CN212505088U - 一种以食盐为原料制造超高纯度次氯酸水溶液的脱盐装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种以食盐为原料制造超高纯度次氯酸水溶液的脱盐装置，其主要的技术方案可实现将电解含氯电解质的步骤和去除离子杂质的脱盐步骤在单一槽体内连续进行，其结构能够实现可持续地馈入原料及持续地收获反应完成的高纯度次氯酸水溶液，以实现了连续化生产，藉此可提高次氯酸水溶液的制造效率及纯度，及其降低生产成本。

Description

一种以食盐为原料制造超高纯度次氯酸水溶液的脱盐装置

技术领域

本实用新型涉及一种以食盐为原料制造超高纯度次氯酸水溶液的脱盐装置。

背景技术

次氯酸水是全世界使用量最多的消毒剂，被广泛地使用于食品本身、食品盛装容器及包装材料的消毒。近来发生新型冠状病毒(例如COVID-19)疫情，不仅导致酒精类消毒制品在市场上缺货，也彰显出了次氯酸水在环境清洁和消毒上的重要性。

次氯酸是一种弱酸，其在水溶液状态下，次氯酸在pH值在3-6之间大致上呈分子形式(HClO)，在pH值在9以上时大半会解离成为次氯酸根离子(ClO^-)，而pH值在3以下则容易产生有毒性的氯气。一般认为，分子形式的次氯酸是起到消毒作用的主要物质。就杀菌力而言，次氯酸分子的消毒能力约为次氯酸根离子的80到100倍，其主要是通过氧化作用来破坏病原体的蛋白质分子结构，从而杀死细菌及抑制病毒的活性。

次氯酸水通常是通过电解碱金属氯盐或碱土金属氯盐的水溶液来进行制备：例如电解氯化钠和氯化钾的水溶液则可以在电解电极的阳极获得次氯酸。而采用电解方法得到的次氯酸盐水溶液呈现弱碱性，通常需要再添加盐酸、磷酸、柠檬酸等酸性活化成份来降低pH值，以加强其消毒能力。然而，电解残留下来的金属盐离子可能会促使次氯酸加速还原而丧失其清洁和消毒能力，导致次氯酸水的商品寿命缩短。因此，业界已提议可以藉由移除次氯酸盐水溶液内的金属盐离子来提升次氯酸水的质量。

台湾专利I427189公开了一种次氯酸灭菌水的制造方法，其方案是将电解反应产生的次氯酸水溶液导引通过阳离子交换树脂，使得电解水中的金属离子被阳离子交换树脂中的氢离子所置换，以便将pH值调整在5.5-6.5的范围内。日本专利特开2009-274950的方案是将次氯酸盐溶液依序通过氢型阳离子交换树脂和氢氧型阴离子交换树脂，以获得分子态的次氯酸溶液。台湾专利I631072的方案是将次氯酸钠溶液导入弱酸性离子交换树脂管柱，使次氯酸水溶液的pH值在pH 3.5-7.5之间。日本专利特开2019202907的方案则是将弱酸性离子交换树脂颗粒加入次氯酸盐溶液进行搅拌，使树脂捕集金属离子，接着再分离出离子交换树脂，以便增进次氯酸水溶液的保存期限。

上述专利文件均是采用离子交换树脂来脱除次氯酸盐溶液内的离子杂质，它们所公布的方法都是先于电解槽中完成电解反应，再将制得的次氯酸盐溶液导入另一容纳有离子交换树脂的容器中进行脱盐处理，冗长的制造流程相当耗时且效率低下。

据此，相关技术领域对于更高效率、更高纯度的次氯酸水制造的研究仍然存在有高度的需要。

实用新型内容

因此基于以上背景技术存在的问题，为了满足上述产业需求，本人努力地进行研究发展，从而获得了本的一种以食盐为原料制造超高纯度次氯酸水溶液的脱盐装置。本实用新型主要的技术方案可实现将电解含氯电解质的步骤和去除离子杂质的脱盐步骤是在单一槽体内连续进行，以实现连续化生产，藉此可提高次氯酸水溶液的制造效率，降低生产成本。

本发明的技术方案为：

一种以食盐为原料制造超高纯度次氯酸水溶液的脱盐装置，其包括1个沿着一纵长方向延伸的槽体，所述槽体的一端设有1个用来输入含氯电解质水溶液的入口，所述槽体的另一端设有1个用来输出制备的次氯酸水溶液的出口，其中所述出口与入口呈流体连通，以可使得含氯电解质水溶液能够沿着所述纵长方向由所述入口朝向所述出口进行流动；

所述槽体靠近所述入口处设有1组电解电极，所述电解电极包括一阳极和一阴极，其适用于将含氯电解质水溶液加以电解而生成含有次氯酸根的粗制溶液；

所述槽体靠近所述出口处设有1组去离子电极，所述去离子电极包括一阳极和一阴极，其适用于在实质垂直于所述纵长方向的横向上施加一电场，以吸引并且藉此脱除粗制溶液中的离子成份，而获得次氯酸水溶液。

对本实用新型进一步地描述，所述电解电极是由导电性多孔材料制成，以可容许粗制溶液中的离子成份被吸附于电解电极的表面。

对本实用新型进一步地描述，所述槽体在靠近所述入口处设有一平行于所述纵长方向的离子隔膜，以将所述槽体分隔出一靠近所述电解电极阳极的阳极室和一靠近所述组电解电极阴极的阴极室，所述阳极室和所述阴极室的下游端被一多孔块体所封闭。

对本实用新型进一步地描述，所述槽体在靠近所述去离子电极阳极处设有一平行于所述纵向方向的阴离子膜，其在所述去离子电极阴极处设有一平行于所述纵向方向的阳离子膜，以此可使得次氯酸水溶液被收获在一位于所述阴离子膜和所述阳离子膜之间的中央区内。

对本实用新型进一步地描述，所述槽体包括一套接于槽体内的内槽道，所述内槽道的一端与所述中央区呈流体连通，以收获次氯酸水溶液；所述内槽道内容置有离子交换树脂，其使得次氯酸水溶液进入所述内槽道后接受所述离子交换树脂进行离子交换处理而去除残留的离子成份，并且由所述内槽道的另一端排出。

采用上述技术方案，具有的有益效果如下：

采用本实用新型的装置可以以食盐为原料，实现将含氯电解质水溶液在单一槽体内连续进行电解和脱盐处理，能够持续地馈入原料及持续地收获反应完成的高纯度次氯酸水溶液，实现了连续化生产，藉此可提高次氯酸水溶液的制造效率与纯度，及其降低生产成本。

附图说明

图1为本实用新型的第一较佳具体例的次氯酸水溶液制造装置的结构示意图；

图2为本实用新型的第二较佳具体例的次氯酸水溶液制造装置的结构示意图；

图3为本实用新型的第三较佳具体例的次氯酸水溶液制造装置的结构示意图；

图4为本实用新型的第四较佳具体例的次氯酸水溶液制造装置的结构示意图；

图中：1-槽体；2-纵长方向；3-入口；4-出口；5-电解电极；6-活化液入口；7-横向；8-去离子电极；9-离子隔膜；10-阳极室；11-阴极室；12-多孔块体；13-阴离子膜；14-阳离子膜；15-酸性液；16-碱性液；17-中央区；18-管线；19-管线；20-内槽道；21-离子交换树脂；22-活化液入口。

具体实施方式

除非另行说明，否则本说明书和各请求项中所使用的下列用语具有下文给予的定义。请注意，本案说明书和各请求项中所使用的单数形用语“一”意欲涵盖在一个以及一个以上的所载事项，例如至少一个、至少二个或至少三个，而非意味着仅仅具有单一个所载事项。此外，本案各请求项中使用的“包含”、“具有”等开放式连接词是表示请求项中所记载的组件或成分的组合中，不排除请求项未载明的其他组件或成分。亦应注意到用语“或”在意义上一般也包括“及/或”，除非内容另有清楚表明。本申请说明书和申请专利范围中所使用的用语“约”和“实质”，是用以修饰任何可些微变化的误差，但这种些微变化并不会改变本发明的本质。

在图1所显示的较佳具体例中，所述槽体1沿着一纵长方向2延伸，两相对端分别设有入口3和出口4。槽体1是由不会与次氯酸水溶液的制造过程中其他成份产生实质化学反应的刚性材料制成，包括但不限于金属(例如不锈钢)、玻璃、石英、陶瓷、非挠性塑料(例如丙烯酸塑料)等。槽体1的制作工序为相关技术领域中具有通常知识者所熟悉，而且可以依据材质不同而进行调整。举例而言，当槽体1是由金属材料制成时，可以藉由冲压、辗轧、车削加工、压模成型、锻造等习用金属加工制程来制作。

在图3所显示的较佳具体例中，槽体1可以形成有一活化液入口6，适于将该酸性活化成份导入含有次氯酸根的粗制溶液中，使两者混合。较佳为活化液入口6沿着纵长方向2被设置于电解电极5的下游。

在图3所显示的较佳具体例中，包含在一实质垂直于纵长方向2的横向7上施加一电场。分子形式的次氯酸不带电荷而持续沿着纵长方向2流动，但粗制溶液内的各种带电粒子因带有电荷受到电场吸引而偏离纵长方向2，并且被吸附在去离子电极8的表面，藉此由粗制溶液中分离并且脱除Na⁺、ClO^-、Cl^-等离子成份和其他带电杂质。适用的电极材料为业界所熟知，其可以由导电性多孔材料制成，具有良好的导电性能和很大的比表面积，以利吸附大量的带电粒子。在图2所显示的较佳具体例中，在靠近槽体1的出口4处设置有一组去离子电极8，具有一阳极和一阴极，其可包括但不限于多孔活性碳电极、泡沫镍电极和多孔钛基钌铱电极。由于脱盐步骤D中所施加之电场仅有相当低的工作电压，通常位于0.8V-1.2V的范围内，所以不会使粗制溶液中的成份发生电解反应。它无需施加高温或高压，因而相对于蒸馏、逆渗透等传统脱盐技术具有低耗能、低污染、低成本等优势。而且，相对于离子交换树脂，去离子电极的再生不需要使用任何酸、碱和盐溶液，只需改变电场的方向即可释出被吸附的物质，也具有减少污染物的优势。

本实用新型可实现在单一槽体内连续进行电解步骤和脱盐步骤，增进了次氯酸水溶液的制造效率。从结构配置来看，本案装置可以区分成前段和后段，前段是由电解电极5所界定的电解区段，而后段是由去离子电极8界定的脱盐区段。前段和后段之间保持着恒定的流体连通，两者之间没有设置阀门等流量控制装置来阻隔流体在槽体1沿着纵长方向2持续流动，因而使馈入的含氯电解质水溶液连续地接受电解和脱盐处理。依据本案方法和装置所生成的高纯度分子态次氯酸水溶液，可以在槽体1的出口4处加以收获。

图2显示依据本发明第二较佳具体例的次氯酸水溶液制造装置，其基本具有本发明第一较佳具体例的结构配置，主要差异在于第一较佳具体例中的电解步骤B涉及无隔膜式电解反应，而第二较佳具体例的电解步骤B则运用有隔膜式电解反应。在第二较佳具体例中，同样在靠近入口3处设置有一组电解电极5，但另外在靠近入口3处设置有一平行于纵长方向2的离子隔膜9，以便将电解区域分隔出一靠近电解电极5之阳极的阳极室10和一靠近电解电极5之阴极的阴极室11，此两者的下游端被一多孔块体12所封闭。适用于本发明的离子隔膜9为业界所熟悉。较佳为离子隔膜9为强酸型离子交换膜，例如全氟磺酸膜(perfluorosulfonic acid membrane)。经由入口3，将含氯电解质溶液和纯水/去离子水分别导入阳极室10和阴极室11中。阳极室10经电解产生氯气，阴极室11则电解产生OH-。Na+透过离子隔膜移动至阴极室11，与OH^-反应生成氢氧化钠。离开阳极室10的氯气与离开阴极室11的氢氧化钠在多孔块体12中相混合，而生成含有次氯酸根的粗制溶液。多孔块体12的材料可包括但不限于钛网、沸石和多孔氧化铝。

图3显示依据本发明第三较佳具体例的次氯酸水溶液制造装置，其基本具有本发明第一较佳具体例的结构配置，差异在于第三较佳具体例的脱盐步骤D所使用的是所谓“电子式去离子”技术(Electro-Deionization；EDI)。其同样在靠近槽体1的出口4处设置有一组去离子电极8，以便在一实质垂直于纵长方向2的横向7上施加一电场，使得粗制溶液内的各种带电粒子受到电场吸引而偏离纵长方向2，朝着横向7移动。较佳为去离子电极8的阳极可包括但不限于钛基钌铱电极、石墨电极和白金电极，而去离子电极8的阴极可包括但不限于不锈钢电极、钛电极和石墨电极。另外在靠近去离子电极8的阳极处设置有一平行于纵长方向2的阴离子膜13，而在靠近去离子电极8的阴极处设置有一平行于纵长方向2的阳离子膜14。适用于EDI的阴离子膜和阳离子膜为业界所熟悉。较佳为阴离子膜13为季胺型阴离子膜，而阳离子膜14为磺酸型阳离子膜。凭借此一结构配置，粗制溶液中的ClO^-、Cl^-等阴离子受到阳极吸引而穿过阴离子膜13于阳极附近形成酸性液15，而粗制溶液中的Na+等阳离子则受到阴极吸引而穿过阳离子膜14于阴极附近形成碱性液16。分子形式的次氯酸不带电荷而持续沿着纵长方向2流动，从而在位于阴离子膜13和阳离子膜14之间的中央区17生成高纯度次氯酸水溶液，可以在连通中央区17的出口4处加以收获。在此具体例中，带电粒子不会被吸附于去离子电极8的表面。所生成的酸性液15与碱性液16可以被回收，使它们分别顺着管线18,19回流至入口3，并且与新鲜的含氯电解质水溶液混合后再馈入槽体1接受处理。

图4显示依据本发明第四较佳具体例的次氯酸水溶液制造装置，其基本具有本发明第三较佳具体例的结构配置，但另包含一沿着纵长方向2套接于槽体1内部的内槽道20。内槽道20一端做为槽体1的出口4，其与中央区17呈流体连通，以收获经过一次脱盐的次氯酸水溶液。内槽道20容置有离子交换树脂21，较佳为酸性离子交换树脂与碱性离子交换树脂的组合，或是酸碱性混合离子树脂。举例而言，酸性离子交换树脂可为磺酸型树脂，碱性离子交换树脂可为季胺型树脂。进入内槽道20的次氯酸水溶液接受二次脱盐，包含使次氯酸水溶液接受离子交换处理，其中碱性离子交换树脂用于吸附ClO-、Cl-等阴离子，而酸性离子交换树脂则用于吸附Na+等阳离子，最后于内槽道20的另一端获得高纯度且实质不含盐类的分子态次氯酸水溶液。值得注意的是，相较于仅使用离子交换树脂进行脱盐的传统装置，本发明第四较佳具体例先使用EDI技术进行一次脱盐，再使用离子交换树脂21进行二次脱盐，不但可以有效提升次氯酸水溶液的纯度，更能够延长离子交换树脂21的使用寿命。因此，本发明第四较佳具体例除了可以馈入食盐水之外，也非常适于馈入海水、卤水或工业回收水。在一具体例中，于靠近内槽道20一端，即靠近槽体1的出口4处，还设置有另一活化液入口22，适用于将一酸性活化成份加入经过一次脱盐的次氯酸水溶液中，以确保次氯酸水溶液的pH值为弱酸性，例如位于pH 5.5-6.5的范围内。

上述制造装置可以采用手动或自动操控方式来执行，较佳为藉由自动操控方式进行操控。在上述制造装置是藉由自动方式进行操控的具体例中，较佳为透过计算器接口来设定制程的参数条件，并且经由检测器针对诸如含氯电解质水溶液、酸性活化成份的馈入速率和次氯酸水溶液的浓度等数据进行实时监控，以确保制造质量。可以藉由使本案装置接受一程序化微处理器的控制来实现自动化。

尽管本实用新型已参照以上较佳具体例说明，应认知到较佳具体例系仅为示例目的给予而非意图限制本实用新型的范围，可进行对相关技术领域人员而言极为明显的各种更动与改变，都不能脱离本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种以食盐为原料制造超高纯度次氯酸水溶液的脱盐装置，其特征在于，其包括1个沿着一纵长方向(2)延伸的槽体(1)，所述槽体(1)的一端设有1个用来输入含氯电解质水溶液的入口(3)，所述槽体(1)的另一端设有1个用来输出制备的次氯酸水溶液的出口(4)，其中所述出口(4)与入口(3)呈流体连通，以可使得含氯电解质水溶液能够沿着所述纵长方向(2)由所述入口(3)朝向所述出口(4)进行流动；

所述槽体(1)靠近所述入口(3)处设有1组电解电极(5)，所述电解电极(5)包括一阳极和一阴极；

所述槽体(1)靠近所述出口(4)处设有1组去离子电极(8)，所述去离子电极(8)包括适用于在实质垂直于所述纵长方向(2)的横向(7)上施加一电场的一阳极和一阴极。

2.根据权利要求1所述的一种以食盐为原料制造超高纯度次氯酸水溶液的脱盐装置，其特征在于，所述电解电极(5)是由导电性多孔材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种以食盐为原料制造超高纯度次氯酸水溶液的脱盐装置，其特征在于，所述槽体(1)在靠近所述入口(3)处设有一平行于所述纵长方向(2)的离子隔膜(9)，以将所述槽体(1)分隔出一靠近所述电解电极(5)阳极的阳极室(10)和一靠近所述组电解电极(5)阴极的阴极室(11)，所述阳极室(10)和所述阴极室(11)的下游端被一多孔块体(12)所封闭。

4.根据权利要求1所述的一种以食盐为原料制造超高纯度次氯酸水溶液的脱盐装置，其特征在于，所述槽体(1)在靠近所述去离子电极(8)阳极处设有一平行于所述纵长方向(2)的阴离子膜(13)，其在所述去离子电极(8)阴极处设有一平行于所述纵长方向(2)的可使得次氯酸水溶液被收获在一位于所述阴离子膜(13)和阳离子膜(14)之间的中央区(17)内的阳离子膜(14)。

5.根据权利要求4所述的一种以食盐为原料制造超高纯度次氯酸水溶液的脱盐装置，其特征在于，所述槽体(1)包括一套接于槽体内的内槽道(20)，所述内槽道(20)的一端与所述中央区(17)呈流体连通以收获次氯酸水溶液；所述内槽道(20)内容置有离子交换树脂(21)，其使得次氯酸水溶液进入所述内槽道(20)后接受所述离子交换树脂(21)进行离子交换处理而去除残留的离子成份，并且由所述内槽道(20)的另一端排出。

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