電解水（Electrolyzed Water，EW），或稱氧化電位水（Electrolyzed Oxidizing Water，EOW），是含有低濃度電解質(zhì)的液體在通入一定直流電流后，最終在陰極和陽(yáng)極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而生成的產(chǎn)物。根據(jù)電解水的電解裝置、電解液和電解條件的不同，電解水可以分為酸性電解水、弱酸性電解水、堿性電解水和中性電解水。
電解水的概念起源于日本，1931年，日本就研制出世界第一臺(tái)電解水發(fā)生器，用以調(diào)節(jié)水的pH值，電解水是一種強(qiáng)大的多功能抗菌劑，在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和食品工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。
歷史
電解水的概念起源于日本，1931年，日本就研制出世界第一臺(tái)電解水發(fā)生器，用以調(diào)節(jié)水的pH值，隨后開始研究電解水對(duì)動(dòng)植物影響的研究，之后證實(shí)了電解水能有效促進(jìn)動(dòng)植物的生產(chǎn)發(fā)育，還能預(yù)防和治療人類的疾病。
1966年，日本厚生勞動(dòng)省正式批準(zhǔn)飲用電解水，將電解水裝置作為醫(yī)療器械使用。1994年，日本成立功能水研究委員會(huì)，這個(gè)由醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)和工程專家組成的第三方科研機(jī)構(gòu)對(duì)電解水進(jìn)一步研究，1999年3月，日本厚生勞動(dòng)省再次確認(rèn)堿性電解水的作用效果，電解功能水開始了廣泛的研究、認(rèn)可和應(yīng)用，此后，電解水被引入各國(guó)市場(chǎng)，并在歐洲、美國(guó)等國(guó)家得到了很大的發(fā)展。
1994年前后，中國(guó)開始向該領(lǐng)域進(jìn)行攻關(guān)，結(jié)合中國(guó)地域廣闊、水質(zhì)差異大及污染嚴(yán)重的實(shí)際情況，開發(fā)生產(chǎn)出了更適合中國(guó)國(guó)情的電解制水機(jī)，并取得了初步成功；1999年,中國(guó)功能水研究推廣促進(jìn)會(huì)在北京成立；2001年，首屆“亞太國(guó)際功能水論壇”在昆明市舉行；中國(guó)已有藍(lán)態(tài)、長(zhǎng)虹美菱等幾十家電解制水機(jī)專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)。
理化性質(zhì)
電解水是含有低濃度電解質(zhì)的液體，在通入一定直流電流后，最終在陰極和陽(yáng)極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而生成。因制備方式或條件不同，電解水分為酸性離子水和堿性離子水，其理化性質(zhì)存在明顯差異。
酸性離子水是一種無(wú)色透明的液體，具有輕微氯氣味，其氧化還原電位（ORP)≥1100mV，pH在2.0～3.0，有效氯含量一般為30～70mg/L。主要成分為有效氯和活性氧，其中有效氯包括CI-，HCIO、CIO-等，活性氧則包括H2O2、O3和·OH等，但活性氧的存在形式還不明確。酸性離子水在室溫、密閉、避光的條件下，較穩(wěn)定，而在室溫暴露的條件下，不穩(wěn)定，可自行分解成自來(lái)水，故不宜長(zhǎng)期保存，最好現(xiàn)用現(xiàn)制備。
堿性離子水pH值在8.3～8.7之間，電導(dǎo)率100～200μs/cm，含有豐富的鈣、鎂、鈉、鉀、鋅等對(duì)人體健康有利的礦物質(zhì)。其氧化還原電位（ORP）為負(fù)值，具有還原性。
電解水有三個(gè)主要的物理性質(zhì)，分別是有效氯濃度（ACC）、pH值和氧化還原電位(ORP)，它們也是影響電解水抗菌效果的主要三個(gè)因素，電解水的三個(gè)主要因素互相影響，隨時(shí)間和溫度的變化而變化。
pH值對(duì)各種氯物質(zhì)的形成起著重要的作用，由酸性增加至堿性時(shí)，電解水的有效氯濃度和氧化還原電位顯著降低。在不同溫度下產(chǎn)生的電子流具有不同的有效氯濃度，而有效氯濃度隨著儲(chǔ)存時(shí)間的增加而降低。
應(yīng)用領(lǐng)域
飲用水
電解水機(jī)利用活性炭作為過濾層，過濾自來(lái)水，使之凈化，從而達(dá)到國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，再通過電解生成兩種活性的水，即電解水。集中于陰極流出來(lái)的為堿性電解水（供飲用）；集中于陽(yáng)極流出來(lái)的為酸性電解水。當(dāng)電流通過水時(shí)，氧氣在陽(yáng)極形成，氫氣在陰極形成；帶負(fù)電的離子在陽(yáng)極生成，而帶正電荷的離子向陰極移動(dòng)，溶于水中的礦物質(zhì)鈣、鎂、鉀、鈉等帶正電荷的離子在陰極形成，可以喝的堿性水就制造出來(lái)了。
醫(yī)學(xué)
酸性電解水的抗菌作用顯著抑制了所有細(xì)菌的生存，并且細(xì)菌存活率與氧化還原電勢(shì)和時(shí)間呈負(fù)相關(guān)，而弱酸性電解水的殺菌效果比酸性電解水更好。弱酸性電解水作為一種刺激更小、更安全的消毒液已應(yīng)用于皮膚創(chuàng)面消毒、口腔黏膜消毒、根管內(nèi)沖洗，口腔護(hù)理等醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域。
食品工業(yè)
電解水被用作切割工具的化學(xué)消毒劑，鳥綱尸體的抗菌劑，以及肉類工業(yè)中的雞蛋消毒。在果蔬加工業(yè)中，生菜，梨、桃子、豆芽、蘋果、西紅柿、草莓及其各自形式的加工設(shè)備均采用電解水消毒。酸性電解水可以有效去除食源性致病細(xì)菌，可以有效去除果蔬表面農(nóng)藥殘留，還可以有效替身果蔬的抗性、緩解果蔬低溫貯藏冷害并抑制鮮切果蔬褐變。
農(nóng)業(yè)
酸性電解水對(duì)農(nóng)業(yè)中育種有積極作用，如在蕎麥浸種、發(fā)芽和洗芽時(shí)，使用酸性電解水可使蕎麥芽的天然霉菌、酵母菌等細(xì)菌數(shù)量有所減少，對(duì)蕎麥種子和芽消毒效果較好，并對(duì)蕎麥芽生長(zhǎng)的不良影響較小。
制備氫氣
水電解制氫技術(shù)主要有堿性電解水、質(zhì)子交換膜電解水和固體氧化物電解水三類。相比于其他兩種技術(shù)，堿性電解水制氫是現(xiàn)階段中國(guó)發(fā)展最成熟的電解制氫技術(shù)，在成本、壽命精確性和可靠性都具有明顯的優(yōu)勢(shì)；質(zhì)子交換膜電解水制氫體積小，響應(yīng)速度快且更加環(huán)保，但成本較高；固體氧化物制氫能有效利用蒸汽，故適用于核電站等特定場(chǎng)合，但存在壽命較短問題。
制備氧氣
電解水制氧是指在電解質(zhì)溶液中插入兩根電極，電極之間給予充分的電位后，在每根電極周圍發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在陽(yáng)極OH-因氧化反應(yīng)而產(chǎn)生O2，電解水制氧的優(yōu)點(diǎn)是氧氣純度高可以達(dá)到99.9%，生產(chǎn)規(guī)模可大可小，生產(chǎn)過程無(wú)污染。主要應(yīng)用在以下一些場(chǎng)合：
（1）在需要高純氧氣的場(chǎng)合使用，如食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、醫(yī)療行業(yè)等；
（2）潛艇的供氧；
（3）空間站供氧；可與燃料電池組合使用；
（4）火焰焊接或切割。
除垢
當(dāng)應(yīng)用電解水處理設(shè)備進(jìn)行除垢時(shí)，一般是將電解水處理設(shè)備作為一個(gè)旁流管道裝置增設(shè)在循環(huán)冷卻水管道上，與循環(huán)冷卻水管道并聯(lián)運(yùn)行。當(dāng)循環(huán)冷卻水流過電解水處理設(shè)備時(shí)，水中部分碳酸鈣沉積在陰極板上，只要定期清除這些沉積在陰極板上的碳酸鈣沉淀物，即可有效降低旁流部分的循環(huán)冷卻水中的硬度和堿度。
生產(chǎn)過程
反應(yīng)機(jī)理
電解水的電解池通常由三部分組成：電解質(zhì)、陰極和陽(yáng)極。析氫（HER）催化劑和析氧（OER）催化劑分別涂覆在陰極和陽(yáng)極的表面，以加速水的電解。將施加到電極上的外部電壓作為驅(qū)動(dòng)力，使水分子分解成氫氣和氧氣。氫可以儲(chǔ)存起來(lái)作為燃料，氧被釋放到大氣中。因此，水分解反應(yīng)可以被分為兩個(gè)半反應(yīng)：水還原反應(yīng)（析氫反應(yīng)）和水氧化反應(yīng)（析氧反應(yīng)）。
電化學(xué)HER過程涉及三個(gè)可能的主要步驟，第一步是Volmer反應(yīng)，其中質(zhì)子與電子反應(yīng)生成電極材料表面上的吸附氫原子。質(zhì)子源分別是酸性電解質(zhì)和堿性電解質(zhì)中的水合氫離子和水分子。H2的形成可能通過Heyrovsky反應(yīng)或Tafel反應(yīng)或兩者兼而有之。在Heyrovsky步驟中，另一個(gè)質(zhì)子擴(kuò)散到氫原子，然后與第二個(gè)電子反應(yīng)生成H2。在Tafel步驟中，附近的兩個(gè)氫原子在電極表面結(jié)合以生成H2。
析氫反應(yīng)：
（1）電化學(xué)氫吸附（Volmer反應(yīng)）：
酸性環(huán)境下：
堿性環(huán)境下：
（2）電化學(xué)解吸（Heyrovsky反應(yīng)）：
酸性環(huán)境下：
堿性環(huán)境下：
（3）化學(xué)解吸（Tatel反應(yīng)）
析氧反應(yīng)是電解水反應(yīng)的陽(yáng)極半反應(yīng)。在酸性條件下和堿性條件下，電解水反應(yīng)的陰極和陽(yáng)極兩個(gè)半反應(yīng)是不同的。在酸性條件下或堿性條件下陽(yáng)極析氧反應(yīng)的可能機(jī)理如下所示。
酸性環(huán)境下OER反應(yīng)機(jī)理（M表示催化劑）：
堿性環(huán)境下OER反應(yīng)歷程（M表示催化劑）：
電解水技術(shù)
最成熟的電解水技術(shù)是堿槽電解水技術(shù)（AEC）。另外三種工藝是：質(zhì)子交換膜電解水技術(shù)（PEMEC）、固體氧化物電解水技術(shù)（SOEC）和E-TAC技術(shù)。AEC技術(shù)是成熟的技術(shù)，有50年以上的歷史，也是市場(chǎng)上設(shè)備成本最低的技術(shù)。PEMEC相對(duì)是比較新的技術(shù)，與AEC比較，它可以用純水，具有響應(yīng)快，可以承擔(dān)沖擊負(fù)荷的優(yōu)點(diǎn)，但有造價(jià)成本高，設(shè)備壽命短的缺點(diǎn)。SOEC和E-TAC技術(shù)目前還沒有商業(yè)化，處于開發(fā)試驗(yàn)階段，但這些技術(shù)都為未來(lái)電解水技術(shù)發(fā)展提供了進(jìn)一步提高效率和降低成本的可能。
生產(chǎn)
生產(chǎn)條件：由電解離子水機(jī)制備，電解離子水機(jī)由凈化裝置、礦化裝置和電解槽三部分組成。一般有4級(jí)或5級(jí)過濾器，前置為3級(jí)，機(jī)器內(nèi)置1級(jí)，內(nèi)置濾清器為椰殼纖維活性炭濾芯。生產(chǎn)過程是將少量化鈉溶解于自來(lái)水中，然后將水置于一個(gè)電解槽內(nèi)，槽內(nèi)有陽(yáng)極和陰極電極板，它們之隔有陽(yáng)離子交換膜，通過高壓電流電解水可生成，在陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)生成強(qiáng)酸性水，在陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成強(qiáng)堿性水。
影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素：一是進(jìn)水速度，電解生成機(jī)進(jìn)水速度會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，不同進(jìn)水速度生產(chǎn)出的電解水的ORP值、有效氯含量以及pH會(huì)發(fā)生變化。在其他條件恒定的情況下，進(jìn)水速度減慢會(huì)使ORP值增加、pH降低、有效氯含量增加。二是進(jìn)氯化鈉量：在進(jìn)水速度不變，改變氯化鈉進(jìn)入量，酸性氧化電位水的質(zhì)量也會(huì)受到影響。在水中氯化鈉含量10g/L，隨進(jìn)入量增加,ORP值增加、pH降低、有效氯含量增加。
分類
根據(jù)電解水的電解裝置、電解液和電解條件的不同，電解水可以分為酸性電解水、弱酸性電解水、堿性電解水和中性電解水。
酸性電解水：主要成分為次氯酸，它的pH約為2.2~2.7，氧化還原電位大于1100mV，有效氯濃度為20 ~ 60ppm，可滅活大多數(shù)致病菌，是一種殺菌作用強(qiáng)的醫(yī)療產(chǎn)品。
弱酸性電解水：它是無(wú)色無(wú)味的，pH約為5.0~6.5，氧化還原電位大于850mV，有效氯濃度為10 ~ 30ppm，用于食品設(shè)備殺菌劑，殺菌效果好，并不影響食品的口感和香氣，其殺菌相比酸性電解水更穩(wěn)定。
堿性電解水：它是從電解池陰極產(chǎn)生的，pH約為10~13，氧化還原電位大于800~900mV，有效氯濃度為80 ~ 100ppm，殺菌效果差，但有預(yù)防疾病或促進(jìn)健康的作用，可顯著改善胃腸道癥狀，抑制口腔內(nèi)厭氧菌的生長(zhǎng)。
中性電解水：它的pH約為7.0~8.0，氧化還原電勢(shì)大于700~900mV，有效氯濃度為30 ~ 200ppm，相比于酸性電解水，其制造成本低，對(duì)人體危害小，已成為一種新型的、有潛力的化學(xué)消毒劑。
毒性
以50ml/kg體重的電解水對(duì)小鼠口服，進(jìn)行急性經(jīng)口毒性試驗(yàn)，未見毒性癥狀，屬實(shí)際無(wú)毒；對(duì)家兔皮膚上的傷口每日1次連續(xù)5d滴下，開展皮膚一次刺激和皮膚累積刺激性實(shí)驗(yàn)，未見傷口發(fā)生變化，以老鼠的足部為對(duì)象進(jìn)行每日30次（一次浸泡15或30s）的反復(fù)用藥試驗(yàn)（3個(gè)月），對(duì)皮膚的變化進(jìn)行血液學(xué)、生物化學(xué)、病理組織學(xué)方面的觀察，未見老鼠皮膚及全身有異狀；在旱獺屬皮內(nèi)一周3次注入電解水后觀察，未見皮膚發(fā)生（水腫、紅斑）變化；對(duì)家兔眼睛滴下電解水72h后觀察，家兔角膜、虹膜、結(jié)膜等未見變化。在取自人、小鼠、田鼠亞科的細(xì)胞培養(yǎng)液中添加電解水12h后檢測(cè)其結(jié)果，表明高濃度電解水對(duì)細(xì)胞的增殖略有抑制，高濃度以下未見變化，認(rèn)為其毒性小于其他常用消毒劑。在哺乳動(dòng)物培養(yǎng)細(xì)胞中直接添加或添加有代謝活性物質(zhì)的氧化電位水后蓄積在分裂中期的細(xì)胞上，調(diào)查染色體異常情況，結(jié)果均未見變化。
以健康成年男性及女性志愿者為對(duì)象頻繁使用電解水研究其安全性，使用從數(shù)種裝置生成的電解水（有效氯濃度20和40mg/L）流水洗手，每日15次，每次2min，洗后不進(jìn)行皮膚保養(yǎng)，連續(xù)試驗(yàn)5d經(jīng)皮膚科醫(yī)師認(rèn)定，有輕度干燥、紅斑和手紋消失等輕度損害，但幾乎全部在試驗(yàn)后迅速恢復(fù)。如果有適度的皮膚保養(yǎng)，并且每周有1～2d停止使用氧化電位水，將不會(huì)出現(xiàn)上述情況。上述安全性試驗(yàn)可以看出氧化電位水具有較高的安全性。
參考資料 >
電解水制氫研發(fā)有點(diǎn)飄了？.中國(guó)能源報(bào)-百家號(hào).2023-06-09