JP5136883B2

JP5136883B2 - 金イオン含有水の製造方法および製造装置

Info

Publication number: JP5136883B2
Application number: JP2007243265A
Authority: JP
Inventors: 康順古川
Original assignee: TAIKOH CO., LTD.
Current assignee: TAIKOH CO., LTD.
Priority date: 2007-09-20
Filing date: 2007-09-20
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2027-09-20
Also published as: JP2009072681A

Description

本発明は、医薬品、サプリメント、化粧品などに使用される金イオン含有水の製造方法および製造装置に関する。

金イオンによる抗菌効果または殺菌効果は、銀イオンによる抗菌効果または殺菌効果と同様に、かなり昔から知られていた。金の器に入れた水は、銀の器に入れた水と同様に、腐敗しないことが一般によく知られている。

金および銀は、ごく微量であるがそれぞれ金イオンおよび銀イオンとして水に溶解する性質を持つ。金イオンまたは銀イオンを含む水は、イオン濃度がｐｐｂオーダーと極めて低くても、水中の菌類に対して高い抗菌能力および殺菌能力を有する。

しかし、金属金は、イオン化傾向からも明らかなように、金属銀よりもさらに水に溶解しにくい金属である。このため、金イオン含有液を得るためには、金を王水（１容積の６９質量％硝酸と３容積の３６質量％塩酸との混合物、以下同様。）に溶かして得られる水溶性の金塩を水に溶かす方法などが一般的に用いられる。

たとえば、特開２００３−１０４８９８号公報（特許文献１）は、以下の金イオン含有液剤の製造方法を開示する。まず、金を王水に溶解した金溶液と、亜鉛および鉄を塩酸に溶解した亜鉛−鉄溶液とを混合して酸性原料溶液を得る。次いで、この酸性原料溶液を耐高熱容器に入れて加熱して得られた蒸発乾固物に１０００℃以上の炎を当て、蒸発乾固物から不要な塩素および窒素の酸化物を除去して、金、亜鉛および鉄の水溶性塩化物塩を得る。次いで、この水溶性塩化物塩を精製水に溶解する。この方法によれば、酸性原料溶液中に塩化亜鉛が含まれているため金イオンの収率が向上するとされている。

また、特開２００４−１８２５００号公報（特許文献２）は、以下の金イオン含有水溶液の製造方法を開示する。まず、金を王水に溶解させた金溶解液を容器内で蒸発乾固させる工程の後、容器内に残った析出物を再度王水に溶かし再度蒸発乾固させる再溶解蒸発乾固工程を少なくとも１回行なった後、最終の蒸発乾固により生じた析出物を精製水で溶解する。この方法によれば、歩留まりよく純度の高い金イオン含有水溶液が得られるとされている。
特開２００３−１０４８９８号公報特開２００４−１８２５００号公報

しかし、上記特許文献１および特許文献２に開示されている方法は、いずれも金属金を王水に溶解して得られる金塩を水に溶解するものであり、純度の高い金イオン含有水を得るためには、金塩の純度を高める必要がある。このため、金塩に含まれる塩素化物および窒素化物を除去するため、金塩を高温で加熱処理することが必要となり、コストが高くなる。

そこで、本発明は、上記金塩を経由することなく、直接的に電解法により純度の高い金イオン含有水が得られる金イオン含有水の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

しかし、電解法において、水道水、地下水、井戸水など、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムなどの金属元素を含有する水を電解すると陰極表面に上記金属元素の水酸化物が付着して電解効率を低減するとともに陽極と陰極との間に付着した金属水酸化物によりショートが起こる問題点がある。

また、金の２５℃における標準電極電位は、１．６８Ｖと、金属の中で最も高く、非常にイオン化しにくいことが知られている。このことは、銀の２５℃における標準電極電位が０．８０Ｖであり、金属銀を陽極とする電解によって比較的簡単にイオン化ができる銀の場合と大きく異なる。

さらに、純度の高い金イオン含有水を得るためには、純度の高い水、すなわち純水を用いる必要がある。このため、液抵抗値の高い純水を用いて、標準電極電位が高い金をイオン化させるための工夫が必要となる。

本発明は、イオン交換膜により仕切られた陽極室と陰極室とを備える金イオン含有水の製造装置であって、陽極室は金属金で形成されている陽極を含み、陰極室はイオン交換膜に接触している陰極を含み、陽極とイオン交換膜とが非接触である金イオン含有水の製造装置である。

本発明にかかる金イオン含有水の製造装置において、陽極とイオン交換膜との間の距離を０．２ｍｍ以上１５．０ｍｍ以下とすることができる。また、陰極は、イオン交換膜の陰極室側の主面上に形成された金属めっき層と、金属めっき層に接触する金属層と、を含むことができる。

本発明は、上記製造装置を用いた金イオン含有水の製造方法であって、陽極室および陰極室に純水を入れる工程と、陽極と陰極との間に一定電流を印加する工程と、を備える金イオン含有水の製造方法である。

本発明にかかる金イオン含有水の製造方法において、陽極室に入れられた純水には還元剤を添加することができる。また、陽極室に入れられた純水には有機酸およびその塩からなる群から選ばれる少なくとも１種類を添加することができる。

本発明によれば、電解法により純度の高い金イオン含有水が得られる金イオン含有水の製造方法および製造装置を提供することができる。

（実施形態１）
本発明にかかる金イオン含有水の製造装置の一実施形態は、図１を参照して、イオン交換膜１０により仕切られた陽極室２０と陰極室３０とを備える金イオン含有水の製造装置であって、陽極室２０は金属金で形成されている陽極２２を含み、陰極室３０はイオン交換膜１０に接触している陰極３２を含み、陽極２２とイオン交換膜１０とが非接触である。

本実施形態の金イオン含有水の製造装置は、図１を参照して、イオン交換膜１０により仕切られた陽極室２０と陰極室３０とを備える。陽極室２０と陰極室３０がイオン交換膜１０で隔てられることにより、陽極室２０および陰極室３０に電解液（陽極室液および陰極室液）として純水４２，４３を入れて電解すると、陽極室２０と陰極室３０との間の移動はイオンに限られ、陰極室３０で生成する化学種が陽極室２０に移動することが防止され、陽極室２０内の純水４２の純度を高く維持することができる。

また、陽極室２０は、金属金で形成された陽極２２を含む。陽極２２が金属金で形成されているため、電解の際の陽極酸化により、陽極２２を形成する金属金が金イオンとなって陽極室２０内の純水４２中に溶解して、金イオン含有水が生成する。

また、陰極室３０は、イオン交換膜１０に接触している陰極３２を含む。このため、陰極３２と陽極２２との間には、陰極３２に接しているイオン交換膜１０が存在する。このため、陽極２２と陰極３２との間に存在する陽極室２０の純水４２の層の厚さ（これは、陽極２２とイオン交換膜１０との間の距離Ｄに等しい）を小さくすることができ、電解電圧を低減することができる。純水４２，４３の電解の際、イオン交換膜１０の内部はイオンが自由に移動するため、イオン交換膜１０は電解抵抗が小さい。ここで、イオン交換膜１０には、特に制限はないが、陰極室液が陽極室液に混入しないようにする観点から、Ｈ型の強酸性陽イオン交換膜が好ましい。また、耐熱性および耐酸化性が高い観点から、フッ素樹脂製のイオン交換膜が好ましい。

また、陽極２２とイオン交換膜１０は非接触である。陽極室２０における陽極酸化により、陽極２２の表面から金イオンが溶け出す。陽極２２とイオン交換膜１０とが接触していると、金イオンの溶出が阻害される。

ここで、陽極２２とイオン交換膜１０との距離Ｄは、特に制限はないが、０．２ｍｍ以上１５．０ｍｍ以下であることが好ましい。陽極とイオン交換膜との距離Ｄは、０．２ｍｍより小さいと通液流路が狭くなり液の流れと電解により放出されるガスの抜けが阻害され、電解電流の値が一定せず、１５．０ｍｍより大きいと液抵抗が高くなり、電解電圧が上昇するので、通常の直流電源を用いた電解が困難となる。かかる観点から、陽極２２とイオン交換膜１０との距離Ｄは、０．３ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下であることがより好ましい。

ここで、陽極２２と陰極３２との距離を、上記の範囲で一定に固定するために、陽極２２とイオン交換膜１０との間にスペーサ８を設けることができる。また、このスペーサ８は、陽極２２とイオン交換膜１０との間の液流（水流）の妨げとならないように、陽極およびイオン交換膜の端部の一部に設けることが好ましい。

また、図１を参照して、陰極３２は、イオン交換膜１０の陰極室側の主面１０ｃ上に形成された金属めっき層３２ｐと、金属めっき層３２ｐに接触する金属層３２ｍとを含むことが好ましい。陰極３２は、上記金属めっき層３２ｐおよび金属層３２ｍを含むことにより、イオン交換膜１０との電気的接続性が良くなり電気抵抗が低減する。ここで、金属めっき層３２ｐには、特に制限はないが、電気抵抗が低減しかつ耐食性が高い観点から、白金めっき層であることが好ましい。また、金属層３２ｍは、特に制限はないが、耐食性の高い、チタン、タンタルおよびニオブの少なくともいずれかの金属層であることが好ましい。また、金属層３２ｍとして、チタン、タンタルおよびニオブの少なくともいずれかの金属層を用いる場合は、これらの金属の水素脆化を防止するために、これらの金属層３２ｍは表面が金属めっきされていることが好ましい。金属層３２ｍの表面の金属めっきは、電気抵抗が低減しかつ耐食性が高い観点から白金めっきであることが好ましい。また、金属層３２ｍは、陰極から放出される水素ガスを陰極および陰極室液から抜けやすくする観点から、ラス、メッシュ、多孔質などの形状を有していることが好ましい。

本実施形態の金イオン含有水の製造装置は、たとえば、図１を参照して、イオン交換膜１０の両側の主面の外周部をパッキン６を介在させてその両側から角枠４で固定し、さらに角枠４をその両側から板２で固定することにより、イオン交換膜１０で仕切られた陽極室２０と陰極室３０が形成されている。イオン交換膜１０、パッキン６、角枠４および板２の固定には、特に制限はないが、固定用ビス（図示せず）を用いて４端で固定されている。板２、角枠４およびパッキン６は、電気絶縁性のものであれば特に制限はなく、板２および角枠４にはアクリル樹脂などの各種樹脂材料が、パッキン６にはクロロプレンなどの耐水性の高い各種弾性材料が好ましく用いられる。イオン交換膜１０には、Ｈ⁺イオンの移動効率を高める観点から、Ｈ型強酸性イオン交換膜が好ましく用いられる。陰極３２は、イオン交換膜１０に接触して形成されている。

ここで、陰極３２は、イオン交換膜１０の陰極室側の主面１０ｃ上に形成された金属めっき層３２ｐと、金属めっき層３２ｐに接触する金属層３２ｍとで構成されている。金属めっき層３２ｐとしては白金めっき層などが好ましく用いられ、金属層３２ｍとしてはチタン、タンタルおよびニオブのいずれかの層であることが好ましく、さらにその表面が白金めっきされていることがより好ましい。また、陽極２２は、金属金で形成されている。

また、陽極２２とイオン交換膜１０との間には、スペーサ８が設けられている。このスペーサ８には、クロロプレンなどの耐水性の高い各種弾性材料が好ましく用いられる。このスペーサ８により、陽極２２とイオン交換膜１０の距離Ｄが調節される。かかる距離Ｄは、特に制限はないが、好ましくは０．２ｍｍ以上１５．０ｍｍ以下である。また、陽極２２には陽極リード線２２ｗが、陰極３２には陰極リード線３２ｗが設けてある。

なお、図１には、電解の際に陽極から放出される酸素ガスおよび陰極から放出される水素ガスをそれぞれ陽極室および陰極室から抜くため、ならびに陽極室２０および陰極室３０に純水４２，４３を出し入れするために、陽極室２０には開口部２０ｈ，２０ｋが設けられ、陰極室３０には開口部３０ｈ、３０ｋが設けられている。

図１の製造装置を、バッチ式で用いる場合には、たとえば、開口部２０ｋおよび３０ｋをそれぞれ陽極室２０および陰極室３０についてのガス排出口、純水の流入口および流出口とすることができる。また、開口部２０ｈおよび３０ｈをそれぞれ陽極室２０および陰極室３０の純水の流入口とし、開口部２０ｋおよび３０ｋをそれぞれ陽極室２０および陰極室３０の純水の流出口およびガス排出口とすることができる。

また、図１の製造装置を、通水式で用いる場合は、たとえば、開口部２０ｈおよび３０ｈをそれぞれ陽極室２０および陰極室３０の純水の流入口とし、開口部２０ｋおよび３０ｋをそれぞれ陽極室２０および陰極室３０の純水の流出口およびガス排出口とすることができる。また、ガス排出口として、陽極室２０および陰極室３０のそれぞれの上部にさらに開口部を設け、開口部２０ｈおよび３０ｈを陽極室２０および陰極室３０の純水の流入口とし、開口部２０ｋおよび３０ｋを陽極室２０および陰極室３０の純水の流出口とすることができる。

（実施形態２）
本発明にかかる金イオン含有水の製造方法は、図１を参照して、実施形態１の製造装置を用いた金イオン含有水の製造方法であって、陽極室２０および陰極室３０に純水４２，４３を入れる工程と、陽極２２と陰極３２との間に一定電流を印加する工程と、を備える。陽極室２０および陰極室３０に純水４２，４３を入れて、陽極２２と陰極３２との間に一定電流を印加することにより、陽極室２０で陽極酸化により陽極２２から金を溶出させて純度の高い金イオン含有水を製造することができる。

本実施形態の金イオン含有水の製造方法は、陽極室２０および陰極室３０に純水４２，４３を入れる工程を備える。陽極室２０および陰極室３０に入れる純水４２，４３は、特に制限はないが、金イオン以外の元素のイオンの濃度が低い高純度の金イオン含有水を製造する観点から、陽極室２０に入れる純水４２の電気伝導率は、１０μＳ／ｃｍ以下が好ましく、１μＳ／ｃｍ以下がより好ましい。

また、本実施形態の金イオン含有水の製造方法は、陽極２２と陰極３２との間に一定電流を印加する工程を含む。ここで、陽極２２と陰極３２との間に印加する電流を一定とすることにより、効率的で安定な電解が可能となり、金属金で形成されている陽極からの金の溶出を安定化させる。

本実施形態の金イオン含有水の製造方法において、陽極室２０に入れられた純水４２には還元剤が添加されていることが好ましい。陽極室２０中の純水４２に添加されている還元剤は、純水４２中に溶出した金イオンの電荷を中和して安定化させるとともに陽極２２における金の溶出を促進させ、陽極室２０内に生成する金イオン含有水中の金イオン濃度を高めるものと考えられる。ここで、還元剤には、特に制限はないが、人体への使用を考える場合に、人体に少なくとも無害であり、好ましくは有益である観点から、Ｌ−アスコルビン酸、Ｌ−アスコルビン酸ナトリウム、エリソルビン酸、エリソルビン酸ナトリウムなど食品添加物として用いられるものが好ましく挙げられる。

本実施形態の金イオン含有水の製造方法において、陽極室２０に入れられた純水４２には有機酸およびその塩からなる群から選ばれる少なくとも１種類が添加されていることが好ましい。陽極室２０中の純水４２に添加されている有機酸およびその塩からなる群から選ばれる少なくとも１種類は、電解電圧を低減させるとともに純水中への金イオンの拡散を促進することにより陽極２２における金の溶出を促進させ、陽極室２０内に生成する金イオン含有水中の金イオン濃度を高めるものと考えられる。ここで、有機酸およびその塩には、特に制限はないが、人体への使用を考える場合に、人体に少なくとも無害であり、好ましくは有益である観点から、クエン酸およびその塩、リンゴ酸およびその塩、酢酸およびその塩など食品添加物として用いられるものが好ましく挙げられる。

（実施例１）
金イオン含有水の製造には、図１に示すような製造装置を用いた。ここで、イオン交換膜１０には、６０ｍｍ×６０ｍ×厚さ０．２ｍｍのＨ型強酸性イオン交換膜（デュポン社製Ｎａｆｉｏｎ（登録商標））を用いた。また、角枠４には、枠内側の大きさが５２ｍｍ×５２ｍｍ×厚さ２０ｍｍのアクリル樹脂角枠を、板２には７０ｍｍ×７０ｍｍ×厚さ１０ｍｍのアクリル樹脂板を、パッキン６には、厚さ０．２ｍｍのクロロプレン膜を用いた。陽極２２には、５０ｍｍ×５０ｍｍ×厚さ２ｍｍの金板を用いた。イオン交換膜１０の陰極室側の主面１０ｃ上には厚さ０．３μｍの白金めっき層（金属めっき層３２ｐ）が形成されている。金属層３２ｍには、５０ｍｍ×５０ｍｍ×厚さ１ｍｍのチタンラス板の表面に厚さ０．５μｍの白金めっきを行なったものを用いた。上記金属めっき層３２ｐおよび金属層３２ｍにより陰極３２が構成されている。また、陽極リード線２２ｗおよび陰極リード線３２ｗには直径３．５ｍｍの金属チタン棒を用いた。ここで、陽極室２０および陰極室３０の容積は、いずれも４６ｍＬ（ミリリットル）であった。また、スペーサ８として厚さ３ｍｍのクロロプレン板を用いて陽極２２とイオン交換膜１０との距離を３ｍｍとした。

上記の製造装置の陽極室および陰極室にそれぞれ４６ｍＬの純水（電気伝導率は１．０μＳ／ｃｍ）を入れた。次に、陽極と陰極との間に電解電圧１５Ｖで電解電流０．１Ａを印加して、２．５時間電解させた。電解電流密度は０．４０Ａ／ｄｍ²であり、陽極室内の金イオン含有水の金イオン濃度は０．６７ｍｇ／Ｌ（リットル）であった。ここで、金イオン含有水の金イオン濃度は、ＩＣＰ（誘導結合高周波プラズマ）分光分析装置を用いて測定した。結果を表１にまとめた。

（実施例２）
陽極室に入れられた４６ｍＬの純水に還元剤である０．１４ｇのＬ−アルコルビン酸ナトリウムが添加され（濃度：３．０４ｇ／Ｌ）、陽極と陰極との間に電解電圧７．５Ｖ（電解開始時から１時間後まで）〜６．５Ｖ（電解開始１．５時間後から２．５時間後まで）で電解電流０．２Ａを印加したこと以外は、実施例１と同様にして、電解させた。電解電流密度は０．８０Ａ／ｄｍ²であり、陽極室内の金イオン含有水の金イオン濃度は３．１ｍｇ／Ｌであった。なお、電解電流を一定にするために電解電圧が変化したが、これは電解液の温度変化による液抵抗の変化と考えられる。結果を表１にまとめた。

（実施例３）
スペーサとして厚さ５ｍｍのクロロプレン板を用いて陽極とイオン交換膜との間の距離を５ｍｍとし、陽極室に入れられた４６ｍＬの純水に還元剤である０．１４ｇのエリソルビン酸ナトリウムが添加され（濃度：３．０４ｇ／Ｌ）、陽極と陰極との間に電解電圧１５．０Ｖ（電解開始時）〜７．５Ｖ（電解開始１．０時間後から２．５時間後まで）で電解電流０．２Ａを印加したこと以外は、実施例２と同様にして、電解させた。電解電流密度は０．８０Ａ／ｄｍ²であり、陽極室内の金イオン含有水の金イオン濃度は３．５ｍｇ／Ｌであった。結果を表１にまとめた。

（実施例４）
スペーサとして厚さ１０ｍｍのクロロプレン板を用いて陽極とイオン交換膜との間の距離を１０ｍｍとし、陽極と陰極との間に電解電圧２３．０Ｖ（電解開始時）〜１３．０Ｖ（電解開始１時間後から２．５時間後まで）で電解電流０．１５Ａを印加したこと以外は、実施例３と同様にして、電解させた。電解電流密度は０．６０Ａ／ｄｍ²であり、陽極室内の金イオン含有水の金イオン濃度は２．６ｍｇ／Ｌであった。結果を表１にまとめた。

（実施例５）
陽極室に入れられた４６ｍＬの純水に有機酸である０．２ｇのクエン酸が添加され（濃度：４．３５ｇ／Ｌ）、陽極と陰極との間に電解電圧４．５Ｖで電解電流０．２Ａを印加したこと以外は、実施例１と同様にして、電解させた。電解電流密度は０．８０Ａ／ｄｍ²であり、陽極室内の金イオン含有水の金イオン濃度は４．５ｍｇ／Ｌであった。結果を表１にまとめた。

表１より明らかなように、実施例１と実施例２とを参照して、陽極室に入れられた純水に還元剤が添加されることにより、より高濃度の金イオン含有水が得られた。また、実施例２〜４を参照して、陽極とイオン交換膜との間の距離を小さくすることにより、一定の電解電流を得るための電解電圧を低減することができた。また、実施例１と実施例５とを参照して、陽極室に入れられた純水に有機酸およびその塩からなる群から選ばれる少なくとも１種類が添加されることにより、より高濃度の金イオン含有水が得られた。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。

本発明にかかる金イオン含有水の製造装置の一実施形態を示す概略断面図である。ここで、（ａ）は装置を横から見た概略断面図を示し、（ｂ）は装置を上から見た概略断面図を示す。

符号の説明

２板、４角枠、６パッキン、８スペーサ、１０イオン交換膜、２０陽極室、２０ｈ，２０ｋ，３０ｈ，３０ｋ開口部、２２陽極、２２ｗ陽極リード線、３０陰極室、３２陰極、３２ｍ金属層、３２ｐ金属めっき層、３２ｗ陰極リード線。

Claims

イオン交換膜により仕切られた陽極室と陰極室とを備える金イオン含有水の製造装置であって、
前記陽極室は金属金で形成されている陽極を含み、
前記陰極室は前記イオン交換膜に接触している陰極を含み、
前記陽極と前記イオン交換膜とが非接触である金イオン含有水の製造装置。
前記陽極と前記イオン交換膜との間の距離が０．２ｍｍ以上１５．０ｍｍ以下である請求項１に記載の金イオン含有水の製造装置。
前記陰極は、前記イオン交換膜の前記陰極室側の主面上に形成された金属めっき層と、前記金属めっき層に接触する金属層と、を含む請求項１または請求項２に記載の金イオン含有水の製造装置。
請求項１から請求項３までのいずれかの製造装置を用いた金イオン含有水の製造方法であって、
前記陽極室および前記陰極室に純水を入れる工程と、前記陽極と前記陰極との間に一定電流を印加する工程と、を備える金イオン含有水の製造方法。
前記陽極室に入れられた前記純水には還元剤が添加されている請求項４に記載の金イオン含有水の製造方法。
前記陽極室に入れられた前記純水には有機酸およびその塩からなる群から選ばれる少なくとも１種類が添加されている請求項４または請求項５に記載の金イオン含有水の製造方法。