CN104884677A - Ph调节器,包括ph调节器的装置和调节ph值的方法 - Google Patents

Abstract

一种pH调节器(1)，被配置成调节电解质水溶液的pH值，其包括具有阳极(21)和阴极(22)的电解槽(2)，阴极(22)包括法拉第准电容材料，其从阳极(21)获取电子并通过与所述阴离子进行电化学反应从电解质水溶液中吸附阳离子，电解质水溶液中的OH^-通过失去电子被消耗，从而在电解质水溶液中留下H⁺；或者，阳极(21)包括法拉第准电容材料，所述法拉第准电容材料失去电子，并通过与阴离子进行电化学反应从电解质水溶液中吸附阴离子，电解质水溶液中的H⁺通过获取电子在阴极(22)被消耗，从而在电解质水溶液中留下OH^-。所述pH调节器(1)还包括控制器，用于控制电解槽中的电解过程。

Description

PH调节器,包括PH调节器的装置和调节PH值的方法

技术领域

本发明一般涉及家庭用水性质的调节，尤其涉及pH调节器和包括pH调节器的家用电器。

背景技术

在过去的几十年期间，已经进行了密集的研究以找到调节水的pH值的容易但可控的方法。水的pH值调节的常用方法基本上分为三类：基于化学添加剂，基于离子交换(TEX)树脂和基于电解。通过使用前两种方法中的任一个，由于低容量，用户需要经常更换化学添加剂或树脂，并且不能精确地控制pH值。基于电解的方法施加电力将水分解成O₂和H₂，在水中留下OH^-和H⁺，从而改变pH值，见表达式(1)和(2)。

2H⁺+2e^-→H₂(阴极) (1)

4OH–4e^-→2H₂O+O₂(阳极) (2)

基于电解的方法面临的主要问题是副产品，例如废水。例如，虽然用户只需要一定量的酸性水，相同量的碱性水也将会产生，并且反之亦然。

发明内容

因此，有利的是提供一种新的pH调节器和诸如水之类的电解质水溶液的pH调节方法，其能够单向调节pH值，而不产生废水。

此外，如果该pH调节器是可更新的，以免除用户不方便维护是有利的。

此外，如果在需要更新之前，pH调节器可以处理尽可能多的水将是有利的。

此外，如果pH调节器不仅可用于减少或增加水的pH值，而且可以两种方式使用，将是有利的。

根据一个实施例，描述了一种被配置为调节电解质水溶液的pH值的pH调节器，pH调节器包括具有阳极和阴极的电解槽，阴极包含法拉第准电容材料，在pH调节器的操作中，法拉第准电容材料从阳极获取电子，并通过与所述阴离子进行电化学反应从电解质水溶液中吸附阳离子，在电解质水溶液中的OH^-通过失去电子被消耗，从而在电解质水溶液中留下H⁺；或阳极包含法拉第准电容材料，并且在pH调节器的操作中，法拉第准电容材料失去电子并通过与所述阴离子进行电化学反应从电解质水溶液中吸附阴离子，在电解质水溶液中的H⁺通过获取电子在阴极被消耗，从而在电解质水溶液中留下OH^-。

pH调节器还可包括控制器，以控制在电解槽中的电解过程。

在下文中，采用自来水作为电解质水溶液的例子。然而，应当理解的是，其他电解质水溶液，例如蒸馏水、生理盐水的水溶液或适合于本发明的实施例的任何其它水溶液也可用于本文所描述的目的。例如，如将要进一步描述的，根据本发明的一些实施例，含有非常有限离子的水，例如蒸馏水，也是可行的电解质水溶液。

在一个实施例中，法拉第准电容材料可包括过渡金属氧化物(TMO)。如果TMO被包括在阴极中，在pH调节器的操作中，在阴极发生伪法拉第反应，由此与阳离子吸附进入TMO的晶格内一起，过渡金属的氧化状态被降低吸附。在阳极或其附近，OH^-失去电子(即被氧化)，以产生H₂O和O₂(见表达式(2))。参照作为对称电解的表达式(1)和(2)的反应，在本段中前述可称为不对称电解，其通过在电极中掺入TMO实现。因此H⁺并不像表达式(1)一样被消耗，而是留在水中，溶液的pH值被相应地减小。

在另一个实施例中，如果TMO被包括在阳极内，在pH调节器的操作中，伪法拉第反应发生在阳极，由此过渡金属的氧化状态被增强。阳极失去电子，并且在溶液中的阴离子被TMO吸附。在水中的H⁺通过在阴极获得电子被消耗(参见表达式(1))。在水中的OH^-并不像表达式(2)一样在阳极被消耗，而是留在水中，溶液的pH值被相应地增加。

根据本发明的一个实施例，电解质水溶液是自来水。当与淋浴房、婴儿盆、雾化器(例如便携式的雾化器)、卫生设备或任何其它适于具有单向pH调节器的装置结合时，pH调节器可以处理自来水，以具有pH值调节后的水。在一个实施例中，pH值调节后的水是弱酸性，其将有利于皮肤护理，尤其有利于婴儿皮肤屏障功能的恢复，这将在下文中进一步描述。自来水中存在的Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺和K⁺中的任一个或其任何组合，可以为被TMO吸附的阳离子的实施例。

在一个实施例中，pH调节器还包括被配置为获得与水的pH值有关的信息的第一单元，并且控制器被配置成根据所获得的信息来控制电解过程，以便将水的pH值调节至目标pH值。

第一单元可以被形成为pH传感器或硬度传感器，其为控制器提供水的pH值，例如在电解期间的初始pH值和/或瞬时pH值。如果自来水流入pH调节器并以调节后的pH值流出，假定水的流量和初始pH值(通常自来水随着时间的过去具有稳定的pH值)，通过控制施加到电极对的电流或电压，控制器可将水的pH值调节至目标pH值。如果水被倒入/注入容器，并以相对静止状态被保持在该容器中直到pH调节结束为止，则假定容器内保持的水的量和初始pH值，目标pH值可通过控制以下参数中的一个或多个被实现：电解时间(持续时间)、施加到电极对的电流或电压，或适合影响电解的任何其他参数。

在一个实施例中，所获得的与水的pH值有关的信息可包括指示水的初始pH值的用户输入。第一单元可以是用户接口，诸如小键盘、触摸屏、音频接收器、照相机或适于接收用户输入的任何其他元件。应该理解的是，用户输入可以是精确的pH值，例如7.5，或其他信息，基于该信息可以通过pH调节器得到供给水的pH值。例如，用户可输入水的类型，例如自来水，然后第一单元基于历史数据确定供给水的初始pH值，例如自来水的pH值的经验值。用户可以进一步将作为附加输入的地理位置输入到pH调节器，从而pH调节器可以基于由位置指示的特定区域的自来水的经验pH值确定供给水的pH值。

因此，只要用户知道供给水的pH值，或供给水的pH值随时间的过去是稳定的，pH调节器就能够获得供给水的初始pH值，而不具有pH检测器。如果出于成本或紧凑性考虑，pH值检测器不是优选的，这可能是有利的。

在本发明的一个实施例中，TMO被涂覆在基板上或掺杂在基板内。该基板可以是金属或金属氧化物，例如，Ti或Ti的MMO(混合金属氧化物)、不锈钢、碳材料(例如碳板、碳纸)、硅基材料(例如玻璃碳材料)。

在一些情况下，在电极的基板上的诸如MnO₂之类的TMO的涂层对电解可能是有利的。MnO₂在电极中发挥的作用是通过充电/放电过程打破正常水电解反应之间的平衡，换句话说，MnO₂目的在于不对称电解以改变pH值。只要在电极上存在MnO₂，在理论上溶液的pH值在电解过程期间将变化。实际的pH调节性能可以通过结合适当量的MnO₂来优化。

在一个实施例中，TMO满足下述反应，

其中，TMO代表在电极中的过渡金属氧化物，A⁺代表吸附的阳离子并不限于一价阳离子，例如H⁺、Na⁺或K⁺，但也可以涵盖Mg²⁺、Ca²⁺、Fe²⁺或水中的任何其它阳离子，e代表TMO从阳极得到的电子。

TMO的替代物包括共轭导电性聚合物(CCP)。CCP被p-掺杂或n-掺杂来获得导电性并起法拉第电容的作用。当在阴极被使用时，CCP可以被充电以获得电子，并且在阴极表达式(2)的反应将至少部分被抑制，并且因此H⁺累积。或者，当在阳极被使用时，CCP可以被放电以失去电子，并且在阳极表达式(1)的反应将至少部分地被抑制，并且因此OH^-累积。CCP比双电层电容(EDLC)材料具有更大的比电容，这意味着CCP可以使用更多的电力被充电和放电，从而导致pH值调节的更高能力。

CCP的例子包括聚吡咯(PPy)。PPy显示了相对较高的电容并且在长时间使用后保持稳定。

在进一步的优选实施例中，CCP可以是碳掺杂的PPy。在本实施例中，碳，例如石墨烯被掺杂，以形成含有PPy的框架，并且石墨烯改性PPy(GmPPy)被产生。这个实施例的优点可以包括：

改进的比电容：由石墨烯形成的框架可有助于分离PPy，使得PPy的较大部分对溶液中的离子可访问。因此，PPy的更大面积与更多的离子相接触，以具有更多的法拉第电荷转移反应。以这种方式，通过法拉第电荷转移反应可以释放或储存更多的电力，并且因此，与纯PPy相比较，该GmPPy显示出更高的比电容。

改进的电化学稳定性：电极中的石墨烯形成框架结构，其中PPy不能在大块电极基质内部形成互连网络。其结果是，被认为是PPy电极不稳定的原因的在充放电循环期间PPy的溶胀和收缩作用将大大再生，从而改善的电化学稳定性。

改进的导电性：添加高导电性石墨烯能有效改进所得到的GmPPy电极的导电性。

在进一步优选的实施例中，所述碳掺杂PPy被沉积在所述阴极或所述阳极的多孔钛基板上。

在本实施例中，电极的多孔结构增加了PPy和电解质水溶液之间的接触面积，从而提高了pH调节性能。

优选地，在控制器的控制下电解槽可以互换电极。通过互换电极，以下可以实现：

(a)包括法拉第准电容材料的电极的更新；

作为超级电容器，虽然包含法拉第准电容材料的电极具有高的电容，但如果仅被用于在单一方向上的pH调节，例如仅用于增加或仅用于减小pH值，其最高电容仍可达到。一些水可以被添加到电解槽，使其能够进行更新。在一个实施例中，出口的水可以具有高于7的pH值，并且可以用于需要碱性环境的特定应用中，或者可替代地作为废水被处理。

(b)在逆向方向上的单向pH调节，即在pH值递减后pH值递增。已经证明，碱性水和酸性水两者在人们的日常生活和工业应用中都占有一席之地。因此，具有法拉第准电容材料电极将是令人兴奋的，其在制备酸性水期间至少部分被充电，以被用于制备碱性水，或反之亦然。在一个实施例中，碱性水可用于卫生、烹饪、食物清洗等，其同时更新电极。

在一个实施例中，提供了一种具有前述pH调节器的用于制备经pH值调节的水的装置。此外，该装置还包括第二单元，其可以根据需要以多种方式来体现。在一些实施例中，第二单元可包括喷嘴和将该喷嘴连接到pH调节器的管，该pH调节器提供经pH调节的水。

通过在不同的家用电器中结合pH调节器，pH调节器可以被提供以满足不同的需求。以婴儿洗澡为例，由于酸性环境比碱性对婴儿皮肤屏障功能的恢复更好，可以在婴儿盆内形成该装置(在详细说明书中进一步说明和描述)。婴儿盆具有入水口以接收自来水并被连接到pH调节器，同时经pH调节的水可以经由第一出水口被供给到容器中。此外，婴儿盆可以设有用于盆通往下水道的第二出水口。在其他实施例中，该装置也可以被形成在卫生器具中。具体地，该装置可以包括用于接收自来水的水箱或端口、pH调节器、管和用于喷射水的喷嘴，该装置被附连接到诸如抽水马桶之类的卫生器具。在一个实施例中，该装置可以被形成在马桶座圈内以用于如厕后清洁，喷射的水是弱酸性的。在其他实施例中，该装置可以是女士们用于保持皮肤水分的台式雾化器。更多的应用将在下文中被描述。

根据本发明的一个实施例，第二单元在诸如婴儿盆、淋浴器或卫生器具中的液体状态下，或在诸如雾化器内的蒸汽状态下，或在液体状态和蒸气状态的组合下，分配经pH调节的水。

根据本发明的一个实施例，该装置还包括温度调节器来调节水的温度，例如加热器或冷却器。在一些实施例中，温度可在pH值调节后进行调节。然而，加热/冷却必须在pH调节后不是严格必需的。对于婴儿皮肤洗澡，温度可以是约37℃至约37.5℃，这对婴儿是最方便的。

在本发明的一个实施例中，还提供了一种用于调节水的pH值的方法。该方法包括以下步骤：提供具有第一电极和第二电极的电解槽，其中第一电极包括法拉第准电容材料；

通过使用第一电极作为阴极，并且使用第二电极作为阳极来电解水，其中，法拉第准电容材料从阳极得到电子并从水中吸附阳离子，水中的OH通过失去电子被消耗；或

通过使用第二电极作为阴极，并且使用第一电极作为阳极来电解电解质水溶液，其中，法拉第准电容材料失去电子并从电解质水溶液中吸附阴离子，电解质水溶液中的H⁺通过获得电子被消耗。

优选地，法拉第准电容材料包括过渡金属氧化物或共轭导电聚合物，其可通过经由与水中的离子的电化学反应充电和放电，起到法拉第电容的作用。

根据本发明的一个实施例，该方法进一步包括互换步骤，其中，第一电极与第二电极被互换；并且通过使用第一电极作为阳极并且使用第二电极作为阴极来电解水，其中过渡金属氧化物失去电子并释放阳离子到水中，水中的H⁺通过获得电子被消耗。

根据本发明的一个实施例，pH调节器被配置成调节pH值。pH调节器可以包括包含阳极和阴极的电解槽，所述阳极包含法拉第准电容材料，其中该法拉第准电容材料至少部分被充电并且法拉第准电容材料被提供有额外的阳离子，在pH调节器的操作中，法拉第准电容材料失去电子并释放至少部分所述附加的阳离子到电解质水溶液中，电解质水溶液中的H⁺通过获得电子被消耗；控制器，被配置为控制在电解槽中的电解过程。

部分或完全充电的TMO基电极在一个实施例中被用作阳极，这意味着在电解中失去电子。过渡金属不是处于其最低的价态。可替代地，部分或完全充电的共轭导电聚合物在另一实施例中被用作阳极。在反电极和/或其附近，其通常由惰性金属或石墨制成，H⁺通过获得电子被减少并产生H₂，从而在水中留下OH^-，因此增大了水的pH值。

根据本发明的一个实施例，pH调节器可以互换阳极与阴极，并且因此互换的阴极包含法拉第准电容材料，在pH调节器的操作中，互换的阴极中法拉第准电容材料得到电子并从水中吸附所述阳离子，并且水中的OH^-通过失去电子被消耗。

本发明的详细说明和其它方面将在下面给出。

附图说明

本发明的特定方面现在将参照下文描述的实施例并被考虑结合附图加以说明，其中相同的部件或子步骤以相同的方式被指定：

图1示出了皮肤上手掌前臂的pH的各种单一处理的效果；

图2示出了根据本发明的一个实施例的pH调节器1；

图3示出了根据本发明的一个实施例的pH调节器3；

图4示出了根据本发明的一个实施例的第一单元；

图5示出了根据本发明的一个实施例的用于制备经pH调节的水的装置5；

图6示出了根据本发明的一个实施例的用于产生GmPPy电极的实验装备的一个示例；

图7示意性地示出了根据本发明的一个实施例的GmPPy电极的微观结构；

图8A和图8B示出了根据本发明的一个实施例的GmPPy电极的电化学特性；

图9A和图9B示出了根据本发明的一个实施例的pH调节器9，其具有分别作为其阳极和阴极的GmPPy电极；

图10A和图10B示出了根据本发明的实施例的pH调节器9的性能。

具体实施方式

如将通过阅读上下文所理解的，根据本发明的实施例提供的pH调节器、用于制备经pH调节的水的装置和用于pH调节的方法，对于大多数需要单向pH调节的应用是有用的。在各种应用之中，婴儿皮肤屏障功能恢复是典型适当的，其将被首先描述如下。

婴儿皮肤的主要作用是提供一个屏障，其防止感染、水从身体损失以及刺激物和过敏原的渗透。这些功能很大取决于皮肤的pH平衡的维持。酸性皮肤pH通过pH敏感酶和pH敏感丝氨酸蛋白酶活性影响表皮渗透性屏障的成熟和维护，所述pH敏感酶处理该细胞间脂质基质的成分，并且所述pH敏感丝氨酸蛋白酶活性负责角化粒降解。皮肤pH值的升高会刺激生理保护“酸性外膜”，打破皮肤屏障，并改变皮肤菌群的组成。

婴儿出生时的皮肤pH值为6.4，经过三到四天其降低到4.9左右。婴儿的皮肤比成人具有更欠发达的表皮屏障，因此更易于损坏。婴儿皮肤的不成熟产生了大量潜在的皮肤问题。在刺激的后果下增加的皮肤渗透性可能会导致继发的微生物侵袭。一旦皮肤屏障破坏已经发生，婴儿皮肤也可能不太能促进皮肤修复。这些问题强调了特别对婴儿适当的皮肤清洁惯例的重要性。

粗糙的肥皂和清洁剂提高皮肤的pH值，从而增加了在皮肤内蛋白酶的活性，并可能导致严重的皮肤屏障破坏。最近，人们发现，不仅清洁剂和肥皂对皮肤表面pH具有深远的影响，而且具有一般8.0左右的pH值的普通自来水的使用，在应用后在返回其低于5.0的平均“天然”值之前，将增加皮肤的pH达到6，见图1，其中使用圆点的实曲线(在图1的顶部上)代表通过肥皂处理的皮肤的pH，使用三角形的虚曲线代表仅通过自来水处理的皮肤的pH，而使用黑色正方形的虚线曲线代表通过pH6.0的沐浴露处理的皮肤的pH。婴儿尤其是尿布区会有更频繁的清洁。因此，反复清洗会增加对皮肤的伤害，即使只使用自来水。在图1中，ti-ts分别表示时间轴上的以下点：洗涤前、洗涤后立即、洗涤后2小时，洗涤后4小时和洗涤后6小时。

因此，在这些与碱性环境，诸如自来水或肥皂的频繁接触之后，皮肤渗透性屏障被干扰。外源性酸化可以用来使渗透性屏障体内平衡正常化。据研究，Effects of CO2-enriched water on barrier recovery，BockM，Schiirer NY，Schwanitz HJ，Arch Dermatol Res，2004年9月；296(4)：163-8，与正常自来水(例如pH值＝7.9)相比，调节后的自来水(pH为5.4)可加速清洁剂损伤的皮肤的屏障恢复。使用1％SLS(月桂醇醚硫酸钠)超过2×24小时的累积刺激导致湿疹型皮肤反应，用自来水(pH值＝7.9)处理的一侧显示出红斑、丘疹和浸润，而用经pH值调节的水(pH＝5.4)处理的一侧仅显示离散的炎症后色素沉着、苔癣样硬化斑。也已发现，使用经pH调节的自来水处理的皮肤中比使用正常的自来水处理的皮肤中，TEWL(经表皮水分损失，皮肤屏障功能的状态指示器)显著(P<0.01，P代表获得至少与实际观察到的一样的极端的检验统计量的概率，假定零假设为真实的。)降低。这些发现支持使用酸性水冲洗可以在清洁剂诱发的扰乱后增强屏障修复。

虽然尿布疹的频率和严重程度正在下降的，这主要是因为现代的高吸水性尿布以及高品质婴儿湿巾的发展，这种皮肤状况依然存在并影响一定百分比的婴幼儿人口。据报道，在尿布区域皮肤对尿和粪便的伴随暴露导致了增加的皮肤pH水平，其结果是形成氨。这种效果足以激活粪便中的蛋白水解和脂解酶，其影响角质层的整体结构和屏障状态。此外，尿布区的解剖形状包含褶皱和褶痕，其不仅易于粪尿残留，而且是闭塞且是来自摩擦的次要屏障损害部位。这进一步有助于提高pH水平和微生物活性。因此，在尿布区域的婴儿皮肤pH的有效控制可被预期以改善皮肤状况。对于尿布区域，尽管婴儿湿巾已被广泛使用，它含有大量的化学成分，诸如抗菌剂、防腐剂和香料。这些添加剂已经引起了婴儿护理的大量关注。它不是天然的并且不足够安全。对于婴儿护理，简单的才是最好的。擦拭不足以清洁***物。水仍然是有效的选择。

然而，单独的自来水(弱碱性)和肥皂/清洁剂(碱性)两者在清洗后都不能保持皮肤的pH在生理水平(pH 4.5-6)。婴儿的生理特征使他们经受重复和频繁的皮肤清洁，从而会阻碍婴儿皮肤pH恢复并进一步恶化皮肤屏障功能。频繁用自来水清洗，不用说肥皂/清洁剂，会妨碍皮肤pH平衡恢复，从而损害皮肤的屏障功能。产生酸性水的新方式将使婴儿日常清洁受益良多。

因此，本发明人发现，存在对用于婴儿皮肤护理的单向pH调节的需求。此外，成人皮肤屏障也遭受类似的情况，并且也需要单向pH调节。此外，用于烹饪、酿造、剃须、食品清洗等类似的需求也被发现。

下文将参考根据本发明的实施例的pH调节器。不失一般性，用于婴儿护肤的基于自来水的酸性水制备将作为主要的例子。本领域技术人员应当理解的是，所描述的结构、工作流程可以用于其它应用中，而没有或具有轻微的变化，这仍然在所附权利要求的范围内。然而，自来水不是可以根据本发明进行处理的唯一类型的主题。根据用于具有超低电导率(EC)的水的实验，蒸馏饮用水(例如冰露)的pH，其具有仅约30us/cm的电导率，可以由pH调节器通过电解来调节。在这些低EC的情况下，虽然电流小，低碳酸盐硬度可以弥补这一点。具体地讲，对于低电导率水，pH范围是受限的。从理论上讲，对于EC为约30us/cm的水，能获得的最低pH为约5.5。效率会受到水中的低离子浓度的影响。然而，极低的碳酸盐硬度将有助于实现pH变化。在一个合理的时间内，低EC水溶液的pH将会有变化，虽然可能不会达到最低值。

图2示出了根据本发明的一个实施例的pH调节器，目的在于提供下列优点中的至少之一：

1)调节pH值(以下也称为pH)到目标值，例如约3至约6，从而保持皮肤pH在生理水平，例如，约4.5至约6。有效的清洁也有助于通过防止残留的***物留在皮肤上来维持pH平衡。

2)在频繁的婴儿皮肤清洁中加快皮肤屏障的恢复。

3)调节水的pH，而没有大量的废水作为副产物。

参照图2，在本实施例中，pH调节器1包括电解槽2，所述电解槽2包括阳极21、阴极22和如所示连接到电极21和22的直流电源23，即阳极21被连接到正极，并且阴极23被连接到负极。阴极22包括过渡金属氧化物，过渡金属(TM)通常被定义为其原子具有不完全d亚层的元素，其为TM提供了展现两个或更多个氧化态的特性。例如，锰(Mn)具有+2、+3、+4、+6和+7的氧化态，并且在不同的氧化态之间的转换是可能的。

在一个实施例中，pH调节器2可包括供给水25例如经由入口26被注入或倒入其中的腔室24。供给水25此后被电解槽2电解，从而导致水25的pH的减少。经pH调节的水从pH调节器1被释放以用于经由出水口27使用。应该理解的是，在图2中所示的入口26和出口27的形式或位置都不应被视为排他的，替代方案也是可行的并在本发明的范围之内。

同样地，在一个实施例中，阴极22包括诸如MnO₂之类的过渡金属氧化物。本领域技术人员应该理解，MnO₂仅作为示例性实例，并且如果需要的话可以被诸如Fe₂O₃、RuO₂等之类的其他TMO代替。阳极21可以由Ti，Ti的MMO，任何其它惰性金属或其氧化物，或石墨制成。阴极22可以通过在基板掺杂MnO₂，或在基板上涂覆MnO₂由纯MnO₂制成。在一个实施例中，假定由纯MnO₂制成的电极的电导率不是很高，并且EC可以通过使用MMO基板或掺杂高EC的某些材料(例如石墨或石墨烯等)被显著改善。

当通过将图2中的电解槽2应用到水25来操作pH调节器1时，伪法拉第反应将会发生，因为阴极22包括TMO，即MnO₂。具体地，阴极22作为超级电容器。在电解过程期间，过渡金属Mn减少并且从水25中吸附一个阳离子A⁺进入MnO₂的晶格，以形成MnO₂A⁺。

表达式(3)是用于具有一个正电荷的阳离子，例如H⁺、Na⁺、K⁺被吸附的情境的通用表达式。如果具有两个正电荷的阳离子A’²⁺(例如Ca²⁺、Mg²⁺)被吸附，表达式(3)可以由表达式(3a)进一步体现，对应于两个MnO₂得到两个电子并吸附一个A’²⁺(例如Ca²⁺)进入晶格，从而形成一个(MnO₂)₂ ^2-A’²⁺：

2MnO₂+A’²⁺+2e^-→(MnO₂)₂ ^2-A’²⁺ (3a)

其中，表达式(3a)可以进一步转化成表达式(3b)，作为表达(3)的一个实施方式并且1/2A’²⁺是A在表达式(3)中的一个实施例：

MNO₂+1/2A’²⁺+e^-→MnO₂ ^-(1/2A’²⁺) (3b)

对于阳离子A”³⁺，类似的表达式可以被推断，其中1/3A”³⁺是A在表达式(3)中的一个实施例。

如将要描述的，MnO₂A到MnO₂的氧化仅当电解槽2的极性被相反的时候才发生。其中A⁺代表在水25中的所有种类阳离子，其可以是H⁺、Na⁺、K⁺，或甚至Ca²⁺、Mg²⁺。这些离子被MnO₂吸附的可能性是由在供给水中阳离子的初始浓度确定的。正如表达式(3)所表明的，一方面，如果所有的A⁺是H⁺，水25的pH值将不会变化。另一方面，如果A⁺全部都没有H⁺，将会有最大的pH值变化。真实情况通常处于两者之间，并且所产生的H⁺浓度通过下式计算，其中[]是代表浓度的运算符：

[H⁺]＝[A⁺](所有阳离子)-[A⁺](其它阳离子) (4)

在本发明的实施例中，阳离子到TMO的晶格中的吸附不限于TMO的表面。相反，整个TMO结构都可用于化学吸附，这意味着对于包括TMO的电极，大容量可以被预期。根据表达式(3)，MnO₂获得一个电子，降低Mn的氧化态一个价态，即从+4到+3，这不同于表达式(1)所示的反应，因此通过TM的氧化状态改变的正常水电解，H⁺不再通过被还原成H₂而被消耗。因此，在阴极22发生的反应如表达式(5)所述，其是表达式(3)的一个实施例：

MnO₂+A⁺+e^-→MnO₂ ^-A⁺ (5)

根据文献，从+4到+3是对于MnO₂的唯一可能的过渡。对于其它过渡金属，氧化态的变化可以是不同的。氧化态的可能过渡与价层电子的排列密切相关。

类似于表达式(2)，通过对水25应用电解槽2，水25中的OH^-通过失去电子并形成H₂O和O₂被氧化。因此H⁺开始在水25中积累，并且水25的pH开始降低，从而导致酸性水的产生。

如图2所示，DC电源23可以是可控制的并且被配置成为电解提供所需要的电力，并且该过程的控制可以通过将直流电源23连接到控制器(未示出)实现，通过该控制，在电解槽2内流动的电流可以被控制。pH调节的性能将依赖于：

(a)电解时间：水25与电极接触的时间越长，产生的OH^-阴离子或H⁺离子越多(取决于阳极或阴极所包含的TMO)，这意味着可以实现更低或更高的pH；

(b)电流/电压：增加电流/电压将增加电极和水之间的电子转移速度，以增加水中的OH^-或H⁺离子的产生速率；

(c)水的流速：流速越大，水与电极接触的时间将越短，从而越少的H⁺或OH^-离子被产生，反之亦然。

虽然上下文是关于单向pH调节的，然而，在一个实施例中，pH调节器1沿相反的方向调节水的pH，这是通过互换图2中的两个电极实现的，从而产生图3中包括电解槽30的pH调节器3。在电极的极性反转后，互换的阳极31(曾经为阴极)包含MnO₂，并且互换的阴极32(曾经是阳极)是反电极。在一个实施例中，反转可以通过改变电源的极性来进行。优选地，当图2所示电解槽2已经被用于降低水的pH一段时间并且因此电极22中的MnO₂已被至少部分充电时发生反转。在注入/倒入水35并对水35应用电解槽30后，由于释放A⁺并且失去电子(见表达式(3)中的逆向反应)，水35的pH可以被增加，水35中的H⁺得到电子，因此H⁺通过被还原成H₂而被消耗。在这种不对称电解中，OH^-没有被消耗而是被积累，因此pH升高。在本发明的实施例中，进行反转的典型定时包括：当在阴极22的MnO₂需要被更新以用于进一步的pH调节时，这可根据用户的操纵发生，或通过pH调节器1定期进行。另一种进行反转的典型定时是，当水的pH增量被需要，例如，对于与酸性水相比碱性水是优选的应用。在应用中，供给水可以经由入水口36被添加，并且经由出口37释放的水具有比供给水更高的pH值。尽管在图3中电源33被示为旋转图3所示的电源23，在应用中，电极的互换可以通过禁用初始连接与启动电源的极与相应的电极之间的新的连接来实现，这可以由本领域技术人员无需任何发明性努力来实现。为了互换电极，几种方法可以被采用：1)使用预编程以给予正或负电压的芯片，2)使用H桥(http://en.wikipedia.org/wiki/H_bridge)。

参照图2，在一个实施例中，pH调节器1可以进一步包括被设置以获得与水3的pH值相关的信息的第一单元4，并且控制器被配置成例如通过控制电解时间、由DC电源23提供的电流或电压，根据所获得的信息控制电解，以便将水3的pH值调节到目标值，例如约5.5。如图4所示，第一单元4可以是小键盘或触摸屏，用户可以通过它提供指示水3的初始pH值的用户输入。在一个实施例中，用户直接输入水3的准确pH值。在一个替代实施例中，用户输入水3的类型，使得pH调节器1能够确定或估计初始pH。例如，在给定地理区域的自来水不会随着时间的过去变化太多，例如，通常是在7.8(弱碱性)。同样，蒸馏水是更中性的并且其pH可以通过pH调节器1被估计为例如7。在一个实施例中，pH调节器1已经预先存储pH值和水的类型之间的映射，因此只要用户输入水的有效类型，指示初始pH的相应pH值可以通过检查映射信息被检索。

用户界面4的一个替代品是pH传感器(未示出)。现有pH传感器包括玻璃电极基pH传感器、过渡金属氧化物基pH传感器、场致发射pH传感器、SPR基pH传感器等。该传感器检测水3的初始pH以及甚至电解期间水3的瞬时pH。通过检测电解期间的瞬时pH，导致水3的pH可以被精确地控制。在pH传感器被用于检测在电解期间水3的瞬时pH的实施例中，pH调节器1的操作可以通过检测被引导，并且因此如果目标pH已达到并且如果更多的水需要被处理，水3可以被更新，或者如果没有更多的水需要处理，pH调节器1的操作在释放经pH调节的水3后可以被停止。

在一个实施例中，经pH调节的水的pH即使在不使用上述pH传感器的情况下也可被控制。在本实施例中，关系曲线大约已经存储在pH传感器内(例如，在未示出的存储器或处理器中)，关系曲线表明不同参数之间的关系，所述参数例如是供给水的流速、电极21和22所施加的电流/电压、供给水的初始pH，水量(如果静态处理代替具有给定流速的流水)、电解时间。

在一个实施例中，该装置已存储一些用于在相同施加电压下具有不同水总硬度(例如0、5、10、20odH等)和碳酸盐硬度(例如5、10、20okH等)的pH值与流速的关系的标准校准曲线。在用户能够使用该机器用于生产具有期望的pH的水之前，供给水的硬度和碳酸盐硬度的试验是需要的，并且该装置可以使用实际数据找到合适的校准曲线，该装置从该校准曲线改变流速以实现pH控制。

因此，假定水的流速(通过流速计或用户输入)，水量(通过加权或通过用户输入)和水3的初始pH对pH调节器1是已知的，合适的处理时间、电流/电压可以通过使用已知参数检查曲线来确定。制作曲线的示范过程在实验结果中被描述。在本发明的实施例中，曲线可以通过制造商得到并预装到pH调节器内，所以最终用户不必麻烦去做。

在本发明的一个实施例中，用户输入还可以包括装置的地理位置，其可以可替代被确定是否pH调节器或与pH调节器通信的装置具有在其中启动的定位功能。并且地理位置有时链接到包括初始pH的水性质，特别是对于自来水，并且因此水3的初始pH可通过第一单元4基于用户输入来估计/确定。

在一些更高级的实施例中，pH调节器1可以连接到内联网或互联网，其中可以从专业的数据源，例如给水装置，得到水3的更精确初始pH，在这种情况下，第一单元4可以包括通信单元，其能够与用户家中或办公室中的网络装置，诸如网关或路由器通信。

图5示出了用于根据本发明的一个实施例制备经pH调节的水的装置。在一个实施例中，装置5包括pH调节器，例如，如图2所示，和第二单元51，该第二单元51与pH调节器液体连接并被配置为分配经pH调节的水。本领域技术人员应该明白，在不同的情况下，图2或图3中所示的实例可以在装置5中被采用以用于pH调节。通常，装置5设有入水口51、水箱52、pH调节器53、出水口54、温度调节器55和控制器56。控制器56与温度调节器55和pH调节器53通信连接。在一个实施例中，水箱52可被用作在其中进行电解过程的pH调节器53的腔室。温度调节器55与出水口54导热连接，因此可在分配之前将水加热或冷却。上述第一单元可以并入控制器56中或单独安装到装置5。应该理解的是，图5是装置5的说明性视图，并且可以示出可选元件，例如温度调节器55，因此图5不应被视为严格排他的，替代方案也是可行的。

在上述实施例中，过渡金属氧化物被用作法拉第准电容材料的一个例子，以为阴极或阳极提供超电容，从而抑制在两个电极中的一个处的水电解。在一个替代实施例中，共轭导电性聚合物可以被用于替代过渡金属氧化物。以下描述将阐明本替代实施例。

共轭导电性聚合物(CCP)是由于π共轭主链的存在能够导电的有机聚合物。聚吡咯(PPy)是在最近的几十年中最常使用的CCP之一。PPy可以被p-掺杂或n-掺杂来获得导电性并用作法拉第电容。PPy的充电和放电原理与TMO类似，也是基于与离子的电化学反应。共轭导电性聚合物的细节对本领域技术人员是公知的，因此不进一步描述。

为了增加比电容和稳定性，在一个优选实施例中，碳被掺杂到聚吡咯中。例如，石墨烯被用于改性聚吡咯。下面的实施例给出了产生石墨烯改性聚吡咯(简称GmPPy)的一个解决方案。

GmPPy电极可通过使用循环伏安法(CV)在基板上的PPy和石墨烯的容易的一步原位电沉积来制备。基板优选是多孔钛基板，以改善电极的稳定性并增加电极和电解质水溶液之间的接触。实验装备示于图6中。三电极***被用于制造，其中多孔Ti板被作为工作电极60，正常的钛电极被作为反电极62，并且饱和甘汞电极(SCE)被作为参考电极64。含有石墨稀粉末、吡咯单体并掺杂阴离子的含水悬浮液66(例如H₂SO₄)被使用，并且CHI 760C电化学工作站被用来为CV电沉积提供电力。需要指出的是，上述实验装备仅仅是一个例子，本领域技术人员将能够设计处制造GmPPy电极的其他工业化解决方案。

并且图7描绘了GmPPy的微观结构的示意图，其中G代表由石墨稀形成的网状框架，阴影部分代表PPy。

下面的实验将阐明GmPPy电极的电化学特性。如上所述并如图6所示，GmPPy电极经由采用循环伏安法(CV)原位电沉积吡咯(PY)和石墨烯到钛板上被合成。扫描速度被设定为250mV/s，电压范围为0-1.25V，并且200个循环被重复用于制造。具有28％、49％和66％(以重量计)PPy百分比的三个不同GmPPy电极被制备(比率是由Py与溶剂中的石墨稀的起始比率确定的)。

GmPPy电极的电化学特性由CV采用100mV/s的扫描速率进行测量。如图8A所示，P.代表电势，CD.代表电流密度，80表示28％PPy，82代表49％PPy并且84代表66％PPy。GmPPy电极的比电容通过整合由CV曲线包围的区域进行计算。测量结果表明，GmPPy电极的比电容(SC)对于28％PPy为57F/g，对于49％PPy为107F/g和对于66％PPy为178F/g。在我们以前的实验中，纯PPy电极已被制备，并且SC经计算为大约15F/g，与纯PPy电极相比，其表示一种改进的GmPPy电极的SC(5至10倍大)。

在如图8B所示的100个充电-放电循环后，通过比较SC估计电化学稳定性。N.代表循环数，SC代表比电容。如实验结果所表明的，GmPPy电极可以保持在第一个循环测量的其初始SC的约50％。具体地讲，具有28％PPy比率的GmPPy保持初始SC的40.2％，具有48％PPy比率的GmPPy保持57.2％，具有66％PPy比率的GmPPy保持56.5％。对比纯PPy电极，在相同的测定条件下，在我们的测试中其保持小于40％的其初始SC，在长期稳定性方面，具有各种石墨烯比率的GmPPy电极具有相对较好的性能。在500次循环后，GmPPy电极仍然可以保持初始SC的约30％。这表明，通过GmPPy电极中石墨烯的改性，电化学稳定性可以得到改善。综上所述，与纯PPy电极相比，由于石墨烯框架的存在，GmPPy具有几个优点：

·改进比电容：由石墨烯形成的框架可有助于分离PPy，使得更大比率的PPy可访问溶液中的离子。用于增强的法拉第电荷转移反应的从溶液中到活性位点的该有效电解质转运会导致GmPPy与纯PPy相比更高的比电容。

·改进的电化学稳定性：电极中的石墨烯部分将形成框架结构，其中PPy不能在大块电极基质内部形成互连网络。其结果是，被认为是PPy电极不稳定的原因的在充放电循环期间PPy的溶胀和收缩作用，将大大再生，从而导致改善的电化学稳定性。

·改进的电导率：添加高导电性石墨烯能有效提高所得的GmPPy电极的导电性。

其结果是，石墨烯和PPy的协同效应使得GmPPy电极适合于pH值调节应用中的长期超级电容器。

图9A示出了使用GmPPy作为阳极的pH调节器9的示意性结构。直流电源90被用来为pH调节器提供所需的电力。阳极92具有GmPPy材料，并且阴极94具有MMO材料。在电解过程期间，GmPPy将由于其超级电容器特性通过失去电子被放电。同时，溶液中的阴离子将被GmPPy阳极92吸附。通过这样做，消耗OH^-的氧化还原反应在GmPPy阳极92将被抑制。在阴极94处，消耗H⁺的氧化还原反应仍然发生，并且产生氢气H₂。因此，本实施例打破了H⁺和OH^-之间原有的平衡，从而导致pH上升和碱性水96。在这种情况下，GmPPy至少部分被提前充电。

图9B示出了使用GmPPy作为阴极的pH调节器9的示意性结构。直流电源90被用来为pH调节器提供所需的电力。阳极92具有MMO材料，阴极94具有GmPPy材料。在电解过程期间，GmPPy将由于其超级电容器特性通过获取电子被充电。同时，溶液中的阳离子将被GmPPy阴极94吸附。这样，消耗H⁺的氧化还原反应在GmPPy阴极94将被抑制。在阳极92处，消耗OH^-的氧化还原反应仍发生并生成氧气O₂。该实施例打破了H⁺和OH^-之间原有的平衡，从而导致pH下降和酸性水98。在这种情况下，GmPPy至多部分被提前充电。

类似于上述实施例，调节器9可以被配置为使得阴极和阳极是可互换的，从而法拉第准电容材料可以根据溶液的pH需要被减小或增大，用作阴极和阳极中的任一个。

为了测试GmPPy电极的pH调节能力，在电解硫酸钠水溶液(EC＝520μs/cm)中，GmPPy电极(49％PPy)被用作一个电极，以及MMO被用作另一个电极。电解质溶液的总体积为150毫升，并且用于电解施加的电压为30V。GmPPy作为阳极和作为阴极的结果分别在图10A和图10B，以及下面的表1中被示出。

表1

根据pH调节的实际要求，控制器可为电解确定下列参数：

电解时间-液体与电极的接触时间越长，越多的OH^-阴离子或H⁺阳离子被产生，这意味着越低或越高的pH可以被实现；

电流/电压-增加电流/电压将增加电极和溶液之间的电子转移速度，从而增加OH^-或H⁺离子的产生率。

此外，pH调节器的下列特性可以影响电解的性能，而这些特性应在设计pH调节器时进行考虑：

电极材料的导电率-电极的更高EC将增加OH^-或H⁺离子的产生率，反之亦然；

电极的表面面积-增加的电极表面积将提高OH^-或H⁺离子的产生率，反之亦然；

此外，供给水的性质也会影响pH调节器的性能。具有高碳酸盐硬度的供给水将具有更大的缓冲作用，即与所产生的H⁺或OH^-反应，并导致更小的pH值变化；具有低碳酸盐硬度的供给水将有较少的缓冲作用，从而导致更大的pH值变化。因此，在pH调节器中，电解时间、电流/电压、电极的电导率和电极的表面积，可以进一步根据目标市场地区/国家的水的碳酸盐硬度来优化。可替代地，pH值调节器还包括检测器，用于检测供给水的硬度，并且控制器根据所检测的硬度控制电解时间和电流/电压。

如进一步所描述的，装置5可以体现为以下各种实施例。

例1

台式雾化器

台式雾化器尤其是被整天工作在空调环境中的办公室女性广泛使用。她们使用雾化器进行日常护肤，例如补充水分。在本实施例中，紧凑的台式雾化器可以设置有前述pH调节器。与一次性瓶相比，其中水可被更新的台式雾化器可以更具成本效益。并且第二单元被体现为喷嘴或喷雾器，其通过加压分配经pH调节的水到用户的脸部、手部或手臂。在本实施例中，经pH调节的水以蒸汽状态被分配。

例2

婴儿盆目前通过使用通常用于日常淋浴的分开的喷嘴注入/倒入水被使用。在本实施例中，婴儿盆体现了用于制备经pH调节的水的装置。具体而言，上述pH调节器被结合到婴儿盆中，并且出水口开向盆的内部，经pH调节的水通过该出水口被迫进入或流入盆内。此外，为了婴儿方便，婴儿盆可以进一步设置有温度调节器来调节水的pH，例如，在pH值调节后。该实施例的一个替代方案是人们通常在厕所使用的脸盆。

例3

在本实施例中，包括喷嘴和将喷嘴连接到水箱或水龙头的管的淋浴器可以被提供。pH调节器与管和水箱或水龙头流体连接。在一个实施例中，这种淋浴器可以体现为尿布区清洁器，其提供专门用于清洁婴儿尿布区域的酸性水。随着越来越多的父母趋于用自来水做尿布区清洁，由清洁器提供的pH降低的水可以更好地帮助婴儿皮肤屏障功能恢复。

例4

在本实施例中，该装置被体现为卫生设备，例如马桶座圈，并且pH调节器被设置在其中的入水口和出水口之间。如厕后，水被分配用于清洗，并且通过预先减小水的pH，清洗对皮肤屏障功能的损害被减小。

例5

在本实施例中，装置5的一个实施例被用于处理婴儿纸巾。如果父母购买的一些其pH值不是优选的(例如，弱碱性)的婴儿纸巾，经pH调节的水可以被诸如喷雾器之类的装置5，喷射或滴到纸巾上。可替代地，由其他类型的装置5制备的经pH调节的水可以被倒入或注入盆中，并且纸巾可被短时浸入其中以使纸巾上的pH环境改变。

例6

敏感皮肤的其中一个原因是弱的皮肤屏障功能。较高渗透性将使刺激物更容易渗透到皮肤的下层。敏感性皮肤是皮肤护理中非常重要的话题，因为大部分亚洲女性会抱怨皮肤敏感。酸性水将有利于皮肤屏障的关键酶、脂质处理、屏障的完整性和微生物。

例7

剃须可能会导致皮肤干燥、剥落、刺激并且有时有微伤口。酸性水将有助于皮肤表面的微生物平衡，这避免了由于微伤口造成的感染、扰乱的皮肤细菌环境并恢复可能由于粗糙剃须失去的皮肤屏障pH梯度。在应用中，装置5可被实施为雾化器，以便出于这些目的将经pH调节的水可以被分配到剃须区域。

实验结果

在一个实施例中，二氧化锰(MnO₂)被制成钛(网状物，用作电导体)支架上的电极，用于pH调节实验。结果表明，被MnO₂涂覆的钛在电解期间作为阴极在调节pH值方面是有效的，从而导致pH低至3.16的酸性水的产生。根据文献报道，MnO₂的电容量可高达500F/g，所以1克这种聚合物在10伏特充电下可产生51升pH为3的水。对于婴儿皮肤清洁应用(20升/天，pH＝4.5)，10克MnO₂能够产生2年所需的酸性水。

表1：实验结果

虽然本发明已经在附图和前面的描述中被示出并详细描述，这样的说明应被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践所要求保护的发明中，从附图、公开内容和所附权利要求的研究可以理解和实现对所公开的实施例的其它变型。例如，在上述实施例中，TMO和共轭导电性聚合物被用作法拉第准电容材料的实施方案。应当指出的是，也有其他的替代方案，并且在本发明中术语“法拉第准电容材料”旨在涵盖可通过与电解质水溶液中的离子进行电化学反应作为法拉第电容被充电和放电的任何材料。在上述实施例中，MMO电极被用作法拉第准电容材料电极的反电极，并或者MMO电极可以被其它惰性材料电极，诸如惰性金属电极或固体碳电极代替。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一个(a)”或“一个(an)”并不排除多个。单个单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。某些措施在相互不同的从属权利要求中被列举的单纯事实并不表示这些措施的组合不能利用。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种pH调节器(1)，被配置成调节电解质水溶液的pH值，包括：

-包括阳极(21)和阴极(22)的电解槽(2)：

所述阴极(22)包括法拉第准电容材料，在所述pH调节器(1)的操作中，所述法拉第准电容材料从所述阳极(21)获取电子并通过与所述阴离子进行电化学反应从所述电解质水溶液吸附阳离子，所述电解质水溶液中的OH^-通过失去电子被消耗，从而在所述电解质水溶液中留下H⁺；或

所述阳极(21)包括法拉第准电容材料，并且在所述pH调节器的操作中，所述法拉第准电容材料失去电子，并通过与所述阴离子进行电化学反应从所述电解质水溶液吸附阴离子，所述电解质水溶液中的H⁺通过获取电子在所述阴极(22)被消耗，从而在所述电解质水溶液中留下OH^-；

-控制器，其被配置为控制在所述电解槽(2)内的电解过程。

2.根据权利要求1所述的pH调节器(1)，其中所述电解质水溶液是导电的。

3.根据权利要求1所述的pH调节器(1)，其中所述电解槽(2)被配置为使得所述阳极(21)和所述阴极(22)能互换。

4.根据权利要求1所述的pH调节器(1)，还包括：

第一单元(4)，其被配置为获得与所述电解质水溶液的pH值相关的信息；

所述控制器被配置为根据所获得的信息来控制所述电解过程，以便调节所述电解液水溶液的pH值到目标值。

5.根据权利要求4所述的pH调节器(1)，其中所获得的信息包括指示所述电解质水溶液的初始pH值的用户输入。

6.根据权利要求1所述的pH调节器(1)，其中所述法拉第准电容材料包括过渡金属氧化物。

7.根据权利要求6所述的pH调节器(1)，其中所述过渡金属氧化物被涂覆在基板上或掺杂在所述基板内。

8.根据权利要求6所述的pH调节器(1)，其中所述过渡金属氧化物满足以下反应：

其中，TMO代表过渡金属氧化物，A⁺代表所吸附的阳离子，e^-代表电子。

9.根据权利要求1所述的pH调节器(1)，其中所述法拉第准电容材料包括共轭导电聚合物。

10.根据权利要求9所述的pH调节器(1)，其中所述共轭导电聚合物包括碳掺杂的聚吡咯，并且所述碳掺杂的聚吡咯被沉积在所述阴极或所述阳极的多孔钛基板上。

11.一种用于制备经pH调节的电解质水溶液的装置(5)，其包括：

根据权利要求数1至10中的任一项所述的pH调节器(1)，其被配置为制备经pH调节的电解质水溶液；

第二单元(51)，其与所述pH调节器(1)液体连接并被配置为分配所述经pH调节的电解质水溶液。

12.根据权利要求11所述的装置(5)，其中所述第二单元(51)被配置成在液体状态或蒸汽状态或其组合状态下分配所述经pH调节的电解质水溶液；

其中，所述装置(5)还包括被配置为调节所述电解质水溶液的温度的温度调节器(55)；并且

所述装置(5)包括以下中的任一个：婴儿盆、淋浴器、雾化器或卫生设备。

13.一种调节电解质水溶液的pH值的方法，包括：

提供具有第一电极和第二电极的电解槽(2)，其中所述第一电极包括法拉第准电容材料；

通过使用所述第一电极作为阴极(22)和所述第二电极作为阳极(21)来电解所述电解质水溶液，其中所述法拉第准电容材料从所述阳极(21)获取电子并从所述电解质水溶液吸附阳离子，所述电解质水溶液中的OH^-通过失去电子被消耗；或者通过使用所述第二电极作为阴极(22)和所述第一电极作为阳极(21)来电解所述电解质水溶液；其中所述法拉第准电容材料失去电子并从所述电解质水溶液中吸附阴离子，所述电解质水溶液中的H⁺通过获取所述电子被消耗。

14.一种pH调节器(1)，其被配置成调节电解质水溶液的pH值，包括：

包括阳极(21)和阴极(22)的电解槽(2)，所述阳极(21)包括法拉第准电容材料，其中所述法拉第准电容材料处于饱和和不饱和之间的中间状态，并且所述法拉第准电容材料设置有附加的阳离子，在所述pH调节器(1)的操作中，所述法拉第准电容材料失去电子并释放至少部分所述附加的阳离子到所述电解质水溶液中，所述电解质水溶液中的H⁺通过获取电子被消耗，

控制器，其被配置为控制所述电解槽中的电解过程。

15.根据权利要求14所述的pH调节器(1)，其中所述电解槽(2)被配置为使得所述阳极(21)和所述阴极(22)能互换，互换的阴极(22)包括法拉第准电容材料，在所述pH调节器(1)的操作中，在互换的阴极中所述法拉第准电容材料(22)获取电子并从所述电解质水溶液吸附所述阳离子，所述电解质水溶液中的OH^-通过失去电子被消耗；

并且所述法拉第准电容材料包括下列中的任一个：

过渡金属氧化物，所述过渡金属不处于最低化合价态；和共轭导电聚合物，所述聚合物被部分或完全充电。