碱性离子水的性质及安全性

小久见善八（京都大学工业研究所）
菊地 宪次（滋贺县立大学工业院）

 

　　现今，在市面上出售的大部分碱离子整水器－在阴极将自来水或添加钙盐的水以电来分解，而制造出碱离子的装置均属液流通式（flow式）整水器，除了其操作相当简单之外，适用的材质范围也相当广泛。因此，我们以经由整水器溶出的物质以及可能在整水器中生成的trial-methane类为中心，就物性的安全性进行调查研究。

 

1.安全性

　　在市面上出售的大多数液流通式碱离子整水器，其构造如图１所示。因为碱性水是由电分解水而得到的，所以随着在阴极进行还原产生氢而生成碱性水的同时，在阳极的水会被氧化产生氧而生成酸性水。为了防止碱性水和酸性水混合变为中性水，所以中间设有隔膜。此时，如果含有氯化物离子的话，则酸性水就会氧化而变成氯。大部分的液流通式碱离子整水器，除了保养及清净外，有时候会改变电源的接续方法使其极性颠倒，让阴极变为阳极，阳极变为阴极，于短时间进行电分解。我们也对这种逆通电所造成的影响进行调查研究。

 

整水器的材料

　　以覆有白金的钛电极和亚铁盐电极，做为试验的对象。试造含有这些电极(如图1)的试验用模型装置，然后再分析碱性离子水。使用覆有白金的钛电极时，没有发现重金属等的溶出问题。使用亚铁盐电极生成碱离子时，同样也没有重金属溶出的问题。但是，若是为了洗净而逆通电时，却可发现少量的重金属溶出。逆通电后只通水便可洗涤掉溶出的重金属，且于正式运转时并不会产生任何问题。但是，为了安全起见，最好是转换成覆有白金的钛电极。

　　除了以上的电极实验之外，另外也对配管、煤气灯、住宅建材等进行碱性离子水的浸泡试验，但并没有发现任何问题物质的产生。

 

碱性离子水中的副生成物

　　我们会担心，由碱离子整水器所制造出的水若含有氯化物离子时，便会受到阳极的氧化而产生氯，此时若再跟存于水中的微量有机物等起反应时，便会产生有机氯化合物。特别是在碱性条件下，因为卤仿反应而有可能生成trihalanethane等。

　　整水器在一般状况下不会发生卤仿反应，但是当含氯的酸性水通过隔膜，而移动到碱性离子水处时，则有可能会经由卤仿反应而产生trihalanethane类。我们设置了如图１的试验装置，使酸性水移到碱性水，再加以调查研究的结果显示，trihalanethane类已上升到有害浓度。电分解时，因为所使用隔膜的性质不同，有时候会产生电浸透而使酸性水移动到碱性水。但是，实际调查数种碱离子整水器的结果显示，除了没有发现电浸透性大的产品之外，也尽量调整流入供电解的水及电解水的流出为自碱性水流入酸性水，而不会构成卤仿反应的条件，所以没有发现任何trihalanethane类的生成。

　　此外，为使确保制品的安全性，所以均会向工业会提出报告，进行更新制品安全基准。

 

2.碱性离子水的性质

　　有人提出就电分解的理论范围来看，碱性离子水的性质完全是属于新的理论范围，但是就实验的结果看来，并没有超出过去电分解的理论范围。也就是说，因为经由电分解会在阴极会产生氢，因此在阴极附近的水会变为碱性。

 

碱性离子水的ＰＨ

　　经由电分解后会产生氢而生成ＯＨ-，所以在阴极附近便会变为碱性。为了保持电中性，有阳离子如Ca2+等移动过来时，ＯＨ-会移动过去酸性水侧。此外，自酸性水侧会有Ｈ＋移动过来。碱性离子水的ＰＨ视这些物质移动的平衡度而定。若加大电解电流、加快ＯＨ-的生成速度、放慢液体的流速、则ＰＨ值便会增高。

 

碱性离子水中的氢浓度

　　水经由电分解后，在阴极会产生氢，这种氢在最初时会变成微少的气泡。如图２所示，这种气泡会在液体中收集其他小气泡，而形成大气泡。在阴极氢原子会变为氢分子，溶化在溶液中的氢分子，会聚集而形成微少气泡，因为形成这些气泡需要多余的能量，所以在电极附近则会有氢，以比平衡溶解度高的浓度溶解。例如，氢气体的直径为100mm，则该气泡的气体压力便为30气压左右，周围的氢溶解度也保持平衡于30气压左右。关于氢的过饱和度，也有报告指出超过100。因此，可判定碱性离子水中的氢溶解度高。氢的溶解度能降低碱性离子水的“氧化还原电位”，而制造出还原的气氛。所以碱性离子水中的氢溶解度会影响碱性离子水的性质。

　　测定氢的溶解度并非易事。另外，即使处于过饱和状态时，氢的溶解度也会慢慢下降。由含有数种氯的水而制造出的碱性离子水，将其放置于２℃时的氢浓度如图３所示。虽然在第二天时氢浓度会急遽下降，但是却可长时间维持浓度。