JPH11192486A - 電解生成水溶液の氷結体およびその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電解装置により電解質溶液を電解し、陰極で
は遊離水酸イオン、陽極では遊離水素イオンを生成せし
め、これらを含有する電解生成水溶液を氷結させて氷結
体として保存し、後で、それらを解凍して、いつでも一
定含有の遊離イオンと水素分子を提供することを目的と
する。 【解決手段】 陰極及び陽極と、それらの間に配置した
隔膜とを具備した電解槽に純水あるいは水道水に電解質
を溶解した希薄電解質溶液か、あるいは水道水のいずれ
かを入れ、前記陰極と陽極間に直流印加電流を流して電
解し、生成された陰極側電解生成水溶液を冷凍手段によ
り氷結させたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電解装置などによ
り希薄電解質溶液を電解した際に生成される陰極側電解
生成水溶液の氷結体に関し、更に詳しくは陰極側電解生
成水溶液の酸化還元電位とその氷結体を解凍させた時の
酸化還元電位を指標にした電解生成水溶液の氷結体に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、水の電気分解は電解助剤として塩
化ナトリウムや塩化カリウムのような電解質を用いて行
われてきた。また硫酸のように実際は反応に関与しない
支持電解質を用い水の電気分解も行われてきた。前者の
ようにハロゲン化物を用いた場合は、十分なイオン解離
が行われるため、電解質は完全に電離している。そのた
め電解液中では、陰イオンは陽極に、陽イオンは陰極に
拡散移動し、溶液中での電荷を帯びたイオンが移動する
役割を果たす。従って、陽極では、ハロゲン元素、例え
ば塩素イオンが電子を放出して塩素原子から塩素分子に
なる。また、水分子が陽極で電子を放出し水素イオンと
酸素分子を生成し、陰極から拡散移動してきた塩素イオ
ンと反応して塩酸ができる。塩酸ができると水素イオン
濃度が低くなり塩素ガスは一部次亜塩素酸になる。陽極
側では塩酸と次亜塩素酸により酸性溶液となり、塩素ガ
スと酸素ガスは一定分圧下において気液平衡が維持され
ている。一方陰極では電解質であるアルカリ金属、例え
ばナトリウムイオンと水酸イオンとで水酸化ナトリウム
が生成され、水の電解により水素ガスが生成される。従
って、陰極側では水酸化ナトリウムによりアルカリ性を
示す結果となる。以上の結果、陽極側では酸性を示し、
陰極側ではアルカリ性を示すことになる。

【０００３】また隔膜として荷電膜を用いた場合、例え
ば陽イオン交換膜の場合は、電解質溶液中の陽イオンの
みが陽極側から陰極側に移動し、陰イオン交換膜の場合
は、電解質溶液中の陰イオンのみが陰極側から陽極側に
移動する。

【０００４】電解生成水溶液の生体への利用は既に古く
から知られており、電解質として塩化ナトリウムを用い
た場合、陽極で生成される次亜塩素酸が強力な殺菌作用
を具備しているということから消毒剤の代わりに使用さ
れている。また前記した電解では陽極側にヒドロキシラ
ジカルが生成されることも既に知られており、生体に直
接使用した場合、生体の生体防御機構になんらかの影響
を与えることにより、免疫機能を高めているという説も
ある。

【０００５】一方陰極側における利用としては、水道水
を電解し、陰極側に生成される電解水を飲用すること
で、胃腸内の異常発酵を抑制したり、胃酸の抑制をする
ことができるということで、広く利用されている。陰極
側で生成されるアルカリ性の電解水は、アルカリ金属の
水酸化物であり、特にカルシウムの場合、水酸化カルシ
ウムとして水に溶解している。また陰極表面で、水分子
が還元され、水素ガスが生成されている。陰極側生成の
電解水では水素ガスを多く含むため、水との濃度比から
酸化還元電位が低くなり、−３００ｍＶにも達すること
がある。これらの利用目的のために電解装置は水道直結
式となり、簡単な操作で陰極側と陽極側の両方から電解
生成水溶液を採取することができる。また電解生成され
た液の特性を示すために溶液の酸化還元電位と水素イオ
ン濃度が指標として利用されている。

【０００６】しかしながら、前記した陰極側電解生成水
溶液ではアルカリ金属の水酸化物と水素ガスが組成とし
て知られており、前記したように指標としては酸化還元
電位と水素イオン濃度が採用されている。陰極側電解生
成水溶液においては還元性の指標として酸化還元電位を
用いているが、該液における酸化還元電位はネルンスト
の式により水素ガスと水との濃度相関及び水素イオン濃
度により決定されており、必ずしも還元性の指標になり
得ていない。さらに水酸化物と水素ガスによりフリーラ
ジカルであるスーパーオキサイドアニオンラジカルを消
去する作用を持つスカーベンジャーにはなり得ない。同
様に陽極側電解生成水溶液においては塩酸のような酸と
酸素ガスと次亜塩素酸が組成として知られているが、殺
菌消毒作用としては次亜塩素酸がその役割を担っている
ことは自明である。しかし、肉芽形成促進等の現象はこ
れらの組成では説明がしにくく、治癒系に対する独立し
た系の存在を見いださなくてはならない。

【０００７】生体内において細胞内のミトコンドリアが
酸素電子還元し、酸素の１電子還元であるスーパーオキ
サイドアニオンラジカルから４電子還元状態であるＨ₂
Ｏまで連続的に反応が進行するが、その過程で水素イオ
ンや水酸イオンが消費される。これらのイオン種の内、
水酸イオンは電子伝達系に関与しているとされている。
更にまた陰極側電解生成水溶液の酸化還元電位は単純に
ネルンストの式により算定することが困難であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みなされたものであり、その目的とするところは、電
解質溶液を電気分解することにより、両極側にて遊離の
イオン種、すなわち陰極では遊離の水酸イオン、陽極で
は遊離の水素イオンを生成せしめ、Faraday の法則を利
用しアルカリを構成している水酸イオンと、酸を構成し
て水素イオンを中和滴定またはイオンの定量により、一
定量の遊離イオンと水素分子を含有する電解生成水溶液
を氷結させ、その後でこれら氷結体を解凍することによ
りいつでも常に一定含有の遊離イオンと水素分子を提供
することができる。

【０００９】また、一般に塩化ナトリウムのような電解
質は水に溶解し陽イオンであるナトリウムイオンと陰イ
オンである塩素イオンになり、０．１Ｍ程度の濃度では
完全に解離しており両イオンの濃度は同じである。また
水酸化ナトリウムや塩酸のような場合も同様に陽イオン
と陰イオンの濃度も同じであり、前者は酸と後者は塩基
と反応するが、遊離イオン種である遊離の水酸イオンや
遊離の水素イオンは酸あるいは塩基と反応せず、反対符
号の遊離イオン種かあるいは置換反応だけしか起こらず
極めて安定な遊離イオン種と水素分子を含む氷結体を提
供することができる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の電解生成水溶液の氷結体は、陰極及び陽極
と、それらの間に配置した隔膜とを具備した電解槽に純
水あるいは水道水に電解質を溶解した希薄電解質溶液
か、あるいは水道水のいずれかを入れ、前記陰極と陽極
間に直流印加電流を流して電解し、生成された陰極側電
解生成水溶液を冷凍手段により氷結させた固体状の成形
体であることを特徴とする。

【００１１】また、陰極及び陽極と、それらの間に配置
した隔膜とを具備した電解槽に純水あるいは水道水に電
解質を溶解した希薄電解質溶液か、あるいは水道水のい
ずれかを入れ、前記陰極と陽極間に直流印加電流を流し
て電解し、生成された陰極側電解生成水溶液を冷凍手段
により氷結させた氷結体は、後で該氷結体を解凍し陰極
側電解生成水と同一の状態に戻した時の酸化還元電位が
冷凍直前の陰極側電解生成水溶液の酸化還元電位に対し
て、０〜５０％の範囲にあることを特徴とする。

【００１２】また、陰極及び陽極と、それらの間に配置
した隔膜とを具備した電解槽に純水あるいは水道水に電
解質を溶解した希薄電解質溶液か、あるいは水道水のい
ずれかを入れ、前記陰極と陽極間に直流印加電流を流し
て電解し、電解生成水を製造する電解方式により、生成
された陰極側電解生成水溶液を電解槽から取り出し、そ
れを冷凍手段により氷結させ氷結体として貯蔵保存し、
後で該氷結体を解凍し陰極電解生成水溶液とし使用する
ことを特徴とする。

【００１３】さらに、前記冷凍手段は複数個の氷結体に
氷結させ、解凍に際しては前記陰極側電解生成水溶液の
使用量の調節を前記氷結体の個数で行えることを特徴と
する。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の電解生成水溶液の氷結体
は一実施の形態として図１に示す電解装置により製造さ
れる。すなわち、図１のように電解槽１内に陰極２、陽
極３、隔膜４を配置し、電解質溶液６を流入口６ａより
入れ、両極間に直流電源５の電圧を印加し、陰極側電解
生成水溶液７および陽極側電解生成水溶液８がそれぞれ
流出口７ａ，８ａから流出する。陰極側電解生成水溶液
７は冷凍装置２０に入り、２０ａの出口より、例えば球
状の氷結体２１となり、その受皿２２に複数個貯蔵され
る。従って、必要に応じてその氷結体２１の個数を選
び、解凍して使用できる。

【００１５】本発明の遊離イオン種を含む電解生成水溶
液は、陰極２、陽極３の不活性電極として白金電極を用
い、電解助剤として塩化ナトリウムを用い、両極に遊離
イオンを電解生成させたものである。

【００１６】ここで、電解助剤としては１価−１価電解
質である塩化ナトリウムの他、塩化カリウムあるいは２
価−１価電解質である塩化カルシウムや塩化マグネシウ
ム等であればよく、また支持電解質である硫酸でもよ
い。不活性電極は、白金系電極ならばいかなる電極でも
よく、不可逆電極であることが絶対的条件である。

【００１７】また隔膜４は陰イオン交換膜あるいは陽イ
オン交換膜のいずれも採用することができる。更に、非
荷電膜である中性膜も採用できるが、荷電膜はイオン選
択性をより高めることができるので中性膜よりも荷電膜
の方が好ましい。中性膜でも膜の構成ポアの小さいもの
ならよい。

【００１８】遊離水酸イオンや遊離水素イオンの生成は
使用する電解質濃度が１０^-4ｍｏｌ／ｌから飽和状態の
範囲で可能であり、陰陽両イオンの遊離イオン濃度は１
０^-4〜１０^-2ｍｏｌ／ｌの範囲で生成可能である。直流
印加電流値は１０^-1〜５Ａの範囲であれば遊離イオンの
生成は可能である。

【００１９】電解生成水溶液の分析方法は、陰イオン交
換膜を用いた場合、陰極側では塩素イオンが陽極側に移
動した量だけ減少し、ナトリウムイオンと水酸イオンで
水酸化ナトリウムを形成するので、中和滴定法により水
酸イオンの量を定量することができる。またイオンクロ
マトグラフ法により減少した塩素イオン量を定量しても
よい。中和滴定法もイオンクロマトグラフ法も殆ど同じ
精度で定量できる。また遊離の水酸イオンと水酸化ナト
リウムの水酸イオンの総量は、Faraday の法則により電
流と時間の積をFaraday 定数で除することにより見積も
ることができる。遊離の水酸イオンは、水酸イオンの総
量と中和滴定法あるいはイオンクロマトグラフ法により
定量した量の差から求めることができる。陽極側におい
てはFaraday の法則により求めた水素イオンの総量と中
和滴定法あるいはイオンクロマトグラフより定量した水
素イオン量との差から遊離の水素イオンが求められる。
なお、陽極側では塩酸と次亜塩素酸が水素イオンとして
定量できる。以下に両極側で起こる電極反応を示す。

【００２０】陰極側における反応 Ｈ₂ Ｏ＋ｅ^- → １／２Ｈ₂ ＋ＯＨ^- _(C1) （１） Ｎａ⁺ ＋ＯＨ^- _(C2) → ＮａＯＨ （２） 但し、［ＯＨ^- _(C1) ］，［ＯＨ^- _(C2) ］はそれぞれ総水
酸イオン濃度、水酸化ナトリウムの水酸イオン濃度を示
す。

【００２１】 ［Ｃｌ^- _(C1) ］−［Ｃｌ^- _(C2) ］＝［Ｃｌ^- _(C3) ］ （３） 但し、［Ｃｌ^- _(C1) ］、［Ｃｌ^- _(C2) ］、［Ｃｌ
^- _(C3) ］はそれぞれ電解前の塩素イオン濃度、電解後の
塩素イオン濃度、陰極側から陽極側に移動した塩素イオ
ン濃度を示す。 ［ＯＨ^- _(C2) ］＝［ｃｌ^- _(C3) ］ （４）

【００２２】陽極側における反応 １／２Ｈ₂ Ｏ → １／４Ｏ₂ ＋Ｈ⁺ _(a1) ＋ｅ^- （５） Ｃｌ^- _(al) → １／２Ｃｌ₂ ＋ｅ^- （６） １／２Ｃｌ₂ ＋Ｈ₂ Ｏ → ＨＯＣｌ＋Ｈ⁺ _(a2) ＋ｅ^- （７） Ｈ⁺ _(a2) ＋Ｃｌ^- _(a2) → ＨＣｌ （８）

【００２３】陰極側から陽極側に拡散移動した塩素イオ
ン量は両極側同量であることから ［Ｃｌ^- _(a1) ］＋［Ｃｌ^- _(a2) ］＝［Ｃｌ^- _(C3) ］ （９） 従って陽極では（５）、（６）の電極反応が進行し、
（５）、（８）により塩酸が生成される。

【００２４】遊離の水素イオン量は ［Ｈ⁺ _(a1) ］＋［Ｈ⁺ _(a2) ］−［ＨＯＣｌ］−［ＨＣｌ］ （１０） ［Ｈ⁺ _(a1) ］＋［Ｈ⁺ _(a2) ］はFaraday の法則に従って
電流と電解時間の積をFaraday 定数で除した値となる。

【００２５】また、陰イオン側電解水溶液中の水素分子
は水素ガスとして溶存しており、酸化還元電位はネルン
ストの式により求めることができる。 Ｅｈ＝0.688 - 0.0885pH + 0.00741og[O₂] - 0.02951og[H₂] V （１１） 式（１１）から溶存酸素量を計測することにより溶存水
素を求めることができる。

【００２６】

【実施例】本発明を実施例によって更に詳細に説明す
る。本発明はこれらの実施例に限定されない。実施例１ 硬質塩化ビニールの電解槽中に陰イオン交換膜を使用
し、電極に白金電極を用い陰極側と陽極側にそれぞれ４
００ｍｌの１０^-1Ｍの塩化ナトリウム溶液を入れ、０．
５Ａの直流電流を印加し、３、５、７、９、１１分間そ
れぞれ電解し、生成された電解液を中和滴定およびイオ
ンクロマトグラフ法にて陰極側に生成された塩素イオン
および水酸イオンの濃度を定量した。また、陽極側に生
成された塩素イオンおよび水素イオンの濃度を定量し、
Faraday の式から総水酸イオン量と水素イオン量を求
め、それぞれの遊離イオンを求め、逆浸透膜を介して電
解液を水と電解質成分に分離し、水中に遊離イオンを集
め、遊離イオン含有水を得た。表１、表２にその結果示
す。

【００２７】

【表１】遊離の水酸イオン濃度（濃度単位は１０^-3mole
s/400ml ）

【００２８】

【表２】遊離の水素イオン濃度（濃度単位は１０^-3mole
s/400ml ）

【００２９】また、電解時間３、７、１１分で生成した
陰極側電解生成水溶液を氷結させ、１週間後に解凍し、
酸化還元電位を測定した結果を表３に示す。

【００３０】

【表３】

【００３１】実施例２ 電解時間７分の陰極側電解生成水溶を氷結させ、１、
２、３、４、５週間後に解凍し酸化還元電位を測定し、
それぞれを電解後の酸化還元電位と比較した。結果を表
４に示した。

【００３２】

【表４】

【００３３】実施例３ 家庭用電解生成器を用いて水道水を電解し、得られた陰
極側電解生成水溶液を氷結させ解凍した後、酸化還元電
位を測定し、表５のような結果を得た。

【００３４】

【表５】

【００３５】

【発明の効果】以上詳細に説明した通り、本発明に係わ
る電解生成水溶液の氷結体は、以下のような効果を奏す
る。 (1) 陰極側電解生成水溶液の酸化還元電位は、電子数を
同一にした場合、溶存酸素と溶存水素の電位の和にな
り、マイナス電位が発生している限り、溶存水素が存在
していることであり、溶液状よりも氷結体の方が酸化還
元電位の経時変化は少ないことから、陰極側電解水溶液
の保存には最適である。 (2) 電解生成中には遊離イオンが存在しており、氷結解
凍することで常に電解直後の状態で電解水を利用するこ
とができる。 (3) 家庭用でも業務用でも冷凍装置があれば、簡便に電
解水の氷結体を製造できる利便性があり、低コストで製
造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電解装置により本発明の電解生成水溶液の氷結
体が製造される経過を説明する図である。

【符号の説明】

１ 電解槽 ２ 陰極 ３ 陽極 ４ 隔膜 ５ 直流電源 ６ 電解質溶液、水道水 ７ 陰極側電解生成水溶液 ８ 陽極側電解生成水溶液 ２０ 冷凍装置 ２１ 氷結体 ２２ 氷結体収容器

【手続補正書】

【提出日】平成１０年６月９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】電解生成水溶液の分析方法は、陰イオン交
換膜を用いた場合、陰極側では塩素イオンが陽極側に移
動した量だけ減少し、ナトリウムイオンと水酸イオンで
水酸化ナトリウムを形成するので、中和滴定法により水
酸イオンの量を定量することができる。またイオンクロ
マトグラフ法により減少した塩素イオン量を定量しても
よい。中和滴定法もイオンクロマトグラフ法も殆ど同じ
精度で定量できる。また遊離の水酸イオンと水酸化ナト
リウムの水酸イオンの総量は、Ｆａｒａｄａｙの法則に
より電流と時間の積をＦａｒａｄａｙ定数で除した値と
電流効率の積から見積もることができる。また電解前の
電解質溶液を一定濃度の塩酸で酸性にし、一定濃度の水
酸化ナトリウムで中和滴定した際の水酸化ナトリウムの
消費量［ＯＨ⁻］_０を遊離の水酸イオンを０とし、電解
後の電解生成溶液を同一の方法で同一のｐＨから水酸化
ナトリウムで中和した際の水酸化ナトリウムの消費量
［ＯＨ⁻］_{ｃａｔｈｏｄ}を求め、前者と後者の差、［Ｏ
Ｈ⁻］_{ｃａｔｈｏｄ}−［ＯＨ⁻］_０より電解による陰極
側に生成された遊離の水酸イオンを求めることができ
る。また陽極側における水素イオンの総量は、Ｆａｒａ
ｄａｙの法則により電流と時間の積をＦａｒａｄａｙ定
数で除した値と電流効率の積から見積もることができ
る。また電解前の電解質溶液を一定濃度の水酸化ナトリ
ウムでアルカリにし、一定濃度の塩酸で中和滴定した際
の塩酸の消費量［Ｈ^＋］_０を遊離の水素イオンを０と
し、電解後の電解生成溶液を同一の方法で同一のｐＨか
ら塩酸で中和した際の塩酸の消費量［Ｈ^＋］_ａｎｏｄを
求め、前者と後者の差、［Ｈ^＋］_ａｎｏｄ−［Ｈ^＋］_０
より電解による陽極側に生成された遊離の水素イオンを
求めることができる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】 ［Ｃｌ⁻ _（Ｃ１）］−［Ｃｌ⁻ _（Ｃ２）］＝［Ｃｌ⁻ _（Ｃ３）］ （３） 但し、［Ｃｌ⁻ _（Ｃ１）］、［Ｃｌ⁻ _（Ｃ２）］、［Ｃ
ｌ⁻ _（Ｃ３）］はそれぞれ電解前の塩素イオン濃度、電
解後の塩素イオン濃度、陰極側から陽極側に移動した塩
素イオン濃度を示す。 ［ＯＨ⁻ _（Ｃ２）］＝［Ｃｌ⁻ _（Ｃ３）］ （４） 遊離の水酸イオン量は ［ＯＨ⁻］_（Ｃ１）×（電流効率）−［Ｏ
Ｈ⁻ _（ｃ２）］＝［ＯＨ⁻］_{ｃａｔｈｏｄ}−［ＯＨ⁻］
_０ となる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】遊離の水素イオン量は ｛［Ｈ^＋ _（ａ１）］＋［Ｈ^＋ _（ａ２）］｝×（電流効率）−［ＨＯＣｌ］−［ ＨＣｌ］＝［Ｈ^＋］_ａｎｏｄ−［Ｈ^＋］_０ （１０）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 花 岡 孝 吉 長野県上田市大字上田1041

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陰極及び陽極と、それらの間に配置した
   隔膜とを具備した電解槽に純水あるいは水道水に電解質
   を溶解した希薄電解質溶液か、あるいは水道水のいずれ
   かを入れ、前記陰極と陽極間に直流印加電流を流して電
   解し、生成された陰極側電解生成水溶液を冷凍手段によ
   り氷結させた固体状の成形体であることを特徴とする電
   解生成水溶液の氷結体。
2. 【請求項２】 陰極及び陽極と、それらの間に配置した
   隔膜とを具備した電解槽に純水あるいは水道水に電解質
   を溶解した希薄電解質溶液か、あるいは水道水のいずれ
   かを入れ、前記陰極と陽極間に直流印加電流を流して電
   解し、生成された陰極側電解生成水溶液を冷凍手段によ
   り氷結させた氷結体は、後で該氷結体を解凍し陰極側電
   解生成水と同一の状態に戻した時の酸化還元電位が冷凍
   直前の陰極側電解生成水溶液の酸化還元電位に対して、
   ０〜５０％の範囲にあることを特徴とする電解生成水溶
   液の氷結体。
3. 【請求項３】 陰極及び陽極と、それらの間に配置した
   隔膜とを具備した電解槽に純水あるいは水道水に電解質
   を溶解した希薄電解質溶液か、あるいは水道水のいずれ
   かを入れ、前記陰極と陽極間に直流印加電流を流して電
   解し、電解生成水を製造する電解方式により、生成され
   た陰極側電解生成水溶液を電解槽から取り出し、それを
   冷凍手段により氷結させ氷結体として貯蔵保存し、後で
   該氷結体を解凍し陰極電解生成水溶液とし使用すること
   を特徴とする電解生成水溶液の氷結体の使用方法。
4. 【請求項４】 前記冷凍手段は複数個の氷結体に氷結さ
   せ、解凍に際しては前記陰極側電解生成水溶液の使用量
   の調節を前記氷結体の個数で行えることを特徴とする請
   求項３記載の電解生成水溶液の氷結体の使用方法。