專利名稱：：用于產(chǎn)生用于消毒劑用途的pH受控的次鹵酸水溶液的電解裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于形成次鹵酸(hypohalousacid)的方法，且進(jìn)一步涉及用于產(chǎn)生用于消毒劑用途的pH受控的次鹵酸水溶液(pH-controlledhypohalousacidaqueoussolution)的至少單個液體室電角牟裝置(liquidchamberelectrolyticdevice)。此禾中方法和裝置具有其中溶液的PH能被調(diào)節(jié)和優(yōu)化的優(yōu)勢。此種方法和裝置具體地用于制備次氯酸。具體地說，從裝置流出的生成的流出物(effluent)可以是HC10的水溶液，其適合于用于洗手液(hMidsMiitizer)。
背景技術(shù)：
：其它人已經(jīng)嘗試了使用多種方法來生產(chǎn)次鹵酸。例如，生產(chǎn)次氯酸(HC10)的低氯化物水溶液的一種方法包括在反應(yīng)器烘干機(reactordryer)中使用氯氣噴灑水化的堿金屬氫氧化物(aqueousalkalimetalhydroxide)或堿土金屬氫氧化物的細(xì)小液滴以制成次氯酸氣體和固體金屬氯化物。產(chǎn)生細(xì)小液滴的噴霧需要高壓力，并且因此需要高能量輸入。隨后使次氯酸氣體和水蒸氣一起冷凝，這需要制冷設(shè)備以達(dá)到冷凝溫度，以便產(chǎn)生冷凝的次氯酸。該工藝的缺點包括難以處理固體鹽、高氯比率以及能量低效率。也具有前文提到的缺點的用于制造水化次氯酸(aqueoushypochlorousacid)的另一個工藝包括將堿金屬氫氧化物溶液噴灑到氯氣氛中，引起HC10汽化以及生成干燥的固體鹽。與HC10和水蒸氣的冷凝形成對照，該工藝通過將HC10吸收在水中而生產(chǎn)水化的HC10溶液。又一個工藝使用有機溶劑從鹽溶液中萃取HC10。該工藝的麻煩在于需要從有機溶劑中進(jìn)一步移除HC10以生產(chǎn)水化的HC10溶液、需要從鹽溶液中移除殘余的溶劑以及在于HC10與有機溶劑的不想要的反應(yīng)。盡管有用于生產(chǎn)次氯酸的若干種已知的工藝，但是仍保留有對于用于生產(chǎn)適合于消毒劑用途的次氯酸溶液的快速的、安全的以及有效率的工藝的需要。因此，已經(jīng)在尋求不要求處理固體鹽副產(chǎn)物或氯氣輸入的方法，因為需要具有更高的能量效率的方法，其不要求大的加熱/冷卻循環(huán)或?qū)τ诠┮旱母邏毫?。—種用于生產(chǎn)適合作為食物處理中的消毒劑使用的次氯酸溶液的方法描述了通過將液體酸和加壓的載體流混合來控制流的次氯酸鹽/次氯酸平衡，其中加壓的載體流已經(jīng)通過添加氯化劑而被氯化。通過降低液體流的pH，液體流的次氯酸對次氯酸鹽的相對比率被增加。此工藝允許操作加壓流以便產(chǎn)生特定濃度的次氯酸，從而提供比反應(yīng)工藝更強的控制；然而，此工藝需要引入除了處于優(yōu)選的高溫的空氣之外的氣態(tài)物質(zhì)。在現(xiàn)有發(fā)明中，已經(jīng)應(yīng)用了涉及酸液生產(chǎn)的電解槽(electrolyticcell)。這樣描述的一個發(fā)明提供了電解槽和用于通過電解生產(chǎn)過氧化氫溶液以及次氯酸根(hypohalide)的工藝，其中次氯酸根和過氧化氫分別在陽極室和陰極室中生產(chǎn)。該發(fā)明具體地涉及海水處理方法，其中將想要的產(chǎn)物過氧化氫和次氯酸重新引入海水中以有效地處理水。然而，該發(fā)明需要使用雙室裝置，并且過氧化氫可能不適合于日常的洗手液配方。之前也已經(jīng)使用了電化學(xué)裝置來生產(chǎn)強酸消毒液體。一種用于水處理設(shè)施的這樣的裝置使用用于產(chǎn)生和分配包含低濃度且其PH為3或更小的次氯酸的強酸消毒液體的設(shè)備。在該設(shè)備中，鹽水經(jīng)過形成于正電極板和負(fù)電極板之間的通道，該通道被布置成面向屏障膜(barriermembrane)的對置的表面，在其中，直流電壓被加在電極之間以電解鹽水。該屏障膜防止正電極的產(chǎn)物和負(fù)電極的產(chǎn)物混合。包含次氯酸的酸液可以通過使水溶液流過屏障膜和正電極之間的空間流出電解槽而得到。在涉及獲得低pH的水化酸溶液的另一種方法中，也使用雙室類型的電解槽裝置，生產(chǎn)了包含降低量的氯化物的用于消毒的強酸水，從而使氯化物離子在陽極氧化。使用此種設(shè)備，與先前描述的發(fā)明一樣，需要最終產(chǎn)物的PH小于3，并且因此不適合于日常的洗手液配方。氯化作用長久以來被認(rèn)為是殺滅不想要的微生物的一種方法。氯可以按包括氯氣(Cl2)在內(nèi)的多種形式提供，這是相對便宜和高效率的抗微生物劑；然而，它也是一種高毒性和腐蝕性的氣體。次氯酸鹽比如NaOCl或者Ca(0Cl)2為更加安全的替換物，但是和氣態(tài)氯相比明顯更加昂貴。最后，也可以使用次氯酸鹽溶液(即漂白劑)；然而，這些很少在大規(guī)模的用途中使用，因為它們是龐大的以及有危險的。不考慮氯源，則次氯酸(HC10)和次氯酸根離子(ocr)為最終想要的抗微生物產(chǎn)物。然而，在作為洗手液的任何應(yīng)用中，次氯酸是優(yōu)選的，因為與人類皮膚接觸時使用安全。除安全之外，還需要考慮次氯酸水溶液的殺菌活性，特別是用在消毒劑用途的時候。因為溶解在水溶液中的氯化合物的形式隨著PH變化，所以次氯酸水溶液的成分也隨著溶液的pH變化。在一般地高于pH3的低pH時，HC10為主要的形式，而在一般地高于pH8的高pH時，OCl—為主要成分。對于殺滅微生物，HC10形式比OCl—有效大約80倍，因為HCIO比次氯酸根離子更容易穿過槽膜。當(dāng)次氯酸水溶液的pH為8或更高時，或者次氯酸水溶液為堿性時，水溶液中主要存在的是殺菌活性相當(dāng)?shù)偷拇温人岣x子(C10—)。因此，次氯酸的堿性水溶液的殺菌活性是相當(dāng)?shù)偷?。次氯?HC10)的殺菌活性比次氯酸根離子的殺菌活性大10到100倍，當(dāng)次氯酸水溶液的pH為7或更低時，或者次氯酸水溶液呈酸性時，次氯酸(HC10)的量大于次氯酸根離子的量。因此，次氯酸的酸性水溶液的殺菌活性很高。當(dāng)次氯酸水溶液的pH在3和5.5之間時，溶解在水溶液中的實質(zhì)上100%的氯化物為次氯酸。因此，次氯酸水溶液的殺菌活性變得甚至更高。當(dāng)次氯酸水溶液的pH為3或更低時，溶解在水溶液中的氯化合物的一部分變成氯氣(Cl2)，其具有比次氯酸更高的殺菌活性。因此，次氯酸水溶液的殺菌活性變得甚至更高。然而，人類皮膚可能被這樣低的pH的酸性消毒液的使用傷害。需要控制氯化溶液的pH以便增加氯化工藝的抗微生物效果，并且也確保使用此種洗手液的安全性。已經(jīng)描述了用于調(diào)整水流的PH的先前的工藝和系統(tǒng)。這些工藝包括通過用直接氣體供給或起泡器注入水中來使用二氧化碳；或者在另一種方法中，通過使用文氏噴射器(Venturi-typeeductor)將二氧化碳吸水流中來將二氧化碳注入水中。然而，難以控制二氧化碳?xì)怏w的使用效率，并且這些工藝本身是低效率的。
發(fā)明內(nèi)容在本裝置中，包含鹵素離子的水溶液被引入電解裝置內(nèi)，以便產(chǎn)生pH受控的次鹵酸水溶液，其中可以使用至少單個液體室，在該至少單個液體室中，反應(yīng)發(fā)生在每個電極和電解溶液之間的交界面處，以便在水溶液中產(chǎn)生HC10流出物。因為反應(yīng)是在過量的水中發(fā)生的，所以發(fā)生在單個液體室中的反應(yīng)釋放出pH可以被監(jiān)測的流出物，想要的pH范圍在約4和9之間。此種方法和裝置的優(yōu)勢在于，不需要氣態(tài)物質(zhì)比如氯氣的儲存。而且，源電解液對于處理是經(jīng)濟的和安全的，同時，最終產(chǎn)品可以在適合于用作洗手液的受控的pH水平下直接用于消毒劑用途而沒有剌激或傷害。更具體地說，本發(fā)明提供了一種用于在水溶液中產(chǎn)生次鹵酸的電解裝置，該裝置包括單個液體室，其具有入口以用于接收包含鹵素離子的水溶液，該單個液體室具有外壁和包含在該單個液體室內(nèi)的固體陽極，固體陽極提供鹵素離子的氧化，以提供次鹵酸水溶液；以及氣體可滲透的陰極(gaspermeablecathode)，其形成單個液體室的外壁的至少一部分，該陰極提供氧的還原，以在單個液體室內(nèi)提供氫氧根離子，以便與在陽極產(chǎn)生的次鹵酸混合，該陰極具有用于從單個液體室的外面接收氧的疏水表面以及允許雙氧(dioxygen)還原的與電解液溶液接觸的親水表面。另外，本發(fā)明提供了一種用于在水溶液中產(chǎn)生次鹵酸的電解裝置，該裝置包括陽極電解液室(anolytechamber)，其具有入口以用于接收包含鹵素離子的水溶液，該陽極電解液室具有外壁和包含在該陽極電解液室內(nèi)的固體陽極，固體陽極提供鹵素離子的氧化，以便在水溶液中提供次鹵酸的陽極電解液流出物；陰極電解液室(catholytechamber)，其具有入口以用于接收水化電解液(aqueouselectrolyte)，其中該陰極電解液室由至少一個外壁或至少一個外壁的包括氣體可滲透的陰極的一部分界定，該陰極具有用于從陰極電解液室的外面接收氧的疏水表面以及允許雙氧還原的親水表面；以及離子化膜(ionomericmembrane)，其用于將陽極電解液室與陰極電解液室分開；其中，陽極電解液室進(jìn)一步包括出口，該出口包括pH控制裝置，以便確定流出的陽極電解液流出物的pH并將其調(diào)節(jié)到大約4禾口9之間。本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種用于產(chǎn)生次鹵酸的方法，其包括氧化存在于單個液體室內(nèi)的水中的鹵素離子，以形成次鹵酸水溶液；使氧供給穿過氣體可滲透的陰極，以還原存在于水中的氧，以便形成氫氧根離子，其中，該氣體可滲透的陰極形成單個液體室的外壁的至少一部分；以足以完成裝置內(nèi)的電回路的量混合包含氫氧根離子的溶液，以產(chǎn)生次鹵酸；確定次鹵酸的pH，以確保pH在大約4和9之間；以及移除次鹵酸。另外，本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種用于產(chǎn)生次鹵酸的方法，其包括氧化存在于陽極電解液室內(nèi)的水中的鹵素離子，以形成包含次鹵酸的陽極電解液流出物；使氧供給穿過氣體可滲透的陰極，以還原存在于水中的氧，以便形成包含氫氧根離子的陰極電解液流出物，其中，該氣體可滲透的陰極形成陰極電解液室的外壁的至少一部分；以足以完成裝置內(nèi)的電回路的量混合氫氧根離子，以產(chǎn)生次鹵酸；控制次鹵酸的PH，以確保pH在大約4禾P9之間；以及移除次鹵酸。通過例子以及為了使得描述更加清楚，參照了附圖，其中圖1A為示出了可應(yīng)用于本發(fā)明的工藝中的電解裝置的示意圖；以及圖IB為用在可應(yīng)用于本發(fā)明的工藝中的電解裝置中的氣體擴散電極(gasdiffusionelectrode)的示意圖；以及圖2為描述包括單個液體室、氣體隔室以及pH控制裝置的一個實施方式的裝置的截面圖；以及圖3為圖2的可選擇的實施方式的三維表示，其中氣體隔室環(huán)繞單個液體室；圖4為圖2的另一個可選擇的實施方式的三維表示，其中單個液體室環(huán)繞氣體隔室；以及圖5為本發(fā)明的可選擇的實施方式的截面圖，其中雙室裝置包括陽極電解液室和陰極電解液室，其中氣體可滲透的陰極起到陰極電解液室的外壁的至少一部分的作用；該裝置進(jìn)一步包括再循環(huán)裝置(recirculator)以及pH控制裝置。具體實施例方式將在下文描述本發(fā)明的用于在水溶液中生產(chǎn)次鹵酸的工藝的例子，但本發(fā)明不應(yīng)被理解為受其限制。本發(fā)明的一個實施方式提供了用于在如示意IA示出的單個液體室中生產(chǎn)pH調(diào)節(jié)的次卣酸水溶液(pH_regulatedhypohalousacidaqueoussolution)的電解裝置1。在用于本發(fā)明的工藝中的電解裝置1中，電合成反應(yīng)器的操作依靠連接到氣體擴散電極2的直流恒流電源的使用，以便將雙氧的還原引到水以及陽極3，以便促進(jìn)氯離子的氧化以產(chǎn)生例如HC10。在此電解槽中，電被消耗并產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)。在圖IB中，氣體擴散電極2在外側(cè)具有防止液體過濾穿過結(jié)構(gòu)的面向空氣或一些其它的氣態(tài)氧源的疏水表面4，這里，氣體擴散電極2也可被互換地稱為氣體可滲透的陰極，起到集電器的作用。氣體擴散電極2進(jìn)一步具有親水表面5，該親水表面5面向電解液，并且允許電催化表面的形成，其中在電催化表面雙氧發(fā)生實際的還原。在圖2的截面圖中示出了用于生產(chǎn)次鹵酸的電解裝置的一種代表性的形式，并且用數(shù)字10代表。電解裝置10包括單個液體室12以及氣體隔室14。在此發(fā)明中，優(yōu)選地不含有機材料從而避免了有機材料在單個液體室中的氧化反應(yīng)的水溶液比如氯化鈉溶液或海水中的鹵素離子源通過重力供給容器(gravityfeedcontainer)或泵16經(jīng)過入口18提供到電解槽的單個液體室12，以便接收包含鹵素離子的水溶液。重力供給容器16可以由任何材料比如塑料或玻璃制成，其中該種材料不與待被供給穿過電合成反應(yīng)器的緩沖的或未緩沖的溶液起反應(yīng)。閥40調(diào)節(jié)通過入口18供給進(jìn)入單個液體室12的流。單個液體室12具有單個液體室外壁32以及包含在該單個液體室12內(nèi)的固體陽極20，固體陽極20提供鹵素離子的氧化，以便在水溶液中產(chǎn)生次鹵酸。可選擇地，固體陽極20可以是容器的壁或容器的壁的一部分，因為不需要陽極被完全地浸入電解液中。用于本發(fā)明中的固體陽極20可以是例如尺寸穩(wěn)定的陽極(DSA)，其可以商業(yè)上從供應(yīng)商比如DeNoraTech買到。氣體可滲透的陰極22形成單個液體室外壁32的一部分，并提供氧的還原以在單個液體室內(nèi)的溶液中提供氫氧根離子，其隨后與陽極產(chǎn)物混合。陰極具有用于從單個液體室12的外側(cè)接收氧的疏水表面以及允許雙氧的還原的親水表面，用于此發(fā)明的陰極可以為例如氣體擴散電極(GDE)，其可以在商業(yè)上從多個供應(yīng)商包括巴斯夫燃料電池公司(BASFFuelCell,Inc.)買到，該陰極包括作為電催化劑的大面積的碳和大面積的Pt(鉑)。使用電催化劑是希望通過降低將雙氧還原成水所需的超電壓來降低電解裝置的總體電能消耗。也可以使用其它電催化劑，比如某些金屬和包括由某些有機材料的高溫分解衍生的物質(zhì)的氧化物，并且通常是以多孔的形式使用?？蛇x擇地，催化劑可以被支撐在板、金屬量表(metalgauge)、燒結(jié)粉末，或耐腐蝕材料比如不銹鋼、鋯、銀和碳的燒結(jié)金屬纖維上。通過在陰極的與單個液體室相對的側(cè)面上形成疏水層，可以提高氣體對反應(yīng)表面的接觸(access)。在一種可選形式中，由氣體可滲透的陰極22界定的單個液體室12的外部可以暴露于大氣。在另一個實施方式中，如圖2中所示，電解裝置10可以進(jìn)一步包括用于穿過氣體隔室14對氣體可滲透的陰極22提供氧的氧源24。該氧源24可以為空氣、商業(yè)上可買到的氧瓶、由在分開安裝的電解槽中的水電解產(chǎn)生的氧，或者通過使用PSA(變壓吸附)裝置濃縮空氣得到的氧；并且此氧源24還可以包括迫使氧通向氣體可滲透的陰極的疏水表面的泵。氣體隔室14進(jìn)一步包括用于穿過氣體隔室外壁30接收氧的入口26;由此，氣體隔室14具有至少一個氣體隔室外壁30，該至少一個氣體隔室外壁30圍繞單個液體室外壁的包括氣體可滲透的陰極22的那一部分。出口46使得氧或空氣的任何超壓能夠流出系統(tǒng)。在該單個液體室內(nèi)，固體陽極20和氣體可滲透的陰極22之間的交界面處的反應(yīng)產(chǎn)物結(jié)合(combine)以生成流出的流出物，這里也將其稱為混合流出物。在其中生成的次鹵酸為次氯酸且鹵素離子為氯離子的例子中，陽極氧化在單個液體室12中發(fā)生，以便經(jīng)過氯離子的氧化產(chǎn)生HCIO:C1—+H20—HC10+2e—+H+在存在有水時，氯氣C1J其首先形成)即時地轉(zhuǎn)化成HC10，從而產(chǎn)生對應(yīng)于上面的反應(yīng)的結(jié)果。氣體可滲透的陰極22負(fù)責(zé)依據(jù)如下反應(yīng)式將雙氧還原成水02+2H20+4e——40H—電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在電極和電解液溶液之間的交界面處或發(fā)生在電極和電解液溶液之間的交界面附近，而不是發(fā)生在水流中。產(chǎn)物都是可溶于水的。單個液體室12進(jìn)一步包括出口28，流出的混合流出物借助于該出口28穿過單個液體室外壁32流出單個液體室12，其后，流出的流出物穿過在圖2中標(biāo)注為34的pH感測電極或PH表，以便確定流出的混合流出物的pH;用作洗手液的想要的pH范圍在大約4和9之間。應(yīng)理解，也可以包括錯誤感測反饋裝置或者伺服裝置，以便進(jìn)一步輔助調(diào)節(jié)pH。用于測量pH的pH表包括閥36，該閥36可以為電致動閥，在流出物溶液具有大約4和9之間的pH時，該閥36引導(dǎo)出口流(exitstream)流出，以便用作產(chǎn)物。圖2中描繪并使用單個液體室的實施方式中，有可能通過改變由供給到回路的直流恒流電源施加的電流來管理或控制PH，或可選擇地，通過添加緩沖劑以根據(jù)需要調(diào)節(jié)電解液溶液鹵素供給的PH來管理或控制pH。在本發(fā)明中，以圖3的三維視圖示出了用于產(chǎn)生次鹵酸的電解裝置的另一個代表性的形式，并且用數(shù)字100標(biāo)注。該電解裝置和圖2的單個液體室裝置類似地裝備；然而，圖3將氣體隔室114的構(gòu)型展示為可能帶有圓柱形的氣體隔室外壁130。該單個液體室112也可以為圓柱形的，并且被包含在氣體隔室114內(nèi)。電解槽100的單個液體室112具有固體陽極120和單個液體室外壁132，該單個液體室外壁132也可以起到氣體隔室114的內(nèi)壁的作用。該單個液體室外壁132圍繞單個液體室112，為氣體可滲透的陰極122留下開口，以起到單個液體室外壁132的一部分的作用。因為固體陽極120不需要整個地浸入包含在單個液體室112內(nèi)的電解液中，所以只要陽極沒有被放置在與氣體可滲透的陰極122所處的位置相同的位置，則固體陽極120可以可選擇地起到由單個液體室112界定的壁的一部分的作用。與圖2中描述的實施方式一樣，圖3中的電解裝置具有重力供給容器或泵116以及入口118，以便將水溶液中的鹵素離子供給到單個液體室112內(nèi)。閥140進(jìn)一步調(diào)節(jié)從重力供給容器或泵116進(jìn)入單個液體室112內(nèi)的流?；旌狭鞒鑫锎┻^單個液體室外壁132穿過出口128流出單個液體室，這引起出口流穿過在圖3中標(biāo)注為134的pH感測裝置或pH表以便確定pH。另外，還可以包括錯誤感測反饋裝置或伺服裝置。如果達(dá)到了想要的在大約4和9之間的pH范圍，則閥136從而將流體導(dǎo)出系統(tǒng)以便用作最終產(chǎn)品。氣體隔室114具有氣體隔室外壁130，該氣體隔室外壁130可以起到包圍電解裝置100的作用。入口126將氧從氧源124供給到氣體隔室114內(nèi)，以便在與氣體可滲透的陰極122的交界面處發(fā)生反應(yīng)或者在與氣體可滲透的陰極122的交界面附近發(fā)生反應(yīng)；出口146允許根據(jù)需要釋放空氣或氧的任何超壓。同樣可能的是，和圖2中示出的裝置一樣，圖3中示出的裝置可以可選擇地被暴露于大氣而不是使用氣體隔室將氧引到氣體可滲透的陰極。同樣，和圖2的單個液體室電解槽一樣，混合流出物的pH可以通過調(diào)整由供給到回路的直流恒流電源施加的電流，或者可選擇地通過添加緩沖劑以根據(jù)需要調(diào)節(jié)電解液溶液鹵素供給的pH而得到最好地控制或者優(yōu)化。圖4為用于在本發(fā)明中生產(chǎn)次鹵酸的電解裝置的另一種可選的代表性形式，其標(biāo)注為裝置200，并且以三維視圖展示。該電解裝置和圖3的單個液體室裝置類似地構(gòu)造；然而，圖4將氣體隔室214的定位展示為內(nèi)部瓶，因為有可能使用氣體可滲透的陰極222作為氣體隔室的外壁。單個液體室212也可以為圓柱形，并且可以圍繞氣體隔室214;因此，固體陽極220形成單個液體室外壁，而氣體可滲透的陰極222起到單個液體室的內(nèi)壁的作用。和圖3中描述的實施方式一樣，圖4的電解裝置具有重力供給容器或泵216以及入口218，以用于將水溶液中的鹵素離子供給到單個液體室212內(nèi)。閥240進(jìn)一步調(diào)節(jié)從重力供給容器或泵216進(jìn)入單個液體室212的流?；旌狭鞒鑫锿ㄟ^單個液體室外壁232的底面穿過出口246流出單個液體室，該出口246將出口流引導(dǎo)穿過pH感測裝置或pH表234，以便確定PH。也可以包括錯誤感測反饋裝置或伺服裝置。如果達(dá)到了想要的在大約4和9之間的pH范圍，則閥236進(jìn)而將流體引導(dǎo)出系統(tǒng)以用作最終產(chǎn)品。氣體隔室214在頂面和底面具有氣體隔室外壁230以及將氧從氧源224供給到氣體隔室214內(nèi)的入口226，以便在與氣體可滲透的陰極222的交界面處或在與氣體可滲透的陰極222的交界面附近發(fā)生反應(yīng)；出口228允許根據(jù)需要釋放空氣或氧的任何超壓。和圖2和圖3的單個液體室電解槽裝置一樣，混合流出物的pH可以通過調(diào)節(jié)由供給到回路的直流恒流電源施加的電流或者可選擇地通過添加緩沖劑以根據(jù)需要調(diào)節(jié)電解液溶液鹵素供給的PH而得到最好地控制或優(yōu)化。圖5進(jìn)一步描述了用于生產(chǎn)次鹵酸的電解裝置300的另一種代表形式；其中該雙室裝置具有陽極電解液室和陰極電解液室。該槽具有外壁350，其中氣體可滲透的陰極322被定位成為陰極電解液室314的外壁的至少一部分。該電解裝置300具有陽極電解液室10312，其中該陽極電解液室312具有用于將鹵素離子的水溶液接收入其中的入口318。如該實施方式中所示，陽極電解液室312具有包含在陽極電解液室內(nèi)的固體陽極320，固體陽極320提供鹵素離子的氧化，以便在水溶液中產(chǎn)生次鹵酸的陽極電解液流出物。固體陽極320可以被如所示地放置在陽極電解液室中，或者可選擇地起到陽極電解液室的不可滲透的壁或者不可滲透的壁的一部分的作用，因為陽極不需要整個地浸入電解液中。然而，固體陽極320不能形成陽極電解液室壁的將陽極電解液室312和陰極電解液室214分開的那一部分。在此種雙室構(gòu)型中，氣體可滲透的陰極322可以被定位成使得陰極電解液室314具有至少部分地包括氣體可滲透的陰極322的至少一個壁。該陰極具有用于從陰極電解液室314的外面接收氧的疏水表面以及允許還原雙氧并將基于水的陰極電解液流出物保持在電解裝置300的陰極電解液室314內(nèi)的親水表面。另外，如圖5中所示的槽具有離子化膜344，以便分成兩個液體室，即陽極電解液室312和陰極電解液室314。該膜可以為中性膜或離子交換膜。離子化膜344可以為由合成聚合物比如可以從DuPont(杜邦)買到的Nafion⑧(全氟磺酸膜)制成的離子交換膜，或者可選擇地為具有非常細(xì)微的孔隙率的可以從多種源得到的非離子化膜，以便防止陽極電解液和陰極電解液溶液的容易的混合。應(yīng)用于本實施方式的Nafion膜允許以最小的電阻使鈉離子(Na+)從陽極電解液室傳輸?shù)疥帢O電解液室，同時最小化陰離子比如OH—從陰極電解液室的反向傳輸。將陽極電解液室312和陰極電解液室314分開的離子化膜344的使用使得有可能防止液體混合，并且也使次鹵酸到達(dá)陰極。在操作中，本發(fā)明的陽極電解液室除了反應(yīng)物氯化物外應(yīng)包含HC10以及沒有多少明顯的量的雙氧的還原產(chǎn)物，即在陰極電解液室中產(chǎn)生的陰極電解液流出物。用于向陽極電解液室312和陰極電解液室314內(nèi)加料的分開的入口分別由入口318和入口326保留。雖然有完成向槽加料的很多方法，但是可以被視為如圖5中描繪的，其中將含有NaCl或鹵素離子的水溶液引入到陽極電解液室312的重力供給容器或泵316可以進(jìn)一步包括用于對陰極電解液室314提供液體水或另外的水溶液的源324。以此種形式，供給到裝置的液體的流量可以通過閥352管理，以便分別地調(diào)節(jié)通向陽極電解液室312或陰極電解液室314的輸入。在本發(fā)明的如圖5中所示的雙室實施方式中，并且在所產(chǎn)生的次鹵酸為次氯酸并且鹵素離子為氯離子時，陽極氧化在陽極電解液室312中發(fā)生，以經(jīng)過氯離子的氧化產(chǎn)生HC10:C1—+H20—HC10+2e—+H+在存在有水時，氯氣C1J其首先形成)即時地轉(zhuǎn)化成HC10，從而產(chǎn)生對應(yīng)于上面的反應(yīng)的結(jié)果。鈉離子(Na+)可以穿過膜344從陽極電解液室312傳遞進(jìn)入陰極電解液室314內(nèi)。陰極電解液室314中的氣體可滲透的陰極322的親水面負(fù)責(zé)依據(jù)如下反應(yīng)式將雙氧還原成水02+2H20+4e——40H—電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在電極和電解液溶液之間的交界面處或發(fā)生在電極和電解液溶液之間的交界面附近，而不是發(fā)生在水流中。產(chǎn)物都是可溶于水的。在該雙液體室裝置中，鈉離子可以按最小的電阻從陽極電解液室312遷移穿過膜344到達(dá)陰極電解液室314。在陰極電解液室314中，鈉離子和氫氧根基團本身保持溶解于11水中，以產(chǎn)生陰極電解液流出物。在未示出的可選擇的圓柱形的實施方式中，雙室裝置的陽極電解液室按類似于圖3中示出的單個室裝置的概念進(jìn)行繪制，該陽極電解液室可以具有對應(yīng)于如圖3中描繪的壁132的外壁，其完全地或?qū)嵸|(zhì)上由膜形成。在雙室裝置的此種圓柱形構(gòu)型中，氣體可滲透的陰極可以起到外部陰極電解液室壁或者外部陰極電解液室壁的一部分的作用，其類似地對應(yīng)于如圖3中描述的壁130。在圖5中描繪的本發(fā)明的實施方式中，陽極電解液室312和陰極電解液室314進(jìn)一步分別包括出口328和356，以便促進(jìn)陽極電解液和陰極電解液流出物按照需要成為控制的PH的出口流。pH的控制可以通過使用閥348調(diào)節(jié)引入到出口流的陰極電解液流出物的體積來完成，這將在下文進(jìn)一步描述。pH可以通過pH感測裝置或pH表334測量以便確定pH，而閥348可以被調(diào)整以便將流出的陽極電解液流出物的pH調(diào)節(jié)到大約4和9之間。陰極電解液室314可包括未反應(yīng)的水溶液例如水和/或反應(yīng)的陰極電解液。該電解裝置進(jìn)一步包括出口346，該出口346用于釋放保留在陰極電解液室314中的反應(yīng)的陰極電解液流出物。應(yīng)理解，任何反應(yīng)的陰極電解液流出物將是堿性性質(zhì)的。閥348調(diào)節(jié)穿過出口346從陰極電解液室流出的陰極電解液流出物的流；隨后流出的陰極電解液與流出的陽極電解液流出物混合，以形成PH比單獨的陽極電解液流出物高的混合流出物。該混合流出物可以使用pH感測裝置或pH表334測量。pH控制裝置也可以包括計算機控制的伺服裝置，該pH控制裝置使得有可能調(diào)節(jié)經(jīng)過閥336的流出的液體的流，使其處在想要的在大約4和9之間的pH范圍中。在實踐中，放置在出口流處的pH表334測量流出的流出物的pH。如果流出的流出物酸性太強，則閥348可以被打開，以允許陰極電解液也可以流出，從而將堿性溶液引向出口流?？梢愿鶕?jù)需要，重復(fù)調(diào)整對于陰極電解液流出物的流的調(diào)節(jié)，以與釋放的陽極電解液的流出物結(jié)合，直到流出的溶液達(dá)到想要的在約4和9之間的pH范圍。另外，pH可以通過再循環(huán)裝置338將陽極電解液或混合的陽極電解液和陰極電解液流出物再循環(huán)回到入口318內(nèi)以便重新引入陽極電解液室312內(nèi)來控制。如圖5中描繪的，再循環(huán)裝置338具有閥354，該閥354允許流出的陽極電解液流出物的流或者混合的陽極電解液和陰極電解液流出物在陽極電解液流出物或混合的陽極電解液和陰極電解液流出物的pH大于9時被重新引導(dǎo)回到陽極電解液室312內(nèi)；或者在流出的陽極電解液流出物或混合的陽極電解液和陰極電解液流出物的pH小于4時，該流可以被重新引導(dǎo)回到陽極電解液室內(nèi)。換言之，為了控制pH，把含有陰極電解液的流出物或水溶液中的OH—再循環(huán)回到陽極電解液室內(nèi)將增加PH(增加到5、到6、到7直到8)?？蛇x擇地，pH控制可以通過將流出的陽極電解液流出物再循環(huán)回到陽極電解液室的電解液內(nèi)以降低pH來達(dá)至lj。從而，在次鹵酸溶液最終產(chǎn)品內(nèi)達(dá)到的想要的pH可以在這些范圍中優(yōu)選地在4-9之間；更優(yōu)選地在5-8之間；更優(yōu)選地在5-6之間；HCIO的pKa為7.5。為了進(jìn)一步控制pH，電解裝置可以允許通過入口閥318將緩沖劑釋放到包含鹵素離子的水溶液的陽極電解液室內(nèi)。同樣，和前面討論的單個液體室設(shè)計一樣，雙室裝置的pH控制也可以通過優(yōu)化由直流恒流電源施加的通向回路的電流來達(dá)到。盡管圖5描繪了對大氣開放以從本發(fā)明的槽的外面對氣體可滲透的陰極322提供空氣的裝置，但是可選擇地，有可能具有空氣隔室，以類似于圖2和圖3中描述的對氣體可滲透的陰極322供給空氣或氧。氧源可以包括泵，以便迫使氧流向氣體可滲透的陰極322的疏水表面。在所有的實施方式中，從耐久性和穩(wěn)定性的觀點看，電解槽10、100、200、300優(yōu)選地由玻璃襯里材料、碳或耐腐蝕的鈦、不銹鋼或PTFE(聚四氟乙烯)樹脂制成。將在下文描述用于生產(chǎn)HC10溶液的本發(fā)明工藝的實施例，但是本發(fā)明不應(yīng)被理解為受其限制。實施例1如在受讓人的實驗室中實驗地顯示的，根據(jù)需要，本發(fā)明的圖1中描述的類型的單個液體室裝置的一個實施方式給出了氯濃度范圍在80-240卯m的pH處于5.9_7.8的HC10溶液，如表1中所示。電合成反應(yīng)器的操作依靠連接到GDE陰極(E-TekELATGDELT250EW;10cmX10cm)的直流恒流電源的使用，以便引起雙氧到水的還原以及在DSA陽極引起氯離子的氧化以便產(chǎn)生HCIO。在連接并打開電源之前，電合成反應(yīng)器被填充有來自重力供給容器并且流速被使用手動閥調(diào)節(jié)到2-12ml/min的緩沖的或未緩沖的NaCl溶液。HC10的濃度以及流出物溶液的pH在連續(xù)的操作過程中通過常規(guī)的儀器和方法以不同的時間間隔測量，其中HC10的濃度以及流出物溶液的pH隨流速、施加的電流以及其它相關(guān)參數(shù)變化。表l.在電解槽中產(chǎn)生次氯酸pH為5.7的5.0g/LNaCl,10mM磷酸鹽緩沖液<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>在本裝置中，實現(xiàn)了一種用于產(chǎn)生次鹵酸的方法，該方法包括氧化存在于單個液體室內(nèi)的水中的鹵素離子，以形成陽極電解液流出物。在陰極側(cè)，使氧供給穿過或者在使用泵的情形中時迫使氧穿過氣體可滲透的陰極，以還原存在于水中的氧，以便形成氫氧根基團。在此裝置中，氣體可滲透的陰極形成單個液體室的外壁的至少一部分。實現(xiàn)了以足以完成裝置內(nèi)的電解液回路的量混合氫氧根基團以生產(chǎn)次鹵酸的步驟?？梢酝ㄟ^pH表確定pH，并且可以從電解裝置移除次鹵酸。pH的控制可以通過調(diào)節(jié)由直流恒流電源施加的通向回路的電流來達(dá)到，或者通過將緩沖劑添加到鹵素水化供給物(halideaqueousfeed)來達(dá)到。洗手液的想要的pH范圍在大約4和9之間。對氣體可滲透的陰極供給氧的步驟可以包括從氣體隔室傳輸氧，其中單個液體室的外壁的包括氣體可滲透的陰極的那一部分被包括在氣體隔室中。可選擇地，對氣體可滲透的陰極供給氧的步驟可以包括使氣體可滲透的陰極的疏水外部暴露于大氣。實現(xiàn)了本發(fā)明的一種方法，該方法利用了用于在水溶液中生產(chǎn)pH受控的次鹵酸水溶液比如HCIO的雙液體室的電解裝置。該方法包括，在陽極側(cè)，氧化存在于陽極電解液室內(nèi)的水中的鹵素離子，以形成包含次鹵酸的陽極電解液流出物。在陰極側(cè)，使氧供給穿過氣體可滲透的陰極，以還原存在于水中的氧，以便形成包含氫氧根基團的陰極流出物，其中氣體可滲透的陰極形成陰極電解液室的外壁的至少一部分。以足以完成裝置內(nèi)的電解液回路的量混合氫氧根基團以生產(chǎn)次鹵酸。該裝置允許控制次鹵酸的PH，以確保pH在大約4和9之間。確定次鹵酸的pH可以包括使用pH表。可以從電解裝置移除次鹵酸。pH可以在雙液體室的電解裝置中被進(jìn)一步地控制和調(diào)節(jié)，例如，通過以足以增加次鹵酸的pH的量混合流出的陽極電解液和陰極電解液流出物，以確保pH在大約4禾P9之間。該方法進(jìn)一步包括在混合流出的陽極電解液和陰極電解液流出物之后確定PH的步驟，其中該步驟包括使用pH表。此方法的優(yōu)勢在于，生產(chǎn)的次鹵酸的pH可以被控制，以確保在移除用作最終產(chǎn)品的次鹵酸之前PH在大約4和9之間。如果次鹵酸的pH在9以上，則調(diào)節(jié)由雙液體室的電解裝置生產(chǎn)的次鹵酸的pH可以進(jìn)一步通過將次鹵酸流再循環(huán)回到陽極電解液室完成；其中該方法進(jìn)一步包括在將次鹵酸流再循環(huán)回到陽極電解液室之后確定次鹵酸的PH的步驟，其中該步驟包括使用pH表。在另一個實施方式中，應(yīng)理解，如果pH低于4，用戶也可以可選擇地通過以下方式調(diào)節(jié)由電解裝置的雙液體室生產(chǎn)的次鹵酸的PH:(1)將次鹵酸流再循環(huán)回到陽極電解液室，其中，來自供給的輸入也可以被緩沖改變，或者(2)關(guān)閉如圖5中所示的閥354，直到pH充分地增加到pH4以上。將氧供給到氣體可滲透的陰極的步驟可以包括從氣體隔室傳輸氧，其中陰極電解液室的外壁的包含氣體可滲透的陰極的那一部分被包括在氣體隔室中?？蛇x擇地，將氧供給到氣體可滲透的陰極的步驟可以包括使氣體可滲透的陰極的疏水外部暴露于大氣。本發(fā)明的方法和裝置進(jìn)一步具有的優(yōu)勢在于不需要氣體物質(zhì)比如氯氣的存儲。而且，源電解液處理起來是經(jīng)濟的和安全的，同時最終產(chǎn)物可以直接地以適合于用于洗手液的受控的pH水平被用作消毒劑用途而不會剌激或傷害人類皮膚。以前文的觀點，本發(fā)明提供了一種用于在水溶液中生產(chǎn)帶有受控的pH的次鹵酸的裝置和方法，因此，明顯地，本發(fā)明的工藝將可觀地改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)。然而，依據(jù)專利法規(guī)，上文中只是詳細(xì)地描述了本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，并且本發(fā)明不應(yīng)被理解為限制于其中或者被其限制。相反，本發(fā)明的范圍應(yīng)包括屬于所附的權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有的改動和變化形式。權(quán)利要求一種電解裝置，其用于在水溶液中產(chǎn)生次鹵酸，所述裝置包括單個液體室，其具有入口，以用于接收其中包含鹵素離子的水溶液，所述單個液體室具有外壁和包含在所述單個液體室內(nèi)的固體陽極，所述固體陽極提供鹵素離子的氧化，以提供次鹵酸水溶液；以及氣體可滲透的陰極，其形成所述單個液體室的外壁的至少一部分，所述陰極提供氧的還原，以在所述單個液體室內(nèi)的溶液中提供氫氧根離子，以便與在所述陽極產(chǎn)生的次鹵酸混合，所述陰極具有用于從所述單個液體室的外面接收氧的疏水表面和與所述電解液溶液接觸以允許還原雙氧的親水表面。2.如權(quán)利要求1所述的電解裝置，其中，所述單個液體室進(jìn)一步包括出口，所述出口包括用于確定流出的混合流出物的PH的pH控制裝置。3.如權(quán)利要求1所述的電解裝置，其中，所述次鹵酸為次氯酸，并且所述鹵素離子為氯離子。4.如權(quán)利要求1所述的電解裝置，其進(jìn)一步包括氣體隔室，所述氣體隔室用于對所述氣體可滲透的陰極提供氧，其中，所述氣體隔室由圍繞所述單個液體室的外壁的一部分的至少一個外壁界定，所述單個液體室的外壁的一部分包括在所述氣體隔室內(nèi)的所述氣體可滲透的陰極。5.如權(quán)利要求4所述的電解裝置，其中，所述氣體隔室包括用于將氧接收到所述氣體隔室內(nèi)的入口。6.如權(quán)利要求1所述的電解裝置，其中，所述固體陽極為尺寸穩(wěn)定的陽極。7.如權(quán)利要求1所述的電解裝置，其中，所述氣體可滲透的陰極為氣體擴散電極。8.如權(quán)利要求2所述的電解裝置，其中，用于確定pH的所述pH控制裝置為pH表和感領(lǐng)lj器。9.一種電解裝置，其用于在水溶液中產(chǎn)生次鹵酸，所述裝置包括陽極電解液室，其具有入口，以用于接收其中包含鹵素離子的水溶液，所述陽極電解液室具有外壁和包含在所述陽極電解液室內(nèi)的固體陽極，所述固體陽極提供鹵素離子的氧化，以便在水溶液中提供次卣酸的陽極電解液流出物；陰極電解液室，其具有入口，以用于接收水化電解液，其中，所述陰極電解液室由至少一個外壁或至少一個外壁的包括氣體可滲透的陰極的部分界定，所述陰極具有用于從所述陰極電解液室的外面接收氧的疏水表面和允許還原雙氧的親水表面；以及離子化膜，其用于將所述陽極電解液室和所述陰極電解液室分開；其中，所述陽極電解液室進(jìn)一步包括出口，所述出口包括PH控制裝置，所述pH控制裝置用于確定流出的陽極電解液流出物的PH并將其調(diào)節(jié)到大約4和9之間。10.如權(quán)利要求9所述的電解裝置，其中，所述陰極電解液室中包括反應(yīng)的陰極電解液流出物。11.如權(quán)利要求io所述的電解裝置，其中，所述陰極電解液室包括出口，所述出口用于釋放保留在所述陰極電解液室內(nèi)的任何反應(yīng)的陰極電解液流出物，以便與流出的陽極電解液流出物混合。12.如權(quán)利要求ll所述的電解裝置，其中，用于調(diào)節(jié)pH的所述pH控制裝置包括閥和再循環(huán)裝置，所述再循環(huán)裝置用于在混合的陽極電解液和陰極電解液流出物的pH大于9時，將流出的混合的陽極電解液和陰極電解液流出物的流再循環(huán)回到所述陽極電解液室內(nèi)。13.如權(quán)利要求9所述的電解裝置，其進(jìn)一步包括入口閥，用于將緩沖劑釋放到包含鹵素離子的水溶液的所述陽極電解液室內(nèi)。14.如權(quán)利要求9所述的電解裝置，其中，混合的陽極電解液和陰極電解液流出物的pH被調(diào)節(jié)在大約5和8之間。15.—種用于產(chǎn)生次鹵酸的方法，其包括氧化存在于單個液體室內(nèi)的水中的鹵素離子，以便形成次鹵酸水溶液；使氧供給穿過氣體可滲透的陰極，以還原存在于水中的氧，以便形成氫氧根離子，其中，所述氣體可滲透的陰極形成所述單個液體室的外壁的至少一部分；以足以完成裝置內(nèi)的電回路的量混合包含氫氧根離子的溶液以產(chǎn)生次鹵酸；確定次鹵酸的pH，以確保pH在大約4和9之間；以及移除次鹵酸。16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，確定次鹵酸的pH的所述步驟包括使用pH表。17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，使氧供給到氣體可滲透的陰極的步驟包括從氣體隔室傳輸氧，其中，所述單個液體室的外壁的包括所述氣體可滲透的陰極的部分被包括在所述氣體隔室中。18.—種用于產(chǎn)生次鹵酸的方法，其包括氧化存在于陽極電解液室內(nèi)的水中的鹵素離子，以便形成包含次鹵酸的陽極電解液流出物；使氧供給穿過氣體可滲透的陰極，以還原存在于水中的氧，以便形成包含氫氧根離子的陰極電解液流出物，其中，所述氣體可滲透的陰極形成陰極電解液室的外壁的至少一部分；以足以完成裝置內(nèi)的電回路的量混合包含氫氧根離子的溶液，以便產(chǎn)生次鹵酸；控制次鹵酸的pH，以確保pH在大約4和9之間；以及移除次鹵酸。19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，控制次鹵酸的pH的所述步驟進(jìn)一步包括步驟確定次鹵酸的pH和調(diào)節(jié)次鹵酸的pH。20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，確定次鹵酸的pH的所述步驟包括使用pH表和感測器。21.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，調(diào)節(jié)次鹵酸的pH的所述步驟進(jìn)一步包括以足以增加次鹵酸的PH的量混合流出的陽極電解液和陰極電解液流出物，以確保pH在大約4和9之間。22.如權(quán)利要求21所述的方法，其進(jìn)一步包括步驟在混合流出的陽極電解液和陰極電解液流出物之后確定次鹵酸的pH，其中，所述步驟包括使用pH表。23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，調(diào)節(jié)次鹵酸的pH的所述步驟進(jìn)一步包括如果次鹵酸的PH低于4或高于9，則將次鹵酸流再循環(huán)回到所述陽極電解液室。24.如權(quán)利要求23所述的方法，其進(jìn)一步包括步驟在將次鹵酸流再循環(huán)回到所述陽極電解液室之后確定次鹵酸的pH，其中，所述步驟包括使用pH表和感測器。25.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，使氧供給到氣體可滲透的陰極的步驟包括從氣體隔室傳輸氧，其中，所述陰極電解液室的外壁的包括所述氣體可滲透的陰極的部分被包括在所述氣體隔室內(nèi)。全文摘要用于在水溶液中產(chǎn)生次鹵酸的電解裝置包括至少單個液體室以及氣體可滲透的陰極，單個液體室用于接收其中含有鹵素離子的水溶液，單個液體室具有外壁和包含在內(nèi)部的固體陽極，以便提供鹵素離子的氧化，其中鹵素離子的氧化轉(zhuǎn)而提供次鹵酸在水溶液中的形成，氣體可滲透的陰極形成單個液體室的外壁的一部分，該陰極提供氧的還原，以在單個液體室內(nèi)的溶液中提供氫氧根離子，以便與在陽極產(chǎn)生的產(chǎn)物混合。還描述了包括由離子化膜分開的陽極電解液室和陰極電解液室的電解裝置的實施方式，其中陽極電解液室進(jìn)一步包括出口，該出口包括pH控制裝置以便確定和調(diào)節(jié)流出的陽極電解液流出物的pH在大約4和9之間。該產(chǎn)物適合于消毒劑用途，包括用作洗手液。文檔編號C25B9/06GK101713080SQ20091017845公開日2010年5月26日申請日期2009年9月29日優(yōu)先權(quán)日2008年10月1日發(fā)明者D·A·謝爾森,J·W·韋格林,W·J·赫姆克申請人:高爽工業(yè)公司