本發(fā)明涉及一種用于制備次氯酸消毒液的系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及一種使用該系統(tǒng)的方法。本發(fā)明屬于次氯酸電化學(xué)生產(chǎn)設(shè)備與系統(tǒng)的制造和設(shè)計(jì)領(lǐng)域。本發(fā)明尤其適用于消毒領(lǐng)域，例如但不限于水、空氣、硬質(zhì)或軟質(zhì)表面、動(dòng)植物或人體表面以及醫(yī)療設(shè)備表面的消毒。

背景技術(shù)：

1、次氯酸(cas編號(hào)：7790-92-3)是一種弱無機(jī)酸，化學(xué)式為hclo。其在水中部分解離生成次氯酸根離子(clo-)，如化學(xué)反應(yīng)式1所示：

2、

3、如圖1所示，水溶液中兩種氯形態(tài)(hclo/clo-)的分布比例取決于水的ph值。

4、由圖1可知，當(dāng)ph<7.6時(shí)，次氯酸為主導(dǎo)形態(tài)；當(dāng)ph>7.6(堿性)時(shí)，次氯酸根為主導(dǎo)形態(tài)。當(dāng)ph值低于3.5時(shí)，開始生成氯氣。為了保持次氯酸(hclo)溶液的形態(tài)穩(wěn)定，最大限度增強(qiáng)其抗菌活性，并盡量減少不良副產(chǎn)物的生成，ph值最好應(yīng)保持在3.5至7.5之間。

5、此外，次氯酸(hclo)是先天免疫系統(tǒng)中的關(guān)鍵殺菌成分，由哺乳動(dòng)物的白細(xì)胞自然分泌，用于抵御感染。其具有殺滅廣譜微生物(細(xì)菌、病毒、真菌等)的特性。相較于常用消毒劑次氯酸鈉(漂白水的主要成分)，次氯酸的殺菌效率高出80至120倍，且對(duì)皮膚的刺激性較低。

6、次氯酸的應(yīng)用領(lǐng)域包括水處理、食品衛(wèi)生與安全、各類表面、物體或食品的清潔消毒，以及醫(yī)藥與醫(yī)療應(yīng)用，尤其是傷口護(hù)理和皮膚消毒方面的應(yīng)用。要注意的是，美國食品藥品監(jiān)督管理局(fda)已批準(zhǔn)將次氯酸作為生物殺滅劑使用。此外，歐盟委員會(huì)已于2021年7月批準(zhǔn)將次氯酸釋放的活性氯(ec編號(hào)：232-232-5)作為人體衛(wèi)生用生物殺滅劑產(chǎn)品的活性成分使用。近年爆發(fā)的新冠病毒(covid-19)疫情一方面導(dǎo)致市面上含酒精消毒產(chǎn)品庫存短缺，另一方面也證明次氯酸在新冠病毒感染高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域起到重要的消毒作用。因此，目前眾多應(yīng)用領(lǐng)域(例如，水處理、農(nóng)業(yè)食品、化妝品、醫(yī)藥等)對(duì)次氯酸消毒液的需求不斷增長(zhǎng)。

7、現(xiàn)有技術(shù)中已提出多種用于制備次氯酸消毒液的系統(tǒng)和方法。例如，這些已知系統(tǒng)和方法包括：

8、-如下方反應(yīng)式2所示的氯氣水解法，

9、-如下方反應(yīng)式3所示的次氯酸根離子酸化法，

10、-如下方反應(yīng)式4-6所示的氯化鈉水溶液電解法。

11、

12、2cl-(aq)→cl2(g)+2e-??(4)

13、2h2o(l)+2e-→h2(g)+2oh-(aq)??(5)

14、cl2(g)+2oh-(aq)→ocl-(aq)+cl-(aq)+h2o(l)??(6)

15、如反應(yīng)式2所示的方法雖可快速高效制備次氯酸消毒液，但因存在氯氣處理的固有風(fēng)險(xiǎn)及其儲(chǔ)存隱患，實(shí)際應(yīng)用非常有限。

16、如反應(yīng)式3所示的方法通過酸化劑(諸如鹽酸)水溶液酸化次氯酸鹽(諸如次氯酸鈣或次氯酸鈉)水溶液來制備次氯酸消毒液。然而，該方法需對(duì)酸化過程中的ph值及溫度進(jìn)行精準(zhǔn)控制，以阻止或減少有毒氯氣的生成。另外，該方法要求制備、運(yùn)輸并儲(chǔ)存次氯酸鹽以及酸性產(chǎn)物，而此類物質(zhì)均屬于腐蝕性化學(xué)品。

17、如反應(yīng)式4-6所示的方法是應(yīng)用最廣泛的次氯酸消毒液制備方法。該方法通常只需在水中加入堿金屬氯化物(諸如氯化鈉或氯化鉀)，無需其他化學(xué)品。該方法的具體步驟如下：將含有一定比例堿金屬氯化物(諸如氯化鈉)的水溶液注入配備電解槽的容器或反應(yīng)室中，該電解槽包含至少一個(gè)陽極和至少一個(gè)陰極；對(duì)該水溶液進(jìn)行電解，生成次氯酸水溶液；通過例如泵送等方式將該次氯酸水溶液轉(zhuǎn)移至另一反應(yīng)室或容器中，與水稀釋獲得次氯酸消毒液。要注意的是，反應(yīng)式4(氯離子氧化反應(yīng))在至少一個(gè)陽極處發(fā)生，由此生成氯氣；而反應(yīng)式5(水還原反應(yīng))在至少一個(gè)陰極處進(jìn)行，由此生成氫氣。

18、要說明的是，現(xiàn)有方法中涉及的電解槽分為以下兩類：

19、-第一類為分隔式電解槽，采用隔膜完全隔離槽內(nèi)陽極產(chǎn)物與陰極產(chǎn)物，因此，陽極根據(jù)反應(yīng)式生成的氯氣溶于水，進(jìn)而通過上文所述反應(yīng)式2生成次氯酸；

20、-第二類為非分隔式電解槽，不使用隔膜；在該情況下，各陽極生成的氯氣可直接與各陰極生成的氫氧根離子反應(yīng)，通過反應(yīng)式6生成次氯酸根離子；而該次氯酸根離子可根據(jù)上述反應(yīng)式1與次氯酸形成動(dòng)態(tài)平衡。

21、現(xiàn)有技術(shù)中的電解方法和系統(tǒng)均存在以下一項(xiàng)或多項(xiàng)缺點(diǎn)：

22、-所生產(chǎn)的消毒液通常受到大量氯化鹽的污染，和/或稀釋度過高，和/或次氯酸濃度偏低(<3ppm)；

23、-通常依賴大型設(shè)備，和/或工藝復(fù)雜度較高，因此成本高昂；

24、-在生產(chǎn)消毒液時(shí)無法按預(yù)期調(diào)節(jié)次氯酸的濃度，因此無法滿足用戶需求。如上所述，消毒液的應(yīng)用廣泛，因此需確保用戶能夠根據(jù)具體消毒操作需求選擇最適宜的次氯酸濃度。

25、本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述全部或部分缺點(diǎn)。本發(fā)明的另一目的是提供一種用于制備次氯酸消毒液的系統(tǒng)或方法，以便用戶能夠獲得具有最適用于其預(yù)期用途的次氯酸濃度的消毒液。本發(fā)明的又一目的在于提供一種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、易于實(shí)施、適合大小規(guī)模生產(chǎn)且成本低廉的系統(tǒng)或方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種允許用戶對(duì)所述消毒液的制備進(jìn)行高效監(jiān)控的系統(tǒng)或方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出的解決方案是一種用于制備次氯酸消毒液的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)的顯著特征在于，包括：

2、-專用于制備所述消毒液的稀釋槽，其設(shè)有用于將水注入其中的進(jìn)水口；

3、-至少一個(gè)電解裝置，其布置于所述稀釋槽下方，并且包括：

4、--電解反應(yīng)室，其用于儲(chǔ)存固態(tài)堿金屬氯化物，

5、--至少一個(gè)電極組，其包括至少一個(gè)陽極和至少一個(gè)陰極，布置于所述電解反應(yīng)室內(nèi)，

6、--導(dǎo)管，其用于實(shí)現(xiàn)所述電解反應(yīng)室和所述稀釋槽之間的流體連通。

7、所述系統(tǒng)的另一個(gè)顯著特征在于，所述導(dǎo)管的布置使得在向所述稀釋槽注水時(shí)，同步向所述電解反應(yīng)室注水，以溶解儲(chǔ)存在所述電解反應(yīng)室中的部分所述固態(tài)堿金屬氯化物，從而形成含氯離子的水溶液；并且使得當(dāng)利用所述電極組對(duì)所述電解反應(yīng)室中的所述水溶液進(jìn)行電解以生成次氯酸時(shí)，至少部分所述次氯酸能夠從所述電解反應(yīng)室遷移至所述稀釋槽，與其中的水混合稀釋，形成所述消毒液。

8、本發(fā)明所述次氯酸消毒液的制備系統(tǒng)擁有眾多優(yōu)點(diǎn)，其中包括設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、易于實(shí)施、適合大小規(guī)模生產(chǎn)且成本低廉。此外，本發(fā)明所述系統(tǒng)可確保用戶獲得具有最適用于其預(yù)期用途的次氯酸濃度的消毒液。實(shí)際上，用戶可通過調(diào)節(jié)該系統(tǒng)控制游離氯的預(yù)期含量(例如：5ppm、100ppm、250ppm、1500ppm、3000ppm或3000ppm以上)，從而制備具有所需次氯酸濃度的消毒液。為此，用戶可采用多種方式調(diào)節(jié)該系統(tǒng)，例如，增加電解裝置的數(shù)量，和/或每個(gè)電解裝置中的電極組數(shù)量，和/或每個(gè)電極組的電極數(shù)量。要指出的是，本發(fā)明所述系統(tǒng)不包括任何傳輸裝置，例如泵類傳輸裝置，因此無法通過此類傳輸裝置將電解反應(yīng)室內(nèi)生成的次氯酸(和/或次氯酸根離子)從該電解反應(yīng)室傳輸至稀釋槽以與水混合形成消毒液。還要指出的是，在進(jìn)行電解前，布置于電解反應(yīng)室上方的稀釋槽內(nèi)僅存儲(chǔ)水，在電解結(jié)束后，水被替換為消毒液。

9、本發(fā)明的其他有益特征如下所列。所述的每項(xiàng)特征既可獨(dú)立應(yīng)用，也可與前述顯著特征組合應(yīng)用，還可視具體情況提出一項(xiàng)或多項(xiàng)分案專利申請(qǐng)：

10、優(yōu)選地，通過調(diào)節(jié)所述電解反應(yīng)室中所述水溶液的所述電解，生成氣泡，所述氣泡產(chǎn)生湍流，所述湍流能夠通過所述導(dǎo)管迫使至少部分所述次氯酸從所述電解反應(yīng)室向所述稀釋槽遷移。

11、所述至少一個(gè)電解裝置可以是一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或三個(gè)以上電解裝置。

12、所述至少一個(gè)電極組可以是一個(gè)、兩個(gè)或兩個(gè)以上電極組。

13、優(yōu)選地，所述至少一個(gè)電極組還包括多個(gè)雙極電極，所述多個(gè)雙極電極穿插在所述至少一個(gè)電極組的陽極與陰極之間。

14、更優(yōu)選地，所述至少一個(gè)電極組的所述至少一個(gè)陽極、所述至少一個(gè)陰極和所述多個(gè)雙極電極均呈相互平行且等間距排列的平板狀。

15、在一種替代實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)電極組包括多個(gè)陽極和多個(gè)陰極，所述多個(gè)陽極和所述多個(gè)陰極呈按交替極性平行排列的平板狀。

16、所述至少一個(gè)電解裝置的所述電解反應(yīng)室至少有10升容量。

17、所述稀釋槽還可包括氣泡破碎裝置，用于破碎所述至少一個(gè)電解裝置的所述電解反應(yīng)室內(nèi)可能產(chǎn)生的氯氣氣泡(或縮小其尺寸)，從而促進(jìn)氯氣溶于水；所述氣泡破碎裝置布置在所述稀釋槽的底部，至少與所述用于實(shí)現(xiàn)所述電解反應(yīng)室和所述稀釋槽之間的流體連通的導(dǎo)管齊平。

18、所述氣泡破碎裝置可由至少一塊帶有穿孔的平板組成，所述穿孔的直徑足以將所述氣泡縮小到促進(jìn)氯氣溶于水的尺寸。

19、優(yōu)選地，所述至少一塊平板的所述穿孔的直徑小于5毫米，優(yōu)選地小于1毫米。

20、具體地，所述氣泡破碎裝置由多塊穿孔平板組成，所述多塊平板疊加布置，使得兩塊相鄰平板的穿孔彼此交錯(cuò)排布。

21、優(yōu)選地，本發(fā)明所述系統(tǒng)還包括測(cè)量裝置，所述測(cè)量裝置包括：

22、-傳感器，其用于測(cè)量所述稀釋槽內(nèi)配制的所述消毒液中的游離氯含量，

23、-顯示器，其用于顯示所述傳感器測(cè)得的所述游離氯含量。

24、一般情況下，本發(fā)明所述系統(tǒng)還包括調(diào)節(jié)裝置，所述調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)所述稀釋槽內(nèi)配制的所述消毒液的ph值。

25、有利地，本發(fā)明所述系統(tǒng)還包括控制單元，所述控制單元可操作地連接至所述用于測(cè)量所述游離氯含量的測(cè)量裝置，并且所述控制單元用于執(zhí)行以下操作：將所述傳感器測(cè)得的所述游離氯含量與游離氯含量閾值進(jìn)行比較，并在所述傳感器測(cè)得的所述游離氯含量等于或高于所述游離氯含量閾值時(shí)，中斷所述電解。

26、具體地，所述游離氯含量閾值被設(shè)定為選自5ppm至3000ppm范圍、尤其是10ppm至1500ppm范圍的最大值。

27、在實(shí)際應(yīng)用中，所述稀釋槽設(shè)有進(jìn)水口，所述進(jìn)水口經(jīng)由供水回路連接至水源，所述供水回路沿所述稀釋槽的方向依次設(shè)有電磁閥和循環(huán)泵。

28、在實(shí)際應(yīng)用中，所述稀釋槽還設(shè)有用于對(duì)所述消毒液進(jìn)行取樣的取樣出口，所述取樣出口連接至分接頭，所述分接頭位于所述供水回路中的所述電磁閥與所述循環(huán)泵之間，使得取樣管路與所述循環(huán)泵以及位于所述循環(huán)泵后的部分所述供水回路形成再循環(huán)回路，所述再循環(huán)回路用于將所述消毒液從所述取樣出口循環(huán)回流至所述進(jìn)水口。

29、優(yōu)選地，所述用于測(cè)量所述游離氯含量的測(cè)量裝置位于所述再循環(huán)回路上，具體位于所述取樣管路上，以確保能夠連續(xù)測(cè)量所述消毒液。

30、所述待電解水溶液的ph值可為3至8，優(yōu)選地為6至8。

31、根據(jù)另一方面，本發(fā)明涉及一種用于制備次氯酸消毒液的方法。所述方法的顯著特征在于，包括以下步驟：

32、a)提供本發(fā)明所述系統(tǒng)；

33、b)向所述系統(tǒng)的所述稀釋槽中注水，其中，在向所述稀釋槽注水時(shí)，通過所述用于實(shí)現(xiàn)所述電解反應(yīng)室與所述稀釋槽之間的流體連通的導(dǎo)管同步向所述系統(tǒng)的所述至少一個(gè)電解裝置的所述電解反應(yīng)室注水，以溶解儲(chǔ)存在所述電解反應(yīng)室中的部分堿金屬氯化物，從而形成含氯離子的水溶液；

34、c)對(duì)所述至少一個(gè)電解裝置的所述至少一個(gè)電極組的電極施加電流，以對(duì)所述電解反應(yīng)室中的所述含氯離子的水溶液進(jìn)行電解，從而生成次氯酸，其中，至少部分所述次氯酸經(jīng)由所述導(dǎo)管從所述電解反應(yīng)室遷移至所述稀釋槽，與所述稀釋槽中的水混合稀釋，形成所述消毒液；

35、d)測(cè)量所述稀釋槽中配制的所述消毒液的游離氯含量；

36、e)當(dāng)在所述步驟d)測(cè)得的所述游離氯含量達(dá)到所述消毒液的預(yù)期游離氯含量值時(shí)，中斷所述電解；

37、f)可選地，通過所述傳感器測(cè)量所述稀釋槽中配制的所述消毒液的所述游離氯含量；

38、g)可選地，通過所述控制單元執(zhí)行所述步驟e)中的所述中斷所述電解的操作，所述控制單元用于將所述步驟f)中所述傳感器測(cè)得的所述游離氯含量與所述游離氯含量閾值進(jìn)行比較，并在所述傳感器測(cè)得的所述游離氯含量等于或高于所述游離氯含量閾值時(shí)，中斷所述電解；

39、h)可選地，測(cè)量所述稀釋槽中配制的所述消毒液的至少一項(xiàng)固有參數(shù)，所述固有參數(shù)從ph值、溫度、電導(dǎo)率和硬度參數(shù)列表中選擇；

40、i)可選地，調(diào)節(jié)所述稀釋槽中配制的所述消毒液的ph值。

41、在具體實(shí)施方案中，在所述步驟c)中施加于所述電極的電壓的范圍在1伏特至15伏特之間，優(yōu)選地在2伏特至10伏特之間。

42、優(yōu)選地，所述次氯酸消毒液的ph值范圍約為5.1至6.9，優(yōu)選地為6.5。

43、優(yōu)先地，在所述可選步驟g)中，所述游離氯含量閾值被設(shè)定為選自5ppm至3000ppm范圍、尤其是10ppm至1500ppm范圍的最大值。