次氯酸分子溶液制备装置的制作方法

1.本发明涉及化学之氧化反应技术领域，具体涉及一种次氯酸分子溶液制备装置。


背景技术：

2.随着后疫情时代来临，人们生活质量和健康意识显著提高。主要表现为在日常生活中对于消毒杀菌、空气净化、食品安全等问题愈发重视，特别是对各类化学残留物质(如农残、药残、甲醛等)的祛除要求也越来越高。
3.现有的杀菌技术中，热处理和化学灭菌法在用于食品时会影响食品本身的品质和营养成分，也会影响氧化速率、蛋白质结构、原有风味等，残留的灭菌剂还会对人体、动植物和环境造成危害；紫外杀菌由于杀菌作用机理会产生光复活现象，并且需要在无人的环境下使用，如果操作不当还会对人的皮肤和眼睛造成危害；臭氧杀菌技术中，由于臭氧分子极不稳定，易分解同时产生有毒物质，杀菌效果受限；超高压技术因设备要求高，无法用于日常生活。
4.次氯酸钠消毒剂由于具有杀菌效果较好、制备方法相对简单等特点，具有很高的市场占有率。并且为了满足使用便捷的需求，目前市场上已有家用次氯酸钠消毒液制备装置。例如cn212983073u中公开了一种小型次氯酸钠消毒液制备装置，其利用电解食盐水的反应，以食盐水为原料制备次氯酸钠消毒液，但该装置仍存在以下问题：
5.(1)氯气易挥发，且为有毒气体、会污染环境；
6.(2)易产生过多氢气，与氯气混合浓度高于5％时，会产生见光爆炸；
7.(3)同时还可能生成大量强致癌物三氯甲烷；
8.(4)加入食盐的量不好掌握，生成的浓度不可控，生成的溶液只能用于消毒，对人体具有危害，无法用于人体或动物直接喷洒。
9.次氯酸钠消毒剂的有效杀菌成分之一是次氯酸钠水解生成的次氯酸，次氯酸是唯一被我国卫健委和国务院应对新型冠状病毒肺炎疫情联防联控机制综合组均明确可用于空气消杀的安全消毒剂，亦为美国fda规定的在60ppm以下浓度可作为免洗食品级消毒剂使用的消毒剂。由于次氯酸为小分子且不带电荷，作为人体白细胞免疫功能的主要成分不仅可以作用于细胞壁还可以渗入到细菌体内，通过破坏外膜并使质膜中的蛋白质失活，导致细胞壁和细胞膜破裂，抑制酶的作用、破坏细胞代谢过程，渗透到细胞中并破坏细胞内的微生物细胞壁和细胞器，导致细菌死亡。
10.现有技术中已有利用微酸性电解水，又称微酸性次氯酸水进行杀菌的技术。具有杀菌作用高、无色无臭、安全性高且环境友好的特点。微酸性电解水通常是将稀盐酸进行电解得到的，例如cn112042667a中公开了一种以水、稀盐酸和食盐为原料，利用电解反应制备次氯酸水溶液的方法。但是这类技术需要以稀盐酸或食盐等为原料，由于添加食盐或稀盐酸的比例不易掌握，特别是稀盐酸具有较强的酸性和腐蚀性，因此不易操作；另一方面，该等方法制备次氯酸水的同时生成大量的污染废水，缺乏经济性和环保性。


技术实现要素：

11.发明要解决的问题
12.针对现有技术中存在的上述问题，亟需一种既能实现各类化学残留有害成分的高效祛除、又能杀菌，同时也能用于人体皮肤、衣服等纺织物、日用器具以及空气消毒的可应用于多场景的消毒液制备装置。
13.用于解决问题的方案
14.为了解决上述技术问题，本发明提供一种仅以符合国家标准(gb5749
‑
2006)的市政自来水为原料，不需要添加包括但不限于食盐、稀盐酸等任何物质，能够简单高效便捷地制备次氯酸分子溶液的装置。
15.具体地，本发明通过以下方案解决本发明的技术问题。
16.[1]一种次氯酸分子溶液制备装置，其包括次氯酸发生器，所述次氯酸发生器包括电极组件，所述电极组件包括阳极组件和阴极组件，所述阳极组件包括阳极片，所述阳极片为镀膜电极片，其中镀膜由氧化钌、氧化铱和氧化铑三种氧化物中的任意一种或多种、导电剂和粘合剂组成，所述阴极组件包括阴极片，所述阴极片由选自钛、不锈钢和石墨中的一种或多种材料构成。
[0017]
[2]根据[1]所述的次氯酸分子溶液制备装置，所述镀膜中氧化钌、氧化铱、氧化铑、导电剂和粘合剂的比例为(0
‑
10):(0
‑
6):(0
‑
5):1:1，镀膜厚度为1
‑
30μm。
[0018]
[3]根据[1]或[2]所述的次氯酸分子溶液制备装置，其中电极间距为5
‑
10mm。
[0019]
[4]根据[1]或[2]所述的次氯酸分子溶液制备装置，其中所述阳极组件包括多个串联连接的阳极片，所述阴极组件包括多个串联连接的阴极片。
[0020]
[5]根据[1]或[2]所述的次氯酸分子溶液制备装置，其还包括主机，所述主机包括中央处理器、电源插头和电源组件，所述电源组件将220v交流电转换为12
‑
36v直流电，所述电源组件的输入端与所述电源插头电连接，所述电源组件的输出端与所述电极组件电连接。
[0021]
[6]根据[1]或[2]所述的次氯酸分子溶液制备装置，其中所述次氯酸发生器还包括水流扰动器，所述水流扰动器配置为增强水中的分子运动。
[0022]
[7]根据[5]所述的次氯酸分子溶液制备装置，所述主机还包括用户交互界面，所述用户交互界面配置为接收用户指令并将信号传输到中央处理器和/或显示从中央处理器接收的信号。
[0023]
[8]根据[5]所述的次氯酸分子溶液制备装置，其中所述次氯酸发生器还包括水温传感器，所述水温传感器与所述中央处理器通讯连接。
[0024]
[9]根据[8]所述的次氯酸分子溶液制备装置，其中所述次氯酸发生器还包括tds传感器，所述tds传感器与所述中央处理器通讯连接。
[0025]
[10]根据[9]所述的次氯酸分子溶液制备装置，所述中央处理器配置为根据水温传感器和tds传感器的信号反馈，动态调整电解功率因数和电解反应进行的时间。
[0026]
[11]根据[5]所述的次氯酸分子溶液制备装置，其中所述电源组件包括功率因数调整系统。
[0027]
发明的效果
[0028]
本发明的装置仅以市政自来水为原料，即可制备次氯酸分子溶液，同时不生成次
氯酸钠，不存在对人体、动植物造成危害或消毒环境的污染，且制水效率可达60l/h，现制现用，操作便捷，制备1l次氯酸分子溶液的成本低于0.01元，成本低。所得的次氯酸分子溶液的浓度适中，根据第三方检测机构数据次氯酸分子浓度可达28.29ppm，具有高效、广谱的杀菌效果，同时可降解农残、甲醛并消除异味；可应用于皮肤，改善并预防皮炎、真菌感染(脚气)、伤口感染(糖尿病足)。并且使用后变成水和无机盐，无任何有害物生成，无二次污染。
附图说明
[0029]
图1显示了一个实施方案中次氯酸分子溶液制备装置的外部示意图。
[0030]
图2(a)示出了一个实施方案中阳极组件的尺寸
[0031]
图2(b)为阳极组件的示意图
[0032]
图3为次氯酸发生器的外部示意图
[0033]
图4为一个实施方案中各组成部分的连接和/或信号传输关系示意图
[0034]
图5为主机的外壳分解示意图
[0035]
图6为主机内部组成示意图
[0036]
附图标记说明
[0037]
11
‑
主机，12
‑
次氯酸发生器，13
‑
开口，14
‑
用户交互界面，15
‑
功能按键，16
‑
显示器件，17
‑
电源开关，18
‑
电源接头，21
‑
阳极片，22
‑
导电片，23
‑
阳极组件，34
‑
壳体，51
‑
l件，52
‑
主电路板，53
‑
u型件，601
‑
风扇，602
‑
风扇支架，603
‑
电源，604
‑
电源支架，605
‑
底座，607
‑
立柱，608
‑
风扇支架，609
‑
小电路板，611
‑
支腿，612
‑
发生器插头。
具体实施方式
[0038]
本发明的目的是提供一种次氯酸分子溶液制备装置，其包括次氯酸发生器，所述次氯酸发生器包括电极组件，所述电极组件包括阳极组件和阴极组件，所述阳极组件包括阳极片，所述阳极片为镀膜电极片，其中镀膜由氧化钌、氧化铱、氧化铑三种氧化物中的任意一种或多种、导电剂和粘合剂组成，所述阴极组件包括阴极片，所述阴极片由选自钛、不锈钢和石墨中的一种或多种材料构成。
[0039]
在优选的实施方案中，本发明的次氯酸分子溶液制备装置还包括主机，所述主机包括中央处理器、电源插头和电源组件，所述电源组件将220v交流电转换为12
‑
36v直流电，所述电源组件的输入端与所述电源插头电连接，所述电源组件的输出端与所述电极组件电连接。优选地，所述电源组件包括功率因数控制系统。
[0040]
具体地，本发明提供一种次氯酸分子溶液制备装置，其包括次氯酸发生器和主机，所述次氯酸发生器包括电极组件，所述电极组件包括阳极组件和阴极组件，所述主机包括中央处理器、电源插头和电源组件，所述电源组件包括功率因数控制系统和整流变压器，所述整流变压器将220v交流电转换为12
‑
36v直流电，所述整流变压器的输入端与所述电源插头电连接，所述整流变压器的输出端与所述电极组件电连接，所述阳极组件包括阳极片，所述阳极片为镀膜电极片，其中镀膜由氧化钌、氧化铱和氧化铑三种氧化物中的任意一种或多种、导电剂和粘合剂组成，所述阴极组件包括阴极片，所述阴极片由选自钛、不锈钢和石墨中的一种或多种材料构成。
[0041]
图1为一个实施方案中次氯酸分子溶液制备装置的外部示意图。如图1所示，其包
括主机11，次氯酸发生器12，次氯酸发生器12具有电源接头18，且其上具有开口13，主机11上具有用户交互界面14，功能按键15，显示器件16和电源开关17
[0042]
本发明的次氯酸分子溶液制备装置工作时，其次氯酸发生器被置于盛装有市政自来水的容器内，优选地，次氯酸发生器浸没在自来水中，主机的电源插头与电源连接，电源接通后，阳极组件和阴极组件上开始进行电解反应，将市政自来水中所含的氯离子持续转化为次氯酸分子。
[0043]
本发明中，次氯酸分子溶液的制备机理可能如下：
[0044]
总反应：含氯化合物 2h2o
→
2hclo h2↑
[0045]
阴极组件：2h2o 2e
‑
→
2oh
‑
h2↑
[0046]
阳极组件：2cl
‑
‑
2e
‑
→
cl2[0047]
cl2 2oh
‑
‑
2e
‑
→
2hclo
[0048]
对于盛装有市政自来水的容器没有特别限制，其可以是能够容纳次氯酸发生器的任何单腔容器，不需单独设置独立的阴阳极区域，其形状可以根据需要具体选择。
[0049]
本发明中，市政自来水仅需要满足国家自来水标准《生活饮用水卫生标准》gb5749
‑
2006，在使用前不需要进行任何处理。
[0050]
以下将详细描述本发明的次氯酸分子溶液制备装置的各个部分。
[0051]
<次氯酸发生器>
[0052]
次氯酸发生器包括电极组件，所述电极组件包括阳极组件和阴极组件。其中，阳极组件可以包括多个串联连接的阳极片，阴极组件也可以包括多个串联的阴极片，阳极片和阴极片的数量各自独立地为例如5
‑
20个，或者8
‑
15个。
[0053]
在一个实施方案中，如图2(b)所示，阳极组件23包括多个串联连接的阳极片21，多个阳极片21以一定间隔排列，并通过导电片22连接在一起。图2(a)中示出了阳极组件23中各组成部分的示例性尺寸，其中阳极片21的长度为91mm，宽度为14mm，导电片22的长度为79mm。
[0054]
在优选的实施方案中，所述阳极片的镀膜中氧化钌、氧化铱、氧化铑、导电剂和粘合剂的比例为(0
‑
10):(0
‑
6):(0
‑
5):1:1；所述阳极片的镀膜厚度为1
‑
30μm，优选5
‑
15μm，更优选7
‑
9μm。
[0055]
对于导电剂和粘合剂没有特别的限制，可以为现有技术中已知的电极中使用的导电剂和粘合剂。例如导电剂可以为碳黑导电胶、石墨导电剂和石墨烯中的一种或多种，粘合剂可以为高分子粘合剂，例如聚乙烯醇、羟甲基纤维素钠等。
[0056]
阴极组件具有与阳极组件相同的结构和尺寸，仅构成材料与阳极组件不同，阴极组件与阳极组件交叉对置。电极间距可以为例如5
‑
10mm。
[0057]
构成所述阴极片的材料为选自钛、不锈钢、石墨中的一种或多种，或者所述阴极片也可以是镀覆有这些材料的其他金属电极。
[0058]
本发明通过使用特定的电极，从而能够有效地将市政自来水中的氯离子转化为次氯酸分子，实现在仅以市政自来水作为原料的情况下，简单高效地制备具有杀菌作用的次氯酸分子溶液。
[0059]
在一个具体地实施方案中，次氯酸发生器包括壳体，所述阳极组件和阴极组件置于所述壳体内，例如固定在所述壳体内的支承基板上或者固定在所述壳体的一个侧壁的内
表面上。所述壳体上设置有与外部连通的开口，在本发明的次氯酸分子溶液制备装置工作时，市政自来水通过所述开口进入发生器(电解槽)并与电极接触，在电极上发生催化电解反应。次氯酸发生器通过电源接头与主机连接，获得供电。
[0060]
图3为次氯酸发生器的外部示意图，图3示出了次氯酸发生器12包括壳体34，壳体34上具有与外部连通的开口13。
[0061]
在一个实施方案中，次氯酸发生器还包括水温传感器和/或tds传感器，在存在的情况下，所述水温传感器和tds传感器与所述中央处理器通讯。水温传感器用于检测水温；tds传感器用于检测水质，获取不同地域市政自来水水质的电解质数据和容器中电解质的变化情况，用来确定电解溶液中电解质的数量和其化学键的能量；水温传感器和tds传感器将检测到的信号传输到中央处理器，作为变频控制的反馈数据来源。水温传感器和tds传感器均可以进行阈值设置，供中央处理器据此进行功率因数的实时调节。
[0062]
在一个实施方案中，次氯酸发生器还包括水流扰动器，所述水流扰动器配置为增强水中的分子运动，加快水中氯离子以及产生的次氯酸分子的扩散速度，避免电极附近氯离子浓度的降低和次氯酸分子浓度的局部升高，促使电解反应能够更有效地进行，即确保均匀有效并充分发生电解反应。例如，所述水流扰动器包括超声装置，通过超声波促进水中氯离子以及产生的次氯酸分子的扩散。或者所述水流扰动器也可以包括机械搅拌装置。
[0063]
本发明对于次氯酸发生器的尺寸没有特别限制，以适宜使用需求为准，例如其长度可以为100
‑
200mm，优选140
‑
180mm，宽度可以为80
‑
150mm，优选为90
‑
120mm，高度可以为20
‑
50mm，优选为30
‑
40mm。
[0064]
<主机>
[0065]
主机包括中央处理器、电源插头和电源组件。主机还任选地包括主机外壳、用户交互界面和风扇中的一个或多个。
[0066]
a.电源组件
[0067]
所述电源组件可将220v交流电转换为12
‑
36v直流电，其输入端与所述电源插头电连接，输出端与所述电极组件电连接。
[0068]
在一个实施方案中，电源组件可包括整流变压器。电源接通后，整流变压器将输入端的220v家用交流电转换为12
‑
36v直流电，整流变压器的正极输出端和负极输出端分别与阳极组件和阴极组件电连接，从而在阳极组件与阴极组件之间施加电解电压。
[0069]
在进一步优选的实施方案中，电源组件包括功率因数调整系统，功率因数调整系统连接在电源插头与整流变压器之间，并与中央处理器通信连接，配置为根据中央处理器给出的信号相应调整输出的功率因数。
[0070]
电源组件还可包括电源短路保护器，用于对电路进行短路保护。电源短路保护器可连接在电源组件与中央处理器之间。
[0071]
b.中央处理器
[0072]
中央处理器可位于主电路板上，并可包括运算器，用于根据接收的水温信号、水质信号、用户指令、电路电流信号中的一个或多个，通过其预置的自主算法和嵌入式软件运算出与其相应的电解功率和时间，并将结果输出到电源组件的功率因数调整系统，以控制次氯酸发生器的电解功率因数和电解的时间。
[0073]
优选地，中央处理器可根据水温对电解电压和电极组件的工作时间和功率进行实
时调整，以在保证电解反应速率的情况下，尽可能地抑制水温的升高，从而避免次氯酸分子在温度升高的情况下分解(逃逸)导致次氯酸分子溶液的浓度下降。
[0074]
例如，水温传感器和tds传感器将检测的水温信号和水质信号传输给中央处理器，中央处理器通过其预置的自主算法和嵌入式软件运算出与其相适应的电解功率和时间，并对输出到电极组件的输出功率进行实时调整。例如，当由水温传感器检测的水温高于预定值35度时(次氯酸分子溶液在水温高于40摄氏度时，其逃逸性开始呈现几何级数式的上升)，中央处理器将相应改变输出功率因数，以抑制水温的上升。通过对功率因数进行实时调整，能够兼顾电解反应的分子断链强度、速率和水温的控制，使得制备的次氯酸分子溶液的浓度能够尽可能高，同时其逃逸性最小。
[0075]
c.用户交互界面
[0076]
在一个实施方案中，主机还包括用户交互界面，所述用户交互界面与所述中央处理器通信连接，所述用户交互界面配置为接收用户指令并将信号传输到中央处理器和/或显示从中央处理器接收的信号。
[0077]
用户交互界面上设置有电源开关和任选地一个或多个功能按键。所述电源开关配置为控制电源的接通和断开，所述功能按键配置为控制不同的功能之间的切换，其优选为触摸按键。在另一个实施方案中，用户交互界面上还设置有信息输出器件，所述信息输出器件配置为向用户输出信息，输出的信息包括但不限于工作时间、水温、水质(tds)、工作状态、发生器新旧程度中的一个或多个。优选地，所述输出器件为显示器件，优选为液晶显示器件。
[0078]
d.风扇
[0079]
主机中还可以包括风扇，用于电源以及中央处理器的降温。风扇优选配备有蜂鸣器，在电路发生短路或者中央处理器温度过高时，可发出蜂鸣报警。
[0080]
图4为一个实施方案中各组成部分的连接和/或信号传输关系示意图。如图4所示，中央处理器接收来自次氯酸发生器的tds/温度的信号、来自电源短路保护器的电路电流信号以及来自用户交互界面的用户指令，并将运算结果相应输出到电源组件的功率因数调整系统，同时还可将tds、温度和发生器新旧程度的信号传输给用户交互界面的相应显示器件。中央处理器还与电源短路保护组件电连接和通信连接，以实现电源短路保护。当电源短路或者中央处理器过热时，风扇蜂鸣器发出蜂鸣报警。
[0081]
本发明对于主机的尺寸没有特别限制，以适宜使用需求为准，例如其长度和宽度彼此独立地可以为100
‑
200mm，优选140
‑
180mm，高度可以为200
‑
400mm，优选250
‑
350mm。
[0082]
图5为主机的外壳的分解示意图。如图5所示，主机包括由u型件53和l件51组成的外壳，在外壳内包括有主电路板52，中央处理器位于主电路板上。
[0083]
图6为主机的内部组成示意图。如图6所示，风扇601通过风扇支架602和608固定在电源603上，电源603通过电源支架604固定在底座605上，底座605通过立柱607固定在主机外壳(未示出)的底部，主机外壳上还固定有支腿611、发生器插头612和电源线护套606。此外，图6中还示出了用于小电路板609
[0084]
本发明的另一目的是提供一种食材净化器，其包括根据本发明的次氯酸分子溶液制备装置。该食材净化器可利用次氯酸分子的强氧化作用，祛除食材中百分之九十以上残留的包括但不限于杀虫剂、除草剂、瘦肉精、孔雀石绿等有害农药残留物质，实现对食材进
行净化的目的。
[0085]
本发明的另一目的是提供一种消毒器，其包括根据本发明的次氯酸分子溶液制备装置。
[0086]
以下通过具体的应用实例说明本发明的次氯酸分子溶液制备装置的使用效果。
[0087]
应用例1：次氯酸分子溶液制备及甲醛祛除
[0088]
试验方法：
[0089]
1)将次氯酸分子溶液制备装置的主机与次氯酸发生器连接，将次氯酸发生器放置于刚好可以没过其的水中(市政自来水2l)，主机通220v交流市电；
[0090]
2)使发生器工作15分钟，生成有效的次氯酸分子溶液；
[0091]
3)将制好的次氯酸分子溶液倒入空气净化器；
[0092]
4)开启空气净化器，作用1小时，作用空间1.5立方米，检测甲醛祛除效果。结果如表1所示。
[0093]
表1
[0094][0095]
应用例2：杀菌应用例
[0096]
将本发明的次氯酸分子溶液制备装置的发生器置于2l菌液中，使装置运行15min后，检测处理后的水样中的菌落数。重复试验3次，结果如表2所示。
[0097]
表2
[0098][0099]
应用例3：杀菌应用例
[0100]
将本发明的次氯酸分子溶液制备装置的发生器置于待净化水样中，使装置运行15分钟后，检测处理后的水样中的菌数。结果如表3所示。
[0101]
表3
[0102][0103]
应用例4：食材净化
[0104]
试验方法：
[0105]
1)标液制备：将所选定的农药残留试验物质用纯净水制备成指定浓度的溶液。
[0106]
2)实验用水的准备：准备市政自来水2l作为实验用水。
[0107]
3)测试液制备：将制备好的溶液分别取1ml加入到1l实验用水中混匀，制备成含农药残留试验物质的测试液。
[0108]
4)将本发明的次氯酸分子溶液制备装置的发生器置于测试液中进行1次约15分钟的消毒作业；
[0109]
5)作用之后，立刻对农药残留试验物质进行检测，结果如表4所示。
[0110]
表4
[0111]
检测项目处理前处理后祛除率(％)检测方法毒死蜱9.95μg/ml0.177μg/ml98.2气相色谱法氯氰菊酯0.1065μg/ml0.0045μg/ml95.8气相色谱法克伦特罗16.748ng/ml0.354ng/ml97.9液质联用法孔雀石绿19.890ng/ml0.238ng/ml98.8液质联用法
[0112]
产业上的可利用性
[0113]
本发明的次氯酸分子溶液制备装置为基于电化学的次氯酸分子溶液制备技术，可以成为化学消毒剂的常用主力升级产品，并应用于婴幼儿等特定群体的皮肤消毒和外伤治疗与恢复。杀菌效果稳定、无残留、杀菌效果好、物理化学性质稳定、对人畜无刺激性，具备在包括但不限于禽畜/水产养殖及动物保护防疫领域、食品加工及食品安全领域等广泛应用的潜力；同时也具备衣物消毒、皮肤消毒、细菌导致表皮炎症的治疗。