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 文章主題 : 認識電解水
文章發表於 : 週一 5月 31, 2010 8:30 am 
電解水基礎研究
詹舒斐、陳仁仲、王今方/工研院能資所節水團
摘要

將水加以電解,在陽極會生成具氧化力之酸性水,陰極則生成具還原力之鹼性水,這兩種不同性質的產出水在實際應用上可分為:

酸性水:殺菌、收斂水、器皿清潔、烹調、電子零件及晶圓清洗等。

鹼性水:飲用、保健醫療、食物清洗浸泡、電子零件及晶圓清洗等。

電解水之應用目前在台灣最常見為市售供飲用之電解水機,以養生保健為主要訴求。為瞭解電解水之作用機構,本研究將以可調整基本參數之實驗用電解水機,深入瞭解電解水之製造與電解水之基本性質與組成變化情形,及植物生長與殺菌效果模擬測試。

實驗結果分述如下:

加入氯化鈉電解可產生具殺菌力之次氯酸根(OCl-)溶液。

隨著電解時間增加,陽極之pH值遞減,氧化還原電位與導電度遞增。

隨著電解時間增加,陰極之氧化還原電位遞減,pH值與導電度遞增。

電解水約可靜置3小時保持性質不變,超過則氧化還原電位逐漸回復電解前狀態,導電度升高,pH值保持不變。

自來水的O17 NMR圖譜半高寬約為100Hz,電解水則為50 Hz,持續監測2天無顯著變化,間接顯示電解水水分子團較自來水為小。

綠豆芽生長測試,其生長速度及高度依次為電解水、麥飯石水、自來水、去離子水。

市售電解水機測試結果大致與上述結果相同。
前言

機能水,顧名思義乃賦與水某種特定效能之新興技術。日本機能水專家藤田 矩彥教授曾為機能水下了一個較為嚴謹之定義1:(1)水本身或(2)水中所含有的微量混雜物,在某種條件下(電解、電場、添加物、高溫高壓),呈現本身卓越的潛在特性,使水達到某種特定的狀況(打斷氫鍵、改變酸鹼度、ORP),或達到某種值得注意的目的(防腐蝕,結垢.. 等)。此種新發現的水,均稱為機能水。舉例來說:水分子團(Cluster)與超臨界水屬於第(1)類,一些壽命有限的活性種子及金屬離子則歸屬於第(2)類。

其中的電解離子水(以下簡稱電解水)在日本已被廣氾應用在生活飲水、醫院消毒,此外工業清洗及農業殺菌方面亦有相關案例。其製造原理與理論基礎較為成熟2。電解水之應用目前在台灣最常見為市售供飲用之電解水機,以養生保健為主要訴求。為瞭解電解水之作用機構,本研究將以可調整基本參數之實驗用電解水機,深入瞭解電解水之製造與電解水基本性質及組成變化情形。希望藉由實驗結果,提供國人使用電解水之相關基本資料,未來更希望能建立電解水之效能測試評估方法,以達到有效利用機能水之目的。
一、電解水的原理1

電解水是以電解方式使水之pH值與氧化還原電位改變,並分解產生O2及H2。一般來說,能讓自由能增加的化學反應是不存在的。因此水在自然狀態下不可能分解產生O2及H2。但是若在水中加入陰極、陽極,通上電流,即能比照法拉第定律發生電解反應。陽極的材料通常以不易溶解的白金或石墨比較妥當。在陰極及陽極的氧化還原反應如下:

陰極:2H2O+2e- = 2OH- + H2 具還原力之鹼性離子水。
E0=0-0.0591pH

陽極:H2O = 2H+ + 1/2O2 + 2e- 具氧化力之酸性離子水 。
E0=1.228-0.0591pH

陰極和陽極表面生成氫與氧後,電極四週的水,便會傾向鹼性和酸性,氧化還原電位亦隨之改變。在兩極之間插入能限制水移轉的多孔性半透膜,或能讓陰陽離子有選擇性通過的陰陽離子半透膜,即能自陰極收集氫氧離子濃度高具還原力的鹼性水,陽極收集氫離子濃度高且具氧化力的酸性水,自陰極、陽極產生之電解水稱謂目前並未統一,電解酸性水亦稱為電解氧化水,電解鹼性水則是電解還原水,本文為統一起見一律稱電解鹼性水、電解酸性水。
二、電解水的應用

1.鹼性離子水(pH=9-11):

根據廠商之使用建議,主要為生飲、解宿醉、沖茶,咖啡、調酒、沖泡奶粉、煮飯、烹調用水、清洗蔬菜、植物澆灌等。

日本有醫療機構,以鹼性離子水代替一般飲用水供給患者飲用。其宣稱之療效包括治療胃腸不適、便秘、下痢、糖尿病、高血壓、改善體質等。台灣亦有學者指出鹼性離子水可消除人體內之自由基(free radical)4 (自由基含不安定之不成對電子,過多可破壞人體之脂質,甚至最後使細胞突變而產生癌症)。
此外NEC公司在1994年曾提出以鹼性離子水清洗切割晶圓表面,比一般所用之氨水更能有效去除塵粒,且減少化學品之使用與廢水處理成本6。

2.酸性離子水(pH=5-2.5):

弱酸性離子水可當皮膚收斂劑使用,據稱有美容效果亦可清潔器皿、擦拭傢俱等。pH值小於2.5之超酸性水則有殺菌功能,日本有醫療機構以超酸性水作為消毒傷口及殺菌用。農業上也有以超酸性水替代農藥殺菌,再以鹼性水改善土壤pH值之例子。日本NEC及Organo公司則發展出以酸性離子水清洗晶圓表面之殘餘金屬離子8,可減少化學藥劑之使用量。

參考資料
http://ecaaser3.ecaa.ntu.edu.tw/weifang ... E3%A8s.htm


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