CÔNG NGHỆ ĐIỆN PHÂN NƯỚC ION KIỀM ?

Công nghệ điện phân đã có từ khá lâu đời, nhưng cho tới tận những năm gần đây, công nghệ điện phân mới được áp dụng rộng rãi và phổ biến, đặc biệt là trong ngành công nghiệp lọc nước. 

1. Khái niệm và nguồn gốc của công nghệ điện phân

1.1 Khái niệm

Trong hóa học, người ta gọi điện phân chính là quá trình Oxy hóa - khử xảy ra tại bề mặt của các tấm điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua nó. 

• Tại Cathode (cực âm - ) xảy ra quá trình khử (nhận electron)
• Tại Anode (cực dương +) xảy ra quá trình oxy hóa (cho electron)+ ion âm (-) là anion (A) ; ion dương (+) là cation 

Khác với phản ứng oxi hóa–khử thông thường, phản ứng điện phân do tác dụng của điện năng và các chất trong môi trường điện phân không trực tiếp cho nhau electron mà phải truyền qua dây dẫn.

Đối với điện phân nước để tạo nước ion kiềm sẽ trải qua hai phản ứng riêng biệt. Hai phản ứng này gọi là quá trình oxy hóa (ở cực dương) và khử (ở cực âm) xảy ra trong hai khoang riêng biệt được ngăn cách bởi một màng bán thấm. Điều này dẫn đến hai dòng nước riêng biệt đó là dòng nước ion axit (có độ pH thấp từ 2.5 – 6.5) và dòng nước ion kiềm (có độ  pH từ 8.5 – 11.5)

Công nghệ điện phân tách nước được thực hiện ở những buồng riêng biệt và ngăn cách nhau bởi màng bán thấm.

1.2. Nguồn gốc

Từ việc phát hiện ra hiện tượng điện phân tách nước tạo oxy và hydro cho đến sự phát triển của các dòng máy điện phân nước hiện đại như ngày nay, công nghệ điện phân nước đã trải qua liên tục 200 năm:

Từ năm 1798, sau khi phát hiện ra điện, JR Deiman và A.P. van Troostwijk đã sử dụng máy phát tĩnh điện để truyền điện qua 2 sợi dây vàng đặt trong một ống chứa nước và phát hiện ra nhiều bọt khí.

Nhiều bọt khí xuất hiện được cho là khí oxy và hydro

Năm 1800, Alessandro Volta đã phát minh ra ống volta (pin điện) và vài tuần sau William Nicholson và Anthony Carlisle đã sử dụng nó để điện phân tách nước. Sau đó những bọt khí sau quá trình điện phân được phát hiện ra chính là oxy và hydro.

Ống volta (pin điện) được sử dụng để điện phân tách nước

Với sự phát triển của điện hóa học (electrochemistry), liên hệ tỷ lệ giữa lượng điện tiêu thụ và lượng khí tạo được đã được hình thành thông qua định luật điện phân của Faraday. Cuối cùng, khái niệm điện phân nước đã được định nghĩa một cách khoa học và được thừa nhận chính thức.

Năm 1869, điện phân nước đã trở thành phương pháp sản xuất hydro kinh tế bởi Zénobe Gramme.

Đến năm 1988, một kỹ thuật tổng hợp công nghiệp hydro và oxy thông qua quá trình điện phân nước được phát triển sau đó bởi Dmitry Lachinov.

Năm 1902, hơn 400 máy điện phân nước công nghiệp đã hoạt động.

Hình minh họa nhà máy đầu tiên được sử dụng cho điện phân nước

Vào những năm 1920 và 1970 là "thời kỳ hoàng kim" cho sự phát triển của công nghệ điện phân nước.

Năm 1939, nhà máy điện phân nước lớn đầu tiên có công suất cực lớn đi vào hoạt động. (10.000 N/m3)

Đến năm 1948, máy điện phân công nghiệp áp lực đầu tiên được sản xuất bởi Zdansky/Lonza.

2. Chi tiết về bộ phận hỗ trợ công nghệ điện phân

Để tiến hành điện phân nước tạo thành nước ion kiềm có các tính chất đặc biệt thì một chiếc máy được trang bị công nghệ điện phân (hay còn gọi là máy điện giải ion kiềm) cần phải có các tấm điện cực và màng bán thấm.

Màng bán thấm được bố trí xen kẽ các tấm điện cực để ngăn chia các buồng cực dương và cực âm cho ra 2 nguồn nước khác nhau. Nguồn đầu ra ở cực dương thì cho ra nước ion axit và nguồn đầu ra ở cực âm thì cho nước ion kiềm. 

Màng bán thấm này cho phép những loại phân tử hoặc ion nhất định đi qua nó bằng phương pháp khuếch tán. Loại màng bán thấm đầu tiên được sử dụng và được thương mại hóa được làm từ Amiăng (bắt nguồn từ từ tiếng Pháp amiante (/amjɑ̃t/), hay còn được viết là a-mi-ăng hoặc Asbestos theo tiếng Anh. Nó là một tập hợp gồm sáu khoáng vật silicat xuất hiện trong tự nhiên, đều có chung một đặc tính đó là các tinh thể sợi mỏng và dài (tỉ lệ co khoảng 1:20), trong mỗi sợi bao gồm hàng triệu sợi nhỏ khác.

Amiang – Vật liệu đầu tiên được sử dụng làm màng bán thấm

Tuy nhiên amiăng không có khả năng chống ăn mòn gây ra bởi môi trường kiềm mạnh ở nhiệt độ cao. Đặc biệt, amiăng có ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe và dần được thay bằng các vật liệu khác. Từ những năm 1970 trở đi, các màng polyme dựa trên axit perfluorosulfonic, arylen ete, hoặc polytetrafluoroethylene đã được sử dụng làm vật liệu tách khí.

Kế đến là các tấm điện cực bên trong máy. Tấm điện cực này được cho qua dòng điện một chiều để có thể tách nước H20 thành các ion H+ (tạo nước ion axit) và ion OH- (tạo nước ion kiềm). Đối với các tấm điện cực ở thời kỳ đó, người ta thường chọn những vật liệu có thể điện phân, có khả năng chống ăn mòn tốt, độ dẫn điện, hiệu quả xúc tác cao và giá thành thấp. Khi đó thép không gỉ và chì được xem là vật liệu điện cực rẻ tiền nhất và mức quá điện áp thấp (low overpotentials). Tuy nhiên chúng không chịu được môi trường kiềm quá cao. Sau đó kim loại quý được tìm thấy và được cho rằng là vật liệu tốt nhất nhưng chi phí quá đắt đỏ để sử dụng làm điện cực với số lượng lớn.

Tiếp đó, Ni (Niken) được công nhận là vật liệu điện cực âm điện động (electroactive cathode material) có khả năng chống ăn mòn tốt trong dung dịch kiềm (khi so sánh với các loại vật liệu kim loại chuyển tiếp khác). Sau đó Niken trở nên phổ biến trong quá trình phát triển máy điện phân nước.

Ngày nay ngành công nghiệp máy điện giải cung cấp nước uống hỗ trợ sức khỏe đã phát triển vượt bậc hơn rất nhiều, họ ứng dụng chúng vào nhiều lĩnh vực như y tế, chăm sóc sức khỏe, giáo dục… Do đó những vật liệu để sản xuất máy điện giải yêu cầu khắt khe hơn.

Vì vậy một số nhà sản xuất máy điện giải nổi tiếng khắp thế giới hiện nay đều ưu tiên chọn kim loại quý là Titan Platinum để điện phân nước, giúp đảm bảo nguồn nước đầu ra được tốt nhất cho sức khỏe người sử dụng cũng hạn chế tối đa tình trạng ăn mòn để chiếc máy có thời hạn sử dụng lâu nhất.

Tấm điện cực ngày nay được chế tạo bằng vật liệu kim loại quý giá - Titan mạ Platinum

3. Quy trình điện cực phân tách nước tạo nước ion kiềm giàu Hydrogen

Nguyên lý của các tấm điện cực đó là phân tách nước H20 thành các phân tử H+ và OH- theo phương trình sau:

Tại điện cực dương (+):

H2O →  H+ + OH-

4OH- → 4OH + 4e => 2H20 + O2

Lúc này nước sẽ có nhiều ion H+ hơn OH- nên nước có tính axit, pH < 7.

Tại điện cực âm (-):

H2O → H+ + OH-

2H+ + 2e- → H2

(2H2O + 2e- → H2 + 2OH-)

Lúc này nước sẽ có nhiều ion OH- hơn ion H+ nên nước có tính kiềm, pH > 7.

Cùng lúc đó, các vi chất mang điện cực dương (+) tự nhiên của nước như Ca2+, Mg2+, Na+, Fe+... sẽ được hút về điện cực âm, và cũng tại điện cực âm tạo ra nước ion kiềm để uống hằng ngày. Do đó khi uống nước ion kiềm chúng ta cũng đồng thời hấp thụ được các vi khoáng tự nhiên này của nước.

Bên cạnh đó, các vi chất mang điện cực âm (-) của nước như NO3-, Cl- được hút về điện cực dương, nơi tạo ra nước ion axit. Do đó khi sử dụng nước ion axit, những vi khoáng này cũng có tác dụng hỗ trợ sát khuẩn, hay làm đẹp da.

→ Kết luận: Công nghệ điện phân được ứng dụng trong ngành lọc nước ngày nay được xem là bước tiến vượt bậc nhất. Bởi vì nhờ công nghệ này mà nước uống thông thường được có thêm những tính chất đặc biệt như tính kiềm tự nhiên, tính chống oxy hóa, tính giàu vi khoáng và đặc biệt là cấu trúc phân tử nước siêu nhỏ. Cũng chính nhờ những tính chất này mà người sử dụng có thể được cải thiện sức khỏe, nâng cao sức đề kháng, được phòng ngừa cũng như hỗ trợ điều trị những căn bệnh mạn tính thậm chí là ung thư.

Đặc biệt là nước ion kiềm mang nhiều ion OH- với độ pH 8.0 - 9.5 được con người ứng dụng thay thế nước uống chỉ với H20 thông thường thành nước uống hằng ngày. Nhờ các đặc tính đặc biệt như trên mà nước ion kiềm hiện đang được sử dụng rộng rãi ở khắp mọi nơi trên thế giới. Trong đó có Nhật Bản - Tiền thân của loại nước ion kiềm này và hiện nay Chính phủ khuyến khích toàn bộ người dân của nước họ sử dụng mỗi ngày để có được một sức khỏe tốt.

Bốn đặc tính đặc biệt của nước ion kiềm chỉ có thể tạo được bởi máy điện giải mang công nghệ điện phân

- Đối với tính kiềm tự nhiên như rau xanh độ pH từ 8.0 - 9.5: Có thể trung hòa được axit dư thừa trong cơ thể - hình thành từ môi trường sống không “khỏe mạnh”, thức ăn kém vệ sinh hoặc thức ăn nhiều dầu mỡ… Axit dư thừa này có thể khiến cơ thể con người mắc nhiều bệnh như gout, trào ngược, loãng xương… Uống nước ion kiềm với độ pH này sẽ khiến cơ thể được giảm bớt tác nhân axit dư thừa trong cơ thể, giúp cơ thể khỏe mạnh và ngừa bệnh tật.

- Đối với tính giàu vi khoáng tự nhiên: Máy điện giải ion kiềm hiện nay thường được tích hợp thêm lõi lọc với công nghệ đặc biệt nên nó hoàn toàn đảm bảo được lượng khoáng tự nhiên có trong nước sau khi lọc. Không như một số loại máy lọc nước khác như máy lọc RO thì khoáng chất của nước bị mất đi vì kích thước lỗ lọc siêu nhỏ. Chính vì thế máy điện giải ion kiềm sẽ là giải pháp giúp bạn không những có nguồn nước sạch để sử dụng mỗi ngày mà còn có nguồn nước đủ khoáng chất hỗ trợ cho sức khỏe, quá trình trao đổi và hấp thụ chất cho cơ thể.

- Đối với tính giàu chất chống oxy hóa: Khí hydro được tạo thành nhờ các ion H+ kết hợp với nhau tại cực âm, cho ra cùng với nước ion kiềm mang tính kiềm. Khí hydro là một chất chống oxy hóa cực mạnh, nó có thể bù điện tử cho các gốc tự do có hại đến tế bào trong cơ thể. Gốc tự do cũng giống axit dư thừa được hình thành chế độ sống không lành mạnh của con người. Nếu gốc tự do quá nhiều, cơ thể sẽ dễ mang các căn bệnh nguy hiểm thậm chí là ung thư. Chính vì vậy, nước ion kiềm chứa khí hydro là giải pháp hữu hiệu nhất để cơ thể chống lại tác nhân gây bệnh.

- Đối với tính cấu trúc phân tử nước siêu nhỏ: Nhờ nước thông thường H20 được điện phân tạo thành các ion nên nước sau điện phân có cấu trúc siêu nhỏ. Kích thước này chỉ nhỏ khoảng 0.5 nanomet - Nhỏ hơn nước thông thường gấp 5 lần. Chính vì thế nước ion kiềm có thể len lỏi vào từng ngóc ngách tế bào để hỗ trợ trung hòa axit dư thừa, trung hòa gốc tự do, tham gia vào các phản ứng trao đổi chất cũng như giúp cơ thể hấp thụ dinh dưỡng. Đặc biệt là giúp cơ thể được thanh lọc, giải độc tốt hơn bao giờ hết.

Vậy nên, nếu sở hữu được chiếc máy điện giải ion kiềm mang công nghệ điện phân này tại nhà, bạn và cả gia đình sẽ có được một sức khỏe tốt, một cuộc sống hạnh phúc hơn.

ALKALIFE.VN

• Địa chỉ: 99 Nguyễn Bá Khoản - Trung Hòa Cầu Giấy - Hà Nội 
• Hotline:0943687381
• Website: alkalife.vn