次氯酸使用研究已有30年的歷史,每年仍不斷有新的研究湧現。 最近的研究集中在使用次氯酸來淨化食品和食品加工設施,也有應用於家禽養殖場,或水質處理和消毒處理,以及醫療保健的應用(如傷口護理和設備消毒)。最早是在19世紀30年代邁克爾•法拉( Michael Farraday)使用電解方式,直接透過電流將鹽水電解液解離成離子狀態。自 20世紀70年代,用於產生電解水的方式成為一項巨大的創新突破,若能使用適當的電解方法可以產生接近99%次氯酸,且穩定的遊離氯溶液。 然而,生產次氯酸最大的問題是接近中性pH值下,要以穩定的形式產生,而不是產生氯氣或次氯酸鹽,由於次氯酸是一種相當穩定的分子,它也可能反應變回食鹽水或轉化為次氯酸鹽。
一般可使用兩種方式產生次氯酸,一種稱為薄膜法(Membrane Electrolysis ),另一種為單槽技術。前者薄膜法如圖一,是將NaCl溶液(又稱水中的食鹽)透過膜電解產生酸性HOCl物質和NaOH的鹼性副產品。電解槽有兩個隔間,由隔膜將陽極和陰極隔開。薄膜是由聚合物製成,只允許陽離子通過薄膜游離向陰極。當氯化鈉溶液被注射到陽極中,帶正電荷的鈉離子會通過薄膜到陰極處,但帶負電荷的氯化物離子則往陽極處,而將氯化鈉溶液與以解離,主要的反應式如下所示。透過一種陽極和一個陰極的作用產生次氯酸。在陽極會產生一種酸性且ORP 大於 800 mV的次氯酸溶液。在陰極處,產生鹼性且ORP < -800 的 NaOH 溶液,或次氯酸鈉(漂白劑或NaOCl)。這一種解離生成的解決方法都不穩定。當陰極與陽極達到平衡狀態時,此時即可迅速失去其 ORP。
最近有使用單槽電解技術(Single Cell Electrolysis )取代過去傳統薄膜電解法,如圖二,在最佳pH值下生成更穩定的HOCl溶液,而沒有產生NaOH的鹼性副產品。單槽電解只會產生一種溶液,不會產生NaOH的鹼性副產品,可說是次氯酸的電解方法。經過特殊的設計,電解槽有一個含有陽極和陰極,可生成帶有ORP >800的次氯酸溶液,陽極與陰極反應式如下。使用酸化鹽水,即可產生pH值為中性或微酸性游離氯溶液,即為次氯酸為主。此HOCl 溶液保持穩定,只有在暴露於有機表面或空氣中的氧氣時,HOCl 分子才會質變。
次氯酸(HOCl)是一種弱酸性物質(pKa約為7.5),在不同條件下它可能容易解離為氫和次氯酸根離子(OCl-),如方程式為HOCl ⇌ H+ + OCl-。一般HOCl在pH 5.0和6.5之間,產生解離可能較少,較為穩定且濃度最高,HOCl和OCl-物質會同時存在一定濃度比例。 若pH值低於6.5時,則不會發生HOCl的解離,但高於8.5的pH時,完全解離成OCl-。 從圖三顯示,HOCl和OCl-物質之間濃度的比例分佈是由pH決定,當HOCl 的濃度是在pH為5-6最高, pH高於7或低於4時,則其濃度遞減,另外,在鹼性條件下,都是以OCl-存在。由於HOCl的殺菌效果遠高於OCl-,所以應選擇在較低pH下氯化, HOCl濃度最高,其殺菌效率遠高於OCl-的殺菌效率,所以要能更有效的消毒必須保持次氯酸(HOCl)在低pH下, 但在高pH值時,溶液中OCl-濃度較高,會導致其消毒效率降低。
參考資料:
- Electrolysis Technology - Generating Hypochlorous Acid (HOCl) https:// www. hypochlorousacid.com/technology
- 漂白水及次氯酸鈉如何抗菌消毒?專家完整https://www. medpartner. club/bleach-disinfection-introduction/
- White’s Handbook of Chlorination and Alternative Disinfectants, Black and Veatech Corporation, Wiley Publishing.
- GM Fair, et al. The dynamics of water chlorination, Journal of the New England Water Works Association, 1947 61 285–391.
- GM Fair, et al. The behavior of chlorine as a water disinfectant. Journal of the American Water Works Association. 1948 40 1051–1061.