JP2022160905A - Bubble/metal ion composite producing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気泡／金属イオン複合体の製造装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an apparatus for producing a bubble/metal ion composite.
気泡及び金属イオンを生成する装置として、「電気分解でＡｇイオンを生成するＡｇイオン生成部と、マイクロバブルを発生するマイクロバブル発生部と、マイクロバブル発生部から発生するマイクロバブルをＡｇイオン生成部に導くための接続部とを備える、抗菌水生成装置」が知られている（特許文献１）。 As a device for generating air bubbles and metal ions, there are an Ag ion generation unit that generates Ag ions by electrolysis, a microbubble generation unit that generates microbubbles, and an Ag ion generation unit that generates microbubbles generated from the microbubble generation unit. An antibacterial water generator is known (Patent Document 1).
従来の装置では、気泡／金属イオン複合体を効率よく製造できないという問題がある。
本発明の目的は、簡便に、効率よく、気泡／金属イオン複合体を製造できる製造装置を提供することである。
A conventional apparatus has a problem that it is impossible to efficiently produce a gas bubble/metal ion composite.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a manufacturing apparatus capable of simply and efficiently manufacturing a bubble/metal ion composite.
本発明の気泡／金属イオン複合体の製造装置の特徴は、金属粒子及び炭粒子から構成され水と接触することにより金属イオン水を生成させる金属イオン発生部と、
気体及び金属イオン水を混合して気泡／金属イオン複合体含有水を生成させる複合体形成部とを備える点を要旨とする。
The apparatus for producing a bubble/metal ion composite according to the present invention is characterized by: a metal ion generating section composed of metal particles and carbon particles and configured to generate metal ion water by contact with water;
The gist of the invention is that it comprises a complex forming part for mixing gas and metal ion water to generate bubble/metal ion complex-containing water.
本発明の製造方法は、上記の気泡／金属イオン複合体の製造装置を用いて、
金属イオン発生部で金属イオン水を生成させた後、複合体形成部で気体及び金属イオン水を混合して気泡／金属イオン複合体含有水を生成させるか、
または金属イオン発生部で金属イオン水を生成させながら複合体形成部で気体及び金属イオン水を混合することを繰り返して、気泡／金属イオン複合体含有水を生成させることにより気泡／金属イオン複合体を製造する点を要旨とする。
The manufacturing method of the present invention uses the above-described bubble/metal ion composite manufacturing apparatus,
After generating metal ion water in the metal ion generating section, gas and metal ion water are mixed in the complex forming section to generate bubble/metal ion complex-containing water,
Alternatively, gas and metal ion water are mixed in the complex forming section while metal ion generating section generates metal ion water to generate bubble/metal ion complex-containing water, thereby generating air bubble/metal ion complex. The gist is to manufacture the
本発明の気泡／金属イオン複合体の製造装置は、簡便に、効率よく、気泡／金属イオン複合体を製造できる。 The bubble/metal ion composite manufacturing apparatus of the present invention can easily and efficiently produce a bubble/metal ion composite.
本発明の製造方法によれば、上記の製造装置を用いるので、簡便に、効率よく、気泡／金属イオン複合体が得られる。 According to the manufacturing method of the present invention, since the manufacturing apparatus described above is used, the bubble/metal ion composite can be obtained simply and efficiently.
金属粒子としては、水と激しく反応する金属でなく、水中で炭と接触することにより水中にイオンとして溶出できる金属粒子であれば制限はないが、還元電位の観点から、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛、鉄、ニッケル、錫、鉛及び銅からなる群より選ばれる少なくとも１種の粒子が好ましく、さらに好ましくはマグネシウム、アルミニウム、亜鉛及び鉄からなる群より選ばれる少なくとも１種の粒子である。 The metal particles are not limited as long as they are not metals that react violently with water and can be dissolved in water as ions by contact with charcoal in water. At least one particle selected from the group consisting of iron, nickel, tin, lead and copper is preferred, and at least one particle selected from the group consisting of magnesium, aluminum, zinc and iron is more preferred.
金属粒子は、谷と山との差が５～１５００μｍである蛇腹状の凹凸を有する金属粒子であることが好ましい。この谷と山との差の下限値は１０μｍがさらに好ましく、特に好ましくは２０μｍである。 The metal particles are preferably metal particles having bellows-shaped unevenness with a difference between troughs and peaks of 5 to 1500 μm. The lower limit of the difference between the valleys and peaks is more preferably 10 μm, particularly preferably 20 μm.
谷と山との差は、光学式非接触３次元測定機｛たとえば、非接触微細形状測定機Infinte Focus SL、ブルカー・アリコナ社（オーストリア）｝により計測できる。 The difference between valleys and peaks can be measured by an optical non-contact three-dimensional measuring machine {eg non-contact fine shape measuring machine Infinite Focus SL, Bruker Arikona (Austria)}.
蛇腹状の凹凸は、金属粒子の表面のいずれかに存在すればよく、すべての面に存在している必要はない。谷と山との差が２０～１５００μｍである蛇腹状の凹凸を有する金属粒子は、金属加工して調製してもよいが、切削屑をそのまま使用できる場合がある。コストの面から切削屑を活用することが好ましい。 The bellows-shaped unevenness may be present on any surface of the metal particles, and does not need to be present on all surfaces. Metal particles having bellows-like irregularities with a difference between troughs and peaks of 20 to 1500 μm may be prepared by metal working, but cutting chips may be used as they are in some cases. From the viewpoint of cost, it is preferable to utilize cutting waste.
金属粒子の大きさに特に制限はないが、上限として、－８ｍｍ（ふるい網の目開き８ｍｍ、ＪＩＳ Ｚ８８０１－１：２００６、線径２ｍｍ、２．５メッシュ相当）程度が好ましく、さらに好ましくは－４ｍｍ（ふるい網の目開き４ｍｍ、ＪＩＳ Ｚ８８０１－１：２００６、線径１．４ｍｍ、４．７メッシュ相当）程度、特に好ましくは－２ｍｍ（ふるい網の目開き２ｍｍ、ＪＩＳ Ｚ８８０１－１：２００６、線径０．９ｍｍ、９メッシュ相当）である。また、下限として、＋３５５μｍ（ふるい網の目開き３５５μｍ、ＪＩＳ Ｚ８８０１－１：２００６、線径２２４μｍ、４４メッシュ相当）程度が好ましい。
The size of the metal particles is not particularly limited, but the upper limit is preferably about -8 mm (sieve mesh opening 8 mm, JIS Z8801-1: 2006,
金属イオン水の生成の持続性及び安定性をよりよくするため、金属粒子の大きさに関して、大きな金属粒子と小さな金属粒子との両方を含むことが好ましく、金属粒子の大きさを均一にしないことが好ましい。 In order to improve the sustainability and stability of the generation of metal ion water, the size of the metal particles preferably includes both large and small metal particles, and the size of the metal particles should not be uniform. is preferred.
金属粒子は、市場から容易に入手でき、たとえば、株式会社関東金属、有限会社古谷商店、富源商事株式会社及びイチイ産業株式会社から入手できる。 Metal particles are readily available commercially, for example from Kanto Kinzoku Co., Ltd., Furuya Shoten Co., Ltd., Fugen Shoji Co., Ltd., and Ichii Sangyo Co., Ltd.
炭粒子としては、有機物を蒸し焼きにして得られる炭化物であれば制限なく使用できる。炭粒子の原料となる有機物としては、炭化できる物であれば制限がないが、品質等の観点から、ヤシガラ、竹及び木が好ましい。竹及び木のうち、環境保護等の観点から、廃材（建築廃材、家具廃材、使用済み割りばし、廃パレット）、植木剪定材及びこれらの破砕物を圧縮成形した圧縮成型体等を用いることができる。 As the charcoal particles, any charcoal obtained by steaming an organic substance can be used without limitation. The organic matter that is the raw material of the charcoal particles is not limited as long as it can be carbonized, but coconut shells, bamboo and wood are preferable from the viewpoint of quality and the like. Among bamboo and wood, waste materials (construction waste materials, furniture waste materials, used chopsticks, waste pallets), plant pruning materials, and compression-molded bodies obtained by compression-molding these crushed materials can be used from the viewpoint of environmental protection. .
炭粒子のうち、竹及び木を原料とする場合、縦型炭化炉で製造されることが好ましい。炭化温度（℃）としては、５００～１０００程度が好ましく、さらに好ましくは７００～８００程度である。気泡/金属イオン複合体をヒトや動物に使用する場合、安全性の観点等から活性炭等が好ましく、ヒトや動物以外に使用する場合この限りではない。 Among charcoal particles, when bamboo and wood are used as raw materials, they are preferably produced in a vertical carbonization furnace. The carbonization temperature (° C.) is preferably about 500-1000, more preferably about 700-800. When the bubble/metal ion complex is used for humans or animals, activated carbon or the like is preferable from the viewpoint of safety, and this is not the case when used for subjects other than humans and animals.
炭粒子は、必ずしも多孔質である必要はないが、多孔質であることにより、水との接触部位が増大するため、多孔質であることが好ましい。 The charcoal particles do not necessarily have to be porous, but are preferably porous because being porous increases the contact sites with water.
炭粒子の精練度は、０～６程度が好ましく、さらに好ましくは０～５、特に好ましくは０～４、最も好ましくは０～３である。 The scouring degree of the charcoal particles is preferably about 0-6, more preferably 0-5, particularly preferably 0-4, and most preferably 0-3.
精錬度とは、炭化の度合いを表した数字であり、精錬計｛たとえば、株式会社三陽電機製作所製の木炭精錬計｝で測定試料表面の２点間の電気抵抗値（Ω／ｃｍ）を測定し、この電気抵抗値の指数部分の数字を精錬度としたものである。この精錬度の値が小さい程、電気抵抗が小さく、グラファイト構造を多く含むということができる。 The degree of refining is a number that represents the degree of carbonization, and the electric resistance value (Ω / cm) between two points on the surface of the measurement sample is measured with a refining meter (for example, a charcoal refining meter manufactured by Sanyo Electric Manufacturing Co., Ltd. The number of the exponential part of the electric resistance value is used as the degree of refinement. It can be said that the smaller the value of this refining degree, the smaller the electric resistance and the more the graphite structure is included.
炭粒子の原料となる有機物の大きさは、２～１０ｃｍ程度以内の大きさに破砕してから炭化させることが好ましい。 It is preferable that the size of the organic matter, which is the raw material of the charcoal particles, is crushed to a size within about 2 to 10 cm and then carbonized.
炭粒子は、破砕等により粒子を小さくしてもよく、さらに、スクリーン（金網等）により篩い分けしてもよい。 The charcoal particles may be made smaller by crushing or the like, and further may be sieved with a screen (wire mesh or the like).
炭粒子の大きさに特に制限はないが、上限として、－８ｍｍ（ふるい網の目開き８ｍｍ、ＪＩＳ Ｚ８８０１－１：２００６、線径２ｍｍ、２．５メッシュ相当）程度が好ましく、さらに好ましくは－４ｍｍ（ふるい網の目開き４ｍｍ、ＪＩＳ Ｚ８８０１－１：２００６、線径１．４ｍｍ、４．７メッシュ相当）程度、特に好ましくは－２ｍｍ（ふるい網の目開き２ｍｍ、ＪＩＳ Ｚ８８０１－１：２００６、線径０．９ｍｍ、９メッシュ相当）である。また、下限として、＋３５５μｍ（ふるい網の目開き３５５μｍ、ＪＩＳ Ｚ８８０１－１：２００６、線径２２４μｍ、４４メッシュ相当）程度が好ましい。
The size of the charcoal particles is not particularly limited, but the upper limit is preferably about -8 mm (sieve mesh opening 8 mm, JIS Z8801-1:2006,
金属イオン水の生成の持続性及び安定性をよりよくするため、炭粒子の大きさに関して、大きな炭粒子と小さな炭粒子との両方を含むことが好ましく、炭粒子の大きさを均一にしないことが好ましい。 In order to improve the sustainability and stability of the generation of metal ion water, the size of the charcoal particles preferably includes both large and small charcoal particles, and the size of the charcoal particles should not be uniform. is preferred.
金属粒子及び炭粒子の含有量には特に制限はないが、イオン水の生成効率等の観点から次の範囲が好ましい。
金属粒子の含有量（重量％）は、金属粒子及び炭粒子の重量に基づいて、１０～９０が好ましく、さらに好ましくは２０～８０、特に好ましくは２４～７０である。
炭粒子の含有量（重量％）は、金属粒子及び炭粒子の重量に基づいて、１０～９０が好ましく、さらに好ましくは２０～８０、特に好ましくは３０～７６である。
The contents of the metal particles and the carbon particles are not particularly limited, but the following range is preferable from the viewpoint of ion water production efficiency and the like.
The content (% by weight) of the metal particles is preferably 10-90, more preferably 20-80, particularly preferably 24-70, based on the weight of the metal particles and the carbon particles.
The content (% by weight) of the charcoal particles is preferably 10-90, more preferably 20-80, particularly preferably 30-76, based on the weight of the metal particles and the charcoal particles.
金属粒子と炭粒子とは接している必要があるが、金属粒子と炭粒子との接触は電子の授受ができる程度に接していれば足りる（金属粒子及び炭粒子、水により部分電池が構成され、電子の授受により金属イオンが発生する。）。金属粒子及び炭粒子から構成される金属イオン発生部内に水が自由に出入りできる隙間を設けられている。すなわち、金属粒子及び炭粒子は多孔質であることが好ましい。金属粒子及び炭粒子は金属イオン発生部内で流動するように構成していてもよいが、金属粒子と炭粒子との接触により電子の授受が効率よくできるように、金属粒子及び炭粒子は常に接触しこれらの流動は少ないことが好ましい。 The metal particles and the carbon particles need to be in contact with each other, but the contact between the metal particles and the carbon particles is sufficient as long as they are in contact with each other to the extent that they can transfer electrons (the metal particles, carbon particles, and water form a partial battery). , metal ions are generated by the transfer of electrons.). A gap is provided in the metal ion generating portion composed of metal particles and carbon particles to allow water to flow freely in and out. That is, the metal particles and carbon particles are preferably porous. The metal particles and the carbon particles may be configured to flow within the metal ion generating section, but the metal particles and the carbon particles are always in contact so that electron transfer can be efficiently performed by the contact between the metal particles and the carbon particles. However, it is preferable that these flows be small.
金属イオン発生部は、金属粒子及び炭粒子が常に非接触とならなければ、どのように構成されていてもよく、水の流入口及び金属イオン水の排出口をもつ容器(カートリッジ)内に金属粒子及び炭粒子を充填した構成としてもよい。また、この場合、流入口や排出口にフィルター、ストレーナー又は網を設けてもよい。水道水等の加圧水を水の流入口に導入する場合、ポンプを設ける必要はないが、流入口へ導入する水の圧力によって、水の流入口及び／又は金属イオン水の排出口にポンプを設けてもよい。 The metal ion generating part may be configured in any way as long as the metal particles and the carbon particles do not always come into contact with each other. It is good also as a structure filled with particles and charcoal particles. In this case, a filter, strainer or net may be provided at the inlet or outlet. When pressurized water such as tap water is introduced into the water inlet, it is not necessary to install a pump. may
金属イオン発生部は、タンク、循環ポンプ及び循環ラインと上記のカートリッジとを接続して、金属イオン水を循環させてもよい。この場合、水の流入口及び金属イオン水の排出口は必ずしも上記のカートリッジに設ける必要はなく、タンクや循環ラインに設けてもよい。 The metal ion generator may connect the tank, the circulation pump, the circulation line and the cartridge to circulate the metal ion water. In this case, the water inlet and the metal ion water outlet do not necessarily have to be provided in the cartridge, and may be provided in the tank or the circulation line.
気体としてはガス状であれば制限ないが、空気、酸素、二酸化炭素及び水素からなる群より選ばれる少なくとも１種が好ましい。気体は、水に溶存している気体（通常、空気が溶存しているが、気体の種類を変更する場合、加圧及び／又はバブリングにより置換できる。）や、金属イオン発生部で発生する気体(水素等)をそのまま使用してもよいし、さらに複合体形成部に気体導入口を設けて気体を導入してもよい。 The gas is not limited as long as it is gaseous, but preferably at least one selected from the group consisting of air, oxygen, carbon dioxide and hydrogen. The gas is a gas dissolved in water (normally, air is dissolved, but when changing the type of gas, it can be replaced by pressurization and / or bubbling), or a gas generated in the metal ion generation part (Hydrogen or the like) may be used as it is, or a gas inlet may be provided in the complex forming portion to introduce the gas.
気体の大きさには制限はないが、気泡/金属イオン複合体の安定性の観点等から、この個数平均粒子径は、０．０２～１００μｍが好ましく、さらに好ましくは０．０５～１μｍ、特に好ましくは０．１～０．３μｍである。 The size of the gas is not limited, but from the viewpoint of the stability of the bubble/metal ion complex, etc., the number average particle size is preferably 0.02 to 100 μm, more preferably 0.05 to 1 μm, particularly It is preferably 0.1 to 0.3 μm.
個数平均粒子径は、ＪＩＳ Ｚ８８２５：２０１３「粒子径解析－レーザ回折・散乱法」に準拠して体積平均粒子径を求め、この値から算出してもよいし、ＪＩＳ Ｚ８８３６：２０１７「コロイド分散系－ゼータ電位の光学的測定法」に準拠して求めてもよい（以下同じである。）。 The number average particle size may be calculated from the volume average particle size determined in accordance with JIS Z8825: 2013 "Particle size analysis-laser diffraction/scattering method", or JIS Z8836: 2017 "Colloidal dispersion system - Optical measurement method of zeta potential" (the same shall apply hereinafter).
複合体形成部において、形成される気泡／金属イオン複合体の大きさには制限はないが、気泡／金属イオン複合体の安定性等の観点から、この個数平均粒子径は、０．０２～１００μｍが好ましく、さらに好ましくは０．０５～１μｍ、特に好ましくは０．１～０．３μｍ（この大きさになると可視光線より小さいため、形成される複合体含有水は透明となる。）である。 The size of the bubble/metal ion complex formed in the composite forming part is not limited, but from the viewpoint of the stability of the bubble/metal ion complex, the number average particle diameter is from 0.02 to 0.02. It is preferably 100 μm, more preferably 0.05 to 1 μm, and particularly preferably 0.1 to 0.3 μm (this size is smaller than visible light, so the formed complex-containing water is transparent). .
複合体形成部は、気体と金属イオン水を混合して気泡／金属イオン複合体含有水を生成できればどのように構成されていてもよく、＜１＞金属イオン水の流入口、気泡／金属イオン複合体含有水の排出口及び気体流入口をもつように構成してもよいし、＜２＞金属イオン水の流入口及び気泡／金属イオン複合体含有水の排出口をもつように構成してもよい。加圧された金属イオン水を流入口に導入する場合、ポンプを設ける必要はないが、流入口へ導入する金属イオン水の圧力によって、流入口及び／又は排出口にポンプを設けてもよい。複合体形成部は、気泡／金属複合体含有水の排出口に循環ラインを設けてストックタンクに接続し、ストックタンクから再度ポンプで気泡／金属複合体含有水の排出口に循環させてもよい。 The complex forming part may be configured in any way as long as it can mix gas and metal ion water to generate bubbles/metal ion complex-containing water. It may be configured to have a complex-containing water outlet and a gas inlet, or <2> configured to have a metal ion water inlet and a bubble/metal ion complex-containing water outlet. good too. When pressurized metal ion water is introduced into the inlet, it is not necessary to install a pump, but depending on the pressure of the metal ion water introduced into the inlet, a pump may be installed at the inlet and/or the outlet. In the composite forming unit, a circulation line may be provided at the outlet of the bubble/metal composite-containing water and connected to the stock tank, and the pump may be used to circulate again from the stock tank to the outlet of the bubble/metal composite-containing water. .
金属イオン水の流入口から気泡／金属イオン複合体含有水の排出口までの間に気体を細分化させる部材を設けてもよい。気体を細分化させる部材としては、攪拌羽根やディフューザーストーン(エアストーン)、ガラスフィルター、アスピレーター、エジェクター、邪魔板、オリフィスノズル、羽根車及び噴射ノズル等を適宜組み合わせて構成してもよい。 A member that divides the gas may be provided between the inlet of the metal ion water and the outlet of the bubble/metal ion complex-containing water. As a member for fragmenting the gas, a stirring blade, a diffuser stone (air stone), a glass filter, an aspirator, an ejector, a baffle plate, an orifice nozzle, an impeller, an injection nozzle, and the like may be combined as appropriate.
気体を細分化させる部材としては、公知の部材（特許第６３１０３５９号、特許第６４４９５３１号、特開２０１２－０４０４４８号、ＷＯ２０１３／０１２０６９、特開２０１３－２１５４２１号、特開２０１４－１２１６８９号、特開２０１５－０６２９０６号、ＷＯ２０１８／０２１３３０及び特開２０２１－０２０１５３号等）が使用でき、たとえば、ファビー及びフォームジェット（株式会社ワイビーエム）、ＵＦＢノズル組み込み高圧ポンプ（株式会社シバタ）並びにミクロスター（株式会社富喜製作所、「ミクロスター」は同社の登録商標である。）が含まれる。 As the member for subdividing gas, known members (Patent No. 6310359, Patent No. 6449531, JP 2012-040448, WO2013/012069, JP 2013-215421, JP 2014-121689, JP 2015-062906, WO2018/021330 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-020153) can be used, for example, Fabby and Formjet (YBM Co., Ltd.), UFB nozzle built-in high pressure pump (Shibata Co., Ltd.) and Microstar (Co., Ltd. Fuki Seisakusho and “Microstar” are registered trademarks of the company).
上記の気泡／金属イオン複合体の製造装置を用いて、金属イオン発生部で金属イオン水を生成させた後、複合体形成部で気体及び金属イオン水を混合して気泡／金属イオン複合体含有水を生成させてもよいし（図１参照）、または金属イオン発生部で金属イオン水を生成させながら複合体形成部で気体及び金属イオン水を混合することを繰り返して（すなわち、金属イオン水の発生と気体及び金属イオン水の混合とを直列的又は並列的に繰り返して）、気泡／金属イオン複合体含有水を生成させてもよい（図２及び３参照）。
なお、金属イオン水の生成と気体及び金属イオン水の混合を直列的に繰り返す場合、金属イオン生成部及び複合体形成部の複数個が直列的に繋がっていてもよいし、これらが一体化していてもよい（一体化している場合、金属イオン生成部及び複合体形成部のそれぞれが明確に区別できない場合も含む。）。
Using the bubble/metal ion composite production apparatus described above, metal ion water is generated in the metal ion generation section, and then the gas and metal ion water are mixed in the composite formation section to contain the bubble/metal ion complex. Water may be generated (see FIG. 1), or by repeatedly mixing gas and metal ion water in the complex formation part while metal ion water is generated in the metal ion generation part (i.e., metal ion water and the mixing of gas and metal ion water may be repeated in series or in parallel) to produce bubble/metal ion complex-containing water (see FIGS. 2 and 3).
When the generation of metal ion water and the mixing of gas and metal ion water are repeated in series, a plurality of metal ion generation units and complex formation units may be connected in series, or they may be integrated. (Including the case where the metal ion generating part and the complex forming part cannot be clearly distinguished from each other when they are integrated.).
気泡／金属イオン複合体含有水に含まれる気泡／金属イオン複合体は、ＪＩＳ Ｚ８８３６：２０１７「コロイド分散系－ゼータ電位の光学的測定法」に準拠して、ゼータ電位の測定により確認できる。すなわち、気体及び金属イオン水を混合して得た気泡／金属イオン複合体のゼータ電位と、気体及び水を混合して得た気泡含有水(金属イオンを含まない)のゼータ電位と比較し、これらのゼータ電位に大きな差異がある場合、気泡／金属イオン複合体が生成していると考えられる（マイナス電荷の気泡に金属イオンがくっつくことにより気泡の電荷がプラス側に変化すると考えられる。）。なお、異なる金属イオン同士を比較した場合、イオン電荷やイオン半径等がゼータ電位の測定に影響するため、比較するのは同じ金属イオン同士に限る。また、ゼータ電位の測定の際、同時に測定できる気泡数も複合体の形成を確認するのに役立つ（気泡数が少な程、複合体も少なく、気泡数が多い程複合体が多いと予測できる。）。なお、気泡／金属イオン複合体の構造は、必ずしも明らかではないが、気泡表面に金属イオンが吸着した構造、１若しくは複数の金属イオンにより複数の気泡が連結若しくは凝集した構造又はこれらの組み合わさった構造等が考えられ、気泡の大きさや、気泡及び金属イオンの濃度等によっても変化し得ると予想される。 The bubbles/metal ion complex contained in the bubble/metal ion complex-containing water can be confirmed by measuring the zeta potential in accordance with JIS Z8836:2017 "Colloidal dispersion system-optical measurement of zeta potential". That is, comparing the zeta potential of the bubble/metal ion composite obtained by mixing gas and metal ion water with the zeta potential of bubble-containing water (not containing metal ions) obtained by mixing gas and water, If there is a large difference between these zeta potentials, it is considered that a bubble/metal ion complex is formed (it is thought that the charge of the bubble changes to the positive side due to the metal ion sticking to the negatively charged bubble). . When different metal ions are compared, ionic charges, ionic radii, etc. affect the zeta potential measurement, so comparison is limited to the same metal ions. In addition, when measuring the zeta potential, the number of bubbles that can be measured at the same time is also useful for confirming the formation of complexes (it can be predicted that the fewer the number of bubbles, the smaller the number of complexes, and the larger the number of bubbles, the larger the number of complexes. ). The structure of the bubble/metal ion complex is not necessarily clear, but it may be a structure in which metal ions are adsorbed on the bubble surface, a structure in which a plurality of bubbles are connected or aggregated by one or a plurality of metal ions, or a combination of these. The structure and the like are conceivable, and it is expected to change depending on the size of the bubbles, the concentration of the bubbles and metal ions, and the like.
＜実施例１＞
木質廃パレット（南洋材）を破砕して得たチップ（最長長さ２～１０ｃｍ）を、縦型炭化炉（草・木チップ連続製炭機、ＴＹＰＥ１８０ｋｇ／Ｈｒ、村井鉄工所）で炭化させた後（７００～８００℃、３０～４０分間）、目開き２．８ｍｍの金網を通過させて、最長長さ０．１～２．８ｃｍの炭粒子（Ｃ１）を得た。炭粒子（Ｃ１）の精練度は３であった。
炭粒子（Ｃ１）３０ｇ及び金属粒子｛Ｍ１；マグネシウム、株式会社関東金属、粒度分布（メッシュ／重量％）：＋８／０、＋１０／２０．４、＋４０／７９．２、－４０／０．４、谷と山との差２０～１５００μｍの蛇腹状凹凸を持つ。｝７０ｇをプラスチック製カートリッジ（内径２５ｍｍ、長さ３５０ｍｍの円筒形であり、底面及び上面に内径１５ｍｍの水の出入口を有する。）に詰め、この底部の水の入口に循環ポンプの吐出口を配管し、上部の水の出口は貯水タンクへ配管した。貯水タンクには循環ポンプの吸込口への配管と水の流入口と金属イオン水の排出口を設けて、金属イオン発生部を得た。
<Example 1>
Chips (
30 g of charcoal particles (C1) and metal particles {M1; magnesium, Kanto Kinzoku Co., Ltd., particle size distribution (mesh/% by weight): +8/0, +10/20.4, +40/79.2, -40/0.4 , and has bellows-shaped unevenness with a difference of 20 to 1500 μm between the valley and the peak. } 70 g is packed in a plastic cartridge (cylindrical with an inner diameter of 25 mm and a length of 350 mm, and has a water inlet and outlet with an inner diameter of 15 mm on the bottom and top), and the outlet of the circulation pump is piped to the water inlet on the bottom. and the upper water outlet was piped to the water storage tank. The water storage tank was provided with a pipe to the suction port of the circulation pump, a water inlet, and a metal ion water outlet to obtain a metal ion generating portion.
金属イオン発生部の金属イオン水の排出口と、気泡／金属イオン複合体含有水の排出口を持つ複合体形成部（ＵＦＢノズル組み込み高圧ポンプ：気体を細分化させる部材と高圧ポンプが一体なったもの、株式会社シバタ）の流入口とを配管して、本発明の気泡／金属イオン複合体の製造装置（１）を調製した。 Composite forming part with outlet for metal ion water in metal ion generating part and outlet for water containing air bubbles/metal ion complex (high-pressure pump with built-in UFB nozzle: A component that divides gas and a high-pressure pump are integrated (Shibata Co., Ltd.) was connected to prepare an apparatus (1) for producing a bubble/metal ion composite according to the present invention.
＜実施例２＞
備長炭（精錬度２）を破砕してから、目開き２．８ｍｍの金網を通過させて、最長長さ０．１～２．８ｃｍの炭粒子（Ｃ２）を得た。
「炭粒子（Ｃ１）３０ｇ及び金属粒子｛Ｍ１；マグネシウム｝７０ｇ」を「炭粒子（Ｃ２）７６ｇ及び金属粒子（Ｍ１；マグネシウム）２４ｇ」に変更したこと以外、実施例１と同様にして、本発明の気泡／金属イオン複合体の製造装置（２）を調製した。
<Example 2>
Bincho charcoal (refining degree 2) was crushed and then passed through a wire mesh with an opening of 2.8 mm to obtain charcoal particles (C2) with a maximum length of 0.1 to 2.8 cm.
In the same manner as in Example 1, except that "30 g of charcoal particles (C1) and 70 g of metal particles {M1; magnesium}" was changed to "76 g of charcoal particles (C2) and 24 g of metal particles (M1; magnesium)". An inventive air bubble/metal ion composite manufacturing apparatus (2) was prepared.
＜実施例３＞
「金属粒子｛Ｍ１；マグネシウム｝」を「金属粒子｛Ｍ２；アルミニウム、アルミダライ粉、有限会社古谷商店、谷と山との差１０～１５００μｍの蛇腹状凹凸を持つ｝」に変更したこと以外、実施例１と同様にして、本発明の気泡／金属イオン複合体の製造装置（３）を調製した。
<Example 3>
Except for changing "metal particles {M1; magnesium}" to "metal particles {M2; aluminum, aluminum powder, Furuya Shoten Co., Ltd., having bellows-shaped unevenness with a difference between valleys and peaks of 10 to 1500 μm}", In the same manner as in Example 1, an apparatus (3) for producing a bubble/metal ion composite of the present invention was prepared.
＜実施例４＞
「炭粒子（Ｃ１）３０ｇ及び金属粒子｛Ｍ１；マグネシウム｝７０ｇ」を「炭粒子（Ｃ３；ヤシガラ活性炭）７６ｇ及び金属粒子｛Ｍ３；亜鉛、亜鉛ダライ粉、有限会社古谷商店、谷と山との差１０～５００μｍの蛇腹状凹凸を持つ。｝２４ｇ」に変更したこと以外、実施例１と同様にして、本発明の気泡／金属イオン複合体の製造装置（４）を調製した。
<Example 4>
"Charcoal particles (C1) 30 g and metal particles {M1; magnesium} 70 g" were changed to "Charcoal particles (C3; coconut shell activated carbon) 76 g and metal particles {M3; zinc, zinc powder, Furuya Shoten Co., Ltd., Tani and Yamato An apparatus (4) for producing a bubble/metal ion composite of the present invention was prepared in the same manner as in Example 1, except that the weight was changed to 24 g.
＜実施例５＞
「炭粒子（Ｃ１）３０ｇ及び金属粒子｛Ｍ１；マグネシウム｝７０ｇ」を「炭粒子（Ｃ２）７６ｇ及び金属粒子｛Ｍ４；鉄、鉄切り子、有限会社古谷商店、谷と山との差５～１００μｍの蛇腹状凹凸を持つ。｝２４ｇ」に変更したこと以外、実施例１と同様にして、本発明の気泡／金属イオン複合体の製造装置（５）を調製した。
<Example 5>
"Charcoal particles (C1) 30 g and metal particles {M1; magnesium} 70 g" were changed to "Charcoal particles (C2) 76 g and metal particles {M4; A device (5) for producing a bubble/metal ion composite of the present invention was prepared in the same manner as in Example 1, except that the weight was changed to 24 g.
＜比較例１＞
特許文献１の実施例１において、Ａｇプレートをマグネシウムプレートに変更したこと以外同様にして、金属イオン水生成装置（ｈ１）を得た。
なお、「金属粒子｛Ｍ１；マグネシウム｝７０ｇ」を「金属粒子（銀）７０ｇ」に変更したこと以外、実施例１と同様にして、金属イオン水生成装置を調製したが、銀イオンは発生しないことを確認した（銀の酸化還元電位が高いため、金属粒子及び炭粒子、水により部分電池を構成できず、電子の授受もできないので、結果として銀イオンが発生しない。）ので、上記の通り電気分解を試みた。
<Comparative Example 1>
A metal ion water generator (h1) was obtained in the same manner as in Example 1 of
A metal ion water generator was prepared in the same manner as in Example 1, except that "70 g of metal particles {M1; magnesium}" was changed to "70 g of metal particles (silver)", but no silver ions were generated. (Because silver has a high oxidation-reduction potential, a partial cell cannot be formed by metal particles, carbon particles, and water, and electrons cannot be exchanged. As a result, silver ions are not generated.) Therefore, as described above. I tried electrolysis.
＜比較例２＞
実施例１で調製した金属イオン発生部と同じものを用いて、この流入口と、水の流入口を持つ複合体形成部（ＵＦＢノズル組み込み高圧ポンプ、株式会社シバタ）の排出口とを配管して、比較用の金属イオン発生装置（ｈ２）を得た（金属イオン発生部と複合体形成部との結合を実施例とは後先逆にした例：特許文献１に記載された装置の順序で構成した。）。
なお、金属イオン発生部の排出口は、気泡／金属イオン複合体含有水の排出口に相当する。
<Comparative Example 2>
Using the same metal ion generating part prepared in Example 1, this inlet and the outlet of the composite forming part having a water inlet (high pressure pump with built-in UFB nozzle, Shibata Co., Ltd.) were connected. Then, a metal ion generating device (h2) for comparison was obtained (an example in which the bonding between the metal ion generating part and the complex forming part was reversed from the example: the order of the device described in
The outlet of the metal ion generator corresponds to the outlet of the bubble/metal ion complex-containing water.
＜比較例３＞
実施例４で調製した金属イオン発生部と同じものを用いて、この流入口と、水の流入口を持つ複合体形成部（ＵＦＢノズル組み込み高圧ポンプ、株式会社シバタ）の排出口とを配管して、比較用の金属イオン発生装置（ｈ３）を得た（金属イオン発生部と複合体形成部との結合を実施例とは後先逆にした例：特許文献１に記載された装置の順序で構成した。）。
なお、金属イオン発生部の排出口は、気泡／金属イオン複合体含有水の排出口に相当する。
<Comparative Example 3>
Using the same metal ion generating part prepared in Example 4, this inlet and the outlet of the composite forming part having a water inlet (high pressure pump with built-in UFB nozzle, Shibata Co., Ltd.) were connected. Then, a metal ion generator (h3) for comparison was obtained (an example in which the bonding between the metal ion generating portion and the complex forming portion was reversed from the example: the order of the device described in
The outlet of the metal ion generator corresponds to the outlet of the bubble/metal ion complex-containing water.
＜気泡／金属イオン複合体の調製＞
実施例１～５で調製した気泡／金属イオン複合体の製造装置（１）～（５）を用いて、金属イオン発生部の貯水タンクに水道水５Ｌを注水し、これを循環ポンプでプラスチック製カートリッジ及び貯水タンク間を４Ｌ／分の流量で１時間循環させてから、金属イオン発生部の金属イオン水の排出口から金属イオン水を排出させて、複合体形成部の流入口へ流入させて、２Ｌ／分の流量で気泡／金属イオン複合体含有水の排出口から、気泡／金属イオン複合体含有水を排出させた。
また、金属イオン水を水道水に変更したこと以外、上記と同様にして気泡含有水を調製した。
<Preparation of bubble/metal ion complex>
5 L of tap water was poured into the water storage tank of the metal ion generation part using the air bubble/metal ion composite production apparatus (1) to (5) prepared in Examples 1 to 5, and this was pumped into a plastic After circulating between the cartridge and the water storage tank at a flow rate of 4 L/min for 1 hour, the metal ion water is discharged from the metal ion water outlet of the metal ion generating section and flowed into the inlet of the complex forming section. , the bubble/metal ion complex-containing water was discharged from the bubble/metal ion complex-containing water outlet at a flow rate of 2 L/min.
Also, bubble-containing water was prepared in the same manner as described above, except that the metal ion water was changed to tap water.
比較例１で調製した金属イオン水生成装置（ｈ１）を用いて、特許文献１に準拠して金属イオン水を調製した。
また、電極間に電解をかけずに（電気分解をせずに）マイクロバブルを含む水を調製した。
Using the metal ion water generator (h1) prepared in Comparative Example 1, metal ion water was prepared according to
In addition, water containing microbubbles was prepared without applying electrolysis between the electrodes (without electrolysis).
比較例２又は３で調製した金属イオン発生装置（ｈ２又はｈ３）を用いて、水道水を２Ｌ／分で複合体形成部に流入させて、排出口から排出された気泡含有水を貯水タンクに１０Ｌためた後、これを循環ポンプでプラスチック製カートリッジ及び貯水タンク間を４Ｌ／分の流量で１時間循環させて、気泡／金属イオン複合体含有水を調製した。
また、複合体形成部の排出口から排出された気泡含有水の一部を保存した。
Using the metal ion generator (h2 or h3) prepared in Comparative Example 2 or 3, tap water was allowed to flow into the complex formation part at 2 L/min, and the bubble-containing water discharged from the outlet was poured into the water storage tank. After accumulating 10 L, this was circulated between the plastic cartridge and the water storage tank with a circulation pump at a flow rate of 4 L/min for 1 hour to prepare bubble/metal ion complex-containing water.
Also, part of the bubble-containing water discharged from the discharge port of the composite forming part was saved.
＜ゼータ電位及び気泡径の測定＞
ゼータ電位測定装置（Zeta View、 Particle Metrix GmbH）を用いて、気泡／金属イオン複合体含有水及び金属イオン水について、それぞれゼータ電位（１；ｍＶ）を測定し、同様に、気泡含有水及びマイクロバブルを含む水について、それぞれゼータ電位（２；ｍＶ）を測定し、それぞれ３回の測定値の平均値を下表に示した。
また、同時に、気泡／金属イオン複合体含有水、金属イオン水、気泡含有水及びマイクロバブルを含む水に含まれる気泡の個数平均粒子径（ｎｍ）及び気泡数（個）を測定し、それぞれ３回の測定値の平均値を下表に示した。
同じ金属イオン同士において、ゼータ電位（１）及びゼータ電位（２）の差が大きい程、気泡／金属イオン複合体の含有量が多いと考えられる。また、気泡数が多い程、気泡／金属イオン複合体の含有量が多いと考えられる。
<Measurement of zeta potential and bubble diameter>
Using a zeta potential measurement device (Zeta View, Particle Metrix GmbH), the zeta potential (1; mV) was measured for each of the bubble/metal ion complex-containing water and the metal ion water. The zeta potential (2; mV) was measured for each water containing bubbles, and the average values of three measurements are shown in the table below.
At the same time, the number average particle diameter (nm) and the number of bubbles (number) of bubbles contained in the bubble/metal ion complex-containing water, the metal ion water, the bubble-containing water, and the water containing microbubbles were measured. The average values of the measured values are shown in the table below.
It is considered that the larger the difference between the zeta potential (1) and the zeta potential (2) between the same metal ions, the higher the content of the gas bubble/metal ion complex. Also, it is considered that the larger the number of bubbles, the higher the content of the bubble/metal ion complex.
上記の通り、本発明の気泡／金属イオン複合体の製造装置は、比較用の金属イオン水生成装置に比べ、簡便に、効率よく、気泡／金属イオン複合体を製造できた。 As described above, the air bubble/metal ion composite production apparatus of the present invention was able to produce the air bubble/metal ion complex more simply and efficiently than the comparative metal ion water production apparatus.
金属が水に溶解する際、対イオンと共に金属イオンとして溶解するが、水酸化物イオン（ＯＨ－）がヒトや動物に対する安全性の高い対イオンであると考えられる。そして、金属の電気分解（たとえば比較例１）や本発明で使用する金属イオン発生部から生成する金属イオン水には、金属イオンと水酸化物イオン（ＯＨ－）が含まれる。しかし、金属イオンは水酸化物イオンと再結合して金属水酸化物となって沈殿する場合が多い。
一方、気泡の表面はマイナスに帯電しており、金属イオンと水酸化物イオンとが再結合する前に、気泡と金属イオンとを複合化できれば、高濃度の金属イオンを含む水を調製できる。
そして、本発明の気泡／金属イオン複合体の製造装置は、金属イオンと水酸化物イオンとが再結合する前に、気泡と金属イオンとを複合化でき、安定な（沈殿しがたい）気泡／金属イオン複合体を容易に調製できる。
また、本発明の気泡／金属イオン複合体の製造装置によれば、腐食性気体（たとえば水素が金属容器を脆くするような場合）であっても、腐食性気体が金属イオンと複合化する（腐食性気体が金属イオンにより覆われる）ことにより、その腐食性を低減できると期待できる。また、溶解度の低い気体（１気圧、２０℃の水１ｃｍ３に溶解する気体の溶解度（ｃｍ３）として、空気０．０１９、酸素０．０３１、二酸化炭素０．８８、水素０．０１９等）であっても、水に高濃度で保持することが期待できる。また、気体が複合体を形成しており、各種材料を透過しにくいため、保存容器の選択の幅が広がることが期待できる。
When a metal dissolves in water, it dissolves as a metal ion together with a counterion, and hydroxide ion (OH − ) is considered to be a highly safe counterion for humans and animals. Metal ions and hydroxide ions (OH − ) are contained in the metal ion water generated from the metal ion generating unit used in the metal electrolysis (eg Comparative Example 1) and the present invention. However, metal ions often recombine with hydroxide ions to form metal hydroxides and precipitate.
On the other hand, the surfaces of the bubbles are negatively charged, and if the bubbles and metal ions can be combined before the metal ions and hydroxide ions recombine, water containing a high concentration of metal ions can be prepared.
The apparatus for producing a bubble/metal ion composite of the present invention can combine the bubbles and the metal ions before the metal ions and the hydroxide ions recombine to form stable (difficult to precipitate) bubbles. / Metal ion complexes can be easily prepared.
In addition, according to the apparatus for producing a bubble/metal ion composite of the present invention, even corrosive gas (for example, when hydrogen makes a metal container brittle) corrosive gas is complexed with metal ions ( It can be expected that the corrosiveness can be reduced by covering the corrosive gas with metal ions. In addition, gases with low solubility (air 0.019 , oxygen 0.031 , carbon dioxide 0.88, hydrogen 0.019, etc.) Even so, it can be expected to be retained in water at a high concentration. In addition, since the gas forms a complex and is difficult to permeate through various materials, it is expected that the choice of storage containers will be expanded.
また、気泡／金属イオン複合体の大きさが小さい程、水への安定性が高まると考えられる他に、さらに、小さな気泡（マイクロバブル）は細胞表面（皮フ等）から吸収されるという報告が多数存在する（たとえば、ファインバブル活用事例集、経済産業省九州経済産業局、２０１８年１月）。
このような小さな気泡／金属イオン複合体は、気泡と共に金属イオンを細胞内に容易に取り込むことができると考えられる。そうすると、ヒトや動物、植物の疲労回復、成長、疾患改善（頭皮ケア、アトピーケア等）等のために、気体と共に金属イオンを細胞表面（皮フ等）から直接吸収させることができる。
In addition, it is thought that the smaller the size of the bubble/metal ion complex, the higher the stability to water.Furthermore, it is reported that small bubbles (microbubbles) are absorbed from the cell surface (such as skin). There are many (for example, collection of fine bubble utilization cases, Ministry of Economy, Trade and Industry Kyushu Bureau of Economy, Trade and Industry, January 2018).
It is thought that such small bubble/metal ion complexes can easily incorporate metal ions into cells along with the bubbles. Then, metal ions can be directly absorbed from the cell surface (skin, etc.) together with gas for fatigue recovery, growth, disease improvement (scalp care, atopy care, etc.) of humans, animals, and plants.
１ 金属イオン発生部
２ 複合体形成部
３ プラスチック製カートリッジ
４ 循環ポンプ
５ 貯水タンク
６ 水の流入口
７ 金属イオン水の排出口
８ 金属イオン水の流入口
９ 高圧ポンプ
１０ 気体を細分化させる部材
１１ 気泡／金属イオン複合体含有水の排出口
REFERENCE SIGNS
Claims (5)
気体及び金属イオン水を混合して気泡／金属イオン複合体含有水を生成させる複合体形成部とを備えることを特徴とする気泡／金属イオン複合体の製造装置。 a metal ion generating unit composed of metal particles and carbon particles and generating metal ion water by contact with water;
1. An apparatus for producing a bubble/metal ion complex, comprising: a complex formation unit for mixing gas and metal ion water to generate bubble/metal ion complex-containing water.
金属イオン発生部で金属イオン水を生成させた後、複合体形成部で気体及び金属イオン水を混合して気泡／金属イオン複合体含有水を生成させるか、
または金属イオン発生部で金属イオン水を生成させながら複合体形成部で気体及び金属イオン水を混合することを繰り返して、気泡／金属イオン複合体含有水を生成させることにより気泡／金属イオン複合体を製造することを特徴とする製造方法。 Using the bubble/metal ion composite manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 4,
After generating metal ion water in the metal ion generating section, gas and metal ion water are mixed in the complex forming section to generate bubble/metal ion complex-containing water,
Alternatively, gas and metal ion water are mixed in the complex forming section while metal ion generating section generates metal ion water to generate bubble/metal ion complex-containing water, thereby generating air bubble/metal ion complex. A manufacturing method characterized by manufacturing
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