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電解次氯酸水基礎研究 與其殺菌效果之探討

電解次氯酸水基礎研究 與其殺菌效果之探討. 國立台灣大學生物產業機電工程系 徐菁輿、方煒、謝宗勳 報告人：謝宗勳 2005 生機論文發表會. 前言. 採取有隔膜方式電解 可分別於陰極與陽極產生鹼性水與酸性水 當水中加入氯系電解質時產生的鹼性水 pH>10, 產生的酸性水 pH<3 。 兩種水都可用於滅菌 有學者使用強酸水於茄科作物的灌溉殺菌，發現滅菌效果佳，但對植物同樣造成傷害。. 前言. 採取無隔膜方式電解可產生次氯酸水

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電解次氯酸水基礎研究 與其殺菌效果之探討

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Presentation Transcript

  1. 電解次氯酸水基礎研究與其殺菌效果之探討 國立台灣大學生物產業機電工程系 徐菁輿、方煒、謝宗勳 報告人：謝宗勳 2005 生機論文發表會

  2. 前言 • 採取有隔膜方式電解 • 可分別於陰極與陽極產生鹼性水與酸性水 • 當水中加入氯系電解質時產生的鹼性水pH>10, 產生的酸性水pH<3。 • 兩種水都可用於滅菌 • 有學者使用強酸水於茄科作物的灌溉殺菌，發現滅菌效果佳，但對植物同樣造成傷害。

  3. 前言 • 採取無隔膜方式電解可產生次氯酸水 • 次氯酸水為含高濃度次氯酸分子(HOCl)的水，其殺菌效果強於含次氯酸根離子(OCl-)的水(漂白水即次氯酸鈉)，在日本頗受醫界重視。 • 基於其容易製備，且酸鹼度範圍適合於植物栽培，有極大機會可作為灌溉時使用。 • 本研究僅探討次氯酸水的製備，並討論其殺菌效果，栽培時使用次氯酸水的研究尚未見發表，可作為後續研究方向。

  4. 殺菌技術改良-無隔膜電解水 • 次氯酸鈉中的有效游離氯，由於pH的關係幾乎會變成次氯酸根離子(OCl-)，為提高殺菌力不得不使用200 ppm或以上之高濃度 • HOCl及OCl-同為有效游離氯，但HOCl的殺菌力為OCl-的80倍 • 無隔膜電解水之pH值在4.0~6.5間，幾乎100%以殺菌力強的次氯酸分子形態(HOCl)存在，因此無隔膜電解水才能具有50~80 ppm之低濃度但具高殺菌力

  5. pH和游離有效氯的存在比 無隔膜電解水 (呂，2003)

  6. 電解次氯酸水(無隔膜電解水) • 將菌液與電解次氯酸水的比例為1:5及1:10進行殺菌活性比較時，電解次氯酸水水量比例增加時，其殺菌力愈高，作用時間愈長殺菌力亦愈好 • 無論避光或者是照光儲存7~14天，或者是將此水於60℃加熱30分鐘，都可以一樣有其殺菌效果 • 証明對殺死念珠菌、大腸桿菌、鏈球菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌相當有效 （梁，2001)

  7. 本研究測試之菌種 • 胡蘿蔔黑腐病 • 香蕉炭疽病 • 柑橘青黴病

  8. 胡蘿蔔黑腐病 發病時之實體照片 (http://www.vegst.sh.cn/main/ShowArticle.asp?ArticleID=1565)

  9. 香蕉炭疽病 發病時之實體照片 (http://wwwzjou.edu.cn/te/zbjx/QUERY/images/xiangjiao/tangju.htm)

  10. 柑橘青黴病 發病時之實體照片 (http://www.zjou.edu.cn/te/zbjx/QUERY/images/ganju/qingmei.htm)

  11. 研究設備 • 長柱型石墨電極 • 電極規格：長度200 mm及600mm，截面積100 mm2

  12. 電源設備：裝置A與裝置B

  13. 其他儀器與材料 • pH量測計：HANNA - pH/EC/TDS Temperature • ORP量測計：B＆C Electronics – pH/ORP meter • 導電度計： B＆C Electronics – conductivity meter • 電解質：NaCl, KCl, CaCl2．2(H2O)等

  14. 研究方法 • 導電度與鹽類濃度關係之試驗 • 極距與電流大小之關係試驗 • 有隔膜電解之試驗 • 無隔膜電解試驗 • 無隔膜電解水之保存性試驗 • 無隔膜電解水之殺菌效果

  15. 導電度與鹽類濃度關係之試驗 • 使用裝置A與1公升之玻璃容器 • 分別加入NaCl 、KCl及Ca(Cl)2．2(H2O)調成NaCl、KCl及Ca(Cl)2濃度為2~30 ppt( part per thousand ) • 間隔2 ppt量測一次溶液導電度 • 觀察其變化並算出其關係式

  16. 極距與電流大小之關係試驗 由測出之電流推測其關係式

  17. 無隔膜電解試驗 使用裝置A，容量1升，電極長度200 mm，極板距離8 cm 電極沒入溶液中120 mm 利用不同的工作電壓，觀察其pH、ORP、溫度及電流之變化；電解至pH值無法下降為止，測其所需要的時間之變化 改變極距為2cm，分別於6、18及29V下電解NaCl、KCl濃度分別為3、4ppt，觀察縮短極距降低電壓之效果

  18. 無隔膜電解水之保存性試驗 • 以NaCl及KCl為電解質電解過後的弱酸性電解水，分別用保特瓶於避光之環境下保存，將水分為密閉及開放狀態，相隔一天量測pH值及ORP值 • 觀察其變化，進一步驗証是否無隔膜電解水之保存性良好

  19. 無隔膜電解水之殺菌效果 • 利用不同pH值之無隔膜電解水 • 觀察是否能抑制黑腐病菌、炭疽病菌及青黴病菌孢子之發芽 • 此部分實驗由農業試驗所植病系研究人員協助完成

  20. 測試抑制病菌發芽率實驗步驟 • 在斜面試管上培養黑腐病、炭疽病菌及青黴病菌7-10天左右，觀察其產孢情形 • 以移植針刮取少許孢子於無菌水(CK)及各pH值之水中，以震盪器搖盪均勻 • 顯微鏡下觀察，使各處理之孢子懸浮液濃度調整1μl為20個孢子左右 • 各處理取20μl孢子懸浮液(大約300~400個孢子左右)，滴於消毒好之載玻片上，每處理6重覆。炭疽病菌之第二、三次實驗中另加2% CV8-juice混合於各處理中 • 將載玻片置於消毒過的玻璃培養皿內，隔水保濕，於室溫下12~16小時後觀察其發芽情況 • 經12~16小時後，逢機計算100個孢子之發芽率

  21. 導電度與鹽類莫耳濃度之關係 • 實驗得出的數據可導出一公式： • EC = m × C 其中： EC：單位 ( S/m ) m：圖之斜率 C：NaCl、KCl及Ca(Cl)2莫耳濃度 NaCl：EC = 11.815 × C KCl：EC = 9.3376 × C Ca(Cl)2：EC = 18.412 × C

  22. NaCl Ca(Cl)2 KCl

  23. 極距與電流大小之關係試驗

  24. 於NaCl 1ppt下極距與電流大小關係圖

  25. 電流極距與電流大小之關係 • 電流大小與極距呈負相關 • 在相同的極距下，電流與電壓、導電度和極板面積都是成一次方正比 • 電流=常數×電壓×導電度×極板面積×距離函數 • 將常數併入距離函數之後，求出距離函數f(d) I＝V × C × A × f(d) I為水中通過之總電流，安培(A) V為外加電壓，伏特(V) C為導電度，S/cm A為極板總面積，單位為cm2 其中， f(d)＝-4×10-5×ln d＋1×10-4 (以NaCl為電解質， R2值為0.9902) f(d)＝-3×10-5×ln d＋9×10-5 (以KCl為電解質， R2值為0.9702) f(d)＝-2×10-5×ln d＋6×10-5(以Ca(Cl)2為電解質， R2值為0.9728) d為極距，cm

  26. 無隔膜電解水試驗

  27. 無隔膜電解水試驗使用NaCl為電解質 電壓：18, 29, 39, 49, 59 V 濃度：0.5, 1, 2, 3 ppt

  28. 於18V NaCl濃度與pH值之關係

  29. 於29V NaCl濃度與pH值之關係

  30. 於39V NaCl濃度與pH值之關係

  31. 於49V NaCl濃度與pH值之關係

  32. 於59V NaCl濃度與pH值之關係

  33. 無隔膜電解水試驗-使用NaCl為電解質 • 於濃度0.5ppt各電壓下電解，其pH值可達5.5以下，但需要較長的時間，約略40~50分鐘左右，電解時間過長，會使電解水過熱，間接影響其ORP值 • 於濃度3ppt下電解，約15分後，其pH值約停留於6左右，根據之後的殺菌試驗，此pH之水擁有最佳殺菌效果

  34. ORP 變化圖 以18 V電解各濃度之比較 以59 V電解各濃度之比較

  35. 溫度變化圖 以18 V電解各濃度之比較 以59 V電解各濃度之比較

  36. 由於電解時產生熱能，使得水溫上升；電流愈大，水溫的上升愈加快速由於電解時產生熱能，使得水溫上升；電流愈大，水溫的上升愈加快速 • 其電能轉換熱能的公式為E=I*T*V 其中E = 電能(焦耳 J) I = 電流(安培 A) T = 電解時間(秒) 1J = 0.24cal 1cal = 使每1克的水上升一度C

  37. 電流變化圖 以18 V電解各濃度之比較 以59 V電解各濃度之比較

  38. 改變極距及降低電壓之NaCl無隔膜電解 • 改變極距為2cm於NaCl濃度下3ppt進行試驗，分別通以電壓6、18及29V，觀察其結果 • 同時縮短極距及降低電壓一樣可達到電解之效果 • 但因為極距縮短，水中電流及水溫度會提高

  39. 無隔膜電解水之保存性試驗

  40. A組無隔膜電解水密閉及開放隨時間變化之pH值及ORP比較A組無隔膜電解水密閉及開放隨時間變化之pH值及ORP比較 NaCl濃度為0.5 ppt下以49V電壓予以電解35分鐘後所得的水

  41. B組無隔膜電解水密閉及開放隨時間變化之pH值及ORP比較B組無隔膜電解水密閉及開放隨時間變化之pH值及ORP比較 NaCl濃度為1 ppt下以49V電壓予以電解35分鐘後所得的水

  42. C組無隔膜電解水密閉及開放隨時間變化之pH值及ORP比較C組無隔膜電解水密閉及開放隨時間變化之pH值及ORP比較 KCl濃度為0.5 ppt下以49V電壓予以電解35分鐘後所得的水

  43. D組無隔膜電解水密閉及開放隨時間變化之pH值及ORP比較D組無隔膜電解水密閉及開放隨時間變化之pH值及ORP比較 KCl濃度為1 ppt下以49V電壓予以電解35分鐘後所得的水

  44. 無隔膜電解水之保存性試驗 • 由pH值來看，密閉較開放式之pH值上升較緩慢；密閉式之pH值上升至6左右變趨於平緩，而開放式之pH值會上升至7.5左右便停止 • 由ORP值來看，密閉與開放式之ORP變化並沒有顯著的差別；0.5 ppt之NaCl及KCl之ORP值上升至400~500左右便趨緩；1 ppt以上之NaCl及KCl之ORP值上升至800~900左右便趨於緩和

  45. 生成無隔膜電解水製備濃度與工作電壓之探討-pH生成無隔膜電解水製備濃度與工作電壓之探討-pH 低電壓：18 V; 高電壓：59V 低濃度：0.5 ppt; 高濃度：3 ppt

  46. 生成無隔膜電解水製備濃度與工作電壓之探討-ORP生成無隔膜電解水製備濃度與工作電壓之探討-ORP 低電壓：18 V; 高電壓：59 V 低濃度：0.5 ppt; 高濃度：3 ppt

  47. 無隔膜電解水殺菌效果 • 第一批水：pH 6.0, 5.61 之電解水 • 試驗一：(93.11.24)利用第一批水進行試驗，測試是否能抑制黑腐病菌、炭疽病菌孢子之發芽 • 試驗二：(93.12.13)利用存放20天的第一批水進行試驗，測試是否能抑制黑腐病菌、炭疽病菌孢子之發芽

  48. 試驗一與二:不同pH之電解水對黑腐病抑制效果

  49. 試驗一與二:不同pH之電解水對炭疽病抑制效果

  50. 試驗一與二結論 • 無隔膜電解水：對胡蘿蔔黑腐病菌沒有顯著的抑制效果 • 對香蕉炭疽病都有100%抑制效果 • 無隔膜電解水存放20天後對香蕉炭疽病病菌有99%的的抑制效果

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