CN108539592B - 负氧离子发生装置及负氧离子的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及负氧离子发生装置及负氧离子的制备方法。所述负氧离子发生装置包括高电压发生器、水气泡供给器和表面积宽广的导体，所述导体设置于所述负氧离子发生装置的内部，所述高电压发生器与所述导体连接以向所述导体提供负电压，所述水气泡供给器用于向所述导体的表面提供水和气以使所述导体的表面上形成水气泡。所述制备方法包括：向表面积宽广的导体通入高压负电压；向所述导体的表面提供水和气以使所述导体的表面上形成水气泡。本发明提供一种制备游离态单原子的负氧离子(O^2‑)的安全方法。本发明的负氧离子发生装置结构简单，有利于小型化。

Description

负氧离子发生装置及负氧离子的制备方法

技术领域

本发明涉及电化学、物理以及新材料等技术领域，特别涉及负氧离子发生装置及负氧离子的制备方法。

背景技术

自然界的负氧离子是森林、海滩在一定条件下产生的一种游离态的单原子的负氧离子(O^2-)，被称为“空气维生素”。负氧离子进入人体后，可与体内血液或组织液中的氢离子(H⁺)结合，生成氢氧根离子(OH^―)，改善人体的酸性体质。只有单原子带两个负电荷的氧离子，才是真正意义上的“空气维生素”，而双原子负氧离子、臭氧等都是有害物质。

现在市面上，还没有真正的负氧离子机出现。无论是采用高压放电技术，还是等离子体分离技术，这些方法都控制不了臭氧(O₃)和双原子负氧离子(-O-O-^2-)的产生，均不是安全的方法。

申请人以及发明人在2013年模仿绿色植物发明过一个可以制备负氧离子的装置(中国专利号为ZL201310002044.8)。在产品化过程中，发现它在体积、结构、效率等方面仍需改进。

发明内容

本发明的目的是为了弥补上述现有技术的不足，提出负氧离子发生装置及负氧离子的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

负氧离子发生装置，包括高电压发生器、水气泡供给器和表面积宽广的导体，所述导体设置于所述负氧离子发生装置的内部，所述高电压发生器与所述导体连接以向所述导体提供负电压，所述水气泡供给器用于向所述导体的表面提供水和气以使所述导体的表面上形成水气泡。

在一些优选的实施方式中，所述导体为碳纤维布。

在一些优选的实施方式中，还包括臭氧发生器，所述臭氧发生器与所述水气泡供给器连接以向水中提供臭氧。

在进一步优选的实施方式中，还包括紫外灯，所述紫外灯安装在所述负氧离子发生装置的内部以照射水和水气泡。

在一些优选的实施方式中，所述水气泡供给器包括气泵、气管、气泡石和水管，所述气泵与所述气管连接，所述气管与所述气泡石连接，所述气泡石放置于所述水管中；水和气通过所述水管的一端流到所述导体的表面。

在进一步优选的实施方式中，还包括容器和连接管，所述容器用于容纳水，在所述导体的表面上流动的水可流到所述容器中，所述容器通过所述连接管与所述水管连接以实现水的循环使用。

在一些优选的实施方式中，还包括绝缘挡板，所述导体设置于所述绝缘挡板的表面上。

在另一方面，本发明还提供负氧离子的制备方法，包括：

向表面积宽广的导体通入高压负电压；

向所述导体的表面提供水和气以使所述导体的表面上形成水气泡。

在一些优选的实施方式中，向水中提供臭氧。

在一些优选的实施方式中，用紫外光照射水和水气泡。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

导体与高电压发生器的连接，导体上会形成高压负电场；由于水气泡供给器的作用，在导体的表面上会形成水气泡。由于导体的表面积大，又带有高压负电场，所以会吸附大量氢离子，会导致水气泡的表面有富余的氢氧根离子。水气泡在流动过程中，大部分会自然破裂，在空气中***出许多小水珠。水气泡破裂后向空中裂出的小水珠同样会有富余的氢氧根离子，这样氢氧根离子脱水就产生了负氧离子(O^2-)和水(H₂O)。本发明的负氧离子发生装置结构简单，有利于小型化。

附图说明

图1为本发明的负氧离子发生装置的结构示意图；

图2为本发明的负氧离子的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参考图1，负氧离子发生装置包括高电压发生器1、水气泡供给器2和表面积宽广的导体3。

导体3设置于负氧离子发生装置的内部，导体3的固定方式可以有多种，比如固定在壳体上或者通过支撑部件来固定导体3。导体3用于在接上高压负电压之后吸附氢离子。导体3优选采用碳纤维布，其成本低，在尺寸相同的情况下其展开的表面积最大，这样，可以充分利用碳纤维布的表面积、离子吸附性以及导电性。

高电压发生器1为负高压电路，可以产生1000伏以上的电压，优选采用3000伏至9000伏的电压。高电压发生器1与导体3连接以向导体3提供负电压，具体是高电压发生器1的负电极与导体3连接，如此，使导体3产生高压负电场，这样一个大的且带有一定量负电荷的环境有利于负氧离子(O^2-)的产生。

水气泡供给器2用于向导体3的表面301提供水和气，最终目的是使导体3的表面301上形成水气泡100。水气泡供给器2可以是内部装有水和空气的装置，水和气在水气泡供给器2的内部混合。水气泡供给器2向导体3提供水和气的方式可以是水和气溢出到导体3的表面上，或者水和气掉落到导体3的表面上，或者水和气冲刷到导体3的表面上，本发明不以此为限。

参考图2，本发明还提供负氧离子的制备方法，该制备方法可以采用本发明的负氧离子发生装置，以下结合制备方法以及负氧离子发生装置的工作原理对本发明进行说明，制备负氧离子时：

S100、向表面积宽广的导体3通入高压负电压，也就是将导体3与高压电源的负电极连接。高压负电压可以是1000伏至9000伏中间任意一个值。

S200、向导体3的表面提供水和气以使导体3的表面上形成水气泡。

以上的步骤S100和S200不分先后。

本发明公示了一种对海滩产生负氧离子的原理的解释：

海浪不断冲刷沙滩,海水中的氢离子(H⁺)会以氢键的形式被沙子中的碳酸盐、硅酸盐吸附，在不断冲刷过程中形成离子浓度差，导致海波浪表面有富余的氢氧根离子(OH^―)；

在海水冲刷岸边的过程中，经常会有海波浪表皮被冲离到空气中，并收缩成一颗颗小水珠，这类似一个物理学上的动态电容，动态电容的容量迅速减少，导致负电势增强，小水珠释放电荷，其化学反应式如下：

2OH^―→H₂O+O^2-↑

从而把负氧离子(O^2-)释放到大气中。

本发明制备负氧离子的原理与海滩产生负氧离子的原理相似：本发明中，纳米碳纤维布也即导体3与高电压发生器1的负极连接，导体3上会形成高压负电场；由于水气泡供给器2的作用，在导体3的表面上会形成水气泡。由于碳纤维布的表面积大，又带有高压负电场，所以会吸附大量氢离子，会导致水气泡100的表面有富余的氢氧根离子。水气泡100在流动过程中，大部分会自然破裂，在空气中***出许多小水珠。水气泡100破裂后向空中裂出的小水珠同样会有富余的氢氧根离子，这样氢氧根离子脱水就产生了负氧离子(O^2-)和水(H₂O)，化学反应式如下：

2OH^―→H₂O+O^2-↑

在本发明中，带有高压负电场的碳纤维布替代沙滩的作用，水气泡供给器2产生的水气泡100流过碳纤维布的表面则模拟海浪，水气泡100破裂时，同样会在空气中产生小水珠。基于这样的原理，可以得到像海边的负氧离子(O^2-)一样纯净的负氧离子(O^2-)。

本发明提供了一种制备游离态单原子的负氧离子(O^2-)的安全方法：即模仿海滩。本发明的负氧离子发生装置结构简单，有利于小型化。

另外，现在学术界对海滩产生负氧离子的原理和机制还没有形成共识，本发明的负氧离子发生装置可以对海滩产生负氧离子的原理进行双向证明。

参考图1，以下对本发明作进一步的说明：

本发明的负氧离子发生装置主要是靠水来产生负氧离子的。

参考图1，水气泡供给器2包括气泵21、气管22、气泡石23和水管24。气泵21与气管22连接，气管22与气泡石23连接，气泡石23放置于水管24中，水管24中容纳有水或者与储水的容器连接。

参考图1，水气泡供给器2还包括容器25和连接管26。容器25为水箱，用于盛装水。容器25通过连接管26与水管24连接，如此，容器25中的水可通过连接管26流到水管24中，比如利用重力或者气泵21的动力。

参考图1，导体3可以这样固定，设置一个绝缘挡板4，比如塑胶绝缘挡板，导体3设置于绝缘挡板4的表面上。绝缘挡板4与水平面成设定的角度，倾斜设置在容器25的内部且留有缝隙便于排水，具体角度可以根据实际需要设置，比如3°至30°中间任意一值。

水管24则在竖直方向上设置，水管24的一端241贯穿导体3以使水可通过水管24流到导体3的表面301。

气泵21把外面的空气通过气管22和气泡石23泵入水管24的水中。空气在水管24中形成大量小气泡。水和气(小气泡)通过水管24的一端流到导体3也即碳纤维布的表面301，具体是由于水的浮力作用小气泡上升并带动一定量的水溢出到碳纤维布的表面301。碳纤维布是紧贴在倾斜设置的塑料绝缘挡板4上面的，从水管24中溢出的水和气会顺着碳纤维布的表面301流下，也即实现水在重力的作用下自然冲刷碳纤维布，从而形成许多水气泡100，水气泡100在流动过程中，大部分会自然破裂，在空气中***出许多小水珠。由于重力的作用，在导体3的表面301上流动的水可流到容器25中。水管24的一端241突出于容器25的液面251，在重力的作用下，容器25中的水可通过连接管26流到水管24中，可减少能耗；又在气泵21的作用下，水管24中的水和气溢出到碳纤维布的表面301，如此循环，实现水的循环使用。

自然界负氧离子(O^2-)的生成条件与地表水的水质有很大的关系，干净清洁、富氧、有机物含量低的水质有利于制备负氧离子(O^2-)。为此，本发明向水中提供臭氧和用紫外光照射水和水气泡100，具体是设置臭氧发生器5和紫外灯6。

臭氧发生器5与水气泡供给器2连接以向容器25中的水提供臭氧。具体的，臭氧发生器5设置在气管22的中间，气泵21工作时将臭氧发生器5产生的臭氧泵入水中。臭氧发生器5提供的臭氧可以保证水质的清洁。臭氧发生器5是一个每小时只有几毫克臭氧生成能力的微型发生器，而且只工作短暂的时间，比如每分钟只工作零点几秒钟，绝大部分产生的臭氧都被泵入水中，所以不用担心会有臭氧溢出来伤害环境。

紫外灯6安装在负氧离子发生装置的内部，也即设置在容器25的内部，比如顶部或者侧部，以便照射容器25中的水和水气泡100，从而通过紫外光对水进行消毒、杀菌，保证水质的清洁。

臭氧发生器5串在气管22中，定时定量地把一部分空气中的氧气变成臭氧，臭氧很容易溶解在水中，在紫外灯6的共同作用下，既补充了水中的氧，又可以灭菌以保证水的水质，也保证了水的粘度，有利于水气泡100的自然收缩破裂，也可提高产生负氧离子的效率。

本发明以水为介质，充分利用碳纤维布这种新型材料的物理特性，模仿海滩，能产生类似大自然中纯净的负氧离子，为解释海滩产生负氧离子的机制提供了有力的实验依据。

以上对本发明作了说明，但本发明还可以有一些变型方式，比如：

导体3还可以采用其它导电布，比如镀镍导电布、镀金导电布或者铝箔纤维复合布，外观上可以是平纹或者网格。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.负氧离子发生装置，其特征在于：包括高电压发生器、水气泡供给器和表面积宽广的导体，所述导体设置于所述负氧离子发生装置的内部；所述高电压发生器与所述导体连接以向所述导体提供负电压，从而使所述导体可吸附水的氢离子；所述水气泡供给器用于向所述导体的表面提供水和气以使所述导体的表面上形成表面有富余的氢氧根离子的水气泡；

所述水气泡供给器包括气泵、气管、气泡石和水管；

所述气泵与所述气管连接，所述气管与所述气泡石连接，所述气泡石放置于所述水管中；

所述气泵可把外面的空气通过所述气管和所述气泡石泵入所述水管的水中，使得空气在所述水管中形成大量小气泡；

所述水管的一端贯穿倾斜设置的所述导体，可使得所述大量小气泡在水的浮力作用下在所述水管中上升并带动一定量的水溢出到倾斜设置的所述导体的表面并顺着所述导体的表面流下，实现水在重力的作用下自然冲刷所述导体的表面，从而形成许多所述表面有富余的氢氧根离子的水气泡。

2.根据权利要求1所述的负氧离子发生装置，其特征在于：所述导体为碳纤维布。

3.根据权利要求1或2所述的负氧离子发生装置，其特征在于：还包括臭氧发生器，所述臭氧发生器与所述水气泡供给器连接以向水中提供臭氧。

4.根据权利要求3所述的负氧离子发生装置，其特征在于：还包括紫外灯，所述紫外灯安装在所述负氧离子发生装置的内部以照射水和水气泡，从而保证水的粘度。

5.根据权利要求1所述的负氧离子发生装置，其特征在于：所述水管在竖直方向上设置。

6.根据权利要求1所述的负氧离子发生装置，其特征在于：还包括容器和连接管，所述容器用于容纳水，在所述导体的表面上流动的水可流到所述容器中，所述容器通过所述连接管与所述水管连接以实现水的循环使用。

7.根据权利要求1所述的负氧离子发生装置，其特征在于：还包括绝缘挡板，所述导体设置于所述绝缘挡板的表面上。

8.负氧离子的制备方法，其特征在于包括：

向表面积宽广的导体通入高压负电压，从而使所述导体可吸附水的氢离子；

向所述导体的表面提供水和气以使所述导体的表面上形成表面有富余的氢氧根离子的水气泡；通过气泵把外面的空气通过气管和气泡石泵入水管的水中，使得空气在所述水管中形成大量小气泡；所述水管的一端贯穿倾斜设置的所述导体，可使得所述大量小气泡在水的浮力作用下在所述水管中上升并带动一定量的水溢出到倾斜设置的所述导体的表面并顺着所述导体的表面流下，实现水在重力的作用下自然冲刷所述导体的表面，从而形成许多所述表面有富余的氢氧根离子的水气泡；

所述表面有富余的氢氧根离子的水气泡破裂产生有富余的氢氧根离子的小水珠，从而通过脱水产生负氧离子和水。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于还包括：向水中提供臭氧。

10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于还包括：向水中提供臭氧，用紫外光照射水和水气泡，从而保证水的粘度。

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