CN104411644A - 制备包含阳离子和阴离子的溶液的装置和方法 - Google Patents

Abstract

离子对人的生命是很重要的。当前选择离子类型和浓度的方法是传统的化学溶解方法。本发明提出了一种制备包含阳离子和阴离子的溶液(5)的装置和方法。所述装置包括：至少一个阳离子释放模块(10)，所述至少一个阳离子释放模块中的每一个均被配置为释放至少一种类型的阳离子；至少一种阴离子释放模块(12)，所述至少一种阴离子释放模块中的每一个均被配置为释放至少一种类型的阴离子；和被配置成控制所述至少一个所述阳离子释放模块(10)和至少一个所述阴离子释放模块(12)以释放相应类型的离子的控制器(14)。本发明的实施例通过分别控制阳离子和阴离子自动地制备溶液。

Description

制备包含阳离子和阴离子的溶液的装置和方法

技术领域

本公开涉及包含阳离子和阴离子的溶液的制备，特别是包含选择性阳离子和阴离子的溶液的制备。

背景技术

离子是带电粒子，其在活的有机体内，以及在工业和家庭应用中具有各种功能。

目前，包含离子的溶液采用传统的化学溶解的方法来制备。例如，包含K⁺和Cl^-的溶液可以通过在诸如水的溶剂中溶解氯化钾(KCl)，或稀释浓缩的KCl溶液来制备。

然而，以这种方式，阴离子和阳离子都按照摩尔比添加，这是不可控的。例如，通过在水中溶解KCl，K⁺和Cl^-以1:1的摩尔比添加。通过溶解Na₂SO₄，Na⁺和SO₄ ^2-以摩尔比2:1添加。

因此，结果是，具有能够更好地控制到溶液中的离子释放的新的方法和装置是重要且有意义的。

发明内容

根据上述传统的方法，为了制备包含某些类型的阳离子(例如K⁺)和阴离子(例如Cl^-)的溶液，可以使用离解成阳离子和阴离子的相应电解质(例如KCl)。可替代地，具有所需阳离子的一种电解质和具有所需阴离子的另一电解质被一起使用，以提供所需的阳离子和阴离子的溶液，该溶液包含不需要的其它离子。鉴于在不同情况下可能需要阳离子和阴离子的不同组合，用户必须管理大量种类的电解质。

此外，对于诸如KCl之类的电解质，只要诸如K⁺之类的阳离子例的浓度是确定的，诸如Cl^-之类的阴离子的浓度由此确定。如果需要制备具有浓度为x的K⁺和浓度为y的Cl^-的溶液，其中x与y不同，额外类型的化学品，例如K₂SO₄、HCl等等，将需要被加入到该溶液中，这意味着阳离子和阴离子的浓度必须通过各添加剂的精确重量测量预先被控制。

此外，在制备溶液中，为了获得一些诸如H⁺之类的离子，用户可能必须使用腐蚀性化学品，例如HCl、H₂SO₄作为制备的原材料或中间材料，这对用户是危险的。

为了更好地解决上述问题中的一个或多个问题，具有自动制备包含阳离子和阴离子的溶液的装置是有利的。这对单独地控制阳离子和阴离子的种类也是有利的。

此外，如果该装置单独并自动控制阴离子和阳离子的各自浓度，将是有利的。

此外，如果该装置的用户摆脱令人不快的腐蚀性化学品将是有利的。

在本发明的一个实施例中，用于制备包含阳离子和阴离子的溶液的装置包括：

-至少一个阳离子释放模块，所述至少一个阳离子释放模块中的每个阳离子释放模块均被配置为释放至少一种类型的阳离子；

-至少一个阴离子释放模块，所述至少一个银离子释放模块中的每个银离子释放模块均被配置为释放至少一种类型的阴离子；

-控制器，被配置为控制至少一个所述阳离子释放模块和至少一个所述阴离子释放模块以释放相应类型的离子。

阳离子释放模块和阴离子释放模块可分别释放某种类型的阳离子和阴离子到溶液中。因此，溶液中的阳离子和阴离子的种类可以被分别控制。

此外，通过所述装置从多种类型的阳离子和/或阴离子中为溶液选择所需类型的阳离子和阴离子将是有利的。为了更好地解决这一问题，在一个优选实施例中，所述装置包括至少两个分别用于不同类型阳离子的阳离子释放模块，和/或至少两个分别用于不同类型阴离子的阴离子释放模块。在该优选实施例中，只通过少数几个阳离子释放模块和阴离子释放模块，能够提供具有阳离子和阴离子的各种组合的溶液，考虑到了灵活性和简单性两者。

在一个优选实施例中，阳离子释放模块包括：连接到控制器并被配置为浸入在溶液中的金属和/或合金电极；所述控制器被配置为在金属和/或合金电极上施加正电压，使得阳离子被释放到溶液中。

该实施例提供了用于阳离子释放模块的具体实施方式。所述金属和/或合金电极的尺寸小，因而多种类型的电极可以被装配在所述装置中，以为阳离子的选择提供多样性。此外，金属和/或合金电极具有高容量的阳离子存储并便于运输和使用，这将有益于国内应用。在一个实施例中，活性金属阳极可被用于产生金属阳离子。在替代实施例中，惰性金属阳极被使用，将进行水电解并且可以生成H⁺阳离子。这可避免腐蚀性酸，例如HCl、H₂SO₄的参与，因而对用户是安全的。

在一个优选实施例中，阳离子释放模块包括用于容纳包含第一类型阳离子的第一电解质的第一容器，该第一容器具有阳离子膜，用于从溶液中分离第一电解质，并且控制器被配置为在第一电解质中施加正电压，使得第一类型阳离子穿过阳离子膜被释放到溶液中。

该实施例为阳离子释放模块提供了另一种具体实施方式。难以可控制地由金属电极产生的活性金属阳离子，诸如Na⁺、K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺，在本实施例中可以被存储并可控地被释放。

在一个优选实施例中，阴离子释放模块包括用于容纳包含第二类型阴离子的第二电解质的第二容器，该第二容器具有阴离子膜，用于从溶液中分离第二电解质，并且控制器被配置为在第二电解质中施加负电压，使得第二类型阴离子通过阴离子膜被释放到溶液中。

不像阳离子，从电极释放阴离子可能是困难的，从而该实施例提供了一种用于阴离子释放模块的具体实施方式。

在一个优选实施例中，阳离子释放模块包括存储第一类型阳离子并被配置成浸入溶液中的阳离子络合聚合物和/或凝胶，控制器被配置为在电解溶液中的水并生成H⁺离子，所述H⁺离子进入阳离子络合聚合物和/或凝胶并且从聚合物和/或凝胶中交换出第一类型阳离子并进入溶液中。

另外或可替代地，阴离子释放模块包括存储第二类型阴离子并被配置成浸入溶液中的阴离子络合聚合物和/或凝胶，控制器被配置为在电解溶液中的水，并生成OH^-离子，所述OH^-离子进入阴离子络合聚合物和/或凝胶，并从聚合物和/或凝胶中交换出第二类型阴离子并进入溶液中。

该实施例仍为阳离子释放模块和阴离子释放模块提供了其它的具体实施方式。所述聚合物和/或凝胶易于被替换并且具有成本效益。

在一个优选实施例中，控制器向阳离子释放模块和阴离子释放模块提供电流以释放离子；控制器被配置为根据相应阳离子的第一浓度，确定流过每个阳离子释放模块的电流振幅和流动时间；和/或

所述控制器被配置为根据相应阴离子的第二浓度，确定流过每个阴离子释放模块的电流振幅和流动时间；

其中所述控制器被配置成为阳离子释放模块和阴离子释放模块控制电流振幅和流动时间，以保持所生成的阳离子的总电量和所生成的阴离子的总电量相等。

该实施例提供了用于自动地分别控制阳离子和阴离子中的每一者的浓度，而不涉及精确重量测量的具体实施方式。该实施例相当自动并且对于用户制备具有所需离子浓度的溶液是灵活的。

在一个实施例中，所述装置包括用于容纳溶液的第三容器。在一个变化的实施例中，该装置可被放置在溶液中，该装置的尺寸可以很小。

用于各种用途的溶液，例如用于饮用的矿泉水，用于豆腐制作、皮肤护理、消毒和洗衣的水，应包含不同类型的合适的阳离子和/或阴离子。因此，根据实际需要提供溶液将是有利的。为了更好地解决这一问题，在一个优选实施例中，该装置还包括：被配置成确定所述溶液的用途的第一单元；被配置成根据所确定的用途，确定第一类型阳离子和/或第二类型阴离子的第二单元；并且所述控制器根据第一类型阳离子和/或第二类型阴离子选择阳离子释放模块和/或阴离子释放模块。

在本发明的一个实施例中，提供了一种制备包含阳离子和阴离子的溶液的方法，包括以下步骤：

-从至少一个阳离子释放模块中选择至少一个，以释放相应的阳离子到溶液中；

-从至少一个阴离子释放模块中选择至少一个，以释放相应的阴离子到溶液中。

附图说明

通过借助于附图阅读非限制性实施例的以下描述，本发明的特征、方面和优点将变得显而易见。

图1至图4示出了根据本发明的不同实施例的不同的装置的框图；

图5示出了如图1至4所示的装置1的阳离子释放模块10的一个具体实施例；

图6示出了如图1至4所示的装置1的阳离子释放模块10’的另一个具体实施例；

图7示出了如图1至4所示的装置1的阴离子释放模块12的一个具体实施例；

图8示出了装置1的一个实施例，其包括具有电流流动方向的阳离子释放模块10和10’以及阴离子释放模块12和12’。

图9是示出了根据本发明的实施例的方法9的流程图。

其中，相同或相似的附图标记指的是相同或相似的组件/模块。

具体实施方式

下面列出了一些典型的离子和相应用途：

1)Ca²⁺：钙是骨骼及牙齿的组成部分。它还可以用作生物信使。在水中的Ca²⁺浓度影响洗涤剂的效率，并且有时会导致不溶性沉淀。

2)K⁺和Na⁺：钾和钠离子在动物体内的主要功能是保持特别是在肾脏内的渗透平衡。

3)Mg²⁺：最重要地，镁离子是叶绿素的组成部分。它还涉及水的硬度。

4)Cl^-：氯离子在人体内的内环境的平衡中是很重要的，并且氯化物也是胃酸的组成。

5)CO₃ ^2-：在血液中，大约85％的二氧化碳被转化成允许更大运输速率的碳酸根离子。

6)PO₄ ^3-：三磷酸腺苷是以可进入形式存储能量的常用分子。骨骼是磷酸钙。

7)Fe^2/3+：血红蛋白，主要的携氧分子具有中央铁离子。三价的铁离子能凝结蛋白质并被用于止血剂中。

根据本发明的一个方面，提供了一种制备包含阳离子和阴离子的溶液的装置1，包括：

-至少一个阳离子释放模块10，所述至少一个阳离子释放模块中的每一个阳离子释放模块均被配置为释放至少一种类型的阳离子到溶液中；

-至少一个阴离子释放模块12，所述至少一个银离子释放模块中的每一个银离子释放模块均被配置为释放至少一种类型的阴离子；

-控制器14，被配置成控制至少一个所述阳离子释放模块和至少一个所述阴离子释放模块以释放相应类型的离子。

在不同的实施例中，根据需要，阳离子释放模块10或阴离子释放模块12的数量可以完全改变。图1-4示出了根据本发明的不同实施例的不同的装置1的框图。在图1所示的实施例中，该装置1包括一个阳离子释放模块10和一个阴离子释放模块12。在该实施例中，在溶液中的阳离子和阴离子的类型是固定的。在如图2所示的更复杂的实施例中，装置1包括一个阴离子释放模块12和若干个阳离子释放模块10、10’和10”，以与任何阳离子或任何阳离子的组合一起释放固定的阴离子。此外，类似地，在如图3所示的更复杂的实施例中，该装置1包括一种阳离子释放模块10和若干个阴离子释放模块12、12’和12”，以与任何阴离子或任何银离子的组合一起来释放固定的阳离子。此外，在如图4所示的实施例中，装置1包括若干个阳离子释放模块10、10’和若干个阴离子释放模块12、12’以释放阴离子和阳离子的不同组合。应当理解，在其他实施例中，阴离子释放模块和阳离子释放模块中的任一者或两者的数目可以与图1-4所示的数目不同。

根据本发明的一个方面，如图9所示。提供了一种制备包含阳离子和阴离子的溶液的方法，包括以下步骤：

-S94：从至少一个阳离子释放模块中选择至少一个以释放相应的阳离子到溶液中；

-S96：从至少一个阴离子释放模块中选择至少一个以释放相应的阴离子到溶液中。

已经根据本发明的实施例描述了装置的不同结构和方法，下面的部分将针对阳离子释放模块和阴离子释放模块以及施加到其的控制阐明不同的具体实施例。

●阳离子释放模块

在一个实施例中，阳离子释放模块10包括连接到控制器并被配置成浸入溶液中的金属和/或合金电极2。并且控制器被配置为在金属和/或合金电极上施加正电压，使得阳离子被释放到溶液中。

如图5所示，电极2由活性金属A制成并用作阳极。电极2浸入溶液5中，并且当正电压被施加在电极2上时(其中负电压被施加在溶液5中)，在电极2内的金属原子失去电子，并且阳离子A^m+从电极2被释放并且进入溶液5中。优选地，在一些实施例中，活性金属阳离子，诸如Al³⁺、Zn²⁺、Fe³⁺、Sn²⁺、Cu²⁺和Ag⁺，可以在该策略中被释放。该电极方程式被列出如下：

Al–3e^-→Al³⁺；

Zn–2e^-→Zn²⁺；

Fe–3e^-→Fe³⁺；

Sn–2e^-→Sn²⁺；

Cu–2e^-→Cu²⁺；和

Ag–e^-→Ag⁺

其中，e^-代表电子。

在一个替代实施例中，诸如Pt电极之类的惰性金属电极被用作阳极，水电解将在阳极进行，并且H⁺阳离子可以在溶液中生成。这可以产生H⁺阳离子而无需溶解腐蚀性酸添加剂，例如HCl、H₂SO₄，因此它对用户是安全的。

金属和/或合金电极的尺寸小，因而多种类型的电极可以安装在该装置1中，以提供阳离子选择的多样性。

关于方法方面，第一选择步骤包括：在金属和/或合金电极2上施加正电压，使得阳离子被释放到溶液中。

在如图6所示的另一个实施例中，阳离子释放模块10’包括用于容纳包含第一类型阳离子A^m+的第一电解质6的第一容器3，并且第一容器3例如被配置成浸入到溶液5中。第一容器3具有阳离子膜30，用于从溶液5中分离第一电解质6，并且阳离子膜30仅允许阳离子通过，即从第一容器3到溶液5。并且阳离子释放模块10’包括阳极32，所述阳极32的一端浸入第一电解质6内，并且另一端连接到控制器14(未在图6中示出)，所述控制器14被配置经由阳极32对第一电解质6施加正电压。阳离子H⁺在第一电解质6内产生。为了在第一电解质6内保持电中性，阳离子A^m+通过阳离子膜30流出第一电解质6进入溶液5中。

该实施例为阳离子释放模块提供了另一种具体实施方式。难以由金属阳极可控制地产生的诸如Na⁺、K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺之类的活性金属阳离子，在本实施例中可以被存储并可控制地释放。

关于方法方面，第一选择步骤S94包括对第一电解质施加正电压使得阳离子通过阳离子膜30被释放到溶液中。

在又一实施例中，能够在电气控制下释放阳离子的其它材料，诸如聚合物、凝胶，也可以用作阳离子释放模块。具体地，存储这种类型阳离子的阳离子络合聚合物或凝胶被配置成浸入溶液中，并且控制器14被配置为电极溶液中的水以生成H⁺阳离子。H⁺阳离子进入阳离子络合聚合物和/或凝胶，并在电场的作用下将这种类型的存储的阳离子交换出聚合物或凝胶，并且这种类型的阳离子在电场的作用下进入溶液中。在一个实施方式中，一个阳离子释放模块可以包含存储和释放一种类型阳离子的一种聚合物。如果需要若干种类型的阳离子，应部署分别具有相应的聚合物的若干个阳离子释放模块。在一个变化的实施方式中，一个阳离子释放模块可以包含一种存储若干种类型的阳离子的聚合物，或包含若干个分别存储一种类型的阳离子的聚合物。在这个变化的实施方式中，若干种类型的阳离子将被同时释放。

上面的描述给出了针对阳离子释放模块10的实施方式，并且下面的描述将阐明针对阴离子释放模块12的实施方式。

●阴离子释放模块

在一个实施例中，如图7所示，阴离子释放模块12包括用于容纳包含第二类型阴离子B^n-的第二电解质7的第二容器4，并且第二容器4例如被配置成浸入到溶液5中。第二容器4具有阴离子膜40，用于分离第二电解质7和溶液5，并且阴离子膜40仅允许阴离子通过，即从第二容器4到溶液5。并且阳离子释放模块10包括阴极42，所述阴极的一端浸入第二电解质7内，并且另一端连接到控制器14，所述控制器14被配置为经由阴极42对第二电解质7施加负电压。阴离子OH^-在第二电解质7内产生。为了在第二电解质7内保持电中性，阴离子B^n-通过阴离子膜40流出第二电解质7进入溶液5中。

在一个例子中，在溶液5中需要酸根，例如Cl^-、SO₄ ^2-。在现有技术中，用户可能不得不操纵HCl或H₂SO₄，并且这是危险的。当使用本发明的实施例时，阴离子释放模块12可以使用KCl或Na₂SO₄溶液作为第二电解质7。酸根被释放而无需用户的操纵，并且用户可以远离腐蚀性化学品。

关于方法方面，第二选择步骤包括：对第二电解质施加负电压使得阴离子通过阴离子膜40被释放到溶液中。

在又一实施例中，能够在电气控制下释放阴离子的其它材料也可以用来作为阴离子释放模块，诸如聚合物、凝胶。具体地，存储这种类型阴离子的阴离子络合聚合物或凝胶被配置成浸入溶液中，并且控制器被配置为电解溶液中的水并产生OH^-阴离子。OH^-阴离子进入阴离子聚合物或凝胶，并在电场的作用下从聚合物或凝胶中交换出这种类型的存储的阴离子，并且这种类型的阴离子在电场的作用下进入溶液。在一个实施方式中，一种阴离子释放模块可以包含存储和释放一种类型的阴离子的一种聚合物。如果需要若干种类型的阴离子，应该部署若干个分别具有对应的聚合物的阴离子释放模块。在变化的实施方式中，一种阴离子释放模块可以包含存储若干种类型的阴离子的一种聚合物，或包含分别存储一种类型的阴离子的若干种聚合物。在这个变化的实施方式中，若干种类型的阴离子将被同时释放。

一般，不像释放金属阳离子的金属阳极，大多数阴极本身不能释放阴离子，因此，具有含有阴离子的溶液和阴离子络合聚合物和/或凝胶的上述实施例，使释放阴离子成为可能。

上面的描述阐述了装置1的结构以及阳离子释放模块10和阴离子释放模块12的具体实施方式。以下描述将阐明如何控制每个模块，以获得阳离子和阴离子中的每个的所需浓度。

具有两个阳离子释放模块10和两个阴离子释放模块12的装置1被作为例子并在图8中示出。控制器14向阳离子释放模块10和阴离子释放模块12提供电流以释放离子，并且控制器14控制每个模块的电流振幅和电流流动时间，以获得所需的浓度。为了易于理解，所有的阳离子释放模块10和10’类似于图6中所示的模块，并且阴离子释放模块12和12’类似于图7所示的模块。该装置还包括用于容纳溶液5的第三容器50，并且这些模块被放置在容器50内并被配置成浸入到溶液5中。

释放的阳离子和阴离子的浓度与为每个模块由电流随时间提供的电量(Q＝t×I)密切相关。该方程式可被写为：

m×C_A1 ^m+×V＝t×I_A1；n×C_A2 ⁿ⁺×V＝t×I_A2；

o×C_B1 ^o-×V＝t×I_B1；p×C_B2 ^p-×V＝t×I_A2。

其中m、n、o和p是阳离子和阴离子的电荷数；C_A1 ^m+、C_A2 ⁿ⁺、C_B1 ^o-和C_B2 ^p-是阳离子和阴离子的浓度；V是溶液S的体积，I_A1、I_A2、I_B1和I_A2是流过模块的电流；t是电流流动并释放离子的时间。给定阳离子和阴离子的所需浓度，控制器14根据相应的离子浓度，连同离子的电荷数及溶液的体积S一起，确定流过相应模块的电流振幅和流动时间。例如，对于A1^m+，给定所需浓度C_A1 ^m+，电流I_A1和时间t应符合下列表达式：

t×I_A1＝m×C_A1 ^m+×V。

为了维持电中性，释放的阳离子和阴离子应满足下列方程式：

m×C_A1 ^m++n×C_A2 ⁿ⁺＝o×C_B1 ^o-+p×C_B2 ^p-

而且，释放的离子总量，可以通过流过离子模块的总电量进行监测和控制，其可被记录为：

Q_total＝∑t×I_Ai＝∑t×I_Bi＝∑m_i×C_Ai ^mi+×V＝∑o_j×C_Bj ^oj-×V。

例如，

1.当I_A1＝I_B1≠0并且I_A2＝I_B2＝0时，则A1^m+和B1^o-按照浓度比o:m被释放。

2.当I_A1＝I_B2≠0并且I_A2＝I_B1＝0时，则A1^m+和B2^q-按照浓度比q:m被释放。

3.当I_A1＝2I_B1＝2I_B2并且I_A2＝0时，则A1^m+、B1^o-和B2^q-按照浓度比2oq：mq：mo被释放。

4.通过控制电流分布，不同的阳离子和阴离子的复杂组合可被释放。

该实施例提供了用于分别控制阳离子和离子中的每一个的浓度的具体实施方式。该实施例相当自动化且对于用户制备具有所需离子浓度的溶液是灵活的。

关于方法方面，所述方法还包括：

根据相应阳离子的第一浓度，确定流过每个阳离子释放模块10的电流振幅和流动时间；和/或

根据相应阴离子的第二浓度，确定流过每个阴离子释放模块12的电流振幅和流动时间；

并且包括：

控制针对阳离子释放模块10和阴离子释放模块12的电流振幅和流动时间，以保持所产生的阳离子的总电量和所产生的阴离子的总电量相同。

在该实施方式中，对于各种用途的溶液，例如用于饮用的矿泉水，用于豆腐制作、皮肤护理、消毒或洗衣的水，应包含不同类型合适的阳离子和/或阴离子。因此，对于一个单个装置，根据不同的实际需要提供不同的溶液将是有利的。为了更好地解决这一问题，在一个优选实施例中，该装置还包括：

第一单元，其被配置为获得关于溶液用途的信息；

第二单元，其被配置为根据所获得的信息，确定溶液中的第一类型阳离子和/或第二类型阴离子；

并且控制器14根据所确定的第一类型阳离子和/或所确定的第二类型阴离子，选择至少一个所述阳离子释放模块10和/或至少一个所述阴离子释放模块12。

例如，为了制备用于饮用的矿泉水，阳离子是Na⁺、K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺，同时阴离子是SO₄ ^2-和Cl^-。为了制备用于皮肤护理和口腔护理的水，阳离子可以是Ca²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺并且阴离子是NO₃ ^-或SO₄ ^2-。为了制备用于消毒和卫生的水，阳离子可以是Ag⁺和H⁺，并且阴离子可以是S₂O₈ ^2-。在进一步的实施方式中，溶液不直接被使用，而是经历进一步的处理，例如溶液的用途是被电解以产生相应的气体，例如Cl₂。在这种情况下，控制器14选择模块以释放相应的离子到溶液中，例如选择Cl^-释放模块以释放Cl^-到溶液中，以便产生Cl₂。

被配置成获得信息的第一单元可以是被配置成接收来自用户的输入的用户接口。如果该装置被附连到并输出溶液到适于利用该溶液的诸如水分配器、豆腐制作机、洗衣机之类的设备，则该接口可以是机器对机器的接口以从所述设备接收指令。在另一个实施例中，第一单元也可以是预存储有关该溶液的用途信息的存储器。

关于方法方面，如图9所示，在步骤S94和S96之前，该方法还包括以下步骤：

-S90：获得关于溶液的用途的信息；和

-S96：根据所获得的信息，确定溶液中的第一类型阳离子和/或第二类型阴离子；

所述两个选择步骤根据所确定的第一类型阳离子和/或所确定的第二类型阴离子，分别选择阳离子释放模块10和/或阴离子释放模块12。

通过研究说明书、附图和所附权利要求，本领域普通技术人员能够理解并实现所公开的实施例的修改。例如，每个阳离子释放模块均可同时包含和释放两种或更多种类型的阳离子，诸如Na⁺，Ca²⁺和

Mg²⁺，并且每个阴离子释放模块均可以同时包含并释放两种或更多种类型的阴离子。不脱离本发明的精神的所有这些修改都将被包括在所附权利要求的范围之内。

词语“包括”不排除在权利要求或说明书中未列出的步骤或元件的存在。在元件之前的单词“一个(a)”或“一个(an)”不排除多个这样的元件的存在。在本发明的实践中，在权利要求中的若干技术特征可以由一个部件来体现。在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记不应被解释为限制该权利要求。“A，B和C中的至少一个”应包括下列中的任何一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A和B和C。

Claims (15)

1.一种制备包含阳离子和阴离子的溶液的装置，包括：

-至少一个阳离子释放模块(10)，所述至少一个阳离子释放模块中的每个均被配置为释放至少一种类型的阳离子；

-至少一个阴离子释放模块(12)，所述至少一个阴离子释放模块中的每个均被配置为释放至少一种类型的阴离子；

-控制器(14)，被配置为控制至少一个所述阳离子释放模块和至少一个所述阴离子释放模块以释放对应类型的离子。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置包括至少两个分别用于不同类型的阳离子的阳离子释放模块(10，10’)，

和/或

至少两个分别用于不同类型的阴离子的阴离子释放模块(12，12’)。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述阳离子释放模块包括：

-连接到所述控制器并且被配置为浸入所述溶液中的金属和/或合金电极(2)；

所述控制器(14)被配置为在所述金属和/或合金电极(2)上施加正电压，使得阳离子被释放到所述溶液中。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述阳离子释放模块包括用于容纳包含所述类型的阳离子的第一电解质的第一容器(3)，所述第一容器(3)具有分离所述第一电解质与所述溶液的阳离子膜(30)，

所述控制器(14)被配置为对所述第一电解质施加正电压，使得所述类型的阳离子通过所述阳离子膜(30)被释放到所述溶液中。

5.根据权利要求1或4所述的装置，其中所述阴离子释放模块包括用于容纳包含所述类型的阴离子的第二电解质的第二容器(4)，所述第二容器(4)具有用于分离所述第二电解质与所述溶液的阴离子膜(40)，

所述控制器(14)被配置为对所述第二电解质施加负电压，使得所述类型的阴离子通过所述阴离子膜(40)被释放到所述溶液中。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述阳离子释放模块(10)包括存储所述阳离子并且被配置为浸入所述溶液中的阳离子络合聚合物和/或凝胶，

所述控制器(14)被配置为电解所述溶液中的水并且生成H⁺离子，所述H⁺离子进入所述阳离子络合聚合物和/或凝胶并且从所述聚合物和/或凝胶中交换出所述类型的阳离子并且进入所述溶液中；

和/或

所述阴离子释放模块(12)包括存储所述阴离子并且被配置为浸入所述溶液中的阴离子络合聚合物和/或凝胶，

所述控制器(14)被配置为电解所述溶液中的水并且生成OH^-离子，所述OH^-离子进入所述阴离子络合聚合物和/或凝胶并且从所述聚合物和/或凝胶中交换出所述类型的阴离子并且进入所述溶液中。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的装置，其中，所述控制器(14)向所述阳离子释放模块(10)和所述阴离子释放模块(12)提供电流以释放离子；

所述控制器(14)被配置为根据所述对应阳离子的第一浓度，确定流过每个阳离子释放模块(10)的电流振幅和流动时间；和/或

所述控制器(14)被配置为根据所述对应阴离子的第二浓度，确定流过每个阴离子释放模块(12)的电流振幅和流动时间；

其中，所述控制器(14)被配置为控制针对所述阳离子释放模块(10)和所述阴离子释放模块(12)的电流振幅和流动时间，以保持所产生的阳离子的总电量和所产生的阴离子的总电量相等；并且

所述装置还包括：

-用于容纳所述溶液的第三容器(50)。

8.根据权利要求1所述的装置，还包括：

-第一单元，被配置为获得关于所述溶液的用途的信息；

-第二单元，被配置为根据所获得的信息，确定所述溶液中的第一类型阳离子和/或第二类型阴离子；

所述控制器根据所确定的第一类型阳离子和/或所确定的第二类型阴离子，选择至少一个所述阳离子释放模块和/或至少一个所述阴离子释放模块。

9.一种制备包含阳离子和阴离子的溶液的方法，包括以下步骤：

-从至少一个阳离子释放模块(10)中选择至少一个以释放相应的阳离子；

-从至少一个阴离子释放模块(12)中选择至少一个以释放相应的阴离子。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述阳离子释放模块(10)包括至少两个分别用于不同类型的阳离子的模块(10，10’)，和/或

所述阴离子释放模块(12)包括至少两个分别用于不同类型的阴离子的模块(12，12’)。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述阳离子释放模块包括：

-连接到阳极并且被配置为浸入所述溶液中的金属和/或合金电极(A)；

并且所述第一选择步骤包括：

在所述金属和/或合金电极(A)上施加正电压，使得所述金属阳离子被释放到所述溶液中。

12.根据权利要求9所述的方法，其中所述阳离子释放模块(10)包括用于容纳包含所述类型的阳离子的第一电解质的第一容器(c)，所述第一容器(3)具有用于分离所述第一电解质与所述溶液的阳离子膜层(30)，

并且所述第一选择步骤包括：

对所述第一电解质施加正电压，使得所述阳离子通过所述阳离子膜(30)被释放到所述溶液中。

13.根据权利要求9所述的方法，其中所述阴离子释放模块(12)包括用于容纳包含所述阴离子的第二电解质的第二容器(4)，所述第二容器(4)具有用于分离所述第二电解质与所述溶液的阴离子膜层(40)，

并且所述第二选择步骤包括：

对所述第二电解质施加负电压，使得所述阴离子通过所述阴离子膜(40)被释放到所述溶液中。

14.根据权利要求9至12中的任一项所述的方法，其中，所述第一选择步骤和所述第二选择步骤向所述阳离子释放模块(10)和所述阴离子释放模块(12)提供电流以释放离子；

所述方法进一步包括：

根据所述对应的阳离子的第一浓度，确定流过每个阳离子释放模块(10)的电流振幅和流动时间，和/或

根据所述对应的阴离子的第二浓度，确定流过每个阴离子释放模块(12)的电流振幅和流动时间；

并且包括：

控制针对所述阳离子释放模块(10)和所述阴离子释放模块(12)的电流振幅和流动时间，以保持所产生的阳离子的总电量和所产生的阴离子的总电量相等。

15.根据权利要求9所述的方法，进一步包括以下步骤：

-获得关于所述溶液的用途的信息；

-根据所获得的信息，确定所述溶液中的第一类型阳离子和/或第二类型阴离子；

根据所确定的第一类型阳离子和/或所确定的类型的阴离子，所述两个选择步骤分别选择所述阳离子释放模块(10)和/或所述阴离子释放模块(12)。