Регулятор pн, устройство, содержащее регулятор pн, и способ регулирования рн

Регулятор pн, устройство, содержащее регулятор pн, и способ регулирования рн

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом относится к регулированию свойств хозяйственно-бытовой воды, в частности к регулятору pH и к бытовому оборудованию, содержащему регулятор pH.

Предпосылки создания изобретения

В течение последних десятилетий осуществляются интенсивные исследования, чтобы найти гибкий, но управляемый способ регулирования значения pH воды. Обычно используемые способы регулирования pH воды в основном классифицируются на три категории: основанные на химических добавках, основанные на ионообменных смолах (IEX) и основанные на электролизе. При использовании любого из первых двух способов пользователям необходимо часто заменять химические добавки или смолы из-за их низкой емкости, и они не способны точно управлять значением pH. Способ на основе электролиза применяет электричество для разложения воды на O₂ и H₂, оставляя OH^- и H⁺ в воде, изменяя, таким образом, значение pH, смотри выражения (1) и (2).

2H⁺+2e^-→H₂ (Катод) (1)

4OH^--4e^-→2H₂O+O₂ (Анод) (2)

Главная проблема, с которой сталкивается способ на основе электролиза, представляет собой побочные продукты, например сточные воды. Например, хотя пользователю требуется только кислая вода в определенном количестве, будет производиться такое же количество щелочной воды, и наоборот.

Сущность изобретения

Следовательно, было бы преимущественным предложить новый регулятор pH и способ регулирования pH водного раствора электролита, такого как вода, который способен к однонаправленному регулированию pH, не производя сточных вод.

Кроме того, было бы преимущественным, если бы регулятор pH был возобновляемым с тем, чтобы освободить пользователей от неудобного обслуживания.

Кроме того, было бы преимущественным, если бы регулятор рН мог обрабатывать настолько много воды, насколько это возможно, до того как потребуется регенерация.

Кроме того, было бы преимущественным, если бы регулятор рН мог использоваться не только для уменьшения или увеличения значения рН воды, но в обе стороны.

В соответствии с одним из вариантов осуществления описывается регулятор рН, предназначенный для регулирования значения рН водного раствора электролита, при этом регулятор рН содержит электролизную ячейку, включающую в себя анод и катод: катод содержит псевдоемкостной материал, при этом при работе регулятора рН псевдоемкостной материал получает электроны от анода и адсорбирует катионы из водного раствора электролита при электрохимической реакции с упомянутыми катионами, ОН^- в водном растворе электролита расходуются (потребляются), теряя электроны, оставляя Н⁺ в водном растворе электролита; или анод содержит псевдоемкостной материал, и при этом при работе регулятора рН псевдоемкостной материал теряет электроны и адсорбирует анионы из водного раствора электролита при электрохимической реакции с упомянутыми анионами, Н⁺ в водном растворе электролита расходуются на катоде, получая электроны, оставляя ОН^- в водном растворе электролита.

Регулятор рН дополнительно содержит контроллер для управления процессом электролиза в электролизной ячейке.

Здесь и далее в качестве примера водного раствора электролита берется водопроводная вода. Необходимо, однако, принимать во внимание, что и другие водные растворы электролитов, такие как дистиллированная вода, солевые водные растворы или любой другой водный раствор, пригодные для вариантов осуществления данного изобретения, также могут использоваться для цели, описанной здесь. Например, как будет описано дополнительно, вода, содержащая очень ограниченное количество ионов, такая как дистиллированная вода, по-прежнему представляет собой пригодные для работы водные растворы электролитов в соответствии с некоторыми вариантами осуществления данного изобретения.

В одном варианте осуществления псевдоемкостной материал может содержать оксид переходного металла (TMO). В случае когда TMO содержится в катоде, при работе регулятора pH осуществляется псевдофарадеевская реакция на катоде, при этом состояние окисления переходного металла понижается вместе с поглощением катионов в решетке TMO. На аноде или вблизи его OH^- теряют электроны (т.е. окисляются) с получением H₂O и O₂ (смотри выражение (2)). Если упоминать реакции в выражениях (1) и (2) как симметричный электролиз, все рассмотренное выше в этом разделе будет упоминаться как асимметричный электролиз, который становится возможным посредством включения TMO в электрод. Следовательно, H⁺ не расходуются, как в выражении (1), но остаются в воде, и значение pH раствора понижается соответствующим образом.

В другом варианте осуществления в случае, когда TMO содержится в аноде, при работе регулятора pH псевдофарадеевская реакция имеет место на аноде, при этом состояние окисления переходного металла повышается. Анод теряет электроны, и анионы в растворе адсорбируются TMO. H⁺ в воде расходуются, получая электроны на катоде (смотри выражение (1)). OH^- в воде не расходуются на аноде согласно выражению (2), но остаются в воде, и значение pH раствора соответствующим образом повышается.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения водный раствор электролита представляет собой водопроводную воду. При включении в состав душевой установки, детской ванночки, распылителя (например, портативного), санитарно-гигиенической установки или любого другого устройства, которое может иметь однонаправленный регулятор pH, этот регулятор pH может обрабатывать водопроводную воду для приготовления воды с отрегулированным значением pH. Вода с отрегулированным значением pH представляет собой, в одном варианте осуществления, слабокислую воду, которая была бы преимущественной для ухода за кожей, в особенности для восстановления барьерной функции кожи детей, как будет дополнительно описано ниже. Любой ион или любое сочетание Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺ и K⁺, которое существует в водопроводной воде, может представлять собой вариант осуществления катионов, адсорбируемых TMO.

В одном варианте осуществления регулятор pH дополнительно содержит первый узел, предназначенный для получения информации, относящейся к значению pH воды, и контроллер предназначен для управления процессом электролиза в соответствии с полученной информацией с тем, чтобы регулировать значение pH воды до целевого значения pH.

Первый узел может быть сформирован как датчик pH или датчик жесткости, который предоставляет контроллеру значение pH воды, например исходное значение pH и/или мгновенное значение pH во время электролиза. В случае когда водопроводная вода втекает в регулятор pH и вытекает с отрегулированным значением pH при данном расходе и при данном исходном значении pH воды (как правило, водопроводная вода имеет стабильный во времени pH), контроллер может доводить значение pH воды до целевого значения pH посредством управления током или напряжением, прикладываемым к паре электродов. Если воду заливают/инжектируют в контейнер и она содержится в контейнере в относительно статичном состоянии до тех пор, пока регулирование pH не закончится, тогда, при заданном количестве и исходном значении pH воды, содержащейся в контейнере, целевое значение pH может достигаться посредством управления одним или несколькими из следующих параметров: времени (продолжительности) электролиза, тока или напряжения, прилагаемого к паре электродов, или любых других параметров, пригодных для влияния на электролиз.

В одном варианте осуществления полученная информация, относящаяся к значению pH воды, может содержать входной сигнал от пользователя, показывающий исходное значение pH воды. Первый узел может представлять собой интерфейс пользователя, такой как клавиатура, сенсорный экран, микрофон, видеокамера или любой другой элемент, который является пригодным для приема входного сигнала от пользователя. Будет очевидно, что входной сигнал от пользователя может представлять собой точное значение pH, например, 7,5, или другую информацию, на основе которой можно получить значение pH поступающей воды для регулятора pH. Например, пользователь может вводить тип воды, например водопроводную воду, затем первый узел определяет исходное значение pH поступающей воды на основе исторических данных, например эмпирическое значение для значения pH водопроводной воды. Пользователь может дополнительно вводить географическое положение в качестве дополнительного входного сигнала для регулятора pH, тем самым регулятор pH может определять значение pH поступающей воды на основе эмпирического значения pH водопроводной воды в этой конкретной области, показанной с помощью этого положения.

Следовательно, постольку, поскольку пользователь знает значение pH поступающей воды или значение pH поступающей воды является стабильным во времени, регулятор pH способен получать исходное значение pH поступающей воды, не имея детектора pH или чего-либо подобного. Это может быть полезным в случае, когда детектор pH не является предпочтительным по соображениям стоимости или компактности.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения TMO покрывают подложку или допируют подложку. Подложка может представлять собой металл или оксид металла, например Ti или Ti MMO (смешанный оксид металлов), нержавеющую сталь, углеродные материалы (например, углеродную пластинку, углеродную бумагу), материалы на основе кремния (например, стеклообразный материал на основе углерода).

В некоторых случаях нанесение в виде покрытия TMO, такого как MnO₂, на подложку электрода может быть преимущественным для электролиза. Роль, которую MnO₂ играет в электроде, заключается в разрушении баланса между нормальными реакциями электролиза воды посредством процесса зарядки/разрядки, другими словами, MnO₂ имеет целью асимметричный электролиз для изменения значения pH. Постольку, поскольку на электроде имеется MnO₂, значение pH раствора будет теоретически изменяться во время процесса электролиза. Реальные характеристики регулирования pH могут оптимизироваться посредством включения соответствующего количества MnO₂.

В одном варианте осуществления TMO осуществляет следующую реакцию,

TMO+A⁺+e^-TMO^-A⁺ (3),

где TMO обозначает оксид переходного металла в электроде, A⁺ обозначает адсорбированные катионы и не ограничивается одновалентными катионами, такими как H⁺, Na⁺ или K⁺, но может включать также Mg²⁺, Ca²⁺, Fe²⁺ или любые другие катионы в воде. e^- обозначает электроны, которые TMO получает из анода.

Альтернативы TMO включают в себя сопряженные проводящие полимеры (CCP). CCP являются либо p-допированными, либо n-допированным для придания им электропроводности и функции в качестве фарадеевских конденсаторов. CCP могут заряжаться для получения электронов, когда они используются в катоде, и реакция по выражению (2) на катоде будет по меньшей мере частично замедляться, и, следовательно, H⁺ аккумулируется. Или CCP могут разряжаться, теряя электроны, при использовании в аноде, и реакция по выражению (1) на аноде будет по меньшей мере частично замедляться, и, следовательно, OH^- аккумулируется. CCP имеет более высокую удельную емкость, чем материал с емкостью электрического двойного слоя (EDLC), это обозначает, что CCP могут заряжаться и разряжаться посредством большего количества электричества, что приводит к большей способности регулирования pH.

Примеры CCP включают в себя полипиррол (PPy). PPy показывает относительно высокие емкости и может оставаться стабильным после долговременного использования.

В другом предпочтительном варианте осуществления CCP может представлять собой допированный углеродом PPy. В этом варианте осуществления углерод, такой как графен, допируется с формированием каркаса, содержащего PPy, и образуется модифицированный графемом PPy (GmPPy). Преимущества этого варианта осуществления могут включать:

- Улучшенную удельную емкость: сетка, формируемая графеном, могла бы помочь в разделении PPy, делая большую часть PPy доступной для ионов в растворе. Следовательно, большая область PPy контактирует с большим числом ионов для получения большего числа реакций переноса фарадеевских зарядов. Таким путем, большее количество электричества может высвобождаться или храниться с помощью реакций переноса фарадеевских зарядов, и таким образом, по сравнению с чистым PPy, этот GmPPy показывает более высокую удельную емкость.

- Улучшенную электрохимическую стабильность: графен в электроде формирует каркасные структуры, в которых PPy не может формировать взаимосвязанную сеть внутри объемной матрицы электрода. В результате эффект набухания и усадки PPy в течение циклов зарядки-разрядки, который, как считается, является причиной нестабильности электрода из PPy, может быть значительно ослаблен, приводя к улучшенной электрохимической стабильности.

- Улучшенную удельную электропроводность: добавление графена с высокой электропроводностью могло бы эффективно улучшить удельную электропроводность полученных в результате электродов из GmPPy.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления упомянутый допированный углеродом PPy осаждается на пористой Ti подложке упомянутого катода или упомянутого анода.

В этом варианте осуществления пористая конструкция электрода увеличивает площадь контакта между PPy и водным раствором электролита, тем самым улучшая рабочие характеристики регулирования pH.

Предпочтительно, в электролизной ячейке можно осуществлять взаимозамену электродов под управлением контроллера. Посредством взаимозамены электродов может быть достигнуто следующее:

регенерация электрода, содержащего псевдоемкостной материал;

В качестве суперконденсатора, хотя электрод, содержащий псевдоемкостной материал, имеет высокую емкость, его самая высокая емкость может по-прежнему быть достигнута, если его используют только для регулирования pH в одном единственном направлении, например, только для увеличения или только для уменьшения значения pH. Некоторое количество воды может быть добавлено в электролизную ячейку, чтобы сделать возможным регенерацию. В одном варианте осуществления вода на выходе могла бы иметь значение pH выше 7 и могла бы использоваться в конкретных применениях, которые требуют щелочной окружающей среды, или, как вариант, она также может обрабатываться как сточная вода;

однонаправленное регулирование pH в обратном направлении, т.е. увеличение pH после уменьшения pH.

Доказано, что как щелочная вода, так и кислая вода имеет свое место в ежедневной жизни людей или промышленных применениях. Следовательно, было бы многообещающим иметь электрод из псевдоемкостного материала, который по меньшей мере частично заряжается во время приготовления кислой воды для использования при приготовлении щелочной воды, или наоборот. В одном варианте осуществления щелочная вода может использоваться для целей гигиены, приготовления пищи, промывки пищевых продуктов и тому подобного, что в то же время представляет собой регенерацию электрода.

В одном варианте осуществления упомянутым выше регулятором pH снабжают устройство для приготовления воды с отрегулированным значением pH. В дополнение к этому, устройство дополнительно содержит второй узел, который может быть осуществлен многими путями, при необходимости. В некоторых вариантах осуществления второй узел может содержать выпускное отверстие и трубку, соединяющую выпускное отверстие с регулятором pH, который обеспечивает воду с отрегулированным значением pH.

При введении регулятора pH в различное бытовое оборудование могут быть предложены регуляторы pH для удовлетворения различных потребностей. Если взять купание детей в качестве примера, поскольку кислая окружающая среда лучше, чем щелочная для восстановления барьерной функции кожи детей, устройство может быть сформировано в детской ванночке (дополнительно проиллюстрирована и описана в Подробном описании). Детская ванночка имеет вход для воды для приема водопроводной воды и соединена с регулятором pH, при этом вода с отрегулированным значением pH может подаваться в резервуар через первый выход для воды. В дополнение к этому детская ванночка может снабжаться вторым выходом для воды для осушения ванны. В других вариантах осуществления устройство может быть также сформировано в санитарно-гигиенической установке. Конкретно, устройство может содержать бак для воды или вводное отверстие для приема водопроводной воды, регулятор pH, трубу и выпускное отверстие для распыления воды, при этом устройство прикрепляется к санитарно-гигиенической установке, такому как смывной туалет. В одном варианте осуществления устройство может быть сформировано в сиденье унитаза для помывки после совершения туалета, причем распыляемая вода является слабокислой. В других вариантах осуществления устройство может представлять собой настольный распылитель, который дамы могут использовать для сохранения увлажнения кожи. Больше применений будут описаны далее.

В соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения второй узел распределяет воду с отрегулированным значением pH в жидком состоянии, например, в детскую ванночку, душ или санитарно-гигиенические установки, или в парообразном состоянии, например, в распылителе, или сочетании жидкого состояния и парообразного состояния.

В соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения устройство дополнительно содержит регулятор температуры для регулирования температуры воды, такой как нагреватель или охладитель. В некоторых вариантах осуществления температура может регулироваться после регулирования pH. Однако не требуется строго, чтобы нагрев/охлаждение обязательно осуществлялись после регулирования pH. Для мытья кожи младенца температура может составлять примерно от 37°C до примерно 37,5°C, что является наиболее удобным для детей.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения дополнительно предлагается способ регулирования значения pH воды. Способ включает следующие этапы: обеспечение электролизной ячейки, имеющей первый электрод и второй электрод, при этом первый электрод содержит псевдоемкостной материал;

электролиза воды при использовании первого электрода в качестве катода и второго электрода в качестве анода, при этом псевдоемкостной материал получает электроны от анода и адсорбирует катионы из воды, OH^- в воде расходуются, теряя электроны; или

электролиза водного раствора электролита при использовании второго электрода в качестве катода и первого электрода в качестве анода, при этом псевдоемкостной материал теряет электроны и адсорбирует анионы из водного раствора электролита, H⁺ в водном растворе электролита расходуются, получая электроны.

Предпочтительно, псевдоемкостной материал содержит оксид переходного металла или сопряженные проводящие полимеры, которые могут функционировать в качестве фарадеевских конденсаторов при зарядке и разрядке через электрохимические реакции с ионами воды.

В соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения способ дополнительно содержит этап взаимозамены, на котором первый электрод взаимозаменяется вторым электродом; и электролиз воды при использовании первого электрода в качестве анода и второго электрода в качестве катода, при этом оксид переходного металла теряет электроны и высвобождает катионы в воду, H⁺ в воде расходуются, получая электроны.

В соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения регулятор pH предназначен для регулирования значения pH. Регулятор pH может содержать электролизную ячейку, включающую в себя анод и катод, упомянутый анод содержит псевдоемкостной материал, при этом псевдоемкостной материал является по меньшей мере частично заряженным и псевдоемкостной материал снабжается дополнительными катионами, при этом при работе регулятора pH псевдоемкостной материал теряет электроны и высвобождает по меньшей мере часть указанных дополнительных катионов в водный раствор электролита, H⁺ в водном растворе электролита расходуются, получая электроны; контроллер, предназначенный для управления процессом электролиза в электролизной ячейке.

Электрод на основе частично или полностью заряженного TMO используется в одном варианте осуществления в качестве анода, что означает, что он теряет электроны при электролизе. Переходной металл не находится на своем самом низком валентном уровне. Как вариант, частично или полностью заряженные сопряженные проводящие полимеры используются в другом варианте осуществления в качестве анода. На противоэлектроде, который, как правило, выполняют из инертного металла или графита, и/или вблизи него, H⁺ восстанавливаются при получении электронов и с образованием H₂, оставляя OH^- в воде и, следовательно, увеличивая значение pH воды.

В соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения регулятор pH может осуществлять взаимозамену анода с катодом, и поэтому взаимозамененный катод содержит псевдоемкостной материал, при этом при работе регулятора pH псевдоемкостной материал во взаимозамененном катоде получает электроны и адсорбирует указанные катионы из воды и OH^- в воде расходуются, теряя электроны.

Подробные пояснения и другие аспекты данного изобретения будут даны ниже.

Краткое описание чертежей

Конкретные аспекты данного изобретения будут теперь объяснены со ссылкой на варианты осуществления, описанные далее, и рассмотрены в связи с прилагаемыми чертежами, на которых идентичные детали или подэтапы обозначают одинаковым образом:

Фиг. 1 иллюстрирует влияние различных отдельных видов обработок ладонной части предплечья на pH кожи;

Фиг. 2 иллюстрирует регулятор pH 1 в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения;

Фиг. 3 иллюстрирует регулятор pH 3 в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения;

Фиг. 4 иллюстрирует первый узел в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения;

Фиг. 5 иллюстрирует устройство 5 для приготовления воды с отрегулированным значением pH в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения;

Фиг. 6 иллюстрирует иллюстративную экспериментальную установку для получения электрода из GmPPy в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения;

Фиг. 7 схематически иллюстрирует микроструктуру электрода из GmPPy в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения;

Фигуры 8A и 8B иллюстрируют электрохимические свойства электрода из GmPPy в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения;

Фигуры 9A и 9B иллюстрируют регулятор pH 9 в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения, при этом электрод из GmPPy, соответственно, является его анодом и катодом;

Фигуры 10A и 10B иллюстрируют рабочие характеристики регулятора pH 9 в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения.

Подробное описание изобретения

Как будет очевидно при прочтении контекста, регуляторы pH, устройство для приготовления воды с отрегулированным значением pH и способ регулирования pH, предлагаемые в соответствии с вариантами осуществления данного изобретения, могут быть полезными для большинства применений, где необходимо однонаправленное регулирование pH. Среди разнообразных применений, как правило, является пригодным восстановление барьерной функции кожи детей, которая прежде всего описывается ниже.

Главная роль кожи ребенка заключается в создании барьера, который предотвращает инфицирование, потерю воды из организма и проникновение раздражителей и аллергенов. Эти функции зависят в большой степени от поддержания баланса pH кожи. Кислый pH кожи влияет на созревание и поддержание эпидермального барьера проницаемости с помощью pH-чувствительных ферментов, которые обрабатывают составляющие межклеточного липидного матрикса и активность pH-чувствительных серин-протеаз, ответственных за деградацию корнеодесмосом. Увеличение pH кожи раздражает физиологическую защитную ‘кислотную мантию’, разрушает кожный барьер и изменяет состав кожной бактериальной флоры.

Дети рождаются с pH кожи 6,4, который понижается в течение трех-четырех дней примерно до 4,9, кожа ребенка имеет менее развитый эпидермальный барьер, чем у взрослых, и, таким образом, является более склонной к повреждениям. Незрелость кожи младенца создает потенциал для ряда проблем с кожей. Повышенная проницаемость кожи вследствие раздражения может приводить к вторичной микробной инвазии. После того как происходит разрушение кожного барьера, кожа младенца также, возможно, становится менее способной к способствованию восстановления кожи. Эти проблемы подчеркивают важность соответствующих рутинных операций промывки кожи, в особенности для ребенка.

Грубое мыло и моющее средство повышают pH кожи, тем самым увеличивая активность протеаз в коже и потенциально приводя к резкому разрушению кожного барьера. В последнее время обнаружено, что не только моющее средство и мыла имеют выраженное влияние на pH поверхности кожи, но и использование обычной водопроводной воды со значением pH, как правило, около 8,0 будет увеличивать pH кожи до 6 час после применения до возвращения к его ‘естественному’ значению в среднем ниже 5,0, смотри Фиг. 1, при этом сплошная кривая со светлыми кружками (в верхней части Фиг. 1) обозначает pH кожи, обработанной мылом, штриховая кривая с треугольниками обозначает pH кожи, обработанной только водопроводной водой, и пунктирная кривая с черными квадратами обозначает pH кожи, обработанной гелем для душа при pH 6,0. Ребенок будет получать более частую промывку, в особенности, в области подгузников. Вследствие этого многократная промывка будет усиливать повреждение кожи, даже если использовать только водопроводную воду. На Фиг. 1 t₁-t₅ соответственно обозначают следующие моменты временной линии: перед мытьем, непосредственно после мытья, 2 часа после мытья, 4 часа после мытья и 6 часов после мытья.

Таким образом, после этих частных контактов со щелочной окружающей средой, такой как водопроводная вода или мыло, разрушается барьер проницаемости кожи. Экзогенное подкисление можно было бы использовать для нормализации гомеостаза барьера проницаемости. В соответствии с исследованием Effects of CO2-enriched water on barrier recovery, by Bock M, Schürer NY, Schwanitz HJ., Arch Dermatol Res. 2004 Sep; 296(4):163-8, по сравнению с нормальной водопроводной водой (например, pH=7,9), кондиционированная водопроводная вода (pH 5,4) могла бы ускорить восстановление барьера кожи, поврежденной моющим средством. Кумулятивное раздражение 1%-м SLS (лауретсульфатом натрия) в течение 2⋅24 часа приводит к экзематозным реакциям кожи, при этом сторона, обработанная водопроводной водой (pH=7,9), показывает эритему, папулы и инфильтрацию, в то время как сторона, обработанная водой с отрегулированным значением pH (pH=5,4), показывает только отдельные участки поствоспалительной гиперпигментации и лихенизации. Также обнаружено, что TEWL (трансэпидермальные потери воды, индикатор уровня барьерной функции кожи) значительно меньше (P<0,01, P обозначает вероятность получения исследуемой статистики по меньшей мере как экстремум по отношению к тому, что реально наблюдается, в предположении, что нулевая гипотеза является верной) для кожи, обработанной водопроводной водой с отрегулированным значением pH, чем для кожи, обработанной нормальной водопроводной водой. Эти данные подтверждают, что промывка кислой водой усиливала бы восстановление барьера после нарушений, вызываемых моющим средством.

Хотя частота и тяжесть опрелостей уменьшаются, в основном благодаря разработке современных суперпогощающих подгузников и высококачественных влажных салфеток для детей, это состояние кожи по-прежнему присутствует и оказывает отрицательное влияние на определенный процент младенческого населения. Сообщается, что одновременное подвергание кожи воздействию мочи и фекалий в области подгузников приводит к увеличенным уровням pH кожи в результате образования аммиака. Это воздействие является достаточным для активирования протеолитических и липолитических ферментов в фекалиях, что влияет на общую структуру и барьерный статус рогового слоя. В дополнение к этому, анатомическая форма области подгузников содержит складки и морщинки, которые не только склонны к удерживанию остатков, но также являются окклюзивными и представляют собой место небольших повреждений барьера из-за трения. Это дополнительно способствует увеличенным уровням pH и микробиологической активности. Следовательно, эффективный контроль pH кожи детей в области подгузников, как можно ожидать, улучшает состояние кожи. Относительно области подгузников, хотя широко используются влажные салфетки для детей, они содержат множество химических ингредиентов, таких как антисептики, консерванты и ароматизирующие вещества. Добавки создают множество проблем при уходе за детьми. Они не достаточно естественны и безопасны. При уходе за ребенком простое является наилучшим. И влажная салфетка не является эффективной при отмывке выделений. Вода по-прежнему представляет собой эффективный выбор.

Однако как водопроводная вода (слабощелочная) сама по себе, так и мыло/моющее средство (щелочное) не поддерживают pH кожи на физиологическом уровне (pH 4,5-6) после отмывки. Физиологические характеристики детей заставляют их страдать от повторяющейся и частой промывки кожи, следовательно, она будет препятствовать восстановлению pH кожи ребенка и дополнительно ухудшать барьерную функцию кожи. Частая промывка с помощью водопроводной воды, не говоря уже о мылах/моющих средствах, будет препятствовать восстановлению баланса pH кожи, следовательно, повреждая барьерную функцию кожи. Новый путь образования кислой воды будет очень полезным для ежедневной промывки детей.

Следовательно, авторы обнаружили, что имеется необходимость в однонаправленном регулировании pH для ухода за кожей ребенка. В дополнение к этому, барьер кожи взрослых также страдает от схожей ситуации и также требует однонаправленного регулирования pH. Дополнительно, подобная необходимость также обнаружена для приготовления пищи, пивоварения, бритья, отмывки пищевых продуктов и тому подобного,

Далее ссылка будет сделана на регуляторы pH в соответствии с вариантами осуществления данного изобретения. Без потери универсальности, приготовление кислой воды на основе водопроводной воды для ухода за кожей ребенка будет взято в качестве первичных примеров. Специалистам в данной области будет очевидно, что описанная структура, технологический процесс могут применяться в других сферах применения без изменений или с небольшими изменениями, которые по-прежнему находятся в объеме прилагаемой формулы изобретения. Однако водопроводная вода не единственный тип объекта, который может обрабатываться в соответствии с настоящим изобретением. В соответствии с экспериментами для воды со сверхнизкой удельной электропроводностью (EC), pH дистиллированной питьевой воды (например, Ice Dew), которая имеет EC всего лишь примерно 30 мкСм/см, может регулироваться с помощью регулятора pH посредством электролиза. В этих ситуациях с низкими EC, хотя ток является небольшим, низкая карбонатная жесткость может компенсировать этот момент. Конкретно, для воды с низкой удельной электропроводностью диапазон pH является ограниченным. Теоретически для воды с EC= примерно 30 мкСм/см самое низкое значение pH, которое может быть достигнуто, составляет примерно 5,5. Эффективность будет зависеть от низкой концентрации ионов в воде. Однако исключительно низкая карбонатная жесткость будет помогать в реализации изменений pH. Через разумное время pH водного раствора с низкой EC изменится, хотя и может не достичь самого низкого значения.

Фиг. 2 иллюстрирует регулятор pH в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, имеющий целью обеспечение любого по меньшей мере из следующих преимуществ:

1) регулирование значения pH (далее упоминается также как pH) до целевого значения, такого как от примерно 3 до примерно 6, поддерживая, таким образом, pH кожи на физиологическом уровне, например от примерно 4,5 до примерно 6. Эффективная промывка также способствует поддержанию баланса pH, предотвращая удерживание на коже остаточных выделений;

2) ускорение восстановления кожного барьера при частых промывках кожи ребенка;

3) регулирование pH воды без больших количеств сточной воды в качестве побочных продуктов.

Обращаясь к Фиг. 2, в этом варианте осуществления регулятор pH 1 содержит электролизную ячейку 2, включающую в себя анод 21, катод 22 и источник 23 постоянного тока, соединенный с электродами 21 и 22, как проиллюстрировано, то есть анод 21 соединен с положительным полюсом, а катод 23 соединен с отрицательным полюсом. Катод 22 содержит оксид переходного металла, переходный металл (TM) обычно определяется как элемент, атом которого имеет незаполненную d электронную подоболочку, что обеспечивает TM характеристику проявления двух или более степеней окисления. Например, марганец (Mn) имеет степени окисления +2, +3, +4, +6 и +7, и возможен переход между различными степенями окисления.

В одном варианте осуществления регулятор pH 1 может содержать камеру 24, в которую инжектируют или наливают поступающую воду 25, например, через вход 26. После этого поступающая вода 25 подвергается электролизу с помощью электролизной ячейки 2, что приводит к уменьшению pH воды 25. Вода с отрегулированным значением pH высвобождается из регулятора pH 1 для использования через выход 27 для воды. Должно быть очевидно, что формы или положения ни входа 26, ни выхода 27, проиллюстрированных на Фиг. 2 не должны приниматься в качестве эксклюзивных, возможны альтернативы, и они находятся в пределах объема данного изобретения.

Как таковой, катод 22 содержит, в одном варианте осуществления, оксид переходного металла, такой как MnO₂. Для специалистов в данной области техники очевидно, что MnO₂ взят только в качестве иллюстративного случая и может быть заменен другими TMO, такими как Fe₂O₃, RuO₂ и тому подобное, по необходимости. Анод 21 может быть выполнен из Ti, MMO Ti, любого другого инертного металла или его оксида или из графита. Катод 22 может быть выполнен из чистого MnO₂ посредством допирования MnO₂ в подложку или нанесения на подложку покрытия из MnO₂. В одном варианте осуществления при условии, что удельная электропроводность электрода, выполненного из чистого MnO₂, не очень высока, EC может быть значительно улучшена при использовании подложки из MMO или при допировании некоторых материалов с высокими EC (например, графита или графема и тому подобных).

При работе регулятора pH 1 при применении электролизной ячейки 2 на Фиг. 2 к воде 25, будет иметь место псевдофарадеевская реакция, поскольку катод 22 содержит TMO, то есть MnO₂. Конкретно, катод 22 действует в качестве суперконденсатора. Во время процесса электролиза переходный металл Mn восстанавливается и поглощает один катион A⁺ из воды 25 в решетку MnO₂ с образованием MnO₂A⁺.

Выражение (3) представляет собой общее выражение для сценариев, где адсорбируются катионы, несущие один положительный заряд, например, H⁺, Na⁺, K⁺. В случае когда адсорбируются катионы A’²⁺, несущие два положительных заряда (например, Ca²⁺, Mg²⁺), выражение (3) может дополнительно воплощаться выражением (3a), соответствующим тому, что два MnO₂ получают два электрона и адсорбируют один A’²⁺ (например, Ca²⁺) в решетке, с образованием одного (MnO₂)₂^2-A’²⁺:

2MnO₂+A’²⁺+2e^-(MnO₂)₂^2-A’²⁺ (3a)

где выражение (3a) может быть дополнительно преобразовано в выражение (3b), в качестве варианта осуществления выражения (3), и ½ A’²⁺ представляет собой вариант осуществления A в выражении (3):

MnO₂+½ A’²⁺+e^-