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氢气医学简史(三)电解水原理

水被直流电电解生成氢气和氧气的过程被称为电解水。电流通过水时,在阴极通过还原水形成氢气,在阳极则通过氧化水形成氧气。氢气生成量大约是氧气的两倍。这是电解水的基本原理,也是电解水机的基本原理。

三、电解水机工作原理

现在市场上的电解水类型多种多样,大多数在日本生产,中国、美国、加拿大和澳大利亚也有一些类似产品。这些电解水机售价大约一两万元人民币,每年大约销售20万台。这些电解水机都是与水源直接相连,进水先经过活性炭过滤,以减少氯离子对电解槽的破坏,为保证电解效率,过滤水必须含有至少50毫克/升的矿物质离子(图2)。

片状或网状钛基电极用铂金覆盖,电解时正极产生酸性氧化水,电解反应为2 H2O(ℓ)=O2(g) + 4H+(aq) + 4 e−。电子流过电路,正极电解槽积累矿物阴离子(HCO3−,Cl−, HSO4−, NO3−,…),氢离子和氧气释放出来,水pH值降低到4和6之间,水的氧化还原电位可能高达+900mV。负极反应是2H2O(ℓ)+2e−=H2(g) + 2OH−(aq),电解槽则积聚矿物正离子(Na+,K+,Ca2+,Mg2+等),并产生氢氧根离子和氢气分子,水pH增加到8-10,氧化还原电位降低到-600mV。

不同机器制备的电解水性能如酸碱度和氧化还原电位等差别巨大,这主要决定于使用水的硬度、电压、电流、水流速度和水温等因素。不同机器产生的电解效果,差别最大是体现在氧化还原电位的降低程度。pH值和电阻则保持相对稳定。氧化还原电位负值越高说明这种水具有越理想的还原性。

如电解水这样碱性高和氧化还原电位低的水在自然界非常少见。据说性能比较接近的自然水有德国诺尔登瑙泉水可以达到-250mv。据说日本HitaTenryosui,墨西哥Tlacote,印度Nadone也有类似的碱性还原水。

图 2. 电解水安装模式图

图3 电解水工作原理

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