ИОНАТОР ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СЕРЕБРОСОДЕРЖАЩЕЙ ВОДЫ

Полезная модель относится к электрохимической технологии и может быть использована для приготовления серебросодержащей воды, которая широко применяется для питьевых нужд, для приготовления дезинфицирующих растворов и др. Предложенная полезная модель ионатора не обладает такой высокой производительностью, как электролизные, но она не нуждается в источниках электропитания и совершенно безопасна в эксплуатации, ее применение наиболее целесообразно в домашних и полевых условиях, на садовых участках и т.п.
Известно большое число ионаторов разных конструкций для приготовления серебросодержащей воды (Кульский Л.А. Серебряная вода. - Киев: Наукова думка. 1987 г., с.81-114), в том числе известны ионаторы серии ЛК, в частности ионатор ЛК-27 Сумского завода электронных микроскопов (Ионатор ЛК-27. Руководство по эксплуатации. ЦФ 2.940.005РЭ.1974, с.5-16) Основными его элементами являются блок питания, помещенный в пластмассовый корпус, и подсоединенная к нему с помощью токопроводов электродная система, состоящая из держателя серебряных пластин, укрепленных одними концами в этом держателе, и одетой на электроды полиэтиленовой трубки с окнами для прохождения воды. Для приготовления серебросодержащей воды электродную систему погружают в воду на глубину обнаженных серебряных пластин (не глубже места подсоединения к серебряным пластинам токопроводов), после чего блок питания, в котором смонтирована схема выпрямления электрического тока, включают в электрическую сеть переменного тока на определенное время, выбранное по таблице руководства по эксплуатации.
К основным недостаткам ионаторов такого типа относятся необходимость для работы электрической сети, что ограничивает их применение и увеличивает опасность электрического поражения, а так же то, что оба электрода выполнены из серебра, т.е. одного и того же металла, имеющего один окислительно-восстановительный потенциал.
Другим аналогом является бытовой автономный ионатор "Сильва" (патент РФ №2096335, МПК 6 C 02 F 1/46, опубл. 20.11.1997), содержащий автономный источник электропитания (батарейку или аккумулятор), соединенный через электрическую схему с электродами, погруженными в воду, один из которых - анод, выполнен из серебра, а второй электрод - катод выполнен из любого металла, допустимого для контакта с пищевыми продуктами. Кроме того, ионатор снабжен элементами сигнализации и контроля.
Недостатками этого ионатора являются наличие автономного источника электропитания, требующего периодической замены батарейки или подзарядки аккумулятора, и отсутствие конкретных требований по окислительно-восстановительному потенциалу материала второго
электрода, что не позволяет использовать для процесса ионизации разницу потенциалов материала электродов, тем более обычно в ионаторах в качестве металла, допустимого для контакта с пищевыми продуктами, используют пищевую нержавеющую сталь. Может быть применен и титан.
Наиболее близким к предложенному нами устройству является антимикробный ионатор (патент РФ №2190573, МПК 7 C 02 F 1/467, опубл. 10.10.2002 г.), который состоит из двух короткозамкнутых электродов, причем анод, выполненный из серебряной проволоки, навит на стержневой катод, выполненный из золота или меди.
Недостатком этого ионатора является сравнительно низкая его эффективность, т.к. не найдено оптимальное соотношение площадей поверхностей его анода и катода, а также не сделаны конструктивные решения для реализации оптимального соотношения площадей.
Основным техническим результатом предложенной полезной модели является повышение эффективности приготовления серебросодержащей воды за счет выбора и конструктивной реализации оптимальных площадей поверхностей анода и катода.
Указанный технический результат достигается тем, что в ионаторе для приготовления серебросодержащей воды, состоящем из двух короткозамкнутых электродов, причем анод, выполненный из серебра, навит на стержневой электрод, выполненный из металла с более высоким окислительно-восстановительным потенциалом, чем у серебра, согласно предложенному решению, площадь поверхности анода не менее, чем в десять раз превышает площадь поверхности катода, для чего ионатор снабжен дополнительными спиральными, стержневыми или пластинчатыми электродами и выполнен в виде сферы, или конуса, или цилиндра.
Пример конкретного выполнения.
На фиг.1 изображен двухэлектродный ионатор для приготовления серебросодержащей воды, а на фиг.2 его вид сверху; на фиг.3 показан ионатор сферической формы; на фиг.4 и 5 представлены вид спереди и вид сверху шестигранного пирамидального ионатора; на фиг.6 и фиг.7 вид спереди и вид сверху ионатора цилиндрической формы, а на фиг.9 его поперечный разрез.
Ионатор (фиг.1) состоит из электрода 1, выполненного в виде стержня из металла с более высоким, чем у серебра, окислительно-восстановительным потенциалом, на который плотно навит электрод 2 из серебра. Наиболее эффективным является изготовление электрода 1 из золота, т.к. у золота более высокий окислительно-восстановительный потенциал в сравнении с потенциалом серебра (Ахметов Н.С. Неорганическая химия. Учебное пособие для вузов. М.: Высшая школа. 1976, с.248-253). Возможно изготовление электрода 1 и из платины, родия и иридия, но эти материалы значительно дороже золота, и процесс ионизации при использовании этих металлов идет заметно медленнее, чем при использовании золота. На фиг.1 и фиг.2 показано, что концы электродов 1 и 2 пропущены через отверстия в концевых шайбах 3 и расклепаны или припаяны к этим шайбам: 4 - концы
электрода 1 из золота, а 5 - концы электрода 2 из серебра. Ионатор работоспособен и при отсутствии концевых шайб 3,когда концы электродов 1 и 2 плотно скручены, как концы проводов при электромонтажных работах, но использование концевых шайб 3 выполненных из серебра, более технологично.
Основой ионатора сферической формы (фиг.3) является двухэлектродный ионатор (фиг.1). Отличие состоит в том, что в направлении меридиан расположены дополнительные нитеобразные электроды 6, выполненные из золота или серебра, на каждый из которых навит, желательно плотно, спиральный дополнительный электрод 7,выполненный из серебра. Такие пары дополнительных электродов могут быть установлены внутри сферы. Концы 8 дополнительных электродов 6 и 7 закреплены в концевых шайбах 3.
Основой шестигранного пирамидального ионатора (фиг.4 и фиг.5) является также двухэлектродный ионатор (фиг.1). В направлении ребер пирамиды закреплены дополнительные нитеобразные электроды 9, выполненные из золота или серебра. На каждый из этих электродов навит спиральный дополнительный электрод 10, выполненный из серебра, нижние концы 11 дополнительных электродов 9 и 10 закреплены в шестиугольном основании 12, а верхние их концы 13 в концевой шайбе 3. Основание 12 сделано из серебра.
Ионатор цилиндрической формы (фиг.6 и фиг.7) выполнен в виде двух параллельных дисков 14, между которыми в центре расположен электрод 1 из золота, на который навит электрод 2 из серебра, а также дополнительные нитеобразные электроды 15 из золота или серебра, на каждый из которых навит спиральный электрод 16 из серебра. Дополнительные электроды могут быть размещены внутри цилиндра между дисками 14, в которых закреплены концы 17 всех дополнительных электродов. Материалом дисков 14 является серебро.
Плоский ионатор (фиг.8 и фиг.9) представляет собой две параллельные прямоугольные пластины 18, выполненные из серебра, между которыми в центральной части закреплены электрод 1 из золота и плотно навитый на него электрод 2 из серебра. Вправо и влево от этой пары электродов размещены параллельно друг другу пластинчатые электроды 19 из серебра. Параллельность пластинчатых электродов 19 позволяет снизить сопротивление встречному потоку обрабатываемой воды.
При изготовлении рассмотренных конструкций применялись нити (проволока) из серебра и золота диаметром от 0,35 до 1,0 мм, а также пластины из серебра толщиной 1-2 мм. Для приготовления нитей и пластин использовались заготовки с массовой долей серебра 99,99%. Высота ионаторов составляет 50-70 мм, а диаметр не превышает 60 мм. Целесообразно, чтобы суммарная площадь поверхностей всех электродов из серебра не менее, чем в десять раз превышала площадь поверхностей(ти) электродов(да) из золота.
Ионатор работает следующим образом. В сосуд, выполненный из электроизоляционного материала (стекло, керамика, пластмасса), опускается ионатор и наливается вода. Можно вначале налить воду и в нее опустить ионатор, но в любом варианте для эффективной работы ионатора необходимо, чтобы он был полностью погружен в воду. Затем сосуд ставится в темное место или накрывается светонепроницаемым материалом, и в таком положении выдерживается определенное время в зависимости от требуемой концентрации ионов серебра. Так при использовании ионатора сферической формы (фиг.3) в течение 12 часов концентрация ионов серебра в воде составила 0,01 мг/л. Следует иметь в виду, что согласно СаНПиН 2.1.4.599-96 "Вода питьевая" концентрация серебра не должна превышать 0,05 мг/л. При больших концентрациях серебра вода непригодна для внутреннего употребления, т.к. становится ядовитой.
В таблице приведены данные по содержанию серебра в зависимости от соотношения площадей золотого и серебренного электродов (время контакта устройства с водой 12 час., t=20°С).
Таблица
№ п/п
Соотношение площадей поверхности золотого и серебряного электродов
Содержание ионов серебра в образцах воды, мг/л
Примечание
1
1:1
0,002
2
1:8
0,003
3
1:9
0,003
4
1:10
0,010
Заявляемое устройство
5
1:20
0,011
6
1:30
0,012
7
1:40
0,012
8
1:50
0,012
Приведенные испытания предложенного ионатора показали (табл.1),что при уменьшении отношения площадей поверхностей электродов из золота и серебра возрастает концентрация ионов серебра в воде. Но особенно эффективно отношение 1:10. Причем при дальнейшем уменьшении этого отношения до 1:50 не установлено снижение концентрации ионов серебра в воде. Для получения одной и той же концентрации ионов серебра в воде при реализации заявляемого соотношения площадей (не менее 1:10) соответственно уменьшается время приготовления раствора.
Достоинством предложенного ионатора является то, что для его работы, как и в прототипе не требуется источник питания, т.к. электролиз происходит из-за того, что электроды выполнены из металлов с различным окислительно-восстановительным потенциалом и электрод, выполненный из серебра выполняет роль анода, благодаря чему и происходит насыщение воды ионами серебра. Вода, получаемая с использованием предложенного ионатора, пригодна не только для наружного, но и внутреннего применения. В прототипе для приготовления серебросодержащей воды с высокой концентрацией ионов серебра (1,0-10,0 мг/л) в воду добавляют ацетилсалициловую или борную кислоту, что препятствует внутреннему применению такой серебросодержащей воды