JP2003334548A - ナノ気泡の生成方法 - Google Patents
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Abstract
る。 【解決手段】 液体中において、(i)該液体の一部を
分解ガス化する工程、(ii)該液体中で超音波を印加す
る工程又は(iii)該液体の一部を分解ガス化する工程
及び超音波を印加する工程からなることを特徴とするナ
ノ気泡の生成方法。
Description
法に関するものである。なお、本明細書で言うナノ気泡
とは、その気泡の直径が1000nm未満のものと定義
される。
その気泡内外で圧力差が生じ、その圧力差は気泡が小さ
くなる程高くなる。例えば、直径が100nm程度の気
泡では10気圧程度の圧力差が気泡内外で生じるため、
その気泡崩壊時には強い圧力波が生じる。そして、この
圧力波は、その力学的作用により、汚れの剥離・洗浄等
の効果や、化学反応における触媒効果等を生じる可能性
がある。これまでには、マイクロオーダーの気泡につい
ての利用はあるものの、ナノオーダーの気泡について安
定的な生成方法についての研究は皆無であり、その安定
的な存在についても未だ確認されていないのが現状であ
る。
の気泡を生成する方法を提供することをその課題とす
る。
解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに
至った。即ち、本発明によれば、液体中において、
(i)該液体の一部を分解ガス化する工程、(ii)該液
体中で超音波を印加する工程又は(iii)該液体の一部
を分解ガス化する工程及び該液体の中で超音波を印加す
る工程からなることを特徴とするナノ気泡の生成方法が
提供される。
は、液体中において、該液体の一部を分解ガス化する工
程がある。この場合の液体の分解ガス化の方法として
は、電気分解法の他、光分解法等があり、その液体に応
じて適宜の方法を用いればよい。また、この場合の液体
には、水や、各種物質が溶解した水溶液の他、有機液体
等がある。前記のようにして液体中でその液体を分解ガ
ス化する場合、その液体中にはナノ気泡が生成される。
液体中の気泡数は、液体1ml中、直径50nmから直
径1000nmの気泡が104個以上の割合である。
で、超音波を印加する工程がある。この場合の超音波に
おいて、その周波数は、約20kHz以上、好ましくは
約28kHz以上である。超音波振動子を固体壁面に接
続し、固体壁面を高周波で振動させることにより、ナノ
気泡を液体中に生成する。この場合のナノ気泡の成分
は、空気、酸素、窒素等がある。本発明では、その気泡
直径が1000nm以下、特に50nmまでのナノ気泡
を、1ml当り、103個以上、ホイド率で10-11以上
のナノ気泡を得ることが出来る。
気分解用電源装置、超音波発振器、超純水製造装置、粒
子カウンターからなるものを用いた。その装置の概略図
を図1に示す。図1において、1は試験室、2は超音波
発振器、3は電気分解用電源装置、4は粒子カウンタ
ー、5は超純水製造装置、6は蒸留水供給管、7は超純
水配管、8は気泡配管を示す。
り、中の様子を観察できるようにガラス窓を側面2面に
備えたステンレス製の矩形管からなる。その縦は40m
m、その横は40mmである。その高さは、定在波が立
つように波の半波長(27mm)の整数倍(270m
m)とした。その矩形管上端には気泡放出口を有するス
テンレス製の天板を配置し、その矩形管の下端には、2
枚の振動子を裏面に取付けたステンレス製の底板を配置
した。電気分解用の陽極は、底板全面に取付け、陰極は
矩形管内に連絡する水素排出用配管内に取付け、発生し
た水素気泡が矩形管内に流入しないようにした。
−28)の規格は表1に示す通りであり、その出力信号
は前記振動板に送られ、この振動板を介して試験室内に
超音波を発生させるようにした。
を流すことが可能なYOKOGAWA−HEWLETT
PACKARD社製の4329A HIGH RESI
STANCE METERを用いた。この電源装置は、
抵抗の大きいものでも予め設定した一定電圧(10V、
25V、50V、100V、250V、500V、10
00V)を印加して電流を出すことができる。
re社製、Milli−Q Synthesisを用い
た。
以上の粒子のカウター用には、リオン社製、KS−16
を用いた。このものの規格を表2に示す。
ター用には、リオン社製、KS−17を用いた。このも
のの規格を表3に示す。
行った。配管6を通して超純水製造装置5に供給された
蒸留水は、試験室1と純粋製造装置5との間を循環させ
るようにした。試験室1内においては、水の電気分解に
より、陽極表面(底板表面)で水の分解により酸素が生
じる。この酸素は、超音波の作用により、気泡となって
水中から放出され、気泡配管8を通って試験室から排出
される。排出された気泡は、先ず、直径100nm以下
(50〜100nm)の粒子をカウントする第1粒子カ
ウターを通り、次いで直径100nm以上の粒子をカウ
ントする第2粒子カウンターを通る。この気泡は、超純
水製造装置内に導入される。
試験部通過後の水中の全有機炭素量(TOC)、超微粒
子数及び気泡数、超音波発振器の出力電流、電気分解用
電源装置の電流をモニターしながら行った。
の結果を表4に示す。 (電気分解条件) (i)電圧:50V (ii)電流:10-9A/cm2 (iii)水中の酸素濃度:γ=2 γは、水中酸素の1気圧の飽和濃度に対する比である。
容器内は、1.1気圧程度である。 (超音波発生条件) (i)周波数:28kHz (ii)強さ:100W
に比べて小さい値にし、かつ、電気分解を生じさせない
条件に設定した以外は同様にして実験を行った。その結
果を表5に示す。 (電気分解条件) 水中の酸素濃度:γ=1.2g/ml
によれば、直径が1000nm以下のナノ気泡を効率よ
く発生させることができる。このようなナノ気泡は、こ
れを固体表面に衝突破壊させて、強い圧力波を生じさせ
ることにより、その固体表面の汚れを除去をし、その固
体表面を清浄化することができる。また、ナノの直径の
気泡ゆえに、水素結合の水素原子が、気体側に局在する
ため、電気分極を生じ殺菌効果を生じることが期待され
る。
す。
Claims (3)
- 【請求項1】 液体中において、(i)該液体の一部を
分解ガス化する工程、(ii)該液体中で超音波を印加す
る工程又は(iii)該液体中で分解ガス化する工程及び
該液体中で超音波を印加する工程からなることを特徴と
するナノ気泡の生成方法。 - 【請求項2】 該液体が水からなり、該液体の分解ガス
化が水の電気分解からなることを特徴とする請求項1に
記載の方法。 - 【請求項3】 該液体が水で、該液体中の50nm以上
1000nm以下の直径の固体微粒子の数が、105個
/ml以下の超純水からなることを特徴とする請求項1
に記載の方法。
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