Tehnologii

Tehnologia celulelor cu membrană

Tehnologia membranară presupune ca membrana este realizată dintr-un polimer care permite doar trecerea ionilor pozitivi prin ea. Concret, acest lucru presupune că ionii de sodiu din soluția de clorură de natriu pot trece prin membrană, dar nu și cei de clorură. Avantajul acestui fapt este este că soluția de hidroxid de sodiu care rezultă nu riscă niciodată să fie contaminată de nici o soluție de clorură de natriu. Soluția de clorură de natriu folosită trebuie să fie însă pură, pentru că în cazul în care ar conține alți ioni metalici, aceștia ar putea trece și prin membrană și în acest fel ar duce la contaminarea soluției de hidroxid de sodiu.

Hidrogenul este produs la catod:

2H + (aq) + 2e- → H2 (g)

Hidroxidul de sodiu este produs la catod:

Na + (aq) + OH- (aq) → NaOH (aq)

Clorul este produs la anod:

2Cl- (aq) – 2e- → Cl2 (g)

Este contaminat cu oxigen din cauza reacției:

4OH- (aq) – 4e- → 2H2O (l) + O2 (g)

Adăugarea clorului în apă dă acid clorhidric (HCl) și acid hipocloros (HOCl):

Cl2 (g) + H2O ⇌ HOCl (aq) + HCl (aq)

Cl2 (g) + 4 OH− ⇌ 2 ClO- (aq) + 2 H2O (l) + 2 e−

Cl2 (g) + 2 e− ⇌ 2 Cl- (aq)

PH-ul este cel care determină tipurile de clor care sunt prezente în soluțiile apoase rezultate. Astfel, la o valoare a pH-ului între 5 și 6, se obține aproape în totalitate acid hipocloros. Dacă însă pH-ul coboară sub 5, atunci începe să se transforme în clor gazos, iar când pH-ul este mai mare de 6, începe transformarea în ion hipoclorit (OCl-).

Reacția anodică:

2Cl- (l) → Cl2 (g) + 2e-

Reacția catodului:

2H2O (l) + 2e- → H2 (g) + 2OH- (aq)

Obținerea clorului liber:

Cl2 (g) + H2O → HOCl + HCl

Cl2 (g) + 2OH- → OCl- (aq) + Cl- (aq) + H2O (l)

Fiziologia acidului hipocloros

Acidul hipocloros este unul dintre cele mai eficiente biocide, și este recunoscut după formula chimică: HOCl. Este produs în mod natural de sistemul imunitar, cu scopul de a distruge microbii, bacteriile și virusurile, și pentru a lupta cu succes împotriva infecțiilor. Leucocitele din sistemul imunitar uman produc acid hipocloros pe care mai apoi îl eliberează pentru a deveni un aliat de nădejde al organismului împotriva agenților patogeni invadatori.

Atunci când la suprafața pielii se produce o plagă sau rană deschisă, acea zonă este de-a dreptul asaltată de agenți patogeni, care vor să atace celulele organismului. Aici intervin neutrofilele, care circulă în sânge până la locul unde are loc invazia agenților patogeni. În momentul în care organismul uman este afectat de vreo infecție sau de atacul unor agenți patogeni, intră în funcțiune sistemul imunitar, al cărui răspuns este unul unul prompt, distrugând agentul patogen înainte de a putea cauza eventuale daune celulei. Acest proces are loc deoarece acea celulă albă este responsabilă de producerea acidului hipocloros, un puternic biocid, inofensiv însă pentru om. Agenții patogeni invadatori sunt ”înghițiți” de globulele albe printr-un proces numit fagocitoză.

Acidul hipocloros este unul dintre cele mai eficiente biocide. Structura chimică este HOCl. Este produs de sistemul imunitar uman pentru a ucide organismele invazive și pentru a combate infecțiile. Celulele albe din sânge uman produc acid hipocloros și eliberează acest oxidant natural pentru a lupta împotriva agenților patogeni invadatori.

Tehnologia electrolizei – generarea de acid hipocloros

• Invenția electrolizei

Electroliza este procesul de orientare și separare a ionilor unui electrolit cu ajutorul curentului electric continuu și a fost explicat pentru prima dată de Michael Faraday la începutul anilor 1830.

• Electroliza membranei

Dintr-o soluție de NaCl și H2O, prin electroliza membranei celulei rezultă HOCl puternic acid și un produs secundar alcalin, hidroxid de sodiu (NaOH).

• Electroliză unicelulară

Tehnologia unicelulară a fost dezvoltată cu scopul de a se reuși obținerea unei soluții mai stabile de HOCl la un pH optim, fără să rezulte acel produs secundar alcalin.

Acidul hipocloros stabil

Provocarea cea mai mare a cercetătorilor a fost aceea de a se reuși crearea de acid hipocloros, la un pH aproape neutru, fără ca reacția să continue și să rezulte clor gazos sau hipoclorit. De asemenea, se dorea obținerea de acid hipocloros într-o formă cât mai stabilă, deoarece molecula acestuia are tendința de a reveni rapid la soluția de apă sărată, sau să se transforme în hipoclorit de sodiu.

Tehnologia celulelor cu membrană

Înainte de a explica ce presupune tehnologia celulelor cu membrană, trebuie să clarificăm un aspect. Este vorba despre valoarea ORP, adică potențialul de reducere a oxidării. Aceasta reprezintă un indicator care măsoară capacitatea de oxidare a unei substanțe sau de reducere a altei substanțe. Atunci când avem de a face cu o valoare ORP pozitivă, acest lucru înseamnă că subsțanta respectivă este un agent de oxidare, iar la valori negative vorbim despre un agent de reducere. Cu cât valoarea ORP este mai mică, cu atât respectiva substanță este mai puternic antioxidantă, iar despre beneficiile acestora pentru organism nu mai este nevoie să detaliem. Ca un mic amănunt, toate sucurile din comerț care au un termen de valabilitate mai mare de 3 zile au valori pozitive ale ORP. Comentariile sunt de prisos.

Dar, să revenim. Celula de electroliză are două compartimente separate de o membrană, un compartiment anodic și un compartiment catodic. Această membrană este realizată dintr-un polimer care permite doar trecerea ionilor pozitivi în drumul lor spre catod.

În cazul nostru, o soluție alcătuită din clorură de natriu (sodiu) și apă este injectată în compartimentul anodului. Ionii de sodiu cu sarcină pozitivă trec prin membrană spre partea catodului, în timp ce ionii de clorură cu sarcină negativă nu.

Două soluții sunt generate, un anolit și un catolit. Pe partea anodică, se generează o soluție de acid hipocloros, una puternic acidă și cu valoarea ORP mai mare 800 mV. În același timp, pe partea catodului, se generează o soluție de NaOH puternic alcalină, dar cu valoarea ORP mai mică de 800 mV. Ambele soluții rezultate sunt instabile, și își pierd rapid valoarea ORP.

Tehnologia monocelulară

Cu ajutorul electrolizei monocelulare se produce o singură soluție, un anolit de acid hipocloros. În acest caz, celulele de electroliză au un singur compartiment, care conține atât anodul cât și catodul, și sunt astfel create pentru a genera o singură soluție, cu un ORP> 800. Folosindu-se o soluție sărată acidă, rezultă clor liber de orice sarcină electrică, până în momentul în care intră în contact cu acidul, dominat de acidul hipocloros. Soluția de acid hipocloros astfel rezultată este una stabilă, iar moleculele sale sunt dezactivate doar în momentul în care sunt expuse la oxigenul din aer sau la o suprafață organică.

Utilizări ale acidului hipocloros

Există numeroase utilizări ale acidului hipocloros, dar cele mai eficiente se referă la:

-producerea de alimente procesate

-prelucrarea cărnii și a fructelor de mare

-procesul de fabricație al băuturilor

-controlul biofilmului

-agricultură

-tratarea apelor

-sistemul sanitar, inclusiv medicina dentară

-igienizarea și dezinfectarea unităților sanitare sau a instrumentarului medical.

Sănătate

Nu este vorba de niciun truc, acidul hipocloros (HOCl) este deja produs de globulele albe din sângele nostru și se comportă precum un scut de protecție împotriva agenților patogeni invadatori. Globulele albe sunt cele care intră în acțiune atunci când virusurile sau bacteriile încearcă să pătrundă în organism printr-o rană deschisă, și de aceea ajută la protejarea organismului.

Acidul hipocloros nu produce iritații și este blând cu pielea, așa că poate fi folosit cu succes pentru îngrijirea corespunzătoare a rănilor. De asemenea, el singur poate înlocui toți acei dezinfectanți bazați pe ingrediente chimice folosiți pentru igienizarea unităților sanitare sau a instrumentarului medical.

Eliminarea substanțelor chimice din viața noastră este importantă, mai ales dacă avem în vedere copiii sau persoanele mai în vârstă, al căror sistem imunitar nu este suficient de puternic și sunt mai expuși atacului agenților patogeni sau neplăcerilor produse de folosirea dezinfectanților care au la bază substanțe chimice dăunătoare.

Siguranța alimentară

Cele mai multe cercetări referitoare la aplicațiile practice ale acidului hipocloros s-au axat pe domeniul siguranței alimentare, în special din 2011, când a fost semnat Legea Modernizării Siguranței Alimentare. Accentul a fost pus pe prevenirea contaminării produselor destinate consumului uman. Cel mai probabil, nu există produs dezinfectant și igienizant alimentar care să nu fi fost cercetat mai mult ca acidul hipocloros. Studiile în domeniu au demonstrat cu precizie că acidul hipocloros este sigur și eficient pentru a ține numărul microbilor la un nivel extrem de mic pe suprafețele alimentare și de contact.