ЭЛЕКТРОЛИЗНАЯ ВАННА ДЛЯ КИСЛОЙ ВОДЫ И СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КИСЛОЙ ВОДЫ
ELECTROLYSIS BATH FOR ACIDIC WATER AND METHOD OF USING ACID WATER

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область техники
Настоящее изобретение относится к электролизной ванне для получения кислой воды и способам использования кислой воды, а именно - к электролизной ванне для получения кислой воды, позволяющей получать высококонцентрированную окисленную или восстановленную кислую воду, в частности, путем подачи одинаковой полярности на группу электродов, имеющих одну полярность, и подачи одинаковой полярности на группу электродов, имеющих другую полярность, с помощью сетчатого электрода без использования ионообменных смол, при этом усиление окислительно-восстановительной реакции достигается путем увеличения площади поверхности (т.е. площади реакции) электродов противоположной полярности и уменьшения расстояния между ними, за счет чего происходит электролиз обратноосмотической, деионизированной или водопроводной воды; а также к способам использования кислой воды.
2. Уровень техники
В поданном и зарегистрированном патентном документе (патент Кореи №10-0660609) описана электролизная ванна для получения восстановленной щелочной воды. В конструкции этой электролизной ванны катодные электроды, контактирующие с электролитом, имеют площадь больше, чем анодные электроды, контактирующие с электролитом; анодные электроды установлены в анодной камере с открытой верхней стороной; катодные электроды установлены в катодной камере, расположенной на боковой поверхности анодной камеры; выпускные отверстия, сформированные в анодной камере, сообщаются с впускными отверстиями катодной камеры, расположенными рядом с выпускными отверстиями; последовательное выпускное отверстие n-1 катодной камеры сообщается с впускным отверстием n катодной камеры, расположенным рядом с выпускным отверстием n-1. В соответствии с данным изобретением, изменение текучести может быть достигнуто без добавления химических реактивов.
Полученная таким способом восстановленная щелочная вода может использоваться для смыва мелких частиц с поверхности полупроводниковой пластины или фотошаблона и оказывает действие, предотвращающее повреждение схем и окисление поверхности полупроводниковой пластины или фотошаблона, поскольку в качестве сырья используется только деионизированная или обратноосмотическая вода. В частности, восстановленная щелочная вода способствует снижению загрязнения окружающей среды благодаря возможности рециркуляции сточной воды с минимальными затратами.
Тем не менее, электролизная ванна, описанная в патентном документе, имеет следующие недостатки.
(1) Поскольку питание подается независимо на группу электродов, имеющих одну полярность, разность потенциалов на поверхности этих электродов формируется неравномерно, что усложняет стабилизацию поверхности электродов.
(2) Поскольку в традиционной электролизной ванне в качестве сырья применяется обратноосмотическая или деионизированная вода, характеризующаяся низкой проводимостью, необходимо использование ионообменной смолы для улучшения проводимости.
(3) При неоднократном использовании такой ионообменной смолы в электролизной ванне тепловая стойкость смолы снижается, а ее срок службы сокращается.
(4) В целом, электролиз представляет собой реакцию разложения, происходящую на поверхности электрода между отрицательным и положительным полюсами. Таким образом, недостатком традиционной электролизной ванны является снижение эффективности электролиза в местах, непосредственно не контактирующих с поверхностью электрода.
(5) Поскольку питание подается независимо на электроды, установленные рядом друг с другом, одной полярности, при этом трудно обеспечить стабильное увеличение площади электродов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение направлено на устранение недостатков, присутствующих в известном уровне техники, и поэтому задачей настоящего изобретения является создание электролизной ванны для получения кислой воды путем электролиза водопроводной, обратноосмотической или деионизированной воды, обеспечивающей достаточную проводимость при большой площади поверхности и стабильности электродов, в частности, за счет соединения между собой электродов, имеющих одну полярность, и одновременной подачи питания на электроды одной полярности, без использования дополнительного катализатора или ионообменной смолы; а также сферы применения кислой воды.
В то время как вода, имеющая физические свойства, такие как кислотность и окислительная способность, может быть получена на положительном полюсе, а вода, имеющая физические свойства, такие как щелочность и восстановительная способность, может быть получена на отрицательном полюсе при проведении электролиза с использованием катализатора в традиционной электролизной ванне, и еще одной задачей настоящего изобретения является создание электролизной ванны для получения кислой воды, позволяющей получать воду с физическими свойствами кислотности и восстановительной способности (восстановленная кислая вода) на катоде и воду с физическими свойствами кислотности и окислительной способности (окисленная кислая вода) на положительном полюсе без использования катализатора; а также сферы применения кислой воды.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание электролизной ванны для получения кислой воды, обеспечивающей высокую концентрацию кислой воды за счет формирования сетчатых электродов, имеющих полярность, противоположную группе электродов на поверхности ионообменной мембраны, с целью увеличить площадь электродов и свести к минимуму расстояние между электродами, что дополнительно способствует окислительно-восстановительной реакции; а также сферы применения кислой воды.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения предлагается электролизная ванна для получения кислой воды, состоящая из корпуса 100, снабженного, по меньшей мере, двумя наполнительными камерами 110а и 110b, разделенными, по меньшей мере, одной ионообменной мембраной 111, при этом каждая из наполнительных камер 110а и 110b снабжена впускными отверстиями 112а и 113а для воды и выпускными отверстиями 112b и 113b для воды, сформированными в камере; первой группы 200 электродов, установленной в наполнительной камере 110а; второй группы 300 электродов, установленной смежно с ионообменной мембраной 111 в наполнительной камере 110b и имеющей полярность, противоположную первой группе 200 электродов; и третей группы 300′ электродов, имеющей ту же полярность, что и вторая 300 группа, установленной в наполнительной камере 110b на заданном расстоянии от второй группы 300 электродов. Вторая группа 300 электродов и третья группа 300′ электродов соединены друг с другом таким образом, что питание одновременно подается на вторую группу 300 электродов и третью группу 300′ электродов.
В частности, ионообменная мембрана 111 и первая группа 200 электродов могут быть установлены на расстоянии W1 друг от друга, составляющем от 0,1 до 2,0 мм, при этом между ними должно быть образовано пространство для прохождения необработанной воды.
Кроме того, вторая группа 300 электродов и третья группа 300′ электродов могут быть установлены на расстоянии W2 друг от друга, составляющем от 0,1 до 100,0 мм, при этом между ними должно быть образовано пространство для прохождения необработанной воды.
Между тем, электролизная ванна для получения кислой воды в соответствии с настоящим изобретением может дополнительно включать в себя ионный бак 400, расположенный между впускным отверстием 112а для воды и выпускным отверстием 112b для воды наполнительной камеры 110а, в котором устанавливается первая группа 200 электродов.
Кроме того, ионообменная мембрана 111 может представлять собой катионообменную мембрану на фтористой основе.
Группы электродов с первой по третью - 200, 300 и 300′ могут быть выполнены в виде пористых или сетчатых платиновых электродов.
Ионообменная мембрана 111 может быть дополнительно оснащена сетчатым электродом 114, имеющим ту же полярность, что и первая группа 200 электродов, на участке поверхности ионообменной мембраны 111, обращенной к первой группе 200 электродов. Сетчатый электрод 114 может иметь размер, составляющий от 30% до 80% от общей площади одной поверхности ионообменной мембраны 111.
Между тем, электролизная ванна для получения кислой воды в соответствии с настоящим изобретением может содержать кислую воду с концентрацией растворенного водорода от 200 до 1500 частей на миллиард.
В частности, при использовании электролизной ванны для получения кислой воды в соответствии с настоящим изобретением восстановленная кислая вода, являющаяся кислой (рН от 4 до 6,9) и обладающая восстановительной способностью (окислительно-восстановительный потенциал от -100 мВ до -650 мВ), может быть получена у отрицательного полюса путем электролиза необработанной воды с проводимостью 50 мкСм/см или менее. Кроме того, восстановленная кислая вода может использоваться в качестве сырья при производстве антиоксидантов, питьевой воды или напитков, воды, пригодной для выращивания микроорганизмов и клеток, воды для стимулирования роста и предотвращения потемнения овощей и фруктов или сырьевой воды при производстве косметики.
Наконец, при использовании электролизной ванны для получения кислой воды в соответствии с настоящим изобретением окисленная кислая вода, являющаяся кислой (рН от 3,5 до 6.0) и обладающая окислительной способностью (окислительно-восстановительный потенциал от +700 мВ до +1200 мВ), может быть получена у положительного полюса путем электролиза необработанной воды с проводимостью 50 мкС/см или менее. Кроме того, окисленная кислая вода может использоваться в качестве стерильной воды, воды, пригодной для выращивания микроорганизмов и клеток, воды для стимулирования роста и предотвращения потемнения овощей и фруктов или сырьевой воды при производстве косметики.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеуказанные и другие задачи, отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными для специалистов в данной области из подробного описания примеров осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
ФИГ. 1 представляет собой схематический вид в разрезе, иллюстрирующий конфигурацию электролизной ванны для получения кислой воды в соответствии с Примером 1 осуществления настоящего изобретения;
ФИГ 2 представляет собой схематический вид в разрезе, иллюстрирующий конфигурацию электролизной ванны для получения кислой воды в соответствии с Примером 2 осуществления настоящего изобретения;
ФИГ. 3 с представляет собой схематический вид в разрезе, иллюстрирующий конфигурацию электролизной ванны для получения кислой воды в соответствии с Примером 3 осуществления настоящего изобретения;
ФИГ. 4 представляет собой схематический вид в разрезе, иллюстрирующий конфигурацию электролизной ванны для получения кислой воды в соответствии с Примером 4 осуществления настоящего изобретения; и
ФИГ. 5 представляет собой схематический вид в разрезе, иллюстрирующий конфигурацию электролизной ванны для получения кислой воды в соответствии с Примером 5 осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В дальнейшем варианты примеров осуществления настоящего изобретения будут описаны подробно. Тем не менее, настоящее изобретение не ограничивается указанными вариантами осуществления и может быть реализовано в различных формах. Нижеследующие варианты осуществления приведены для того, чтобы специалисты средней квалификации в данной области могли воплотить настоящее изобретение и реализовать его на практике.
Несмотря на то что для описания различных элементов могут использоваться термины «первый», «второй» и т.п., такие термины служат исключительно для проведения различия между элементами и не ограничивают их сущность. Эти термины использованы для того, чтобы отличить один элемент от другого. Например, первый элемент может быть назван вторым элементом, а второй элемент может быть назван первым элементом не отступая от сущности и объема примера осуществления изобретения. Термин «и/или» включает в себя любые сочетания одной или нескольких перечисленных позиций.
Следует иметь ввиду, что когда элемент описывается как «подключенный» или «соединенный» с другим элементом, это означает, что он может быть подключен или соединен с другим элементом непосредственно или через промежуточные элементы. В то же время, если элемент описывается как «непосредственно подключенный» или «непосредственно соединенный» с другим элементом, это указывает на отсутствие промежуточных элементов.
Терминология, используемая в настоящем документе, предназначена для описания конкретных вариантов осуществления изобретения и не ограничивает сущность примеров осуществления. Формы единственного числа также включают в себя формы множественного числа, если контекст однозначно не требует иного. Кроме того, подразумевается, что термины «содержит», «содержащий», «включает в себя» и/или «включающий в себя» при использовании в настоящем документе обозначают присутствие указанных функций, чисел, шагов, операций, элементов, компонентов и/или их групп, но не исключают присутствие или добавление одной или нескольких других функций, чисел, шагов, операций, элементов, компонентов и/или их групп.
Ниже будут подробно описаны примеры осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. Для упрощения понимания настоящего изобретения аналогичные элементы обозначаются аналогичными цифрами по всем описаниям чертежей, и описание одинаковых элементов не повторяется.
Пример 1
Как показано на ФИГ. 1, электролизная ванна для получения кислой воды в соответствии с Примером 1 настоящего изобретения состоит из корпуса 100, предназначенного для проведения электролиза, первой группы 200 электродов и второй группы 300 электродов, имеющих противоположные полярности, установленные в корпусе 100 для обеспечения источника питания, необходимого для электролиза, и электродов той же полярности, что и вышеуказанные электроды, служащих для увеличения количества ионизированной воды и повышения разности потенциалов, за счет чего происходит получение окисленной кислой воды или восстановленной кислой воды.
В частности, электролизная ванная для получения кислой воды в соответствии с настоящим изобретением включает в себя наполнительные камеры 110а и 110b, каждая из которых сформирована в корпусе 100 с помощью ионообменной мембраны 111, что позволяет заполнять отведенное пространство электролизуемыми ионами.
Кроме того, электролизная ванна для получения кислой воды в соответствии с настоящим изобретением имеет конструкцию, позволяющую соединять вторую группу 300 электродов с другими электродами (третьей группой электродов), имеющими ту же полярность, что и вторая группа 300 электродов, и одновременно подавать питание одинаковой интенсивности на вторую группу 300 электродов и третью группу электродов, что обеспечивает возможность приложения одинаковой разности потенциалов к этим электродам и стабильного увеличения площади электродов.
Ниже следует более подробное описание такой конфигурации электролизной ванны для получения кислой воды в соответствии с настоящим изобретением.
Корпус 100 представляет собой корпус электролизной ванны, в который подается заданное количество необработанной воды для проведения электролиза.

Корпус 100 имеет пустотелую конструкцию и снабжен ионообменной мембраной 111, предназначенной для разделения электролизуемых ионов. Ионообменная мембрана 111 предназначена, чтобы разделить внутреннюю полость корпуса 100 на, по меньшей мере, две наполнительные камеры 110а и 110b. В соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения, внутренняя полость корпуса 100 описана как разделенная на две секции; тем не менее, внутренняя полость корпуса 100 может быть разделена на большее количество секций. В соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения, в качестве ионообменной мембраны может использоваться катионообменная мембрана на фтористой основе (DuPont™ Nafion 117).
Между тем, впускные отверстия 112а и 113а для воды выполнены с возможностью поступления необработанной воды, предназначенной для электролиза, а для отвода кислой воды, полученной в результате электролиза, предусмотрены выпускные отверстия 112b и 113b для воды в каждой из наполнительных камер 110а и 110b.
В настоящем примере используется конфигурация, в которой две наполнительные камеры 110а и 110b сформированы при помощи одной ионообменной мембраны 111, как описано выше. Тем не менее, при использовании N ионообменных мембран 111 количество сформированных наполнительных камер равно (N+1). В данном случае в каждой наполнительной камере предусмотрено впускное и выпускное отверстия для воды.
Первая группа 200 электродов установлена в одной наполнительной камере 110а. В данном случае между первой группой 200 электродов и ионообменной мембраной 111 образуется пространство заданного объема.
С этой целью первая группа 200 электродов установлена в наполнительной камере 110а таким образом, что расстояние W1 между первой группой 200 электродов и ионообменной мембраной 111 находится в диапазоне от 0,1 до 2,0 мм. Такой диапазон обусловлен тем, что при большем значении расстояния W1 электролизная емкость второй группы 300 электродов может ухудшиться, как описано ниже, а значение расстояния W1 меньше данного диапазона может привести к нарушению потока кислой или необработанной воды.
В соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения, когда первая группа 200 электродов установлена в корпусе 100, имеющем две или более наполнительные камеры, первую группу 200 электродов устанавливают в наполнительной камере, находящейся с краю.
Вторая группа 300 электродов установлена в наполнительной камере 110b таким образом, что вторая группа 300 электродов имеет полярность, противоположную первой группе 200 электродов, и расположена смежно с ионообменной мембраной 111.
В данном случае предусмотрено несколько наполнительных камер 110b, в которых установлена вторая группа 300 электродов, при этом в каждой наполнительной камере может быть установлено по одному электроду из второй группы 300.
Третья группа 300′ электродов имеет ту же полярность, что и вторая группа 300 электродов, и установлена в наполнительной камере 110b, в которой также установлена вторая группа 300 электродов.
В данном случае третья группа 300′ электродов установлена так, что третья группа 300′ электродов расположена на заранее заданном расстоянии W2 от второй группы 300 электродов. В данном случае расстояние W2 находится в диапазоне от 0,1 до 100,0 мм, так что расстояние W2 может использоваться как пространство для наполнения ионами между третьей группой 300' электродов и второй группой 300 электродов.
В соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения, в качестве вышеупомянутых групп электродов с первой по третью - 200, 300 и 300′ могут использоваться пористые или сетчатые платиновые электроды.
Кроме того, в соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения, вторая группа 300 электродов и третья группа 300′ электродов могут быть соединены друг с другом, - например, параллельно, для одновременной подачи питания на электроды. При одновременной подаче питания на вторую группу 300 электродов и третью группу 300′ электродов, имеющие одинаковую полярность, ко второй группе электродов 300 и третьей группе 300′ электродов прилагается разность потенциалов, обеспечивающая равномерное увеличение площади электродов.
Принцип работы
Далее будет описан принцип работы электролизной ванны для получения кислой воды в соответствии с настоящим изобретением, имеющей такую же конфигурацию, как описано выше в Примере 1 настоящего изобретения.
Вначале необработанная вода подается в корпус 100 через впускные отверстия 112а и 113а для воды. В данном случае необработанная вода может подаваться через одно из двух впускных отверстий 112а и 113а для воды.
+
Далее положительный полюс (+) направлен к первой группе 200 электродов, а отрицательный полюс (-) направлен ко второй группе 300 электродов и третьей группе 300′ электродов. Таким образом, в процессе электролиза необработанной воды ОН- образуется в наполнительной камере 110а, на которую подается положительный потенциал через ионообменную мембрану 111, а Н образуется в наполнительной камере 110b. В данном случае при соединении второй группы 300 электродов и третьей группы 300′ электродов между собой питание на них подается одновременно.
-
+
+
2
Как описано выше, при образовании ОН и Н в наполнительных камерах 110а и 110b, соответственно, возникает электрический ток под действием разности потенциалов между ионами. В частности, считается, что в наполнительной камере 110b, в которой установлена третья группа 300′ электродов, происходит преобразование Н в Н или Н по причине увеличения количества отрицательных (-) ионов.
Подобно этому, высокая разность потенциалов, получаемая за счет накопления заряженных ионов, может эффективно использоваться для электролиза обратноосмотической или деионизированной воды с низкой проводимостью, а также обычной водопроводной воды.
<Изменение физических свойств в соответствии с изменением расстояния между отрицательными полюсами>
Для определения изменения физических свойств кислой воды, полученной у отрицательного полюса, т.е. в вышеописанной наполнительной камере 110b, в соответствии с изменением расстояния W2, был проведен следующий анализ кислой воды с использованием электролизной ванны для получения кислой воды в соответствии с настоящим изобретением, действующей в описанном выше режиме.
Сырье: вода (проводимость 10 мкСм/см или менее, рН 7,0, окислительно-восстановительный потенциал +230 мВ, температура 25,5°С)
Источник питания: 24 В постоянного тока
Скорость потока (расход): 0,3 л/мин
Измерительная аппаратура: измерительная система производства ТОА Co., Ltd.
рН (водородный показатель): ТОА- 21Р
ОВП (окислительно-восстановительный потенциал): ТОА- 21Р
Растворенный водород: ТОА DH-35A
Результаты измерений приведены в Таблице 1.
Как видно из Таблицы 1, было установлено, что вода, полученная в результате электролиза, согласно настоящему изобретению, как правило, является кислой, становясь сильнокислой при уменьшении расстояния W2, при этом окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) возрастает при увеличении расстояния W2. Следовательно, полученную таким способом воду можно считать восстановленной кислой водой.
<Пример измерения окислительной способности на положительном полюсе>
Изменение физических свойств таких, как окислительная способность, в соответствии с изменением электрического тока на положительном полюсе в наполнительной камере электролизной ванны для получения кислой воды в соответствии с настоящим изобретением, было измерено следующим образом.
Сырье: вода (проводимость 10 мкСм/см или менее, рН 7,0, ОВП+230 мВ, температура 25,5°С)
Источник питания: 24 В постоянного тока
Скорость потока (расход): 0,3 л/мин
Измерительная аппаратура: измерительная система производства ТОА Co., Ltd.
рН: ТОА -21Р
ОВП: ТОА - 21Р
Результаты измерений приведены в Таблице 2.
Как видно из Таблицы 2, было установлено, что окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) повышается по мере увеличения силы электрического тока, а водородный показатель (рН) воды, подвергнутой электролизу, становится ближе к кислому по причине увеличения окислительной способности и снижения рН.
<Анализ кислой (водородной) воды на вредность>
(1) Влияние водородной воды, полученной на катоде, на сетчатку глаза
Известно, что ишемически-реперфузионное повреждение сетчатки, вызванное временным повышением внутриглазного давления (ВГД), приводит к образованию активного кислорода и повреждению нервных клеток.
Лабораторные мыши подвергались воздействию повышенного внутриглазного давления в течение 60 минут с целью вызвать ишемию. В течение ишемически-реперфузионного периода в глаза лабораторных мышей вводился насыщенный водородом физраствор в виде капель, состоящий из кислой водородной воды в соответствии с настоящим изобретением.
В результате концентрация ионов водорода в стекловидном теле повышалась, а концентрация ионов ОН, образовавшихся в результате ишемически-реперфузионных явлений, - снижалась. Глазные капли замедляли гибель клеток сетчатки, способствовали уменьшению количества клеток с положительным маркером окислительного стресса, и препятствовали уменьшению толщины сетчатки за счет активации глиальных клеток Мюллера, астроцитов и микроглиальных клеток.
Глазные капли позволили восстановить, по меньшей мере, 70% толщины сетчатки.
(2) Аллергическая реакция немедленного типа
Аллергическая реакция немедленного типа наблюдалась у мышей, принимавших водородную воду (содержание водорода 1,0 ppm), полученную у отрицательного полюса электролизной ванны для получения кислой воды в соответствии с настоящим изобретением.
Водород в мастоцитах RBL-2H3 лабораторных мышей замедлял связанное с FcεRI фосфорилирование Lyn и нисходящую сигнальную трансдукцию (что приводило к снижению активности NADPH-оксидазы и уменьшению образования насыщенной кислородом воды).
(3) Тест для измерения антиоксидантной способности водородной воды, полученной у отрицательного полюса
Самцы мышей с контрольным участком импринтинга в возрасте четырех недель проходили адаптацию в течение недели, после чего им позволялось свободно принимать пищу и водородную воду в течение 15 дней. Контрольная группа принимала водопроводную воду. Для предотвращения снижения концентрации водородной воды она заменялась трижды в день. После завершения приема образцов производился отбор крови из сердца мышей под эфирной анестезией. Отобранная кровь помещалась в пробирку, содержащую антикоагулянт для отделения плазмы.
Общая антиоксидантная способность плазмы была измерена с помощью набора для определения общего антиоксидантного статуса (Randox, Великобритания). Для проверки эффекта стимуляции физической активности измерялось время обездвиженности в течение 6 минут, в ходе которых мышей заставляли плавать. Для этого круглая цилиндрическая труба (высотой 25 см и диаметром 10 см) была заполнена водой, имеющей температуру от 23 до 25°С, глубиной 10 см, и времени обездвиженности измеряли за 4 минуты до завершения теста. В данном случае «обездвиженностью» считалось пассивное плавание мыши в вертикальном положении с удержанием головы над поверхностью воды.
После теста на принудительное плавание производился отбор крови из сердца мышей под эфирной анестезией. Отобранная кровь подвергалась центрифугированию при температуре 4°С на скорости 3000 об/мин в течение 10 минут для получения сыворотки.
Измерение азота мочевины крови, креатинкиназы, лактатдегидрогеназы, глюкозы и общего белка сыворотки проводили с помощью автоанализатора (Hitachi 747 производства Hitachi, Япония). Измеренные значения анализировали с использованием t-критерия Стьюдента и обозначали как M±SEM (среднее значение±погрешность средней величины).
Кислород является важнейшим элементом для живых организмов с аэробным дыханием, но при этом активный кислород, образующийся в результате неполного восстановления в процессе энергетического метаболизма, приводит к деформации и разрушению t-молекул в клетках, нарушая гомеостаз клеток и вызывая их гибель. Активный кислород вырабатывается под воздействием таких факторов, как сигареты, дым и т.п., и приводит к развитию различных заболеваний вследствие повреждения белков, ДНК, ферментов, Т-клеток и других биологических компонентов. В частности, известно, что активный кислород вызывает старение и болезни у взрослых людей, разрушая ненасыщенную жирную кислоту, являющуюся компонентом биологической мембраны и производящую липидный пероксид.
Мышам ICR в возрасте пяти недель позволялось свободно принимать водородную воду в течение 15 дней, после чего производилось отделение плазмы для измерения общей антиоксидантной способности. Результаты приведены в Таблице 3.
В результате общая антиоксидантная способность в группе, принимавшей водородную воду, значительно увеличилась - на 18% по сравнению с контрольной группой, принимавшей водопроводную воду (Р<0,05). Общую антиоксидантную способность плазмы можно рассматривать, как значение, отражающее антиоксидантную способность организма, а также повышение общей антиоксидантной способности плазмы означает повышение антиоксидантной способности организма за счет приема водородной воды. По результатам анализа было установлено, что водородная вода способна защищать живые организмы от различных болезней и старения, вызываемых различными факторами, путем увеличения биологической антиоксидантной способности.
Тест на принудительное плавание использовался для исследования эффекта противодействия усталости и повышения выносливости. Мышам с контрольным участком импринтинга в возрасте пяти недель позволялось принимать водородную воду в течение 15 дней, после чего проводился тест на принудительное плавание для измерения времени обездвиженности. Затем также выполнялось биохимическое исследование крови. В ходе теста на принудительное плавание время обездвиженности у мышей, принимавших водородную воду, значительно сократилось - на 13% по сравнению с контрольной группой (см. Таблицу 4). Это свидетельствует о том, что прием водородной воды способствовал снижению усталости и повышению выносливости, что, в свою очередь, привело к сокращению времени обездвиженности.
Содержание азота мочевины крови, представляющего собой биохимический маркер крови, связанный с усталостью, а также креатинкиназы и лактатдегидрогеназы снизилось на 15%, 22% и 9% соответственно, а содержание глюкозы и общего белка повысилось на 9% и 19% соответственно, что указывает на то, что повышение всех измеренных значений было связано с приемом водородной воды (см. Таблицу 5).
Следовательно, было доказано, что прием водородной воды стимулирует физическую активность и способствует снижению усталости.
Как описано выше, настоящее изобретение характеризуется тем, что восстановленная кислая вода получается путем заполнения отведенного пространства ионами, образующимися при диссоциации, с целью повышения разности потенциалов, а окисленная кислая вода получается путем изменения полярности кислой воды.
Пример 2
По сравнению с конфигурацией, приведенной в Примере 1, электролизная ванна для получения кислой воды в соответствии с Примером 2 осуществления настоящего изобретения дополнительно включает в себя ионный бак 400, установленный в корпусе 100 по Примеру 1. В данном случае аналогичные элементы в Примере 2, имеющие такую же конфигурацию, как и в Примере 1, обозначаются аналогичными цифрами, а их подробное описание опускается для ясности.
Как показано на ФИГ. 2, ионный бак 400 установлен между впускным отверстием 112а для воды и выпускным отверстием 112b для воды в корпусе 100 и предназначен для накопления ионов, заряженных в наполнительной камере 110а с помощью первой группы 200 электродов.
Следовательно, электролизная ванна для получения кислой воды в соответствии с Примером 2 осуществления настоящего изобретения обеспечивает повышенную разность потенциала пропорционально количеству ионов, накопленных в ионном баке 400, при этом происходит соответствующее увеличение окислительной и восстановительной способности.
Пример 3
Как показано на ФИГ. 3, электролизная ванна для получения кислой воды в соответствии с Примером 3 осуществления настоящего изобретения предусматривает подачу разной полярности на электроды. В данном случае аналогичные элементы в Примере 3, имеющие такую же конфигурацию, как и в Примере 1, обозначаются аналогичными цифрами, а их подробное описание опускается для ясности.
То есть электролизная ванна для получения кислой воды по Примеру 3 была сконфигурирована таким образом, что отрицательный полюс (-) соединен с первым 200а электродом, а положительный полюс (+) соединен со вторым 300а электродом и третьим 300b электродом.
Таким образом, Пример 1 позволяет получать кислую воду, обладающую кислотными и восстановительными свойствами, а Пример 3 - кислую воду, обладающую кислотными и сильными окислительными свойствами.
Пример 4
Как показано на ФИГ. 4, электролизная ванна для получения кислой воды в соответствии с Примером 4 осуществления настоящего изобретения дополнительно включает в себя ионный бак 400, установленный в корпусе 100 по Примеру 3. В данном случае аналогичные элементы в Примере 4, имеющие такую же конфигурацию, как и в Примере 3, обозначаются аналогичными цифрами, а их подробное описание опускается для ясности.
Следовательно, электролизная ванна для получения кислой воды в соответствии с Примером 4 осуществления настоящего изобретения обеспечивает повышенную разность потенциала пропорционально количеству ионов, накопленных в ионном баке 400, что позволяет получать кислую воду с повышенной кислотностью.
(Способы использования)
Восстановленная кислая вода, полученная в электролизной ванне в соответствии с настоящим изобретением, характеризуется тем, что она получена путем электролиза необработанной воды, имеющей проводимость 50 мкСм/см или менее, при этом она обладает кислотными свойствами (рН от 4 до 6,9) и восстановительной способностью (окислительно-восстановительный потенциал от -100 мВ до -650 мВ) на отрицательном полюсе. Кроме того, такая восстановленная кислая вода характеризуется тем, что имеет концентрацию растворенного водорода от 200 ppb до 1500 ppb. Следовательно, восстановленная кислая вода в соответствии с настоящим изобретением может быть использована в качестве сырья при производстве антиоксидантов, питьевой воды или напитков, воды, пригодной для выращивания микроорганизмов и клеток, воды для стимулирования роста и предотвращения потемнения овощей и фруктов или сырьевой воды при производстве косметики.
В то же время окисленная кислая вода, полученная в электролизной ванне в соответствии с настоящим изобретением, характеризуется тем, что она получена путем электролиза необработанной воды с проводимостью 50 мкСм/см или менее, при этом она обладает кислотными свойствами (рН от 3,5 до 6,0) и окислительной способностью (ОВП от +700 мВ до +1200 мВ) на положительном полюсе. Такая восстановленная кислая вода может быть использована в качестве стерильной воды, воды, пригодной для выращивания микроорганизмов и клеток, воды для стимулирования роста и предотвращения потемнения овощей и фруктов или сырьевой воды при производстве косметики.
Пример 5
Как показано на ФИГ. 5, по сравнению с конфигурацией, приведенной в Примере 1, электролизная ванна для получения кислой воды в соответствии с Примером 5 осуществления настоящего изобретения дополнительно включает в себя сетчатый электрод 114, установленный на ионообменной мембране 111. В данном случае аналогичные элементы в Примере 5, имеющие такую же конфигурацию, как и в Примере 1, обозначаются аналогичными цифрами, а их подробное описание опускается для ясности.
Сетчатый электрод представляет собой электрод в виде сетки, что позволяет увеличить площадь поверхности электрода и выполнить его гибким без ограничений по месту установки. Кроме того, в этом случае прохождение потока необработанной или водородной воды облегчается за счет сетчатой конструкции электрода, а расстояние между реагирующими электродами сокращается, что способствует окислительно-восстановительной реакции.
В настоящем изобретении сетчатый электрод 114, изготовленный по традиционной технологии, установлен на поверхности ионообменной мембраны 111, обращенной к первой группе 200 электродов, при этом питание подается совместно на первую группу 200 электродов и сетчатый электрод 114. В данном случае питание может подаваться и раздельно, но первая группа 200 электродов соединена с электродом 114 как единое целое, так что подача питания начинается и прекращается одновременно.
В соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения, сетчатый электрод 114 может иметь такой же размер, как и поверхность ионообменной мембраны 111, но предпочтительно, чтобы он имел меньший размер, более предпочтительно, по меньшей мере, размер от 30% до 80% от общей площади ионообменной мембраны 111. За счет этого облегчается прохождение потока кислой воды, а также уменьшаются помехи, вызванные обменом ионов, проходящих в обоих направлениях через ионообменную мембрану 111.
Сетчатый электрод 114, установленный вышеописанным образом, имеет ту же полярность, что и первая группа 200 электродов, и не совместим со второй группой 300 электродов, расположенной напротив ионообменной мембраны 111. В результате между этими электродами происходит окислительно-восстановительная реакция. В данном случае, поскольку реакционное расстояние между сетчатым электродом 114 и второй группой 300 электродов оказывается минимальным и тем более, что сетчатый электрод 114 выполнен в виде сетки, окислительно-восстановительная реакция между этими электродами дополнительно усиливается.
Кроме того, несмотря на то, что конструкция сетчатого электрода 114 в соответствии с настоящим изобретением была описана в том же порядке, что и в варианте установки на ионообменной мембране 111 по Примеру 1, специалистам в данной области должно быть очевидно, что такая же конструкция сетчатого электрода 114 может использоваться и в других Примерах.
Как описано выше, электролизная ванна для получения кислой воды в соответствии с настоящим изобретением может быть сконфигурирована для получения высокой концентрации восстановленной кислой воды или окисленной кислой воды путем одновременной подачи питания на группу электродов, имеющих одну полярность, и подачи одинаковой полярности на группу электродов, имеющих другую полярность, с использованием сетчатого электрода таким образом, чтобы увеличить площадь электродов, на которых происходит окислительно-восстановительная реакция, и свести к минимуму расстояние между реагирующими электродами, что дополнительно содействует такой окислительно-восстановительной реакции.
Электролизная ванна для получения кислой воды в соответствии с настоящим изобретением, а также предлагаемые сферы применения кислой воды имеют следующие полезные эффекты.
(1) Поскольку как минимум два электрода одной полярности соединены вместе, и питание подается на эти электроды одновременно, появляется возможность стабильного расширения площади поверхности электродов за счет конфигурации элементов, что повышает эффективность окислительно-восстановительной реакции.
(2) Поскольку ионообменная мембрана используется без ионообменной смолы, отсутствуют проблемы, характерные для традиционных ионообменных смол, такие как снижение долговечности, тем самым увеличивается служба электролизной ванны.
(3) Получение кислой воды путем электролиза возможно даже в случаях, когда в качестве необработанной воды для электролиза используется обратноосмотическая или деионизированная вода, а также водопроводная вода, отличающаяся высокой проводимостью ввиду присутствия большого количества посторонних примесей.
(4) Возможно выборочное получение восстановленной кислой воды или окисленной кислой воды путем электролиза необработанной воды в наполнительной камере, на которую подается соответствующая полярность.
(5) Полученная таким способом окисленная кислая вода или восстановленная кислая вода может широко использоваться в качестве сырья в соответствии с характеристиками окисленной или восстановленной кислой воды.
(6) В частности, в настоящем изобретении поток необработанной воды пропускается между катодными электродами, установленными на заранее заданном расстоянии друг от друга, в результате чего на поверхностях катодов происходит электролитическая реакция с образованием водородной воды (кислой воды) в высокой концентрации.
(7) Поскольку для увеличения площади реакции (площади электрода) и уменьшения расстояния между электродами может использоваться сетчатый электрод, обеспечивается усиление окислительно-восстановительной реакции, приводящее к повышению концентрации водородной воды.
(8) Тем более, что, поскольку такой сетчатый электрод имеет меньший размер, предпочтительный размер от 30% до 80% от общей площади ионообменной мембраны, чтобы облегчить прохождение потока кислой воды, образовать пространство, способствующее беспрепятственному прохождению кислой воды и усилению окислительно-восстановительной реакции, что приведет к повышению концентрации водорода в кислой воде.
Для специалистов в данной области техники должно быть очевидно, что вышеописанные примеры осуществления настоящего изобретения могут быть подвергнуты различным модификациям без отступления от сущности и объема изобретения. Таким образом, подразумевается, что настоящее изобретение охватывает все такие модификации при условии, что они входят в объем прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.