[发明专利]通过电化学活化水来制备消毒剂的方法,以此方法制备的消毒剂及其应用

说明书

本发明涉及经电化学活化(ECA)水来制备消毒剂的方法，其中，往水中加入电解质溶液，特别是氯化钠和/或氯化钾溶液并且加有电解质溶液的水以水/电解质稀溶液形式在电解反应器中通过对阴阳极施加直流电压使之经受电流作用，以使水/电解质稀溶液处于适合消毒的亚稳态，该反应器包括至少一个设有阴极的阴极室和至少一个在空间上特别通过隔膜或透膜分开并设有阳极的阳极室。本发明还涉及以此方法制备的消毒剂及其应用。 

电化学活化或处理的方法特别是对水的消毒是已知的。在此情况下，使电解质，特别是中性盐，诸如氯化钠(NaCl)或食盐、氯化钾(KCl)或其类似物的稀溶液，在电解反应器中经在阴阳极上施加电压，转变成适用于消毒的活化态，其通常具亚稳态性质，并因水的种类及所调节的工艺参数而异，可持续长时间。电解反应器具有一个设有一个或多个阴极的阴极室及一个设有一个或多个阳极的阳极室，其中阳极室和阴极室藉助于一个导电的(特别是导离子的)隔膜或藉助一种具有所述性质的透膜相互在空间上分隔，以防止在两室中存在的水/电解质溶液的混合。在使用高浓度的电解质溶液时，在电解时一般力求基本上完全转化所加入的反应物(在加入氯化钠溶液时转化为氯气和苛性钠(NaOH)，在加入氯化钾溶液时转化成氯气和苛性钾(KOH))，以使氯气产率达到最大，与此相反，水/电解质溶液在电化学活化时要以明显稀释方式，通常浓度最大为20g/l，优选最大为10g/l，输入电解反应器并且仅转化极小部分，以使溶液的物理和化学性质以有利的方式变化，并且特别使加有电解质的水的氧化还原电位提高，从而得到消毒的作用。相对而言，电化学活化时的反应条件诸如压力，温度，电流等比氯-碱电解时通常选择较缓和的条件。这种电化学处理，本申请范围内称之为“电化学活化”，其优点在于，电化学活化时产生的各种浓度的物质特别具有良好的卫生兼容性和环保兼容性，也达到德国饮用水规定。 

正如电解时一样，电化学活化时，在阳极(即荷正电的电极)上发生氧化作用，而在阴极(即荷负电的电极)上发生还原作用。在使用稀的诸如氯化钠 溶液的中性盐溶液时，阴极上按以下反应平衡式(1)主要产生氢气： 

2H₂O+2e^-→H₂+2OH^-    (1) 

其自溶液排出气体后，例如由反应器的阳极室排出。此外，在电解反应器的阴极室中的水/电解质稀溶液经形成氢氧离子而呈碱性。 

阳极上按下列反应平衡式(2)和(3)尤其产生化学氧化剂氧(O₂)及(Cl₂)，它们已知是对水的消毒有效。另外须注意，由于形成H₃O⁺离子，电解反应器阳极室中的水/电解质稀溶液呈酸性： 

6H₂O→O₂+4H₃O⁺+4e^-  (2) 

2Cl^-→Cl₂+2e^-       (3) 

氯又按以下平衡反应(4)在水中离解成次氯酸根离子(OCl^-)和氯离子(Cl^-)，它们又能与来自电解质的合适的阳离子如Na⁺或与质子或H₃O⁺-离子反应成相应的(钠)盐或相应的酸，即次氯酸(HClO)和氯化氢或稀盐酸(HCl)： 

Cl₂+3H₂O<＝>2H₃O⁺+OCl^-+Cl^-    (4) 

此外，由上述在阳极上形成的物质经二次反应产生另外的物质，其同样已知对水的消毒有效。这些特别涉及过氧化氢(H₂O₂，反应式(5))、臭氧(反应式(6))、二氧化氯(ClO₂反应式(7))、氯酸根(ClO₃^-反应式(8))以及不同的原子团(反应式(9)和(10)) 

4H₂O→H₂O₂+2H₃O⁺+2e^-    (5)