JP2024506795A - Methods for water treatment - Google Patents

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Abstract

水を酸素添加処理するプロセスは、少なくとも1つのメラニンデバイスを電磁エネルギーの供給源の存在下で水体に接触させて、水分子の解離及び自由分子状酸素の放出を生じさせることで、水の溶存酸素レベルを増加させて含酸素水を生成することを含む。メラニンデバイスは、メラニン及び化学的に不活性な基材からなる。メラニンは、メラニンが水全体に分散することを防止するように基材内に保持される。電磁エネルギーは、200nm~900nmの波長を有する可視光又は不可視光エネルギーである。【選択図】図1AThe process of oxygenating water involves contacting at least one melanin device with a body of water in the presence of a source of electromagnetic energy to cause dissociation of water molecules and release of free molecular oxygen, thereby dissolving the dissolved water. Involves increasing oxygen levels to produce oxygenated water. Melanin devices consist of melanin and a chemically inert substrate. The melanin is retained within the substrate in a way that prevents the melanin from dispersing throughout the water. The electromagnetic energy is visible or invisible light energy having a wavelength of 200 nm to 900 nm. [Selection diagram] Figure 1A

Description

(関連出願の相互参照)
本出願は、2021年1月12日出願の米国仮特許出願第63/136375号に優先権を主張し、その開示が参照によりここに取り込まれる。
(Cross reference to related applications)
This application claims priority to U.S. Provisional Patent Application No. 63/136,375, filed January 12, 2021, the disclosure of which is incorporated herein by reference.

本発明の実施形態は、水処理のための、特に、例えば、含酸素飲料水及び灌漑用水を生成する地下水及び雑排水の処理のためのシステム及び方法に関する。本発明のシステム及び方法はまた、再生利用の目的の廃水処理のために又は周囲環境への排水を安全なものとするために利用され得る。 Embodiments of the present invention relate to systems and methods for water treatment, particularly for the treatment of groundwater and gray water to produce oxygenated drinking water and irrigation water, for example. The systems and methods of the present invention may also be utilized for wastewater treatment for recycling purposes or for safe discharge to the surrounding environment.

本発明の基礎は、メラニンに基づく形態物の使用である。メラニンは、水分子を解離及び再形成し、それにより、植物の葉緑素と同様に酸素及び水素を同時に生成する本来的な能力を有する。しかし、メラニンは可視光及び不可視光の双方を含む全ての電磁放射線を吸収するので、メラニンは、葉緑素とは異なり、昼夜を問わず常に水分子を解離することができる。 The basis of the invention is the use of melanin-based forms. Melanin has an innate ability to dissociate and reform water molecules, thereby simultaneously producing oxygen and hydrogen, similar to chlorophyll in plants. However, because melanin absorbs all electromagnetic radiation, including both visible and invisible light, melanin, unlike chlorophyll, can dissociate water molecules at all times of the day and night.

人体内では、水分子の解離により、身体は解離した水分子から酸素及び水素を同時に受容することが可能となり、それにより、外部又は人工的供給源からの酸素は身体に不要となる。酸素が非天然の経路を通じて、例えば、挿管によって身体に導入される場合、肺を通る空気は、細胞の含水量に起因して、肺胞の薄い壁を通過して血流に達することができないことが多く、結果として肺機能を低減する。したがって、身体がその内部に存在する酸素を得る生物学的手段が重要となる。身体内に含まれる水分子の解離は、最も自然な酸素源を与える。 In the human body, the dissociation of water molecules allows the body to simultaneously accept oxygen and hydrogen from the dissociated water molecules, thereby making oxygen from external or artificial sources unnecessary for the body. When oxygen is introduced into the body through non-natural routes, for example by intubation, air passing through the lungs is unable to pass through the thin walls of the alveoli and reach the bloodstream due to the water content of the cells. This often results in reduced lung function. Therefore, the biological means by which the body obtains the oxygen present within it becomes important. The dissociation of water molecules contained within the body provides the most natural source of oxygen.

したがって、ヒトに消費される水が、人体が水分子を容易かつ適切に解離することを可能とする特定の特性を有することが、望ましい。特に、人体内のメラニンによって適切に解離されてから身体での使用のために酸素及び水素を生成することができる、各100万個の水分子に対して少なくとも100個の酸素分子を有する含酸素水を使用することが望ましい。 It is therefore desirable that water for human consumption have certain properties that allow the human body to easily and appropriately dissociate water molecules. In particular, an oxygenate having at least 100 oxygen molecules for each million water molecules, which can be properly dissociated by melanin in the human body to produce oxygen and hydrogen for use in the body. It is preferable to use water.

したがって、本発明は、水、例えば、人々に供給される飲料水中の溶存酸素及び水素のレベルを増加させるシステム及び方法に関する。好ましくは、本発明は、6mg/L以上の溶存酸素レベルを有する処理水をもたらす。 Accordingly, the present invention relates to systems and methods for increasing the levels of dissolved oxygen and hydrogen in water, such as drinking water supplied to people. Preferably, the present invention results in treated water having a dissolved oxygen level of 6 mg/L or greater.

実施形態1:一態様において、本発明は、水を酸素添加処理するプロセスに関し、そのプロセスは、少なくとも1つのメラニンデバイスを電磁エネルギーの供給源の存在下で水体に接触させて、水分子の解離及び自由分子状酸素の放出を生じさせることで、水の溶存酸素レベルを増加させて含酸素水を生成することを備え、少なくとも1つのメラニンデバイスは、メラニン及び基材からなり、基材はメラニンに対して化学的に不活性であり、シリコン、シリカ、カルシウム、アルミニウム、ポリエチレン、鉄、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、金、銀、ガラス、ポリカーボネート、カルシウム長石、石英、凝灰岩、玉石粘土、シリカ、砂、シルト、粘土、セメント剤、チタン、水素、リン、マンガン、フッ素、バリウム、炭素、ストロンチウム、硫黄、ジルコニウム、タングステン、バナジウム、塩素、ルビジウム、クロム、銅、窒素、ニッケル及び亜鉛からなる群から選択される1以上の材料を含み、メラニンは、メラニンが水全体に分散することを防止するように基材内に保持され、電磁エネルギーは、200nm~900nmの波長を有する可視光又は不可視光エネルギーである。 Embodiment 1: In one aspect, the present invention relates to a process for oxygenating water, the process comprising contacting at least one melanin device with a body of water in the presence of a source of electromagnetic energy to induce dissociation of water molecules. and increasing the dissolved oxygen level of the water to produce oxygenated water by causing the release of free molecular oxygen, the at least one melanin device comprising melanin and a substrate, the substrate comprising melanin. Chemically inert to silicon, silica, calcium, aluminum, polyethylene, iron, sodium, potassium, magnesium, gold, silver, glass, polycarbonate, calcium feldspar, quartz, tuff, cobblestone clay, silica, sand , silt, clay, cement, titanium, hydrogen, phosphorus, manganese, fluorine, barium, carbon, strontium, sulfur, zirconium, tungsten, vanadium, chlorine, rubidium, chromium, copper, nitrogen, nickel and zinc. the melanin is retained within the substrate to prevent the melanin from dispersing throughout the water, and the electromagnetic energy is visible or invisible light energy having a wavelength of 200 nm to 900 nm. be.

実施形態2:一態様において、本発明は実施形態1に係るプロセスに関し 基材は、酸素、シリコン、アルミニウム、鉄、カルシウム、ナトリウム、カリウム及びマグネシウムの混合物を含む。 Embodiment 2: In one aspect, the present invention relates to a process according to embodiment 1. The substrate comprises a mixture of oxygen, silicon, aluminum, iron, calcium, sodium, potassium and magnesium.

実施形態3:一態様において、本発明は実施形態2に係るプロセスに関し、少なくとも1つのメラニンデバイスは、少なくとも1つのメラニンデバイスの総重量に基づいて約44.8重量%の酸素、少なくとも1つのメラニンデバイスの総重量に基づいて約25.7重量%のSi、少なくとも1つのメラニンデバイスの総重量に基づいて約7.5重量%のAl、少なくとも1つのメラニンデバイスの総重量に基づいて約4.7重量%のFe、少なくとも1つのメラニンデバイスの総重量に基づいて約3.4重量%のCa、少なくとも1つのメラニンデバイスの総重量に基づいて約2.6重量%のNa、少なくとも1つのメラニンデバイスの総重量に基づいて約2.4重量%のK、少なくとも1つのメラニンデバイスの総重量に基づいて約1.9重量%のMg、及び少なくとも1つのメラニンデバイスの総重量に基づいて約5重量%のメラニンを含む。 Embodiment 3: In one aspect, the present invention relates to a process according to embodiment 2, wherein the at least one melanin device contains about 44.8% by weight of oxygen, at least one melanin, based on the total weight of the at least one melanin device. about 25.7 wt.% Si based on the total weight of the devices; about 7.5 wt.% Al based on the total weight of at least one melanin device; about 4.5 wt.% Al based on the total weight of at least one melanin device. 7% Fe by weight, about 3.4% Ca by weight based on the total weight of at least one melanin device, about 2.6% Na by weight based on the total weight of at least one melanin device, at least one melanin. about 2.4% K by weight based on the total weight of the devices, about 1.9% Mg by weight based on the total weight of the at least one melanin device, and about 5% by weight based on the total weight of the at least one melanin device Contains % melanin by weight.

実施形態4:一態様において、本発明は先行する実施形態のいずれかに係るプロセスに関し、メラニンはユーメラニンである。 Embodiment 4: In one aspect, the invention relates to a process according to any of the preceding embodiments, wherein the melanin is eumelanin.

実施形態5:一態様において、本発明は先行する実施形態のいずれかに係るプロセスに関し、含酸素水の溶存酸素レベルは約6mg/Lである。 Embodiment 5: In one aspect, the present invention relates to a process according to any of the preceding embodiments, wherein the dissolved oxygen level of the oxygenated water is about 6 mg/L.

実施形態6:一態様において、本発明は先行する実施形態のいずれかに係るプロセスに関し、プロセスは12℃~30℃の温度で行われる。 Embodiment 6: In one aspect, the present invention relates to a process according to any of the preceding embodiments, wherein the process is carried out at a temperature of 12°C to 30°C.

本発明の上記の概要及び下記の詳細な説明は、添付図面と併せて読まれるとより深く理解されることになる。本発明を説明する目的のため、図面には現時点で好適な実施形態が図示される。ただし、本発明は図示する厳密な配置及び手段に限定されないことが理解されるべきである。 The above summary and following detailed description of the invention will be better understood when read in conjunction with the accompanying drawings. For the purpose of illustrating the invention, there are shown in the drawings the presently preferred embodiments. However, it is to be understood that the invention is not limited to the precise arrangements and instrumentality shown.

本発明の実施形態に係るメラニンデバイスの、図1Bと同じ部分であるが数秒間ずれて撮影された顕微鏡写真を示す図である。1B is a diagram showing a microscopic photograph of the same part as FIG. 1B of a melanin device according to an embodiment of the present invention, but with a shift of several seconds. FIG. 本発明の実施形態に係るメラニンデバイスの、図1Aと同じ部分であるが数秒間ずれて撮影された顕微鏡写真を示す図である。FIG. 1B is a diagram showing a micrograph of the same part as FIG. 1A of a melanin device according to an embodiment of the present invention, but taken with a shift of several seconds. 光の存在下で水に接触した場合の本発明の実施形態に係るメラニンデバイスから発散する水素及び酸素気泡を示す写真を含む図である。FIG. 3 includes a photograph showing hydrogen and oxygen bubbles emanating from a melanin device according to an embodiment of the invention when in contact with water in the presence of light. 2つの異なるフラスコシステムの写真であり、その一方は、本発明の実施形態に係る雨水及びメラニンデバイスを含み、他方は雨水のみを含む図である。Figure 2 is a photograph of two different flask systems, one containing rainwater and a melanin device according to an embodiment of the invention, and the other containing only rainwater. 2つの異なるフラスコシステムの写真であり、その一方は、本発明の実施形態に係る雨水及びメラニンデバイスを含み、他方は雨水のみを含む図である。Figure 2 is a photograph of two different flask systems, one containing rainwater and a melanin device according to an embodiment of the invention, and the other containing only rainwater. 本発明の実施形態に係るメラニンデバイスを含むタンクシステムの写真である。1 is a photograph of a tank system including a melanin device according to an embodiment of the invention. 本発明の実施形態に係るメラニンデバイスを含むタンクシステムの写真である。1 is a photograph of a tank system including a melanin device according to an embodiment of the invention. 本発明の実施形態に係るメラニンデバイスを含むタンクシステムの写真である。1 is a photograph of a tank system including a melanin device according to an embodiment of the invention. 本発明の実施形態に係るメラニンデバイスを含むタンクシステムの写真である。1 is a photograph of a tank system including a melanin device according to an embodiment of the invention. 約4年経過後に図4A~4Dに示すタンクシステムから採取されたサンプルを示す図である。Figure 4 shows a sample taken from the tank system shown in Figures 4A-4D after approximately 4 years. 本発明の実施形態に係るメラニンデバイスを含まない水道水システムの溶存酸素レベルをグラフで示す図である。FIG. 2 is a graphical representation of dissolved oxygen levels in a tap water system that does not include a melanin device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るメラニンデバイスを含む水道水システムの溶存酸素レベルをグラフで示す図である。1 is a graphical illustration of dissolved oxygen levels in a tap water system including a melanin device according to an embodiment of the present invention; FIG.

ここに言及される全ての特許及び公開公報は、参照により取り込まれる。特に断りがない限り、ここに使用される全ての技術的及び科学的用語は、本発明が関係する技術の当業者に一般的に理解されるものと同じ意味を有する。それ以外では、ここに使用される特定の用語は、本明細書に説明するような意味を有する。 All patents and publications mentioned herein are incorporated by reference. Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention pertains. Otherwise, certain terms used herein have meanings as explained herein.

ここで使用するように、単数形「a」、「an」及び「the」は、文脈が明示的にそれ以外を規定しない限り、複数のものを含むことが注記されなければならない。 It must be noted that, as used herein, the singular forms "a," "an," and "the" include plural references unless the context clearly dictates otherwise.

ここで使用するように、用語「メラニン材料」とは、メラニン、メラニン前駆体、メラニン誘導体、メラニン類似体及びメラニン変異体のことをいい、単純な直鎖脂肪族又は芳香族で、天然及び合成のメラニン、ユーメラニン、フェオメラニン、ニューロメラニン、ポリヒドロキシインドール、アロメラニン、フミン酸、フラーレン、グラファイト、ポリインドールキノン、アセチレンブラック、ピロールブラック、インドールブラック、ベンゼンブラック、チオフェンブラック、アニリンブラック、水和形態のポリキノン、セピオメラニン、ドーパブラック、ドーパミンブラック、アドレナリンブラック、カテコールブラック、4-アミンカテコールブラック、又はこれらの、フェノール類、アミノフェノール類若しくはジフェノール類、インドールポリフェノール類、キノン類、セミキノン類若しくはハイドロキノン類としての前駆体、L-チロシン、L-ドーパミン、モルホリン、オルトベンゾキノン、ジモルホリン、ポルフィリンブラック、プテリンブラック及びオモクロムブラックを含む。ここで使用される用語「メラニン」は、上記の可能性ある材料の全てを包含する。 As used herein, the term "melanin material" refers to melanin, melanin precursors, melanin derivatives, melanin analogs and melanin variants, which are simple linear aliphatic or aromatic, natural and synthetic. melanin, eumelanin, pheomelanin, neuromelanin, polyhydroxyindole, allomelanin, humic acid, fullerene, graphite, polyindolequinone, acetylene black, pyrrole black, indole black, benzene black, thiophene black, aniline black, hydrated form polyquinone, sepiomelanin, dopa black, dopamine black, adrenaline black, catechol black, 4-amine catechol black, or these, phenols, aminophenols or diphenols, indole polyphenols, quinones, semiquinones or hydroquinones Precursors such as L-tyrosine, L-dopamine, morpholine, orthobenzoquinone, dimorpholine, porphyrin black, pterin black and ommochrome black. The term "melanin" as used herein encompasses all of the above possible materials.

一実施形態では、本発明は、水を処理するための、より具体的には、水を酸素添加、水素添加及び精製するための電気化学的なシステム及び方法に関する。方法は、少なくとも1つのメラニン材料を、好ましくは自然光又は人工光の存在下で、処理対象の原水に接触させて水分子の解離に影響を与え、酸素及び水素分子を生成することを含む。光は、好ましくは、主に200~900ナノメートルで構成される波長を有する。メラニン材料は、好ましくは、更なる詳細を以下に説明するように、メラニンデバイス内に構成されることによって原水から単離される。 In one embodiment, the present invention relates to electrochemical systems and methods for treating water, and more particularly for oxygenating, hydrogenating, and purifying water. The method includes contacting at least one melanin material, preferably in the presence of natural or artificial light, with the raw water to be treated to affect the dissociation of water molecules to produce oxygen and hydrogen molecules. The light preferably has a wavelength consisting primarily of 200 to 900 nanometers. The melanin material is preferably isolated from the source water by being configured into a melanin device, as described in further detail below.

処理対象の原水、より具体的には酸素添加及び水素添加される原水は、これらに限定されないが、雨水、地下水、流出水、海水、廃水、雑排水、蒸留水など、任意の水供給源から生じ得ることが理解されるはずである。 The raw water to be treated, more specifically the raw water to be oxygenated and hydrogenated, can be from any water source, including, but not limited to, rainwater, groundwater, runoff, seawater, wastewater, gray water, distilled water, etc. It should be understood that this can occur.

一実施形態では、原水は、容器に収容され、光(自然又は人工光)に曝露される。水は、好ましくは、ただし排他的にではなく、室温に維持され、より具体的には、約20℃の温度に維持される。 In one embodiment, the raw water is contained in a container and exposed to light (natural or artificial). The water is preferably, but not exclusively, maintained at room temperature, and more particularly at a temperature of about 20°C.

容器は、任意のサイズ及び形状のものであり得る。適切な容器の例は、これらに限定されないが、フラスコ、バケツ、タンク、反応器又は貯水槽を含む。容器は、撹拌されてもされなくてもよい。容器の形状は、例えば、立方体形状、筒体、球形状、菱形状、多面体形状、矩形状、平凹形状、平凸形状、両凸形状、集光するために光に露出される側にマイクロレンズを有して他方側が平坦な両凹形状、円錐形状、角柱形状、楕円柱形状、角錐形状、直錐台、切頭球状セグメント、球状セグメント、球状扇形状、筒状孔を有する球形状、円錐状孔を有する球体、円環体(円断面リング)、斜方切断筒体、筒状楔形状、半角柱樽形状などであり得る。 The container can be of any size and shape. Examples of suitable containers include, but are not limited to, flasks, buckets, tanks, reactors or reservoirs. The container may or may not be agitated. The shape of the container may be, for example, cubic, cylindrical, spherical, rhombic, polyhedral, rectangular, plano-concave, plano-convex, biconvex, or with a micro-container on the side exposed to light to condense light. A biconcave shape with a lens and a flat other side, a conical shape, a prismatic shape, an elliptical cylinder shape, a pyramid shape, a truncated pyramid, a truncated spherical segment, a spherical segment, a spherical fan shape, a spherical shape with a cylindrical hole, The shape may be a sphere having a conical hole, a torus (circular ring), an obliquely cut cylinder, a cylindrical wedge shape, a half-prismatic barrel shape, or the like.

好ましくは、容器は、光の透過を可能とするために透明又は半透明材料からなる。例えば、使用されることになる光の波長に応じて、容器は、容器の壁部が紫外線放射線を吸収しないように、石英からなっていてもよい。特定の波長の光が検出及び利用される場合、容器の材料は、対象となる電気機械的スペクトルからの波長の最大の透明度又は吸収度を可能とする色のものであり得る。容器は、その電磁放射線の透過特性がシステム設計の最終ニーズに適合するガラス又は任意のポリマーからなり得る。設計を強化するのに使用可能な波長は、好ましくは、排他的にではなく、200ナノメートルから900ナノメートルまでを含む。あるいは、容器は、不透明材料から形成されてもよいが、水及びそこに配置されたメラニンデバイスへの光の接触を可能とする1つの開放端を有する。 Preferably, the container is made of transparent or translucent material to allow the transmission of light. For example, depending on the wavelength of light to be used, the container may be made of quartz so that the walls of the container do not absorb ultraviolet radiation. If a particular wavelength of light is to be detected and utilized, the container material may be of a color that allows maximum transparency or absorption of the wavelength from the electromechanical spectrum of interest. The container may be made of glass or any polymer whose electromagnetic radiation transmission properties match the final needs of the system design. Wavelengths that can be used to enhance the design preferably include, but not exclusively, from 200 nanometers to 900 nanometers. Alternatively, the container may be formed from an opaque material, but with one open end that allows light access to the water and melanin device placed therein.

他の実施形態では、水は収容されないが、メラニン材料に接触するために自由流動するものである。収容されない水の例は、これらに限定されないが、海、海洋、湖、河川、小川(ストリーム)、小川(クリーク)などの水を含む。そのような水の自由流動体は、天然に発生するものであってもよいし、人工的なものであってもよい。 In other embodiments, the water is not contained, but is free flowing to contact the melanin material. Examples of uncontained water include, but are not limited to, waters such as seas, oceans, lakes, rivers, streams, creeks, and the like. Such a free flowing body of water may be naturally occurring or man-made.

最も好ましくは、システムが処理対象の原水を容器内に含むのか、収容されるが自由流動体内にあるかにかかわらず、メラニンは光エネルギー(光子)を吸収することによって水分子をO及びHに酸化させるので、システムは、好ましくは、原水及びメラニンデバイスの光への曝露を最大化するように設計される。O及びH分子はもっぱら光を用いてメラニンデバイスによって生成されるが、酸素及び水素の生成は、メラニンに金属、電解質、有機分子及び無機分子をドープすることなどの他の手段によって、光の特性を制御することによって、又は容器の特性を制御して原水の光への曝露及びメラニン形態物を最適化することによって増加可能である。 Most preferably, whether the system contains the raw water to be treated in a container or contained but in free fluid, melanin converts water molecules into O2 and H2 by absorbing light energy (photons). 2 , the system is preferably designed to maximize exposure of the source water and melanin device to light. O 2 and H 2 molecules are produced by the melanin device exclusively using light, but the production of oxygen and hydrogen can be achieved by light by other means such as doping melanin with metals, electrolytes, organic and inorganic molecules. or by controlling the properties of the container to optimize the light exposure and melanin morphology of the source water.

本発明の実施形態によると、メラニン材料は、メラニン、メラニン前駆体、メラニン誘導体、メラニン類似体及びメラニン変異体から選択される。好適な実施形態では、メラニン材料は、天然メラニン及び合成メラニンから選択される。好ましくは、メラニン材料は、ユーメラニンである。メラニンは、L-チロシンなどのメラニンのアミノ酸前駆体から合成可能である。ただし、メラニン材料は、メラニン材料を化学的に合成すること並びに植物及び動物などの天然供給源からメラニン材料を単離することなど、本開示の観点において当技術で周知の任意の方法によって取得され得る。 According to an embodiment of the invention, the melanin material is selected from melanin, melanin precursors, melanin derivatives, melanin analogs and melanin variants. In a preferred embodiment, the melanin material is selected from natural melanin and synthetic melanin. Preferably, the melanin material is eumelanin. Melanin can be synthesized from melanin amino acid precursors such as L-tyrosine. However, melanin material may be obtained by any method known in the art in light of this disclosure, including chemically synthesizing melanin material and isolating melanin material from natural sources such as plants and animals. obtain.

好ましくは、メラニン材料は1以上の担体材料の基材又は構成物に埋め込まれ、それにより、メラニン材料を処理対象の原水から単離し、水中のメラニン分子の希釈、分散及び減成を減速するメラニンデバイスを形成する。好ましくは、メラニンは、メラニンが水全体に分散されるのを防止するように基材内に保持される。したがって、メラニン材料は、数十年存続して水素添加及び酸素添加作用を行い得る。 Preferably, the melanin material is embedded in a matrix or composition of one or more carrier materials, thereby isolating the melanin material from the raw water to be treated and slowing the dilution, dispersion and degradation of melanin molecules in the water. Form the device. Preferably, the melanin is retained within the substrate to prevent the melanin from being dispersed throughout the water. Therefore, melanin materials can persist for decades and perform hydrogenating and oxygenating effects.

好適な実施形態では、好ましくはユーメラニンであるメラニンは、メラニンに適合する少なくとも1つの担体材料に含浸され、あるいは埋め込まれるが、メラニンと化学的に反応しない。好ましくは、1以上の担体材料は、水にも溶解しない。メラニンデバイスを形成するのに使用され得る担体材料の例は、これらに限定されないが、シリコン、シリカ、カルシウム、アルミニウム、ポリエチレン、鉄、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、金、銀、ガラス、ポリカーボネートなど及びこれらの組合せを含む。一実施形態では、メラニンデバイスの担体材料は、長石カルシウム、石英、凝灰岩、玉石粘土、シリカ、砂、シルト、粘土及びこれらの混合物、並びに/又はCaCO及びAl/Fe酸化物などのセメント剤などの、天然に存在する要素又は材料である。メラニンは、このような要素及び材料に非常に容易に含浸される。 In a preferred embodiment, melanin, preferably eumelanin, is impregnated or otherwise embedded in at least one carrier material that is compatible with melanin, but does not chemically react with melanin. Preferably, the one or more carrier materials are also insoluble in water. Examples of carrier materials that can be used to form melanin devices include, but are not limited to, silicon, silica, calcium, aluminum, polyethylene, iron, sodium, potassium, magnesium, gold, silver, glass, polycarbonate, and the like. including combinations of In one embodiment, the carrier material of the melanin device is calcium feldspar, quartz, tuff, cobblestone clay, silica, sand, silt, clay and mixtures thereof, and/or cementing agents such as CaCO 3 and Al/Fe oxides. Naturally occurring elements or materials. Melanin is very easily impregnated into such elements and materials.

一実施形態では、担体材料は、地殻の材質を模擬する。一実施形態では、メラニンデバイスの組成構成は以下の通りである。
酸素-メラニンデバイスの総重量に基づいて約44.8重量%
Si-メラニンデバイスの総重量に基づいて約25.7重量%
Al-メラニンデバイスの総重量に基づいて約7.5重量%
Fe-メラニンデバイスの総重量に基づいて約4.7重量%
Ca-メラニンデバイスの総重量に基づいて約3.4重量%
Na-メラニンデバイスの総重量に基づいて約2.6重量%
K-メラニンデバイスの総重量に基づいて約2.4重量%
Mg-メラニンデバイスの総重量に基づいて約1.9重量%
メラニン-メラニンデバイスの総重量に基づいて約5重量%
その他-メラニンデバイスの総重量に基づいて約2.6重量%
In one embodiment, the carrier material simulates the material of the Earth's crust. In one embodiment, the composition of the melanin device is as follows.
Approximately 44.8% by weight based on the total weight of the oxygen-melanin device
Approximately 25.7% by weight based on the total weight of the Si-melanin device
Approximately 7.5% by weight based on the total weight of the Al-melanin device
Approximately 4.7% by weight based on the total weight of the Fe-melanin device
Approximately 3.4% by weight based on the total weight of Ca-melanin device
Approximately 2.6% by weight based on the total weight of the Na-melanin device
Approximately 2.4% by weight based on the total weight of the K-melanin device
Mg - approximately 1.9% by weight based on the total weight of the melanin device
Melanin - Approximately 5% by weight based on the total weight of the melanin device
Others - approximately 2.6% by weight based on the total weight of the melanin device

メラニンデバイスに使用され得る他の材料の例は、これらに限定されないが、チタン、水素、リン、マンガン、フッ素、バリウム、炭素、ストロンチウム、硫黄、ジルコニウム、タングステン、バナジウム、塩素、ルビジウム、クロム、銅、窒素、ニッケル、亜鉛などを含む。 Examples of other materials that may be used in melanin devices include, but are not limited to, titanium, hydrogen, phosphorus, manganese, fluorine, barium, carbon, strontium, sulfur, zirconium, tungsten, vanadium, chlorine, rubidium, chromium, copper. , nitrogen, nickel, zinc, etc.

一実施形態では、メラニンデバイスは、好ましくは3重量%~8重量%のメラニン材料、より好ましくは3重量%~5重量%のメラニン材料、最も好ましくは約5重量%のメラニン材料である。 In one embodiment, the melanin device is preferably 3% to 8% melaninic material, more preferably 3% to 5% melaninic material, most preferably about 5% melaninic material.

図1A及び1Bを参照すると、本発明に係るメラニンデバイスの、同じ部分であるが相互に数秒間ずれて撮影された2枚の顕微鏡写真が示される。2枚の写真の間の時間差は、メラニンの存在によって、担体材料及びメラニンデバイス全体の構造におけるわずかな変化の目視が短い期間でも可能であることの証拠となる。 Referring to FIGS. 1A and 1B, there are shown two micrographs of the same part of a melanin device according to the invention, but taken a few seconds apart from each other. The time difference between the two photographs is evidence that due to the presence of melanin, the visualization of slight changes in the structure of the carrier material and the entire melanin device is possible even in a short period of time.

メラニンは、任意の周知の又は開発途上の適宜の手段によって担体材料に保持され、又は埋め込まれ得る。一実施形態では、メラニン材料は、接着によって担体材料に埋め込まれる。他の実施形態では、メラニン材料は、圧縮によって担体材料に埋め込まれる。これは、メラニンが他の要素に結合するための多数の結合部位を有しているために可能となる。 Melanin may be retained or embedded in the carrier material by any suitable means known or developed. In one embodiment, the melanin material is embedded in the carrier material by adhesion. In other embodiments, the melanin material is embedded into the carrier material by compression. This is possible because melanin has a large number of binding sites for binding other elements.

説明用の例として、ブロックの形状であって担体材料の混合物に埋め込まれたメラニン材料を含むメラニンデバイスは、担体材料、精製水及びユーメラニンを非活性材料からなる立方形状容器内で合成することによって作製され得る。好ましくは、ユーメラニンは、5g/Lの濃度の精製水において添加される。担体材料は、酸素、シリコン、アルミニウム、鉄、カルシウム、ナトリウム、カリウム及びマグネシウムを含む。成分はともに混合され、混合物は容器内でそのまま硬化し(cure or harden)、それにより、硬化した混合物は容器の形状をとる。 As an illustrative example, a melanin device comprising a melanin material in the form of a block and embedded in a mixture of carrier materials can be prepared by synthesizing the carrier material, purified water and eumelanin in a cubic shaped container consisting of an inert material. It can be made by Preferably, eumelanin is added in purified water at a concentration of 5 g/L. Support materials include oxygen, silicon, aluminum, iron, calcium, sodium, potassium and magnesium. The ingredients are mixed together and the mixture is allowed to cure or harden within the container, such that the cured mixture assumes the shape of the container.

メラニンデバイスは任意の寸法又は形状をとり得ることが理解されるはずである。例えば、メラニンデバイスは、概ね平面状又は平坦であり、筒体、楕円、角錐、球体、矩形、立方体などとして形成され得る。好適な実施形態では、メラニンデバイスの寸法及び全体的幾何形状は、処理対象の水の体積及び自然の動きに適合し、又はそれに応じる。 It should be understood that the melanin device can take any size or shape. For example, melanin devices are generally planar or flat and can be formed as cylinders, ellipses, pyramids, spheres, rectangles, cubes, and the like. In preferred embodiments, the dimensions and overall geometry of the melanin device match or respond to the volume and natural movement of the water to be treated.

メラニンデバイス内のメラニン及び担体材料の相対濃度は、例えば、特定の最終用途又は適用のニーズを満たすために、上記に開示した範囲外で変えられてもよいことも理解されるはずである。 It should also be understood that the relative concentrations of melanin and carrier materials within the melanin device may be varied outside the ranges disclosed above, for example, to meet the needs of a particular end use or application.

メラニンデバイスは、原水の全部又は一部に接触し得る。原水が容器に収容される一実施形態では、メラニンデバイスは、水の全部(すなわち、収容された水の全体積)と接触するように概ね水体の中心に浸漬される。水が容器に収容される他の実施形態では、メラニンデバイスは、収容された水の一部のみと接触するがそこに浸漬されないように、水面上に配置される。水が収容されない(すなわち、自由流動する)他の実施形態では、メラニンデバイスは、水の全体積と接触するように水面下に浸漬され、又は水の一部のみと接触するように水面に配置される。 The melanin device may contact all or part of the raw water. In one embodiment where the raw water is contained in a container, the melanin device is immersed generally in the center of the body of water so that it is in contact with all of the water (ie, the entire volume of water contained). In other embodiments where the water is contained in a container, the melanin device is placed above the water surface such that it contacts only a portion of the contained water but is not submerged therein. In other embodiments where the water is not contained (i.e., free-flowing), the melanin device is submerged below the water surface so that it is in contact with the entire volume of water, or placed at the water surface so that it is in contact with only a portion of the water. be done.

一実施形態では、単一のメラニンデバイスのみが、その酸素添加及び水素添加のために水と接触するように配置される。他の実施形態では、複数のメラニンデバイスが、その酸素添加及び水素添加のために水と接触される。水の酸素添加及び水素添加の速度は多様な要因に依存し、その各々は所望の溶存酸素レベルを達成するように必要に応じて調整され得ることが理解されるはずである。例えば、水分子の解離速度並びに結果として水の酸素添加の速度及び水中の溶存酸素のレベルは、メラニンデバイスの寸法、形状及び/又は表面積、使用されるメラニンデバイスの数、各メラニンデバイスに埋め込まれるメラニン材料の量、処理対象の水の体積、光の特性、光に対する原水の曝露の程度などを変化させることによって制御可能である。一実施形態では、メラニンはその機能を数百年にわたって発揮し得るので、メラニン形態物は永久的に水と接触状態に維持されてもよい。 In one embodiment, only a single melanin device is placed in contact with water for its oxygenation and hydrogenation. In other embodiments, multiple melanin devices are contacted with water for oxygenation and hydrogenation thereof. It should be understood that the rate of water oxygenation and hydrogenation depends on a variety of factors, each of which can be adjusted as necessary to achieve the desired dissolved oxygen level. For example, the rate of dissociation of water molecules and the resulting rate of oxygenation of the water and the level of dissolved oxygen in the water will depend on the dimensions, shape and/or surface area of the melanin devices, the number of melanin devices used, and the number of melanin devices embedded in each melanin device. It can be controlled by varying the amount of melanin material, the volume of water being treated, the characteristics of the light, the degree of exposure of the raw water to light, etc. In one embodiment, the melanin form may be maintained in contact with water permanently, as melanin can perform its function for hundreds of years.

一実施形態では、5体積%のメラニン材料の1立方センチメートルのメラノブロックデバイスが、50mLの水の処理に有効である。ただし、メラニンデバイスの組成、全体体積/サイズ、形状などは、処理対象の水の特性(すなわち、汚染レベル、圧力、温度など)、処理対象の水が曝露される光の量、メラニンデバイスが処理対象の水に配置される深さ、及び溶存酸素レベルの所望の変化などの複数の要因に応じて変動し得ることが理解されるはずである。好ましくは、メラニンデバイスは、含酸素水中に6mg/L以上の溶存酸素レベルを達成するように配合される。 In one embodiment, a 1 cubic centimeter melanoblock device of 5% by volume melanin material is effective in treating 50 mL of water. However, the composition, overall volume/size, shape, etc. of the melanin device will depend on the characteristics of the water being treated (i.e. contamination level, pressure, temperature, etc.), the amount of light to which the water being treated will be exposed, and the melanin device being treated. It should be understood that this may vary depending on multiple factors, such as the depth at which the target is placed in the water, and the desired change in dissolved oxygen levels. Preferably, the melanin device is formulated to achieve a dissolved oxygen level of 6 mg/L or greater in oxygenated water.

水の溶存酸素レベルを増加させることによって水に酸素添加する方法は、少なくとも1つのメラニンデバイス(メラノブロック)を処理対象の水に接触させて配置すること、及びそのアセンブリを特定量の光に曝露することを含む。これは、メラニンが安定することが知られている任意の温度、好ましくは約-150℃~500℃で行われ得る。好適な実施形態によると、方法は、-40℃~100℃、好ましくは0℃~50℃、より好ましくは12℃~30℃、最も好ましくは室温(約25℃)で行われる場合に、より効率的となる。ただし、好適な温度は、圧力、光量、水量、水の汚染物及び所望の溶存酸素レベルの増加量などの変動する実験条件に対して変動し得ることが理解されるはずである。 A method of oxygenating water by increasing the level of dissolved oxygen in the water comprises placing at least one melanin device (melanoblock) in contact with the water to be treated and exposing the assembly to a specific amount of light. including doing. This may be done at any temperature at which melanin is known to be stable, preferably from about -150°C to 500°C. According to a preferred embodiment, the method is more preferably carried out at -40°C to 100°C, preferably 0°C to 50°C, more preferably 12°C to 30°C, most preferably room temperature (about 25°C). Become efficient. However, it should be understood that suitable temperatures may vary for varying experimental conditions, such as pressure, amount of light, amount of water, contaminants in the water, and the amount of increase in dissolved oxygen level desired.

原水とのメラニンデバイスの接触は、水分子の解離を生じさせる。水分子の水素原子及び酸素原子への分離は、水素原子及び酸素原子の非常に安定的な結合に起因して高度に吸エルゴン反応となる。メラニン及び光エネルギーを用いることによって、水分子の水素原子及び酸素原子への分離は、室温で有効となり得る。メラニン及び光の存在下での水分子の解離、並びに自由酸素及び水素の最終的な放出は、以下の反応によって表され得る。
2H(液体)→2H2(気体)+O2(気体)→2H(液体)+4e
Contact of the melanin device with raw water causes dissociation of water molecules. The separation of water molecules into hydrogen and oxygen atoms is highly endergonic due to the very stable bonding of hydrogen and oxygen atoms. By using melanin and light energy, the separation of water molecules into hydrogen and oxygen atoms can be effective at room temperature. The dissociation of water molecules in the presence of melanin and light and the final release of free oxygen and hydrogen can be represented by the following reaction.
2H 2 O (liquid) →2H 2 (gas) +O 2 (gas) →2H 2 O (liquid) +4e -

結果として、空気を介して水に入る溶存酸素に加えて、又は植物副産物として、増加した量の溶存酸素が、メラニンデバイスによって生じた水分子の解離に起因して水中で生成される。図2の写真に示すように、メラニンデバイスから発散する水素及び酸素の気泡は、実際に肉眼で視認可能である。 As a result, increased amounts of dissolved oxygen are produced in the water due to the dissociation of water molecules produced by the melanin device, in addition to the dissolved oxygen that enters the water via the air or as a plant by-product. As shown in the photograph of FIG. 2, the hydrogen and oxygen bubbles emanating from the melanin device are actually visible to the naked eye.

処理対象の原水が植物又は微生物(例えば、細菌又は菌類)を含む場合、これらの植物形態物及び微生物は、それら自体の目的のために(例えば、水に含まれる有機物を分解するために)溶存酸素を利用する。一方、メラニンデバイスの存在に起因して、溶存酸素は、植物形態物及び微生物がそれら自体の目的のために溶存酸素を利用するのにもかかわらず、6mg/L以上の溶存酸素レベルを維持するように水中で生成され続ける。 If the raw water to be treated contains plants or microorganisms (e.g. bacteria or fungi), these plant forms and microorganisms may be dissolved for their own purposes (e.g. to decompose organic matter contained in the water). Utilize oxygen. On the other hand, due to the presence of melanin devices, dissolved oxygen maintains dissolved oxygen levels above 6 mg/L, even though plant forms and microorganisms utilize dissolved oxygen for their own purposes. continues to be produced in water.

酸素が水体/容器からリークする傾向にあるため、溶存酸素レベルの増加を維持するためには、容器又は水体内の水の解離は、好ましくは連続的かつ一定となる。メラニンが可視光及び不可視光の双方を吸収するので、これが本発明において可能となる。一実施形態では、水に対するメラニン材料の影響は、徐々に増加する水の色の変化によって確認可能である。 Since oxygen tends to leak from the water body/vessel, the dissociation of water within the vessel or body of water is preferably continuous and constant in order to maintain an increase in dissolved oxygen levels. This is possible in the present invention because melanin absorbs both visible and invisible light. In one embodiment, the effect of the melanin material on the water can be confirmed by a gradually increasing color change of the water.

本開示の観点において当技術で周知の任意の方法は、例えば、溶存酸素に対して感度のある電極システムなど、水の溶存酸素レベルを検出するのに使用され得る。 Any method known in the art in light of this disclosure may be used to detect dissolved oxygen levels in water, such as, for example, an electrode system sensitive to dissolved oxygen.

本発明の実施形態に係る水の酸素添加のための方法は、好ましくは、水、自然光及びメラニンデバイス(メラノブロック)の存在しか必要としない。具体的には、メラニンは可視光及び不可視光から光子エネルギーを吸収するので、水分子の解離及び自由酸素の放出を生じさせるのにエネルギーの追加の付与は不要である。したがって、複雑な設定又は保守は不要である。ただし、必要に応じて補完的な光源が利用され得ることが理解されるはずである。また、メラニンは人類に知られた最も安定的な分子の1つであり、数百万年のオーダーと推定される半減期を有するので、メラニン材料は、交換が必要となるまでに数十年にわたって使用可能である。 The method for oxygenation of water according to an embodiment of the invention preferably requires only water, natural light and the presence of a melanin device (melanoblock). Specifically, because melanin absorbs photon energy from visible and invisible light, no additional application of energy is required to cause the dissociation of water molecules and release of free oxygen. Therefore, no complicated configuration or maintenance is required. However, it should be understood that complementary light sources may be utilized if desired. Melanin is also one of the most stable molecules known to humanity, with a half-life estimated to be on the order of millions of years, so melanin material can last for decades before needing to be replaced. It can be used for a wide range of purposes.

処理水は、酸素添加及び水素添加されることに加えて、本発明の方法及びシステムによって清澄化されることにもなる。すなわち、光の存在下で水と接触するメラニンデバイスは、水分子の解離を生じさせ、さらに水の清澄化を生じさせる。 In addition to being oxygenated and hydrogenated, the treated water will also be clarified by the method and system of the present invention. That is, melanin devices in contact with water in the presence of light cause dissociation of water molecules and further clarification of the water.

ここで、本発明を、以下の実験的実施例を参照して説明する。ただし、本発明は以下に示す厳密な実験パラメータ及び結果に限定されないことが理解されるべきである。 The invention will now be described with reference to the following experimental examples. However, it should be understood that the invention is not limited to the precise experimental parameters and results set forth below.

実験1
プラスチックは広く存在する汚染物と考えられるため、蒸留水中の様々な合成プラスチック繊維を、繊維を劣化させる意図でメラニンからのエネルギーに曝露すると、水の溶存酸素レベルの増加がもたらされた。これらの実験の結果を表1に与える。
Experiment 1
Because plastics are considered a widespread contaminant, exposing various synthetic plastic fibers in distilled water to energy from melanin with the intention of degrading the fibers resulted in an increase in dissolved oxygen levels in the water. The results of these experiments are given in Table 1.

フラスコA-1、A-2、CA-1、CA-2、MC-1及びMC-2は全て同じ量の蒸留水、合成繊維及び複数のメラニンデバイスを含んでいたが、合成繊維の種類がフラスコ間で異なっていた。各メラニンデバイスを、5グラムのユーメラニン、28グラムのシリコン、8グラムのアルミニウム、4グラムのカルシウム、計算量である約40グラムの酸素、及び蒸留水で構成した。 Flasks A-1, A-2, CA-1, CA-2, MC-1 and MC-2 all contained the same amount of distilled water, synthetic fibers and multiple melanin devices, but the type of synthetic fibers differed between flasks. Each melanin device was constructed with 5 grams of eumelanin, 28 grams of silicon, 8 grams of aluminum, 4 grams of calcium, a calculated amount of approximately 40 grams of oxygen, and distilled water.

フラスコA-1、A-2、CA-1、CA-2、MC-1及びMC-2では、各メラニンデバイスを、合成繊維からなる布で包んだ。フラスコA-3は、フラスコA-1、A-2、CA-1、CA-2、MC-1及びMC-2のものと等量の蒸留水のみを(すなわち、コントロールとして)含んでいた。フラスコCA-3は、フラスコA-1、A-2、CA-1、CA-2、MC-1及びMC-2のものと等量の蒸留水、並びに担体材料のみから構成されたデバイスを含んでいた。その担体材料は、フラスコA-1、A-2、CA-1、CA-2、MC-1及びMC-2のメラニンデバイスを構成するのに使用されたものと同じであった。フラスコMC-3は、フラスコA-1、A-2、CA-1、CA-2、MC-1及びMC-2のものと等量の蒸留水、並びにフラスコA-1、A-2、CA-1、CA-2、MC-1及びMC-2で使用したのと同じ量及び種類のものであるが合成布に包まれていない複数のメラニンデバイスを含んでいた。フラスコA-1、A-2、A-3、CA-1、CA-2、CA-3、MC-1、MC-2及びMC-3の各々の体積は、約500mLであった。 In flasks A-1, A-2, CA-1, CA-2, MC-1, and MC-2, each melanin device was wrapped in a cloth made of synthetic fiber. Flask A-3 contained only distilled water (ie, as a control) in an amount equal to that of flasks A-1, A-2, CA-1, CA-2, MC-1, and MC-2. Flask CA-3 contains an amount of distilled water equal to that of flasks A-1, A-2, CA-1, CA-2, MC-1 and MC-2, and a device consisting only of carrier material. It was. The carrier material was the same as that used to construct the melanin devices of flasks A-1, A-2, CA-1, CA-2, MC-1 and MC-2. Flask MC-3 contains an amount of distilled water equal to that of flasks A-1, A-2, CA-1, CA-2, MC-1 and MC-2, and flasks A-1, A-2, CA -1, CA-2, MC-1 and MC-2, but not wrapped in synthetic fabric. The volume of each flask A-1, A-2, A-3, CA-1, CA-2, CA-3, MC-1, MC-2 and MC-3 was approximately 500 mL.

これらの結果は、メラニンは水中でpH及び溶存酸素レベルを平衡化する傾向にあることを実証する。より具体的には、時間の経過とともに、メラニンは、周囲の水を約7又は7.4のpHに、かつ約6mg/Lの溶存酸素レベルに平衡化する傾向にある。
These results demonstrate that melanin tends to equilibrate pH and dissolved oxygen levels in water. More specifically, over time, melanin tends to equilibrate the surrounding water to a pH of about 7 or 7.4 and a dissolved oxygen level of about 6 mg/L.

実験2
産業プラントの地面に溜まった雨水を2つのフラスコに収集した。この2つのフラスコは、同体積の雨水を含んでいた。図3Aの写真の右側に示す一方のフラスコは、収集した雨水のみを含んでいた。図3Aの写真の左側に示す他方のフラスコは、収集した雨水及び複数のメラニンデバイスを含んでいた。各メラニンデバイスは、実験1で使用したものと同じであった。収集した雨水の色は、Day1(すなわち、収集日)では両フラスコとも黄色がかっていた。24時間後、pH及び溶存酸素レベルを両フラスコにおいて測定した。24時間後、メラニンデバイスを含まなかったフラスコに収集した雨水は7.8のpH及び11.91mg/Lの溶存酸素レベルを示し、複数のメラニンデバイスを含んでいたフラスコに収集した雨水は11.90のpH及び13.0mg/Lの溶存酸素レベルを示した。
Experiment 2
Rainwater collected on the ground of an industrial plant was collected in two flasks. The two flasks contained the same volume of rainwater. One flask, shown on the right side of the photo in Figure 3A, contained only collected rainwater. The other flask, shown on the left side of the photo in Figure 3A, contained collected rainwater and multiple melanin devices. Each melanin device was the same as that used in Experiment 1. The color of the collected rainwater was yellowish in both flasks on Day 1 (ie, the day of collection). After 24 hours, pH and dissolved oxygen levels were measured in both flasks. After 24 hours, rainwater collected in flasks that did not contain melanin devices had a pH of 7.8 and a dissolved oxygen level of 11.91 mg/L, and rainwater collected in flasks that contained multiple melanin devices had a pH of 11.91 mg/L. It showed a pH of 90 and a dissolved oxygen level of 13.0 mg/L.

4週間の継続期間後、両フラスコのpH及び溶存酸素レベルを再度測定した。これらのフラスコを図3Bに示す。メラニンデバイスを含まないフラスコに収集された雨水は、5.79のpH及び12.2mg/Lの溶存酸素レベルを示した。複数のメラニンデバイスを含むフラスコに収集された雨水は、11.85のpH及び13.2mg/Lの溶存酸素レベルを示した。結果として、メラニンデバイスを含まないフラスコに収集された雨水は、比較的高い溶存酸素レベルを有していたが、酸性となり、多くの用途に適さなかった。一方、複数のメラニンデバイスを含むフラスコに収集された雨水は、酸素添加されただけでなくアルカリ性も維持した。 After a duration of 4 weeks, the pH and dissolved oxygen levels of both flasks were measured again. These flasks are shown in Figure 3B. Rainwater collected in flasks without melanin devices showed a pH of 5.79 and a dissolved oxygen level of 12.2 mg/L. Rainwater collected in a flask containing multiple melanin devices showed a pH of 11.85 and a dissolved oxygen level of 13.2 mg/L. As a result, rainwater collected in flasks without melanin devices had relatively high dissolved oxygen levels, but was acidic and unsuitable for many uses. On the other hand, rainwater collected in flasks containing multiple melanin devices not only remained oxygenated but also alkaline.

また、図3Bの写真において確認できるように、4週間後、メラニンデバイスが供給された雨水は比較的透明となり、メラニンデバイスは雨水を処理又は清澄化したことを示すが、メラニンデバイスと接触しなかった雨水は依然として比較的黄色であった。これは、雨水に含まれる有機物が溶存酸素を利用する微生物又は細菌によって分解されたことによる。 Also, as can be seen in the photograph in Figure 3B, after 4 weeks, the rainwater fed to the melanin device became relatively clear, indicating that the melanin device had treated or clarified the rainwater, but had not come into contact with the melanin device. The rainwater remained relatively yellow in color. This is because organic matter contained in rainwater is decomposed by microorganisms or bacteria that utilize dissolved oxygen.

実験3
4個のタンクを水、メラニンデバイス及び有機物、すなわち、植物、魚及び魚餌で満たし、4年間にわたって監視した。メラニンデバイスは、実験1に用いたものと同じであった。各タンクは、異なる種類の魚及び異なる種類の魚餌を含んでいた。タンク1の写真を図4Aに示し、タンク2の写真を図4Bに示し、タンク3の写真を図4Cに示し、タンク4の写真を図4Dに示した。
Experiment 3
Four tanks were filled with water, melanin devices and organic matter, ie plants, fish and fish food, and monitored over a period of four years. The melanin device was the same as that used in Experiment 1. Each tank contained a different type of fish and a different type of fish food. A photograph of tank 1 is shown in FIG. 4A, a photograph of tank 2 is shown in FIG. 4B, a photograph of tank 3 is shown in FIG. 4C, and a photograph of tank 4 is shown in FIG. 4D.

各タンクに含まれる水のpH、溶存酸素レベル及び吸光度の定期的な測定値を4年間にわたって取得し、コントロールである蒸留水と比較した。表2は、4年後のそれらパラメータの各々に対する各タンクの内容物の測定値を与える。
Periodic measurements of pH, dissolved oxygen levels, and absorbance of the water contained in each tank were taken over a four-year period and compared to a control of distilled water. Table 2 gives measurements of the contents of each tank for each of those parameters after 4 years.

タンクはそれぞれのタンク内で生成された溶存酸素を消費又は使用する大量の有機物(例えば、藻及び他の植物)を含んでいたが、メラニンデバイスは水分子の解離及び自由酸素の放出を連続的に生じさせていたため、タンクの溶存酸素レベルは比較的高く(すなわち、6mg/L付近又はそれ以上に)維持された。また、4年後に各タンクから取得したサンプルを示す図5の写真において分かるように、水は透明にもなり、それが処理及び清澄化され、メラニンデバイスの存在によって特定の範囲内で精製されたことを示した。 While the tanks contained large amounts of organic matter (e.g., algae and other plants) that consumed or used the dissolved oxygen produced within each tank, the melanin device continuously dissociated water molecules and released free oxygen. The dissolved oxygen level in the tank was maintained relatively high (ie, near or above 6 mg/L). The water also became transparent, as can be seen in the photo in Figure 5 showing the samples taken from each tank after 4 years, indicating that it was treated and clarified and purified within a certain range by the presence of the melanin device. It was shown that

実験4
実験2に対して使用されたのと同じ雨水供給源を用いて実験1を繰り返した。2つのフラスコを雨水のみで満たし、第3のフラスコを雨水で満たすとともに複数のメラニンデバイスを供給した。各フラスコのpH、溶存酸素レベル、ブリックス度及び吸光度並びにコントロールである蒸留水のものを即座に測定した。これらの結果を以下の表3に示す。
Experiment 4
Experiment 1 was repeated using the same rainwater source used for Experiment 2. Two flasks were filled with rainwater only and a third flask was filled with rainwater and provided with multiple melanin devices. The pH, dissolved oxygen level, Brix and absorbance of each flask and the control of distilled water were immediately measured. These results are shown in Table 3 below.

1時間を若干超えた後に、各フラスコのpH及び溶存酸素レベル並びにコントロールである蒸留水のものを再度測定した。これらの結果を以下の表4に示す。
After slightly more than one hour, the pH and dissolved oxygen levels of each flask and the control distilled water were measured again. These results are shown in Table 4 below.

表3及び4の上記結果から分かるように、わずか1時間後であっても、メラニンデバイスの存在は、メラニンデバイスと接触していない雨水サンプルと比較して、最初に溶存酸素レベルの増加をもたらした。1週間後、各フラスコのpH及び溶存酸素レベル並びにコントロールである蒸留水のものを再度測定した。これらの結果を以下の表5に示す。
As can be seen from the above results in Tables 3 and 4, even after only 1 hour, the presence of the melanin device initially led to an increase in dissolved oxygen levels compared to rainwater samples not in contact with the melanin device. Ta. One week later, the pH and dissolved oxygen levels of each flask and the control distilled water were measured again. These results are shown in Table 5 below.

上記結果から分かるように、長期間の継続時間後に、メラニンデバイスの存在によって、水の溶存酸素レベルは約6mg/Lに平衡化する。 As can be seen from the above results, after a long duration of time, due to the presence of the melanin device, the dissolved oxygen level in the water equilibrates to about 6 mg/L.

実験5
2つの異なるシステムの水道水を、管理された研究室条件下で分析した。第1のシステム(「システム1」)は、水道水のみを含んでいた。第2のシステム(「システム2」)は、水道水及び実験1で説明したメラニンデバイスを、50mLの水に対して1立方センチメートルのメラニンデバイスの比で含んでいた。窒素ガスを注入して、分子状酸素を(すなわち、水分子の解離から)生成するメラニンデバイスの容量をテストした。具体的には、窒素を注入して最初に両システムの酸素レベルを2mg/L未満まで低下させた。溶存酸素の測定値を、約1時間にわたって30秒毎に両システムについて取得した。両システムの測定値を、図6A及び6Bにグラフで示す。
Experiment 5
Tap water from two different systems was analyzed under controlled laboratory conditions. The first system ("System 1") contained only tap water. The second system ("System 2") contained tap water and the melanin device described in Experiment 1 at a ratio of 1 cubic centimeter of melanin device to 50 mL of water. The ability of the melanin device to generate molecular oxygen (ie, from dissociation of water molecules) was tested by injecting nitrogen gas. Specifically, nitrogen was injected to initially reduce the oxygen levels in both systems to below 2 mg/L. Dissolved oxygen measurements were taken on both systems every 30 seconds for approximately 1 hour. Measurements for both systems are shown graphically in Figures 6A and 6B.

ほぼ即時に、メラニンデバイスの影響が確認可能であった。メラニンデバイスを含まないシステム1のDOレベルは、1時間の期間中に定常的に減少し、最終的には0.5mg/L以下で(より具体的には、約0.38mg/Lで)一定化した。結果として、システム1は、窒素の存在を補償することができず、それを克服して分子状酸素を生成することはできなかった。これに対して、メラニンデバイスを含むシステム2のDOレベルは最初に減少したが、DOレベルの急上昇が約10分後に確認され、約1時間後のDOレベルは1.0mg/Lよりも若干高かった(より具体的には、約1.1mg/Lであった)。システム2の、より高いDOレベルは、メラニンデバイスの存在にのみに起因し得る。 The effects of the melanin device were visible almost immediately. The DO level of System 1 without the melanin device decreases steadily over a 1 hour period, eventually reaching below 0.5 mg/L (more specifically, at about 0.38 mg/L). It became constant. As a result, System 1 was unable to compensate for the presence of nitrogen and overcome it to produce molecular oxygen. In contrast, the DO level in system 2 containing the melanin device initially decreased, but a sharp increase in DO level was observed after about 10 minutes, and after about 1 hour, the DO level was slightly higher than 1.0 mg/L. (more specifically, it was about 1.1 mg/L). The higher DO level of system 2 can be attributed solely to the presence of melanin devices.

結果として、本発明に係るメラニンデバイスは、一定の水分子の解離により、窒素ガスの存在下でもそれを克服して分子状酸素(O)を一定に生成又は放出できることが分かった。 As a result, it was found that the melanin device according to the present invention can overcome the presence of nitrogen gas and constantly generate or release molecular oxygen (O 2 ) through the dissociation of certain water molecules.

上記の実施形態及び実施例に対してその広範な発明のコンセプトから逸脱することなく変形がなされ得ることは当業者には分かるはずである。したがって、本発明は開示した特定の実施形態に限定されず、ここに規定するような本発明の主旨及び範囲内の変形例を包含することが意図されていることが理解される。 It will be appreciated by those skilled in the art that variations may be made to the embodiments and examples described above without departing from the broader inventive concept. It is therefore understood that this invention is not limited to the particular embodiments disclosed, but is intended to cover variations within the spirit and scope of the invention as defined herein.

Claims (6)

水を酸素添加処理するプロセスであって、少なくとも1つのメラニンデバイスを電磁エネルギーの供給源の存在下で水体に接触させて、水分子の解離及び自由分子状酸素の放出を生じさせることで、前記水の溶存酸素レベルを増加させて含酸素水を生成することを備え、
前記少なくとも1つのメラニンデバイスは、メラニン及び基材からなり、
前記基材はメラニンに対して化学的に不活性であり、シリコン、シリカ、カルシウム、アルミニウム、ポリエチレン、鉄、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、金、銀、ガラス、ポリカーボネート、カルシウム長石、石英、凝灰岩、玉石粘土、シリカ、砂、シルト、粘土、セメント剤、チタン、水素、リン、マンガン、フッ素、バリウム、炭素、ストロンチウム、硫黄、ジルコニウム、タングステン、バナジウム、塩素、ルビジウム、クロム、銅、窒素、ニッケル及び亜鉛からなる群から選択される1以上の材料を含み、
前記メラニンは、該メラニンが前記水全体に分散することを防止するように前記基材内に保持され、
前記電磁エネルギーは、200nm~900nmの波長を有する可視光又は不可視光エネルギーである、プロセス。
A process for oxygenating water, comprising: contacting at least one melanin device with a body of water in the presence of a source of electromagnetic energy to cause dissociation of water molecules and release of free molecular oxygen; increasing the dissolved oxygen level of the water to produce oxygenated water;
the at least one melanin device consists of melanin and a substrate;
The substrate is chemically inert to melanin and includes silicon, silica, calcium, aluminum, polyethylene, iron, sodium, potassium, magnesium, gold, silver, glass, polycarbonate, calcium feldspar, quartz, tuff, cobblestone. Clay, silica, sand, silt, clay, cement, titanium, hydrogen, phosphorus, manganese, fluorine, barium, carbon, strontium, sulfur, zirconium, tungsten, vanadium, chlorine, rubidium, chromium, copper, nitrogen, nickel and zinc containing one or more materials selected from the group consisting of;
the melanin is retained within the substrate in a manner that prevents the melanin from dispersing throughout the water;
The process, wherein the electromagnetic energy is visible or invisible light energy having a wavelength of 200 nm to 900 nm.
前記基材は、酸素、シリコン、アルミニウム、鉄、カルシウム、ナトリウム、カリウム及びマグネシウムの混合物を含む、請求項1に記載のプロセス。 2. The process of claim 1, wherein the substrate comprises a mixture of oxygen, silicon, aluminum, iron, calcium, sodium, potassium and magnesium. 前記少なくとも1つのメラニンデバイスは、前記少なくとも1つのメラニンデバイスの総重量に基づいて約44.8重量%の酸素、前記少なくとも1つのメラニンデバイスの総重量に基づいて約25.7重量%のSi、前記少なくとも1つのメラニンデバイスの総重量に基づいて約7.5重量%のAl、前記少なくとも1つのメラニンデバイスの総重量に基づいて約4.7重量%のFe、前記少なくとも1つのメラニンデバイスの総重量に基づいて約3.4重量%のCa、前記少なくとも1つのメラニンデバイスの総重量に基づいて約2.6重量%のNa、前記少なくとも1つのメラニンデバイスの総重量に基づいて約2.4重量%のK、前記少なくとも1つのメラニンデバイスの総重量に基づいて約1.9重量%のMg、及び前記少なくとも1つのメラニンデバイスの総重量に基づいて約5重量%のメラニンを含む、請求項1又は2に記載のプロセス。 The at least one melanin device includes about 44.8% oxygen by weight based on the total weight of the at least one melanin device, about 25.7% Si by weight based on the total weight of the at least one melanin device; about 7.5% Al by weight based on the total weight of the at least one melanin device; about 4.7% Fe by weight based on the total weight of the at least one melanin device; about 3.4% Ca by weight, about 2.6% Na by weight based on the total weight of the at least one melanin device, about 2.4% Na by weight based on the total weight of the at least one melanin device. % K by weight, about 1.9% Mg by weight based on the total weight of the at least one melanin device, and about 5% melanin by weight based on the total weight of the at least one melanin device. 1 or 2. 前記メラニンはユーメラニンである、請求項1から3のいずれか一項に記載のプロセス。 4. A process according to any one of claims 1 to 3, wherein the melanin is eumelanin. 前記含酸素水の前記溶存酸素レベルは約6mg/Lである、請求項1から4のいずれか一項に記載のプロセス。 5. A process according to any one of claims 1 to 4, wherein the dissolved oxygen level in the oxygenated water is about 6 mg/L. 12℃~30℃の温度で行われる請求項1から5のいずれか一項に記載のプロセス。 Process according to any one of claims 1 to 5, carried out at a temperature of 12°C to 30°C.
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