号：1-1和1-2是用本发明处理水不用洗涤剂洗涤实验

2-1和2-2是用加洗涤剂的地下水洗涤实验

如表8洗涤实验结果所示，即使不用任何洗涤剂，本发明的处理水有效地、清洁地洗涤织物或衣物。即，在不加任何洗涤剂的情况下，本发明处理水的洗涤效果不低于加洗涤剂的一般水预期可达到的结果。而且，如表8所示，本发明处理水的平均标准偏差显著低于一般水的平均标准偏差，所以说本发明的处理水比加洗涤剂的一般水能够更有效地洗涤肮脏织物或衣服。如上所述，本发明提供了生产脱臭和洗净用水的装置和方法。本发明的装置和方法通过电解能够有效地生产酸性水和碱性水。这样的酸性水和碱性水有效地用于除臭和清洁。用本发明的酸性水和碱性水洗涤肮脏衣服时不用加入任何洗涤剂，使得水不会引起环境污染。本发明的装置体积小，因此能够用于洗衣机、浴盆、冰箱、水净化器或气味产生的场所。因此，本发明的装置和方法不需要任何大型的设备或引起二次环境污染，对于解决环境污染问题作用是很大的。

虽然为了说明已经公开了本发明实施例，但是本领域普通技术人员可以理解，在不偏离权利要求公开的本发明的范围和精神内，能够进行各种改变和增减。

Claims

1.一种脱臭和洗净用水的生产装置，其特征在于，它包括：

一个电解装置，包括：

交错排列同时彼此紧密接触的多个阳极组件和阴极组件，所述阳极组件和阴极组件由多个离子交换膜彼此分开，并且单独形成一个单元电池；和

安装在所述电解装置两端的入口端板和出口端板，所述入口端板具有第一和第二入水口，所述出口端板具有第一和第二出水口；

其中，所述每个阳极组件包括一个阳极板，在阳极板的两侧安装一个第一间隙调节垫片和一个第一防止电解液渗漏的垫片，从而形成一个阳极反应室，每个所述阴极组件包括一个阴极板，在阴极板的两侧安装一个第二间隙调节垫片和一个第二防止电解液渗漏的垫片，从而形成一个阴极反应室；

阳极组件和阴极组件的所述每个垫片在对角相对的位置上具有两个通道，所述第一入水口和第二入水口的每一个分别与形成在由所述阳极板和阴极板两侧的两个垫片上的通道连通，因而从所述入口端板的所述第一入口来的水只能够被引入到阳极反应室，并且从所述第二入口来的水只能够被引入到阴极反应室；

其中，所述阴极板是包括一基片的的复合电极，该基片涂有氢生成催化剂Sn-Ir-Pt。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，由钛基片制造的一个尺寸不变阳极被用作所述各阳极板，所述钛基片镀有铂，或涂有氧生成催化剂。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阴极板包括一个不锈钢、镍、低碳钢或钛基片。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述氧生成催化剂选自铱和钌的氧化物。