專利名稱：用于在溶液中生成氧化劑的高效電解槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從天然含有鹽(例如天然具有氯化鈉)或添加的鹽(例如添加氯化鈉)的水溶液中生成混合氧化劑(例如次氯酸和氯氣)的裝置和方法。我們的方法是利用一對(duì)電極之間的電勢(shì)在水中感應(yīng)出電流，通過(guò)使流經(jīng)電極之間的水發(fā)生電解，從而殺滅水中的細(xì)菌。當(dāng)被污染的水流過(guò)電極之間時(shí)，微生物會(huì)被殺死，水就被消毒了。另外，凈化水中還保留著一定的殘余殺菌效力，因?yàn)樵摲磻?yīng)使水中含有殘留的氯離子，它可以生成諸如游離氯(Cl2)、次氯酸離子(OCl-)、以及其他殺菌離子和游離基等殺菌劑。使氯離子電解效率提高，從而能有效地殺死水中的微生物的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是去除使陽(yáng)極和陰極分開的薄膜，以及使兩個(gè)電極緊密相鄰(例如小于0.5mm)。因此，我們開發(fā)出了幾種能有效殺滅受污染溶液中微生物的小型、高效、便攜式、電池供電的裝置。
背景技術(shù)：
各種氧化劑，比如次氯酸鹽、氯、二氧化氯及其他氯基氧化劑，是在工業(yè)和家庭的加工和服務(wù)中以及商業(yè)和消費(fèi)品中最有效的抗微生物制劑。這些氧化劑分子的強(qiáng)大氧化潛力使其理想地用于廣泛的用途，包括消毒和殺菌。已知，水溶液中氧化劑類的濃度低至1ppm或更少就可以殺死多種微生物，包括細(xì)菌、病毒、霉菌、真菌和孢子。較高的氧化劑濃度，最高可達(dá)到數(shù)百ppm，能提供多種化合物的更強(qiáng)的消毒和氧化作用以用于各種應(yīng)用，包括廢水處理、工業(yè)用水處理(例如冷卻水)、水果-蔬菜消毒、石油工業(yè)亞硫酸鹽的處理、紡織工業(yè)和醫(yī)藥廢棄物處理。氧化劑可以與酚類化合物起反應(yīng)并使其分解，從而消除水中酚的味道和氣味。氧化劑還被用于處理飲用水和廢水，以除去氰化物、硫化物、醛和硫醇。
盡管采用分離-隔室和薄膜電解槽來(lái)制造次氯酸鹽及其他氧化劑已達(dá)到工業(yè)規(guī)模，但它們?nèi)晕赐耆_(dá)到消費(fèi)者的標(biāo)準(zhǔn)，即小型和輕便。雖然我們?yōu)橄M(fèi)者的應(yīng)用開發(fā)過(guò)一些利用電化法的電化裝置，但是證明它們的制造成本過(guò)于昂貴，而且需要大量的電能才能達(dá)到所要求的效率?，F(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公開的利用離子滲透膜或膜片技術(shù)的商用電解槽，要求陽(yáng)極電解液中基本上無(wú)二價(jià)陽(yáng)離子，如鎂和鈣，以避免形成鈣和鎂鹽的沉淀物，這些沉淀物能迅速地阻塞和覆蓋薄膜，從而明顯地降低或阻止電解反應(yīng)。
因此，仍然需要一種簡(jiǎn)單、安全的方法和設(shè)備來(lái)在各種條件下制造家用抗微生物的氧化劑。本發(fā)明描述了一種廉價(jià)、易用且有效的制造抗菌氧化劑的方法和設(shè)備。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種從天然含有食鹽(例如天然含有氯化鈉的水)或加鹽(例如加入氯化鈉的水)的水溶液中利用無(wú)薄膜電解槽生成抗微生物氧化劑的方法。無(wú)薄膜電解槽包括一個(gè)陽(yáng)極電極和一個(gè)陰極電極、及一個(gè)槽室，槽室中沒(méi)有將槽通道分成兩個(gè)(或更多)分離的陽(yáng)極室和陰極室的離子滲透膜。當(dāng)電荷穿過(guò)通道中的原液溶液時(shí)，各種鹽類被轉(zhuǎn)化為抗菌氧化劑，該通道形成接近陽(yáng)極表面的槽室部分。
本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)抗菌氧化劑的方法，其包括以下步驟(1)提供一種原液溶液，它包括天然具有氯化鹽的水或已添加過(guò)氯化鹽的水；(2)使原液溶液流入包括一個(gè)陽(yáng)極和一個(gè)陰極的無(wú)隔膜電解槽的槽室，并且溶液要沿著一個(gè)靠近陽(yáng)極的通道流入；(3)在陽(yáng)極和陰極之間形成電流，從而在該通道里使原液溶液電解，從而將通道中的一部分鹽類轉(zhuǎn)變?yōu)榭咕趸瘎缓?4)使電解后的水溶液從電解槽中流出，從而形成含有抗菌氧化劑的水流，其根據(jù)我們從權(quán)利要求1中所選擇的方法是不需要的。
附圖概述對(duì)于熟練的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在研究了下列技術(shù)規(guī)格和參考示意圖之后，本發(fā)明的種種優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見(jiàn)的，其中

圖1所示為用于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)際使用的電解槽；圖2所示為沿線2-2獲得的圖1所示電解槽的剖面圖；圖3所示為本發(fā)明的一種實(shí)際備選電解槽的剖面圖；圖4是另一種具有多孔陽(yáng)極的電解槽的剖面圖；圖5是又一種具有多孔陽(yáng)極的電解槽的剖面圖；圖6是另一種具有多孔陽(yáng)極和多孔水流隔板的電解槽的剖面圖；圖7是又一種具有多孔陽(yáng)極和多孔水流隔板的電解槽的剖面圖；圖8仍是一種具有多孔陽(yáng)極和多孔水流隔板的電解槽的剖面圖9是水流槽結(jié)構(gòu)的方框圖；圖10是再循環(huán)槽結(jié)構(gòu)的方框圖；圖11是具有一個(gè)過(guò)濾器機(jī)構(gòu)的水流槽的方框圖；圖12是具有一個(gè)過(guò)濾器機(jī)構(gòu)的再循環(huán)槽的方框圖；圖13是具有一個(gè)開/關(guān)傳感器的水流槽的方框圖；圖14是具有一個(gè)開/關(guān)傳感器的再循環(huán)槽的方框圖；圖15是具有一個(gè)離子交換樹脂的水流槽的方框圖；和圖16是具有一個(gè)離子交換樹脂的再循環(huán)槽的方框圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明通過(guò)電流穿過(guò)陽(yáng)極和陰極之間的原液溶液，從而使低含量的鹽的原始化合物進(jìn)行轉(zhuǎn)化，無(wú)論鹽的原始化合物是天然存在于水中的(如河水或井水)還是后來(lái)溶解于溶液(例如加入鹽，像氯化鈉)的。當(dāng)水溶液流經(jīng)電解槽室，且陽(yáng)極和陰極之間有電流通過(guò)時(shí)，水中將發(fā)生幾個(gè)化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)使水溶液里含有一種或多種其他鹽類和離子。
在陽(yáng)極，在接近陽(yáng)極表面的通道的一薄層水溶液內(nèi)，發(fā)生如下的氯氣制備反應(yīng).
由此反應(yīng)生成的氯氣(Cl2)溶解于水，生成次氯酸根離子(OCl-)。需要注意的是，其他一些潛在的氯-氧氣反應(yīng)(例如二氧化氯)也可能發(fā)生。不受任何特定理論的約束，據(jù)信陽(yáng)極電極從水或與陽(yáng)極鄰近的其他離子中提取電子，這導(dǎo)致在原液溶液的薄表層內(nèi)形成了抗菌氧化物。位于陽(yáng)極交界面的該表層厚度被認(rèn)為是約100納米。因而，間隙尺寸較小比間隙尺寸較大能獲得更高的轉(zhuǎn)化效率。當(dāng)然，存在某種限制，即在該點(diǎn)使水溶液流動(dòng)而不產(chǎn)生顯著背壓已不再可能，或者間隙過(guò)小，以至于由于電極之間的低電阻而產(chǎn)生非常大的電流。流體動(dòng)力學(xué)(其包括湍流流動(dòng)溶液的分子運(yùn)動(dòng))預(yù)測(cè)到，當(dāng)溶液流通路徑接近陽(yáng)極表層時(shí)，鹽的轉(zhuǎn)化率將增加。因此，本發(fā)明的電解槽和電解系統(tǒng)為了使抗菌氧化物的轉(zhuǎn)化率最大化，優(yōu)選地使通過(guò)鄰近陽(yáng)極表層的原液溶液流最大化。另外，去掉典型地將陽(yáng)極和陰極隔室分開的薄膜也能因防止離子穿越薄膜的緩慢遷移來(lái)增大反應(yīng)速率。
本發(fā)明涉及一種或多種氧化劑產(chǎn)品的生產(chǎn)，可包括次氯酸鹽、氯氣、二氧化氯、臭氧、過(guò)氧化氫，以及一些其他的氯氧生成物。
原液溶液包括至少一種鹵化鹽構(gòu)成的電解溶液，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，下文中將以更為優(yōu)選的鹵化物鹽類，氯化鈉為例來(lái)說(shuō)明。氯化鈉是一種存在于自來(lái)水、井水和其他水源中的普通鹽類。因此，水里通常有制造所希望的混合氧化劑濃度所需的充足的氯離子。也可加入一定量的氯化鈉來(lái)獲得所需的原液溶液濃度，通常為至少0.1ppm。
包括在原液溶液中氯化鹽的含量除了根據(jù)電解槽將氯化鈉轉(zhuǎn)化為混合氧化劑產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率選擇之外，還可以根據(jù)含氯物類(例如次氯酸鹽)所要求的消毒級(jí)別來(lái)選擇。天然存在或后來(lái)加入的氯化鈉的含量通常為約1ppm至約500ppm。對(duì)于水源消毒，氯化鈉含量?jī)?yōu)選地為約1ppm至約300ppm，更優(yōu)選地為約10ppm至約200ppm。得到的混合氧化劑產(chǎn)品的含量為約0.1ppm至約10ppm，優(yōu)選地為約1ppm至約2ppm。
在本發(fā)明的電解槽可獲得的從氯化物鹽類轉(zhuǎn)化混合氧化劑的轉(zhuǎn)化范圍通常為小于約1％至約99％。轉(zhuǎn)化水平極其顯著地依賴于下文所述電解槽的設(shè)計(jì)，和該電解槽所使用的電流特性。
原液溶液可包含除了氯化鈉之外的其他一種或多種可選擇的鹽類。這些可供選擇的鹽類可以用于增強(qiáng)從電解槽中的流出物的消毒性能，或者當(dāng)電流經(jīng)過(guò)電解槽時(shí)發(fā)生反應(yīng)從而生成其他的混合氧化劑。另一種優(yōu)選的鹽是溴化鈉。一種優(yōu)選的用于電解含堿金屬鹵化物的電解水溶液的設(shè)備和方法公布在共同未決的普通轉(zhuǎn)讓美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)60/280,913(檔案號(hào)8492p)中，該專利提交于2001年4月2日。其他優(yōu)選的鹽類包括堿石鹽類，最優(yōu)選的是亞氯酸鈉。一種包含堿金屬鹵化物的電解水溶液的優(yōu)選的設(shè)備和方法公布在序號(hào)為09/947,846的美國(guó)專利申請(qǐng)中，在此引入本文以供參考。
本發(fā)明任選使用一種本地氯化鹽原料并把氯化鹽輸送到原液溶液中的方法。該實(shí)施方案在下列情況下使用有利當(dāng)需要用電解槽處理的目標(biāo)水未包含足夠量的或未包含任何氯化鹽時(shí)，本地氯化鹽原料可以釋放到一股流經(jīng)電解槽的水溶液中。本地氯化鹽原料也可釋放進(jìn)入水溶液的容器的一部分，然后將這部分溶液引入電解槽。優(yōu)選地，為了使混合氧化劑的轉(zhuǎn)化率最大化，并且限制鹽類一次性地加入容器，則使所有的本地氯化鹽原料通過(guò)電解槽。本地氯化鹽原料也能補(bǔ)充任何已包含在水溶液中的氯化物鹽類的殘余含量。
本地氯化鹽原料可以是濃鹽水溶液，或與電解液容器有流體接觸的鹽類片劑，或二者。一種優(yōu)選的本地氯化鹽原料是固態(tài)或粉末狀物質(zhì)。輸送本地氯化鹽原料的方式可以包括一個(gè)含具有氯化鹽的鹽室，優(yōu)選地是藥丸和藥片，一部分水溶液流過(guò)鹽室，從而使一部分氯化鹽溶解形成原液溶液。鹽室可以包括一個(gè)在支撐電解槽裝置的殼體內(nèi)形成的鹽空洞，它與流經(jīng)電解槽的那部分水溶液保持流體通道。
任何水源均可用于形成原液溶液，包括井水、自來(lái)水、軟化水，和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的水以及廢水。然而，對(duì)于本發(fā)明的許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，未經(jīng)過(guò)處理的水，如河水或井水是用于形成流動(dòng)溶液的最優(yōu)選的水，該溶液基本上只含有天然存在的氯離子。由于這些類型的天然水中含有足量的鹽類，包括氯化鈉，這將生成數(shù)量可觀的混合氧化劑。
在選擇的水源中加入其他鹽類或電解質(zhì)將增加水的導(dǎo)電性，這將使生成的混合氧化劑量增加。然而，導(dǎo)電性的增加未必能夠獲得更高的制備效率，因?yàn)閷?dǎo)電率的增加將增大電流消耗。所以，在生產(chǎn)更多的混合氧化劑的同時(shí)，也將消耗更多的能量。一個(gè)適用于混合氧化劑生產(chǎn)率的計(jì)算公式可由公式I來(lái)表示，η＝(CMO*Q)/(I*V)(I)其中η單位是每分鐘每消耗1瓦特電能所生成的混合氧化劑的毫克數(shù)；CMO是生成的混合氧化劑的濃度，以毫克/升計(jì)(mg/l)；I是電流，單位為安培；Q是體積流速，以毫升/分鐘計(jì)(ml/m)；和V是通過(guò)電解槽的電勢(shì)，單位為伏。
包含氯化鈉的原液溶液可以從一個(gè)分批存儲(chǔ)容器中輸送給電解槽。或者，原液溶液也可以通過(guò)氯化鈉的濃水溶液與一個(gè)二次水源的混合來(lái)連續(xù)地制備，并使混合物連續(xù)地流向電解槽。任選地，原液溶液的一部分可包括從電解槽流出溶液的再循環(huán)部分。并且，原液溶液可以包括任意前述來(lái)源的組合。原液溶液能夠連續(xù)或周期性地流經(jīng)電解槽。
電解槽電解槽利用流經(jīng)槽室的原液溶液中的電流來(lái)由氯離子生成混合氧化劑。無(wú)隔板電解槽包括至少一對(duì)電極，一個(gè)陽(yáng)極和一個(gè)陰極。電解槽還包括一個(gè)供原液溶液流過(guò)的槽室，還包含一個(gè)接近陽(yáng)極的通道。該通道包括接近陽(yáng)極表面的薄層，轉(zhuǎn)化反應(yīng)就在這里發(fā)生。優(yōu)選地使盡可能多的水流溶液穿過(guò)通道和薄的陽(yáng)極表層區(qū)域。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，電解槽包括一個(gè)陽(yáng)極和一個(gè)與之相對(duì)的(優(yōu)選共同擴(kuò)張的)陰極，二者被一個(gè)槽室隔開，槽室的形狀由這對(duì)電極的相對(duì)表面限定。槽室有一個(gè)槽間隙，它是兩個(gè)相對(duì)電極之間的垂直距離。典型地，跨越電極相對(duì)表面的槽間隙將基本上為恒定值。槽間隙優(yōu)選地為0.5mm或更小，更優(yōu)選地為0.2mm或更小。
電解槽也可以包括兩個(gè)或多個(gè)陽(yáng)極，或兩個(gè)或多個(gè)陰極。陽(yáng)極板和陰極板是可以交換的，因此一個(gè)陽(yáng)極的每個(gè)表面都有一個(gè)陰極與之相對(duì)，在其間是一個(gè)槽室。1996年7月9日授予Ando等人的美國(guó)專利5,534,120和1977年12月13日授予Eibl等人的美國(guó)專利4,062,754中就有包括多個(gè)陽(yáng)極和陰極電解槽的實(shí)施例。
通常，電解槽將有一個(gè)或多個(gè)進(jìn)水孔與每個(gè)槽室保持流體相通，和有一個(gè)或多個(gè)出水孔與小室保持流體相通。進(jìn)口孔也與原液溶液源保持流體相通，因此原液溶液就可以流過(guò)進(jìn)口、槽室和電解槽的出口。流出溶液(從電解槽流出的電解后的原液溶液)包括一定量的混合氧化劑，它們是在有電流通過(guò)溶液的情況下，在電解槽通道內(nèi)轉(zhuǎn)化出來(lái)的。流出的溶液可以用作混合氧化劑源，例如，用于消毒物品，或用于處理其他大量的水或水溶液。流出物自身也可以是被處理過(guò)的溶液，其中該溶液包含有微生物或一些其他的可被氧化的源料，這些源料能夠被生成的混合氧化劑溶液就地氧化。
本發(fā)明還提供一個(gè)混合氧化劑生成系統(tǒng)，其包括a)包括鹵化鹽的原液溶液來(lái)源；b)一個(gè)具有槽室、且包括一個(gè)陽(yáng)極和一個(gè)陰極的無(wú)薄膜電解槽，槽室有一個(gè)接近陽(yáng)極的通道，和與槽室連接的供流體進(jìn)出的進(jìn)口和出口；c)一種將原液溶液沿著通道送入槽室、并從出口流出的方法；和d)一個(gè)使電流通過(guò)槽室內(nèi)的水溶液的電流電源，電流將通道內(nèi)鹵化鹽的一部分轉(zhuǎn)化為混合氧化劑，并形成含有混合氧化劑的水溶液流出物。
圖1和圖2所示為本發(fā)明的電解槽10的一個(gè)實(shí)施方案。該槽包括一個(gè)陽(yáng)極21電極和一個(gè)陰極22電極。一對(duì)相對(duì)的不導(dǎo)電電極夾30使兩電極彼此之間保持固定的距離，電極夾的電極隔片31使陽(yáng)極和陰極相對(duì)縱向邊緣分離，并形成具有一定室間隙的槽室23。槽室23有一個(gè)供原液溶液流入電解槽的進(jìn)口25，和一個(gè)反向的供流出物從電解槽排出的電解槽的出口26。陽(yáng)極和陰極，以及相對(duì)的板夾以固定方式(未顯示)被牢固地一并安裝在一個(gè)不導(dǎo)電的陽(yáng)極蓋33(局部被切掉的顯示)和陰極蓋34之間，固定方式可以是包含不導(dǎo)電的耐水膠粘劑、螺釘，或其他方法，從而使兩電極僅僅暴露在流過(guò)該槽室23的電解溶液中。陽(yáng)極引線27和陰極引線28橫向地伸展并可密封地穿過(guò)電極夾30形成的通道。
圖2顯示槽室23和沿著陽(yáng)極21表面的通道24。通道24是槽室23的一部分，盡管顯示為邊界29，但是這只是為了說(shuō)明它與陽(yáng)極21接近，并不說(shuō)明它與槽室的比例或相對(duì)比例。
本發(fā)明的電解槽的另一個(gè)實(shí)施方案如圖3所示。該電解槽有一個(gè)陽(yáng)極出口35。陽(yáng)極出口排出在鄰近陽(yáng)極21的通道24中流動(dòng)的一部分電解料液，做為陽(yáng)極流出物。其余的電解槽的流出物從電解槽出口26排出，下文中還被分別描述為陰極流出物和陰極出口。在1994年5月31日授予Baker等人的美國(guó)專利5,316,740，1996年7月9日授予Ando等人的美國(guó)專利5,534,120，以及1999年1月12日授予Otsuka等人的美國(guó)專利5,858,201中描述過(guò)類似的電解槽，電解槽從陽(yáng)極出口移去一部分流過(guò)鄰近陽(yáng)極的電解液。特別優(yōu)選的是一種如圖3所示的美國(guó)專利4,761,208中描述的電解槽，它使用一個(gè)在陽(yáng)極和陰極之間且鄰近出口的物理隔板(元件16)，這樣在從陽(yáng)極出口排出溶液之前，可以使鄰近陽(yáng)極的溶液與鄰近陰極的溶液的混合最小或消除。優(yōu)選地，將包括低含量或無(wú)混合氧化劑產(chǎn)品的陰極流出物送回并混入原液溶液。
電極通?？梢跃哂腥魏涡螤?，該形狀可以使它本身和另一個(gè)電極之間的原液溶液中形成有效地導(dǎo)電，可以包括但不局限于平面電極、環(huán)形電極、彈簧類型電極和多孔電極。通過(guò)對(duì)陽(yáng)極和陰極電極的加工成型和定位，使陽(yáng)極和陰極電極對(duì)之間具有基本上均勻的間隙，如圖2所示。另一方面，陽(yáng)極和陰極可以具有不同的形狀和不同的尺寸，并且可以分開放置且彼此的間隙不均勻。陽(yáng)極和陰極之間重要的關(guān)系是在一個(gè)適當(dāng)?shù)碾妷合率钩渥愕碾娏髁鬟^(guò)陽(yáng)極，從而促進(jìn)靠近陽(yáng)極的電解槽通道內(nèi)的鹵化鹽轉(zhuǎn)化為混合氧化劑。
例如圖2所示的平面電極，具有一個(gè)溶液流動(dòng)路徑方向上的長(zhǎng)度，和一個(gè)與流動(dòng)路徑橫向的寬度。平面電極的縱橫比由長(zhǎng)度與寬度的比值定義，通常為0.2至10，更優(yōu)選地為0.1至6，最優(yōu)選地為2至4。
電極，即陽(yáng)極和陰極通常均為金屬導(dǎo)電材料，盡管非金屬的導(dǎo)電材料也可以使用，比如碳。陽(yáng)極和陰極的材料可以一樣，但也可以有利地采用不同材料。為了使腐蝕最小，優(yōu)選使用耐化學(xué)腐蝕金屬。在美國(guó)專利3,632,498和美國(guó)專利3,771,385中公開了適合的電極的實(shí)施例。優(yōu)選的陽(yáng)極金屬是不銹鋼、鉑、鈀、銥、釕，和鐵、鎳和鉻，以及它們的合金與金屬氧化物。更為優(yōu)選是由例如鈦、鉭、鋁、鋯、鎢或其合金金屬制成的電極，它們表面有從第八金屬元素族中選擇的鉑、銥、釕、及其氧化物與合金的鍍層或涂層。一種優(yōu)選的陽(yáng)極由鈦構(gòu)成核心并鍍有或涂有釕、氧化釕、銥、氧化銥，及其混合物，層厚度為至少0.1微米，優(yōu)選地為至少0.3微米。
許多應(yīng)用中可使用一種厚度為約0.03mm至約0.3mm的金屬箔。應(yīng)使箔電極在槽中穩(wěn)定，這樣當(dāng)液體流過(guò)通道時(shí)，它們就不會(huì)發(fā)生干擾正常電解過(guò)程的翹曲或彎曲。當(dāng)裝置的造價(jià)必須最低，或當(dāng)電解裝置的壽命預(yù)期或預(yù)計(jì)比較短(通常約一年左右或更少)時(shí)，使用箔電極特別有利。箔電極可以用如上所述任何金屬制成，并且優(yōu)選地為壓成薄片，裝在一個(gè)價(jià)格低廉的導(dǎo)電基底金屬上，比如鉭、不銹鋼等等。
本發(fā)明的特別優(yōu)選的陽(yáng)極電極是一種多孔的或液體能流過(guò)的陽(yáng)極。多孔陽(yáng)極具有大的表面積和大的孔隙空間，從而足以使大量的原液溶液從中流過(guò)。多孔陽(yáng)極的多個(gè)氣孔和流道提供了大大增加的表面積，該表面積為原液溶液的流過(guò)提供了多個(gè)通道。本發(fā)明中用到的多孔介質(zhì)可以從俄亥俄州辛辛那提的Astro Met有限公司、北卡來(lái)落羅來(lái)州Henderson的Porvair有限公司或康奈提格州Farmington的MottMetallurgical商購(gòu)獲得。另外，美國(guó)專利5,447,774和5,937,641給出了適合的多孔介質(zhì)處理的實(shí)施例。優(yōu)選地，多孔陽(yáng)極的表面積(以平方厘米計(jì))與總?cè)莘e(以立方厘米計(jì))的比值超過(guò)約5cm-1，更為優(yōu)選的超過(guò)約10cm-1、甚至更優(yōu)選的超過(guò)約50cm-1，并且最優(yōu)選的是超過(guò)約200cm-1。優(yōu)選地多孔陽(yáng)極具有的孔隙度至少約10％、更優(yōu)選地是約30％至約98％，并且最優(yōu)選地是約40％至約70％。優(yōu)選地，多孔陽(yáng)極在整個(gè)容積上具有一個(gè)高的表面積與導(dǎo)電性的組合，以使流過(guò)陽(yáng)極的溶液流速最佳，且使溶液中所含的氯化鹽向混合氧化劑產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率最佳。
根據(jù)溶液暴露于陽(yáng)極表面的時(shí)間，原液溶液穿過(guò)多孔陽(yáng)極的流過(guò)路徑應(yīng)能充分地使氯化鹽轉(zhuǎn)化為混合氧化劑。通過(guò)原液溶液路徑的選擇可以與電流通過(guò)陽(yáng)極的電流方向相平行(與電流方向相同或相反)，或者與電流方向交叉。多孔陽(yáng)極允許更大部分的原液溶液流經(jīng)靠近陽(yáng)極表面的通道，從而增加可轉(zhuǎn)變?yōu)楹旌涎趸瘎┊a(chǎn)品的鹵化鹽的轉(zhuǎn)化比例。
圖4顯示一個(gè)包括多孔陽(yáng)極21的電解槽。該多孔陽(yáng)極有多個(gè)象毛細(xì)管一樣的流經(jīng)通道24，通過(guò)流經(jīng)通道，原液溶液可以穿過(guò)多孔陽(yáng)極內(nèi)部靠近陽(yáng)極的表面層。在圖4所示的電解槽中，原液溶液的流動(dòng)與陽(yáng)極和陰極之間的電流方向平行。
另一個(gè)具有多孔陽(yáng)極的電解槽的實(shí)施方案如圖5所示。在該實(shí)施方案中，原液溶液的流動(dòng)方向與陽(yáng)極和陰極之間的電流方向有交叉。因?yàn)榇┻^(guò)多孔陽(yáng)極的流動(dòng)通道通常很小(小于0.2mm)，所以實(shí)際上，穿過(guò)多孔陽(yáng)極的單位溶液的流動(dòng)所需要的壓力將比等量的溶液穿過(guò)一個(gè)開口電解槽室所需要的壓力更大。因此，在將原液溶液引入到具有一個(gè)多孔陽(yáng)極和一個(gè)開口電解槽室的電解槽時(shí)，通常流過(guò)該多孔陽(yáng)極并通過(guò)其表面的溶液量將會(huì)明顯減少，因?yàn)槿芤簩?yōu)先地流過(guò)開口電解槽室。
為了解決上述原液溶液繞過(guò)多孔陽(yáng)極的問(wèn)題，優(yōu)選地提供了如圖6所示的電解槽室，在陰極22和多孔陽(yáng)極21之間的槽室24內(nèi)具有一個(gè)絕緣多孔流動(dòng)隔板40。該多孔隔板40采用絕緣板是為了防止通過(guò)槽室材料在陽(yáng)極和陰極之間形成電短路。當(dāng)原液溶液流過(guò)電解槽室時(shí)，多孔隔板將產(chǎn)生一個(gè)溶液壓降。多孔隔板不應(yīng)該吸收或蓄水，而且不應(yīng)該與水溶液及其中的化學(xué)成分，包括混合氧化劑產(chǎn)品起反應(yīng)。多孔隔板40可以由一種不導(dǎo)電的材料制成，不導(dǎo)電材料可以但不限于從下列材料中選擇塑料，如聚乙烯、聚丙烯，和聚烯烴、玻璃或其他硅質(zhì)材料以及硅。多孔隔板可以包括多個(gè)大小相同或不同的球形、橢圓形，和其它形狀的物體，它們?cè)诓凼抑锌梢运缮⒌匕谝黄?，或形成一個(gè)統(tǒng)一的物體陣列。圖6所示多孔隔板40是由不同直徑的球體組成陣列構(gòu)成的。多孔隔板40還可以是一個(gè)或多個(gè)擋板，它實(shí)際上限制流過(guò)槽室24的溶液流動(dòng)。如圖7所示，這樣的擋板可以包括一系列限制溶液流動(dòng)的有孔垂直隔板。限制穿過(guò)不導(dǎo)電的、多孔絕緣隔板的原液溶液的流動(dòng)能夠顯著地減少通過(guò)槽室的原液溶液的比例，從而增加在多孔陽(yáng)極21的內(nèi)部通道23里鹵化鹽的轉(zhuǎn)化比例。
盡管流過(guò)多孔陽(yáng)極以及包含多孔隔板40的槽室24的溶液可以混合并且在彼此之間往復(fù)流動(dòng)，但是從電解槽出口26的不同區(qū)域流出的排出液的溶液成分基本是不同的。從多孔陽(yáng)極排出的溶液38與從靠近陰極槽室排出的溶液39相比，前者的PH值明顯較低而鹵素產(chǎn)品的產(chǎn)出率明顯較高。從多孔陽(yáng)極排出的溶液38可以與排出溶液39分離開來(lái)，并通過(guò)放置如圖8所示的隔層37而將其從電解槽中除去。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案采用了一種具有開口槽室的電解槽。開口槽室電解槽對(duì)于本發(fā)明中裝盛原液溶液的容器特別有用；容器包括水池、浴缸、礦泉浴場(chǎng)、水箱，及其他開放的水體。原液溶液可以流入電解槽并從不同的方向到達(dá)陽(yáng)極。原液溶液中的鹵化鹽可以含在容器中的溶液里，或者可以作為鹵化鹽的一個(gè)本地來(lái)源被送入容器中的溶液里，如前所述。開口槽室電解槽的實(shí)施例在美國(guó)專利4,337,136(Dahlgren)、美國(guó)專利5,013,417(Judd)、美國(guó)專利5,059,296(Sherman)、以及美國(guó)專利5,085,753(Sherman)中均有描述。
用于產(chǎn)生混合氧化劑的一個(gè)可替代的系統(tǒng)包括含有原液溶液的分批容器。一個(gè)再循環(huán)泵使料液循環(huán)從容器穿過(guò)電解槽，并且將流出液輸送回分批容器。隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，溶液中未反應(yīng)的氯化鹽的濃度將降至基本為零，這樣原液溶液中所有氯化鈉將幾乎完全地轉(zhuǎn)化為混合氧化劑產(chǎn)品。在一個(gè)稍有不同的系統(tǒng)中，電解槽可以被放置在分批容器的內(nèi)部，被淹沒(méi)在含有氯化鈉的水溶液里。容器內(nèi)部的泵或混合器推動(dòng)溶液穿過(guò)電解槽，使溶液進(jìn)行再循環(huán)直到達(dá)到氯化鈉轉(zhuǎn)化為混合氧化劑的目標(biāo)轉(zhuǎn)化率。
電解槽還可以包括能夠電解一定量的原液溶液的分批式的槽。該分批式槽包括一個(gè)具有一對(duì)電極的分批室。該分批室充滿了含氯化鈉鹽的原液溶液，然后原液溶液被電解形成包含混合氧化劑的分批的排出液。電極優(yōu)選地包括一個(gè)外部環(huán)形陽(yáng)極和一個(gè)同心的內(nèi)部陰極。根據(jù)本發(fā)明，這里給出了一個(gè)適合的使用氯化鈉鹽供應(yīng)源的分批式電解槽的實(shí)施例，該實(shí)施例公開于2000年11月30日公布的WO00/71783-A1專利中，該文獻(xiàn)引入本文以供參考。
電流電源一個(gè)電流電源在電極之間提供一個(gè)電流流動(dòng)，通過(guò)穿過(guò)陽(yáng)極原液溶液的通道。對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，優(yōu)選的電源是家用(或者工業(yè)用)電流整流器，它將普通的100至230伏特的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。
對(duì)于的輕便或小型的個(gè)人用系統(tǒng)，一個(gè)優(yōu)選的電源是單個(gè)電池或電池組，優(yōu)選地從堿、鋰、氧化銀、氧化錳，或碳化鋅電池中選擇。電池可以具有1.5伏特、3伏特、4.5伏特、6伏特的標(biāo)稱電壓，或任何其他的滿足電解裝置能量需求的電壓。最優(yōu)選的是普通型電池，例如“AA”規(guī)格、“AAA”規(guī)格、“C”規(guī)格、以及“D”規(guī)格的電池，它們的電壓均為1.5V。兩個(gè)或多個(gè)電池可以用電線串聯(lián)(以增加其電壓)或并聯(lián)(以增加其電流容量)，或同時(shí)采用兩種連接方法(同時(shí)增加電壓和電流)。也可以方便地使用可充電電池和機(jī)械卷軸-彈簧裝置。
另一個(gè)可供選擇的是太陽(yáng)能電池，它可以把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換(和存儲(chǔ))為電能。當(dāng)電解槽要求的功率為電流低于2000毫安，電壓在1.5和9伏之間時(shí)，可方便地使用太陽(yáng)能光電板。許多其他的已知?jiǎng)恿Y源也可以用于本發(fā)明，包括但不限于，手工曲柄發(fā)電系統(tǒng)和水壓/流動(dòng)渦輪系統(tǒng)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，電解槽可以包括單對(duì)電極，其陽(yáng)極與電池或電池組的正極引線相連，陰極與電池或電池組的負(fù)極引線相連。一系列兩個(gè)或更多個(gè)電極，或兩個(gè)或更多個(gè)單元(各一對(duì)電極)可以通過(guò)電線與電源相連。通過(guò)把各單元陽(yáng)極連接到正端(組)以及各單元陰極連接到負(fù)端(組)，從而將單元以并聯(lián)方式排列，以為各單元提供相同的電勢(shì)(電壓)，并將總電流分配(均勻地或不均勻地)在兩個(gè)或更多個(gè)電極對(duì)之間。將二個(gè)單元(例如)以串聯(lián)方式排列，通過(guò)連接第一個(gè)單元的陽(yáng)極到正端，第一個(gè)單元的陰極到第二個(gè)單元的陽(yáng)極，以及第二個(gè)單元的陰極到負(fù)端，來(lái)為各單元提供相同的電流，并將總電壓勢(shì)能分配(均勻地或不均勻地)在兩個(gè)單元上。
電源可以更進(jìn)一步包括一個(gè)回路，用于周期性地使電池或電池組的輸出端極性換向，目的是在時(shí)間上維持高水平的電效力。極性倒轉(zhuǎn)能將水垢的生成降至最低或防止水垢以及帶電化學(xué)物種在電極表面上沉淀。當(dāng)使用相對(duì)的陽(yáng)極和陰極時(shí)，極性的倒轉(zhuǎn)功能特別適宜。
電解流出物在大部分應(yīng)用中，當(dāng)已含氯化鹽的溶液流動(dòng)穿過(guò)電解裝置時(shí)，受污染的溶液中的微生物將被殺死。在其他應(yīng)用中，包含轉(zhuǎn)化的混合氧化劑的流出液從電解槽中排出并被使用，例如用作一種消毒水溶液。流出液可被直接輸送入一個(gè)可被氧化的溶液源，可被氧化的溶液源可被混合氧化劑氧化?？杀谎趸娜芤涸纯梢允堑诙椿蚱渌ㄎ⑸锏乃芤海?dāng)與排出溶液混合或接觸時(shí)，溶液源被破壞。在原液溶液內(nèi)部的微生物也被消滅。
去除雜質(zhì)水中雜質(zhì)呈多種形式存在。有時(shí)它們具有微生物的特征，并可能是病毒、細(xì)菌、真菌、寄生物或其他生物形態(tài)。去除一些或所有的這些雜質(zhì)可以由位于電解槽前或后的過(guò)濾器輔助完成。特別需要注意的是去除99.95％的孢囊有機(jī)體，比如似隱孢菌素，如果過(guò)濾器的有效過(guò)濾尺寸小于孢囊的尺寸，這些孢囊有機(jī)體將會(huì)從污染水中除去(例如，一個(gè)能夠去掉大于3微米微粒的過(guò)濾器)。
雜質(zhì)也可能是非細(xì)菌性的。也可根據(jù)雜質(zhì)大小來(lái)借助過(guò)濾器去除雜質(zhì)。有時(shí)，水中的污染物可以具有有機(jī)的或無(wú)機(jī)的特征。同樣希望能夠使用一個(gè)過(guò)濾器去除一些或全部的有機(jī)或無(wú)機(jī)污染物。在其它情況下我們也可能希望把有機(jī)或無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)化為一種更容易利用過(guò)濾器除去的形態(tài)。舉例來(lái)說(shuō)，砷(As)可以以兩種氧化物(砷(III)和砷(V))中的一種氧化物形態(tài)存在。盡管兩種氧化物都會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生負(fù)面的后果，但是通常，人們認(rèn)為砷(III)是毒性更強(qiáng)的形態(tài)?？赡茉谒粗邪l(fā)現(xiàn)砷的氧化形態(tài)依據(jù)來(lái)源而不同。由于空氣的氧化作用，地表水通常比地下水含的砷(V)的百分比更高。無(wú)機(jī)物砷(III)(亞砷酸鹽)以及砷(V)(砷酸鹽)的結(jié)構(gòu)，加上它們的相應(yīng)的酸解常數(shù)，如下所示。
砷酸鹽
注意，在飲用水的酸堿度下，砷(V)將以單價(jià)或二價(jià)的陰離子形態(tài)存在，而砷(III)將以中性分子的形態(tài)存在。這意味著砷(V)、而不是砷(III)可以容易地利用陰離子交換樹脂去除。所以，如果砷(III)能夠容易地被氧化成砷(V)，那就意味著，離子交換法將是一種極好的用于去除砷的處理方法。對(duì)于一個(gè)典型的強(qiáng)堿離子交換樹脂，在水中去除陰離子的選擇性可能按以下順序(從最容易的到最困難的)排列硫酸鹽＞砷酸鹽＞硝酸鹽＞亞砷酸鹽＞氯化物＞重碳酸鹽。
有些情況下，過(guò)濾器可能部分地或者全部地由離子交換樹脂組成，以此作為對(duì)進(jìn)入電解槽的電解溶液的預(yù)處理。特別引人注意的是離子交換樹脂產(chǎn)生一種流出物，它能在電解以前增加電解溶液的鹵離子濃度，例如，利用一個(gè)以氯化物形態(tài)存在的陰離子交換樹脂。利用陽(yáng)離子交換樹脂可以使電解槽內(nèi)水垢形成離子濃度(比如鈣和鎂)減到最小，從而使清理陽(yáng)極(組)和陰極(組)的必要性降為最小。
實(shí)施例圖9描繪了一個(gè)流動(dòng)槽100的非限定性和示范性實(shí)施方案。流動(dòng)槽100可包括一個(gè)進(jìn)口110和一個(gè)出口120?？梢允褂眯」β孰娫矗?優(yōu)選輕便的)可利用傳統(tǒng)的家庭電池來(lái)為電解流動(dòng)槽提供電流和電壓。電解槽可具有多種規(guī)格，其中陽(yáng)極的表面積為約0.1cm2至約60cm2。本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案包括一個(gè)電解槽，其陽(yáng)極表面積為約1cm2至約20cm2、更為優(yōu)選地為約3cm2至約10cm2。一個(gè)電驅(qū)動(dòng)的帶有發(fā)動(dòng)機(jī)的泵能借助流動(dòng)槽的結(jié)構(gòu)將溶液灌輸?shù)诫娊獠壑?。這樣的泵裝置的典型溶液流速為約100至約300cc/min。
圖10描繪了一種包括再循環(huán)槽200的非限定性和示范性實(shí)施方案，它包括一個(gè)槽100。再循環(huán)槽200可以包括一個(gè)水溶液容器204。容器204中具有含鹵化鹽的原液溶液。離開出口120的溶液可能被引入容器204，在這里溶液與原液溶液混合生成需要的電解種類的組合。一旦兩種溶液混合，它們被引入進(jìn)口110。兩種溶液可采用任何目前已知的用于輸送原料的方法來(lái)輸送，而不僅限于用泵206?？扇芜x地，容器204可包括一個(gè)進(jìn)口210和一個(gè)出口220，從而允許導(dǎo)入外加的原液溶液和導(dǎo)出電解后的溶液以供利用。
圖11描繪了流動(dòng)槽100的一個(gè)非限定性和示范性實(shí)施方案。流動(dòng)槽100可包括一個(gè)前置過(guò)濾器裝置300。前置過(guò)濾器裝置300可用來(lái)從原液溶液中濾除多種不希望的成分，包括但不限于，沉淀物、微粒、不溶物質(zhì)、大有機(jī)物(例如孢囊)。為了達(dá)到理想的效益，過(guò)濾器機(jī)構(gòu)300可由不同物質(zhì)構(gòu)成，包括但不限于粒狀活性碳濾器、粒狀活性碳?jí)K、活化碳纖維、硅藻土玻璃纖維、濾紙、離子交換樹脂、尺寸上能消除的物質(zhì)、電荷-改性的物質(zhì)(本文引入WO0107090A1中一個(gè)圖示實(shí)施例作為參考)，沸石、活性鋁土、硅膠、硫酸鈣、漂白土，以及活化鐵鋁氧石。對(duì)于與飲用水有關(guān)的應(yīng)用，為了符合ANSI/NSF標(biāo)準(zhǔn)53，可更進(jìn)一步地希望去除99.95％的、大小至少為3微米或更大的微粒。
圖12描繪了類似于圖10所示的再循環(huán)槽200的一個(gè)非限定性和示范性實(shí)施方案，而且包括一個(gè)與圖11所示相類似的過(guò)濾機(jī)構(gòu)。
圖13描繪了流動(dòng)槽100的一個(gè)非限定性和示范性實(shí)施方案。流動(dòng)槽100可包括一個(gè)開-關(guān)傳感器400。開-關(guān)傳感器400可用來(lái)檢測(cè)進(jìn)入的原液溶液的存在，并產(chǎn)生響應(yīng)以開啟電源(未顯示)，電源用來(lái)提供電解水溶液所需要的電能。以一種類似的方式，開關(guān)傳感器也可以檢測(cè)到進(jìn)入的原液溶液的消失，并產(chǎn)生響應(yīng)以關(guān)斷電源(未顯示)。
圖14描繪了類似圖10所示的再循環(huán)槽200的一個(gè)非限定性和示范性實(shí)施方案，而且包括一個(gè)類似圖13所示的開-關(guān)傳感器。
圖15描繪了具有離子交換樹脂500的流動(dòng)槽的一個(gè)非限定性和示范性實(shí)施方案的方框圖。離子交換樹脂可用于兩個(gè)目的。第一，它可以作為一種軟水劑來(lái)降低流過(guò)槽100的水的總硬度；第二，它可以作為一種鹵化物陰離子交換劑，這樣，當(dāng)在水中沒(méi)有天然鹵化物離子時(shí)，陰離子交換樹脂可用于交換陰離子鹵化物離子，以增大系統(tǒng)的效率。對(duì)于水中大多數(shù)的陰離子，易交換的鹵素陰離子的一個(gè)實(shí)施例是氯離子。
軟水劑用來(lái)降低水的總硬度。使用化學(xué)方法分析水中含有的碳酸氫鈣以及碳酸氫鎂的數(shù)量，就可以測(cè)定水的硬度。軟水劑是一種特定類型的離子交換樹脂水調(diào)節(jié)劑。典型地，陽(yáng)離子交換樹脂用于把水中的鈣和鎂的陽(yáng)離子置換成其他的、通常為單價(jià)的陽(yáng)離子。最普通的置換離子是鈉或氫離子。大部分的水軟化系統(tǒng)還包括一種用于再生陽(yáng)離子交換樹脂床的方法。用于樹脂的再生的最普通的方法是鹽水溶液流。氯化鈉鹽通常被用于此目的。
圖16描繪了類似圖10所示的再循環(huán)槽200的一個(gè)非限定性和示范性實(shí)施方案，而且包括一個(gè)類似于圖15所示的離子交換樹脂500。
實(shí)施例1-(流動(dòng)槽和水中天然存在的鹽)如圖9所示為用于處理脫氯自來(lái)水的電解槽的大致設(shè)計(jì)圖。該電解槽的的一對(duì)相對(duì)的電極的通道間隙為約0.46mm。陽(yáng)極由ES300-鈦制成，鍍有氧化釕和氧化銥。陰極由201不銹鋼制成。平面電極的尺寸為長(zhǎng)73.0mm、寬25.4mm。電極的表面積通過(guò)電極的長(zhǎng)度乘以其寬度(例如7.30cm×2.54cm＝18.54cm2)來(lái)計(jì)算。脫氯水的制備是讓自來(lái)水流過(guò)聚氨酯安裝在水龍頭上的過(guò)濾器(炭精塊過(guò)濾器)以去除水中的氯。所用自來(lái)水的電導(dǎo)率為150uS/cm。測(cè)得自來(lái)水中的氯離子含量為78ppm。收集十公升的脫氯水。利用一臺(tái)螺旋泵測(cè)得從玻璃容器穿過(guò)電解槽的溶液的流速為300ml/分鐘。利用一個(gè)電源(Tenma實(shí)驗(yàn)室，模型72-630A)為電解槽提供4.5伏特的電壓和0.43安培的電流。電壓和電流相乘計(jì)算(例如4.5V×0.44A＝1.98W)得到功率。從電解槽中釋放出溶液并進(jìn)行分析。利用無(wú)氯化物的DPD Hach方法計(jì)算出流出溶液中共包含2.90ppm濃度的混合氧化劑。通過(guò)對(duì)公式I中(η＝(CMO*Q)/(I*V)))所說(shuō)明的效率，計(jì)算得到所達(dá)到的生產(chǎn)率指標(biāo)是439。各種其他的試驗(yàn)條件列在表格A中。
表A
實(shí)施例2-(流動(dòng)槽和加入鹽的水)實(shí)施例1中的電解槽的工作過(guò)程利用的是制備好的由鹽溶液組成的原液溶液。在脫離子水中添加了氯化鈉鹽。在本測(cè)試中，添加了500mg的工業(yè)氯化鈉(Aldrich Chemical Company，Inc，Milwaukee，WI53233)并用攪拌棒混合直到完全溶解，由氯化鈉鹽溶液形成濃度為50ppm的氯化物。原液溶液保存在一個(gè)10公升的玻璃容器中。由一臺(tái)螺旋泵測(cè)出從玻璃容器穿過(guò)電解槽的溶液流速為300ml/分鐘。為電解槽提供的電壓為4.5伏特，電流為0.22安培。對(duì)從電解槽中釋放出的溶液進(jìn)行分析。得出流出溶液中含2.13ppm的氧化劑。計(jì)算得到的生產(chǎn)率指數(shù)是645。
實(shí)施例3-(使用AA電池的流動(dòng)槽)實(shí)施例3中的電解槽的工作過(guò)程類似于如實(shí)施例1中所描述的電解槽，但電源換成了3節(jié)AA規(guī)格的電池(Duracell)。由一臺(tái)螺旋泵測(cè)出從玻璃容器穿過(guò)電解槽的溶液的流速為300ml/分鐘。3節(jié)AA規(guī)格電池為電解槽提供的電壓為4.1伏特，電流為0.34安培。對(duì)從電解槽中釋放出的溶液進(jìn)行分析。得出流出溶液包含1.96ppm的氧化劑。計(jì)算得到的生產(chǎn)率指數(shù)是427。
實(shí)施例4-(再循環(huán)槽中裝有含天然鹽類的水)圖10所示的電解槽的工作條件與實(shí)施例1中所列工作條件相同。10公升水中的游離氧化劑濃度隨時(shí)間增加。結(jié)果如下表B顯示。
表B
本發(fā)明在大量的應(yīng)用中可能會(huì)得到贊譽(yù)，這些應(yīng)用包括但不限于安裝在水龍頭上的過(guò)濾器、安裝在廚房柜臺(tái)上的水凈化裝置、安裝在洗碗池下的水凈化裝置、野營(yíng)/背包式水凈化裝置、旅行水凈化裝置、冰箱水凈化裝置、罐裝自流水凈化裝置、洗澡水凈化裝置、以及礦泉類水凈化裝置。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在研究了前述技術(shù)規(guī)格和下述權(quán)利要求后，本發(fā)明的種種優(yōu)勢(shì)將會(huì)變得更為顯而易見(jiàn)。
權(quán)利要求
1.用于電解電解液的設(shè)備，所述設(shè)備包括(a)無(wú)隔板的電解槽，其包括(i)陽(yáng)極；(ii)陰極，所述陽(yáng)極和所述陰極限定了在它們之間形成的通道；(iii)與所述通道連通的進(jìn)口，所述進(jìn)口用于接收電解溶液流；和(iv)與所述通道連通的出口，所述出口為已經(jīng)電解的電解溶液流提供出口；和(b)電源，用于提供從所述陽(yáng)極到所述陰極的電流，其中所述電源提供的電能小于約5瓦，其中電流使電解溶液流電解。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括殼體，所述殼體為所述電解槽和所述電源提供包容。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括流體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來(lái)使電解溶液從所述進(jìn)口流入，從所述出口排出。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述流體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)使已從所述出口排出的電解溶液再循環(huán)，重新流入所述進(jìn)口，從而使電解液重復(fù)電解過(guò)程。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括用于去除雜質(zhì)的過(guò)濾器。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器位于所述電解槽之前。
7.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器位于所述電解槽之后。
8.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器適于從電解溶液中去除99.95％的、大小為至少3微米或更大尺寸的微粒。
9.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器可去除有機(jī)物種類。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器位于所述電解槽之后，并且所述電解槽把有機(jī)物種轉(zhuǎn)化為可以被所述過(guò)濾器去除的形態(tài)。
11.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器可去除無(wú)機(jī)物種類。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器位于所述電解槽之后，并且所述電解槽把無(wú)機(jī)物種類的氧化態(tài)轉(zhuǎn)化為可以被所述過(guò)濾器去除的形態(tài)。
13.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器適于去除砷。
14.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器位于所述電解槽之后，并且所述電解槽把砷的氧化態(tài)轉(zhuǎn)化為可以被所述過(guò)濾器去除的形態(tài)。
15.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器位于所述電解槽之后。
16.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器部分或全部由樹脂構(gòu)成。
17.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器部分或全部由碳構(gòu)成。
18.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括在電解之前對(duì)電解溶液進(jìn)行預(yù)處理的離子交換樹脂。
19.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述離子交換樹脂適于增加電解溶液中含鹵離子的濃度。
20.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述離子交換樹脂適于減少電解溶液中易形成水垢的離子。
21.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述離子交換樹脂是軟水劑。
22.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括水感知傳感器，能夠在有水的時(shí)候觸發(fā)電解過(guò)程的開始，并在無(wú)水的時(shí)候觸發(fā)電解過(guò)程停止。
23.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中所述水感知傳感器是場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
24.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述電源可選自電池、交流-直流轉(zhuǎn)換器、太陽(yáng)能電池、手動(dòng)曲柄發(fā)電機(jī)體系、水壓/渦輪供能系統(tǒng)，及其組合形式。
25.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述陽(yáng)極是箔電極。
26.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述陽(yáng)極包括一組第八族金屬。
27.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述陽(yáng)極是多孔陽(yáng)極。
28.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述多孔陽(yáng)極是多孔金屬陽(yáng)極。
29.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備適用于以下一種或多種用途安裝在水龍頭上的過(guò)濾器、安裝在廚房柜臺(tái)上的水凈化裝置、安裝在洗碗池下的水凈化裝置、野營(yíng)/背包式水凈化裝置、旅行水凈化裝置、冰箱水凈化裝置、罐裝自流水凈化裝置、洗澡水凈化裝置、以及礦泉類水凈化裝置。
30.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備適于去除雜質(zhì)。
31.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備適于殺滅微生物。
32.用于電解電解溶液的設(shè)備，所述設(shè)備包括(a)無(wú)隔板電解槽，其包括(i)陽(yáng)極，其中所述陽(yáng)極表面積為約小于30cm2；(ii)陰極，所述陽(yáng)極和所述陰極限定了在它們之間形成的通道；(iii)與所述通道連通的進(jìn)口，所述進(jìn)口用于接收電解溶液流；和(iv)與所述通道連通的出口，所述出口為電解過(guò)的電解溶液流提供出口；和(b)電源，用于提供從所述陽(yáng)極到所述陰極的電流，其中所述電源提供的電能小于約5瓦，其中電流使電解溶液流電解。
33.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括殼體，所述殼體為所述電解槽和所述電源提供包容。
34.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括流體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來(lái)使電解溶液從所述進(jìn)口流入，從所述出口排出。
35.如權(quán)利要求34所述的設(shè)備，其中所述流體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)使已從所述出口排出的電解溶液再循環(huán)，重新流入所述進(jìn)口，從而使電解液重復(fù)電解過(guò)程。
36.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括去除雜質(zhì)的過(guò)濾器。
37.如權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器位于所述電解槽之前。
38.如權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器位于所述電解槽之后。
39.如權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器適合從電解溶液中去除99.95％的、大小至少為3微米或更大尺寸的微粒。
40.如權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器可去除有機(jī)物種類。
41.如權(quán)利要求40所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器位于所述電解槽之后，并且所述電解槽把有機(jī)物種類轉(zhuǎn)化為可以被所述過(guò)濾器去除的形態(tài)。
42.如權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器去除無(wú)機(jī)物種類。
43.如權(quán)利要求42所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器位于所述電解槽之后，并且所述電解槽把無(wú)機(jī)物種類的氧化態(tài)轉(zhuǎn)化為可以被所述過(guò)濾器去除的形態(tài)。
44.如權(quán)利要求42所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器適于去除砷。
45.如權(quán)利要求42所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器位于所述電解槽之后，并且所述電解槽把砷的氧化態(tài)轉(zhuǎn)化為可以被所述過(guò)濾器去除的形態(tài)。
46.如權(quán)利要求42所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器位于所述電解槽之后。
47.如權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器部分或全部由樹脂構(gòu)成。
48.如權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器部分或全部由碳構(gòu)成。
49.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括在電解之前對(duì)電解溶液進(jìn)行預(yù)處理的離子交換樹脂。
50.如權(quán)利要求49所述的設(shè)備，其中所述離子交換樹脂適于增加電解溶液中含鹵離子的濃度。
51.如權(quán)利要求49所述的設(shè)備，其中所述離子交換樹脂適于降低電解溶液中易形成水垢的離子的濃度。
52.如權(quán)利要求49所述的設(shè)備，其中所述離子交換樹脂是一種軟水劑。
53.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括水感知傳感器，能夠在有水的時(shí)候觸發(fā)電解過(guò)程的開始，并在無(wú)水的時(shí)候觸發(fā)電解過(guò)程停止。
54.如權(quán)利要求53所述的設(shè)備，其中所述水感知傳感器是場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
55.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述電源可選自電池、交流-直流轉(zhuǎn)換器、太陽(yáng)能電池、手動(dòng)曲柄發(fā)電機(jī)體系、水壓/渦輪供能系統(tǒng)，及其組合形式。
56.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述陽(yáng)極是箔電極。
57.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述陽(yáng)極包括一組第八族金屬。
58.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述陽(yáng)極是多孔陽(yáng)極。
59.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述多孔陽(yáng)極是多孔的金屬陽(yáng)極。
60.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備適于以下一種或多種用途安裝在水龍頭上的過(guò)濾器、安裝在廚房柜臺(tái)上的水凈化裝置、安裝在洗碗池下的水凈化裝置、野營(yíng)/背包式水凈化裝置、旅行水凈化裝置、冰箱水凈化裝置、罐裝自流水凈化裝置、洗澡水凈化裝置、以及礦泉類水凈化裝置。
61.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備適于去除雜質(zhì)。
62.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備適于殺滅微生物。
63.用于電解電解溶液的設(shè)備，所述設(shè)備包括(a)無(wú)隔板的電解槽包括(i)陽(yáng)極；(ii)陰極，所述陽(yáng)極和所述陰極限定了在它們之間形成的通道，所述通道在所述陽(yáng)極和所述陰極之間的距離小于約0.6mm；(iii)與所述通道連通的進(jìn)口，所述進(jìn)口用于接收電解溶液流；和(iv)與所述通道連通的出口，所述出口為已經(jīng)電解過(guò)的電解溶液流提供出口；和(b)電源，用于提供從所述陽(yáng)極到所述陰極的電流，其中所述電源的供電功率小于約5瓦，其中電流電解電解溶液流。
64.如權(quán)利要求63所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括一個(gè)殼體，所述殼體為所述電解槽和所述電源提供包容。
65.如權(quán)利要求63所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括流體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來(lái)使電解溶液從所述進(jìn)口流入，從所述出口排出。
66.如權(quán)利要求65所述的設(shè)備，其中所述流體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)使已從所述出口排出的電解溶液再循環(huán)，重新流入所述進(jìn)口，從而使電解液重復(fù)電解過(guò)程。
67.如權(quán)利要求63所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括去除雜質(zhì)的過(guò)濾器。
68.如權(quán)利要求67所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器位于所述電解槽之前。
69.如權(quán)利要求67所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器位于所述電解槽之后。
70.如權(quán)利要求67所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器適于從電解溶液中去除99.95％的、大小為至少3微米或更大尺寸的微粒。
71.如權(quán)利要求67所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器可去除有機(jī)物種類。
72.如權(quán)利要求71所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器位于所述電解槽之后，并且所述電解槽把有機(jī)物種類轉(zhuǎn)化為可以被所述過(guò)濾器去除的形態(tài)。
73.如權(quán)利要求67所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器可去除無(wú)機(jī)物種類。
74.如權(quán)利要求73所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器位于所述電解槽之后，并且所述電解槽把無(wú)機(jī)物類的氧化態(tài)轉(zhuǎn)化為可以被所述過(guò)濾器去除的形態(tài)。
75.如權(quán)利要求73所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器適于去除砷。
76.如權(quán)利要求73所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器位于所述電解槽之后，并且所述電解槽把砷的氧化態(tài)轉(zhuǎn)化為可以被所述過(guò)濾器去除的形態(tài)。
77.如權(quán)利要求73所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器位于所述電解槽之后。
78.如權(quán)利要求67所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器部分或全部由樹脂構(gòu)成。
79.如權(quán)利要求67所述的設(shè)備，其中所述過(guò)濾器部分或全部由碳構(gòu)成。
80.如權(quán)利要求63所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括在電解之前對(duì)電解溶液進(jìn)行預(yù)處理的離子交換樹脂。
81.如權(quán)利要求80所述的設(shè)備，其中所述離子交換樹脂適于增加電解溶液中含鹵離子的濃度。
82.如權(quán)利要求80所述的設(shè)備，其中所述離子交換樹脂適于降低電解溶液中易形成水垢的離子的濃度。
83.如權(quán)利要求80所述的設(shè)備，其中所述離子交換樹脂是一種軟水劑。
84.如權(quán)利要求63所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括水感知傳感器，能夠在有水的時(shí)候觸發(fā)電解過(guò)程的開始，并在無(wú)水的時(shí)候觸發(fā)電解過(guò)程停止。
85.如權(quán)利要求84所述的設(shè)備，其中所述水感知傳感器是一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
86.如權(quán)利要求63所述的設(shè)備，其中所述電源可選自電池、交流-直流轉(zhuǎn)換器、太陽(yáng)能電池、手動(dòng)曲柄發(fā)電機(jī)體系、水壓/渦輪供能系統(tǒng)，及其組合形式。
87.如權(quán)利要求63所述的設(shè)備，其中所述陽(yáng)極是箔電極。
88.如權(quán)利要求63所述的設(shè)備，其中所述陽(yáng)極包括一組第八族的金屬。
89.如權(quán)利要求63所述的設(shè)備，其中所述陽(yáng)極是多孔陽(yáng)極。
90.如權(quán)利要求63所述的設(shè)備，其中所述多孔陽(yáng)極是一種多孔金屬陽(yáng)極。
91.如權(quán)利要求63所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備適用于以下一種或多種用途安裝在水龍頭上的過(guò)濾器、安裝在廚房柜臺(tái)上的水凈化裝置、安裝在洗碗池下的水凈化裝置、野營(yíng)/背包式水凈化裝置、旅行水凈化裝置、冰箱水凈化裝置、罐裝自流水凈化裝置、洗澡水凈化裝置、以及礦泉類水凈化裝置。
92.如權(quán)利要求63所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備適于去除雜質(zhì)。
93.如權(quán)利要求63所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備適于殺滅微生物。
全文摘要
一種殺死水中微生物的方法，即通過(guò)把含有某種形式鹵化鹽的原液溶液輸入一個(gè)無(wú)薄膜電解槽中，該電解槽包括一個(gè)陽(yáng)極和一個(gè)陰極，當(dāng)電流流經(jīng)陽(yáng)極和陰極之間時(shí)，在陽(yáng)極附近使原液溶液電解，并將鹵化鹽轉(zhuǎn)化為抗微生物混合氧化劑。
文檔編號(hào)C02F1/467GK1491189SQ02804813
公開日2004年4月21日 申請(qǐng)日期2002年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月15日
發(fā)明者M·E·特倫布萊, C·M·拉斯馬森, C·A·洪, D·S·布雷特爾, M E 特倫布萊, 布雷特爾, 拉斯馬森, 洪 申請(qǐng)人:寶潔公司