JP2007275089A - 長期持続型オゾン水、長期持続型オゾン水を利用した環境殺菌・脱臭浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、オゾンを含有する長期持続型オゾン水および長期持続型オゾン水が有するウイルス不活性効果、洗浄効果および浸透効果を利用して、殺菌、浄化する方法に関する。
【解決手段】水溶液中にオゾンガスが直径２００ｎｍ以下のオゾンナノバブルとして存在し、前記オゾンの濃度が、０．１〜５ｍｇ／Ｌであることを特徴とする長期持続型オゾン水を噴霧等することにより、環境（大気）中に存在するウイルス等の有害微生物を殺菌・不活性化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、オゾンを含有する長期持続型オゾン水および長期持続型オゾン水が有するウイルス不活性効果、洗浄効果および浸透効果を利用して、殺菌、脱臭、浄化する方法に関する。

近年、新種のウイルスや強毒性の鳥インフルエンザ等の感染症の蔓延が懸念されている。このような感染症対策には環境殺菌浄化、すなわち、殺菌を行ったり、ウイルス等を不活性化したりする必要がある。従来から行われている加熱殺菌や紫外線殺菌を使用するには、開放環境下では限界があり、環境殺菌浄化を行うには、殺菌能力が敏速で高く、様々な感染症に効果を発揮できる物質を使用する必要がある。また、人や家禽類が存在する空間に直接散布することも考えられるため、人体等に対して無害でなくてはならない。このような環境殺菌・脱臭浄化方法の確立が渇望されている。
特開２０００−１２１１１０号公報 特開２００５−３０５１００号公報

従来より、オゾンガスは殺菌能力が敏速で極めて高く、非常に広い殺菌スペクトルを持ち、また耐性菌を作らないことから、環境殺菌浄化に使用することが試みられてきた。しかし、オゾンガスは気体であるため開放環境下では利用できず、閉鎖環境下であっても、対象となる空間全てを相応のオゾン濃度にする必要があるという問題があった。また、オゾンガスは気体であるため、呼吸により人体の肺胞に取り込まれ、人体に重大な影響を及ぼすという問題もあった。

一方、オゾンを水溶液中でバブリングして作ったオゾン水は噴霧等で散布が可能なため、基本的にこれらの欠点がない。しかし、通常のオゾン水はオゾンの保有力が極めて弱く、清浄な容器に静置した条件でも１０分程度で消滅してしまい、大掛かりな装置が必要であるという問題があった。

オゾンガスを利用している従来技術として、例えば、特許文献１では、オゾンガスの殺菌能力を利用した空気清浄装置を提案している。

しかし、対象空気の一部を空気清浄装置内に循環させて、その過程でオゾンガスの酸化力を利用して殺菌するものであり、環境空気全体や汚染が最も激しい器具等の表面を短時間で殺菌することができないという問題があった。

また、液状の殺菌剤を使用して環境殺菌浄化する方法があるが、人体に対して有害であり、化学物質として長く残存するため耐性菌が発生する可能性があり、環境を汚染するといった問題があった。

液状の殺菌剤を使用している従来技術として、例えば、特許文献２では、次亜塩素酸電解水を噴霧する空気調和機および電解水噴霧装置を提案している。

しかし、次亜塩素酸のような殺菌剤は、生体内での残存性が強く、人体等が存在する空間への噴霧は危険性が高いという問題があった。

また、アルコール類を噴霧する殺菌浄化法も従来技術として知られているが、強い異臭を生じる等の問題があるため最後に換気を行う必要があり、換気時に環境が再度汚染される可能性があるという問題があった。

本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたものであり、本発明は、殺菌能力が高く、非常に広い殺菌スペクトルを有するオゾンを使用した長期持続型オゾン水を提供し、この長期持続型オゾン水を利用した環境殺菌・脱臭浄化方法を提供することを目的とする。

本発明は、殺菌能力が高く、非常に広い殺菌スペクトルを有するオゾンガスをオゾンナノバブルとして溶解させた長期持続型オゾン水を提供することを目的とし、本発明の上記目的は、水溶液中にオゾンガスが直径２００ｎｍ以下のオゾンナノバブルとして存在し、オゾンガスの濃度が、０．１〜５ｍｇ／Ｌであることによって、或いはオゾンナノバブルの周囲に圧壊とオゾンとの相互作用で生じた過酸化状態のイオン類が濃縮して存在することによって効果的に達成される。

また、本発明は、上述した長期持続型オゾン水を利用した環境殺菌・脱臭浄化方法を提供することを目的とし、本発明の上記目的は、長期持続型オゾン水を霧状にして大気中に放出することによって、或いは長期持続型オゾン水をシャワー状にして大気中に放出することによって、或いは長期持続型オゾン水を媒体を介して大気中に放出することによって、或いは媒体は、流水もしくはスポンジであることによって、より効果的に達成される。

本発明の長期持続型オゾン水によれば、オゾンガスを直径が２００ｎｍ以下のオゾンナノバブルとして存在させ、濃度が０．１〜５ｍｇ／Ｌとすることにより、酸化能力を持ったイオン類がオゾンナノバブルを殻として取り巻き、イオン類がオゾンとの相互保持効果を発揮するようになり、オゾンが消滅することなく水溶液中に長期間オゾンを含有させることができるようになった。

また、本発明の長期持続型オゾン水を利用した環境殺菌・脱臭浄化方法によれば、長期持続型オゾン水は、バクテリア類に対する殺菌効果、ウイルス類に対する不活化効果、洗浄効果や浸透効果を持っており、例えば、医療現場、畜産設備、食品加工現場および公共設備等の空間（大気）中に存在するバクテリアやウイルス等の有害微生物または有害物質を殺菌・不活化することができ、環境殺菌浄化をすることができるようになった。これにより、オープンスペース等において感染症等の予防や拡大防止にも利用することができるようになった。また、オゾンは酸素に変換されるため、好気的な環境に変化させるため、本発明の長期持続型オゾン水を利用した環境殺菌・脱臭浄化方法を実施後においても有害微生物の発生を抑制することができるようになった。

本発明の長期持続型オゾン水は、オゾンを直径が２００ｎｍ以下のオゾンナノバブルとして存在させ、かつ、オゾン濃度が０．１〜５ｍｇ／Ｌとしたことを特徴とする。また、水中に微量に存在するイオン類をオゾンナノバブル周囲に濃縮させるとともに、オゾンナノバブルの圧壊とオゾンとの相互作用によりイオン類を過酸化状態にして安定化させている。このようなオゾンと過酸化状態のイオン類との相互保持効果により、遮光条件下で６月経過しても、７０％以上のオゾンを含有させることができるようになった。以下、本発明の長期持続型オゾン水および長期持続型オゾン水を利用した環境殺菌・脱臭浄化方法について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

長期持続型オゾン水は、オゾンを直径２００ｎｍ以下の微小気泡（以下、オゾンナノバブルと呼ぶ。）として存在させることにより、長期間水溶液中にオゾンガスを保存させることができる。直径が２００ｎｍ以下の微小気泡とすると、通常の気泡に比べて上昇速度が緩慢であり、気体（オゾン）の溶解能力（自然溶解）が優れていることが知られている。すなわち、通常の気泡が水溶液中で発生した場合、液面方向へ上昇し、液面で気泡が破裂するのに対し、オゾンナノバブルは、通常の気泡よりもゆっくりとした速度で上昇し、さらに溶解能力が優れていることから、徐々に気泡の気泡径が縮小し、やがて消滅する。したがって、水溶液中において長期にオゾンナノバブルが存在することとなる。

オゾンナノバブルは、オゾンガスを直径が５０μｍ以下のマイクロバブルとして水溶液中に発生させた後に、マイクロバブルを急激に縮小（圧壊）させることで生成することができる。すなわち、長期持続型オゾン水は、オゾンガスを含むマイクロバブルを圧壊させることにより、水溶液中で長期にわたって安定化させることができる。なお、マイクロバブルは、流体力学的な作用で作り出すことができる。また、マイクロバブルの圧壊には、衝撃波等の物理的刺激を利用することができる。

オゾンナノバブルとして長期に安定化させるためには、水溶液中に含まれるナトリウム等の電解質イオンが必要である。ただし、電解質イオンは溶液全体に一様に存在するのではなく、マイクロバブルが圧壊する過程において気泡周囲に強力に濃縮していることが特徴である。また、電解質イオンの一部はオゾンナノバブルの圧壊とオゾンとの相互作用により過酸化状態になっていることが特徴である。図１は、オゾンナノバブルが水溶液中に安定に存在しているメカニズムを表した図である。オゾンナノバブルを取り巻くイオン類としては、水中に含まれている電解質イオンの他、オゾンナノバブルの圧壊とオゾンとの相互作用で生じた過酸化状態のイオン類も含まれている。

オゾンナノバブルの周りの電解質イオンが、ソルティングアウト現象により気泡内部のガスの溶解を抑制する。また圧壊の過程で気泡周囲に濃縮した電解質イオン類が、オゾンナノバブルの圧壊とオゾンの相互作用を受けて過酸化状態になり、またこの過酸化状態のイオン類が気泡内部のオゾンと相互保持効果を示すことにより、オゾンナノバブルとして長期に持続することが可能である。通常のオゾン水におけるオゾンの持続時間が数十分程度であるのに対して、６月を経過した段階でも７０％以上のオゾンナノバブルを保有することができる。なお、ソルティングアウト現象とは、電解質イオン濃度の上昇によりガスに対する水の溶解度が低下する現象であり、電解質としては、ＮａＣｌ等の一般的な塩類が利用できる。

また、水溶液中のオゾン濃度が０．１〜５ｍｇ／Ｌとなるようにオゾンナノバブルとして水溶液中に存在させることが好ましい。このような濃度にすることにより、安全で効果的な殺菌、脱臭方法として利用することが出来る。オゾン濃度が０．１ｍｇ／Ｌ未満であってもオゾンナノバブルを水溶液中に長期間存在させることができるが、後述する本発明の環境殺菌・脱臭浄化方法において、十分な殺菌効果や不活化効果を発揮させることができない。一方、オゾン濃度が５ｍｇ／Ｌを超えると、オゾンの影響が強くなりすぎて環境中の物質を劣化させるとともに人体や動植物に悪影響を及ぼす危険性が出てくる。

次に、本発明の長期持続型オゾン水を利用した環境殺菌・脱臭浄化方法について説明する。

本発明者等の鋭意研究の成果により、長期持続型オゾン水は、遮光条件での保存により半年後でも７０％以上のオゾンを保有していることがわかった。このため、従来の水溶液中でバブリングしたオゾン水に比べて長期間保有が可能である。

また、本発明者等の鋭意研究の成果により、オゾンナノバブルは、浮遊中にもしくは固体表面等との接触後に、バクテリアやウイルス等の有害微生物または有害物質等と遭遇して分解される。また、その分解過程で、ヒドロキシルラジカル（水酸基ラジカル）等のフリーラジカル種（活性種）を発生させるため、有害微生物等を殺菌、不活化することがわかった。このため、本発明の長期持続型オゾン水を殺菌等したい空間に噴霧（散布）することにより、人体に無害で有害微生物を効率的に殺菌、浄化することができるようになった。

本発明の長期持続型オゾン水を噴霧する空間は、例えば、殺菌が必要な医療現場、食品加工現場、調理場、病原菌や鳥インフルエンザ等が蔓延する可能性がある畜産設備、様々な人が行きかう公共設備等があげられ、その空間に本発明の長期持続型オゾン水を噴霧することにより、予め存在していた有害微生物等を殺菌、不活化でき、有害微生物等が存在していない場合でも、オゾンナノバブルが長期間存在するため、有害微生物等の増殖・繁殖を抑えることができる。

本発明の長期持続型オゾン水では、水溶液中で安定的に存在でき、振動等の単純な物理的刺激で分離することがないため、長期持続型オゾン水を大気中に放出する際、例えば、霧状にしたりシャワー状にしたりして噴霧した後においても十分なオゾンを水滴中に保っている。このため、開放空間においても利用することができる。また、長期間水溶液中にオゾンが存在しているため、大掛かりなオゾン発生装置は不要である。

水滴中のオゾンナノバブルも、浮遊中もしくは固体表面等との接触後に、バクテリアやウイルス等の有害微生物や有害物質等と遭遇して分解される。また、その分解過程で、ヒドロキシルラジカル（水酸基ラジカル）等のフリーラジカル種（活性種）を発生させるため、有害微生物等を殺菌、不活化する。オゾンナノバブルは、有害微生物等の表面に接触し、殺菌するため、本発明の長期持続型オゾン水の使用する分量は少なくよい。オゾンナノバブル中のオゾンガス自体は酸素に変換されるとともに、発生した活性種は極めて短命であるため、皮膚等で表面がガードされた人や鳥、家畜等の生物が悪影響を被ることは無い。また、酸素が発生するため、本発明の長期持続型オゾン水が噴霧された環境は、好気的になり、本発明の方法を実施した後において、有害微生物等が発生することはない。

さらに、万が一にオゾンを含む微粒水滴が呼吸器系に取り込まれても、気管から肺に至るまでの乱流過程および層流下での沈降により壁面に付着除去されるため肺胞に至ることはない。なお、本発明の長期持続型オゾン水を利用した環境殺菌・脱臭浄化方法は、殺菌や浄化したい環境に長期持続型オゾン水を噴霧する以外に、例えば、流水やスポンジ等からなる媒体を介して空間（大気）中に放出するようにしてもよく、大気中に放出する手法は特に限定されるものではなく、本発明の長期持続型オゾン水は、開放空間でも使用することができる。

以下、本発明の長期持続型オゾン水、長期持続型オゾン水を利用した環境殺菌・脱臭浄化方法について、実施例を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

製造時におけるオゾン濃度が１．５ｍｇ／Ｌである本発明の長期持続型オゾン水をガラス瓶に入れて蓋をして遮光条件下において保存をした。６月後にオゾン水のオゾン濃度をインジゴ法で測定したところ１．１ｍｇ／Ｌであり、７０％以上のオゾンを保有しており、殺菌等を行う上で十分な量のオゾンを含んでいることが確認された。

比較例として、オゾン気泡のバブリングにより得られたオゾン水の濃度変化を調べたところ、生成直後の値として１．５ｍｇ／Ｌであったが、２時間後には０．１ｍｇ／Ｌ以下の値に減少していた。このオゾン水において濃度減少の程度はオゾンを水中に供給する手法をバブリンブ以外に変えても大きな変化は認められなかった。

長期持続型オゾン水を噴霧（霧化）した際にともなうオゾン濃度の減少を測定した。使用した霧化装置（噴霧装置）はシンユー技研社製スーパースタティクミキサーであり、２気圧の加圧空気と長期持続型オゾン水を高速混合させて、粒径が１０ミクロン以下の微細水滴として空中に放出したものをビーカに採取し、インジゴ法によりオゾン濃度を計測した。利用した長期持続型オゾン水は製造から６ヶ月経過（常温、遮光保存）しており、製造時のオゾン濃度が１．５ｍｇ／Ｌであったものが、１．１６ｍｇ／Ｌであった。これを霧化したものを採取して測定したところ、０．９３ｍｇ／Ｌであった。減少率は約２割であり、８０％のオゾンが残存していることを示している。

長期持続型オゾン水の殺菌効果を調べるため、スリムねぎを利用して殺菌試験を行った。実験では水道水によりすすいだスリムねぎを、次亜塩素酸ナトリウムによる従来法と、長期持続型オゾン水による方法で比較した。その結果、従来法では一般細菌は１３２５０個／ｇであり、耐熱性細菌であるセレウス菌属は１０００個／ｇであった。一方、長期持続型オゾン水による１０分間の洗浄では、一般細菌は９９０個／ｇであり、セレウス属菌は検知可能個数以下であった。

従来法の次亜塩素酸ナトリウムを使用する殺菌方法等ではウイルスの不活化が困難である。ウイルスによる健康被害は、鳥インフルエンザウイルスやノロウイルスを始めとして著しい脅威となりつつある。そこで長期持続型オゾン水の効果について調べてみた。実験では、培養法の確立しているネコカリシウイルスを対象として、これをカキに捕食させ、このカキを長期持続型オゾン水中で６時間蓄養した後の体内のネコカリシウイルスの５０％感染価を調べることで実施した。その結果、９９％以上の不活化を確認した。

噴霧による長期持続型オゾン水の脱臭効果を調べるため、１０畳程度の広さを持つ閉鎖空間において超音波方式による霧化機により長期持続型オゾン水を空中散布した。空間は長年の喫煙によりタバコ臭が強い状況であった。噴霧は２０分間であり、終了後に１０名以上の人員がタバコ臭の有無について確認したところ、誰一人としてタバコ臭の残存を認めることなく、全ての人員が極めて清浄な環境であることを実感した。

オゾンナノバブルが水溶液中に安定に存在しているメカニズムを表した図である。オゾンナノバブルを取り巻くイオン類としては、電解質イオンの他、圧壊とオゾンとの相互作用で生じた過酸化状態のイオン類も含まれている。

本発明の長期持続型オゾン水によれば、オゾンガスを直径が２００ｎｍ以下のオゾンナノバブルとして存在させ、濃度が０．１〜５ｍｇ／Ｌとすることにより、電解質イオン類がオゾンナノバブルを殻として取り巻き、イオン類がオゾンとの相互保持効果を発揮するようになり、オゾンが消滅することなく水溶液中に長期間オゾンを含有させることができるようになった。

本発明の長期持続型オゾン水は、オゾンを直径が２００ｎｍ以下のオゾンナノバブルとして存在させ、かつ、オゾン濃度が０．１〜５ｍｇ／Ｌであり、電解質を添加することにより、前記オゾンナノバブルの周囲に電解質イオンを濃縮させ、安定化させたことを特徴とする。また、水中に微量に存在するイオン類をオゾンナノバブル周囲に濃縮させるとともに、オゾンナノバブルの圧壊とオゾンとの相互作用によりイオン類を過酸化状態にして安定化させている。このようなオゾンナノバブルの圧壊現象とオゾンとの相互作用で生じた過酸化状態のイオン類との相互保持効果により、遮光条件下で６月経過しても、７０％以上のオゾンを含有させることができるようになった。以下、本発明の長期持続型オゾン水および長期持続型オゾン水を利用した環境殺菌・脱臭浄化方法について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

比較例として、オゾン気泡のバブリングにより得られたオゾン水の濃度変化を調べたところ、生成直後の値として１．５ｍｇ／Ｌであったが、２時間後には０．１ｍｇ／Ｌ以下の値に減少していた。このオゾン水において濃度減少の程度はオゾンを水中に供給する手法をバブリング以外に変えても大きな変化は認められなかった。

オゾンナノバブルが水溶液中に安定に存在しているメカニズムを表した図である。オゾンナノバブルを取り巻くイオン類としては、電解質イオンの他、前記オゾンナノバブルの圧壊現象とオゾンとの相互作用で生じた過酸化状態のイオン類も含まれている。

本発明の長期持続型オゾン水は、オゾンを直径が２００ｎｍ以下のオゾンナノバブルとして存在させ、かつ、オゾン濃度が０．１〜５ｍｇ／Ｌであり、前記水中に電解質を添加することにより、前記オゾンナノバブルの周囲に電解質イオンを濃縮させ、前記オゾンナノバブルを安定化させたことを特徴とする。また、水中に微量に存在するイオン類をオゾンナノバブル周囲に濃縮させるとともに、オゾンナノバブルの圧壊とオゾンとの相互作用によりイオン類を過酸化状態にして安定化させている。このようなオゾンと過酸化状態のイオン類との相互保持効果により、遮光条件下で６月経過しても、７０％以上のオゾンを含有させることができるようになった。以下、本発明の長期持続型オゾン水および長期持続型オゾン水を利用した環境殺菌・脱臭浄化方法について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

オゾンナノバブルが水溶液中に安定に存在しているメカニズムを表した図である。オゾンナノバブルを取り巻くイオン類としては、電解質イオンの他、前記電解質イオンが過酸化状態であるイオン類も含まれている。

Claims (7)

1. 水中にオゾンが直径２００ｎｍ以下のオゾンナノバブルとして存在し、前記オゾンの溶解濃度が、０．１〜５ｍｇ／Ｌであることを特徴とする長期持続型オゾン水。
2. 前記水中に拡散している前記オゾンナノバブルを取り巻いて存在している酸化能力を持ったイオン類をオゾンナノバブル周囲に濃縮することで安定化させる請求項１に記載の長期持続型オゾン水。
3. 前記イオン類は、前記オゾンとの反応で過酸化状態のイオン類として存在する請求項１または２に記載の長期持続型オゾン水。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の長期持続型オゾン水を霧状にして大気中に放出する長期持続型オゾン水を利用した環境殺菌・脱臭浄化方法。
5. 請求項１乃至３のいずれかに記載の長期持続型オゾン水をシャワー状にして大気中に放出する長期持続型オゾン水を利用した環境殺菌・脱臭浄化方法。
6. 請求項１乃至３のいずれかに記載の長期持続型オゾン水を媒体を介して大気中に放出する長期持続型オゾン水を利用した環境殺菌・脱臭浄化方法。
7. 前記媒体は、流水もしくはスポンジである請求項６に記載の長期持続型オゾン水を利用した環境殺菌・脱臭浄化方法。

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