制備包含陽(yáng)離子和陰離子的溶液的裝置和方法
【專利摘要】離子對(duì)人的生命是很重要的。當(dāng)前選擇離子類型和濃度的方法是傳統(tǒng)的化學(xué)溶解方法。本發(fā)明提出了一種制備包含陽(yáng)離子和陰離子的溶液(5)的裝置和方法。所述裝置包括：至少一個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊(10)，所述至少一個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊中的每一個(gè)均被配置為釋放至少一種類型的陽(yáng)離子；至少一種陰離子釋放模塊(12)，所述至少一種陰離子釋放模塊中的每一個(gè)均被配置為釋放至少一種類型的陰離子；和被配置成控制所述至少一個(gè)所述陽(yáng)離子釋放模塊(10)和至少一個(gè)所述陰離子釋放模塊(12)以釋放相應(yīng)類型的離子的控制器(14)。本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)分別控制陽(yáng)離子和陰離子自動(dòng)地制備溶液。
【專利說(shuō)明】制備包含陽(yáng)離子和陰離子的溶液的裝置和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)涉及包含陽(yáng)離子和陰離子的溶液的制備，特別是包含選擇性陽(yáng)離子和陰離子的溶液的制備。

【背景技術(shù)】
[0002]離子是帶電粒子，其在活的有機(jī)體內(nèi)，以及在工業(yè)和家庭應(yīng)用中具有各種功能。
[0003]目前，包含離子的溶液采用傳統(tǒng)的化學(xué)溶解的方法來(lái)制備。例如，包含K+和Cl—的溶液可以通過(guò)在諸如水的溶劑中溶解氯化鉀(KCl)，或稀釋濃縮的KCl溶液來(lái)制備。
[0004]然而，以這種方式，陰離子和陽(yáng)離子都按照摩爾比添加，這是不可控的。例如，通過(guò)在水中溶解KCl，K+和Cr以1:1的摩爾比添加。通過(guò)溶解似2304，似+和3042-以摩爾比2:1添加。
[0005]因此，結(jié)果是，具有能夠更好地控制到溶液中的離子釋放的新的方法和裝置是重要且有意義的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)上述傳統(tǒng)的方法，為了制備包含某些類型的陽(yáng)離子(例如K+)和陰離子(例如cr)的溶液，可以使用離解成陽(yáng)離子和陰離子的相應(yīng)電解質(zhì)(例如KCi)。可替代地，具有所需陽(yáng)離子的一種電解質(zhì)和具有所需陰離子的另一電解質(zhì)被一起使用，以提供所需的陽(yáng)離子和陰離子的溶液，該溶液包含不需要的其它離子。鑒于在不同情況下可能需要陽(yáng)離子和陰離子的不同組合，用戶必須管理大量種類的電解質(zhì)。
[0007]此外，對(duì)于諸如KCl之類的電解質(zhì)，只要諸如K+之類的陽(yáng)離子例的濃度是確定的，諸如Cr之類的陰離子的濃度由此確定。如果需要制備具有濃度為X的K+和濃度為y的Cl—的溶液，其中X與y不同，額外類型的化學(xué)品，例如K2S04、HC1等等，將需要被加入到該溶液中，這意味著陽(yáng)離子和陰離子的濃度必須通過(guò)各添加劑的精確重量測(cè)量預(yù)先被控制。
[0008]此外，在制備溶液中，為了獲得一些諸如H+之類的離子，用戶可能必須使用腐蝕性化學(xué)品，例如HCUH2SOJt為制備的原材料或中間材料，這對(duì)用戶是危險(xiǎn)的。
[0009]為了更好地解決上述問(wèn)題中的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題，具有自動(dòng)制備包含陽(yáng)離子和陰離子的溶液的裝置是有利的。這對(duì)單獨(dú)地控制陽(yáng)離子和陰離子的種類也是有利的。
[0010]此外，如果該裝置單獨(dú)并自動(dòng)控制陰離子和陽(yáng)離子的各自濃度，將是有利的。
[0011]此外，如果該裝置的用戶擺脫令人不快的腐蝕性化學(xué)品將是有利的。
[0012]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，用于制備包含陽(yáng)離子和陰離子的溶液的裝置包括:
[0013]-至少一個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊，所述至少一個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊中的每個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊均被配置為釋放至少一種類型的陽(yáng)離子；
[0014]-至少一個(gè)陰離子釋放模塊，所述至少一個(gè)銀離子釋放模塊中的每個(gè)銀離子釋放模塊均被配置為釋放至少一種類型的陰離子；
[0015]-控制器，被配置為控制至少一個(gè)所述陽(yáng)離子釋放模塊和至少一個(gè)所述陰離子釋放模塊以釋放相應(yīng)類型的離子。
[0016]陽(yáng)離子釋放模塊和陰離子釋放模塊可分別釋放某種類型的陽(yáng)離子和陰離子到溶液中。因此，溶液中的陽(yáng)離子和陰離子的種類可以被分別控制。
[0017]此外，通過(guò)所述裝置從多種類型的陽(yáng)離子和/或陰離子中為溶液選擇所需類型的陽(yáng)離子和陰離子將是有利的。為了更好地解決這一問(wèn)題，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述裝置包括至少兩個(gè)分別用于不同類型陽(yáng)離子的陽(yáng)離子釋放模塊，和/或至少兩個(gè)分別用于不同類型陰離子的陰離子釋放模塊。在該優(yōu)選實(shí)施例中，只通過(guò)少數(shù)幾個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊和陰離子釋放模塊，能夠提供具有陽(yáng)離子和陰離子的各種組合的溶液，考慮到了靈活性和簡(jiǎn)單性兩者。
[0018]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，陽(yáng)離子釋放模塊包括:連接到控制器并被配置為浸入在溶液中的金屬和/或合金電極；所述控制器被配置為在金屬和/或合金電極上施加正電壓，使得陽(yáng)離子被釋放到溶液中。
[0019]該實(shí)施例提供了用于陽(yáng)離子釋放模塊的【具體實(shí)施方式】。所述金屬和/或合金電極的尺寸小，因而多種類型的電極可以被裝配在所述裝置中，以為陽(yáng)離子的選擇提供多樣性。此外，金屬和/或合金電極具有高容量的陽(yáng)離子存儲(chǔ)并便于運(yùn)輸和使用，這將有益于國(guó)內(nèi)應(yīng)用。在一個(gè)實(shí)施例中，活性金屬陽(yáng)極可被用于產(chǎn)生金屬陽(yáng)離子。在替代實(shí)施例中，惰性金屬陽(yáng)極被使用，將進(jìn)行水電解并且可以生成H+陽(yáng)離子。這可避免腐蝕性酸，例如HCUH2SO4的參與，因而對(duì)用戶是安全的。
[0020]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，陽(yáng)離子釋放模塊包括用于容納包含第一類型陽(yáng)離子的第一電解質(zhì)的第一容器，該第一容器具有陽(yáng)離子膜，用于從溶液中分離第一電解質(zhì)，并且控制器被配置為在第一電解質(zhì)中施加正電壓，使得第一類型陽(yáng)離子穿過(guò)陽(yáng)離子膜被釋放到溶液中。
[0021]該實(shí)施例為陽(yáng)離子釋放模塊提供了另一種【具體實(shí)施方式】。難以可控制地由金屬電極產(chǎn)生的活性金屬陽(yáng)離子，諸如Na+、K+、Ca2+和Mg2+，在本實(shí)施例中可以被存儲(chǔ)并可控地被釋放。
[0022]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，陰離子釋放模塊包括用于容納包含第二類型陰離子的第二電解質(zhì)的第二容器，該第二容器具有陰離子膜，用于從溶液中分離第二電解質(zhì)，并且控制器被配置為在第二電解質(zhì)中施加負(fù)電壓，使得第二類型陰離子通過(guò)陰離子膜被釋放到溶液中。
[0023]不像陽(yáng)離子，從電極釋放陰離子可能是困難的，從而該實(shí)施例提供了一種用于陰離子釋放模塊的【具體實(shí)施方式】。
[0024]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，陽(yáng)離子釋放模塊包括存儲(chǔ)第一類型陽(yáng)離子并被配置成浸入溶液中的陽(yáng)離子絡(luò)合聚合物和/或凝膠，控制器被配置為在電解溶液中的水并生成H+離子，所述H+離子進(jìn)入陽(yáng)離子絡(luò)合聚合物和/或凝膠并且從聚合物和/或凝膠中交換出第一類型陽(yáng)離子并進(jìn)入溶液中。
[0025]另外或可替代地，陰離子釋放模塊包括存儲(chǔ)第二類型陰離子并被配置成浸入溶液中的陰離子絡(luò)合聚合物和/或凝膠，控制器被配置為在電解溶液中的水，并生成OF離子，所述OH—離子進(jìn)入陰離子絡(luò)合聚合物和/或凝膠，并從聚合物和/或凝膠中交換出第二類型陰離子并進(jìn)入溶液中。
[0026]該實(shí)施例仍為陽(yáng)離子釋放模塊和陰離子釋放模塊提供了其它的【具體實(shí)施方式】。所述聚合物和/或凝膠易于被替換并且具有成本效益。
[0027]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，控制器向陽(yáng)離子釋放模塊和陰離子釋放模塊提供電流以釋放離子；控制器被配置為根據(jù)相應(yīng)陽(yáng)離子的第一濃度，確定流過(guò)每個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊的電流振幅和流動(dòng)時(shí)間；和/或
[0028]所述控制器被配置為根據(jù)相應(yīng)陰離子的第二濃度，確定流過(guò)每個(gè)陰離子釋放模塊的電流振幅和流動(dòng)時(shí)間；
[0029]其中所述控制器被配置成為陽(yáng)離子釋放模塊和陰離子釋放模塊控制電流振幅和流動(dòng)時(shí)間，以保持所生成的陽(yáng)離子的總電量和所生成的陰離子的總電量相等。
[0030]該實(shí)施例提供了用于自動(dòng)地分別控制陽(yáng)離子和陰離子中的每一者的濃度，而不涉及精確重量測(cè)量的【具體實(shí)施方式】。該實(shí)施例相當(dāng)自動(dòng)并且對(duì)于用戶制備具有所需離子濃度的溶液是靈活的。
[0031]在一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置包括用于容納溶液的第三容器。在一個(gè)變化的實(shí)施例中，該裝置可被放置在溶液中，該裝置的尺寸可以很小。
[0032]用于各種用途的溶液，例如用于飲用的礦泉水，用于豆腐制作、皮膚護(hù)理、消毒和洗衣的水，應(yīng)包含不同類型的合適的陽(yáng)離子和/或陰離子。因此，根據(jù)實(shí)際需要提供溶液將是有利的。為了更好地解決這一問(wèn)題，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該裝置還包括:被配置成確定所述溶液的用途的第一單元；被配置成根據(jù)所確定的用途，確定第一類型陽(yáng)離子和/或第二類型陰離子的第二單元；并且所述控制器根據(jù)第一類型陽(yáng)離子和/或第二類型陰離子選擇陽(yáng)離子釋放模塊和/或陰離子釋放模塊。
[0033]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種制備包含陽(yáng)離子和陰離子的溶液的方法，包括以下步驟:
[0034]-從至少一個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊中選擇至少一個(gè)，以釋放相應(yīng)的陽(yáng)離子到溶液中；
[0035]-從至少一個(gè)陰離子釋放模塊中選擇至少一個(gè)，以釋放相應(yīng)的陰離子到溶液中。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0036]通過(guò)借助于附圖閱讀非限制性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。
[0037]圖1至圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的不同的裝置的框圖；
[0038]圖5示出了如圖1至4所示的裝置I的陽(yáng)離子釋放模塊10的一個(gè)具體實(shí)施例；
[0039]圖6示出了如圖1至4所示的裝置I的陽(yáng)離子釋放模塊10’的另一個(gè)具體實(shí)施例；
[0040]圖7示出了如圖1至4所示的裝置I的陰離子釋放模塊12的一個(gè)具體實(shí)施例；
[0041]圖8示出了裝置I的一個(gè)實(shí)施例，其包括具有電流流動(dòng)方向的陽(yáng)離子釋放模塊10和10’以及陰離子釋放模塊12和12’。
[0042]圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法9的流程圖。
[0043]其中，相同或相似的附圖標(biāo)記指的是相同或相似的組件/模塊。

【具體實(shí)施方式】
[0044]下面列出了一些典型的離子和相應(yīng)用途:
[0045]l)Ca2+:鈣是骨骼及牙齒的組成部分。它還可以用作生物信使。在水中的Ca2+濃度影響洗滌劑的效率，并且有時(shí)會(huì)導(dǎo)致不溶性沉淀。
[0046]2)K+和Na+:鉀和鈉離子在動(dòng)物體內(nèi)的主要功能是保持特別是在腎臟內(nèi)的滲透平衡。
[0047]3)Mg2+:最重要地，鎂離子是葉綠素的組成部分。它還涉及水的硬度。
[0048]4) CF:氯離子在人體內(nèi)的內(nèi)環(huán)境的平衡中是很重要的，并且氯化物也是胃酸的組成。
[0049]5)C032_:在血液中，大約85%的二氧化碳被轉(zhuǎn)化成允許更大運(yùn)輸速率的碳酸根離子。
[0050]6)PO43-:三磷酸腺苷是以可進(jìn)入形式存儲(chǔ)能量的常用分子。骨骼是磷酸鈣。
[0051]7)Fe273+:血紅蛋白，主要的攜氧分子具有中央鐵離子。三價(jià)的鐵離子能凝結(jié)蛋白質(zhì)并被用于止血?jiǎng)┲小?br> [0052]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種制備包含陽(yáng)離子和陰離子的溶液的裝置1，包括:
[0053]-至少一個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊10，所述至少一個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊中的每一個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊均被配置為釋放至少一種類型的陽(yáng)離子到溶液中；
[0054]-至少一個(gè)陰離子釋放模塊12，所述至少一個(gè)銀離子釋放模塊中的每一個(gè)銀離子釋放模塊均被配置為釋放至少一種類型的陰離子；
[0055]-控制器14，被配置成控制至少一個(gè)所述陽(yáng)離子釋放模塊和至少一個(gè)所述陰離子釋放模塊以釋放相應(yīng)類型的離子。
[0056]在不同的實(shí)施例中，根據(jù)需要，陽(yáng)離子釋放模塊10或陰離子釋放模塊12的數(shù)量可以完全改變。圖1-4示出了根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的不同的裝置I的框圖。在圖1所示的實(shí)施例中，該裝置I包括一個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊10和一個(gè)陰離子釋放模塊12。在該實(shí)施例中，在溶液中的陽(yáng)離子和陰離子的類型是固定的。在如圖2所示的更復(fù)雜的實(shí)施例中，裝置I包括一個(gè)陰離子釋放模塊12和若干個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊10、10’和10”，以與任何陽(yáng)離子或任何陽(yáng)離子的組合一起釋放固定的陰離子。此外，類似地，在如圖3所示的更復(fù)雜的實(shí)施例中，該裝置I包括一種陽(yáng)離子釋放模塊10和若干個(gè)陰離子釋放模塊12、12’和12”，以與任何陰離子或任何銀離子的組合一起來(lái)釋放固定的陽(yáng)離子。此外，在如圖4所示的實(shí)施例中，裝置I包括若干個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊10、10’和若干個(gè)陰離子釋放模塊12、12’以釋放陰離子和陽(yáng)離子的不同組合。應(yīng)當(dāng)理解，在其他實(shí)施例中，陰離子釋放模塊和陽(yáng)離子釋放模塊中的任一者或兩者的數(shù)目可以與圖1-4所示的數(shù)目不同。
[0057]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，如圖9所示。提供了一種制備包含陽(yáng)離子和陰離子的溶液的方法，包括以下步驟:
[0058]-S94:從至少一個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊中選擇至少一個(gè)以釋放相應(yīng)的陽(yáng)離子到溶液中；
[0059]-S96:從至少一個(gè)陰離子釋放模塊中選擇至少一個(gè)以釋放相應(yīng)的陰離子到溶液中。
[0060]已經(jīng)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例描述了裝置的不同結(jié)構(gòu)和方法，下面的部分將針對(duì)陽(yáng)離子釋放模塊和陰離子釋放模塊以及施加到其的控制闡明不同的具體實(shí)施例。
[0061]籲陽(yáng)離子釋放模塊
[0062]在一個(gè)實(shí)施例中，陽(yáng)離子釋放模塊10包括連接到控制器并被配置成浸入溶液中的金屬和/或合金電極2。并且控制器被配置為在金屬和/或合金電極上施加正電壓，使得陽(yáng)離子被釋放到溶液中。
[0063]如圖5所示，電極2由活性金屬A制成并用作陽(yáng)極。電極2浸入溶液5中，并且當(dāng)正電壓被施加在電極2上時(shí)(其中負(fù)電壓被施加在溶液5中)，在電極2內(nèi)的金屬原子失去電子，并且陽(yáng)離子Am+從電極2被釋放并且進(jìn)入溶液5中。優(yōu)選地，在一些實(shí)施例中，活性金屬陽(yáng)離子，諸如Al3+、Zn2+、Fe3+、Sn2+、Cu2+和Ag+，可以在該策略中被釋放。該電極方程式被列出如下:
[0064]Al - 3丨—Al3+ ；
[0065]Zn - 2e — Zn2+ ；
[0066]Fe - 3e_ — Fe3+ ；
[0067]Sn - 2e_ — Sn2+ ；
[0068]Cu _ 2e — Cu2+ ;和
[0069]Ag - e_ — Ag.
[0070]其中，e_代表電子。
[0071]在一個(gè)替代實(shí)施例中，諸如Pt電極之類的惰性金屬電極被用作陽(yáng)極，水電解將在陽(yáng)極進(jìn)行，并且H+陽(yáng)離子可以在溶液中生成。這可以產(chǎn)生H+陽(yáng)離子而無(wú)需溶解腐蝕性酸添加劑，例如HCl、H2SO4,因此它對(duì)用戶是安全的。
[0072]金屬和/或合金電極的尺寸小，因而多種類型的電極可以安裝在該裝置I中，以提供陽(yáng)離子選擇的多樣性。
[0073]關(guān)于方法方面，第一選擇步驟包括:在金屬和/或合金電極2上施加正電壓，使得陽(yáng)離子被釋放到溶液中。
[0074]在如圖6所示的另一個(gè)實(shí)施例中，陽(yáng)離子釋放模塊10’包括用于容納包含第一類型陽(yáng)離子Am+的第一電解質(zhì)6的第一容器3，并且第一容器3例如被配置成浸入到溶液5中。第一容器3具有陽(yáng)離子膜30，用于從溶液5中分離第一電解質(zhì)6，并且陽(yáng)離子膜30僅允許陽(yáng)離子通過(guò)，即從第一容器3到溶液5。并且陽(yáng)離子釋放模塊10’包括陽(yáng)極32，所述陽(yáng)極32的一端浸入第一電解質(zhì)6內(nèi)，并且另一端連接到控制器14(未在圖6中示出)，所述控制器14被配置經(jīng)由陽(yáng)極32對(duì)第一電解質(zhì)6施加正電壓。陽(yáng)離子H+在第一電解質(zhì)6內(nèi)產(chǎn)生。為了在第一電解質(zhì)6內(nèi)保持電中性，陽(yáng)離子Am+通過(guò)陽(yáng)離子膜30流出第一電解質(zhì)6進(jìn)入溶液5中。
[0075]該實(shí)施例為陽(yáng)離子釋放模塊提供了另一種【具體實(shí)施方式】。難以由金屬陽(yáng)極可控制地產(chǎn)生的諸如Na+、K+、Ca2+和Mg2+之類的活性金屬陽(yáng)離子，在本實(shí)施例中可以被存儲(chǔ)并可控制地釋放。
[0076]關(guān)于方法方面，第一選擇步驟S94包括對(duì)第一電解質(zhì)施加正電壓使得陽(yáng)離子通過(guò)陽(yáng)離子膜30被釋放到溶液中。
[0077]在又一實(shí)施例中，能夠在電氣控制下釋放陽(yáng)離子的其它材料，諸如聚合物、凝膠，也可以用作陽(yáng)離子釋放模塊。具體地，存儲(chǔ)這種類型陽(yáng)離子的陽(yáng)離子絡(luò)合聚合物或凝膠被配置成浸入溶液中，并且控制器14被配置為電極溶液中的水以生成H+陽(yáng)離子。H+陽(yáng)離子進(jìn)入陽(yáng)離子絡(luò)合聚合物和/或凝膠，并在電場(chǎng)的作用下將這種類型的存儲(chǔ)的陽(yáng)離子交換出聚合物或凝膠，并且這種類型的陽(yáng)離子在電場(chǎng)的作用下進(jìn)入溶液中。在一個(gè)實(shí)施方式中，一個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊可以包含存儲(chǔ)和釋放一種類型陽(yáng)離子的一種聚合物。如果需要若干種類型的陽(yáng)離子，應(yīng)部署分別具有相應(yīng)的聚合物的若干個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊。在一個(gè)變化的實(shí)施方式中，一個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊可以包含一種存儲(chǔ)若干種類型的陽(yáng)離子的聚合物，或包含若干個(gè)分別存儲(chǔ)一種類型的陽(yáng)離子的聚合物。在這個(gè)變化的實(shí)施方式中，若干種類型的陽(yáng)離子將被同時(shí)釋放。
[0078]上面的描述給出了針對(duì)陽(yáng)離子釋放模塊10的實(shí)施方式，并且下面的描述將闡明針對(duì)陰離子釋放模塊12的實(shí)施方式。
[0079].陰離子釋放模塊
[0080]在一個(gè)實(shí)施例中，如圖7所示，陰離子釋放模塊12包括用于容納包含第二類型陰離子Bn_的第二電解質(zhì)7的第二容器4，并且第二容器4例如被配置成浸入到溶液5中。第二容器4具有陰離子膜40，用于分離第二電解質(zhì)7和溶液5，并且陰離子膜40僅允許陰離子通過(guò)，即從第二容器4到溶液5。并且陽(yáng)離子釋放模塊10包括陰極42，所述陰極的一端浸入第二電解質(zhì)7內(nèi)，并且另一端連接到控制器14，所述控制器14被配置為經(jīng)由陰極42對(duì)第二電解質(zhì)7施加負(fù)電壓。陰離子0!Γ在第二電解質(zhì)7內(nèi)產(chǎn)生。為了在第二電解質(zhì)7內(nèi)保持電中性，陰離子Βη_通過(guò)陰離子膜40流出第二電解質(zhì)7進(jìn)入溶液5中。
[0081]在一個(gè)例子中，在溶液5中需要酸根，例如Cl' SO廣。在現(xiàn)有技術(shù)中，用戶可能不得不操縱HCl或H2SO4,并且這是危險(xiǎn)的。當(dāng)使用本發(fā)明的實(shí)施例時(shí)，陰離子釋放模塊12可以使用KCl或Na2SO4溶液作為第二電解質(zhì)7。酸根被釋放而無(wú)需用戶的操縱，并且用戶可以遠(yuǎn)離腐蝕性化學(xué)品。
[0082]關(guān)于方法方面，第二選擇步驟包括:對(duì)第二電解質(zhì)施加負(fù)電壓使得陰離子通過(guò)陰離子膜40被釋放到溶液中。
[0083]在又一實(shí)施例中，能夠在電氣控制下釋放陰離子的其它材料也可以用來(lái)作為陰離子釋放模塊，諸如聚合物、凝膠。具體地，存儲(chǔ)這種類型陰離子的陰離子絡(luò)合聚合物或凝膠被配置成浸入溶液中，并且控制器被配置為電解溶液中的水并產(chǎn)生0Η_陰離子。0Η_陰離子進(jìn)入陰離子聚合物或凝膠，并在電場(chǎng)的作用下從聚合物或凝膠中交換出這種類型的存儲(chǔ)的陰離子，并且這種類型的陰離子在電場(chǎng)的作用下進(jìn)入溶液。在一個(gè)實(shí)施方式中，一種陰離子釋放模塊可以包含存儲(chǔ)和釋放一種類型的陰離子的一種聚合物。如果需要若干種類型的陰離子，應(yīng)該部署若干個(gè)分別具有對(duì)應(yīng)的聚合物的陰離子釋放模塊。在變化的實(shí)施方式中，一種陰離子釋放模塊可以包含存儲(chǔ)若干種類型的陰離子的一種聚合物，或包含分別存儲(chǔ)一種類型的陰離子的若干種聚合物。在這個(gè)變化的實(shí)施方式中，若干種類型的陰離子將被同時(shí)釋放。
[0084]一般，不像釋放金屬陽(yáng)離子的金屬陽(yáng)極，大多數(shù)陰極本身不能釋放陰離子，因此，具有含有陰離子的溶液和陰離子絡(luò)合聚合物和/或凝膠的上述實(shí)施例，使釋放陰離子成為可能。
[0085]上面的描述闡述了裝置I的結(jié)構(gòu)以及陽(yáng)離子釋放模塊10和陰離子釋放模塊12的【具體實(shí)施方式】。以下描述將闡明如何控制每個(gè)模塊，以獲得陽(yáng)離子和陰離子中的每個(gè)的所需濃度。
[0086]具有兩個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊10和兩個(gè)陰離子釋放模塊12的裝置I被作為例子并在圖8中示出?？刂破?4向陽(yáng)離子釋放模塊10和陰離子釋放模塊12提供電流以釋放離子，并且控制器14控制每個(gè)模塊的電流振幅和電流流動(dòng)時(shí)間，以獲得所需的濃度。為了易于理解，所有的陽(yáng)離子釋放模塊10和10’類似于圖6中所示的模塊，并且陰離子釋放模塊12和12’類似于圖7所示的模塊。該裝置還包括用于容納溶液5的第三容器50，并且這些模塊被放置在容器50內(nèi)并被配置成浸入到溶液5中。
[0087]釋放的陽(yáng)離子和陰離子的濃度與為每個(gè)模塊由電流隨時(shí)間提供的電量(Q =txi)密切相關(guān)。該方程式可被寫(xiě)為:
[0088]mXCA1m+XV = tXIA1 ；nXCA2n+XV = tXIA2 ；
[0089]ο X Cbi0^X V = tX Ibi ；p X Cb2p^X V = tX IA2。
[0090]其中m、η、o和p是陽(yáng)離子和陰離子的電荷數(shù)Kai' CA2n+、CB1°_和CB2P_是陽(yáng)離子和陰離子的濃度是溶液S的體積，IA1, IA2、Ibi和Ia2是流過(guò)模塊的電流；t是電流流動(dòng)并釋放離子的時(shí)間。給定陽(yáng)離子和陰離子的所需濃度，控制器14根據(jù)相應(yīng)的離子濃度，連同離子的電荷數(shù)及溶液的體積S —起，確定流過(guò)相應(yīng)模塊的電流振幅和流動(dòng)時(shí)間。例如，對(duì)于Alm+，給定所需濃度CA1m+，電流Iai和時(shí)間t應(yīng)符合下列表達(dá)式:
[0091]tXIA1 = mXCA1m+XV0
[0092]為了維持電中性，釋放的陽(yáng)離子和陰離子應(yīng)滿足下列方程式:
[0093]m X CA1m++n X CA2n+ = ο X CB1『+p X CB2P_
[0094]而且，釋放的離子總量，可以通過(guò)流過(guò)離子模塊的總電量進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，其可被記錄為:
[0095]Qtotal = Σ tXIAi = Σ tXIBi = Σ Hii X CAiml+X V = Σ OjXCbj0^XVo
[0096]例如，
[0097]1.當(dāng)Iai = Ibi關(guān)O并且IA2 = Ib2 = O時(shí),貝丨J Alm+和B廣按照濃度比o:m被釋放。
[0098]2.當(dāng)Iai = Ib2關(guān)O并且IA2 = Ibi = O時(shí),貝丨J Alm+和B2r按照濃度比q:m被釋放。
[0099]3.當(dāng) Iai = 2IB1 = 2Ib2 并且 Ia2 = O 時(shí)，則 ΑΓ+、BI?！?Β2Γ 按照濃度比 2oq:mq:mo被釋放。
[0100]4.通過(guò)控制電流分布，不同的陽(yáng)離子和陰離子的復(fù)雜組合可被釋放。
[0101]該實(shí)施例提供了用于分別控制陽(yáng)離子和離子中的每一個(gè)的濃度的【具體實(shí)施方式】。該實(shí)施例相當(dāng)自動(dòng)化且對(duì)于用戶制備具有所需離子濃度的溶液是靈活的。
[0102]關(guān)于方法方面，所述方法還包括:
[0103]根據(jù)相應(yīng)陽(yáng)離子的第一濃度，確定流過(guò)每個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊10的電流振幅和流動(dòng)時(shí)間；和/或
[0104]根據(jù)相應(yīng)陰離子的第二濃度，確定流過(guò)每個(gè)陰離子釋放模塊12的電流振幅和流動(dòng)時(shí)間；
[0105]并且包括:
[0106]控制針對(duì)陽(yáng)離子釋放模塊10和陰離子釋放模塊12的電流振幅和流動(dòng)時(shí)間，以保持所產(chǎn)生的陽(yáng)離子的總電量和所產(chǎn)生的陰離子的總電量相同。
[0107]在該實(shí)施方式中，對(duì)于各種用途的溶液，例如用于飲用的礦泉水，用于豆腐制作、皮膚護(hù)理、消毒或洗衣的水，應(yīng)包含不同類型合適的陽(yáng)離子和/或陰離子。因此，對(duì)于一個(gè)單個(gè)裝置，根據(jù)不同的實(shí)際需要提供不同的溶液將是有利的。為了更好地解決這一問(wèn)題，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該裝置還包括:
[0108]第一單元，其被配置為獲得關(guān)于溶液用途的信息；
[0109]第二單元，其被配置為根據(jù)所獲得的信息，確定溶液中的第一類型陽(yáng)離子和/或第二類型陰離子；
[0110]并且控制器14根據(jù)所確定的第一類型陽(yáng)離子和/或所確定的第二類型陰離子，選擇至少一個(gè)所述陽(yáng)離子釋放模塊10和/或至少一個(gè)所述陰離子釋放模塊12。
[0111]例如，為了制備用于飲用的礦泉水，陽(yáng)離子是Na+、K+、Ca2+和Mg2+，同時(shí)陰離子是SO42-和Cr。為了制備用于皮膚護(hù)理和口腔護(hù)理的水，陽(yáng)離子可以是Ca2+、Mg2+、Zn2+并且陰離子是N03_或SO42'為了制備用于消毒和衛(wèi)生的水，陽(yáng)離子可以是Ag+和H+，并且陰離子可以是S2O82'在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，溶液不直接被使用，而是經(jīng)歷進(jìn)一步的處理，例如溶液的用途是被電解以產(chǎn)生相應(yīng)的氣體，例如Cl2。在這種情況下，控制器14選擇模塊以釋放相應(yīng)的離子到溶液中，例如選擇Cl—釋放模塊以釋放cr到溶液中，以便產(chǎn)生Cl2。
[0112]被配置成獲得信息的第一單元可以是被配置成接收來(lái)自用戶的輸入的用戶接口。如果該裝置被附連到并輸出溶液到適于利用該溶液的諸如水分配器、豆腐制作機(jī)、洗衣機(jī)之類的設(shè)備，則該接口可以是機(jī)器對(duì)機(jī)器的接口以從所述設(shè)備接收指令。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一單元也可以是預(yù)存儲(chǔ)有關(guān)該溶液的用途信息的存儲(chǔ)器。
[0113]關(guān)于方法方面，如圖9所示，在步驟S94和S96之前，該方法還包括以下步驟:
[0114]-S90:獲得關(guān)于溶液的用途的彳目息；和
[0115]-S96:根據(jù)所獲得的信息，確定溶液中的第一類型陽(yáng)離子和/或第二類型陰離子；
[0116]所述兩個(gè)選擇步驟根據(jù)所確定的第一類型陽(yáng)離子和/或所確定的第二類型陰離子，分別選擇陽(yáng)離子釋放模塊10和/或陰離子釋放模塊12。
[0117]通過(guò)研究說(shuō)明書(shū)、附圖和所附權(quán)利要求，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠理解并實(shí)現(xiàn)所公開(kāi)的實(shí)施例的修改。例如，每個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊均可同時(shí)包含和釋放兩種或更多種類型的陽(yáng)離子，諸如Na+，Ca2+和
[0118]Mg2+，并且每個(gè)陰離子釋放模塊均可以同時(shí)包含并釋放兩種或更多種類型的陰離子。不脫離本發(fā)明的精神的所有這些修改都將被包括在所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
[0119]詞語(yǔ)“包括”不排除在權(quán)利要求或說(shuō)明書(shū)中未列出的步驟或元件的存在。在元件之前的單詞“一個(gè)(a)”或“一個(gè)(an)”不排除多個(gè)這樣的元件的存在。在本發(fā)明的實(shí)踐中，在權(quán)利要求中的若干技術(shù)特征可以由一個(gè)部件來(lái)體現(xiàn)。在權(quán)利要求中，置于括號(hào)之間的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為限制該權(quán)利要求。“A，B和C中的至少一個(gè)”應(yīng)包括下列中的任何一個(gè):A ；B ；C ；A 和 B ;A 和 C ；B 和 C ;A 和 B 和 C。
【權(quán)利要求】
1.一種制備包含陽(yáng)離子和陰離子的溶液的裝置，包括: -至少一個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊(10)，所述至少一個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊中的每個(gè)均被配置為釋放至少一種類型的陽(yáng)離子； -至少一個(gè)陰離子釋放模塊(12)，所述至少一個(gè)陰離子釋放模塊中的每個(gè)均被配置為釋放至少一種類型的陰離子； -控制器(14)，被配置為控制至少一個(gè)所述陽(yáng)離子釋放模塊和至少一個(gè)所述陰離子釋放模塊以釋放對(duì)應(yīng)類型的離子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述裝置包括至少兩個(gè)分別用于不同類型的陽(yáng)離子的陽(yáng)離子釋放模塊(10，10’)， 和/或 至少兩個(gè)分別用于不同類型的陰離子的陰離子釋放模塊(12，12’)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述陽(yáng)離子釋放模塊包括: -連接到所述控制器并且被配置為浸入所述溶液中的金屬和/或合金電極(2); 所述控制器(14)被配置為在所述金屬和/或合金電極(2)上施加正電壓，使得陽(yáng)離子被釋放到所述溶液中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述陽(yáng)離子釋放模塊包括用于容納包含所述類型的陽(yáng)離子的第一電解質(zhì)的第一容器(3)，所述第一容器(3)具有分離所述第一電解質(zhì)與所述溶液的陽(yáng)離子膜(30)， 所述控制器(14)被配置為對(duì)所述第一電解質(zhì)施加正電壓，使得所述類型的陽(yáng)離子通過(guò)所述陽(yáng)離子膜(30)被釋放到所述溶液中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的裝置，其中所述陰離子釋放模塊包括用于容納包含所述類型的陰離子的第二電解質(zhì)的第二容器(4)，所述第二容器(4)具有用于分離所述第二電解質(zhì)與所述溶液的陰離子膜(40)， 所述控制器(14)被配置為對(duì)所述第二電解質(zhì)施加負(fù)電壓，使得所述類型的陰離子通過(guò)所述陰離子膜(40)被釋放到所述溶液中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述陽(yáng)離子釋放模塊(10)包括存儲(chǔ)所述陽(yáng)離子并且被配置為浸入所述溶液中的陽(yáng)離子絡(luò)合聚合物和/或凝膠， 所述控制器(14)被配置為電解所述溶液中的水并且生成H+離子，所述H+離子進(jìn)入所述陽(yáng)離子絡(luò)合聚合物和/或凝膠并且從所述聚合物和/或凝膠中交換出所述類型的陽(yáng)離子并且進(jìn)入所述溶液中； 和/或 所述陰離子釋放模塊(12)包括存儲(chǔ)所述陰離子并且被配置為浸入所述溶液中的陰離子絡(luò)合聚合物和/或凝膠， 所述控制器(14)被配置為電解所述溶液中的水并且生成OH_離子，所述0!1_離子進(jìn)入所述陰離子絡(luò)合聚合物和/或凝膠并且從所述聚合物和/或凝膠中交換出所述類型的陰離子并且進(jìn)入所述溶液中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述控制器(14)向所述陽(yáng)離子釋放模塊(10)和所述陰離子釋放模塊(12)提供電流以釋放離子； 所述控制器(14)被配置為根據(jù)所述對(duì)應(yīng)陽(yáng)離子的第一濃度，確定流過(guò)每個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊(10)的電流振幅和流動(dòng)時(shí)間；和/或 所述控制器(14)被配置為根據(jù)所述對(duì)應(yīng)陰離子的第二濃度，確定流過(guò)每個(gè)陰離子釋放模塊(12)的電流振幅和流動(dòng)時(shí)間； 其中，所述控制器(14)被配置為控制針對(duì)所述陽(yáng)離子釋放模塊(10)和所述陰離子釋放模塊(12)的電流振幅和流動(dòng)時(shí)間，以保持所產(chǎn)生的陽(yáng)離子的總電量和所產(chǎn)生的陰離子的總電量相等；并且 所述裝置還包括: -用于容納所述溶液的第三容器(50)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括: -第一單元，被配置為獲得關(guān)于所述溶液的用途的信息； -第二單元，被配置為根據(jù)所獲得的信息，確定所述溶液中的第一類型陽(yáng)離子和/或第二類型陰離子； 所述控制器根據(jù)所確定的第一類型陽(yáng)離子和/或所確定的第二類型陰離子，選擇至少一個(gè)所述陽(yáng)離子釋放模塊和/或至少一個(gè)所述陰離子釋放模塊。
9.一種制備包含陽(yáng)離子和陰離子的溶液的方法，包括以下步驟: -從至少一個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊(10)中選擇至少一個(gè)以釋放相應(yīng)的陽(yáng)離子； -從至少一個(gè)陰離子釋放模塊(12)中選擇至少一個(gè)以釋放相應(yīng)的陰離子。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述陽(yáng)離子釋放模塊(10)包括至少兩個(gè)分別用于不同類型的陽(yáng)離子的模塊(10，10’)，和/或 所述陰離子釋放模塊(12)包括至少兩個(gè)分別用于不同類型的陰離子的模塊(12，12，)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述陽(yáng)離子釋放模塊包括: -連接到陽(yáng)極并且被配置為浸入所述溶液中的金屬和/或合金電極(A)； 并且所述第一選擇步驟包括: 在所述金屬和/或合金電極(A)上施加正電壓，使得所述金屬陽(yáng)離子被釋放到所述溶液中。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述陽(yáng)離子釋放模塊(10)包括用于容納包含所述類型的陽(yáng)離子的第一電解質(zhì)的第一容器(c)，所述第一容器(3)具有用于分離所述第一電解質(zhì)與所述溶液的陽(yáng)離子膜層(30)， 并且所述第一選擇步驟包括: 對(duì)所述第一電解質(zhì)施加正電壓，使得所述陽(yáng)離子通過(guò)所述陽(yáng)離子膜(30)被釋放到所述溶液中。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述陰離子釋放模塊(12)包括用于容納包含所述陰離子的第二電解質(zhì)的第二容器(4)，所述第二容器(4)具有用于分離所述第二電解質(zhì)與所述溶液的陰離子膜層(40)， 并且所述第二選擇步驟包括: 對(duì)所述第二電解質(zhì)施加負(fù)電壓，使得所述陰離子通過(guò)所述陰離子膜(40)被釋放到所述溶液中。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至12中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一選擇步驟和所述第二選擇步驟向所述陽(yáng)離子釋放模塊(10)和所述陰離子釋放模塊(12)提供電流以釋放離子； 所述方法進(jìn)一步包括: 根據(jù)所述對(duì)應(yīng)的陽(yáng)離子的第一濃度，確定流過(guò)每個(gè)陽(yáng)離子釋放模塊(10)的電流振幅和流動(dòng)時(shí)間，和/或 根據(jù)所述對(duì)應(yīng)的陰離子的第二濃度，確定流過(guò)每個(gè)陰離子釋放模塊(12)的電流振幅和流動(dòng)時(shí)間； 并且包括: 控制針對(duì)所述陽(yáng)離子釋放模塊(10)和所述陰離子釋放模塊(12)的電流振幅和流動(dòng)時(shí)間，以保持所產(chǎn)生的陽(yáng)離子的總電量和所產(chǎn)生的陰離子的總電量相等。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟: -獲得關(guān)于所述溶液的用途的信息； -根據(jù)所獲得的信息，確定所述溶液中的第一類型陽(yáng)離子和/或第二類型陰離子； 根據(jù)所確定的第一類型陽(yáng)離子和/或所確定的類型的陰離子，所述兩個(gè)選擇步驟分別選擇所述陽(yáng)離子釋放模塊(10)和/或所述陰離子釋放模塊(12)。
【文檔編號(hào)】C02F1/68GK104411644SQ201380033546
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2013年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月27日
【發(fā)明者】金建余, 王廣偉, 胡培新 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司