纳米离子水及其制造方法与流程

文档序号:15927860发布日期:2018-11-14 01:19阅读:686来源:国知局
本发明涉及关于离子水的制造方法,以及经该制造方法处理而得到的离子水。具体而言,本发明涉及提供藉电解方式制造小分子团的纳米离子水的方法,以及经该电解方式处理而得到的小水分子团的纳米离子水。
背景技术
水(h2o),在常温常压下为无色无味的透明液体,其是两个氢原子与一个氧原子所组成的无机化合物。日常中常见的水,例如河水、井水、自来水等并非以单一水分子的形式存在,而是多个水分子藉由水分子间的氢键作用而聚合成为团簇形式,其又被称为“水分子簇”或“水分子团”。由于水分子团越小的水被认为具有更好的渗透性,可渗透入更微小的缝隙以洗出不易清除的残留物,因此,相较于一般水分子团较大的水被认为具有更好的清洁力。然而,大部分常见于自然界的水分子团大小多以10个以上的水分子所团聚。若欲取得小分子团的水,则需藉由物理或化学方法处理制得。理论而言,水分子之间的氢键很大程度的影响水分子团的大小,将水加温、煮沸或使其汽化给予水分子较大的动能,亦使其不易受氢键的束缚而可成为小分子团水,然而当其冷却至室温后即形成团聚的大分子团水,其并非稳定制造小分子团水的良好方式。因此,现今通常以物理撞击、磁场作用或电解方式制造小分子团水,其中以物理撞击方式可能造成水分子团的大小不均一且设备易耗损;磁场作用方式在处理水时需加入不同添加物以稳定水分子团(如:美国专利公开第20110218251a号),并非纯水溶液,混入的不纯物质可能残留于欲洗净物上,造成不良影响;而电解方式制造的小分子团水可具有优选的稳定性且设备不易耗损,然而电解过程中产生混合于其中的副产物的分离亦为需解决的问题(如:中国专利公开第105439252a号)。另外,除小分子团水外,碱性离子水亦被认为具有较高的清洁力、消毒以及其他功能。一般而言,离子水的制造是藉由电解方式,根据氧化还原的原理制造。在电解过程中会在阴极产生碱性离子水,并在阳极产生酸性离子水,其中碱性离子水较常用于饮用、保健医疗及清洁用水等领域。藉电解法取得的碱性离子水通常使用氯化钠作为电解原料,因此生成的碱性离子水通常具有氯离子,然而于清洗金属制品时,氯离子易导致金属制品腐蚀(生锈),在工业应用上仍有限制。而自然界所取得的水,多为中性或因污染造成的酸雨而成为酸性水,在清洗蔬果等食料时可能损害食料,于清洗金属制品、木造制品或衣料等时亦可能造成腐蚀或使寿命缩短,并不适于清洗用途。因此,为提供具较佳洗净力、消毒且能有效避免洗净物锈蚀的离子水,目前确有提供稳定且不具氯离子之小分子团碱性离子水作为清洁、消毒用水的良好方法之需求。技术实现要素:鉴于以上习知技艺的问题,本发明之目的系提供一种纳米离子水及其制造方法。根据本发明的目的,提出一种纳米离子水的制造方法,其可包含以下步骤:调整电解装置的两电极间的距离至预定距离;将待电解生成水加入至阴极电解槽;将碳酸盐水溶液加入至阳极电解槽;将待电解生成水及碳酸盐水溶液相隔离子交换膜进行电解反应以及从阴极电解槽收集制成的纳米离子水。优选地,所述预定距离可介于0.1厘米~0.8厘米之间。优选地,电解反应所使用的电压可介于8伏特~15伏特之间。优选地,离子交换膜的孔径可介于0.001微米~0.01微米之间。优选地,所述电解反应的过程中,可进一步地以抽气装置抽离气相产物。根据本发明的另一目的,提供一种纳米离子水,其藉由上述之制造方法所制得。优选地,纳米离子水的ph值可为8~14。优选地,所制得的纳米离子水是碱金属氢氧化物水溶液,可包含介于0.001%~1.0%(w/w)之间的碱金属氢氧化物。优选地,所制得的纳米离子水可包含由5~13个水分子聚集形成的水分子团。优选地,所制得的纳米离子水藉由17o-核磁共振(17o-nmr)测量的半幅宽测量结果可介于45hz至70hz之间。附图说明本发明的特征将藉由参照附图的检测结果作为其示例性实施例,其仅使本领域普通技术人员更易于理解本发明,而非限定本发明。图1为呈现本发明的实例制成的样品pw-25在制备一天内所测量的17o-nmr图谱。图2为呈现本发明的实例制成的样品pw-25在制备三个月后所测量的17o-nmr图谱。图3为呈现本发明的实例制成的样品pw-31在制备一天内所测量的17o-nmr图谱。具体实施方式为使上述目的、技术特征及实际实施后的效益更易于使本领域普通技术人员理解,将于下文中优选实施例来进行更详细地说明。本文中“电极间的预定距离”、“两电极间的距离”或“电极距离”等词是代表电解装置中阴极电解槽中的阴极电解板与阳极电解槽中的阳极电解板之间的距离,这些术语间可互相代换。本文中“电解反应”一词是代表将电流通过溶液,而在电解系统中的阳极(本文中指阳极电解板)及阴极(本文中指阴极电解板)引起氧化还原反应的过程。其中阳极产生放出电子的反应(氧化反应),阴极产生取得电子的反应(还原反应)。本文中“离子交换膜”一词是指对离子具有选择透过性的高分子材料制成的薄膜,其具有特定孔径或性质而仅使特定分子或离子通过。本文中“离子交换膜”是基于使电解反应可稳定且良好的进行以挑选适当孔径的离子交换膜。本文中“小水分子团”、“小分子团水”等词是指10个以下的水分子间以氢键作用力聚集而成的水分子团簇,这些术语间可互相代换。本文中“核磁共振”及“17o-nmr”等词是指常用于物理、化学及材料领域的测量方法。其原理是基于将样品置于外加的强大磁场下,使样品分子内核自旋本身的磁场在外加磁场下重新排列后,测量其回复至原始的平衡态所放出的信号。在本文中“核磁共振”是选用多种“核磁共振”中基于测量样品中的氧(o)原子的信号,其中样品需使用以同位素17o替换16o位置的样品,即替换水分子(h2o)中的氧原子(o)。本文中“半幅宽”一词是指以“核磁共振(nmr)”(17o-nmr)测定所得到的图谱中,于约0ppm所得到的信号的宽度的一半,其是代表水的振动频率,可进一步对应而测得水分子团的大小。目前检测水分子团大小的方式只有利用核磁共振来测定水分子团的大小。半幅宽度越大表示水分子团越大,反之则越小。在本发明的示例中,首先调整电解装置的两电极间的距离至预定距离,其中电极间的预定距离可大幅度地影响电解完成时纳米离子水的酸碱值、离子浓度、水分子团的大小等性质,进而影响本发明之制造方法制造的纳米离子水产物的质量。在本发明的一实施例中,电极间的预定距离可介于0.1厘米~0.8厘米之间,优选地介于0.1厘米~0.5厘米之间,更佳地介于0.1厘米~0.2厘米之间,最佳地电极间的预定距离为0.2厘米。接着,加入待电解生成水至阴极电解槽。在一实施例中,待电解生成水可为自来水、井水、河水、矿泉水、雨水、山泉水、经淡化处理的海水或经过滤或去离子化处理之前述各项水体,优选地,待电解生成水可为过滤后的自来水。在一实施例中,阴极电解槽中配置连接直流电源的阴极电解板。在本发明的实施例中,阴极电解槽与阳极电解槽以离子交换膜隔绝。其后,加入碳酸盐水溶液至阳极电解槽。在一实施例中,碳酸盐水溶液可为碳酸钾、碳酸钠或其他碱金族碳酸盐,优选地,碳酸盐水溶液为碳酸钾水溶液。在一优选实施例中,碳酸钾/碳酸钠水溶液的浓度介于1%(w/w)~10%(w/w)之间。在一实施例中,阳极电解槽内配置连接直流电源的阳极电解板。在本发明的实施例中,阳极电解槽与阴极电解槽以离子交换膜隔绝。以上步骤完成后,将该待电解生成水及该碳酸钾水溶液相隔离子交换膜进行电解反应。在本发明的实施例中,阴极电解槽与阳极电解槽之间是藉由离子交换膜隔绝。在一实施例中,离子交换膜的孔径介于0.001微米~0.01微米之间,优选地0.001介于微米~0.005微米之间,更佳地介于0.001微米~0.002微米之间,最佳地离子交换膜孔径是0.0015微米。电解反应是藉由连接直流电源的正极至容纳待电解生成水的阴极电解槽中的阴极电解板,以及连接直流电源的负极至容纳碳酸盐水溶液的阳极电解槽中的阳极电解板,并通以介于8伏特~15伏特之间的电压。在一实施例中,电解反应的过程产生二氧化碳、一氧化碳以及氢气等气相产物。在一实施例中,电解反应的过程中产生的气相产物藉由抽气装置抽离以避免气相产物回溶于水中,造成产物的成分及酸碱值改变,例如:产生的二氧化碳回溶于水中形成碳酸。在一实施例中,阳极电解槽的碳酸盐类所解离的碱金族离子被吸引移往阴极电解槽,优选地,碱金族离子可通过离子交换膜而累积于阴极电解槽。在一实施例中,电解反应是于阴极电解槽的待电解生成水达到特定的酸碱值时停止,优选地,特定的酸碱值可介于ph=8~14之间,优选地ph=9~14之间,更佳地ph=9.5~13.5之间,最佳地ph=10~13.5之间。在一优选实施例中,于阳极电解槽中容置碳酸钾/碳酸钠水溶液,于阴极电解槽中容置待电解生成水并进行电解反应,其中电解反应于当阴极电解槽的待电解生成水达到ph=10.5时停止,此时阴极电解槽中之溶液经测量后可为具有0.0017%(w/w)钾/钠离子的水溶液(即:碱性离子水)。在一更佳实施例中,于阳极电解槽中容置碳酸钾/碳酸钠水溶液,于阴极电解槽中容置待电解生成水并进行电解反应,其中电解反应于当阴极电解槽的待电解生成水达到ph=12.5时停止,此时阴极电解槽中之溶液经测量后可具有0.17%(w/w)钾/钠离子的水溶液(即:碱性离子水)。在一实施例中,从阴极电解槽收集制成的纳米离子水,并以17o-nmr测量其半幅宽,以测得对应的水分子团大小。在本发明的实施例中,半幅宽可介于45hz~70hz之间,优选地介于50hz~70hz之间,更佳地介于50hz~60hz之间,最佳地介于45hz~55hz之间。以下参照实例进一步地详细描述根据本发明实施例所制造的纳米离子水的nmr图谱数据,其仅用以解释实施例之目的而不意图限制本发明。在本发明的一实例中,样品pm-25是藉由本发明的制造方法所制成的纳米离子水,更具体而言,是于两电极间距离为0.3厘米,离子交换膜孔径为0.001微米,于阳极电解槽容置碳酸钾溶液的条件下,以13伏特电压之直流电源电解待电解生成水所形成的样品;样品pm-31是藉由本发明的制造方法所制成的纳米离子水,更具体而言,是于两电极间距离为0.35厘米,离子交换膜孔径为0.0017微米,于阳极电解槽容置碳酸钾溶液的条件下,以10伏特电压的直流电源电解待电解生成水所形成的样品。pm-25、pm-31制备完成一天内以及pm-25制备后储藏3个月以上的样品经由美国布鲁克(bruker)公司生产的17o-nmr参考超导脉冲傅里叶变换核磁共振波谱方法通则jy/t007-1996检测的图谱呈现于图1至图3,且量化结果呈现于以下表1。【表1】测试样品编号对应本发明的样品编号2016090483-1pw-25(一天内)2016090483-2pw-25(3个月以上)2016090483-3pw-31(一天内)由表1可得知,由本发明的方法所得的纳米离子水,其半幅宽约在54hz~56hz之间,且其在储藏3个月后之样品半幅宽并无明显变化。以下表2是参照国联质检食品及饮用水检测中心于网络上提供之数据,于其中挑选部分适用之比较项目所列,(参照:国联质检食品及饮用水检测中心,unitednationqualitydetection,www.unqdfenxi.com/news_content.php?id=405)。【表2】结合表1及表2可得知,由本发明的方法所得的纳米离子水样品pm-25及pm-31可为小于7个水分子团之小水分子团,且在长时间保存后仍保有稳定性,小水分子团不会产生聚集现象而成为大水分子团。虽然本发明已以示例性实施例具体描述本发明之纳米离子水及其制造方法,然而具本发明所属
技术领域
之通常知识者应理解,可在不违背本发明之技术原理及精神下,对实施例作修改与变化。因此本发明之权利保护范围应如后述的权利要求所述。【符号说明】无当前第1页12
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