CN201746367U - 碱性还原水无隔膜电解装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型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

本实用新型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。 

实用新型内容

本实用新型要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，本实用新型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；所述阳电极是活性炭电极，所述阴电极是金属电极。 

本实用新型的碱性还原水无隔膜电解装置相比现有无隔膜电解装置，突破性地采用了含有活性炭的阳电极和金属的阴电极这一独特的电极组。通过活性炭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，从而导致水中氢离子和氢氧根离子的失衡，并最终使水呈现碱性是结构；同时活性炭电解形成纳米级金属离子、络合物、螯合物、胶状质物进入水中后吸附活性氢，形成悬浮在水中的稳定态活性氢，从而使水的氧 化还原电位持续降低。这样，本实用新型的碱性还原水无隔膜电解装置可以有效制取宽范围碱性和负氧化还原电位的碱性还原水。 

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。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。本实用新型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。 

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。 

本实用新型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，本实用新型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。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。 

上述衍生方案之二的改进时：所述活性碳电极烧制成圆筒状，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

下面结合附图对本实用新型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是本实用新型实施例一碱性还原水无隔膜电解装置的结构示意图。 

图3是本实用新型实施例二碱性还原水无隔膜电解装置的结构示意图。 

图4是本实用新型实施例三碱性还原水无隔膜电解装置的结构示意图。 

图5是本实用新型实施例四碱性还原水无隔膜电解装置的结构示意图。 

图6是本实用新型实施例五碱性还原水无隔膜电解装置的结构示意图。 

图7是本实用新型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本实用新型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本实用新型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。 

本实用新型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) 

通过以上对比实验数据表明，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。 

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。 

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。 

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。 

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。 

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。 

由上述可知，本实施例由于是，因此，应当满足；同时。而且本实用新型的采用，因此方便快速装拆。此外，本实用新型的。 

本实用新型的不局限于上述各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，均落在本实用新型要求的保护范围。 

Claims (16)

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：所述阳电极是活性炭电极，所述阴电极是金属电极。

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。

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：所述活性炭的电阻率范围是0.5-6/Ω·cm^-1。

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。

9.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。

10.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：所述辅助金属电极与活性炭电极烧结成一体。 

11.根据权利要求1-7之任一所述碱性还原水无隔膜电解装置，其特征在于：所述盛水容器由金属制成并且作为阴电极，所述阳电极置于盛水容器中。

12.根据权利要求1-7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。

13.根据权利要求11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，所述活性碳电极压制成圆饼状；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。

14.根据权利要求11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碳电极的内环面。

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：所述活性碳电极烧制成圆筒状，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。

16.根据权利要求1-7之任一所述碱性还原水无隔膜电解装置，其特征在于：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。 

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