TWI633064B - 電解還原模組單元及淨水裝置 - Google Patents
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Abstract
一種電解還原模組單元及淨水裝置，所述電解還原模組單元包括電極組、第一導流板以及第二導流板。電極組包括陽極、第一陰極以及第二陰極。陽極設置於第一陰極與第二陰極之間。第一陰極設置於第一導流板與陽極之間。第二陰極設置於第二導流板與陽極之間。
Description
<title lang="zh">電解還原模組單元及淨水裝置</title><title lang="en">ELECTROLYTIC REDUCTION MODULE UNIT AND WATER PURIFICATION DEVICE</title><technical-field><p>本揭露實施例是有關於一種電解還原模組單元及淨水裝置。</p></technical-field><background-art><p>在一般民生用水的輸送或儲存過程中，其會受到輸送或儲存環境中的無機物或有機物的污染，而因此存在大量的細菌、病毒或其他造成水質劣化的微生物等對人體有害的物質。基於此，為了使民生用水能達到適於使用的標準，通常會添加化學藥品（殺菌劑或除垢劑）於欲使用的民生用水內，例如在水中投入次氯酸鈉或通入氯氣，並藉由次氯酸鈉或氯氣於水體內產生氧化作用，使水中能存在自由有效餘氯（HOCl + OCl
<sup>-</sup>）等氧化性物質，以確保欲使用前的水沒有細菌滋生及其他危害。
</p><p>然而，在水中加氯除臭及消毒的過程，水中的有機物將會和自由有效餘氯反應而形成三鹵甲烷。三鹵甲烷屬揮發性有機化合物，其沸點約為40°C，因此，當含有三鹵甲烷的水之溫度超過三鹵甲烷的沸點時，三鹵甲烷將會揮發並有可能經由呼吸或皮膚吸收而進入人體，使人體的中樞神經系統衰退，並產生暈眩、疲倦、頭痛、肝毒、腎毒等症狀。此外，若吸入的三鹵甲烷過多，甚至可使人體致癌。</p><p>基於此，在水經投氯消毒後須藉由除氯裝置去除水中自由有效餘氯，然而，在習知的除氯裝置中，由於其組成結構複雜且體積龐大，使該除氯裝置僅能裝設於某些特定的區域使用。舉例來說，在一般家庭中僅能設置在水槽下的容置空間內，用以對水進行除氯。又，習知的除氯裝置藉由填充亞硫酸鈣或鋅銅合金作為吸附劑用以吸附水中的自由有效餘氯，然而，其所填充的吸附劑在長期與水接觸後會使水受污染，因此需定期更換除氯裝置中的吸附劑，並且，需提供大量的操作電源才能順利運轉，進而使習知的除氯裝置成本大幅上升。因此，習知的除氯裝置由於受限於本身所具有的體積及能源過度損耗的問題，無法廣泛的應用於其他輸水設備上。</p><p>基於上述，目前亟需一種具有高效率且結構簡便去除水中自由有效餘氯的裝置，使得該裝置能普遍地應用於一般的民生設施中，避免水中的自由有效餘氯對人體產生危害。</p></background-art><disclosure><p>本揭露實施例提供一種電解還原模組單元，其包括電極組、第一導流板以及第二導流板。電極組包括陽極、第一陰極以及第二陰極。陽極設置於第一陰極與第二陰極之間。第一陰極設置於第一導流板與陽極之間。第二陰極設置於第二導流板與陽極之間。</p><p>本揭露提供一種淨水裝置，其包括殼體以及多數個電解還原模組單元。殼體包括入水口及出水口。多數個電解還原模組單元中的每一者包括電極組、第一導流板以及第二導流板。第一導流板或第二導流板被相鄰兩個電解還原模組單元所共用。電極組包括陽極、第一陰極以及第二陰極。陽極設置於第一陰極與第二陰極之間。第一陰極設置於第一導流板與陽極之間。第二陰極設置於第二導流板與陽極之間。</p><p>為讓本揭露的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。</p></disclosure><mode-for-invention><p>以下係參照所附圖式詳細敘述本揭露之實施例。圖式中相同的標號係用以標示相同或類似之部分。需注意的是，圖式係已簡化以利清楚說明實施例之內容，圖式上的尺寸比例並非按照實際產品等比例繪製，因此並非作為限縮本發明保護範圍之用。</p><p>圖1是依照本揭露一些實施例的一種電解還原模組單元的剖面示意圖；圖2是依照本揭露一些實施例的一種電解還原模組單元中的導流板的俯視圖。</p><p>請參照圖1，本揭露實施例的電解還原模組單元10包括電極組100、第一導流板108以及第二導流板110。電極組100包括陽極102、第一陰極104以及第二陰極106。</p><p>在一些實施例中，第一陰極104、陽極102以及第二陰極106堆疊成三明治結構。換言之，陽極102夾置於第一陰極104與第二陰極106之間。陽極102可例如為析氧電位低且於電解反應中本身不易析出物質的材料。舉例來說，陽極102的材料例如是選自金屬、金屬合金、金屬氧化物或經金屬摻雜的金屬氧化物所組成之族群中的一者。在一些實施例中，陽極102的材料例如是銅（Cu）、鋅（Zn）、鉛（Pb）、鋁（Al）、金（Au）、白金(Pt)或其組合。在另一些實施例中，陽極102的材料例如是氧化銥（IrO
<sub>2</sub>）、氧化釕（RuO
<sub>2</sub>）、氧化鉛（PbO
<sub>2</sub>）等金屬氧化物。在又一些實施例中，陽極102的材料例如是鈦基氧化銥（Ti/IrO
<sub>2</sub>）、鈦基氧化鉭（Ti /Ta
<sub>2</sub>O
<sub>5</sub>）等經金屬摻雜的金屬氧化物。在一些示範實施例中，陽極102的材料為鈦基氧化銥，其在0.2重量%（wt%）的NaClO的水溶液中的析氧電位的範圍在0.8 V至1.3 V之間。習知以鉑作為陽極102的電解還原模組單元，由於鉑的析氯電位遠遠小於析氧電位，因此，陽極易析出氯氣。而在本揭露的一些實施例中，以鈦基氧化銥作為陽極102，由於鈦基氧化銥的析氧電位與析氯電位較為接近，因此，相較於習知以鉑作為陽極102的電解還原模組單元，本揭露以鈦基氧化銥作為陽極102於電解時較易析出氧氣，因此，可以減少析氯量。此外，由於在鈦基氧化銥之陽極102進行氧化反應時，不會於電解液中析出物質，因此可避免影響電解還原模組單元10從水中除去自由有效餘氯的效能。上述所謂的「析氧電位」及「析氯電位」各自表示水進行電解反應時於陽極102產生氧氣及氯氣的電位。
</p><p>第一陰極104設置於第一導流板108與陽極102之間；而第二陰極106設置於第二導流板110與陽極102之間。第一陰極104與第二陰極106可例如為析氫電位低且比表面積大的材料。第一陰極104與第二陰極106可以採用的材料在0.2 wt%的NaClO的水溶液中的析氫電位的範圍為在-1.9 V至-2.4 V之間。第一陰極104與第二陰極106的比表面積例如是1:1。在一些實施例中。第一陰極104與第二陰極106的材料例如是碳、不鏽鋼（stainless）、鉑（Pt）、鈦（Ti）、氧化銥（IrO
<sub>2</sub>）、汞（Hg）或其氧化物、合金形式之組合。在一些實施例中，第一陰極104與第二陰極106的材料包括石墨、鑽石、奈米碳管、奈米碳球、碳60、碳80、碳120等碳材料。在一示範實施例中，第一陰極104與第二陰極106的材料為石墨氈。在一些示範實施例中，以石墨氈作為材料的第一陰極104與第二陰極106，其在0.2wt%的NaClO的水溶液中的析氫電位的範圍在-1.9 V至-2.5 V之間。由於在第一陰極104與第二陰極106的眾多可選擇材料中，石墨氈具有相對大的比表面積，因此選用石墨氈作為第一陰極104與第二陰極106時，在進行電解還原反應具有較高的速率，因此，可以提升電解還原模組單元10從水中移除自由有效餘氯的效率。上述所謂的「析氫電位」表示水進行電解反應時於第一陰極104與第二陰極106產生氫氣的電位。
</p><p>第一陰極104與第二陰極106的比表面積分別比陽極102的比表面積大。第一陰極104及第二陰極106的比表面積是陽極102的比表面積的2~10倍以上時，可提升第一陰極104及第二陰極106與含有自由有效餘氯的水之間的接觸面積。換言之，可提高於第一陰極104及第二陰極106處的電解還原反應的速率，以提升移除水中的自由有效餘氯的效率。在一些實施例中，第一陰極104與第二陰極106的比表面積分別是陽極102的比表面積的2倍至10倍。在一些示範實施例中，第一陰極104與第二陰極106的比表面積分別是陽極102的比表面積的10
<sup>6</sup>倍。
</p><p>在一些實施例中，在電解還原模組單元10中，第一陰極104與陽極102之間的第一距離D1為1 mm；而第二陰極106與陽極102之間的第二距離D2為1mm 。第一距離D1與第二距離D2各自和電解還原模組單元10的電阻成正比。在一些實施例中，第一距離D1與第二距離D2各自為1~2 mm以下。在一示範實施例中，第一距離D1與第二距離D2各自為1 mm或更小。當第一距離D1與第二距離D2（第一陰極104與陽極102以及第二陰極106各自與陽極102之間的距離）控制在上述的範圍時，電解還原模組單元10可據以實施，並且由於第一距離D1與第二距離D2小，而使電解還原模組單元10的電阻較低，因而具有較高的電解效能，提升從水中移除自由有效餘氯的效率。</p><p>第一導流板108與第二導流板110設置在第一陰極104與第二陰極106的外側。在一些實施例中，第一導流板108與第二導流板110設置在電解還原模組單元10的最外側。第一導流板108與第二導流板110例如具有可撓性。第一導流板108與第二導流板110的材料可以是絕緣材料，例如是無機材料。第一導流板108與第二導流板110的材料例如是氧化物、氮化物、氮氧化物或其組合。在一示範實施例中，第一導流板108與第二導流板110的材料例如是玻璃。在另一些實施例中，第一導流板108與第二導流板110的材料例如是有機材料。第一導流板108與第二導流板110的材料例如是聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate；PMMA）、聚丙烯（polypropylene；PP）、聚苯乙烯（polystyrene；PS）、四乙氧基矽烷（tetraethyl orthosilicate；TEOS）或其組合。在一些示範實施例中，第一導流板108與第二導流板110的材料可例如是壓克力或塑膠。</p><p>第一導流板108與第二導流板110的結構、構形與厚度可以相同或相異。為方便說明，以下請參照圖2，以第一導流板108為例來說明之。</p><p>請參照圖2，第一導流板108具有開口107，且水可於開口107中流動。在一些實施例中，第一導流板108的開口107具有蜿蜒的形狀，例如是方波形、正弦波形或蛇形。在圖2中，第一導流板108的開口107例如是方波形。開口107例如包括第一端E1及第二端E2。第一端E1例如是水流入第一導流板108的起始端；而第二端E2例如是水自第一導流板108流出的終點端。</p><p>從另一方面來說，在一些實施例中，第一導流板108包括外框108a及多個延伸部108b。外框108a例如呈矩形、圓形或是橢圓形。多個延伸部108b例如呈長條狀、鰭狀或波浪狀。在一示範實施例中，外框108a呈矩形，且多個延伸部108b呈長條狀。多個延伸部108b與外框108a連接，且在外框108a所圍的區域內延伸。多個延伸部108b包括多個第一延伸部108b1與多個第二延伸部108b2。在一些實施例中，多個第一延伸部108b1排成一列且各自平行，並且與外框108a的一邊S1連接而呈第一梳狀；多個第二延伸部108b2排成一列且各自平行，並且與外框108a的另一邊S2連接而呈第二梳狀。在另一些實施例中，多個第一延伸部108b1排成一列且各自不平行，並且與外框108a的一邊S1連接而呈第一鰭狀；多個第二延伸部108b2排成一列且各自不平行，並且與外框108a的另一邊S2連接而呈第二鰭狀。從另一角度來說，多個第一延伸部108b1與多個第二延伸部108b2彼此交錯排列，而呈指叉狀，且指叉之間具有蜿蜒的縫隙。水可以從指叉之間的蜿蜒縫隙通過，以增加與第一陰極104與第二陰極106之間的接觸面積。</p><p>依據水流動的情形，任意相鄰的第一延伸部108b1與第二延伸部108b2之間的距離P可以相同或相異。每一個第一延伸部108b1的第一長度L1可以相同或相異；每一個第二延伸部108b2的第二長度L2可以相同或相異；第一長度L1可以與第二長度L2相同或相異。此外，每一個第一延伸部108b1的第一寬度W1可以相同或相異；每一個第二延伸部108b2的第二寬度W2可以相同或相異；第一寬度W1可以與第二寬度W2相同或相異。第一延伸部108b1與第二延伸部108b2的數量可以依據實際的需要來設計。一般來說，第一延伸部108b1與第二延伸部108b2的數量與第一導流板108的尺寸成正比。當第一延伸部108b1與第二延伸部108b2的數量較多時，可以增加液體於第一導流板108中的滯留時間，從而提升水於第一導流板108中流動時接觸第一陰極104的時間。然而，當第一延伸部108b1的數量過多時，會增加第一導流板108的製造成本。在一些實施例中，在第一導流板108的尺寸為16 cm ´ 5.4 cm的情況下，第一延伸部108b1與第二延伸部108b2的數量各自為4~12個。在另一些實施例中，在第一導流板108的尺寸為16 cm ´ 5.4 cm的情況下，第一延伸部108b1與第二延伸部108b2的數量各自為4~12個。當第一延伸部108b1與第二延伸部108b2的數量對應第一導流板108的尺寸而處於上述相應的範圍時，可於水在第一導流板108中的滯留時間和第一導流板108的製造成本之間取得平衡，進而提升除去水中的自由有效餘氯的效率。在一示範實施例中，第一延伸部108b1與第二延伸部108b2的數量各自為4個。</p><p>上述的第一導流板108的形狀設計可使水於第一導流板108中的滯留時間增加，從而可提升水於第一導流板108中流動時接觸第一陰極104的時間。換句話說，藉由第一導流板108的形狀設計可增加於水中的自由有效餘氯經還原反應的時間，因此可提升除去水中的自由有效餘氯的效率。又，第二導流板110的結構、形狀設計可與第一導流板108相同，因此不再予以贅述。</p><p>第一導流板108與第二導流板110各自具有第一厚度T1及第二厚度T2。第一厚度T1及第二厚度T2（第一導流板108與第二導流板110各自的厚度）會影響可容納的水量及電解還原模組單元10的電阻。當第一厚度T1及第二厚度T2愈大時，第一導流板108與第二導流板110可容納多的水量，但電解還原模組單元10的電阻也將會愈大；而當第一厚度T1及第二厚度T2愈小時，電解還原模組單元10的電阻會愈小，但相對地第一導流板108與第二導流板110可容納的水量也會愈少。在一些實施例中，第一厚度T1及第二厚度T2各自為1~2 mm。在另一些實施例中，第一厚度T1及第二厚度T2各自為1~2 mm。當第一厚度T1及第二厚度T2在上述的範圍時，可於第一導流板108與第二導流板110可容納的水量和電解還原模組單元10的電阻之間取得平衡，進而提升除去水中的自由有效餘氯的效率。在一示範實施例中，第一厚度T1及第二厚度T2各自為2 mm。</p><p>在一些實施例中，在不阻礙水於電解還原模組單元10中流動的前提下，電解還原模組單元10可更包括第一隔離結構112與第二隔離結構114（如圖1所示）。第一隔離結構112設置於陽極102與第一陰極104之間；而第二隔離結構114設置於陽極102與第二陰極106之間。於一示範實施例的電解還原模組單元10中，第一隔離結構112與第二隔離結構114可各自用來隔離陽極102與第一陰極104以及隔離陽極102與第二陰極106。第一隔離結構112與第二隔離結構114的材料例如是絕緣材料。在一些實施例中，第一隔離結構112與第二隔離結構114的材料例如是無機材料。舉例來說，第一隔離結構112與第二隔離結構114的材料包括氧化物、氮化物、氮氧化物或其組合。在一示範實施例中，第一隔離結構112與第二隔離結構114的材料例如是玻璃。在另一些實施例中，第一隔離結構112與第二隔離結構114的材料例如是有機材料。舉例來說，第一隔離結構112與第二隔離結構114的材料可以是聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、四乙氧基矽烷或其組合。第一隔離結構112與第二隔離結構114的形態例如為隔網、墊片、具有孔洞結構或其組合。第一隔離結構112與第二隔離結構114的形態可以相同或相異。在一些實施例中，第一隔離結構112與第二隔離結構114為隔網或具有孔洞結構的形態。在另一些實施例中，第一隔離結構112與第二隔離結構114為墊片的形態。</p><p>圖3是依照本揭露一些實施例的一種淨水裝置的外觀示意圖。圖4是圖3揭露之淨水裝置的切線I-I’的剖面示意圖。圖3及圖4所示的淨水裝置中的電解還原模組單元與圖1所示的電解還原模組單元相同，並且相同的元件符號代表相同的構件。</p><p>請參照圖3及圖4，在一些實施例中，淨水裝置30包括殼體300以及多數個電解還原模組單元10a、10b、10c、10d。殼體300包括入水口300e1及出水口300e2。入水口300e1及出水口300e2可連接用以輸送水的管線（未繪示），以各自作為使水流入淨水裝置30及使水流出淨水裝置30的用途。在一些實施例中，入水口300e1及出水口300e2在殼體300的相同面上。在另一些實施例中，入水口300e1及出水口300e2在殼體300的相對兩面上（未繪示）。此外，在一些實施例中，入水口300e1所在的水平高度低於出水口300e2所在的水平高度。多數個電解還原模組單元10d、10c、10b、10a置於殼體300中且彼此並聯，例如是由下而上堆疊，如圖3所示。在圖4揭露的淨水裝置30中，淨水裝置30包括四個電解還原模組單元10d、10c、10b、10a，但不以此為限。換句話說，淨水裝置可包括不足四個或超過四個的電解還原模組單元。</p><p>在淨水裝置30中，電解還原模組單元10a、10b、10c、10d的組成構件、構件的連結關係以及構件所選用的材料例如前個實施例中所述的電解還原模組單元10於此不再贅述。以下，將針對不同之處進行說明。</p><p>請參照圖4，在一些實施例中，第一導流板108可為相鄰的電解還原模組單元10a與電解還原模組單元10b所共用；而第二導流板110可為相鄰的電解還原模組單元10b與電解還原模組單元10c所共用，藉此可減少於淨水裝置30中設置的構件。換個角度來說，電解還原模組單元10a可以省略第二導流板110；而電解還原模組單元10c可以省略第一導流板108。因此，第一導流板108與第二導流板110為相鄰的電解還原模組單元所共用除了可使淨水裝置30的結構簡便外，也可使形成及淨水裝置30的成本降低。</p><p>在一些實施例中，淨水裝置30還可包括第一阻水墊片302與第二阻水墊片304。第一阻水墊片302與第二阻水墊片304設置於淨水裝置30的最外圍。換言之，電解還原模組單元10a、10b、10c、10d設置於第一阻水墊片302與第二阻水墊片304之間。在一些實施例中，第一阻水墊片302與第二阻水墊片304的材料例如是有機材料。舉例來說，第一阻水墊片302與第二阻水墊片304的材料為聚丙烯、聚苯乙烯或其組合等有機材料。在另一些實施例中，第一阻水墊片302與第二阻水墊片304的材料例如是無機材料。舉例來說，第一阻水墊片302與第二阻水墊片304的材料為矽化物、鋁氧化物、氮氧化物或其組合等無機材料。在一示範實施例中，第一阻水墊片302與第二阻水墊片304的材料為矽膠。第一阻水墊片302與第二阻水墊片304可以避免水經由第一導流板108與第二導流板110以外的通道溢出，以提升從水中除去自由有效餘氯的效率。</p><p>以下，藉由實驗例來驗證本揭露實施例的可行性，但須注意的是，本揭露實施例的淨水裝置並不以此為限。</p><p><b>實驗例</b><b>1</b></p><p>在本實驗例中，以圖4所示的實施例為例，淨水裝置30包括四個電解還原模組單元10a、10b、10c、10d。從另一個角度來看，淨水裝置30包括交錯配置的四個陽極及八個陰極。淨水裝置30中的陽極的材料為鈦基氧化銥，且為片狀的網式電極。淨水裝置30中的陰極的材料為石墨氈，且為具有大比表面積（相對習知的陰極的材料）及多孔隙的電極。在本實驗例中，淨水裝置30的陽極的厚度為0.5 μm；陰極的厚度為3.5 mm；導流板的厚度為2 mm，且淨水裝置30的長、寬、高分別為16 cm、5.4 cm、2.2 cm。於淨水裝置30中，所通入的水的流量以229 公升/分鐘的速率流動，且於淨水裝置30中的滯留時間為1.98秒。</p><p>將含有次氯酸根的水自淨水裝置30的進水口300e1流入後，藉由發電單元對淨水裝置30施加功率，使淨水裝置30中的水接收功率後而進行電解反應，其中於陽極處進行氧化反應，於陰極處進行還原反應。於本實驗例中使用的發電單元可為習知的發電單元，因此其詳細構造不予以贅述。</p><p>對含有次氯酸根的水進行電解反應時的氧化半反應式、還原半反應式以及氧化還原總反應式如下： 氧化半反應式：2H
<sub>2</sub>O
<sub>(l)</sub>→O
<sub>2(g)</sub>+4H
<sup>+</sup><sub>(aq)</sub>+4e
<sup>-</sup>； 還原半反應式：OCl
<sup>-</sup><sub>(aq)</sub>+H
<sub>2</sub>O
<sub>(l)</sub>+2e
<sup>-</sup>→Cl
<sup>-</sup><sub>(aq)</sub>+2OH
<sup>-</sup><sub>(aq)</sub>； 氧化還原總反應式：4H
<sub>2</sub>O
<sub>(l)</sub>+2OCl
<sup>-</sup><sub>(aq)</sub>→O
<sub>2(g)</sub>+2Cl
<sup>-</sup><sub>(aq)</sub>+4H
<sup>+</sup><sub>(aq)</sub>+4OH
<sup>-</sup><sub>(aq)</sub>。
</p><p>將含有次氯酸根的水自淨水裝置30的進水口300e1流入，以發電單元對其施加不同的電流與電壓，分別在60秒、120秒、180秒後測量自淨水裝置300的岀水口300e2流出的水的pH值、氧化還原電位及次氯酸根的含量，並藉此算出次氯酸根的移除率。</p><p>下列表1至表3為操作本實施例的淨水裝置30三次施以不同的電流與電壓的操作後所得之施加功率與次氯酸根的移除率之關係。在三次操作中，水流入淨水裝置30的進水口前分別含有1.85 mg/L、1.80 mg/ L、1.73 mg/ L的次氯酸根。</p><p>表1
<tables><table><TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 施加的功率(W) </td><td> pH值 </td><td> 氧化還原電位 (mV) </td><td> 施加功率後經過的時間(s) </td><td> 次氯酸根(mg/L) </td><td> 次氯酸根的移除量(mg/L) </td><td> 次氯酸根的移除率(%) </td></tr><tr><td> 電流 (A) </td><td> 電壓 (V) </td></tr><tr><td> 0.00 </td><td> 0.0 </td><td> 8.68 </td><td> 680 </td><td> 0 </td><td> 1.85 </td><td> - </td><td> - </td></tr><tr><td> 0.30 </td><td> 2.7 </td><td> 8.56 </td><td> 233 </td><td> 60 </td><td> 0.98 </td><td> 0.87 </td><td> 47 </td></tr><tr><td> 0.30 </td><td> 2.7 </td><td> 8.55 </td><td> 233 </td><td> 120 </td><td> 0.95 </td><td> 0.90 </td><td> 49 </td></tr><tr><td> 0.30 </td><td> 2.7 </td><td> 8.55 </td><td> 201 </td><td> 180 </td><td> 0.95 </td><td> 0.90 </td><td> 49 </td></tr></TBODY></TABLE></table></tables></p><p><p>表2
<tables><table><TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 施加的功率(W) </td><td> pH值 </td><td> 氧化還原電位 (mV) </td><td> 施加功率後經過的時間(s) </td><td> 次氯酸根(mg/L) </td><td> 次氯酸根的移除量(mg/L) </td><td> 次氯酸根的移除率(%) </td></tr><tr><td> 電流 (A) </td><td> 電壓 (V) </td></tr><tr><td> 0.00 </td><td> 0.0 </td><td> 8.66 </td><td> 627 </td><td> 0 </td><td> 1.80 </td><td> - </td><td> - </td></tr><tr><td> 0.40 </td><td> 3.1 </td><td> 8.59 </td><td> 353 </td><td> 60 </td><td> 0.52 </td><td> 1.28 </td><td> 71 </td></tr><tr><td> 0.40 </td><td> 3.1 </td><td> 8.58 </td><td> 359 </td><td> 120 </td><td> 0.49 </td><td> 1.31 </td><td> 73 </td></tr><tr><td> 0.40 </td><td> 3.1 </td><td> 8.58 </td><td> 293 </td><td> 180 </td><td> 0.49 </td><td> 1.31 </td><td> 73 </td></tr></TBODY></TABLE></table></tables></p><p>表3
<tables><table><TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 施加的功率(W) </td><td> pH值 </td><td> 氧化還原電位 (mV) </td><td> 施加功率後經過的時間(s) </td><td> 次氯酸根(mg/L) </td><td> 次氯酸根的移除量(mg/L) </td><td> 次氯酸根的移除率(%) </td></tr><tr><td> 電流 (A) </td><td> 電壓 (V) </td></tr><tr><td> 0.00 </td><td> 0.0 </td><td> 8.61 </td><td> 672 </td><td> 0 </td><td> 1.73 </td><td> - </td><td> - </td></tr><tr><td> 0.50 </td><td> 3.5 </td><td> 8.58 </td><td> 272 </td><td> 60 </td><td> 0.01 </td><td> 1.72 </td><td> 99 </td></tr><tr><td> 0.50 </td><td> 3.5 </td><td> 8.57 </td><td> 263 </td><td> 120 </td><td> 0.01 </td><td> 1.72 </td><td> 99 </td></tr><tr><td> 0.50 </td><td> 3.5 </td><td> 8.57 </td><td> 261 </td><td> 180 </td><td> 0.02 </td><td> 1.71 </td><td> 99 </td></tr></TBODY></TABLE></table></tables></p><p>從表1至表3可知，當對淨水裝置30施以0.30 A的電流及2.7 V的電壓時，於經過180秒後次氯酸根移除率為49%；而當對淨水裝置30施以0.50 A的電流及3.5 V的電壓時，於經過60秒後即可達成高達99%的次氯酸根移除率。因此，本實驗例證實了淨水裝置30對於水中之次氯酸根具有良好的移除效率，意即，本實驗例的淨水裝置30可提升水中的次氯酸根還原成氯離子的效率。並且，僅須對本實施例的淨水裝置30提供0.50 A的電流及3.5 V的電壓即可達到99%的次氯酸根移除率，意即，本實施例的淨水裝置30可以使用較低的能量即可高效率地移除次氯酸根。</p><p><b>實驗例</b><b>2</b></p><p>圖5是依照本揭露一些實施例的一種淨水裝置的剖面示意圖。</p><p>在本實驗例中，以圖5所示的實施例為例，淨水裝置50包括兩個電解還原模組單元10a、10b。淨水裝置50所包括的電解還原模組單元與上述淨水裝置30所包括的電解還原模組單元10a或10b的組件相同。詳細地說，以淨水裝置50的電解還原模組單元10b為例，電解還原模組單元10b的導流板108及導流板110各自為電解還原模組單元10b的最外側構件，而陰極104夾置於陽極102與導流板108之間；陰極106夾置於陽極102與導流板110之間。在本實驗例中，淨水裝置50的陽極102的厚度為0.5 μm；陰極104、106的厚度為3.5 mm；導流板108、110的厚度為2 mm，且淨水裝置50的長、寬、高分別為16 cm、5.4 cm、3.2 cm。</p><p>將含有1.73 mg/ L次氯酸根的水自淨水裝置50的進水口流入後，以7 公升/分鐘的流量流動，藉由習知的發電單元對淨水裝置50施加1 A的電流及6.8 V的電壓，使淨水裝置50中的水溶液接收功率後而進行電解反應。於經過180秒後，次氯酸根移除率為38.73%。</p><p><b>實驗例</b><b>3</b></p><p>圖6是依照本揭露另一些實施例的一種淨水裝置的剖面示意圖。</p><p>在本實驗例中，以圖6所示的實施例為例，淨水裝置60包括兩個電解還原模組單元60a、60b。淨水裝置60所包括的電解還原模組單元與上述淨水裝置30相似，但略有差異。以淨水裝置60的電解還原模組單元60b來說明二者的差異。在本實驗例中，電解還原模組單元60b的陰極104及陰極106各自為電解還原模組單元60b的最外側構件，而導流板108夾置於陽極102與陰極104之間；導流板110夾置於陽極102與陰極106之間。從另一個角度來看，淨水裝置60包括兩個陽極102、三個陰極104、106以及四個導流板108、110。在本實驗例中，淨水裝置60的陽極102的厚度為0.5 μm；陰極104、106的厚度為3.5 mm；導流板108、110的厚度為2 mm，且淨水裝置60的長、寬、高分別為25 cm、9.5 cm、4.5 cm。</p><p>將含有1.75 mg/ L次氯酸根的水自淨水裝置60的進水口流入後，以7公升/分鐘的流量流動，藉由習知的發電單元對淨水裝置60施加1 A的電流及6.8 V的電壓，使淨水裝置60中的水溶液接收功率後而進行電解反應。於經過180秒後，次氯酸根移除率為33.62%。</p><p>從實驗例2及實驗例3可知，與淨水裝置60相比，淨水裝置50具有更高的還原效率（將次氯酸根還原成氯離子的效率）。意即，將淨水裝置50的導流板108、110設置在電解還原模組單元10a、10b的外側可具有較高的次氯酸根移除率。</p><p>綜上所述，在本揭露實施例中，電解還原模組單元的第一陰極與第二陰極的比表面積遠大於陽極的比表面積，可大幅增加水與第一陰極及第二陰極的接觸面積，提升從水中移除自由有效餘氯的效率。又，由於本揭露實施例的陽極的材料為具有低析氧電位的鈦基氧化銥，因此可避免於陽極處將水中的自由有效餘氯氧化而析出氯氣。此外，本揭露實施例的電解還原模組單元中的第一導流板與第二導流板由於具有蜿蜒的開口，可提升水於其中流動時接觸第一陰極及第二陰極的時間，因此可提升移除水中的自由有效餘氯的效率。再者，由於本揭露實施例的淨水裝置包括上述的電解還原模組單元，因此其具有高的移除自由有效餘氯的效率。並且，本揭露實施例的淨水裝置中的第一導流板或第二導流板可被相鄰兩個電解還原模組單元所共用，因此可減少於淨水裝置中所需設置的構件，除了使淨水裝置的結構簡便外，也因此使形成淨水裝置的成本降低。</p><p>雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。</p></mode-for-invention><description-of-drawings><description-of-element><p>10、10a、10b、10c、10d、60a、60b‧‧‧電解還原模組單元</p><p>30、50、60‧‧‧淨水裝置</p><p>100‧‧‧電極組</p><p>102‧‧‧陽極</p><p>104‧‧‧第一陰極</p><p>106‧‧‧第二陰極</p><p>107‧‧‧開口</p><p>108‧‧‧第一導流板</p><p>108a‧‧‧外框</p><p>108b‧‧‧延伸部</p><p>108b1‧‧‧第一延伸部</p><p>108b2‧‧‧第二延伸部</p><p>D1‧‧‧第一距離</p><p>D2‧‧‧第二距離</p><p>L1‧‧‧第一長度</p><p>L2‧‧‧第二長度</p><p>E1‧‧‧第一端</p><p>E2‧‧‧第二端</p><p>P‧‧‧距離</p><p>S1‧‧‧邊</p><p>S2‧‧‧另一邊</p><p>T1‧‧‧第一厚度</p><p>T2‧‧‧第二厚度</p><p>W1‧‧‧第一寬度</p><p>W2‧‧‧第二寬度</p><p>110‧‧‧第二導流板</p><p>112‧‧‧第一隔離結構</p><p>114‧‧‧第二隔離結構</p><p>300‧‧‧殼體</p><p>300e1‧‧‧入水口</p><p>300e2‧‧‧出水口</p><p>302‧‧‧第一阻水墊片</p><p>304‧‧‧第二阻水墊片</p><p>I-I’ ‧‧‧線</p></description-of-element><p>圖1為本揭露之其一實施例的電解還原模組單元的剖面示意圖。 圖2為本揭露之其一實施例的電解還原模組單元中的導流板的俯視圖。 圖3為本揭露之其一實施例的淨水裝置之外觀示意圖。 圖4為圖3揭露之淨水裝置的切線I-I’的剖面示意圖。 圖5是本揭露之其一實施例的淨水裝置的剖面示意圖。 圖6是本揭露之另一實施例的淨水裝置的剖面示意圖。</p></description-of-drawings><bio-deposit /><sequence-list-text />
Claims (16)
- 一種電解還原模組單元，包括：電極組，包括：陽極；以及第一陰極與第二陰極；以及第一導流板與第二導流板，其中，所述陽極設置於所述第一陰極與所述第二陰極之間，所述第一陰極設置於所述第一導流板與所述陽極之間，所述第二陰極設置於所述第二導流板與所述陽極之間；其中所述第一導流板與所述第二導流板具有蜿蜒的開口；其中所述第一陰極與所述第二陰極的比表面積分別是所述陽極的比表面積的2倍至10倍。
- 如申請專利範圍第1項所述的電解還原模組單元，更包括第一隔離結構與第二隔離結構，其中所述第一隔離結構設置於所述陽極與所述第一陰極之間；而所述第二隔離結構設置於所述陽極與所述第二陰極之間。
- 如申請專利範圍第2項所述的電解還原模組單元，其中所述第一隔離結構與所述第二隔離結構包括隔網、墊片、具有孔洞性的結構或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述的電解還原模組單元，其中所述第一陰極與所述第二陰極在0.2wt%的NaClO的水溶液中的析氫電位的範圍在-1.9V至-2.5V之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的電解還原模組單元，其中所述陽極在0.2wt%的NaClO的水溶液中的析氧電位的範圍在0.8V至1.3V之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的電解還原模組單元，其中所述陽極的材料包括鈦基氧化銥(Ti/IrO2)。
- 如申請專利範圍第1項所述的電解還原模組單元，其中所述第一陰極與所述第二陰極的材料包括碳。
- 如申請專利範圍第7項所述的電解還原模組單元，其中所述第一陰極與所述第二陰極的材料包括石墨氈。
- 一種淨水裝置，包括：殼體，包括入水口及出水口；以及多數個電解還原模組單元，其中每一電解還原模組單元包括電極組，所述電極組包括：陽極；第一陰極與第二陰極；以及第一導流板與第二導流板，其中所述第一導流板或所述第二導流板被相鄰兩個電解還原模組單元所共用；其中，所述陽極設置於所述第一陰極與所述第二陰極之間，所述第一陰極設置於所述第一導流板與所述陽極之間，所述第二陰極設置於所述第二導流板與所述陽極之間；其中所述第一導流板與所述第二導流板具有蜿蜒的開口； 其中所述第一陰極與所述第二陰極的比表面積分別是所述陽極的比表面積的2倍至10倍。
- 如申請專利範圍第9項所述的淨水裝置，其中所述多數個電解還原模組單元為四個電解還原模組單元。
- 如申請專利範圍第9項所述的淨水裝置，更包括第一阻水墊片與第二阻水墊片，其中所述多數個電解還原模組單元設置於所述第一阻水墊片與所述第二阻水墊片之間。
- 如申請專利範圍第9項所述的淨水裝置，其中所述第一陰極與所述第二陰極在0.2wt%的NaClO的水溶液中的析氫電位的範圍在-1.9V至-2.5V之間。
- 如申請專利範圍第9項所述的淨水裝置，其中所述陽極的材料包括鈦基氧化銥(Ti/IrO2)。
- 如申請專利範圍第9項所述的淨水裝置，其中所述第一陰極與所述第二陰極的材料包括碳。
- 如申請專利範圍第14項所述的淨水裝置，其中所述第一陰極與所述第二陰極的材料包括石墨。
- 如申請專利範圍第14項所述的淨水裝置，其中所述第一陰極與所述第二陰極的材料包括石墨氈。
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