[发明专利]PH调节器，包括PH调节器的装置和调节PH值的方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及家庭用水性质的调节，尤其涉及pH调节器和包括pH调节器的家用电器。

背景技术

在过去的几十年期间，已经进行了密集的研究以找到调节水的pH值的容易但可控的方法。水的pH值调节的常用方法基本上分为三类：基于化学添加剂，基于离子交换(TEX)树脂和基于电解。通过使用前两种方法中的任一个，由于低容量，用户需要经常更换化学添加剂或树脂，并且不能精确地控制pH值。基于电解的方法施加电力将水分解成O₂和H₂，在水中留下OH^-和H⁺，从而改变pH值，见表达式(1)和(2)。

2H⁺+2e^-→H₂(阴极) (1)

4OH–4e^-→2H₂O+O₂(阳极) (2)

基于电解的方法面临的主要问题是副产品，例如废水。例如，虽然用户只需要一定量的酸性水，相同量的碱性水也将会产生，并且反之亦然。

发明内容

因此，有利的是提供一种新的pH调节器和诸如水之类的电解质水溶液的pH调节方法，其能够单向调节pH值，而不产生废水。

此外，如果该pH调节器是可更新的，以免除用户不方便维护是有利的。

此外，如果在需要更新之前，pH调节器可以处理尽可能多的水将是有利的。

此外，如果pH调节器不仅可用于减少或增加水的pH值，而且可以两种方式使用，将是有利的。

根据一个实施例，描述了一种被配置为调节电解质水溶液的pH值的pH调节器，pH调节器包括具有阳极和阴极的电解槽，阴极包含法拉第准电容材料，在pH调节器的操作中，法拉第准电容材料从阳极获取电子，并通过与所述阴离子进行电化学反应从电解质水溶液中吸附阳离子，在电解质水溶液中的OH^-通过失去电子被消耗，从而在电解质水溶液中留下H⁺；或阳极包含法拉第准电容材料，并且在pH调节器的操作中，法拉第准电容材料失去电子并通过与所述阴离子进行电化学反应从电解质水溶液中吸附阴离子，在电解质水溶液中的H⁺通过获取电子在阴极被消耗，从而在电解质水溶液中留下OH^-。

pH调节器还可包括控制器，以控制在电解槽中的电解过程。

在下文中，采用自来水作为电解质水溶液的例子。然而，应当理解的是，其他电解质水溶液，例如蒸馏水、生理盐水的水溶液或适合于本发明的实施例的任何其它水溶液也可用于本文所描述的目的。例如，如将要进一步描述的，根据本发明的一些实施例，含有非常有限离子的水，例如蒸馏水，也是可行的电解质水溶液。

在一个实施例中，法拉第准电容材料可包括过渡金属氧化物(TMO)。如果TMO被包括在阴极中，在pH调节器的操作中，在阴极发生伪法拉第反应，由此与阳离子吸附进入TMO的晶格内一起，过渡金属的氧化状态被降低吸附。在阳极或其附近，OH^-失去电子(即被氧化)，以产生H₂O和O₂(见表达式(2))。参照作为对称电解的表达式(1)和(2)的反应，在本段中前述可称为不对称电解，其通过在电极中掺入TMO实现。因此H⁺并不像表达式(1)一样被消耗，而是留在水中，溶液的pH值被相应地减小。

在另一个实施例中，如果TMO被包括在阳极内，在pH调节器的操作中，伪法拉第反应发生在阳极，由此过渡金属的氧化状态被增强。阳极失去电子，并且在溶液中的阴离子被TMO吸附。在水中的H⁺通过在阴极获得电子被消耗(参见表达式(1))。在水中的OH^-并不像表达式(2)一样在阳极被消耗，而是留在水中，溶液的pH值被相应地增加。

根据本发明的一个实施例，电解质水溶液是自来水。当与淋浴房、婴儿盆、雾化器(例如便携式的雾化器)、卫生设备或任何其它适于具有单向pH调节器的装置结合时，pH调节器可以处理自来水，以具有pH值调节后的水。在一个实施例中，pH值调节后的水是弱酸性，其将有利于皮肤护理，尤其有利于婴儿皮肤屏障功能的恢复，这将在下文中进一步描述。自来水中存在的Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺和K⁺中的任一个或其任何组合，可以为被TMO吸附的阳离子的实施例。