JP2016221513A - 測定可能な、酸化性ラジカル又は、還元性ラジカルを有するウルトラファインバブル水及びウルトラファインバブル溶液。 - Google Patents

測定可能な、酸化性ラジカル又は、還元性ラジカルを有するウルトラファインバブル水及びウルトラファインバブル溶液。 Download PDF

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Abstract

【課題】酸化性ラジカル機能を有する空気のウルトラファインバブル水、還元性ラジカル機能を有する水素のウルトラファインバブル水の提供。【解決手段】流動噴出する水量が毎分１０〜３００リットルの水へ、毎分０．７００〜２１リットルの空気又は酸素或いは水素を注入・混合し、容積比約７％の大量のガスを水へ溶解する処理を行っても、白濁せず無色透明となる水で、空気又は酸素注入の場合は、酸化性ラジカルを発生し、その強度は水１リットルに対し、空気の時毎分２マイクロモルのチオ硫酸ナトリウムを消費し、酸化還元滴定により測定可能な酸化性ラジカルを有する空気又は酸素のウルトラファインバブル水、また、水素注入の場合は、磁場、電場の電気的処理を行わなくとも、水１リットル当たり毎分１．６〜１．９マイクロモルのＤＰＰＨを還元し、測定可能な還元性ラジカルを発生する水素のウルトラファインバブル水。【選択図】なし

Description

本発明は、測定可能な、酸化性ラジカル又は、還元性ラジカルを有するウルトラファインバブル水及びウルトラファインバブル溶液に関する。
マイクロバブル・ナノバブルに関する研究は、ここ２０〜２５年前に始まったばかりであり、名古屋万博で紹介された産総研の高橋正好氏の海水棲息の鯛と淡水棲息の鯉が同一の水槽内で棲息することが可能な実証事例等から、マイクロバブルに関する関心が世界的に広がった。
当出願者もほぼ同時期に、水素によるマイクロバブルの研究を行い、還元性水素水の特許を世界的にも最初に認定された。
「平成２４年度マイクロバブル・ナノバブルの国際標準化推進事業発表会 成果報告書」では、マイクロバブル・ナノバブルを気泡の大きさから、暫定的に０．８〜１ｍｍ以上をバブル、これ以下で０．０５〜０．１ｍｍ以上をサブミリバブル、またサブミリバブル以下で２０μｍ〜１μｍ以上をマイクロバブル、更に２０μｍ〜１μｍ以下をウルトラファインバブルと称すると取り決めを行っている。
マイクロバブルの生産方法には、エジェクターによる簡易な方法から、ベンチュリー管法、ＳＰＧ膜通過法、加圧減圧法、超音波振動法、気液旋回二相法、キャビテーション法（スクリュー背面のキャビテーションを含む）等多くの方法がある。
このうち加圧減圧法、超音波振動法、気液旋回二相法、キャビテーション法は、ナノサイズの気泡ウルトラファインバブルを生成すると考えられているが、いずれも白濁することが知られ、酸化ラジカルを定量的に測定した水や溶液ではない。
ウルトラファインバブル水素水は、生体内で抗酸化性の機能を有し、アンチエイジングや生活習慣病の予防、ガンの予防に効果があることが判明している。
最近の研究では、ガンの治療にも効果があることも判明し、水素水、活性水素水、ウルトラファインバブル水素水として水素を含む水の販売が行われている。
また、当出願者の研究では、水素のマイクロバブル生成に磁化処理を併用すると抗酸化性水素ラジカルを生成することを確認している。
しかし、磁化処理等の電気的処理を行っていない水や溶液では、還元ラジカルを有する水及び、溶液の存在は知られていない。
現状では、マイクロバブルに関する特許と水素水に関する特許は多数出願されている。
その中で酸化と還元に係る微細気泡の製造方法について代表的なオリジナルの特許文献を選び、本出願との相違点を記載する。
特許文献１は、マイクロバブルの製造方法の最初の発明で、発明の名称は「旋回式微細気泡発生装置」である。しかし、この出願では、水は白濁し、酸化ラジカルの有無については、全く考慮されていない。
特許文献２は、超音波により微細気泡を発生させるものであり、発明の名称は「ナノバブルの製造方法」である。淡水魚と海水魚が同一水槽で生育できるなど、微細気泡の物理化学的特性について革新的知見をもたらせたものである。
しかし、水は白濁し、酸化ラジカルの有無についても、全く考慮されていない。
特許文献３は、超音波により酸素の微細気泡を発生させるものであり、発明の名称は「酸素ナノバブル及びその製造方法」である。しかし、水は白濁し、酸化ラジカルの有無についても、全く考慮されていない。
特許文献４は、マイクロバブルの製造方法で、発明の名称は「旋回式微細気泡発生装置」である。しかし、水は白濁し、酸化ラジカルの有無についても、全く考慮されていない。
特許文献５は、発明の名称は「微細気泡発生システム」である。ベンチュリー管とポンプのキャビテーション及びオリフィス板による絞りにより微細気泡を発生する装置であり、段落００５４に「気泡分裂部５がオリフィス０を通過するときに気泡が分裂し、微細気泡が分裂する。」しかし、しかし、水は白濁し、酸化ラジカルの有無についても、全く考慮されていない。
特許文献６は、発明の名称は「水処理装置および水処理方法」である。液体中にナノバブルまたはマイクロナノバブルを発生させる第１バブル発生部４２と、ナノバブルまたはマイクロナノバブルが発生した後の液体が導入されるとともに、当該液体中に微生物を含有させる第１処理槽７０と、第１処理槽７０内に設けられるとともに、第１処理槽７０内の液体を濾過して前処理水を作製するフィルター４５と、前処理水中にナノバブルまたはマイクロナノバブルを発生させる第２バブル発生部４３と、ナノバブルまたはマイクロナノバブルが発生した後の前処理水を導入する第２処理槽１５と、第２処理槽１５内に導入される前処理水と接触可能に設けられる、ポリビニルアルコールからなる担体１６と、を備え、担体１６は細孔を有するとともに、担体１６上には微生物が固定化されている。
その明細書によれば、
［０１０５］に、第１気体せん断部６２にて形成されたマイクロバブルを用いてナノバブルおよびマイクロナノバブルを作製することができるとともに、超高温の極限反応場を形成することができる。
［０１０６］に、極限反応場では、局所的に高温高圧状態となる。そして、当該極限反応場では、フリーラジカルが発生する。フリーラジカルは安定化するために他の原子から電子を奪う性質があり、それ故に、強力な酸化作用を示すとともに、熱を発生する・・
との記載があるが、フリーラジカルの測定の記録はなく、イメージが記載されているだけである。
本技術では、そのような超高温の極限反応場の形成のないごく普通の室内条件下における水及び溶液の状態である。酸化ラジカルは容積比約７％の空気又は酸素の安定した超微細気泡で、白濁しない条件である。酸化ラジカルは大量のウルトラファインバブルの集積がある場合のみ、瞬時に発生と消滅を繰り返すので、酸化還元滴定によって測定が可能である。
従って、文献６は本発明とは相違するものである。
特許文献７は、発明の名称は「微細気泡生成装置」である。ターボファンのインペラによるキャビテーションにより吸引した気体を微細化する簡便な装置である。
しかし、この出願では水は白濁し、酸化ラジカルの有無についても、全く考慮されていない。
特許文献８は、発明の名称は「水処理装置および水処理方法」である。第１槽で水中ポンプ型マイクロバブル発生部で電気ニードルバルブから空気を送り第１，第２、第３気体剪断部で微細気泡を発生させ、循環ポンプにより第２槽へ送り、第２槽に内蔵する水流発生管で、ブロワーから送られる気体を水中撹拌機で混合循環させる。
しかし、この出願では水は白濁し、酸化ラジカルの有無についても、全く考慮されていない。
特許文献９は、発明の名称は「ナノバブル含有液体製造装置及びナノバブル含有液体製造方法」である。ナノバブルを生産するために、４段階の水槽を用い、第１槽は原水の貯留を行い、第１槽から第１移送ポンプで第２槽へ送り、第２槽で小型ブロワーからニードルバルブを通じてマイクロバブル発生器へ空気を送り、バブル液流を生成する。第２槽のオーバーフロー液は第３槽へ送られ、水をポンプでマイクロナノバブル発生器を循環通過させマイクロ・ナノバブルを生成する。第３槽のマイクロ・ナノバブルは第４槽へ送られ、同様に水をポンプでナノバブル発生器を循環通過させナノバブルを生成する規模の大きな装置である。
しかし、この出願では水は白濁し、酸化ラジカルの有無についても、全く考慮されていない。
特許文献１０は、発明の名称は「飲料用水、飲料用水の利用方法、飲料用水の生成方法、及び、飲料用水生成装置」である。水を外部から供給し、パイプ内で気体と混合し、ベンチュリー管機能で微細気泡と成し、圧力変化、温度変化、衝撃は、超音波といった外力を用いて水中の気泡を崩壊させることによって液体中に気体がナノサイズの気泡する技術である。
しかし、この出願では水は白濁し、酸化ラジカルの有無についても、全く考慮されていない。
特許文献１１は、発明の名称は「マイクロバブル生成方法及びマイクロバブル生成装置」である。循環型マイクロバブル生産装置である。任意の目的に使用するマイクロバブル貯留水槽５からポンプ７で水を吸引し、通水制御弁の開閉によって水の流路を変更し、基本的には、アスピレーター機能を有するマイクロバブル生成装置で微細気泡を生産し、液体保持容器２へ導き、マイクロバブルを一旦貯留し、流水方向は通水制御弁の開閉によって貯留水槽５と液体保持容器２の間を循環させてマイクロバブルの濃縮蓄積を図る技術である。その中で本出願と近い構造は、液体保持容器２から貯留水槽５へ環水する途中で液体保持容器２と２次ポンプ２２を有する構造である。
しかし、この出願では水は白濁し、酸化ラジカルの有無についても、全く考慮されていない。
特許文献１２は、当発明者の発明で、「水素水そのもの」を特許とした最初の発明で、発明の名称は「食品等の還元性水素水とその製造方法並びに製造装置」である。
方法は水へ水素ガスを吹き込み、撹拌して還元性の水素水を生産する技術である。
しかし、この出願では水は白濁し、還元ラジカルの有無についても、全く考慮されていない。
特許文献１３は、アルカリ電解還元水の製造に関する最初の発明で、発明の名称は「電解水素溶存水およびその製造方法ならびにその製造装置」である。
方法は水道水から純水を得る。純水中にＮａＣｌを加えてその電導率を１００μＳ／ｃｍ以上に調整する。その後電気分解しアルカリ電解還元水とするか、得られた陰極水を取り出し、中性水にする。得られた陰極水は０．１ｐｐｍ以上の溶存水素（Ｈ＋、Ｈ・、Ｈ２）を含む。
この溶存水素が、ＤＮＡの損傷を防止または抑制する。
しかし、この出願はイオン化したアルカリ電解水であって、ウルトラファインバブル水ではないので本出願とは相違する。
特許文献１４は、当発明者の発明で、機能性水素水の微細気泡による生産を特許とした最初の発明で、発明の名称は「水素ガス及び酸素ガスの減圧・加圧溶解方式のコロイド溶液による自動酸化・還元処理システム」である。方法は水の減圧状態にガスを添加してポンプで撹拌してキャビテーションを起こし、加圧により微細気泡を発生させる。しかし、真空キャビテーションではない。用途が酸化を必要とする反応系では酸素又は空気を加え、還元を必要とする反応系では水素を加える。しかし、真空キャビテーションによる製造ではない。
しかし、この出願では、水は白濁し、還元ラジカルの測定は行われていない。
特許文献１５は、当発明者の発明で、フリーラジカル消去性の水素水を製造する装置を特許とした最初の発明で、発明の名称は「フリーラジカル消去性水素水製造装置」である。
方法は水へ磁場の中で水素ガスを混入し、キャビテーションで抗酸化性の水素水を生産する装置である。
しかし、この出願は白濁するマイクロバブルであり、磁場の形成によって、水にラジカル性を付与するものである。磁場を用いないウルトラファインバブル水である当出願とは相違している。
特許文献１６は、水素ナノバブルの生産方法で、発明の名称は「ナノバブル・フコイダン水製造法と製造システム」である。方法は、水の減圧状態に多数の水素供給口から水素を添加して多数のバブル破砕障壁を設け、キャビテーションを行いナノバブルを生産する方法で基本的には、特許文献１４、特許文献１５と同じメカニズムで、真空キャビテーションではない。
さらに、この出願では、水は白濁し、還元ラジカルの測定は行われていない。
特許公開２０００−４４７ 特許公開２００５−２４５８１７ 特許公開２００５−２４６２９４ 特許公開２００６−１４２３００ 特許公開２００７−２０９９５３ 特許公開２００８−１４２５９２ 特許公開２００９−０３９６００ 特許公開２００９−１９５８８８ 特許公開２０１０−０８９０５５ 特許公開２０１１−０６２６６９ 特許公開２０１１−０７８８５８ 水素水の文献
特許公開平０８−０５６６３２ 特許公開平１０−１１８６５３ 特許公開２００４−３４４８５９ 特許公開２００９−０１１９９９ 特許公開２０１１−２３００５５
現在普及されているマイクロバブルの生成方法には、気液混合液の剪断を行う方法が主流を占めており、気泡のサイズが大小様々である。
また、気泡のサイズを１μｍ以下にする目的で、マイクロバブル貯留タンクからポンプを用いて吸い出し減圧条件でキャビテーションを試みる技術もあるが、貯留タンクへは次々とマイクロバブルが供給され、これをコントロールする手段を用いていないので、軽い減圧条件でのキャビテーションより、マイクロバブルを生成するので循環方式を採用している。
他の多くのナノバブル生成技術では、１度の処理では不十分であるので、ナノバブルを蓄えるために貯留タンク処理液を再度循環処理させてナノバブルを貯留する方法が採られている。
また、現在普及されているナノバブル発生装置は、いずれも原理的に出力が小さく、処理能力も毎分１トン以下である。このように、超微細気泡を大量に直接噴出する技術がないのも一つの課題である。
この課題を解決するため、本出願では、共鳴発泡と真空キャビテーションにより、１度の処理で大量のウルトラファインバブルを大量に噴出させる技術を開発した。
従来、超微細気泡には極微弱なラジカルが発生すると考えられ、一部は電子スピン共鳴法で定性的に存在が証明されていた。しかし、水にラジカルが発生するとはいえ、現段階ではそれがどのような性質を有するかについて、全く知られていない。
昔からオゾンを溶解した水にはラジカル発生があって、物を酸化することは知られていた。
酸素の超微細気泡にも電子スピン共鳴法によってラジカル発生があると言われているが、それがどのような反応系を有するかについては知られていない。
当発明者は、水にガスの超微細気泡を発生させるに当たり、用いるガスによって酸化性のラジカルを発生させたり、還元性のラジカルを発生させたりする事が可能である技術を見出した。それはウルトラファインバブルを瞬間的に生成する方法であった。
本出願では、ウルトラファインバブルを瞬間的に生成した水が、定量的にどの程度の酸化力又は還元力を有するかについて確認し、どのような用途に適しているかを明確化することが課題である。
ウルトラファインバブルを瞬間的に大量に製造方法としては、分割出願した本出願の元の出願に示した。
酸化ラジカルを有する空気のウルトラファインバブル水は、共鳴エジェクター及び共鳴発泡装置を挟んで、真空を創出する１次ポンプと２次ポンプの２台のポンプを装備し、
１次ポンプは水源から水を取り入れて水を加圧して共鳴エジェクターへ送り、
空気をガス供給装置から共鳴エジェクターへ送り、
共鳴エジェクターは減圧計とガス流量計と共鳴調整ニードルバルブと共鳴発泡装置を装備し、
１次ポンプから送られる水と空気供給装置から送られるガスを共鳴エジェクターで混合し、その際、水とガスの供給比率及び減圧の調整を共鳴調整ニードルバルブと減圧計で調整し、水と気体の混合液を共鳴発泡装置で共鳴発泡させて瞬時に１次微細気泡のマイクロバブルとして白濁させ、
共鳴エジェクターと共鳴発泡装置で発泡した１次微細気泡は２次ポンプへ送り、
２次ポンプは１次ポンプから送られる水量より大量の水の吸引能力があるので真空を発生し、
発生する真空は共鳴発泡装置以後のポンプの羽根車までの水系全体を真空条件にし、
その間に共鳴発泡装置から送られる１次微細気泡を真空条件で数十倍に膨張させ、
膨張した１次微細気泡を２次ポンプの羽根車の高速回転による真空剪断とケーシングにおける真空条件から加圧条件へ瞬時に変換して叩きつける機能で破砕し、
真空キャビテーションによってナノサイズの２次微細気泡を生成し、
加圧して圧潰して瞬間的に水が白濁しないウルトラファインバブル水を生成する。
生成した空気のウルトラファインバブル水は酸化性ラジカルを有する。
還元ラジカルを有する水素のウルトラファインバブル水は、共鳴エジェクター及び共鳴発泡装置を挟んで、真空を創出する１次ポンプと、
２次ポンプの２台のポンプを装備し、
１次ポンプは水源から水を取り入れて水を加圧して共鳴エジェクターへ送り、
水素ガスを供給装置から共鳴エジェクターへ送り、
共鳴エジェクターは減圧計とガス流量計と共鳴調整ニードルバルブと共鳴発泡装置を装備し、
１次ポンプから送られる水と水素ガス供給装置から送られる水素を共鳴エジェクターで混合し、
その際、水とガスの供給比率及び減圧の調整を共鳴調整ニードルバルブと減圧計で調整し、
水と気体の混合液を共鳴発泡装置で共鳴発泡させて瞬時に１次微細気泡のマイクロバブルとして白濁させ、
共鳴エジェクターと共鳴発泡装置で発泡した１次微細気泡は２次ポンプへ送り、
２次ポンプは１次ポンプから送られる水量より大量の水の吸引能力があるので真空を発生し、
発生する真空は共鳴発泡装置以後のポンプの羽根車までの水系全体を真空条件にし、
その間に共鳴発泡装置から送られる１次微細気泡を真空条件で数十倍に膨張させ、
膨張した１次微細気泡を２次ポンプの羽根車の高速回転による真空剪断とケーシングにおける真空条件から加圧条件へ瞬時に変換して叩きつける機能で破砕し、
真空キャビテーションによってナノサイズの２次微細気泡を生成し、
加圧して圧潰して瞬間的に水が白濁しないウルトラファインバブル水を生成する。
生成した水素のウルトラファインバブル水は還元性ラジカルを有する。
＜酸化ラジカルを有する空気のウルトラファインバブル水の具体的製造方法＞
空気のウルトラファインバブル水の製造方法は、図１に示す装置で行う。
水源１、吸水パイプ２、電源ソケット３、電源リード線４から水と電力を供給し、吸気口７から空気を供給し、共鳴エジェクター１０で１次微細気泡を発生する。発生した１次微細気泡は、２次ポンプ１４で真空キャビテーションを行い、２次微細気泡のウルトラファインバブル水を生成する。
空気のウルトラファインバブル水製造装置の操作
（１）水源１から水を吸水パイプ２を通じて吸い込み、１次ポンプ５で吸水作動する。
（２）１次ポンプ５で吸水作動した水は共鳴エジェクター１０へ送る。
（３）空気は、吸気口７から吸入し、低圧フローガス流量計８を通過して共鳴エジェクター１０へ送る。
（４）水は共鳴エジェクター１０内で噴射し、噴出水流で空気が混入され、吸気側が減圧され、鳴調整真空計１１が作動する。
（５）共鳴エジェクター１０では、吸気口８から取り入れた空気は、低圧フローガス流量計８と鳴調整真空計１１で流量、減圧を確かめながら、共鳴調整用ニードルバルブ９で調整し、共鳴発泡装置１２内で１次微細気泡の共鳴発生に適した共鳴減圧に設定する。
（６）共鳴発泡装置１２内で共鳴発生した微細気泡を含む水は導水パイプ１３で２次ポンプ１４へ送る。
（７）２次ポンプ１４では、１次ポンプ５より排水処理能力を高く設定しているので、減圧状態になる。共鳴エジェクター以後の水系に架かる減圧の強さは真空計１１に示される。
（８）２次ポンプ１４では、共鳴発泡装置１２内で発生した１次微細気泡が減圧状態で膨張し、さらに共鳴発泡装置１２の吐出力と２次ポンプ１４の吸引力の差により、２次ポンプ１４内に水の蒸気圧（２０〜３０℃で約３０ｔｏｒｒ）に相当する真空に近い減圧部位を生じ、微細気泡が数十倍に膨張し、真空キャビテーションにより破砕される。
すなわち、水の蒸気圧下の真空キャビテーションでナノサイズの微細気泡が生ずる。
（９）２次ポンプ１４から送り出されたナノサイズの２次微細気泡は、通路を狭めた加圧装置１６で加圧される。これにより微細気泡は更に収縮し、ウルトラファインバブルとなって白濁しない透明な水になる。
（１０）空気のウルトラファインバブル水は、酸化還元滴定法によって酸化性ラジカルを発生することを確認した。
空気のウルトラファインバブルは、水以外でも各種イオンを含む塩類溶液、有機酸溶液、アミノ酸溶液、アルコール溶液、各種油類等でも酸化性ラジカルを発生させる。
＜還元ラジカルを有する水素のウルトラファインバブル水の具体的製造方法＞
原理は、水源１、導水パイプ２、電源ソケット３、電気動線４から水と電力を供給し、水素供給源１８から水素ガスを供給し、共鳴エジェクターで１次微細気泡を共鳴発泡させる。
１次発泡した１次微細気泡を２次ポンプで真空キャビテーションで真空破砕を行い、更に微細な２次発泡を行って２次微細気泡のウルトラファインバブル水素水とする。
水素のウルトラファインバブル水製造装置の操作
（１）水源１から導水パイプ２を通じて水を吸い上げ、１次ポンプ５で吸水作動する。
（２）１次ポンプ５で吸水作動した水は共鳴調整真空計１１、低圧フローガス流量計８，共鳴調整用ニードルバルブ９、共鳴発泡装置１２を装備した共鳴エジェクター１０へ送る。
（３）水は共鳴エジェクター１０内で噴射し、噴出水流でガスが吸引混合され、吸気側に減圧が生ずる。
（４）水素ガスはガス供給装置２０から供給され、元栓２１を開き、ガス圧メーター２２でガス量を確認し、減圧バルブ２３で減圧ガスメーター２４を確認しながら目標の圧力へ調整する。
（５）ガスの供給はガス圧調整後ガス流量計２５を見ながら共鳴調整用ガスニードルバルブ２６でガス流量を調整する。
（６）水素ガスは、活性炭を充填した消臭ろ過装置２７を通過させ、共鳴調整真空計１１、低圧フローガス流量計８、共鳴調整用ニードルバルブ９、共鳴発泡装置１２を装備した共鳴エジェクター１０へ送る。
（７）共鳴エジェクター１０では気液旋回する流出水を破断し、低圧フローガス流量計８と共鳴調整真空計１１と共鳴調整用ニードルバルブ９で調整して共鳴発泡装置１２内で瞬時に１次水素ガス微細気泡（マイクロバブル水素水）を共鳴発泡する。
（８）共鳴発泡装置１２内で発生した水素の１次水素ガス微細気泡を含むマイクロバブル水素水は導水パイプ１３で２次ポンプ１４へ送る。
（９）２次ポンプ１４では、１次ポンプ５より排水処理能力が高いので、減圧真空状態になる。
その減圧の強さは水の蒸気圧（２０〜３０℃で約３０ｔｏｒｒ）に相当する。
（１０）共鳴発泡装置１２以後の水系では、共鳴発泡装置１２内で発生した１次の水素微細気泡が減圧状態で膨張し、さらに２次ポンプ１２の高速回転により、真空ないし真空部位を生じ、水素の微細気泡が数十倍に膨張し、真空キャビテーションにより破砕される。
この現象により水の蒸気圧下における真空キャビテーションでナノサイズの水素の２次微細気泡のウルトラファインバブル水素水が発生する。
（１１）２次ポンプ１２から送り出されたナノサイズの水素の２次微細気泡は、通路を狭めた加圧装置１１で加圧され圧潰する。これにより微細気泡は更に収縮し水素ファインバブル水となって白濁しない透明な機能性の水を生成する。
（１２）生成されたウルトラファインバブル水素水は、ＤＰＰＨ法によって還元性ラジカルを発生することを確認した。
水素のウルトラファインバブルは、水以外でも各種イオンを含む塩類溶液、有機酸溶液、アミノ酸溶液、アルコール溶液、各種油類等でも還元性ラジカルを発生させる。
実施例１ 空気のウルトラファインバブル水の生産と水の性質変換調査
前記、空気のウルトラファインバブル水製造供給装置を用いて、水道水を処理した空気のウルトラファインバブル水の水の性質の変化を調査した。
空気のウルトラファインバブル水製造にあたっては、噴射する水の量毎分１０リットルに対し、空気注入量が毎分７００ミリリットル（容積比で約７％）であった。
空気のウルトラファインバブルは、ほぼ全量水と混合されたが、気泡が超微細であったので白濁することはなかった。
比較に水道水と水へ空気を吹き込みキャビテーションにより空気の超微細気泡を吸収させたウルトラファインバブル水の酸化還元電位等を数回に亘り調査し、表１に比較掲載した。
２）結果概要
表５に見られる通り、通常の飲料水の溶存酸素は常温で１気圧の場合、容積比率（％）では０．３６％程度あり、空気をウルトラファインバブルとして、微細気泡を水に加えてやれば、酸化還元電位はそれほど変化しないものの、溶存酸素含有量は著しく増大し、容積比率（％）で７．３６％程度まで上昇させることができる。
その内、ウルトラファインバブルとして浮遊する超微細気泡は６〜６．５％程度と考えられる。
実施例２ 空気のウルトラファインバブル水の酸化性ラジカル活性について
酸化性ラジカルの量的測定法は、化学的手法では困難であると考えられてきた。
しかし、測定限界の低濃度の酸化性ラジカル吸収剤を用い、化学的手法でも測定できるのではないかと考え、硫酸酸性条件を設定し、ウルトラファインバブル水の酸化性ラジカルをチオ硫酸ナトリウム希薄規定液と反応させ、残余のチオ硫酸ナトリウムを過マンガン酸カリで滴定する方法を検討した。
１）試験の方法
ウルトラファインバブル水の酸化性ラジカル発生瞬間的に発生・消滅するので、反応はチオ硫酸ナトリウム希薄規定液の（１Ｍ／１００００Ｎａ２Ｓ２Ｏ３）を用い、一旦、１０分間ウルトラファインバブル水と反応させ、発生する酸化ラジカルの集積量（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｒａｄｉｃａｌ）を過マンガン酸カリの規定液で滴定する。その反応としては次の反応式２が挙げられる。
反応式２
具体的には、ウルトラファインバブル２０ｍｌをチオ硫酸ナトリウム希薄規定液１０ｍｌと１０分間反応を継続させ、残余のＭ／１００００Ｎａ２Ｓ２Ｏ３を硫酸酸性下で、Ｍ／１０００ ＫＭｎＯ４で滴定して、発生した酸化ラジカルの集積量を測定した。
２）試験の結果
試験結果を表２に示した。
３）結果概要
表２に見られるように、供試ウルトラファインバブル水の酸化性ラジカルはチオ硫酸ナトリウム１分子と当量であり、チオ硫酸ナトリウム分子と過マンガン酸カリ分子の関係も当量であるので、ＫＭｎＯ４消費量の強度の計算は、Ｍ／１０００ ＫＭｎＯ４ １ｍｌは１μＭのＫＭｎＯ４の消費に相当する。
表６に見られるように、空気のウルトラファインバブル水の酸化性ラジカルのＮａ２Ｓ２Ｏ３の力価消費量は滴定するＭ／１０００ ＫＭｎＯ４に換算して測定した。
Ｎａ２Ｓ２Ｏ３によりＫＭｎＯ４消費量の強度の計算はＭ／１０００ ＫＭｎＯ４ １ｍｌは１μＭのＫＭｎＯ４の消費に相当するが、２分子の水分子に発生するラジカルと２分子のＮａ２Ｓ２Ｏ３が反応し１分子のＮａ２ＳＯ４を生成するので、水分子とチオ硫酸ナトリウム分子が当量の関係に当たる。
計算式＝１μＭ×滴定差÷試料採取量×１０００÷１０分＝１μＭ×０．４０÷２０×１０００÷１０分＝２μＭ／Ｌ／ｍｉｎ
即ち、Ｍ／１０００ ＫＭｎＯ４滴定量によるウルトラファインバブルのラジカル発生量は水１Ｌ当たり、１分間に約２μＭの酸化性ラジカルが経時的に生成されることが量的に算定された。
実施例３ ウルトラファインバブル水素水の生産と水の性質変換調査
前記ウルトラファインバブル水素水製造供給装置を用いて、水道水を処理したウルトラファインバブル水素水の酸化還元電位を調査した。比較に水道水と水へ水素ガスを吹き込みキャビテーションにより水素を吸収させた還元性水素水、ウルトラファインバブル水素水の酸化還元電位を数回に亘り調査し、表３に比較掲載した。
１）試験の結果
２）結果概要
水道水は次亜塩素酸消毒を行っているので、酸化還元電位は高く、＋３２０ｍＶであった。
水道水の酸化還元電位は、浄水場に近いほど高く＋６００ｍＶの所もあり、水道管の鉄を錆びさせ電子を放出するため常時低下し、遠いと＋２５０ｍＶ程度の所も発生する。
本試験の原水は、ごく普遍的な範囲での酸化還元電位であるが、キャビテーションによる還元性水素水の場合は水素供給が不十分な処理の場合に−５５０ｍＶ程度の強還元性であり、水素ガスを十分に供給して水素を飽和する処理の場合は−６００ｍＶに達し強還元性を示す。
微細気泡を真空キャビテーションして生成するウルトラファインバブル水素水の場合は、水素の過飽和状態により、酸化還元電位はさらに低下し、条件によって−７００ｍＶから−７５０ｍＶの極めて強い還元条件を創出することが可能である。ウルトラファインバブル水素水の数値は飽和水素水の理論適数値より著しく高くなっている。
溶存水素含有量は、還元性水素水が１．０ｐｐｍ以上１．３ｐｐｍ程度であるが、ウルトラファインバブル水素水は１，５〜１．８ｐｐｍあり、水素含有量も高まる。溶存酸素量は、水素ガスの含有量が多くなれば、気体の分圧の関係で、水系から追い出されて、還元性水素水が０．６ｐｐｍ以下、ウルトラファインバブル水素水が０．０６ｐｐｍ以下に低下する。
各還元処理によるｐＨの変化は、酸化還元電位が０．４上昇し、ウルトラファインバブル水素水が０．６上昇する程度で、いずれも大きな変動はなく、アルカリ性水にはならず、飲料水としても十分に安全である。
実施例４ 水素のウルトラファインバブル水の抗酸化ラジカル活性について
抗酸化ラジカルの測定方法としては、ＤＰＰＨラジカル消去能の測定が適切である。
１）試験の方法
ラジカル消去は、紫色の酸化型ＤＰＰＨと水素のウルトラファインバブル水が反応して無色の還元型ＤＰＰＨに変化する反応を利用し、分光光度計で波長５２０ｎｍで比色定量を行う。
反応式は下図の通り
２）測定の結果
３）測定結果の概要
表４に見られるように、無処理区の水では、酸化還元電位は＋２３０ｍＶで、参加条件を示し、ラジカル消去能も認められなかった。水素ウルトラファインバブル水では−７００ｍＶより低い酸化還元電位を示している。［００１７］の特許文献１５では、磁場処理とキャビテーションによるマイクロバブルにも抗酸化性のラジカル消去能があることが示された。
しかし、磁場処理を実施していない本装置によって生成される水素ウルトラファインバブル水では、１．６３〜１．９２μＭ／Ｌ／ｍｉｎの酸化性ラジカルを消去する還元性のラジカルが測定された。
即ち、水素のウルトラファインバブル水では、気泡のサイズが微小であることに起因して、還元性のラジカルがあることが確認された。
 産業上利用の可能性
空気のウルトラファインバブル水は、水の溶存酸素濃度を高め、水棲生物の活動を盛んにするので水の浄化が進むことが知られている。本発明の共鳴発泡と真空キャビテーションによるウルトラファインバブル水製造装置は、毎分１０トンの水処理も行うことを可能としている。
空気のウルトラファインバブル水の供給は、生体の細胞組織を活性化して、生物の成長を速め、作物では地球温暖化に対する耐性を強化するので、今後起こるであろう海洋資源の枯渇、農林産業の危機をナノバブルによって克服することが可能である。
水素のウルトラファインバブル水は、抗酸化機能を有し高齢化の進む現代社会の高血圧、高脂血症、糖尿病、心疾患、脳梗塞等のいわゆる生活習慣病の予防、また癌の予防にも役立てることが可能である。
また、酸化性ラジカルの生成、還元性ラジカルの生成を自在にする技術は、化学工業、食品工業、環境産業など広く応用の可能性を有し、将来の化学振興に大きく貢献するものと考えられる。
共鳴発泡と真空キャビテーションによる空気のウルトラフファインバブル水製造装置図。 共鳴発泡と真空キャビテーションによる水素のウルトラフファインバブル水製造装置図。
１ 水源
２ 吸水パイプ
３ 電源ソケット
４ 電源リード線
５ １次ポンプ
６ １次ポンプモーター
７ 吸気口
８ 低圧フローガス流量計
９ 共鳴調整ニードルバルブ
１０ 共鳴エジェクター
１１ 共鳴調整真空計
１２ 共鳴発泡装置
１３ １次微細気泡処理水送水パイプ
１４ ２次ポンプ
１５ ２次ポンプモーター
１６ ウルトラファインバブル加圧装置
１７ 装置支持フレーム
１８ 移動キャスター
１９ 空気ウルトラファインバブル水貯留タンク
２０ 水素ガス供給装置（水素ガスボンベ）
２１ 元栓
２２ ガス圧メーター
２３ 減圧バルブ
２４ 減圧ガスメーター
２５ ガス流量計
２６ ガスニードルバルブ
２７ ガス消臭ろ過装置
２８ 清浄ガス通導パイプ
２９ 水素ウルトラファインバブル水貯留タンク

Claims (4)

  1. 流動噴出する水量が毎分１０リットルから３００リットルの水へ、注入する空気の場合は毎分７００ミリリットルから２１リットル、酸素の場合も毎分７００ミリリットルから２１リットルまでを混合し、容積比約７％の大量のガスを水へ溶解する処理を行っても、白濁せず無色透明となる水で、酸化性ラジカルを発生し、その強度は水１リットルに対し、毎分２マイクロモルのチオ硫酸ナトリウムを消費し、酸化還元滴定により測定可能な酸化性ラジカルを有することを特徴とする空気又は、酸素のウルトラファインバブル水。
  2. 流動噴出する流量が毎分１０リットルから３００リットルの溶液へ、注入する空気の場合は毎分７００ミリリットルから２１リットル、酸素の場合も毎分７００ミリリットルから２１リットルまでを混合し、容積比約７％の大量のガスを溶液へ溶解する処理を行っても、白濁せず無色透明となる溶液で、酸化性ラジカルを発生し、その強度は水１リットルに対し、毎分２マイクロモルのチオ硫酸ナトリウムを消費し、酸化還元滴定により測定可能な酸化性ラジカルを有することを特徴とする空気又は、酸素のウルトラファインバブル溶液。
  3. 流動噴出する水量が毎分１０リットルから３００リットルの水へ、注入する水素ガスは毎分７００ミリリットルから２１リットルまでを混合し、容積比約７％の大量の水素ガスを水へ溶解する処理を行っても、白濁せず無色透明となる水で、磁場、電場の電気的処理を行わなくとも、水１リットル当たり毎分１．６〜１．９マイクロモルのＤＰＰＨを還元し、測定可能な還元性ラジカルを発生することを特徴とする水素のウルトラファインバブル水。
  4. 流動噴出する流量が毎分１０リットルから３００リットルの溶液へ、注入する水素ガスは毎分７００ミリリットルから２１リットルまでを混合し、容積比約７％の大量の水素ガスを溶液へ溶解する処理を行っても、白濁せず無色透明となる水で、磁場、電場の電気的処理を行わなくとも、水１リットル当たり毎分１．６〜１．９マイクロモルのＤＰＰＨを還元し、測定可能な還元性ラジカルを発生することを特徴とする水素のウルトラファインバブル溶液。
JP2016123954A 2014-08-22 2016-06-06 測定可能な、酸化性ラジカル又は、還元性ラジカルを有するウルトラファインバブル水及びウルトラファインバブル溶液。 Pending JP2016221513A (ja)

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