專利名稱：：使液體更具有反應性的方法和裝置的制作方法
技術領域：
：總的來說，本發(fā)明涉及了通過在液體的至少一個表面內和/或與該表面并置產(chǎn)生能量場，來影響、控制和/或指導與各種不同液體(例如水)或在這些不同液體中的各種不同反應的新方法。本發(fā)明的重要方面涉及等離子體的產(chǎn)生，其中等離子體產(chǎn)生在位于液體表面上方的至少一個電極與液體表面本身的至少一部分之間，后者的功能是作為至少一個第二電極。為了使液體表面的至少一部分能夠有效發(fā)揮第二電極的作用，典型情況下至少一個額外的導電電極被放置在該液體中(例如至少部分浸沒在該液體中)。等離子體在該液體中導致了液體的重構和/或至少一種活性形式的存在。
背景技術：
：許多技術已經(jīng)被用于使液體例如水更具有反應性。這些技術包括在液體中加入各種不同的化學物質、在該液體中和/或周圍產(chǎn)生電場和/或磁場、各種不同的壓力條件、在該液體表面的周圍產(chǎn)生各種不同的等離子體，等等。這些技術都以某種希望的方式努力改變液體的性質。具體來說，許多商業(yè)上和工業(yè)上重要的過程都依賴各種不同組成的液體來實現(xiàn)所需的結果。例如，改變水的反應性質受到了極大的關注。水是人類已知的最重要也是最復雜的結構之一。盡管對于單個水分子的了解很多，但是對于水的二聚體、三聚體、低聚體、集簇(例如微集簇和大集簇)、聚合物以及大尺度結構的了解很少，而所有這些都影響了水在生物學、化學和物理學過程中的性能。在本
技術領域：
中已知有許多方法能夠產(chǎn)生臭氧，例如在液體(例如水)的表面上或附近產(chǎn)生等離子體；然后將產(chǎn)生的臭氧混合或溶解在液體中。一般來說，等離子體涵蓋了大范圍的電壓和電流強度條件。用于產(chǎn)生等離子體的電壓和電流強度的量通常來說確定了產(chǎn)生的等離子體的類型。就此而言，圖1概括顯示了幾種不同的等離子體命名法，用于描述用于形成不同等離子體的電壓和電流強度的不同組合。具體來說，圖1顯示了管中典型的直流電中壓放電的經(jīng)典的電壓-電流特征。盡管所有注意到的放電都可以用于影響固體和/或液體，但許多已知的"電暈放電"或"輝光放電"通常與液體例如水中或附近臭氧的產(chǎn)生有關，被用于將臭氧溶解在水中。此外，等離子體由直流電源、射頻源("RF")以及交流電源供應動力(或產(chǎn)生)。不同的術語或專門名詞被用于描述不同的等離子體，這些術語通常反映了對這些等離子體的重要物理/化學/熱學性質和特征的了解。例如，真正的"電暈"或"電暈放電"或"電暈弧"或"電暈等離子體"是在強電場下通過使用例如尖端或細導線作為至少一個電極而產(chǎn)生的。真正的電暈放電或電暈等離子體的可見部分發(fā)生在從尖端或導線輻射的臨界半徑內的區(qū)域中；其中產(chǎn)生的電場等于或大于尖端或電極周圍的介質(例如氣體或液體)的擊穿電場。真正的電暈放電一般發(fā)生在氣相中。真正的電暈放電不在兩個平行的光滑平板之間產(chǎn)生，真正的電暈放電也不在產(chǎn)生某種類型的等離子體的導體上存在有絕緣外層的情況下發(fā)生。具體來說，介質阻擋放電通常與電暈弧放電混淆。就此而言，介質阻擋放電通常發(fā)生在例如使用平行平板電極或環(huán)狀圓柱電極的時候，其中至少一個電極用介質阻擋絕緣，以防止真正的電流從放電體積流向電極或電源。在約1個大氣壓下進行的介質阻擋放電在歷史上可以追溯到19世紀。具體來說，介質阻擋放電一般發(fā)生在兩個電極之間的空間中，其中至少一個電極被絕緣的介質涂層所覆蓋。直流電源、交流電源或脈沖高電壓可被施加在電極對上，以刺激電子從電極上和電極之間發(fā)射。而電暈弧放電與介質阻擋放電不同。具體來說，正如上面表述的那樣，電暈放電一般產(chǎn)生在尖端、細導線、金屬片的邊緣等周圍的高電場區(qū)域中。就此而言，示例性的大氣壓下的電暈弧放電顯示在圖2中。具體來說，圖2顯示了在例如導線末端上的尖端與第二電極或接地結構之間產(chǎn)生的大氣壓下的電暈弧放電的頂視圖。具體來說，來自高壓電源的高電壓導致在例如細導線的尖端與電極或接地結構之間產(chǎn)生了相互作用的活性半徑?；钚詤^(qū)域或活性體積是徑向電場降低到氣體的擊穿電場的水平的地方。換句話說，活性體積是電離作用、激發(fā)和活性成分的產(chǎn)生將會發(fā)生的區(qū)域。依賴于電流和電壓來源，活性區(qū)域可以產(chǎn)生可以使用肉眼看見的可見的電磁能量以及可以聽見的聲音。這些類型的電暈放電一般涉及從幾千伏特到幾十千伏的電壓以及從1到100mA/m之間變化的電流。實際的或真正的電暈放電很少在大于1千瓦的功率水平下進行。當通過例如交流電源產(chǎn)生電暈放電時，正的和負的熱化離子的連續(xù)的發(fā)散波將從源電極散播出去。利用等離子體影響水的例子在Inculet的美國專利No.5，478,533中被顯示。該專利公開了水處理裝置，通過該裝置臭氧的產(chǎn)生和水的處理同時發(fā)生。具體來說，公開了提供臭氧發(fā)生器的裝置，其中具有自由表面16的水體與覆蓋有絕緣體20的電極18分開。將高的交流電壓施加到面朝自由表面16的被絕緣的電極18上。當這樣的交流電勢加到水表面16上方的電極18上時，在整個水表面16上出現(xiàn)了多個泰勒錐體38，放電在每個錐體的頂端發(fā)生，這些放電被表明在水表面上產(chǎn)生了臭氧。在水表面上產(chǎn)生的臭氧通過各種不同的方法溶解在水中，從而幫助了對水進行消毒。此外，Denes等的美國專利6，749，759公開了在致密介質等離子體反應器中對致密流體介質進行消毒的方法。具體來說，Denes等公開了用于各種不同目的的飲用水的凈化和消毒。Denes等公開了各種不同的大氣壓下的等離子體環(huán)境以及氣相放電、脈沖高壓放電等。具體來說Denes等公開了使用多重火花放電來使水中的微生物失活。Denes等使用了由浸沒在致密流體介質中的第一導電材料構成的第一電極，以及由也浸沒在致密流體介質中的第二導電材料構成的第二電極。Denes等然后在第一電極和第二電極之間施加電壓，在電極之間產(chǎn)生了放電錐體，從而在致密流體介質中產(chǎn)生了反應性成分。還公開了使用抗微生物材料例如銀來作為一個或兩個電極。在本
技術領域：
中還知道了由PetrLukes等在文章"在混合的氣體-液體放電反應器中通過脈沖電暈放電在水表面上產(chǎn)生臭氧"("Generationofozonebypulsedcoronadischargeoverwatersurfaceinhybridgas-liquidelectricaldischargereactor",J.Phys.D:Appl,Phys.38(2005)409-416)中公開的通過脈沖電暈放電在水表面上產(chǎn)生了臭氧。Lukes等公開了通過脈沖正電暈放電在平面高壓電極(由網(wǎng)狀的玻璃態(tài)石墨制成)和水表面之間的氣相中產(chǎn)生的臭氧的形成，該水具有浸沒在水中的接地的不銹鋼"點狀"機械成形的電極，它位于水中并由另外的電源供電。本
技術領域：
中還認識到了等離子體電解，這是用于描述各種不同的高電壓電化學過程的通用術語，所有這些過程的特點是在電極-電解質界面上發(fā)生的等離子體帶電現(xiàn)象。當施加的電壓超過擊穿電壓(即臨界值，一般為幾百伏特到幾千伏特)的時候，這些等離子體在金屬/電解質界面上發(fā)生放電。各種不同的放電現(xiàn)象發(fā)生在金屬電極的正的和負的偏壓中，根據(jù)電極/電解質組合的具體的組成以及極化參數(shù)的不同，放電現(xiàn)象將發(fā)生廣泛的變化，從電極周圍穩(wěn)定的均勻的輝光到快速移動通過電極表面的不連續(xù)的、短壽命的微型放電。等離子體電解也被用于許多不同材料包括金屬、聚合物等的表面工程。本領域中還知道了溶劑化的電子，它是在19世紀后期首先在液氨中觀察到的。當溶劑含有水時，溶劑化的電子通常被稱為"水合電子"。據(jù)信水合電子在大量物理、化學和生物學過程中是重要的。水合電子的精確的物理結構或定位還在爭論之中，還沒有被完全定量。例如，關于水合電子在水中的位置或結構的傳統(tǒng)觀點包括水合電子被封閉在由周圍的水分子集簇產(chǎn)生的小空隙中。但是，另一種可選的結構可以是水合電子被結合在一個或多個大小不同的水集簇的表面上。因此，有可能可以把水合電子視為位于由周圍的水分子形成的空穴中的電子，以便對水合電子狀態(tài)結構的描述可能在某種意義上類似于氫原子的結構。但是，水合電子的精確的物理結構可能比任何人目前認識到的更為復雜。水合電子(以及與其有關的物理水結構)可以在液態(tài)水中存在過量電子的情況下發(fā)生。盡管關于水合電子仍有許多情況有待了解，但顯然它們的存在增強了水分子的反應性。還不清楚有多少水分子受到水合電子的影響，但是有可能每個水合電子僅涉及少到3個水分子，也有可能多達幾千個這樣的分子。最近已經(jīng)進行了許多努力，以了解水或水集簇的結構的各種不同的變化與例如水合電子的存在的關系。某些參考文獻將水合電子稱為"水巴基球"(參見麻省理工學院Ke池Johnson教授的工作)。Johnson等研究了受到水合電子影響的水分子的電子結構和低頻振動模式。此外，被稱為集簇或大集簇的經(jīng)修飾的水分子的非常具體的應用，包括了Johnson等的工作(參見美國專利5,800,576和5,997,590)。這些專利公開了含有反應性氧的水集簇，該專利推測了氧可能能夠對燃料的更理想的和/或更完全的燃燒有所貢獻。因此，使某些水結構有序化的重要性或商業(yè)意義已經(jīng)被普遍認識到了。本發(fā)明滿足了長期以來感覺到的對使用相對簡單的方法和裝置來有利地修飾任何液體包括水(例如任何液體，只要液體在本發(fā)明的加工條件下不可燃燒就行)的需求。因此，本發(fā)明是第一次，可以通過簡單而獨特的方法使液體具有所需的更高的反應性。
發(fā)明內容總的來說，本發(fā)明涉及了通過在液體的至少一個表面內和/或與該表面并置產(chǎn)生能量場，來對液體(例如水)的性質進行修飾。本發(fā)明的重要方面涉及等離子體的產(chǎn)生，其中等離子體產(chǎn)生在位于液體表面的至少一部分的上方的至少一個電極與液體表面本身的至少一部分之間，后者的功能是有效地作為至少一個第二電極(或多個第二電極)。具體來說，為了使液體表面能夠有效發(fā)揮至少一個第二電極的作用，至少一個導電電極的至少一部分被放置在將要被修飾/處理的液體的表面下方。至少一個額外的電極被放置在被處理的液體的至少一部分的上方。電壓源被連接到位于液體表面上方的至少一個電極與至少一部分位于液體表面下方的至少一個電極之間。電極可以是任何適合的構造，只要能夠在位于液體表面上的電極與液體本身的至少一部分表面之間產(chǎn)生電暈放電或輝光放電就行。就此而言，電暈放電通常與細的點或鋒利的邊緣有關。將適當?shù)碾妷菏┘釉陔姌O對之間，以便在液體的至少一部分表面與位于液體表面上方的電極之間產(chǎn)生等離子體或電暈或電暈弧。具體來說，放置在液體表面下方的電極或電極組合通過為液體或溶液提供電壓和電流參與了電暈或電暈等離子體的產(chǎn)生，但是等離子體或電暈實際上位于放置在液體表面上方的電極與液體本身的一個或多個部分之間。就此而言，當電極與水的表面之間的氣體或蒸汽的擊穿電壓被達到時，可以在位于液體表面的至少一部分的上方的至少一個電極與液體表面之間產(chǎn)生電暈放電或輝光放電。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，當液體包括水時，水表面和水表面上方的電極之間的氣體包括空氣。對于干燥的空氣來說，在標準壓力和溫度下的擊穿電場是約3MV/m或約30kV/cm。因此，當尖端或相對細的導線周圍的局部電場超過約30kV/cm時，在干燥空氣中將產(chǎn)生電暈弧。方程式(1)給出了擊穿電場"Ee"和兩個電極之間的距離"d"(單位為米)之間的經(jīng)驗關系五，=3000+^A:r/w當然，擊穿電場"Ee"將作為位于電極之間的氣體的函數(shù)而變化。就此而言，在水處理/修飾的優(yōu)選實施方案中，水蒸氣將出現(xiàn)在電極之間(即水表面上方的電極與水表面本身之間)的空氣中，這樣的水蒸氣將影響在其中產(chǎn)生電暈放電所需的擊穿電場。電場強度一般在電極表面最大，隨著與電極距離的增加而減小。在所有涉及電暈弧產(chǎn)生的情況下，位于液體表面上方的電極與液體表面本身的至少一部分之間的氣體的一部分體積中將含有足夠產(chǎn)生電暈的擊穿電場。就此而言，在圖3、6和7中顯示了位于液體21的表面20上方距離為"d"的尖端源電極10。當適合的電源被連接在電極IO和電極11之間時，在電極10和表面20之間產(chǎn)生了電暈30，其中電極11的至少一部分位于液體21的表面20的下方。在本實施方案中，電暈放電區(qū)30—般為類似椎體結構的形狀。電暈30的體積將根據(jù)距離"d"、電極11的組成、電壓源(DC、AC、RP)、施加的電壓、施加的電流強度、電極10和液體21的表面20之間的氣體的成分、溫度、壓力等而變化。參與圖3、6和7中的電暈30的產(chǎn)生的電極的成分優(yōu)選為金屬，但是可以由任何適合的材料制成。就此而言，在水表面上方的空氣中電暈放電的產(chǎn)生通常產(chǎn)生了臭氧以及少量的一氧化氮和其它成分，由于顯示在圖3、6和7中的裝置的構造，電暈放電實際上與水表面相接觸。在這種布置中，顯然來自電極IO的任何金屬都有可能"噴濺"到液體(例如水)上和/或液體中。因此，在液體中將會發(fā)現(xiàn)元素金屬或金屬氧化物。因此，依賴于電場強度、電極組成等，可以在液體中發(fā)現(xiàn)或多或少量的金屬。在某些情況下，在液體中發(fā)現(xiàn)的金屬可能具有非常需要的效應，在這些情況下希望有相對大量的金屬；但是在其它情況下，液體中發(fā)現(xiàn)的金屬可能具有不想要的效應，因此將希望有最小量的金屬。因此，電極組成可能在形成的液體(例如水)的質量中扮演重要角色。此外，對于圖3、6和7來說，電極10和11可以有相同組成或完全不同的組成。就此而言，電極11也可能對液體21貢獻金屬成分。在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方案中，電極IO距離電極11的位置或距離"Y"應該大于電極IO的尖端12與液體21的表面20之間的距離"d"，以防止在電極IO和電極11之間發(fā)生電暈弧或形成電暈。使用的電源可以是任何適合的能夠產(chǎn)生所需的電暈30(顯示在圖3、6和7中)的電源。在本發(fā)明的優(yōu)選形式中，使用了交流電壓。具體來說，電極成分的組合、電極的物理形狀、電極尖端12在液體表面20上方的距離"d"、電極IO的形狀、電極尖端12和表面20之間的氣體的成分，都對電源的設計以及因此對在液體的表面20和電極尖端12之間獲得電暈等離子體放電所需的電源的要求(例如擊穿電場)有貢獻。相對于液體21的表面20提供的電極的數(shù)量(參考圖3、6和7)是工程設計和/或加工速度或效能的問題。就此而言，依賴于液體的成分、液體20的空氣表面、盛放液體20的容器40的大小和/或成分、距離"d"、電極10和電極11之間所需的最小距離"Y"(以便不在它們之間產(chǎn)生放電)、液體21中所需的反應或變化的速度、施加在電極IO和電極11之間的電能水平，所有這些都對電極的設計以及在任何系統(tǒng)中存在的所需的電極10/11的數(shù)量有貢獻。例如，上面討論的重要參數(shù)包括電暈體積放電區(qū)30的產(chǎn)生。存在的電暈放電的體積30是本文中上面討論的所有要素的函數(shù)。電暈放電30有利地影響液體21的速度是本文中上面討論的所有參數(shù)的函數(shù)。因此，對于本領域的專業(yè)技術人員來說，顯然電極10/11的各種不同的設計是適合的。就此而言，圖4顯示了許多適合用于本發(fā)明的電極設計。電極的精確組成、設計、位置等，都對液體21被本發(fā)明的電暈弧放電過程的修飾以及液體本身實際的修飾的速度有貢獻。因此，按照本發(fā)明的條件產(chǎn)生的電暈弧等離子體可以導致與電暈弧接觸的液體的性質發(fā)生非常快速的變化。具體來說，當液體包括水時，通過實施本發(fā)明的方法，水的測定到的pH和測定到的電導率變化得非常快(在本文后面有更詳細的討論)，表明在水中已經(jīng)發(fā)生了顯著的變化。經(jīng)過本發(fā)明的技術處理之后，水具有了較低的pH，這對于隨后的涉及水的相互作用可能是非常想要的。具體來說，pH的降低表明了例如至少一種高度反應性的成分(例如電子)的存在以及產(chǎn)生強還原環(huán)境的可能性。因此，當需要液體中的強還原環(huán)境時，本發(fā)明可以提供一些顯著的好處。在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方案中，利用液體的表面產(chǎn)生等離子體或電暈放電，可以包含連續(xù)處理、半連續(xù)處理、或者也可以在其它涉及液體的處理步驟之前、之中或之后只進行一次。具體來說，用本發(fā)明的方法處理的液體可以被暴露于電暈弧，從而改變其性質；然后這些被改變的液體可以參加后續(xù)的反應(例如化學、生物學和/或物理學反應)。此外，液體也可以暴露于第一電暈弧處理或一組電暈弧處理下，然后參與一個或多個反應(例如化學、生物學和/或物理學反應)，然后再暴露于另一電暈弧處理下。此外，當液體參與各種不同的反應(例如化學、生物學和/或物理學反應)時，該液體可以實質上連續(xù)地暴露于電暈弧或一組電暈弧處理下，其強度，如果需要，可以是變化的，或者也可以是實質上連續(xù)的。暴露于一個或多個電暈弧放電下的時間長短以及該電暈弧放電的強度是可調的和可控制的，以便可以使液體獲得非常特定的被修飾的性質。例如，根據(jù)本發(fā)明處理的液體可以用于隨后的或實質上連續(xù)的與其它成分的反應中，由此使得反應的速度被提高了和/或反應的產(chǎn)物本身被改進了。電極設計、電極成分、電源、系統(tǒng)設計(例如電極的數(shù)量和相對于液體表面的位置)、連續(xù)處理、半連續(xù)處理、間歇處理、電極與液體表面之間的氣體的成分等的組合，都對系統(tǒng)設計和電能需求有貢獻。一般而言，當在所需的電極成分/設計與液體的表面之間可以產(chǎn)生適合的等離子體或光暈/輝光放電時，液體可以以所需的方式被修飾。例如，當被處理的液體實質上由實質上處于中性pH下的純水(例如總的溶解固體少于ippm)構成時，處理過的水然后將具有明顯低于起始的pH的測定的pH(以及較高的測量電導)，從而使水在許多反應過程中更具有反應性。圖1顯示了管中的直流電中壓放電的典型的電壓和電流簡圖。圖2顯示了從尖端產(chǎn)生的電暈和從該尖端產(chǎn)生的電暈的活性體積。圖3顯示了本發(fā)明的一個實施方案的示意剖面圖。圖4顯示了與本發(fā)明的教導相容的多種不同的電極設計。圖5顯示了用在本發(fā)明的實施例中的具有pH電導率儀表的探針。圖6顯示了用于本發(fā)明的裝置的透視圖；圖6a顯示了圖6的裝置的一部分的特寫圖。圖7顯示了本發(fā)明的另一個可選的實施方案。圖8a和8b分別顯示了當實施圖6中顯示的發(fā)明并使用銀電極時，對pH和電導率的影響。圖9a和9b分別顯示了當實施圖6中顯示的發(fā)明并使用鋅電極時，對pH和電導率的影響。圖10a和10b分別顯示了當實施圖6中顯示的發(fā)明并使用鋅電極和高電流變壓器時，對pH和電導率的影響。圖lla顯示了對應于圖8、9和10的例子的pH的比較；圖lib顯示了對應于圖8、9和10的例子的電導率的比較；圖llc顯示了對應于圖8、9和IO的實施方案中使用的電壓的比較。圖12是對應于圖8a和8b的樣品的紫外-可見光光譜。圖13是對應于圖9a和％的樣品的紫外-可見光光譜。圖14是對應于圖10a和10b的樣品的紫外-可見光光譜。圖15a和15b分別顯示了當實施實施圖6中顯示的發(fā)明并使用銀電極時，對pH和電導率的影響。圖16a和16b分別顯示了當實施實施圖6中顯示的發(fā)明并使用鋅電極時，對pH和電導率的影響。圖17a和17b分別顯示了當實施實施圖6中顯示的發(fā)明并使用鋅電極和高電流變壓器時，對pH和電導率的影響。圖18a顯示了對應于圖15、16和17的例子的pH的比較；圖18b顯示了對應于圖15、16和17的例子的電導率的比較；圖18c顯示了對應于圖15、16和17的實施方案中使用的電壓的比較。優(yōu)選實施方案的詳細描述本發(fā)明可以用于對參與和/或將要參與化學、生物學和/或物理學過程的任何液體進行預處理或調制。但是，本發(fā)明已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)在水的預處理、調制和/或處理中特別有用。具體來說，通過下面的對本發(fā)明的指導，可以通過例如降低水的測量pH來顯著增加水的表觀還原電位或還原電位。就此而言，在正常的水性條件下，水分子趨于解離成水合氫離子(用H+或H30+表示)和氫氧根離子(用OET表示)，以便建立起用下面的化學方程所表示的平衡//2(9<->//+(叫;)+07/(叫)當水合氫離子和氫氧根離子的濃度各為每單位體積10—7或約一千萬分之一的水平時，建立起中性水的平衡。這個微小水平的濃度一般被表示為在數(shù)學上與這個微小數(shù)量等價的pH數(shù)值7(它是即以10為底的負對數(shù))。當H+濃度增加時溶液變得更酸。傳統(tǒng)上，例如如果H+濃度從一千萬分之一(10々)增加到一千分之一(1(T3)，pH從7變?yōu)?。按照慣例，酸性溶液是pH低于7的溶液，堿性溶液是pH高于7的溶液，中性溶液的pH等于7。但是，pH可以是用于測定pH的測量工具的函數(shù)，在解釋從某些儀器獲得的某些pH讀數(shù)時可能需要加以注意。本發(fā)明已經(jīng)被顯示對液體的結構和/或組成有顯著的影響。例如，本發(fā)明已被顯示對于水有顯著的影響，這被測量到的pH和電導率的顯著的變化所證實。具體來說，來自AccumetResearch公司(Fisher目錄號13-636—Anzo2000/2001年目錄)的AR20pH/mV/。C/電導率儀通過溫度探針和pH電極與按照本發(fā)明進行處理的水相連。關于溫度探針和pH電極的更詳細的情況可以參見圖5。圖6和6a顯示了本發(fā)明的第一個實施方案，其中1.5加侖的容器或反應容器40含有約1加侖的實質上純的水21。容器40由塑料、例如聚碳酸脂塑料制成。蓋子41由實質上相同的材料制成，用作容器40的蓋子。容器被測量為約九又四分之一英寸高X約六又四分之三英寸寬。第一電極10可拆卸地連接到蓋子41上，在與電源13電相連，電源13又與部分被浸沒的第二電極11相連。在本實施方案中優(yōu)選的電極10和11的成分是金屬。電極10和11的優(yōu)選成分到目前為止已經(jīng)包括了銀、鋅、銅、鈦和鉑。電極10和11可以有相同的成分，也可以有實質上不同的成分(例如一個可以是銅或銀，另一個可以是鋅)。在圖6和圖7顯示的實施方案中，電極10和11之間的大概距離是1.5英寸左右。在該實施方案中，電極11被部分浸沒在水21的表面20的下方。電極被測量為約1英寸寬X約4英寸高X約1毫米厚。在該實施方案中，電極11有約3英寸的長度浸沒在水21的表面20的下方。電極10具有尖端12，它位于水21的表面20上方約1-1.5厘米處。含有變壓器的AC電源13，通過水21將電極10與電極11電相連。當使用交流電變壓器時，變壓率從幾千伏特到幾十千伏是可以接受的。在該具體的實施方案中，使用了從約5000伏特到約20000伏特以及約20到約60毫安的變壓器。如果需要，可以使用與變壓器相連的電容器來調整功率因數(shù)(例如為了將AC電源的電壓和電流的正弦波帶入彼此的相位)。電極IO和11可以由任何金屬制成，但是電極10的成分的一部分以及電極ll的一部分，應該被預期變?yōu)橐后w(例如水)溶液的一部分(例如百萬分之幾)。因此，金屬電極成分的選擇根據(jù)水的最終應用可能是重要的。圖6、6a和7顯示的實施方案顯示出電極10和11從導電材料5(在本實施例中是有棒紋的黃銅棒)垂下，固定在電絕緣的或導電的材料7(在本例中是導電的有棒紋的黃銅螺母7)中。與導電棒5相連的部分16是絕緣的聚合物棒，壓在導電棒5的末端部分上，從而允許相對于水21的表面20調整電極10和11的高度。當從要處理的實質上純的水21開始時，電極10的尖端12與表面20之間所需的距離"d"是所需的空氣的擊穿電場(例如小于約30kV/cm的某個數(shù)值，因為空氣有些潮濕)的函數(shù)。距離"d"不能小到使來自水21的表面22的泰勒錐體形成在電極IO上。此外，電極10和11之間的距離"Y"必須大于尖端12與水表面20之間的距離"d"，以便防止在電極10和11之間形成弧或電暈。此外，距"Y"是水21的電導率的函數(shù)(例如水21需要具有足夠的電導率以便使水21的表面20在電暈弧30的形成中有效地作為一個電極工作)。換句話說，水21需要具有足夠的電導率，以便電極11能夠足夠接近直接在電極10的尖端12下方的水的表面20，從而使電暈弧30在電極10的尖端12與水表面20之間形成。例如，對于從約5000伏特到約20000伏特、恒定電流強度為約20-100毫安的電源或AC變壓器來說，電極應該分開約3-6厘米。但是，電極的大小、電極的形狀、電極之間的距離，電極尖端12與水表面20之間的距離、電源等，都是相互關聯(lián)的。此外，在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，目標是在電極IO的尖端12與液體21的表面20之間產(chǎn)生電暈放電或等離子體弧。當這樣的電暈弧放電產(chǎn)生時，任何液體，在本例中是水，都可以獲得所需的修飾。圖7顯示了略微不同的電極構造，其中電極11實質上完全浸沒在水表面的下方。圖6或圖7中顯示的電極構造都是夠用的，只要位于水21的表面20之上的電極10被布置為使得電極10的尖端12與水表面20之間的擊穿電場可以達到就行。此外，電極10和11可以通過任何適合的電連接與黃銅條5電連接。導電性的電線已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)是令人滿意的。圖6和6a顯示了用于產(chǎn)生表1中的數(shù)據(jù)的電極布置。在本實施例中，電極10和11的成分都是銅。電極IO的直徑約為1毫米；電極ll的大小為約1英寸X4英寸X約1毫米厚。電源13含有AC變壓器。具體來說，變壓器是Franceformer，部件號No.48765，在30毫安時，120V交流電輸入，10,500V交流電最大輸出。正如在表1中顯示的那樣，在t=0時，水的測量到的電導率是約0.232(即實質上純的水)。在1=0時，水的測量到的pH是約7，經(jīng)過僅僅約5分鐘的操作之后，水的電導率已經(jīng)增加到了11.5(TDS)。"TDS"被稱為"全部的溶解的固體"，是得自上面描述的Accumet儀器的測量的單位之一。pH已經(jīng)下降了接近3個數(shù)量級，從7變?yōu)榧s4.37。表1銅分鐘電導率pH00.2327.01511.54.371025.24.031533.23.932045.73.82557.63.693068.13.58表2顯示了使用鋅電極而不是銅電極的類似的結果。就此而言，與圖6和6a同樣的布置被用于產(chǎn)生表2中的數(shù)據(jù)。同樣地，經(jīng)過僅僅5分鐘的操作之后，1加侖的水的電導率增加到了14.4(TDS)，它的pH下降了接近3個數(shù)量級，從7.01降到4.29。從圖1中可以注意到pH的最大下降發(fā)生在產(chǎn)生電暈30的前5-10分鐘。但是，電導率表現(xiàn)出連續(xù)的下降。數(shù)據(jù)表明在開始時，自由的電子可能被迫使進入溶液，導致了電子濃度的增加。但是電導率持續(xù)增加是因為例如其它的金屬原子可能從一個或兩個電極10和/或11被提供給溶液。就此而言，不希望受到任何特定的理論或解釋的束縛，可能水中的電子的濃度由于電暈放電30而在開始時相當高，但是該濃度可能僅在幾分鐘之后就達到平衡了。但是，電導率繼續(xù)增加，這表明帶電的金屬可能也進入溶液了。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>同樣地，不希望受到任何特定理論或解釋的束縛，可能電導率的巨大變化以及相應的pH的巨大變化是由于溶劑化的或水合的電子的存在。不論情況是否這樣，顯然極大的變化已經(jīng)在水中發(fā)生了。當然，通過電極組合、功率密度(例如施加的電場強度)和時間的組合，可以容易地獲得對pH的控制。在表1和2顯示的實施例中，pH在前幾分鐘快速下降。這表明僅花少量的時間就導致了水結構的巨大變化。實施例1:圖6和6a中的構造被用于一組鋅電極和一組銀電極。具體來說，銀電極IO含有擰成雙股的銀導線，起始厚度為約l毫米。銀板11被測量為約1英寸X4英寸X約1毫米厚。使用的變壓器是Franceformer，部件號No.10530P,在30毫安時120V交流電輸入，10,500V交流電最大輸出。通電運行，其中作為時間的函數(shù)測量電導率和pH。此外，也使用了第三個例子，其中使用了不同的變壓器，名為60毫安變壓器(Franceformer,部件號No.9060PE，在60毫安時120V交流電輸入，9,000V交流電最大輸出)。這些電暈弧水處理的結果顯示在圖8-11中。圖8a顯示了使用銀作為電極10和11測量到的pH作為時間的函數(shù)。圖8b顯示了使用同樣的銀電極測量到的電導率作為時間的函數(shù)。樣品的ppm是約4.7。圖9a顯示了使用與圖6和6a中相同的實驗設置以及30毫安的變壓器獲得的pH作為時間的函數(shù)；圖9b顯示了在同樣的實驗條件下電導率作為時間的函數(shù)。樣品的ppm是約4.3。相比之下，圖10a和10b顯示了與圖6和6a中顯示的類似的設置的結果，只是變壓器現(xiàn)在是60毫安變壓器，電壓輸出為9000V交流電壓。樣品的ppm是約2.5。圖lla、llb和llc分別顯示了圖8、9和10中的數(shù)據(jù)的pH比較、電導率比較和電壓比較。從使用圖6和6a的實驗構造的所有實施例中可以清楚地看到，在短時間暴露于按照本發(fā)明的指導產(chǎn)生的電暈弧30之后，水的測量的電導率和測量的pH值受到了明顯的影響。水21的表面20直接暴露于電暈等離子體30，有效地發(fā)揮了活性電極的作用。盡管活性電極一般與表面處理有關，但水顯然被影響的不僅是在表面。具體來說，從被處理的水樣品中仔細地獲得了測量的電導率和pH數(shù)據(jù)，并且據(jù)信水樣品在它們的pH和電導率測量中是實質上均質的。因此，從這些實施例明顯可以看出，水21的表面20直接暴露于電暈等離子體30導致了水給出的實驗測量值的極大的變化。對于圖8-11中顯示的每個水樣品進行了原子吸收光譜分析。具體來說，使用原子吸收光譜儀進行了原子吸收光譜分析。本發(fā)明的金屬成分中金屬含量的分析可以通過(乙炔)火焰原子吸收光譜法(FAAS)、電感耦合等離子體焰炬(ICP)、原子發(fā)射光譜法(AES)、或其它本
技術領域：
的專業(yè)人員所熟知的對于適當濃度范圍內的銀靈敏的技術來進行。如果金屬成分的顆粒非常小并且大小均勻(例如0.01微米或以下)，通過使用原子吸收或ICP/AES直接運動膠體可以獲得相當準確的分析。這是因為用于原子吸收光譜法的樣品制備使得實質上所有的金屬都離子化了，從而使它們可以被檢測。如果成分中含有大到0.2微米的顆粒，優(yōu)選使用消解程序。對于那些在生產(chǎn)或儲存中可能已經(jīng)與鹵化物或其它可以與細粉碎的金屬反應的陰離子物質接觸過、或與蛋白或其它膠凝狀物質結合的金屬成分來說，消解程序可能不是理想的。消解程序的實施方案如下1.對于銀/水組合物來說，取10ml完全混合或搖勻的待分析的銀/水組合物的等分試樣，將它放入帶有緊密接合的蓋子的干凈的聚碳酸酯瓶子或其它適合材料制成的容器(通常為瓶子)中。優(yōu)選大小為30-100ml。2.使用微量移液管或滴管向在瓶中的銀/水組合物中加入0.1ml試劑級硝酸。3.將瓶蓋蓋緊，將銀/水組合物加熱到至少約SO。C、優(yōu)選約90-100°C，輕輕搖動，處理的時間足夠將金屬溶解——溶解作用實質上是即時的。4.將獲得的混合物蓋上蓋冷卻到室溫。充分地搖動瓶子。該消解程序也可以溶解金屬顆粒上可能存在的任何金屬氧化物表面層。5.利用原子吸收光譜法、ICP/AES或其它等價方法分析金屬/水混合物的金屬含量。優(yōu)選情況下，人們將使用新制備的標準品，優(yōu)選按照儀器制造商的說明書制備，如果需要進行適當?shù)南♂尅?.在報告結果時，人們必須考慮到在制備過程中的所有稀釋，包括由于加入硝酸引起的1%的稀釋。類似的酸和技術可以用于本文公開的其它的金屬/水組合物。使用PerkinElmerAAnalyst300原子吸收(AA)光譜儀對表1和2中的數(shù)據(jù)以及圖8-11所對應的本發(fā)明的金屬/水組合物的金屬含量進行了測定。本發(fā)明的金屬/水組合物的樣品按照上面描述的步驟進行消解。PerkinElmerAAnalyst300系統(tǒng)由帶有UniversalGemTip噴霧器的高效燃燒器系統(tǒng)和原子吸收光譜儀組成。燃燒器系統(tǒng)提供了解離化學化合物所需的熱能，提供了游離的被分析物原子，從而發(fā)生原子吸收。光譜儀測量在特定波長被吸收的光的量，使用空心陰極燈作為初始光源，以及單色器和檢測器。氘弧燈校正由原子云中的非原子物質引起的背景吸收。原子吸收光譜分析的結果顯示出在按照本文公開的方法處理的水中含有少于2ppm的銀、銅和鋅。此外，對三種不同的水樣品進行了紫外-可見光光譜分析。圖12中的紫外-可見光光譜對應于圖8a和8b中的數(shù)據(jù)；圖13中的紫外-可見光光譜對應于圖9a和9b中的數(shù)據(jù)；圖14對應于圖lla和lib中的樣品。圖12-14中的數(shù)據(jù)都是通過紫外-可見光光譜儀(JascoMSV350)產(chǎn)生的。該儀器被設置成支持使用10mmx10mm的熔接石英比色皿測量低濃度的液體樣品。在上述的波長范圍內同時使用光電倍增管(PMT)和發(fā)光二極管檢測器、使用下面的操作參數(shù)獲得了數(shù)據(jù)帶寬累計2nm，分辨率0.5nm;并且從產(chǎn)生的光譜中減去了水的基線背景。就此而言，從產(chǎn)生的光譜中減去了純水的紫外-可見光特征，以便顯示出銀/水混合物的更具有代表性的光譜特征。對于圖12來說，樣品最初的吸收非常高以至于不適合于吸收的標度。因此，樣品用常規(guī)蒸餾水按l:l的比率稀釋。這使吸收值降低到2左右(參見圖12)。同樣，用于產(chǎn)生圖13和14的紫外光譜的鋅電極也產(chǎn)生了超出標度的吸收光譜。這些樣品也用常規(guī)蒸餾水1:1稀釋，產(chǎn)生的吸收峰也在2左右。表1和表2中的數(shù)據(jù)以及顯示在圖8-14中的數(shù)據(jù)都說明液體的結構、在這種情況下是液體水的結構，通過按照本發(fā)明的指導，可以在短時間內受到極大的影響。按照圖6和6a中顯示的構造進行了三個另外的實施例，使用了與用于產(chǎn)生圖8-11中的數(shù)據(jù)的處理步驟平行的處理步驟。具體來說，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)顯示在圖15-18中。在數(shù)據(jù)報告中唯一的區(qū)別是電導率測量使用MS/cm進行而不是使用"TDS"進行。權利要求1.用于處理液體的方法，包括a)將至少一個第一電極至少部分放置在該液體的表面的下方；b)將至少一個第二電極放置在該液體的該表面的上方；c)在該第一電極和第二電極之間提供電能，以便在該第二電極的至少一部分與該液體表面的至少一部分之間產(chǎn)生電暈放電等離子體；以及d)施加該電能達足夠的時間，以便影響該液體的成分和結構中的至少之一。2.改變水的至少一種物理性質的方法，包括a)將至少一個第一電極至少部分放置在該水的表面的下方；b)將至少一個第二電極放置在該水的該表面的上方；C)施加足夠量的電能，以便在該第二電極與該水的該表面的至少一部分之間產(chǎn)生電暈放電等離子體；以及d)持續(xù)施加該電能達足夠的時間，以便提高該水的電導。3.權利要求2中的方法，其中該方法以間歇過程發(fā)生。4.權利要求2中的方法，其中該方法以半連續(xù)過程發(fā)生。5.權利要求2中的方法，其中該方法實質上是連續(xù)的。全文摘要本發(fā)明一般地涉及了通過在液體(例如水)的至少一個表面內和/或與該表面并置產(chǎn)生能量場，來影響、控制和/或指導與各種不同液體或在這些不同液體中的各種不同反應的新方法。本發(fā)明的重要方面涉及等離子體的產(chǎn)生，該等離子體產(chǎn)生在位于液體表面上方的至少一個電極與液體表面本身的至少一部分之間，后者的功能是作為至少一個第二電極。為了使液體表面的至少一部分能夠有效發(fā)揮第二電極的作用，典型情況下至少一個額外的導電的電極被放置在該液體中(例如至少部分浸沒在該液體中)。等離子體在該液體中導致了液體的重構和/或至少一種活性形式的存在。文檔編號B01D57/00GK101495215SQ200780001890公開日2009年7月29日申請日期2007年1月3日優(yōu)先權日2006年1月3日發(fā)明者大衛(wèi)·A·布賴斯,大衛(wèi)·K·皮爾斯,馬克·G·莫藤森申請人:Gr智力儲備股份有限公司