JP6503440B2 - ナノイオン水及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明はイオン水の製造方法に係わり、そしてその製造方法によって製造された飲水に関する。具体的に言うと、本発明は、電解を介して小さな水クラスターを含んだイオン水を製造する方法、及びその方法によって製造された小さな水クラスターを含んだイオン水を提供する。

水（Ｈ_２Ｏ）と言うものは、二つの水素原子と一つの酸素原子からなり、常温、常圧では無色無味の透明液体である。日常でよく見られる水は、例えば、川の水、井戸水、水道水などは、単一の水分子の形で存在するのではなく、複数の水分子が水素結合によってクラスターの形式で存在し、「水分子団」又は「水クラスター」と呼ばれる。

水クラスターは、小さいほど浸透力が良くて、より小さな隙間に浸透して取りにくい残留物を取ることができると知られているため、水クラスターが大きい一般的な水より優れた洗浄効果を持っている。だが、自然界に存在する水クラスターは、大体１０個以上の水分子から構成された水クラスターである。より小さな水クラスターを含んだ水を得るためには、物理的または化学的な処理方法を通して製造する必要がある。

理論的には、水分子間の水素結合が水クラスターの大きさに大きく影響する。水を加熱、沸騰または気化させて水分子に大きな運動エネルギーを与えるようなプロセスは、水分子がその水素結合の束縛から解けてクラスターの小さい水になるが、室温に冷却された場合、また結合してクラスターの大きい水に戻るため、安定的なクラスターの小さい水の製造方法とは言えない。したがって、現在では一般的に、物理的衝撃、磁場効果または電解法によってクラスターの小さい水を製造するが、物理的衝撃法では、製造された水クラスターのサイズが不均一であり、且つ製造設備も損耗しやすい。一方、磁場を使う方法において、水クラスターを安定させるために、水中に様々な添加物を添加するから、その添加物が洗浄したい物の表面に残って悪い影響を与える可能性がある（例えば、特許文献１）。最後に、電解法で製造されたクラスターの小さい水は比較的に安定し、製造設備も損耗しにくいが、電解の工程において生成された副産物の分離も解決しなければならない課題がある（例えば、特許文献２）。

また、クラスターの小さい水以外、アルカリイオン水も、優れた洗浄力、消毒力及び他の機能を有することが知られている。一般的に、イオン水は、酸化還元の原理を利用した電解法によって製造される。電解の工程において、陰極ではアルカリイオン水が生成され、陽極では酸性イオン水が生成される。そのうち、アルコールイオン水は飲用、保健医療、洗浄などの分野に使用される。電解法で得られるアルカリイオン水は、通常、塩化ナトリウムを電解原料として使用されるため、製造されたアルカリイオン水は一般的に塩化物イオンを含む。しかし、金属製品を洗浄する場合、塩化物イオンは製品を腐食（錆）しやすくする可能性があるため、工業用途にはまだ限界がある。さらに、自然界から得られる水は大体、中性水或いは汚染による酸性雨に影響された酸性水なので、野菜などの食料を洗浄する場合に、食料を損傷する可能性があり、金属製品、木製品又は衣料を洗浄する場合に、腐食又は使用寿命を短くする可能性があるため、洗浄に適さない。

よって、より優れた洗浄力、消毒能力、洗浄物の腐食防止能力を有するイオン水を提供するため、洗浄や消毒のために安定且つ塩化物イオンを含まないクラスターの小さいアルカリイオン水を製造する理想的な方法が求められる。

米国特許第２０１１０２１８２５１Ａ号 中国特許第１０５４３９２５２Ａ号

従来技術の上記問題点を鑑みて、本発明は、ナノイオン水及びその製造方法を提供する。

本発明は一種のナノイオン水の製造方法を提供し、その方法は以下のステップを含む。電解装置の二つの電極の間の距離を予定距離まで調整し、対象水を陰極電解槽に注入して、炭酸塩水溶液を陽極電解槽に注入して、対象水と炭酸塩水溶液との間にイオン交換膜を介して電解反応を実行し、陰極電解槽からナノイオン水を集める。

より好ましくは、その予定距離は、０．１ｃｍ〜０．８ｃｍの間である。

より好ましくは、電解反応に使用する電圧は８〜１５ボルトの間である。

より好ましくは、イオン交換膜の孔径は、０．００１〜０．００５ｍｍの間である。

より好ましくは、電解反応において、ガス吸引装置を介して、その反応が生成する気相産物を吸引して排除する。

本発明のもう一つの目的により、上記の方法によって製造されたナノイオン水を提供する。

より好ましくは、そのナノイオン水のｐＨ値は８〜１４の間である。

より好ましくは、そのナノイオン水は、０．００１％〜１．０％（ｗ／ｗ）の間のアルカリ金属水酸化物を含むことができるアルカリ金属水酸化物水溶液である。

より好ましくは、そのナノイオン水は、４〜１３個の水分子から構成された水クラスターを含む。

より好ましくは、そのナノイオン水が^１７Ｏ−ＮＭＲで測定された半値幅は４５Ｈｚ〜７０Ｈｚの間である。

本発明の技術特徴を当業者がより理解しやすくするために、添付図面の測定結果を実施例として詳しく説明するが、本発明を制限するものではない。

本発明の実施例により製造されたサンプルＰＷ−２５が製造後一日内に測定された^１７Ｏ−ＮＭＲスペクトルである。 本発明の実施例により製造されたサンプルＰＷ−２５が製造後三ヶ月後に測定された^１７Ｏ−ＮＭＲスペクトルである。 本発明の実施例により製造されたサンプルＰＷ−３１が製造後一日内に測定された^１７Ｏ−ＮＭＲスペクトルである。

本発明の技術的特徴、内容、利点及び効果を当業者が容易に理解するために、以下に本発明の好ましい実施例をもって詳しく説明する。

本明細書において、「電極間の予定距離」、「２つの電極間の距離」又は「電極距離」という用語は、電解装置の陰極電解槽の陰極電解プレートと陽極電解槽の陽極電解プレートとの間の距離を示す。これらの用語は相互に置き換えることができる。

本明細書において、「電解反応」と言う用語は、溶液中に電流を流し、陰極（ここでは陰極電解プレート）と陽極（ここでは陽極電解プレート）に酸化還元反応を誘起するプロセスである。そして、陰極では電子供与反応（酸化反応）が発生し、陽極では電子受容反応（還元反応）が発生する。

本明細書において、「イオン交換膜」は、選択透過性を有するポリマー材料からなる薄膜である。この薄膜は、特定のサイズまたは特性を有する特定の分子またはイオンのみが透過できる。ここでの「イオン交換膜」は、電解反応を安定且つ良好に維持するために選択された適切な孔径を有するイオン交換膜である。

本明細書において、「小さい水分子団」、「クラスターの小さい水」と他の用語は、１０個以下の水分子が水素結合によって構成された水クラスターであり、これらの用語は相互に置き換えることができる。

本明細書において、「ＮＭＲ」と「^１７Ｏ−ＮＭＲ」は、一般的に物理、化学および材料分野で使用される測定方法である。その原理は、サンプルを強い磁場の下に置くことにより、サンプルの分子の核スピンが外部磁場により再配列された後、核スピンが元の形に戻るときに得られる信号を測定する。本明細書において、「ＮＭＲ」は酸素原子（Ｏ）の信号を測定する方法で測定し、そのうち、サンプルの酸素（^１６Ｏ）は、同位体である酸素（^１７Ｏ）で置換され、即ち、水分子（Ｈ_２Ｏ）の酸素原子（Ｏ）を置換する。

本明細書において、「半値幅」という用語は、「ＮＭＲ」（^１７Ｏ−ＮＭＲ）を介して測定されたスペクトル中、０ｐｐｍに測定された信号の幅の半分の値である。その値は、水分子の周波数を示し、水クラスターの大きさを推定することができる。現在水クラスターの大きさを測定する方法はＮＭＲのみである。半値幅が大きいほど、水クラスターが大きく、その逆なら水クラスターが小さい。

本発明の実施態様において、まずは電解装置の２つの電極を予定距離に調整する。電極間の予定距離は、製造されたナノイオン水のｐＨ値、イオン濃度および水分子クラスターのサイズなどの特性に著しく影響するため、そのナノイオン水のクオリティーに影響する。本発明の実施例において、電極間の予定距離は、０．１ｃｍ〜０．８ｃｍであり、好ましくは０．１ｃｍ〜０．５ｃｍであり、より好ましくは０．１ｃｍ〜０．２ｃｍであり、最も好ましくは０．２ｃｍである。

そして、対象水を陰極電解槽に注入する。一つの実施例において、その対象水は、水道水、井戸水、河川水、ミネラル水、雨水、湧水、脱塩海水または脱イオンされた水であっても良く、より好ましくは、その対象水は濾過された水道水である。一つの実施例において、陰極電解槽に、ＤＣ電源に連結する陰極電解プレートが設置される。本発明の実施例において、電解槽の陰極と陽極はイオン交換膜を介して分離される。

その後、炭酸塩水溶液を陽極電解槽に注入する。一つの実施例において、炭酸塩水溶液は、炭酸カリウム、炭酸ナトリウムまたは他のアルカリ炭酸塩の溶液であってもよい。より好ましくは、炭酸塩溶液は炭酸カリウム溶液である。好ましい一実施例において、炭酸カリウム溶液／炭酸ナトリウム溶液の濃度は１％〜１０％（ｗ／ｗ）である。一つの実施例において、陽極電解槽にＤＣ電源に連結する陽極電解プレートが設置される。本発明の実施例において、陽極電解槽と陰極電解槽はイオン交換膜を介して分離される。

上記のステップが完了した後、対象水及び炭酸塩水溶液をイオン交換膜を介して電解する。本発明の実施例において、陽極電解槽と陰極電解槽はイオン交換膜を介して分離される。一つの実施例において、イオン交換膜の孔径は、０．００１ｍｍ〜０．０１ｍｍであり、好ましくは、０．００１ｍｍ〜０．００５ｍｍであり、より好ましくは０．００１ｍｍ〜０．００２ｍｍであり、最も好ましくは、０．００１５ｍｍである。

電解反応は、対象水を入れた陰極電解槽内のＤＣ電源の正極に接続された陰極電解プレートと、炭酸塩水溶液を入れた陽極電解槽内のＤＣ電源の負極に接続された陽極電解プレートに８ボルト〜１５ボルトの電圧を印加する。

一つの実施例において、電解反応の過程中に、二酸化炭素、一酸化炭素、水素及び他の気相な生成物が生成される。一つの実施例において、電解反応に生成する気相産物は、ガス吸引装置を介して吸引して排除し、その気相産物が再溶解して産物の成分またはｐＨ値に影響することを防ぐ。例えば、生成された二酸化炭素が再溶解して炭酸を生成する。

一つの実施例において、陽極電解槽にある炭酸塩から解離したアルカリ金属イオンは、陰極電解槽に吸引され、より好ましくは、アルカリ金属イオンはイオン交換膜を通過して陰極電解槽に蓄積されても良い。

一つの実施例において、電解反応は、陰極電解槽の対象水が一定ｐＨ値になると停止し、好ましくは、その一定ｐＨ値は８〜１４であり、より好ましくは９〜１４であり、さらに好ましくは９．５〜１３．５であり、最もより好ましくは１０〜１３．５である。

好ましい実施例において、陽極電解槽に炭酸カルシウム／炭酸ナトリウム水溶液を注入し、陰極電解槽に対象水を注入して電解する。その電解反応は、陰極電解槽にある対象水のｐＨ値が１０．５になる時に停止し、そして陰極電解槽にある溶液は、０．００１７％（ｗ／ｗ）のカルシウム／ナトリウムを有する（即ち、アルカリイオン水）。より好ましい実施例において、陽極電解槽に炭酸カルシウム／炭酸ナトリウム水溶液を注入し、陰極電解槽に対象水を注入して電解する。その電解反応は、陰極電解槽にある対象水のｐＨ値が１２．５になる時に停止し、そして陰極電解槽にある溶液は、０．１７％（ｗ／ｗ）のカルシウム／ナトリウムを有する（即ち、アルカリイオン水）。

一つの実施例において、陰極電解槽から採取したナノイオン水の水分子は^１７Ｏ−ＮＭＲにより半値幅を測定する。本発明の実施例において、その半値幅は、４５Ｈｚ〜７０Ｈｚであり、好ましくは、５０Ｈｚ〜７０Ｈｚであり、より好ましくは、５０Ｈｚ〜６０Ｈｚであり、最もより好ましくは、４５Ｈｚ〜５５Ｈｚである。

以下は、実施例を参照しながら本発明により製造されたナノイオン水のＮＭＲスペクトルを詳細に説明するが、この説明は単に本発明を当業者が容易に理解できるために提供するものであり、本発明を限定するものではない。

本発明の実施例において、サンプルＰＭ−２５は、本発明の製造方法によって製造されたナノイオン水である。具体的に言うと、二つの電極の間の予定距離は０．３ｃｍであり、イオン交換膜の孔径は０．００１ｍｍであり、陽極電解槽に炭酸カルシウムが注入された条件で、１３ボルトのＤＣ電源で対象水を電解して生成されたサンプルである。サンプルＰＭ−３１は、本発明の製造方法によって製造されたナノイオン水である。具体的に言うと、二つの電極の間の予定距離は０．３５ｃｍであり、イオン交換膜の孔径は０．００１７ｍｍであり、陽極電解槽に炭酸カルシウムが注入された条件で、１０ボルトのＤＣ電源で対象水を電解して生成されたサンプルである。

製造後１日目のＰＭ−２５およびＰＭ−３１のサンプルおよび製造後３ヶ月間保存したＰＭ−２５のサンプルを、Bruker Corporation（米国）製の^１７Ｏ−ＮＭＲで、超伝導パルスフーリエ変換核磁気共鳴分光法の一般規則ＪＹ／Ｔ００７−１９９６により得られたスペクトルを図１〜３に示し、その結果を量化して、表１に示す。

表１により、本発明の製造方法によって製造されたナノイオン水の半値幅は５４Ｈｚ〜５６Ｈｚであり、三ヶ月間保存しても有意な変化はない。

表２は、国連品質検査センター（United Nation Quality Detection，www.unqdfenxi.com/news_content.php?id=405）のウェブサイトから抜粋した適切な情報を示す。

表１及び表２からわかるように、本発明により製造されたナノイオン水のサンプルＰＭ−２５及びＰＭ−３１は、７個未満の水分子から形成されることができ、そして長期間貯蔵した後も、小分子団は安定性を持ったまま、集結して大分子団になることはない。

本発明は例示的な実施例で本発明ナノイオン水およびその製造方法を説明したが、当業者であれば、本発明の本質的な特徴または技術的思想を変更することなく、同等の修正、変形および改良を行うことができる。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって示される。

Claims (7)

1. ナノイオン水の製造方法であって、
   電解装置の二つの電極の間の距離を予定距離まで調整し、前記予定距離は２ｍｍであり、
   対象水を陰極電解槽に注入して、
   炭酸塩水溶液を陽極電解槽に注入して、
   前記対象水と前記炭酸塩水溶液との間にイオン交換膜を介して電解反応を実行し、前記イオン交換膜の孔径は０．００１〜０．００５ｍｍの間であり、
   前記陰極電解槽からナノイオン水を得ることを特徴とする、ナノイオン水の製造方法。
2. 前記電解反応に使用する電圧は８〜１５ボルトの間であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記電解反応において、ガス吸引装置を介して前記反応が生成する気相産物を吸引して排除することをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法によって製造されるナノイオン水であって、前記ナノイオン水が ^１７ Ｏ−ＮＭＲで測定された半幅値は５４Ｈｚ〜５６Ｈｚの間であることを特徴とする、ナノイオン水。
5. 前記ナノイオン水のｐＨ値は８〜１４の間であることを特徴とする、請求項４に記載のナノイオン水。
6. 前記ナノイオン水は、０．００１％〜１．０％（ｗ／ｗ）の間のアルカリ金属水酸化物を含むアルカリ金属水酸化物水溶液であることを特徴とする、請求項４に記載のナノイオン水。
7. 前記ナノイオン水は、４〜１３個の水分子から構成された水クラスターを含むことを特徴とする、請求項４に記載のナノイオン水。