JP2007167829A

JP2007167829A - 飲用電解水及びその製造方法

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Publication number: JP2007167829A
Application number: JP2005373304A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tanaka; 博田中; Kokichi Hanaoka; 孝吉花岡; Eugene Alexander Edward; ユージーンアレクサンダーエドワード
Original assignee: Innovative Design and Technology Inc; HANAOKA Kokichi
Current assignee: Innovative Design and Technology Inc; HANAOKA Kokichi
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2025-12-26
Also published as: JP4181170B2

Abstract

【課題】高い電解電流で電解して得られるｐＨが中性付近の飲用電解水であって、その製造課程において酸性水を廃棄しない飲用電解水を提供する。
【解決手段】イオン強度が0.05mol/L以下、遊離塩素の濃度が0.5mg/L以下、25℃の飽和NaCl溶液におけるNaClの溶解度積が25(mol/L)²以下、pH6.0〜9.0である飲用電解水。本発明の飲用電解水は、イオン強度0.0005〜0.05mol/L、合計塩素濃度が5mg/L以上の電解原水を流量0.5〜5L/minで無隔膜電解槽に供給し、電解電流1〜20A/Lで連続的に電解した後、得られた電解混合水を遊離塩素除去フィルターに通過させて電解時に生成した次亜塩素酸等の遊離塩素を除去することにより製造する。
【選択図】なし

Description

本発明は、飲用電解水及びその製造方法に関し、詳細には無隔膜電解槽で電解した後、フィルターで混合電解水に含まれる遊離塩素を除去することにより得られる飲用電解水及びその製造方法に関する。

隔膜としてイオン交換樹脂を膜状にした荷電膜やマイクロポーラス構造を有する非荷電膜を介して白金あるいは白金合金等からなる不活性電極を配置した電解槽を用いてアルカリ金属の塩化物の希薄電解質水溶液を電解し、陽極側で電解生成されるｐＨの低い陽極電解水（酸性水）を取出し、これを殺菌や消毒に利用する技術は既に良く知られている。

陽極側で生成される陽極電解水はその中に次亜塩素酸を含む遊離塩素が生成されていることから、次亜塩素酸の強力な酸化作用と塩素化作用を利用し、殺菌や消毒に利用されるもので、この様な利用方法は医療機関等で普及している。また酸性水中に微量に含まれるオゾンや溶存酸素は肉芽生成促進作用を有することから、外科治療の補助としての利用も研究されている。

陰極側で生成される陰極電解水（アルカリ水）は、希薄電解質溶液の代りに水道水を用いてこれを電解することにより得られ、従来飲用等に利用されている。

水道水などの塩素を含む原水の電解においては、陽極側で強酸化剤の次亜塩素酸が生成する。そのため、アルカリ水を飲用とする場合には、隔膜を備えた電解槽でアルカリ水と酸性水が混合しないように電解を行い、アルカリ水だけが取り出されて利用されている（特許文献１〜３参照）。

隔膜を備えた電解槽では酸性水とアルカリ水が別々に生成し、陽極側で生成する酸性水は酸性を、陰極側で生成するアルカリ水はアルカリ性を示す。そのため、アルカリ水を飲用の目的で利用する場合には、電解時の電解電流を低く調整してｐＨの上昇を抑制したり、電解原水のｐＨを予め酸性に調整しておくことなどが行われている（特許文献４参照）。飲用に供するアルカリ水を飲用に適したｐＨにすることは、飲用電解水の製造において極めて重要である。

電解時に電解原水に印加する電解エネルギーが高いほどアルカリ水の効果も高くなると期待されるが、アルカリ水のｐＨが高くなり飲用に適さないものとなる。

図２は、電解前後の希薄電解質水溶液にNaClを溶解させたときの溶液のイオン強度Ｉとイオン積ｐＫ_wの関係を示すグラフである。

ここで、ａは純水、ｂは２mMのNaCl溶液を１A/Lで60秒電解して得られるアルカリ水、ｃは２mMのNaCl溶液を60秒電解したアルカリ水と酸性水との混合電解水のイオン強度とｐＫ_wの関係を示す曲線である。

溶液のイオン強度は、下記式により定義される。

但し、Ｃ_iはイオン種ｉのモル濃度、ｚ_iはイオン種ｉの電荷数である。

また、溶液の水のイオン積（ｐＫ_w）は、水の解離定数Ｋ_wから、下式により求められる。

ｐＫ_w＝−ｌｏｇ〔Ｈ⁺〕〔ＯＨ^-〕
図２から明らかなように、いずれの溶液についてもイオン積ｐＫ_wはイオン強度0.4mol/L付近で最小値を示す。イオン強度が0.4mol/Lを超えると、ｐＫ_wの値はイオン強度が増加するに従って増加する。

電解前後のイオン積を比較すると、電解後の電解質水溶液の方が全領域においてイオン積の値が低くなっている。即ち、水の解離が増加している。また、電解電流が大きくなるほどイオン積の値は低くなる。

図１中、Ａ、Ｂ、Ｃは各溶液の飽和点を示す。電解質水溶液の飽和点を比較すると、電解時の電解電流が大きくなるほど低いイオン強度で飽和点に到達することが知られている。電解質水溶液の飽和点での陽イオンの濃度と陰イオンの濃度の積は、特に溶解度積（ｐＫ_sp）として定義される。

なお、イオン積ｐＫ_wは、電解質水溶液のイオン強度から、デバイ−ヒュッケル（Debye-Huckel）の式や、デービス（Davies）の式を用いて算出することができる。これらの式を用いて算出したイオン積は、実測値とよく一致することが知られている。

一例として、Daviesの式を用いて電解質水溶液のイオン積を算出する場合について説明する。Daviesの式は、下記式で表される。

但し、γ_zは電荷数ｚを有するイオン種の活量係数、Ａは1.825×10⁶（εＴ）^-3/2で表される定数（εは溶媒の誘電率、Ｔは絶対温度）、ｚはイオン種の電荷数、Ｉはイオン強度を示す。

水の解離定数Ｋ_wは、イオン強度０における水の解離定数Ｋ⁰ _wと、水の活量ａ_H2O及び活量係数γ_zを用いた下記式で表される。

Ｋ_w＝Ｋ⁰ _wａ_H2O／γ_z＝Ｋ⁰ _w／γ_z
なお、ａ_H2Oは１に近似され、２５℃における水のイオン積Ｋ⁰ _wは10^-14であるので、２５℃における電解質水溶液のイオン積は、
Ｋ_w＝10^-14／γ_z
２５℃において、飽和ＮａＣｌ水溶液（図２における飽和点Ａ）の濃度は6.194mol/Lであるので、Ｉ＝Ｃ＝6.194mol/LをDaviesの式にあてはめると、
γ_z＝3.837
従って、イオン積ｐＫ_wの値は１４．５８４と算出できる。
特開２００２−１８４３９号公報（図１）特開２０００−３３３７７号公報（図１、２）特開平１１−１６９８５６号公報（請求項１）特開２０００−７９３９１号公報（請求項１）

このように、水道水などの塩素イオンを含有する電解原水を電解して飲用の電解水を製造する場合には、陽極で発生する次亜塩素酸を含む遊離塩素の混入を防ぐため、隔膜を備えた電解槽で電解して得られたアルカリ水のみが取り出されて利用され、遊離塩素を含む酸性水については廃棄されている。また、得られるアルカリ水のｐＨを中性付近に保つため、電解は通常所定範囲内の電解電流値で行なわれている。

本発明の目的は、従来飲用のアルカリ水にはｐＨ調整なしでは使用できなかったような高い電解電流で電解し、その製造課程において酸性水を廃棄する必要のない、解離度が高く、従って低濃度（イオン強度0.4mol/L以下）で特に溶質の溶解度を高めることのできる電解水を提供することにある。

本発明者は、無隔膜電解槽を使用して塩素を含む電解原水を電解した後、酸性水とアルカリ水とを分離することなく活性炭等で形成されたフィルターに流通させて遊離塩素を除去することにより、電解電流を従来より高く設定してもｐＨが中性付近に保たれ、酸性水を廃棄する必要のない飲用電解水が得られることを見出し本発明を完成するに到った。

上記目的を達成する本発明は、以下に記載するものである。

〔１〕イオン強度が0.05mol/L以下、遊離塩素の濃度が0.5mg/L以下、25℃の飽和塩化ナトリウム溶液における塩化ナトリウムの溶解度積が25(mol/L)²以下、pH6.0〜9.0である飲用電解水。

〔２〕イオン強度が0.0005〜0.05mol/L、合計塩素濃度が5mg/L以上の電解原水を流量0.5〜5L/minで無隔膜電解槽に供給し、電解電流1〜20A/Lで連続的に電解した後、得られた電解混合水を遊離塩素除去フィルターに流通させることにより電解時に生成した遊離塩素を除去する〔１〕に記載の飲用電解水の製造方法。

本発明の飲用電解水は、無隔膜電解槽で電解原水を電解した後、陽極側に生成した遊離塩素をフィルターにより吸着除去して得られる混合電解水である。酸性水とアルカリ水を混合して利用するため、得られる電解水のｐＨが中性で、従来の製造方法に比較して高い電解電流で電解することが可能である。更に、従来廃棄されていた酸性水を廃棄する必要がないため、電解原水を無駄なく使用できる。この電解水は、飲用に適した、解離度が高く、低濃度（イオン強度0.4mol/L以下）で溶質の溶解度を高めることのできる電解水で、特にイオン強度が0.05mol/L以下の難溶性化合物の溶解に適している。

本発明の電解水の製造方法においては、0.05mol/L以下のイオン強度の電解原水を電解しているので、電解により発生するOCl^-の発生量が少ない。このため、流路後段に配設したフィルターの消耗が少なく、長期間の使用に耐える。これに対し、高いイオン強度の原水を電解する場合はOCl^-の発生が多く、フィルターは短期間で消耗する。

本発明の飲用電解水は、以下の条件（ａ）〜（ｄ）を満たす混合電解水である。
（ａ）イオン強度が0.05mol/L以下
（ｂ）遊離塩素の濃度が0.5mg/L以下
（ｃ）25℃の飽和塩化ナトリウム溶液における塩化ナトリウムの溶解度積が25(mol/L)²以下
（ｄ）ｐＨ6.0〜9.0

本発明の飲用電解水のイオン強度は、水溶性無機電解質の合計で0.05mol/L以下とする。好ましいイオン強度の値は、0.01mol/L以下である。

本発明の飲用電解水は、酸性水とアルカリ水を混合して利用することにより、酸や塩基を使用してｐＨの調整を行うことなくｐＨが6.0〜9.0の範囲内に保たれるものである。

更に、本発明の飲用電解水は、25℃の飽和塩化ナトリウム溶液における塩化ナトリウムの溶解度積を25(mol/L)²以下、好ましくは16(mol/L)²以下とする。この溶解度積の値は、電解電流1A/L以上で電解を行った場合にのみ達成される値である。

上述したように、電解水に塩化ナトリウム等の強電解質を溶解させ飽和溶液を調製した場合には、その飽和溶液の溶解度積及びイオン強度は、電解時の電解電流により異なった値を示す。従って、一定温度下で電解水に塩化ナトリウム等を溶解させて飽和溶液を調整し、その溶解度積又はイオン強度の値を測定することにより電解の程度、従って電解水の解離の程度を推測することが可能である。

水道水を電解して得られる電解水の残留塩素には遊離塩素と結合塩素があるが、本発明においては遊離塩素はHOCl、OCl^-を示す。結合塩素であるクロラミンは、遊離塩素には含まない。

以下、本発明の飲用電解水の製造方法につき図１を用いて説明する。

図１は、本発明の飲用電解水の製造に使用する製造装置の一例を示す概略斜視図である。

図１中、１は電解水製造装置で、電解原水は流量センサー３を介装した電解原水供給管５を通って連続流通型無隔膜電解槽７に送られる。

無隔膜電解槽７に供給される電解原水の流量は0.5〜５L/min程度とするが、好ましくは２〜４L/minである。

電解原水には、通常水道水や電解質として塩化ナトリウムが添加された水が使用され、Cl^-、HCl、OCl^-、HOCl等の形態で塩素が含まれる。電解により遊離塩素の生成が問題となるのは、合計塩素濃度が5mg/L以上、特に20mg/L以上、とりわけ50mg/L以上の電解原水を電解する場合である。遊離塩素濃度が0.5mg/L以下の混合電解水を得るため、電解原水の合計塩素濃度は200mg/L以下とすることが好ましく、100mg/L以下とすることがより好ましい。

電解原水の水溶性無機塩等のイオン強度は、各水溶性無機電解質の合計で0.0005mol/L以上0.05mol/L以下とする。電解原水のイオン強度は、0.01mol/L以下であることが好ましく、特に0.005mol/L以下であることが望ましい。

無隔膜電解槽７は、その内部に互いに対向する少なくとも一対の電極を有している。前記電極は所定間隔離間されて配設され、各電極間の間隔は0.5〜10mm、好ましくは1〜5mmである。

前記電極は電気化学的に不活性な金属材料で形成されている。電極材料としては、白金、白金合金等が好ましい。

図１中、破線で示される９は電解電源で、そのプラス端子及びマイナス端子と、前記電極とはそれぞれ不図示の配線により接続されている。電解電源９に供給される電圧は、電解電源９に接続されたトランス１１により変圧された後直流に変えられる。電解電源９と流量計３は、不図示の制御部と接続され、流量計３で計測した電解原水の流量に応じて電解電源９から前記電極に供給される電力が制御される。

前記電解原水供給管５を通って無隔膜電解槽７に送られる電解質水溶液は、無隔膜電解槽７内で電気分解される。

使用する電解電流は、１〜２０A/Lとするが、１〜１０A/Lが好ましく、特に２〜６A/Lが好ましい。電解電流が１A/L未満の場合は、電解水中の溶存酸素量及び溶存水素量を電解原水よりも高くすることができない。２０A/Lを超えると、電極材料の消耗が著しくなり、長期間の使用に耐え難くなる。

上記のようにして電気分解することにより、電解槽７内で電解中に生成する陽極側電解水と陰極側電解水とは自然に混合にされる。両電解水が混合した混合電解水は、混合電解水取出し管１３を通って吸着槽１５内に送られる。吸着槽１５内には円筒状に形成された遊離塩素除去フィルター１７が配設され、混合電解水が円筒状フィルター１７の外周面から内周面へ向かって移動するうちに、混合電解水に含まれる次亜塩素酸等の遊離塩素がフィルター１７に吸着除去される。

フィルター１７には、遊離塩素を除去できる公知の材料を使用でき、例えば、活性炭、活性炭素繊維、ゼオライト等を挙げることができる。

フィルター１７を通過した混合電解水は、吸着槽１７の上部に取り付けられているタブレット添加塔１９、電解水供給管２１を通って外部に供給される。

タブレット添加塔１９には所望により、アスコルビン酸、カテキン等を含む錠剤等を投入しておき、これらの成分を電解水に溶出させることができる。

なお、上記説明においては、電解槽７内に配設する電極は少なくとも一対としたが、２以上の電極対を電解槽に配備し、電解効率を高めることが望ましい。

また、上記各電極に印加する電力の極性は所定時間間隔で互いに切り換えてもよい。印加する電力の極性を所定時間毎に切り換えることにより、陰極側電解水と陽極側電解水とが少なくとも１対の電極において交互に生成されるので、陽極側電解水と陰極側電解水とが効率よく混合される。極性の切替え時間間隔は、３〜１０回／hrが好ましく、４〜６回／hrがより好ましい。電力の極性を切替えることにより電極にスケールが付着することを有効に防止する。

上記説明においては、陽極側電解水と陰極側電解水とを混合した混合電解水を無隔膜電解槽から取り出した後フィルターに流通させたが、これに限られず、隔膜を備えた電解槽で電解して陽極側電解水と陰極側電解水とを別々に取り出して陽極側電解水のみフィルターに流通させ、その後混合しても良い。

電解装置の電解槽は特に制限が無く、電解槽の大きさ、電解槽中に隔膜の有無等に関係なく何れの形式のものでも利用できる。

実施例１
図１に示す電解水製造装置を用いて水道水を電解し、混合電解水を製造した。但し、電解槽の内部空間は５ｃｍ×９ｃｍ×０．５ｃｍの直方体であり、電解槽内に５０ｍｍ×９０ｍｍの板状に形成した電極５枚を１．０ｍｍ間隔に挿入して陽極と陰極を交互に配備した。この電解槽に水道水（合計塩素濃度15mg/L）を４Ｌ／ｍｉｎの流量で供給し、電解電流３．５Ａ／Ｌで電解し電解水を得た。フィルター１７には活性炭を使用した。

水道水と得られた混合電解水のｐＨ、イオン強度、遊離塩素の濃度と、これらを用いて25℃の飽和NaCl溶液を調製したときの飽和NaCl溶液のイオン強度及び飽和NaCl溶液におけるNaClの溶解度積の値を表１に示す。

実施例２
精製水に2mMのNaClを溶解した電解原水（合計塩素濃度71mg/L）を使用した以外は実施例１と同様にして混合電解水を製造した。

電解原水と得られた混合電解水のｐＨ、イオン強度、遊離塩素の濃度と、これらを用いて25℃の飽和NaCl溶液を調製したときの飽和NaCl溶液のイオン強度及び飽和NaCl溶液におけるNaClの溶解度積の値を表２に示す。

本発明の飲用電解水の製造に使用する製造装置の一例を示す概略斜視図である。希薄電解質水溶液に塩化ナトリウムを溶解させたときのイオン強度とイオン積の関係を示すグラフである。

符号の説明

１電解水製造装置
３流量センサー
５電解原水供給管
７無隔膜電解槽
９電解電源
１１トランス
１３電解水取出し管
１５吸着塔
１７遊離塩素除去フィルター
１９タブレット添加塔
２１電解水供給管

Claims

イオン強度が0.05mol/L以下、遊離塩素の濃度が0.5mg/L以下、25℃の飽和塩化ナトリウム溶液における塩化ナトリウムの溶解度積が25(mol/L)²以下、pH6.0〜9.0である飲用電解水。
イオン強度が0.0005〜0.05mol/L、合計塩素濃度が5mg/L以上の電解原水を流量0.5〜5L/minで無隔膜電解槽に供給し、電解電流1〜20A/Lで連続的に電解した後、得られた電解混合水を遊離塩素除去フィルターに流通させることにより電解時に生成した遊離塩素を除去する請求項１に記載の飲用電解水の製造方法。