Método y aparato para producir agua con potencial de oxidación y reducción (ORP) negativo y positivo.

Un equipo para producir agua con potencial de oxidación y reducción (0RP) negativo y positivo,

que comprende:

una unidad de electrolisis de tres camaras (numero 14) que tiene una camara para el anodo (numero 16) y una camara para el catodo (numero 18), al menos un suministro de agua en comunicación de fluidos con dichas camaras del anodo y del catodo (numeros 16 y 18) de dicha unidad de electrolisis (numero 14);

una linea de entrada al anodo (numero 15a) que conecta dicho suministro de agua con dicha camara del anodo (numero 16);

una linea de entrada al catodo (numero 17a) que conecta dicho suministro de agua con dicha camara del catodo (numero 18);

una fuente de potencial electrico (numero 23) conectada a un electrodo del anodo metalico (numero 24) y a un electrodo del catodo metalico (numero 26);

una linea de salida del anodo (numero 15b) para transportar agua con 0RP positivo desde dicha camara del anodo (numero 16);

una linea de salida del catodo (numero 17b) para transportar agua con 0RP negativo desde dicha camara del catodo (numero 18) y al menos un recipiente de recogida para recoger el agua 0RP transportada desde dicha unidad de electrolisis (numero 14);

dicho equipo esta caracterizado porque comprende ademas:

una camara de disolución salina (numero 20) interpuesta entre dichas camaras del anodo y del catodo (numeros 16, 18), de forma que dicha camara del anodo (numero 16) esta separada de dicha camara de disolución salina (numero 20) por dicho electrodo del anodo metalico (numero 24) y una primera membrana de intercambio iónico (numero 25) y de forma que dicha camara del catodo (numero 18) esta separada de dicha camara de disolución salina (numero 20) por dicho electrodo del catodo metalico (numero 26) y una segunda membrana de intercambio iónico (numero 27) y de modo que dicha camara de la disolución salina (numero 20) incluye un material aislante en particulas que permite el flujo de disolución a traves de la camara de la disolución salina (numero 20), pero evita que viaje una corriente continua debida a la diferencia de potencial entre las dos membranas (numeros 25 y 27) o la migración de especies iónicas entre las camaras del anodo y del catodo (numeros 16 y 18) :

al menos un suministro fluido de disolución salina para que circule a traves de dicha camara de disolución salina (numero 20);

una linea de entrada intermedia (numero 21a) que conecta dicha camara de disolución salina (numero 20) con dicho suministro fluido de disolución salina y una linea de salida intermedia (numero 21b) para transportar el fluido desde dicha camara de disolución salina (numero 20) a dicho suministro de fluido.

Metodo y aparato para producir agua con potencial de oxidación y reducción (0RP) negativo y positivo Campo tecnico Desde un punto de vista general, la presente invención se refiere a agua con potencial de oxidación y reducción (agua 0RP por sus siglas en ingles) acida y alcalina y a metodos para electrolizar disoluciones salinas. Mas particularmente, la presente invención se refiere a un metodo y a un equipo para producir agua 0RP negativa y positiva y al agua asi producida, para su uso en esterilización, descontaminación, desinfección, limpieza de la piel y catalisis de la curación de heridas.

Tecnica anterior La producción de agua superoxidada es un proceso electroquimico o de oxidación-reducción. Comunmente, este se denomina una reacción electrolitica o redox, en la cual se usa energia electrica para producir un cambio quimico en una disolución acuosa. La energia electrica se introduce en el agua y se transporta a traves de ella mediante la conducción de la carga electrica de un punto a otro en forma de una corriente electrica. Con el fin de que la corriente electrica se establezca y subsista, debe haber portadores de carga en el agua y debe haber una fuerza que haga que los portadores se muevan. Los portadores de carga pueden ser electrones, como en el caso de los metales y los semiconductores, o pueden ser iones positivos o negativos, como en el caso de las disoluciones.

Es dificil forzar la energia electrica, o la corriente, a traves de agua pura, ya que no es portadora de carga y no es iónica como tal por si misma. El agua absolutamente pura, si bien te6ricamente es sencilla de conseguir, en la practica es virtualmente imposible de obtener. Por lo tanto, el agua, en la forma que se encuentra normalmente, puede conducir la energia electrica o corriente, y de hecho lo hace, debido a la presencia de iones disueltos. Cuanto mayor es la concentración de iones disueltos, mayor es la capacidad de conducir la corriente y mayor es la capacidad de producir un cambio quimico en la disolución.

Puesto que el agua nunca es pura, puede contener numerosas sustancias disueltas. Invariablemente, contiene cantidades traza de H30+ y 0H- procedentes de la disociación del agua. Tambien puede contener gases disueltos, como C02 y N2, que tambien puede ser reactivos. El agua contiene tambien diversos cationes y aniones. Como es bien sabido, la molecula H20 es polar; es decir, tiene una distribución de carga desigual. Ello se debe a la estructura molecular y a la atracción desigual que sobre los electrones ejercen los atomos de hidr6geno y de oxigeno que forman la molecula. Esta polaridad aumenta de manera significativa la capacidad del agua para disolver numerosas sustancias, incluyendo compuestos iónicos, como el cloruro de sodio o sal comun.

Las moleculas de agua se pueden o bien oxidar a 02 mediante la eliminación de electrones o reducir a H2 mediante la adición de electrones. En consecuencia, el agua se puede considerar siempre como un reactivo. Las reacciones tipicas se producen bien en el catodo o bien en el anodo.

La reducción debe ocurrir en el catodo. Son posibles muchas reacciones diferentes; sin embargo, las dos siguientes reacciones son las mas probables:

2H20 + 2e- º H2 (gas) + 20H-

2H30+ + 2e- º H2 (gas) + 2H20

Hay varias otras posibles reacciones en el catodo, ninguna de las cuales se puede predecir facilmente. Es necesario considerar que reactivo se reduce mas facilmente y cual se reduce mas rapidamente. No necesariamente el agente oxidante mas fuerte es el mas rapido. Se pueden producir complicaciones cuando la corriente electrica es muy grande y la concentración de los reactivos es muy pequena.

En presencia de NaCl, se tienen que considerar otras reacciones, como la evolución de cloro e hidr6geno gas y la producción de 0H-. El ion 0H- o hidroxilo puede provocar aumentos significativos en el pH. En la electrolisis del NaCl, las disoluciones muestran que el 0H- se acumula alrededor del catodo. Los cationes se desplazan hacia el catodo y los aniones hacia el anodo.

45 La oxidación debe ocurrir en el anodo. La reacción mas comun en presencia de disolución acuosa de NaCl produce gas cloro:

2Cl- - 2e- º Cl2 (gas)

La reacción completa durante la electrolisis de disoluciones acuosas de NaCl muestra que la concentración de cloro disminuye y que la concentración de 0H- aumenta. A su vez, esta condición conduce a otras reacciones y a los 50 productos subsiguientes. El gas cloro se disuelve parcialmente en la disolución y reacciona para producir acido hipocloroso, segun la ecuación siguiente:

Cl2 + H20 º HCl0 y HCl

El acido clorhidrico resultante, HCl, puede provocar una caida significativa del pH. Existe tambien la posibilidad de que la formación de HCl de lugar a que se produzcan otras reacciones de manera simultanea, pero en un grado desconocido. Es posible la producción de oxigeno atómico; sin embargo, debido a su inestabilidad, no esta presente durante mucho tiempo ni a concentraciones altas. Esta reactividad puede dar lugar a otros productos, como gas oxigeno, peróxido de hidr6geno y ozono.

Combinando las precedentes reacciones y los productos resultantes y variando las condiciones del proceso y las condiciones iniciales del mismo, como la cantidad y el tipo de corriente, el tipo y la concentración de los iones disueltos y la pureza del agua, se obtendra agua de diferentes caracteristicas.

Todas las reacciones previamente descritas, cuando se permite que ocurran en condiciones controladas y óptimas, pueden dar como resultado la producción de agua que contiene especies oxidadas, obteniendose algo que se denomina "agua super-oxidada". El agua super-oxidada puede tener diversas caracteristicas, entre las que se incluyen pH alto o bajo, distinto contenido de cloro y de compuestos de cloro y distintos grados de oxigeno y de compuestos de oxigeno.

La caracteristica mas facilmente cuantificable del agua super-oxidada es el pH. Segun la configuración de la celula electrolitica, se puede producir agua de pH alto en la camara del catodo y agua de pH bajo en la camara del anodo. En este caso se puede hablar de agua de catodo o de anodo. El agua de anodo de pH bajo (acida) contiene tambien cloro presente en diversas formas: es decir, gas cloro, ion cloruro, acido clorhidrico o acido hipocloroso. Tambien puede estar presente el oxigeno en diversas formas. El agua de catodo alcalina puede tener gas hidr6geno junto con iones sodio. Las corrientes de agua de proceso procedentes de estas dos celulas electroliticas o camaras se pueden separar y analizar.

El trabajo realizado en Japón ha mostrado que cada uno de estos dos tipos de agua producida tiene propiedades unicas. Una de estas propiedades se denomina potencial de oxidación-reducción (0RP, por sus siglas en ingles) . Este potencial se puede cuantificar utilizando las tecnicas estandar de medida del potencial electrico en milivoltios, respecto de un electrodo de plata/cloruro de plata que es la referencia estandar. Se han medido valores de 0RP de aproximadamente 1000 mY. Los espectros de absorción óptica y la resonancia de espin electrónica han mostrado la presencia de acido hipocloroso.

Es ampliamente conocido en la tecnica general de la esterilización que para eliminar microorganismos indeseados se pueden utilizar el calor, la filtración, la radiación y ciertos productos quimicos. Sin embargo, solo recientemente existen desarrollos en la tecnica de la electrolisis que proporcionan un metodo alternativo de desinfección y esterilización microbiana. Relativamente hace poco se ha concebido un aparato para optimizar las condiciones que favorecen la producción de ciertos productos finales, incluyendo tanto agua de catodo como de anodo de diferentes valores de 0RP y contenidos de cloro residuales. El agua super-oxidada tiene un tiempo de durabilidad limitado y su actividad decrece con el tiempo. Los datos muestran que el agua 0RP puede ser eficaz cuando se usa para esterilización, descontaminación, desinfección, limpieza de la piel y catalisis de curado de las heridas.

Entre la tecnica anterior relevante se incluye la patente de Estados Unidos numero 5.932.171 atribuida a Malchelsky y publicada con fecha 3 de agosto de 1999, que describe un equipo de esterilización que utiliza disoluciones de catolito y anolito producidas por electr6lisis de agua. El aparato incluye una bandeja con un area para recibir el articulo, de tal forma que un articulo que va a ser microbiológicamente descontaminado se coloca en el... [Seguir leyendo]

1. Un equipo para producir agua con potencial de oxidación y reducción (0RP) negativo y positivo, que comprende:

una unidad de electrolisis de tres camaras (numero 14) que tiene una camara para el anodo (numero 16) y una 5 camara para el catodo (numero 18) , al menos un suministro de agua en comunicación de fluidos con dichas camaras del anodo y del catodo (numeros 16 y 18) de dicha unidad de electrolisis (numero 14) ;

una linea de entrada al anodo (numero 15a) que conecta dicho suministro de agua con dicha camara del anodo (numero 16) ;

una linea de entrada al catodo (numero 17a) que conecta dicho suministro de agua con dicha camara del catodo 10 (numero 18) ;

una fuente de potencial electrico (numero 23) conectada a un electrodo del anodo metalico (numero 24) y a un electrodo del catodo metalico (numero 26) ;

una linea de salida del anodo (numero 15b) para transportar agua con 0RP positivo desde dicha camara del anodo (numero 16) ;

una linea de salida del catodo (numero 17b) para transportar agua con 0RP negativo desde dicha camara del catodo (numero 18) y al menos un recipiente de recogida para recoger el agua 0RP transportada desde dicha unidad de electrolisis (numero 14) ;

dicho equipo esta caracterizado porque comprende ademas:

una camara de disolución salina (numero 20) interpuesta entre dichas camaras del anodo y del catodo (numeros 16, 18) , de forma que dicha camara del anodo (numero 16) esta separada de dicha camara de disolución salina (numero 20) por dicho electrodo del anodo metalico (numero 24) y una primera membrana de intercambio iónico (numero 25) y de forma que dicha camara del catodo (numero 18) esta separada de dicha camara de disolución salina (numero 20) por dicho electrodo del catodo metalico (numero 26) y una segunda membrana de intercambio iónico (numero 27) y de modo que dicha camara de la disolución salina (numero 20) incluye un material aislante en particulas que permite el flujo de disolución a traves de la camara de la disolución salina (numero 20) , pero evita que viaje una corriente continua debida a la diferencia de potencial entre las dos membranas (numeros 25 y 27) o la migración de especies iónicas entre las camaras del anodo y del catodo (numeros 16 y 18) :

al menos un suministro fluido de disolución salina para que circule a traves de dicha camara de disolución salina (numero 20) ;

una linea de entrada intermedia (numero 21a) que conecta dicha camara de disolución salina (numero 20) con dicho suministro fluido de disolución salina y una linea de salida intermedia (numero 21b) para transportar el fluido desde dicha camara de disolución 35 salina (numero 20) a dicho suministro de fluido.

2. El equipo de la reivindicación 1, en el que dicho recipiente de recogida es un depósito (numero 28) para recoger agua con potencial de oxidación reducción negativo transportada desde dicha camara del catodo.

3. El equipo de la reivindicación 1, que incluye ademas un suministro de gas inerte (numero 38) en

comunicación de fluidos con dicho recipiente de recogida para proporcionar una capa de gas inerte sobre el agua 40 0RP producida por dicho aparato.

4. El equipo de la reivindicación 1, en el que dicho recipiente de recogida incluye un sistema de agitación por ultrasonidos y un calentador inductivo.

5. El equipo de la reivindicación 1, en el que dicho recipiente de recogida es un depósito (numero 42) para recoger agua con 0RP positivo enviada desde dicha camara del anodo (numero 16) .

45 6. El equipo de la reivindicación 1, que incluye dos recipientes de recogida, incluyendo un depósito (numero 28) para recoger agua con 0RP negativo transportada desde dicha camara del catodo (numero 18) y un depósito (numero 42) para recoger agua con 0RP positivo transportada desde dicha camara del anodo (numero 16) .

7. El equipo de la reivindicación 1, en el que dichos electrodos (numeros 24 y 26) son de manera general planos e incluyen numerosos orificios que exponen dichas membranas de intercambio iónico (numeros 25 y 27) al 50 fluido en sus respectivas camaras del anodo o del catodo (numeros 16 y 18) .

8. El equipo de la reivindicación 1, que incluye ademas al menos un caudalimetro que regula el caudal de agua a cada una de dichas camaras del anodo y del catodo (numeros 16 y 18) cuando dicho equipo esta en uso.

9. El equipo de la reivindicación 1, que incluye ademas un depósito tampón de pH alto (numero 34) y una

linea tampón (numero 37) en comunicación de fluidos con dicho recipiente de recogida y con dicha unidad de 5 electrolisis (numero 14) .

10. El equipo de la reivindicación 9, en el que dicha linea tampón (numero 37) incluye al menos un filtro de particulas (numero 36) dispuesto entre dicho depósito tampón (numero 34) y dicha unidad de electrolisis (numero 14) .

11. Un metodo para producir agua 0RP, es decir agua con potencial de oxidación y reducción negativo y 10 positivo que comprende las etapas de:

(a) proporcionar una unidad de electrolisis de tres camaras (numero 14) segun la reivindicación 1 que tiene una camara del anodo (numero 16) , una camara del catodo (numero 18) y una camara de la disolución salina (numero 20) interpuesta entre dichas camaras del anodo y del catodo (numeros 16 y 18) , en la que dicha camara del anodo (numero 16) esta separada de la camara de la disolución salina (numero 20) por un electrodo de anodo metalico (numero 24) y una primera membrana de intercambio iónico (numero 25) , en el que la camara del catodo (numero 18) esta separada de la camara de la disolución salina (numero 20) por un electrodo del catodo metalico (numero 26) y una segunda membrana de intercambio iónico (numero 27) y en el que la camara de la disolución salina (numero 20) incluye un material aislante en particulas;

(b) proporcionar un flujo de agua hacia las camaras del anodo y del catodo (numeros 16 y 18) y a traves de ellas desde al menos un suministro de agua en comunicación de fluidos con las camaras del anodo y del catodo (numeros 16 y 18) ;

(c) proporcionar un flujo de fluido de disolución salina circulante hacia la camara de la disolución salina (numero 20) y a traves de ella desde al menos un suministro de fluido, en el que la camara de la disolución salina (numero 20) incluye un material aislante en particulas que permite el flujo de disolución a traves de la camara de la disolución salina (numero 20) en una cantidad de al menos 10 l/min, pero evita que viaje una corriente continua debida a la diferencia de potencial entre las dos membranas (numeros 25 y 27) o la migración de especies iónicas entre las camaras del anodo y del catodo (numeros 16 y 18) , (d) simultaneamente con las etapas (b) y (c) , proporcionar corriente electrica a los electrodos del anodo y del catodo (numeros 24 y 26) procedente de una fuente de potencial electrico (numero 23) conectada al 30 electrodo del anodo (numero 24) y al electrodo del catodo (numero 26) y (e) recoger el agua 0RP producida por la reacción electrolitica en la unidad de electrolisis.