电解水

电解水（Electrolyzed Water，EW），或称氧化电位水（Electrolyzed Oxidizing Water，EOW），是含有低浓度电解质的液体在通入一定直流电流后，最终在阴极和阳极发生电化学反应而生成的产物。根据电解水的电解装置、电解液和电解条件的不同，电解水可以分为酸性电解水、弱酸性电解水、碱性电解水和中性电解水。

电解水的概念起源于日本，1931年，日本就研制出世界第一台电解水发生器，用以调节水的pH值，电解水是一种强大的多功能抗菌剂，在医药、农业和食品工业中有着广泛的应用。

历史

电解水的概念起源于日本，1931年，日本就研制出世界第一台电解水发生器，用以调节水的pH值，随后开始研究电解水对动植物影响的研究，之后证实了电解水能有效促进动植物的生产发育，还能预防和治疗人类的疾病。

1966年，日本厚生劳动省正式批准饮用电解水，将电解水装置作为医疗器械使用。1994年，日本成立功能水研究委员会，这个由医学、农业和工程专家组成的第三方科研机构对电解水进一步研究，1999年3月，日本厚生劳动省再次确认碱性电解水的作用效果，电解功能水开始了广泛的研究、认可和应用，此后，电解水被引入各国市场，并在欧洲、美国等国家得到了很大的发展。

1994年前后，中国开始向该领域进行攻关，结合中国地域广阔、水质差异大及污染严重的实际情况，开发生产出了更适合中国国情的电解制水机，并取得了初步成功；1999年,中国功能水研究推广促进会在北京成立；2001年，首届“亚太国际功能水论坛”在昆明市举行；中国已有蓝态、长虹美菱等几十家电解制水机专业生产企业。

理化性质

电解水是含有低浓度电解质的液体，在通入一定直流电流后，最终在阴极和阳极发生电化学反应而生成。因制备方式或条件不同，电解水分为酸性离子水和碱性离子水，其理化性质存在明显差异。

酸性离子水是一种无色透明的液体，具有轻微氯气味，其氧化还原电位（ORP)≥1100mV，pH在2.0～3.0，有效氯含量一般为30～70mg/L。主要成分为有效氯和活性氧，其中有效氯包括CI-，HCIO、CIO-等，活性氧则包括H2O2、O3和·OH等，但活性氧的存在形式还不明确。酸性离子水在室温、密闭、避光的条件下，较稳定，而在室温暴露的条件下，不稳定，可自行分解成自来水，故不宜长期保存，最好现用现制备。

碱性离子水pH值在8.3～8.7之间，电导率100～200μs/cm，含有丰富的钙、镁、钠、钾、锌等对人体健康有利的矿物质。其氧化还原电位（ORP）为负值，具有还原性。

电解水有三个主要的物理性质，分别是有效氯浓度（ACC）、pH值和氧化还原电位(ORP)，它们也是影响电解水抗菌效果的主要三个因素，电解水的三个主要因素互相影响，随时间和温度的变化而变化。

pH值对各种氯物质的形成起着重要的作用，由酸性增加至碱性时，电解水的有效氯浓度和氧化还原电位显著降低。在不同温度下产生的电子流具有不同的有效氯浓度，而有效氯浓度随着储存时间的增加而降低。

应用领域

饮用水

电解水机利用活性炭作为过滤层，过滤自来水，使之净化，从而达到国家饮用水标准，再通过电解生成两种活性的水，即电解水。集中于阴极流出来的为碱性电解水（供饮用）；集中于阳极流出来的为酸性电解水。当电流通过水时，氧气在阳极形成，氢气在阴极形成；带负电的离子在阳极生成，而带正电荷的离子向阴极移动，溶于水中的矿物质钙、镁、钾、钠等带正电荷的离子在阴极形成，可以喝的碱性水就制造出来了。

医学

酸性电解水的抗菌作用显著抑制了所有细菌的生存，并且细菌存活率与氧化还原电势和时间呈负相关，而弱酸性电解水的杀菌效果比酸性电解水更好。弱酸性电解水作为一种刺激更小、更安全的消毒液已应用于皮肤创面消毒、口腔黏膜消毒、根管内冲洗，口腔护理等医疗卫生领域。

食品工业

电解水被用作切割工具的化学消毒剂，鸟纲尸体的抗菌剂，以及肉类工业中的鸡蛋消毒。在果蔬加工业中，生菜，梨、桃子、豆芽、苹果、西红柿、草莓及其各自形式的加工设备均采用电解水消毒。酸性电解水可以有效去除食源性致病细菌，可以有效去除果蔬表面农药残留，还可以有效替身果蔬的抗性、缓解果蔬低温贮藏冷害并抑制鲜切果蔬褐变。

农业

酸性电解水对农业中育种有积极作用，如在荞麦浸种、发芽和洗芽时，使用酸性电解水可使荞麦芽的天然霉菌、酵母菌等细菌数量有所减少，对荞麦种子和芽消毒效果较好，并对荞麦芽生长的不良影响较小。

制备氢气

水电解制氢技术主要有碱性电解水、质子交换膜电解水和固体氧化物电解水三类。相比于其他两种技术，碱性电解水制氢是现阶段中国发展最成熟的电解制氢技术，在成本、寿命精确性和可靠性都具有明显的优势；质子交换膜电解水制氢体积小，响应速度快且更加环保，但成本较高；固体氧化物制氢能有效利用蒸汽，故适用于核电站等特定场合，但存在寿命较短问题。

制备氧气

电解水制氧是指在电解质溶液中插入两根电极，电极之间给予充分的电位后，在每根电极周围发生化学反应。在阳极OH-因氧化反应而产生O2，电解水制氧的优点是氧气纯度高可以达到99.9%，生产规模可大可小，生产过程无污染。主要应用在以下一些场合：

（1）在需要高纯氧气的场合使用，如食品工业、医药工业、医疗行业等；

（2）潜艇的供氧；

（3）空间站供氧；可与燃料电池组合使用；

（4）火焰焊接或切割。

除垢

当应用电解水处理设备进行除垢时，一般是将电解水处理设备作为一个旁流管道装置增设在循环冷却水管道上，与循环冷却水管道并联运行。当循环冷却水流过电解水处理设备时，水中部分碳酸钙沉积在阴极板上，只要定期清除这些沉积在阴极板上的碳酸钙沉淀物，即可有效降低旁流部分的循环冷却水中的硬度和碱度。

生产过程

反应机理

电解水的电解池通常由三部分组成：电解质、阴极和阳极。析氢（HER）催化剂和析氧（OER）催化剂分别涂覆在阴极和阳极的表面，以加速水的电解。将施加到电极上的外部电压作为驱动力，使水分子分解成氢气和氧气。氢可以储存起来作为燃料，氧被释放到大气中。因此，水分解反应可以被分为两个半反应：水还原反应（析氢反应）和水氧化反应（析氧反应）。

电化学HER过程涉及三个可能的主要步骤，第一步是Volmer反应，其中质子与电子反应生成电极材料表面上的吸附氢原子。质子源分别是酸性电解质和碱性电解质中的水合氢离子和水分子。H2的形成可能通过Heyrovsky反应或Tafel反应或两者兼而有之。在Heyrovsky步骤中，另一个质子扩散到氢原子，然后与第二个电子反应生成H2。在Tafel步骤中，附近的两个氢原子在电极表面结合以生成H2。

析氢反应：

（1）电化学氢吸附（Volmer反应）：

酸性环境下：

碱性环境下：

（2）电化学解吸（Heyrovsky反应）：

酸性环境下：

碱性环境下：

（3）化学解吸（Tatel反应）

析氧反应是电解水反应的阳极半反应。在酸性条件下和碱性条件下，电解水反应的阴极和阳极两个半反应是不同的。在酸性条件下或碱性条件下阳极析氧反应的可能机理如下所示。

酸性环境下OER反应机理（M表示催化剂）：

碱性环境下OER反应历程（M表示催化剂）：

电解水技术

最成熟的电解水技术是碱槽电解水技术（AEC）。另外三种工艺是：质子交换膜电解水技术（PEMEC）、固体氧化物电解水技术（SOEC）和E-TAC技术。AEC技术是成熟的技术，有50年以上的历史，也是市场上设备成本最低的技术。PEMEC相对是比较新的技术，与AEC比较，它可以用纯水，具有响应快，可以承担冲击负荷的优点，但有造价成本高，设备寿命短的缺点。SOEC和E-TAC技术目前还没有商业化，处于开发试验阶段，但这些技术都为未来电解水技术发展提供了进一步提高效率和降低成本的可能。

生产

生产条件：由电解离子水机制备，电解离子水机由净化装置、矿化装置和电解槽三部分组成。一般有4级或5级过滤器，前置为3级，机器内置1级，内置滤清器为椰壳纤维活性炭滤芯。生产过程是将少量化钠溶解于自来水中，然后将水置于一个电解槽内，槽内有阳极和阴极电极板，它们之隔有阳离子交换膜，通过高压电流电解水可生成，在阳极发生氧化反应生成强酸性水，在阴极发生还原反应生成强碱性水。

影响产品质量的因素：一是进水速度，电解生成机进水速度会影响产品质量，不同进水速度生产出的电解水的ORP值、有效氯含量以及pH会发生变化。在其他条件恒定的情况下，进水速度减慢会使ORP值增加、pH降低、有效氯含量增加。二是进氯化钠量：在进水速度不变，改变氯化钠进入量，酸性氧化电位水的质量也会受到影响。在水中氯化钠含量10g/L，随进入量增加,ORP值增加、pH降低、有效氯含量增加。

分类

根据电解水的电解装置、电解液和电解条件的不同，电解水可以分为酸性电解水、弱酸性电解水、碱性电解水和中性电解水。

酸性电解水：主要成分为次氯酸，它的pH约为2.2~2.7，氧化还原电位大于1100mV，有效氯浓度为20 ~ 60ppm，可灭活大多数致病菌，是一种杀菌作用强的医疗产品。

弱酸性电解水：它是无色无味的，pH约为5.0~6.5，氧化还原电位大于850mV，有效氯浓度为10 ~ 30ppm，用于食品设备杀菌剂，杀菌效果好，并不影响食品的口感和香气，其杀菌相比酸性电解水更稳定。

碱性电解水：它是从电解池阴极产生的，pH约为10~13，氧化还原电位大于800~900mV，有效氯浓度为80 ~ 100ppm，杀菌效果差，但有预防疾病或促进健康的作用，可显著改善胃肠道症状，抑制口腔内厌氧菌的生长。

中性电解水：它的pH约为7.0~8.0，氧化还原电势大于700~900mV，有效氯浓度为30 ~ 200ppm，相比于酸性电解水，其制造成本低，对人体危害小，已成为一种新型的、有潜力的化学消毒剂。

毒性

以50ml/kg体重的电解水对小鼠口服，进行急性经口毒性试验，未见毒性症状，属实际无毒；对家兔皮肤上的伤口每日1次连续5d滴下，开展皮肤一次刺激和皮肤累积刺激性实验，未见伤口发生变化，以老鼠的足部为对象进行每日30次（一次浸泡15或30s）的反复用药试验（3个月），对皮肤的变化进行血液学、生物化学、病理组织学方面的观察，未见老鼠皮肤及全身有异状；在旱獭属皮内一周3次注入电解水后观察，未见皮肤发生（水肿、红斑）变化；对家兔眼睛滴下电解水72h后观察，家兔角膜、虹膜、结膜等未见变化。在取自人、小鼠、田鼠亚科的细胞培养液中添加电解水12h后检测其结果，表明高浓度电解水对细胞的增殖略有抑制，高浓度以下未见变化，认为其毒性小于其他常用消毒剂。在哺乳动物培养细胞中直接添加或添加有代谢活性物质的氧化电位水后蓄积在分裂中期的细胞上，调查染色体异常情况，结果均未见变化。

以健康成年男性及女性志愿者为对象频繁使用电解水研究其安全性，使用从数种装置生成的电解水（有效氯浓度20和40mg/L）流水洗手，每日15次，每次2min，洗后不进行皮肤保养，连续试验5d经皮肤科医师认定，有轻度干燥、红斑和手纹消失等轻度损害，但几乎全部在试验后迅速恢复。如果有适度的皮肤保养，并且每周有1～2d停止使用氧化电位水，将不会出现上述情况。上述安全性试验可以看出氧化电位水具有较高的安全性。

参考资料

电解水制氢研发有点飘了？.中国能源报-百家号.2023-06-09