JP2011162838A - 活性酸素種生成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レドックスポリマーを含む基材を有する陰極1と、レドックスポリマーを含む基材を有する陽極2と、両極間に水または水分含有物を介在させ、陰極と陽極間を通電させる電圧印加手段5とを備え、電圧印加手段5が、入力電圧の極性を反転させる電圧極性切換手段6を具備し、電圧極性切換手段6は、極性反転を行う際に、一つまたは多段階的に電圧を変動させる電圧変動区間を有する構成とする。
【選択図】図1
Description
また、電極の寿命を伸ばすために、電極の極性を反転すること、及び極性反転の間に、電流がゼロとなる周期を設けるという技術が提案されている(たとえば、特許文献2参照)。極性反転の間に電流がゼロとなる周期を設けることで、電極表面のスケールの生成、堆積物の付着を抑制する効果がある。
また、転極時に突入電流が生じて一時的に大電流が流れることでポリアニリンの構造変化が急激に起こるため、完全還元型、あるいは完全酸化型側への劣化が加速することが課題であった。
図1は、本発明の実施の形態1に係る活性酸素種生成装置の一例を示す概略構成図である。
図において、活性酸素種生成装置10は、レドックスポリマーを含む基材を有する陰極1と、レドックスポリマーを含む基材を有する陽極2と、水分含有物または被処理水3が入れられ、容器や水槽などからなる活性酸素種を生成するための活性酸素種生成槽4と、陰極1と陽極2間に被処理水2を介在させ両電極間を通電させる電圧印加手段5とを備え、さらにこの電圧印加手段5は一定条件毎に極性反転を行う電圧極性切換手段6を備えている。そして、この電圧極性切換手段6は、後述するように、極性反転を行う際に、一つまたは多段階的に電圧を変動させる電圧変動区間を有する構成としたものである。
レドックスポリマーとは、化学的重合、及び電気的重合と重合方法にかかわらず生成され、電子の授受により酸化状態、あるいは還元状態を可逆的に変化する物質のことである。ポリアニリンの場合、図2に示すように、還元型から酸化型へ構造変化する際にポリアニリンの触媒的作用により、電子と水中の酸素が反応してスーパーオキシド(O2 -)である活性酸素種を生成する(式[1])。この反応は主に陰極表面で起こるものである。
O2+PAn(red)→O2 -+PAn(ox) 式[1]
以下、レドックスポリマーとしてポリアニリンを例に説明する。
本発明においては、導電性、あるいはカーボンや金属等の通電補助材を分散添加した基材にポリアニリンを担持することで、電極基材の表面抵抗値を10-3〜103Ω/□程度にしている。これにより水素や酸素の副生成物が発生しない2.5V以下の低電圧印加でも充分に活性酸素種を生成することができる。
本発明によれば、極性反転の間に入力電圧を一つあるいは多段階的に変動させる区間を設けることで、電極反応による生成物が電極近傍から拡散して低濃度化し、極性反転直後の活性酸素種消失反応を抑制するため、単位時間当たりに生成する活性酸素種の生成能が向上する。
いずれも、極性反転の間に入力電圧が小さい時間を設けることで、電極近傍の生成物を拡散させる時間を稼ぐことが目的である。これにより、極性反転時に活性酸素種の消失反応が抑制され、単位時間当たりに生成する活性酸素種濃度が増加する。
なお、電極間に存在する水分含有物はジェル状など半固体状態のものでも良く、撹拌手段を設けることで単位時間当たりの活性酸素種生成能が向上するのに水の場合と同様に有効である。
以上の実施の形態1では、陰極1、及び陽極2が静置された状態であるが、次に図7に示すように陰極1が回転機構を有し、陰極1側で空気中から酸素を取り込むことで活性酸素種の生成が促進する実施の形態を示す。また、本実施の形態は、水分含有物または被処理水3中に電極反応により生成した物質の拡散を促進する撹拌手段としても有効なため、極性反転時の活性酸素種の消失反応の抑制に寄与するものである。
図において、活性酸素種生成装置12は、陰極1が回転機構を有する点で実施の形態1の活性酸素種生成装置10と基本的に異なる。陰極1と陽極2は交互に一定間隔で対向して配列され、陰極1を回転できるように中心部に嵌挿した導電性の回転軸11を有する。つまり、陰極1は回転体からなり、水中に浸漬する親水部分と水面上へ突出する突出部分とが回転軸11により交互に反転するようになっている。陽極2は被処理水3と接触するように静置されている。その他の陰極1および陽極2がポリアニリン等のレドックスポリマーを含む基材よりなる点、電圧印加手段5が電圧極性切換手段6を備えている点などは実施の形態1と同様である。なお、導電性の回転軸11を陰極1との回転自在な通電部とすることで、配線および通電方法が容易になる。
陰極1が回転機構を有することで、活性酸素種生成能が増大する。これは、陰極1が回転機構を有することで空気中の酸素を水中に取り込むため、陰極1に担持されたレドックスポリマーの反応により活性酸素種の生成が促進されるためである。このように、回転機構を付与することで回転機構が無い場合に比べて単位時間当たりに生成する活性酸素種の濃度は増加する。
また、陰極1が回転機構を有することで被処理水3に水流が生じるため、電極反応により生成した物質の拡散を促進するのに有効である。極性反転時に電極1、2で生じる活性酸素種の消失反応を抑制するため、単位時間当たりに生成する活性酸素種の濃度は向上する。
Claims (6)
- レドックスポリマーを含む基材を有する陰極と、
レドックスポリマーを含む基材を有する陽極と、
両極間に水または水分含有物を介在させ、前記陰極と前記陽極間を通電させる電圧印加手段とを備え、
前記電圧印加手段が、入力電圧の極性を反転させる電圧極性切換手段を具備し、
前記電圧極性切換手段は、極性反転を行う際に、一つまたは多段階的に電圧を変動させる電圧変動区間を有することを特徴とする活性酸素種生成装置。 - 前記電圧変動区間が、通電停止期間を含むことを特徴とする請求項1記載の活性酸素種生成装置。
- 前記レドックスポリマーが、ポリアニリンであることを特徴とする請求項1記載の活性酸素種生成装置。
- 前記水または水分含有物中に生成した物質の拡散を促進する攪拌手段を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の活性酸素種生成装置。
- 前記水または水分含有物の攪拌手段が、モーター、回転子、ポンプ等により水流を生じさせるものであることを特徴とする請求項4記載の活性酸素種生成装置。
- 前記水または水分含有物の攪拌手段が、前記陰極、または前記陽極が回転機構を有することにより、水流を生じさせるものであることを特徴とする請求項5記載の活性酸素種生成装置。
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2010
- 2010-02-09 JP JP2010026538A patent/JP2011162838A/ja active Pending
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