Tính chất và độ an toàn của nước ion Alkaline

Tính chất và độ an toàn của nước ion Alkaline

Dụng cụ điều chế nước ion alkaline là một loại thiết bị để chế tạo nước ion alkaline, bằng cách điện giải nước phông đã có bổ sung muối kali, tại catôd (cực âm). Hiện nay hầu hết áp dụng dạng thức cho chảy qua, có bán trên thị trường, rất dễ sử dụng. Dụng cụ điều chế nước này cũng được làm từ rất nhiều nguyên vật liệu. Ở đây chúng tôi xin trình bày tính chất vật lý và độ an toàn của trihalometan có khả năng sinh ra trong dụng cụ điều chế nước đó.

1. Tính an toàn:
Phần lớn các bình điều chế nước ion alkaline theo kiểu cho chảy qua đang được bày bán trên thị trường có cấu tạo như hình vẽ 1 bên dưới. Nước được điện giải để sản sinh ra nước có tính alkaline tại cực âm, phản ứng hoàn nguyên xảy ra, sinh ra khí hydro, cùng với việc biến sang tính alkaline, tại anôd (cực dương), nước bị oxy hóa, sinh ra oxy, hình thành nước có tính acid. Nhằm ngăn ngừa nước alkaline và nước có tính acid hòa lẫn vào nhau, xảy ra nước trung tính, người ta đặt một vách ngăn vào giữa. Lúc đó, ion clo hóa được bao hàm bên trong nên tại phía nước có tính acid sẽ bị oxy hóa và sinh ra clor.

Đa phần các dụng cụ điều chế nước theo dạng cho chảy qua đều phải được bảo trì cơ khí và vệ sinh tẩy rửa cho nên, nhiều khi điện cực bị thay đổi, điện tính chuyển ngược nhau, khiến điện cực lâu nay làm anôd bị biến sang làm catôd và catôd thành anôd, khiến thời gian điện giải bị thu ngắn. Chúng tôi cũng đã nghiên cứu về ảnh hưởng của dòng điện ngược chiều này.

Nguyên vật liệu làm bình điều chế nước:
Điện cực titan phủ bạch kim và điện cực có một phần sử dụng ferit là đối tượng thí nghiệm. Chúng tôi chế tác ra một thiết bị kiểu dáng chuyên dùng cho các thí nghiệm như hình 1 có gắn các điện cực như đã nói trên để phân tích nước ion alkaline. Tại điện cực titan phủ bạch kim không tìm thấy các kim loại nặng bị tan ra. Trường hợp sử dụng điện cực ferit cũng vậy, khi nước ion alkaline sinh ra cũng không thấy các kim loại nặng bị tan ra. Tuy nhiên khi cho điện cực đảo ngược nhau để tẩy rửa, đã tìm thấy một lượng nhỏ kim loại nặng tan ra. Sau khi đảo ngược điện cực, chỉ cho nước chảy qua, thì các kim loại nặng đã tan ra đó bị chảy trôi đi, khi cho vận hành đúng thì không có vấn đề gì cả. Nhằm bảo đảm tính an toàn nên chuyển sang dùng loại điện cực như titan phủ bạch kim chẳng hạn.


Xin nói thêm về thí nghiệm điện cực, ngoài điện cực thì các ống nối, chất lót đệm v.v... chúng tôi cũng đã tiến hành thí nghiệm ngâm trong nước ion alkaline nhưng vẫn không tìm thấy chất tan ra có tính vấn đề về vật chất.

Chất phát sinh trong nước ion alkaline:
Nếu ion clo hóa có hàm chứa trong nước được đưa vào bình điều chế nước ion alkaline thì tại anod nó sẽ bị oxy hóa, sinh ra clor, gây phản ứng với các chất hữu cơ vi lượng có trong nước nghiễm nhiên sẽ sinh ra hỗn hợp clor hữu cơ. Đặc biệt, dưới điều kiện có tính bazờ, thông qua phản ứng haloholm, có khả năng sinh ra các chất như trihalometan chẳng hạn.

Ở trạng thái bình thường, bình điều chế nước ion alkaline, phản ứng haloholm không tiến hành được nhưng nếu qua vách ngăn, nước có tính acid có chứa nguyên tố clor, nếu bị lọt sang phía nước ion alkaline thì sẽ xuất hiện điều kiện tốt cho phản ứng haloholm xúc tiến, khiến các loại trihalometan sẽ được sinh ra.

Chúng tôi nghiên cứu ra loại thiết bị thí nghiệm như hình 1, cho dòng chảy từ phía nước có tính acid sang phía nước ion alkaline thì theo kết quả nhận được, các loại trihalometan có nồng độ vượt mức độc hại tăng nhanh. Nếu điện giải nước, tùy theo đặc tính của lớp vách ngăn sử dụng mà sự xâm thực điện giải sẽ sinh ra khiến nước có tính acid sẽ chẩy lấn sang phía nước ion alkaline.

Tuy nhiên, theo kết quả điều tra nhiều chủng loại bình điều chế nước ion alkaline trong thực tế, không có bình nào có dòng chảy xâm thực điện giải lớn cả, hơn nữa, do được nghiên cứu kỹ lưỡng nên giữa dòng nước vào bình và dòng nước ra bình nhà sản xuất đã chọn hướng từ phía nước ion alkaline sang phía nước có tính acid, để không tạo điều kiện cho phản ứng haloholm, không sinh ra chất trihalometan.
Ngoài ra để bảo đảm an toàn cho sản phẩm, các nhà sản xuất phải tổ chức báo cáo, nâng cao tiêu chuẩn an toàn chế tạo hơn nữa.

2. Tính chất của nước ion alkaline:
  Về tính chất của nước ion alkaline, trong khoa học điện giải có mấy giả thuyết hoàn toàn mới được đưa ra nhưng về kết quả thí nghiệm thì tính chất vượt khung bộ môn khoa học điện giải lâu nay vẫn chưa tìm thấy. Nghĩa là, theo điện giải, hydro sinh ra tại catôd, do đó, nước ngay tại catôd có tính alkaline.

PH của nước ion alkaline:
       Do điện giải nước mà hydro sinh ra, tạo thành OH, tiếp cận với catod, mà thành tính alkaline. Để bảo đảm trung tính về mặt điện tử, các cation như Ca2+ sẽ được di chuyển, đồng thời OH- cũng sẽ di chuyển về phía nước có tính acid. Ngoài ra, H+ sẽ được di chuyển đi khỏi phía nước có tính acid. Tùy theo cân bằng trong việc di chuyển vật lý của chúng, PH của nước ion alkaline sẽ được quyết định. Cho cường độ của dòng điện giải lớn lên, tốc độ hình thành OH- nhanh lên, dòng chẩy của dung dịch càng chậm PH càng cao.

Nồng độ Hydro trong nước ion alkaline:
Do điện giải nước mà hydro được sinh ra từ catod nhưng hydro lúc ban đầu chỉ là những bọt khí vô cùng bé nhỏ. Như hình 2 cho thấy, từ trong dung dịch, các bọt khí bé tí tập trung lại, rồi lớn dần. Tại catod các nguyên tử hydro hợp thành phân tử hydro, các phân tử hydro hòa tan trong dung dịch tập hợp lại, thành bọt khí nhỏ, để hình thành bọt khí này, phải có những năng lượng cần thiết, ở gần điện cực hydro tan với nồng độ cao hơn nhiều so với mức độ tan bình quân. Ví dụ, nếu đường kính khí hydro là 100nm, thì áp lực khí của bọt khí sẽ là khoảng chừng 30 lần áp suất không khí, và mức độ tan của hydro xung quanh đó cũng phải đạt mức bình quân 30 lần áp suất không khí.

Đã có báo cáo nêu rằng mức độ bão hòa của hydro có thể đạt giá trị lớn vượt quá 100. Vì vậy, khi ở trong nước ion alkaline, ta có thể nói được rằng mức độ tan của hydro là rất cao. Mức độ tan của hydro làm cho "vị trí điện tử oxy hóa khử" của nước ion alkaline bị thấp đi, tạo ra một áp suất không khí có tính hoàn nguyên. Do đó, mức độ tan của hydro ở trong nước ion alkaline phải chịu ảnh hưởng bởi tính chất đó.


Việc đo đạc mức độ tan của hydro không phải là dễ dàng, ngoài ra dù có bão hòa đi nữa thì vẫn còn thấp lắm. Hình 3 cho thấy nồng độ của hydro khi cho vào trong nước ion alkaline được tạo ra từ nước có ngậm một số muối, ở 2 độ C. Trong ngày thứ 2 thấp xuống rất đột ngột nhưng nồng độ cao vẫn được bảo đảm trong một thời gian dài.


ShoHisashi Mi ZenHachi  (Khoa nghiên cứu Cơ khí Viện Đại học Đại học KyoTo)
KikuTa  AkiraTsugi      (Bộ môn cơ khí Đại học công lập tỉnh ShigaKen)