電解水機的原理

(引用詹舒斐/工研院能資所節水團)

人類在地球的活動與水有密不可分的關係,從早期單純利用的各式天然水源,如河水、地下水、雨水等,到現代對水作各種方式之處理利用。「水」,除了維繫人的基本生存要求外,人類對水之利用與需求亦日趨多元化。近年來,正如同「好喝的水」這句標榜一樣,水的環境出現許多類似流行趨勢的動向。這是由於人已重新正視水的存在,積極開發水的潛在特性,希望能增加其附加價值。「機能水」這個名詞乃不斷出現在文獻報導上。

機能水,顧名思義乃賦與水某種特定效能之新興技術。目前為止對機能水並沒有嚴格而明確的定義。一般而言是指自然狀態下或經人工處理後比普通水具有較高能量的水稱為活水,以不同目的而施加人工處理所成的活性水稱為機能水。日本機能水專家藤田 矩彥教授曾為機能水下了一個較為嚴謹之定義:(1)水本身或(2)水中所含有的微量混雜物,在某種條件下(電解、電場、添加物、高溫高壓),呈現本身卓越的潛在特性,使水達到某種特定的狀況(打斷氫鍵、改變酸鹼度,ORP),或達到某種值得注意的目的(防腐蝕,結垢.. 等)。此種新發現的水,均稱為機能水。舉例來說:水分子團(Cluster)與超臨界水屬於第(1)類,一些壽命有限的活性種子及金屬離子則歸屬於第(2)類。

電解離子水是以電解方式使水之pH值與氧化還原電位改變,並分解產生O2及H2。一般來說,能讓自由能增加的化學反應是不存在的。因此水在自然狀態下不可能分解產生O2及H2,但是若在水中加入陰極、陽極,通上電流,即能比照法拉第定律發生電解反應。陽極的材料通常以不易溶解的白金或石墨比較妥當。在陽極及陰極的氧化還原反應如下:

2H2O+2e-= 2OH- + H2 具還原力之鹼性離子水
E0=0-0.0591pH
H2O= 2H+ + 1/2O2 + 2e- 具氧化力之酸性離子水 
E0=1.228-0.0591pH

陰極和陽極表面生成氫與氧後,電極四週的水,便會傾向酸性和鹼性,氧化還原電位亦隨之改變,如圖1所示。

電解水機原理  

圖一

在兩極之間插入能限制水移轉的多孔性半透膜,或能讓陰陽離子有選擇性通過的陰陽離子半透膜,即能自陽極收集氫離子濃度高且具氧化力的酸性水,自陰極收集氫氧離子濃度高具還原力的鹼性水,如圖2即為一般市售產品之內部構造與製造原理。

電解水機內部  

圖二

陰極、陽極產生之電解水稱謂目前並未統一,電解酸性水亦稱為電解氧化水,電解鹼性水則是電解還原水,本文為統一起見,一律稱電解酸性水、電解鹼性水。

 

 

電解水的組成分析

在合理解釋電解水各種效能前,首先必須瞭解酸性水與鹼性水基本水質資料,日本栗田工業(株)研究開發總部以當地自來水混合氯化鈉當電解質,觀察不同電解時間,酸性水與鹼性水之水質變化情形如表一、圖3。

p39-1  

圖三

p39-2  

表一

 

酸性水之pH值與電解時間成反比,ORP、導電度及氯離子濃度則成正比,由ORP可看出酸性水具氧化力,氯離子之增加則可能增強其殺菌力,反之鹼性水之還原力隨著ORP遞減而加強。

 

另有一說為比較原水與電解水之NMR(核磁共振)O17圖譜,發現電解水之半高寬比原水小,意謂著電解水之水分子團(cluster)較原水小。

 

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