Электрохимическая активация воды: Электрохимическая активация (ЭХА) — Институт Электрохимических Систем и Технологий Витольда Бахира

Электрохимическая активация (ЭХА) — Институт Электрохимических Систем и Технологий Витольда Бахира

ЭХА Электрохимическая активация (ЭХА)

Электрохимическая активация – это, в соответствии с теорией циклов научно-технического развития Н.Д.Кондратьева, технология пятого и шестого технологических укладов, т.е. технология производства компактных модульных электрохимических систем, заменяющих громоздкие химические производства (в отрасли химического машиностроения) и технология получения и применения метастабильных веществ вместо традиционных химических реагентов, позволяющая в десятки раз снизить расход химических реагентов или полностью исключить их использование (практически во всех областях человеческой деятельности). И в технологии, и в технике электрохимической активации широко используются принципы функционирования объектов живой природы.

Как физико-химический процесс электрохимическая активация представляет собой совокупность осуществляемых в условиях минимального выделения тепла электрохимического и электрофизического воздействий на жидкость (преимущественно, на воду) с содержащимися в ней ионами и молекулами растворенных веществ в области пространственного заряда у поверхности электрода (либо анода, либо катода) электрохимической системы при неравновесном переносе заряда через границу «электрод-электролит» электронами.

В результате электрохимической активации вода переходит в метастабильное (активированное) состояние, проявляя при этом в течение нескольких десятков часов повышенную реакционную способность в различных физико-химических процессах. Вода, активированная у катода (католит), обладает повышенной активностью электронов и имеет ярко выраженные свойства восстановителя. Соответственно, вода, активированная у анода (анолит), характеризуется пониженной активностью электронов и проявляет свойства окислителя.

Электрохимическая активация позволяет направленно изменять состав растворенных газов, кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства воды в пределах, намного больших, чем при эквивалентном химическом регулировании, позволяет синтезировать из воды и растворенных веществ химические реагенты (окислители или восстановители) в метастабильном состоянии. Это используется в процессах очистки и обеззараживания воды, а также для преобразования воды или разбавленных растворов электролитов в экологически чистые антимикробные, моющие, экстрагирующие и другие функционально полезные растворы, в том числе лечебные.

Для электрохимического преобразования воды и содержащихся в ней растворенных веществ разработаны и серийно производятся специальные модульные электрохимические реакторы с керамической ультрафильтрационной диафрагмой – элементы МБ.

Главными отличительными особенностями элементов МБ являются сочетание в одном элементе свойств реактора идеального вытеснения и реактора идеального смешения, а также возможность эффективного управления процессом электрохимической обработки воды и растворов электролитов посредством регулирования в широких пределах искусственно индуцированной ионселективной проводимости керамической диафрагмы.

Оптимальная конструкция и модульное исполнение позволяют использовать элементы МБ не только для электрохимической активации воды, но также в различных промышленных технологиях – для получения водорода, кислорода, хлора, диоксида хлора, гипохлорита натрия, щелочей. При работе на концентрированных солевых растворах преимущество элементов МБ перед промышленными диафрагменными или мембранными электролизерами состоит в возможности обеспечения конечного потребителя необходимыми продуктами (хлором, диоксидом хлора, соляной кислотой, едким натром, гипохлоритом натрия, гипохлоритом калия, хлорноватистой кислотой), синтезируемыми в требуемом количестве на месте применения в компактных экономичных установках при сравнительно невысоких требованиях к чистоте исходных растворов, минимальных затратах труда, времени и материалов.

Электрохимическая активация — это не только высокоэффективная технология очистки, обеззараживания, преобразования воды в технологические растворы различного назначения, но также новая философия сохранения природы и здоровья человека, принцип которой выражается в стремлении к идеальному конечному результату: «Эффект есть – реагента нет».

Основой такого подхода являются научные представления об экологических и экономических преимуществах практического применения активированных веществ, в том числе, активированной электрохимическим воздействием воды, перед традиционными химическими реагентами, в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и других областях человеческой деятельности. Эти представления полностью соответствуют принципиальным позициям «зеленой химии» — сравнительно недавно сформировавшегося направления создания новых и преобразования существующих химических производств и химических технологических процессов с целью обеспечения их экологической чистоты и безопасности.

Научно-исследовательская работа «Активация воды»

Идринский район

«Активация воды»

Никольское, 2019

Введение

Встречаясь с водой каждый день, мы все еще очень мало информации знаем о ней. Но давайте сейчас приглядимся к ней лучше, познакомимся со свойствами этого с одной стороны – простого и доступного, а с другой – загадачного и уникального вещества. В настоящее время внимание людей привлекается к различным видам воды. Очень важно уточнить, что их несколько больше, чем каждый из нас знает. Активированная вода, омагниченная вода, талая вода, кремниевая вода, серебряная вода — вот неполный список видов воды, которые выделяют ученые. Все они различаются между собой по свойствам, которые, прежде всего, зависят от строения молекул воды и межмолекулярной структуры.

Наиболее ярким представителем для меня стала активированная вода. Это питьевая вода, которая путем электролиза приобретает совершенно новые уникальные свойства, превращается в экологически чистый, биологически активный препарат. Научные деятели, стоящие у истоков изучения активированной воды: это Анатолий Васильевич Маловичко, Витольд Михайлович Бахир, Пятрас Шибилькис, и это лишь малая часть людей занимавшихся и занимающихся изучением активированной воды.

Актуальность проблемы повышения биологической активности воды в наше время еще более возросла и не вызывает сомнений ни у одного здравомыслящего человека. В решении этой проблемы участвуют ученые и медики разных стран мира, подключаются и энтузиасты-исследователи, которым не безразлично, в каком мире им прийдется жить [1].

Потому разработка универсального (а именно: быстрого, качественного, с низкой себестоимостью и доступного) способа активации воды является актуальной и перспективной в настоящее время.

Целью данной работы является создание  прибора  для  получения  активированной  воды и изучения ее свойств.

В рамках работы были поставлены следующие задачи:

Узнать что такое активированная вода из разных источников и о методах получения активированной воды

Изготовить прибор для получения активированной воды

Подтвердить свойства активированной воды.

Методы исследования:

— эксперимент

— анализ литературы

— систематизация знаний и выводов

1. Активированная вода и ее методы получения

1.1 Активированная вода

Активированная вода – это вода, имеющая биокаталитический заряд, а точнее избыток заряженных частиц, электронов. Такая вода имеет более активные биофизические и биологические показатели. Биологическая активность воды является одним из важных и полезных показателей для любого организма.

Целебные свойства щелочной и кислотной воды были открыты коллективом ученых Ташкентского НИИ Газа. Перед учёными, которыми руководил профессор С.А.Алехин, была поставлена задача: найти новый состав эмульсии, которую заливают в обжимные трубы в процесс буровых работ при поиске нефти и газа. В процессе исследований учёные решили использовать метод электролиза воды. В химической лаборатории, которой руководил инженер В.Бахир (ныне академик), начались интенсивные работы, в дальнейшем, принесшие свои результаты.

     Известно, что если сосуд из диэлектрика наполнить водой, поместить в него два электрода (анод и катод) и подключить к ним источник постоянного тока, то в сосуде начнется электролиз воды. При этом вода около анода приобретает кислотные свойства, а около катода — щелочные свойства. Но стоит отключить источник тока, как вода, перемешиваясь в сосуде, снова становится электрически нейтральной. Чтобы вода не смешивалась, исследователи между электродами установили перегородку-мембрану, которая пропускала ионы, но не позволяла смешиваться воде [2].
    Католитом  учёные стали называть воду, которая приобретает положительно заряженные ионы, а анолитом — отрицательно заряженные ионы. Однако с течением времени научные эксперименты и опытные исследования на животных и на людях дали свои результаты, уже в то время католит окрестили «живой» водой, а анолит — «мёртвой». Растворы и анолита и католита вместе по праву называются активированной водой.

Щелочная вода – она же «живая» вода является биостимулятором процессов. Это очень мягкая, бесцветная жидкость со щелочным вкусом, рН (водородный показатель) которой равен 8,5-10,5. При хранении в закрытом сосуде она сохраняет свои свойства целую неделю.

Кислотная вода – она же «мертвая» вода является бактерицидом. Это бесцветная жидкость с запахом кислоты, кислая, вяжущая, рН находится в интервале 2,5-3,5. При хранении в закрытых сосудах сохраняет свои свойства одну — две недели.

1.2 Методы получения активированной воды.

Активированная вода встречается в природе в горных источниках, однако существует возможность получить активированную воду искусственным путем в домашних условиях, при помощи различных активаторов воды. Каждый способ имеет разное активирующее воздействие, поэтому в одних методах вода будет иметь очень сильную биокаталитическую активность, а другие не значительную.

Влияние на воду магнитным полем. Поток воды проходит через магнитное поле, которое перпендикулярно самой струе воды.

Облучение воды ультрафиолетовым светом. В результате фотоэффекта на поверхности воды отделяются электроны.

Минералы или микроэлементы, которые имеют собственные информационные и энергетические поля. Активируют воду только те минералы, которые при взаимодействии с водой образуют отрицательно заряженные ионы. Показатели могут быть различными в зависимости от минерала.

Кавитация воды. Воду активируютпри помощи ультразвуковой обработки.

Электролиз воды (Ионизаторы). Активация происходит путем пропускания через воду электрического тока при помощи двух электродов. На одном электроде образуется катодная вода ОВП<0, на другом анодная ОВП>0. Катодная и анодная вода активно применяется в медицине и биологии.

Получение талой структурированной воды.  Способ основывается на замораживании и оттаивании воды. В данном способе в большей степени изменяется структура воды, но щелочность и активация не значительны.

Здесь приведены только некоторые методы активации и энергетизации воды. Существуют и другие методы повышения биологической активности воды, но они более трудоемкие и сложные.

Таким образом, активированная вода представляет собой совокупность двух растворов – анолита и католита, которые значительно разнятся по своим физическим и химическим свойствам. Активацию воду можно произвести и в домашних условиях, для этого есть целый ряд способов с использованием различных активаторов. Однако привлекает именно процесс электроактивации воды, происходящий в результате электролиза воды.

2. Изготовление электроактиватора в домашних условиях

Вариантов самостоятельного изготовления активатора воды достаточно много. Главный элемент любого домашнего прибора – это электроды и блок питания. В качестве проводника тока используется кусочек ваты, смоченный обычной водой, которая вставляется разными концами в два разных стакана, играющие роль емкостей для католита и анолита. Сетевое напряжение через диодный мост подается на электроды, которые опускаются в эти стаканы, заполненные водой. Вот и весь электроактиватор воды.

Схема простая: два стакана, между ними кусочек ватки, смоченный водой, да в качестве электродов можно использовать простые вилки или ложки из нержавеющей стали. Такой самодельный прибор должен работать не более 5-15 минут.

Таким образом, при сборке простейшего прибора в домашних условиях можно получить запас активированной воды. Использование активированной воды в лечебных целях и применение в быту изучено Пятрасом Шибилькис (приложение).

Исследование свойств активированной воды

Я сделал свой электроактиватор воды и запустил его на 15 минут, после чего занялся изучением свойств полученной активированной воды.

Сразу после приготовления католит представляет собой воду с интенсивно оседающим хлопьевидным осадком. По органолептическим свойствам живую воду можно сравнить с щелочной, мягкой, дождевой водой с лёгким привкусом пищевой соды. Индикаторная бумага показала значение водородного показателя равного 7 (т. е. рН7), что соответствует слабощелочному раствору.

Анолит — это бесцветная, прозрачная, кисловатая жидкость. Ее рН оказался равен 5, это слабокислая среда.

Таким образом, теоретические сведения о свойствах католита и анолита в ходе проведенного эксперимента были подтверждены.

Заключение

Активированная вода представляет собой совокупность двух растворов – анолита и католита, которые значительно разнятся по своим физическим и химическим свойствам. Активацию воду можно произвести как в промышленных, так и в домашних условиях, для этого есть целый ряд способов с использованием различных активаторов.

При сборке простейшего прибора — электроактиватора в домашних условиях можно получить запас активированной воды.

Теоретические сведения о свойствах католита и анолита, полученных методом электрохимической активации, в ходе проведенного эксперимента были подтверждены.

Список используемых ресурсов

В.М.Бахир. Об электрохимической активации и воде «живой» и «мертвой». Первое издание. М. 1990.

Электрохимическая активация: история, состояние, перспективы. М. 1999.

П. Шибильскис. Активированная вода лечит и помогает. «Наука и жизнь». №4. Вильнюс, 1996.

Приложение

Применение активированной воды в лечебных целях

1. Абсцессы (гнойники) Ангина Бессонница (повышенная раздражительность). Боль в горле (простуженное горло) Гастрит Герпес (простуда) Головная боль Грипп Кашель Прыщи

Применение активированной воды в бытовых и хозяйственных целях

Борьба с мелкими вредителями растений

Борьба с молью, тараканами.

Дезинфекция лица, рук, обуви.[3].

Сущность технологии электрохимической активации

Электрохимическая активация – технология получения метастабильных веществ
с использованием униполярного (анодного или катодного) электрохимического воздействия для дальнейшего использования
этих веществ в различных технологических процессах, сохраняя при этом
физико-химическая и каталитическая гиперактивность.

Как физико-химический процесс электрохимическая активация представляет собой комбинацию
электрохимических и электрофизических воздействий (выполняемых в условиях минимального
выделение тепла) на жидкость (чаще всего на воду), содержащую ионы и молекулы
растворенных в нем веществ, в области пространственного заряда вблизи электрохимической
Поверхность электрода системы (либо анода, либо катода) при неравновесном состоянии
перенос заряда электронами через границу «электрод — электролит».

В результате электрохимической активации вода становится метастабильной (активированной)
демонстрируя в течение нескольких десятков часов повышенную реактивность в различных физических
и химические процессы. Активированная катодом (католитом) вода приобретает такие
характерен как сверхактивность электронов и хорошо выраженный восстановитель
качество. Соответственно, вода, активированная анодом (анолитом), характеризуется
ингибированной электронной активностью и проявляет качества окислителя.

Электрохимическая активация позволяет целенаправленно изменять растворенные
газовый состав, кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства воды в
более широкие пределы, чем при эквивалентном химическом регулировании, позволяет синтезировать
метастабильные химические реагенты (окислители или восстановители) из воды и веществ
растворился в нем. Используется в процессах очистки и обеззараживания воды,
а также для превращения воды или разбавленных растворов электролитов в экологически чистые
дружественные противомикробные, моющие, экстрактивные и другие функционально полезные растворы,
в том числе терапевтические.

Различия между физико-химическими свойствами активированного и неактивированного
решения иллюстрируются результатами изучения корреляции между
степень отклонения физико-химических параметров активированного раствора от
состояние равновесия, а также интенсивность и глубина электрохимического раствора,
а также минерализация исходного раствора.

Схема изучения эффекта электрохимического воздействия
фактор неравновесности на физико-химические параметры активированных растворов

Исходные параметры раствора NaCl:

рН = 7,02; ОВП (j) = +270 мВ; Содержание NaCl
в дистиллированной воде 0,25 г/л

Параметры анолита и католита, получаемых при одинаковом удельном энергопотреблении
в условиях синтеза, близких и далеких от равновесия

m = qxQ, где Q = Ixt;

q = M/nF

Вт _м = IxUxt , где U = U _дес
+ U _pol + IxR

Обозначения:

I – сила тока, А; т — время, с; Q — конкретный
мощность, Кл/л; U – напряжение, В; N – мощность, Вт; Дж
— окислительно-восстановительный потенциал, мВ; рН – водородный показатель, рН ед. ; У _дек
— напряжение разложения, В; U _pol — напряжение поляризации, В;
R – электрическое сопротивление электролита, Ом; q – электрохимический эквивалент,
г/С; F – постоянная Фарадея, Кл/г·экв; m – масса, г; М – молекулярная масса, г;
n – количество электронов; W _м — энергия, Вт·с; РПЭ — проточный электрохимический
реактор.

Один из реакторов экспериментальной установки

Электрохимическая активация

Введение

Электрохимическая активация (ЭХА) — это получение безопасных, эффективных, экологически безопасных дезинфицирующих и чистящих средств путем пропускания обычной воды, содержащей растворенный хлорид натрия, через электролитическую ячейку.

Традиционные электролизеры способны генерировать только небольшие объемы нестабильной воды с низким pH и окисленной водой с образованием гипохлорита (отбеливателя).

В AQUAOX™ используются электролизеры, в которых анодная камера отделена однонаправленной проницаемой мембраной от катодной камеры. Это обеспечивает миграцию и разделение ионов для предотвращения образования газообразного хлора (CL2) при одновременном образовании больших объемов HOCL с нейтральным pH, который обладает высокой биоцидностью, но имеет очень низкую химическую нагрузку по сравнению с гипохлоритом натрия.

Как это работает   
Обычная водопроводная вода с низкой концентрацией хлорида натрия (NaCl) проходит через электролизную камеру, содержащую анод (положительный электрод) и катод (отрицательный электрод), разделенные однонаправленной проницаемой диафрагмой.

Положительные ионы (катионы) притягиваются к катоду, где они получают электроны от богатого электронами катода, образуя гидроксид натрия (NaOH), чистящую жидкость, способную уничтожать бактерии и патогены.

На аноде отрицательные ионы (анионы) притягиваются и отдают свои дополнительные электроны на обедненный электронами анод с образованием хлорноватистой кислоты (HOCL), мощной дезинфицирующей жидкости, обладающей превосходными бактерицидными, биоцидными и спороцидными свойствами, которая может уничтожать такие патогены, как как устойчивый к метициллину золотистый стафилококк (MRSA), устойчивый к ванкомицину энтерококк (VRE), вирус иммунодефицита человека типа 1 (ВИЧ-1) и другие.

При электролизе воды (h3O) происходит очень много реакций, например (E0 — стандартный окислительно-восстановительный потенциал):

•   O2 + H + e- HO2 E0 = – 0,13 В [1]
•   2H+ + 2e- h3 E0 = 0,00 В [2]
•   HO2 + H+ + e- h3O2 E0 = +1,50 В [ 3]
• O3 + 2H+ + 2e- O2 + h3O E0 = +2,07 В [4]
• OH- + H+ + e- h3O E0 = +2,85 В [5]
•   h3O + e- H+ OH — E0 = – 2,93 В [6]
•   OH+ e- OH- E0 = +2,02 В [7]

Приведенные выше уравнения не являются полным списком, но дают примеры некоторых протекающих реакций. В частности, они показывают, что при электролизе воды образуются ионы H+ и OH, радикалы H и OH, h3, O2, HO2, O3 и т.п. в результате окислительно-восстановительных реакций. В результате электролиза выделяются газообразный водород и озон, а также определенный процент гидроксидов, которые остаются в растворе в различных формах, включая, помимо прочего, перекись водорода.

Добавление хлорида натрия (поваренной соли) приводит к следующим дополнительным реакциям:

КАТОД

•   Na+ + e- Na [8]
•   2Na + 2h3O 2Na+ + 2OH- + h3 [9] 9016

АНОД

•   2Cl- – 2e- Cl2 [10]

Следует также отметить, что Cl2 и OH- реагируют следующим образом:

•   Cl2 + 2OH- ClO- + Cl- + h3O [ 11]
• Cl2 + OH- HClO + Cl- [12]

Химия

HOCL, созданный AQUAOX™, производится с использованием проверенных устройств и процессов в соответствии со стандартами EPA и ISO.

Aquaox ™ HOCL Технические характеристики:

• PH 6-7,5
• Потенциал понижения окисления (ORP)> 900MV
• Бесплатный хлор (FAC) 50-1000 ч / мл.

AQUAOX™ HOCL СОСТАВ:

•   Очищенная вода (H3O)   >99,848%
• Гипохлористая кислота (HOCL) <0,050%
• Ион гипохлорита (OCL-) <0,002%
• NACL NACL) <0,100%

можно для установления срока годности HOCL. К ним относятся pH, ОВП, EC, соленость и FAC (свободный доступный хлор).

FAC большинства производимых HOCL оказывается нестабильным и легко испаряется из воды, вызывая немедленный сильный запах хлора и усложняя хранение, транспортировку и использование. HOCL производства AQUAOX™ стабилен и готов к использованию в течение нескольких месяцев.

Микробная эффективность

• Log 6 снижение
• Эффективен против метициллин-резистентного золотистого стафилококка (MRSA), ванкомицин-резистентного энтерококка (VRE), вируса иммунодефицита человека (ВИЧ-1), вируса свиного гриппа типа 1 (ВИЧ-1). h2V1), Salmonella enterica и др.
• Микроорганизмы не могут выработать устойчивость к HOCL, в отличие от традиционных химических агентов.

Механизм действия

Механизм действия, при котором HOCL уничтожает эти различные микроорганизмы, хорошо задокументирован сторонними ресурсами. Принцип действия следующий:

• Свободные ионы в HOCL быстро реагируют и денатурируют белки. HOCL не следует использовать для продуктов на белковой основе, так как это приведет к реакции и разрушению белков. Как только HOCL вступает в контакт с микроорганизмом, он атакует бактериальные белки, расположенные в клеточных мембранах.
• Преимущество HOCL заключается в том, что он уничтожает аналогичные устойчивые к антибиотикам штаммы, включая MRSA и VRE. Во-вторых, из-за разницы осмоляльности (концентрация ионов в растворе по сравнению с цитоплазмой) HOCL вызывает разрыв клеточной мембраны, ведущий к лизису клеток.

Токсичность

• Никаких доказательств токсичности в любой форме не наблюдалось ни в одном независимом лабораторном исследовании.
• На основании всей этой информации можно обоснованно сделать вывод, что HOCL нетоксичен и безопасен для использования в отраслях и областях применения, определенных AQUAOX™.

Краткое описание

HOCL, полученный с помощью AQUAOX™, представляет собой сверхокисленную воду с нейтральным pH, полученную путем электролиза разбавленного солевого раствора, проходящего через электролитическую ячейку. Этот процесс создает большие объемы мягкого, но чрезвычайно мощного противомикробного раствора, способного быстро уничтожать бактерии, вирусы, споры, цисты, накипь и биопленку. HOCL является стабильным, экономичным в производстве, более экологичным, чем традиционные химические технологии, и может использоваться во многих областях в самых разных отраслях.

HOCL является окислителем из-за смеси свободных радикалов, придающих ему антимикробный эффект. Исследования показали, что HOCL обладает высокой биоцидностью и может существенно уменьшить количество таких патогенов, как сальмонелла и кишечная палочка, без использования дорогостоящих токсичных химикатов. Кроме того, он предлагает дополнительные преимущества, заключающиеся в возможности удаления биопленки и накипи с производственного оборудования, что значительно сводит к минимуму основной фактор, способствующий загрязнению.

Поскольку HOCL эффективно уничтожает микроорганизмы, они не могут выработать устойчивость к HOCL, в отличие от других дезинфицирующих и дезинфицирующих средств. Стандартные токсичные химические вещества могут создавать штаммы патогенов, которые со временем становятся устойчивыми, поскольку клетка может вытеснить или нейтрализовать химическое вещество до того, как оно сможет его убить, что приводит к значительному снижению общей эффективности химических чистящих и дезинфицирующих средств.

Влияние pH на соотношение свободного доступного хлора.

HOCL обладает более высокой биоцидной активностью, чем NaOCL, а дезинфицирующий эффект в 80-300 раз выше, чем активность NaOCL при той же концентрации свободного доступного хлора. Этот больший эффект обусловлен постоянным производством свободного доступного хлора посредством электролиза без гиперхлорирования.