JPH03249989A - 電気石結晶によるイオン物質の電着除去方法と金属電着電気石結晶 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、広くは電気石に間するものであり、その第１
と第２の発明は水等の液体中の金属の除去をする電気石
結晶によるイオン物質電着除去方法に間するものであり
、その第３と第４の発明は逆に水等の液体に金属イオン
を供給する金属電着電気石結晶に間するものである。

［従来の技術］ 当該特許出願人は、平成元年１０月３日に「電気石を用
いた界面浄化装置と方法および電気石粒状物」の発明を
特許出願をした（特願平１−２５７１３０）。この発明
は、電気石のもつ永久電極と水等の液体分子との間の電
極反応により水等の液体に界面活性作用を付与できるこ
とを見出し、このような水等の液体を作る方法と装置お
よびその応用についてのものである。

従来水に含まれている金属イオンを除去するものとして
は生物に有害な重金属イオンの除去、および使用上不都
合な結果をもたらす、鉄、マンガン等の金属イオンの除
去がある。その方法と装置は各種あるが基本的な技術は
酸素、塩素、オゾン、等を用いて溶液中に金属の酸化物
、その他の化合物の固体粒子をつくり沈澱や濾過によっ
て分離除去するものである。

金属イオンのまま除去する方法・装置としてはゼオライ
トによる方法・装置やイオン交換樹脂法があるがこれら
の方法・装置は吸着能力やイオン交換樹脂の劣化等の障
害が多く、空気中の酸素を用いて行なうばつ気性が広く
用いられている。

この方法・装置も実際には酸化処理が不完全のまま次の
分離工程に送られていることや、酸化で生じた固体粒子
が微細すぎて十分な分離がされにくいことが多い。

これらは色々な理由によって生じているが主たる理由は
酸化反応の速度と凝集のための速度はあまり速くなく一
定の反応時間を必要とすることによることに一番大きな
従来技術の限界がある。

第１、第２および第３の発明に間する従来技術は上述の
ようである。第４の発明に間する従来技術について次に
述べる。

この代表的なものとして、池や湖さらにプールやクーリ
ングタワー等に発生する藻類を死滅除去するために硫酸
銅水溶液を散布する方法・装置がある。藻類はおよそ５
　ＰＰｂ　（ｐｐｍの１０００分の１）という極めて薄
い濃度の銅イオンにより殆と死滅するとされている。硫
酸銅の散布はこのような稀薄な濃度を均一につくるに適
していない。拡散丈で広く銅イオンを大量の水中に溶解
させることは困難である。局部的に硫酸銅の濃い部分が
でき、そこではＴａ酸イオンも銅イオンと同じく濃厚に
なる。

この硫酸イオンは魚なと生物にとって有害であり、ブー
ルで泳いでいる人にもよくない、　また、銅イオンの水
への供給は持続的でない、金属塩のうち水溶性（易溶、
難溶を問わず）の塩が用いられるが、殺藻のために必要
なのは金属イオン丈であり、同時に発生する対象のアニ
オンは無害のものでなければならない。

［発明が解決しようとする！！題コ しかして、上記の電気石を用いた界面浄化装置と方法お
よび電気石粒状物の発明がなされたのであるが、これは
そのままでは液体の中の金属イオンや液体の中の荷電微
粒子の除去および液体の金属イオンの供給を目的として
いない、そこで、上記の発明と別に以下のごときものの
発明が要望された。

すなわち、電気石のそれぞれの電極にはこれと反対符号
の電荷をもつ微粒子が吸引され、電気的に中和され、析
出して付着凝集すること。また、水等の液体の中の金属
イオン等の場合は、この電極面に電着され金属皮膜を作
ること。さらには、このつくられた金属皮膜は、正の電
荷を持った金属イオンとして水等の液体に溶解すること
を抑制する負の電極面の上に密着していること。これは
、通常のメツキ等の電着できるものと異なった性質を示
す屯のである。

斯様なことから、さらに多くの利用や用途の開発が望ま
れた。

すなわち、望まれる発明は、電気石の永久電極を利用す
るものであって、大別して以下の２つのものである。

その第１は、水等の液体中に含まれている荷電物質、た
とえばイオン物質等をそれぞれの荷電物質の帯電する電
荷の反対符号の電気石の電極に吸引し、その電極面にそ
の電荷を中和、析出させることである。あるいは、水等
の液体の中の金属イオンの場合は、その電極面にその金
属皮膜を作る、いわゆる電着、固定することである。こ
れらのことを利用して、水等を浄化することを目的とす
る発明である。

そして、その第２は、電気石の電極面に電着・固着した
金属を坦持した電気石と共に色々な用途に利用すること
を目的とする発明である。

この２点から、具体的には以下のごとき発明が要望され
た。

Ａ　まず、殺藻や殺菌への利用としての発明である。

湖や池、貯水層などの発生した藻類を除くために、銅イ
オンが有効であることはよく知られている。従来は、硫
酸銅液の散布などが行なわれている。しかし、この方法
では、銅イオンの他にも硫酸イオンも同時に混入し魚類
なと生物にとっては有害であり、又持続的で均一な金属
イオン濃度の維持が難しい。

一方、銀イオンの殺菌効果についてもよく知られている
。金属銀は水等の液体には不溶性のものであるが、液体
中でその表面にまずＡｇ（ＯＨ）ｚ等の難溶性の銀化合
物を作り、この化合物がさらに水等の液体中で解離して
銀イオンができる。殺菌に必要な銀イオンの濃度は、数
　ｐｐわ（５〜ｌ０ｐｐｂ）と発表されている。

・銀の長年月における継続的な摂取については人体の内
部組織や器官における沈着、蓄積による弊害についての
考慮をすべきである。信頼できる医学上の発表文献によ
れば実験動物を用いたテストの結果、大脳その他の諸器
官における銀の沈着がみられ、神経症その他の症害が現
われているとされている。生体と銀の関係については今
後さらに明らかにされると思われるが、蓄積による害が
表面に現われるには数十年を要する場合もあり毎日摂取
する飲料水等に使用することは避けるべきである。

Ｂ　つぎに、金属坦持触媒としての利用の発明である。

すでに、多くの金属は、金属酸化物を始め金属化合物は
触媒として多用されている。その触媒作用は、酸化反応
や還元反応および酸塩基反応などがあげられる。また、
この触媒作用は気相や液相と広い範囲にわたフている。

このような金属触媒は、坦体表面に付着させた金属坦持
触媒として使用されることが多い、これは金属及び金属
化合物のみのものよりも丈夫であり、活性面を広くする
事もでき、また使用、回収、再生が容易である。

このような坦体は、金属触媒と良好な密着性を有してい
るものでなければならない、また、活性化のための焼成
温度（高いものでは７００〜８００℃）に耐え、さらに
高温、雰囲気および酸やアルカリなとの使用条件に充分
耐えるものでなければならない。

Ｃそして、１１水産業およびバイオ産業に使用する水等
の液体中の金属イオンの制御への利用の発明である。

しかして、近年、人工的に高度な制御技術を利用して、
新しい農業や水産とかバイオ技術を作り出しつつある。

水等の液体は、この場合も依然として必要成分（１１分
）を供給する重要な役割を受は持っている。このような
技術に於いて金属イオンの有害なものまたは過剰なもの
は除去しなければならない。また、あるものは供給また
は補充しなければならない、そして、その量は多過ぎて
は生体にとって有害であり、不足しては欠乏状態となる
。さらに、金属イオンと同時に有害アニオンを供給して
はならない。

そこで、それらの金属イオンを制御して供給しまたは除
去することが必要となる。

Ｄ　用・排水中に含まれる重金属および重金属イオンを
除くことはすでに水処理技術の中で色々な方法が提案さ
れ用いられている０本発明においては、電気石のカッ・
−ト（陰極）がこれと反対符号の電荷をもつこれら金属
イオンを効率よくまた腔、Ｘ１！に除くことに用いよう
とするものである。

イオン状態にない金属も、−旦酸等により金属イオン状
態に溶解１ノ工行なえる。就中、現在社会的に大きな問
題とな−）でいる原子力間係の施設から排出される放射
性金属を廃液中から除去し、これを強く固定し・濃縮す
ることに用いようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明にかかる電気石結晶によるイオン物質の電着除去
方法と金属電着電気石結晶は、電気石の永久電極のカソ
ード（陰極）にこれと反対符号の電荷をもつ隔イオンで
ある金属イオンが吸引され、電気的に中和され、金属原
子としで析出して、この型枠表面に金属皮りが作られる
電着現象を利用するものである。

以下に、本発明にかかる電気石結晶によるイオン物質の
Ｖ着除去方法と金ｆｉ’！＠電気石結晶の具体的な構成
外・詳細に説明する。

最初に、第１の発明の電気石結晶による電着除去方法の
構成を述べる。この発明はまず、電気もの微細結晶間を
電気的絶縁物で電気絶縁し固化した成形物をイオン等の
荷電物質が含まれている水又は水溶液等に入れる。

つぎに、その液体中ここ含まれている荷電物質を王−れ
ぞれの荷を物＊１７）帯電する電量の反対符号の電気石
の電極に吸引させる。これによって、その電極面に千の
電荷を中和、放電、析出させ、ざらには固寥させること
より、その液体中に含まれて”いる荷電物質を除去する
ものである。

つぎに、第２の発明の電気石結晶によるイオン物質のＥ
着除去方法の構成を述べる。この発明はまず、電気石の
微細結晶をイオン物質等の荷電物が含まれている水等の
液体の中に入れる。つぎに、その液体中に含まれている
荷電物質をそれぞれの荷電物質の帯電する電荷の反対符
号の電気石の電極に吸引させる。

これによって、その１＃、極面ξこ干の電荷を中和放電
させ、析出させ、さらには固粉ざぜる乙とより、その液
体中に含まれている荷電物質を除去するものである。

そして、第３の発明のＴ１＠電気石結晶の構成を述べる
。この発明はまず、電気石の微粉間を電気。

的絶縁物でｔ気絶縁し固化した成形物がある。つぎに、
金属皮膜がある。この金属皮膜は、上記の電気石結晶の
電Ｆｉｉに水等の液体中から反対符号のイオン物質等の
荷電物質を吸引、放電、析出、固着させて作らせたもの
である。

鮫後に、第４の発明の電着電気石結晶の構成を述へる。

この発明はまず、電気石の微細結晶がある。つぎに、金
属皮膜がある。この金属皮膜は、」−記の電気石結晶の
電極に水等の液体中から反対符号のイオン物質等の荷電
物質を吸引、放電、析出、固着させて作らせたものであ
る。

［作　用］ 本発明にかかる電気石結晶によるイオン物質の電着除去
方法と金属電着電気石結晶は、以上のごどき構成になＬ
ｌたゆえに、以下のことき作用が生した。

すなわち、この電気石結晶の電、極〈カソード）表面に
おける電着現象は、いわゆる基本的Ｌ２二はメツキと同
し現象である。を気石結晶の電極面は、複雑な結成の無
柳物でてきた結晶の表面であり、電気的には直流絶縁性
の極めて高い誘電体である。

電気分解等で用いられている酸化物電極に着ニー類似し
ている。

電着によフて電気石の電極表面につくられる金属皮膜は
、つぎにその表面が新しい電極面となり引き続く金属イ
オンの電着によって金属皮膜はその厚みを増していく。

この金属皮膜は、ある厚みになると電着は行なわれなく
なる。千〇理由についてはまだよくわかりていないが、
金属電極表面に電気絶縁性の高い金属化合物の皮膜がで
き、この皮膜によって覆われることによるものと推定さ
れる。この金属化合物は、金属原子と水溶液中の０１１
−、Ｃｏ２”’等の陰イオンとの結合によりつくられる
金属の不働態であり、水には離溶性を示すものてある。

以上、電気石結晶の持つ永久電極にメツキ技術等で用い
られる殆どの金属を電着することができる。この電着し
た金属がいわゆるメツキによってつくられる金属と大き
く違う点は、電着した後も常に永久電極の表面と一体に
なって密着していることである。この金属皮膜は電極面
に強く固着しているだけでなく、たとえば水溶液の中で
金属が金属イオンとなフて溶解することを抑制する電位
の影響を電極から受けている。またこの金属皮膜表面で
生じる色々な化学反応もこの電極の影響を受けるもので
ある。

［実施例］ しかして、１８８０年、ジャックスとビニール兄弟によ
って電気石の結晶が圧電気（ピエゾ電気）および焦電気
（ピロ電気）の帯電現象を示すことをみつけた。我国で
もおよそ２００年前にこすると紙片などを吸い付ける石
を見つけ電気石と名づけたという記録がある。

この電気石は圧力センサーや、赤外線センサーとして利
用することが試みられたが、その後発見された同様な帯
電性をもつ水晶やセラミック系の物質がもっばら利用さ
れ、電気石はその結晶の輝きの美しさにより宝石として
珍重され、鉱石標本以外の利用は現在に至るまで全くな
されていない。

この電気石は外国ではタウマリン（Ｔｏｕｒｖａｌｉｎ
ｅ）と呼び、我国の宝石業界ではトルマリンと呼んでい
る。地質および鉱物学では、電気石という名が用いられ
ている。電気石は、はう素を含む珪酸塩鉱物であり、三
方または六方の異極反面像族に属し、この異極像は上下
非対称である。化学式は複雑で、その代表的なものを次
に示す。

３　　（ＮａＸ３ＡＩｇ　（ＢＯｓ）ｓｓｉａＯｔａ　
（０ＨｖＦ）４）Ｘ　：Ｍ　ｇ　＋　Ｆ　ｅ　＋　Ｌ　
１等この電気石結晶は、記号Ｘ（金属元素）の種類によ
って赤、緑、青、黒等の多彩な色を示し、つの結晶が多
くの色からなるものもある。比重は３．１〜３．２であ
る。そして、その硬度はモース硬度で７．０〜７．５で
、石英より少し硬い。

電気石結晶が圧電性、焦電性を示すことは既に述べたが
このような静電気の帯電現象と異なり、本願発明の発明
者は永久電極を電気石結晶の両端に持っていることをい
くつかの実験の結果によって発見した。この新しい発見
に基づいて多くの重要な応用とその用途を開発すること
ができた。電気石の有する永久電極の強さは永久磁石の
永久磁極に比べると極めて微弱なものである。この弱さ
が金塩発見されなかったことの理由の−っであると思わ
れる。

この電気石結晶を微粉砕し、数ミクロン以下の微細な結
晶体にすることにより、電気石の二つの電極間距離を著
しく短いものにすることができる。

電極間でつくられる電場の強さは、電極間の距離の２乗
にほぼ反比例するので結晶を微細にすることで利用に適
した強さの電場の強さに調整する。

また、単位空間や面におけるこの微細電極の数も結晶の
数に比例して著しく大きくすることができる。

磁性体に於ける永久磁石に対比する永久電極を持つ電気
石のような物質を呼ぶ名前はまだない。

英語ではｒ　Ｐｅｒ＋ｗａｎｅｎｔ　ＭａｇｎｅｔＪに
対してｒ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ＥＩｅｃｔｌｅｔＪ　
、日本語では永久磁石に刻して永久磁石という名がこれ
に相応すると思われる。永久電極を持つ電気石のような
ものは現在逸散には発見されていないが、永久磁石が発
見されてから今日迄に幾多の製品と応用が開発されてい
るように今後多くの製品と応用が研究され実用化される
ことが期待される。

本願発明の発明者は、以前この電気石の微細な結晶の有
する永久電極と水分子との間の反応により対象カチオン
をもたない遊離したＯＨ−イオン（ヒドロキシルイオン
）が生まれ、このヒドロキシルイオンは）ＩａＯ分子と
結びついて弱いながらも「界面活性を示す物質」をつく
ることを実験的に見出した。そして、平成元年１０月３
日にその発明の特許出願をした（特願平１−２５７１３
０）。

そこで、本願ては電気石のもつ永久電極をさらに応用し
て、電気石の永久電極のカソード（陰極）にこれと反対
符号の電荷をもつ陽イオンである多くの金属イオン等が
吸引され、電気的に放電、中和され、金属原子として析
出して、この電極表面に金属皮膜が作られる、このいわ
ゆる電着現象については前に述べているのでここではそ
の応用について述べる。

この電気石結晶の電極表面における電着現象は前に述べ
たようにいわゆるメツキと同じ現象である。電気石結晶
の電極面は複雑な組成の無機物でできた結晶の表面であ
る。電気石の結晶は、電気的には直流絶縁性の極めて高
い誘電体である。電気分解等で用いられている酸化物電
極に類似している。

このような金属イオンの電着現象はその金属の導電性、
金属イオンの放電電位、溶液中での拡散又は移動速度、
溶液のＰＨ５撹拌等多くの条件に左右される。電気石の
カソード電極表面とこれに電着する金属の各々の格子定
数は、大きな差があるので電極表面と電着てつくられる
金属皮膜が良好な密着性を得るためには最初は金属イオ
ン濃度の低い溶液で行ない電着面での整合度を緩和する
ことも必要である。

その他、電着効率をあげるために、すてにメツキ技術と
して用いられている次のような種々の方法が利用できる
。

■　液の撹拌　■　温度　■　金属イオン濃度■　ＰＨ
■　添加剤　■　電極表面の清浄なとである。

以上、電気石結晶の持つ永久電極に「メツキ技術」等で
用いられる殆どの金属を電着できることについて述べた
。この電着した金属はいわゆるメツキによフてつくられ
る金属と違う点は、電着した後も常に永久電極という電
極表面と一体になっていることである。この金属皮膜は
電極面に強く固着しているだけでなく、たとえば水溶液
の中で金属が金属イオンとなって溶解することを抑制す
る電位の影響下にある。またこの金属表面で生じる色々
な化学反応もこの電極の影響下で起きる。

Ａ、　電気石の永久電極に金属イオン等が電着すること
の利用を述べる。

仁　用・排水中に含まれている重金属等の金属イオンが
電気石結晶の電極に電着固定されることによってこれら
の金属イオンを水等の液体から除去することができる。

電着固定された金属は強酸によって容易に溶解され、再
び使用することができる。

口、　水等の液体の中に含まれている固体金属や金属コ
ロイド粒子を酸などを用いて一旦溶解し、金属イオンに
変え次にこの金属イオンを前項イの方法によって電着、
固定し水等の液体からこれらを除去する。

ハ、　原子力廃液等に含まれている放射性金属をイおよ
び口等の方法を用いて電着により固定、濃縮分離する。

二、　前項と同じ方法を用いて、特定の放射能を有する
金属、たとえば放射性コバルト等を電気石結晶の電極に
電着固定することもできる。これは医学分野で利用され
得る。

Ｂ、　金属を電着した電気石を金属担持体として利用す
ることについて述べる。

イ、　まず、銅を電着した電気石を殺藻に用いることに
ついて。

湖や池、貯水槽などにおける藻類の発生を防ぎまたは発
生したものを除くために銅イオンが有効であることはよ
く知られている。従来は硫酸銅液の散布などが行なわれ
ている。この方法では銅イオンの他にも硫酸イオンも同
時に混入し魚類など生物にとっては有害である。殺藻に
必要な銅イオンの濃度は数ＰＰｂ　（ＰＰｂはｌＯ億分
の１）で充分である。

電気石のカソード電極に電着した金属銅はその表面に塩
基性炭酸銅−ＣｕＣＯｓ−Ｃｕ（ＯＮ）ｚ−を作る。こ
の物質は非常に安定であり、水には不溶である。

ただし、炭酸を含む水には僅か溶ける。溶解度は塩基性
炭酸銅の濃度として、およそ０．００３ｇｒ／　＋００
ｇｒ程度である。

乙の濃度は殺藻に必要な銅イオン濃度が数Ｐｐｂという
低い濃度に比べると、１００〜１０００倍の高い濃度で
ある。電気石のカソード電極面における電位は金属銅Ｃ
ｕが正の電荷を持つ（ｕ　＊　４イオンとなって水に溶
解することを抑制し、電極面表面の塩基性炭酸銅を一層
難溶性のものとする。この事は殺藻に用いた場合、銅イ
オンの無駄な溶出を防ぎ好都合である。また、この塩基
性炭酸銅が溶解する時に同時に生じる物質は炭酸イオン
、酸素、水素であり、生物に有害なものを発生しない。

口、つぎに、銀を電着した電気石を殺菌に用いる裏がで
きることについて。

銀イオンの殺菌効果についてはよく知られている。身近
なものでは家庭用浄水器などに使用されている銀添着活
性炭などがある。金属銀は水には不溶性のものであるが
、水中で難溶性の銀化合物、たとえば、Ａｇ（Ｏｆ（）
ａ等を作り、この化合物がさらに水に解離して銀イオン
ができる。殺藻に必要な銀イオンの濃度は数ｐｐｂ（５
〜＋ｏｐｐｂ）と発表されている。

銀は、鉄、銅、亜鉛なといわゆる生体の生命活動に必要
な「必須金属」ではない、カドミウム、水銀などとこの
点は同してあり、銀の継続的な摂取については長年月に
おける人体の内部組織や器官における沈着、蓄積による
弊害についての考慮をすべきである。信頼できる医学上
の発表文献によれば実験動物を用いたテストの結果、大
脳その他の諸器官における銀の沈着がみられ、神経症そ
の他の症状が現われていると報告されている。生体と銀
の間係については今後さらに明らかにされると思われる
が蓄積による害が表面に現われるには数十年を要する場
合もあることを考えれば毎日摂取する飲料水等には使用
すべきではない。

なおかつ、銀イオンの殺菌効果を利用できる用途として
は次の様なものがある。

■　クーリングタワー（銅イオンによる殺藻効果と併用
） ■　プール用水（塩素系殺菌剤と併用、塩嚢剤の使用量
を最小限にする。銀イオンだけの使用も可能である。屋
外プールの場合は銅イオンと併用して藻の発生をも防ぐ
、） ■　シャワー用水、水洗便所用水、温水便座用洗浄水 ■　浴場、（家庭用、営業用） ■　各種洗浄用水、洗濯用水、病院用水■　大小各種の
排水処理後の放流水の殺菌■　中水道等の処理水の殺菌
（殺藻のために鋼イオンを併用することもある。） ■　歯みがき、口腔の洗浄のときの水、洗濯等への利用 ■　災害用貯水槽での利用 ［相］　旅行、レジャーなど短期間の飲料水の殺菌銀を
電気石に電着させるには、水溶性の銀化合物の殆どが利
用できる０代表的なものは銀メツキに用いられる硝酸銀
であるが、その地銀メツキや写真工業から出る廃液等も
利用できる。電気石の電極面における電位が銀の溶解を
抑制すること、水等の液体に溶解する時有害な酸やシア
ンなどを発生しない事は前項の銅イオンの場合と同様で
ある。

ハ、　生物（植物、微生物を含む）の必要とする必須金
属の供給源として用いる。

地球上に生命を保っている全ての生物は動物、植物、微
生物を問わず、種々のイオン、主に硝酸、アンモニア、
燐酸、カリウム、カルシウム、硫酸、マグネシウム、鉄
、マンガン、銅、はう素、塩素、モリブデンその他多く
の元素を各々の生物の細胞膜を透過させ、吸収する機構
を持っている。吸収されたこれらの元素は生体の構成部
分となり又は代謝機能に重要な役割を果たす等生命維持
に大切なものである。この中で幾つかの金属は微量では
あるが、その生物の成長と生存にとって必要なものであ
り必須金属と呼ばれている。

最近我々人間は自らの食料生産のめに土地や海、川など
の自然の利用から、人工的に高度な制御技術を利用し、
新しい１Ｆ水産、バイオ技術を作り出しつつある。水等
の液体はこの場合も依然として必要成分（１１分）を供
給する重要な役割を受は持っている。

このような技術に於いて金属イオンのあるものは除去し
、また、あるものは供給しなければならない、まｋ、そ
の量は多過ぎては有害であり、不足しては欠乏状態とな
る。その上、必要な金属イオンと同時に有害アニオンが
伴って供給されはならない、このような制御は電気石電
極は金属イオンを電着固定し、また電極に固定された金
属は僅かづつイオンとして水等の液体に溶けていく、こ
の両方の性質を適切に朝み合わせて水等の液体の中の金
属イオンの量を微細にコントロールする目的に使用する
事ができる。

二、　そして、電気石を坦体とする金属担持触媒につい
て。

金属は、金属酸化物を始め金属化合物は触媒として多用
されている。その触媒作用は酸化反応、還元反応および
酸塩基反応などがあげられる。またこの触媒作用は気相
、液相と広い範囲にゎたフている。このような金属触媒
は坦体表面に付着させた金属担持触媒である。これは金
属のみのものよりも丈夫であり、活性面を広くする事も
でき、また使用、回収、再生が容易である。このような
坦体は金属触媒と良好な密着性を有しているものでなけ
ればならず、また活性化のための焼成温度（高いもので
は７００〜８００℃）に耐え、さらに使用時の高温、雰
囲気および酸、アルカリなどに充分耐えるものでなけれ
ばならない、電気石はこの点で良好な坦体としての性質
を持っている。永久電極を失う温度が９５０〜１０００
℃の間にあり、９００℃以下で使用するに充分な耐熱性
を持つ、また、酸やアルカリなどに対しては石英よりも
優れた性質を持っている。

このような金属担持触媒を作るためには、その金属の水
溶性塩類を用いる。

得られた金属電着電気石の微細結晶粉体又はこれを含む
セラミック焼結体をさらに触媒活性を得るに必要な温度
で焼成することにより、金属担持触媒が作られる。これ
に用いられる金属としては遷移金属のほとんどが対象と
なる、その形状は粉体や粒体、板、パイプ、ハニカムな
どセラミックやガラスで成形して作られているものの全
てが可能であり　２００℃以下の低温の場合はプラスチ
ックを成形剤として用いることができる。

さらには、既に触媒活性を予め加熱によって有する金属
担持触媒を用いて、耐熱性の低いプラスチックや繊維に
混合またはコーティングなどにより使用することもてき
る。これらの用途は、現在の金属担持触媒および金属触
媒の用途と同じである。

以下に、本発明にかかる電気石結晶、すなわちと併用し
た実施例を用いて、添付の図面と共に詳細に説明する。

ｍ面断面図を示したものである。第２図は、第１図の粒
状物の拡大−側面図を示したものである。

第３図は、第２図のものの一部側面断面図を示したもの
である。

まず、第１１！ｌのような簡単な構造の器具１を作り、
その上下に水のみが流通する細孔１ａ、ｌｂを設け、こ
のような流動層に水の上昇流を通す。

この器具１を通る水と電気石粒状物２０表面の電気石電
極の閏の電極反応によって生まれる現象に期待した。電
気石粒状物２の表面の電気石微結晶２ａはお互いに接近
し過ぎて、反対符号の電極同士が打ち消し合う事がない
ように電気石微結晶の間は電気絶縁性の高いセラミ・ン
ク２ｂで埋められている。第２図にそれを示した。なお
かっ、その表面の電気石電極は出来るだ（す多い事が望
まれる。

適当と思われる電気石の含有量は、その粒状物全体量の
５〜１０％程度である。また、数ミクロンの大きさの微
結晶を用いる。

そこで、電気石の粒状体であるがこれは以下のごときに
した。

まず、鉄電気石をおよそ８〜１０％程含有している火成
岩を５〜１０ｃｍ位に破砕したものの内、電気石の含有
量の多い砕石を肉眼による識別によって選別したものを
実験に用いた。

硫酸銅を精製水（脱イオン水）　１ｏ００ｃｃに２ｇ溶
解して銅イオン特有の青色の溶液を作る。この溶液に前
述の電気石を含む砕石を５００ｇ漫潰して２４時閉放置
した。銅イオン特有の青色は消え無色透明液になってい
る。さらに、そのまま３日間放置すると砕石の表面の黒
色の電気石の部分は緑色に変化している。いわゆる、緑
青と呼ばれる銅の塩基性炭酸塩［５）１ｚｏ・ｃｕｃＯ
ｓ・ｃｕ（Ｏ）Ｉ）ｚ］特有の色である。硫酸鋼溶液中
の銅イオンが電気石のカソード（陰極）に相当する部分
に電着されている事を示している。同じ電気石の露出し
ている部分てあっても全くこのような電着をしていない
ところもある。陽イオンである鋼イオンと同じ電荷を持
つアノード（陽極）に相当する部分である。

そして、上記の砕石を９００℃、９５０℃、１０００℃
、１０５０℃の温度で一時間保持して徐冷した。この４
種類の試料を用いて全記のｌと同じ結果を示すが、１０
００℃、１０５０℃の試料を浸漬した硫酸鋼溶液の色に
は全く変化が生じなかった。永久電極が失われる温度は
９５０〜１０００℃の間にあると考えられる。

このキュリー温度に相当する温度の存在を示す実験はそ
の後の実験、たとえばいくつかの種類の金属（銅、銀、
ニッケル等）の電着、またその電着量の化学分析による
測定を行なったがその結果は全て電気石結晶が永久電極
を有している事、またキュリー温度に相当する永久電極
が消失する温度の存在を示している。

もちろん、本発明にかかる金属等電着電気石結晶は、こ
の実施例のごとくに粒状物の集合体に限定されるもので
はなく、ハニカム状や微細結晶状等種々利用できる。

以下に、各実施例の実験の概要と結果について述べる。

（その１）銅イオンの電着と溶出について。

１、　電気石のカソード（陰極）に於ける銅イオンの電
着に間する実験 ■　硫酸銅２８「を蒸留水１０００ｃｃに溶解させて薄
い青色をした水溶液を作る。

■　電気石微細結晶を約４％含む焼結されたセラミック
球状体（４５％花崗岩粉末、２５％アルミナ、２５％シ
リカ）を用いる。この球状体は、平均径が３．２−一で
、比重は約３．０、色は褐色である。

用意された上記の硫酸銅水溶液１０００ｃｃ中に、電気
石を含むセラミック球状体２００ｇｒを漫潰し、それぞ
れ１時間、５時間、２４時間撹拌羽がセラミック球状体
に触れないようにしながら連続して撹拌する。撹拌が終
わったセラミック球状体を取り出し残った水溶液の銅の
量を分析した。その結果を後ページの表１に示す。

■、　セラミック球状体の電気石電極に電着している銅
の溶出に関する実験について。

前項の実験と同じ方法で作られた銅を電着しているセラ
ミック球状体２００３ｒを蒸留水１０００ｃｃ中に入れ
て、上記の１の実験と同様な撹拌を続ける。

１時間、５時間、２４時閏の撹拌後、セラミック球状体
を取り出し、残りの水等の液体の中の銅の量を常法によ
り分析定量した。その結果を後ページの表２に示す。

（その２）銀イオンの電着と溶出について。

夏、　電気石の永久電極の中のカソード（＃極）に銀が
電着することについての実験。

■　硝酸銀２ｇｒを蒸留水１０００ｃｃに溶解して、硝
ｗｌ！銀水溶液を作る。

■　実験（その２）で用いたと同様なセラミック球状体
２００ｇｒを１００Ｏｃｃの硝酸銀水溶液中で漫演し、
それを連続して撹拌を続ける。撹拌が終わった時の水溶
液中の銀の量を分析定量した。その結果を後ページの表
３に示す。

■、　セラミック球状体の電気石電極（カソード）に電
着している銀の溶出に間する実験。

上記の（その２）の銅についての実験と同様なことを行
なった。その結果を後ページの表４に示す。

これに使用した球状体の使用前の録磁着量は０゜４８Ｉ
Ｉｇ／ｇｒであフた。

（その３）殺藻と殺菌について 夏、　銅を電着したセラミック球状体にょる殺藻につい
て。

この実験は、２５００ｍ”の池で、実地でのテストを実
施することができた。約９ケ月にわたるテストである（
表７に示す）。

■、　殺菌効果について実験。

イ、　上記の実験（その２）で記した方法で作られた銀
を電着したセラミック球状体をＩｇｒと５８「を各々秤
量し、各々を予め殺菌を含ませである水１０００ｃｃ中
に浸漬し、今までの実験と同様に撹拌を行なった。その
結果を後ページの表５に示す。

同じような実験を銅電着セラミック球状体を用いて行な
りたが、５０ｇｒ／Ｉても殺菌効果は全く見受けられな
かフた。

口、ｌＡ留水１０００ｃｃ中に上記の実験（その２）と
同様な方法で銀を電着したセラミック球状体を１０ｇｒ
漫濱し１？時間撹拌した溶液を作る。

上記の銀イオンを含むとみられる溶液１部に対して細菌
を含む水１０部および　１００部になるように混合１０
分間撹拌後の大腿菌群および一般細菌数について測定し
た。その結果を後ページの表６に示す。

以上、実験の結果についての考察を述べると、■　銅お
よび銀の水溶性塩類の水溶液に含まれている銀および銀
のイオンは電気石の永久電極のうちカソード電極に電着
していることは明らかである。

■　また、この事は、電気石が永久磁極に対比する「永
久電極」を有していることを証明している。

■　銀イオンによる殺菌の実験から殺菌効果は銀イオン
の濃度と殺菌と接触するための一定の時間が必要である
ことを示している。ＷＡ間的な又は極めて短い時間では
充分てない ■　上記の池に於ける実地テストは朗待以上の成功てあ
フたが、下記に示すような経時的な錆付着量の消耗から
、その溶出量は始めのうちは大きく、暫時少なくなって
最後にはきわめて微量になっていくようである。

上記の池の実地テストで用いた電気石含有のセラミック
球状体は初期の試作品を用いたので、ここに記した実験
に用いたものに比べると銅の電着量は半分以下のもので
ある。

使用前の銅電普量は　０．０６−ｇ／ｇｒ１００日閏使
用のものは０．０４ｍｇ／ｇｒ３００日閏使用のものは
０．０３９１ｇ／ｇｒ参考までに前述のいくつかの実験
で使用したセラミック球状体への銅の電着量は、およそ
０．１５ｍｇ／ｇｒと上記の池に用いたものに比べて約
２．５倍である。

なお、この池の実験の条件は以下のごとくである。

八　池の大きさなど 面積　１５００■２ 平均の深さ　５０〜６０ｃｍ 全水量　約１０００１３ 生物　錦鯉などおよそ１０００匹 地下水から補給され、３日位で全水量が入れ讐わる計算
になる Ｂ　循環濾過ポンプ設備 一日８時ｒＩｆｆ稼動、１日１回全水量が循環濾過され
る Ｃ　水の透視度 目視では、透きとおった水ではあるが、常緑樹の枯れ葉
、ごみ、そして枯れた藻が多く浮遊しているので計測値
としては、６０ｃ顯程度に減少している。　ＤＯ，水の
導電率も１月の３０Ｐ５／Ｃ−から３月現在は３３１５
／ｃ■と水そのものの汚れは進んでいない、しかし、そ
の後１〜２ｆｌｆｆ月経つとそれ等（枯れ葉、枯れた藻
）はオーバーブローによる排水で流れ出て、８０ｃｍ〜
１００ｃｍに近い透視度に回復した。

Ｄ　実験期間 １９８９年１月末に、上記の金属電着電気石結晶の粒状
物集合体を用いた流動電場活水器をポンプ室に設置した
。モして、同年９月末迄の約８１！１月間、冬から春、
夏、秋と四季にかけて実施した。

月に３回、外気温、水温、Ｐｉｔ、溶存酸素（ＤＯｐｐ
＋ｍ）、導電率（Ｐ５／ｃ−）、透視度（ｌｊ）および
藻の発生状態などの目視を行ない、その平均数値を表に
した。

この夏は異常渇水により地下水に異常をきたし、透視度
、００、共に一時的に（７〜８月）低下したが池の鯉の
生育に異常はなかった。

Ｅ　　１９８９年１０月２３日に、上記の電気石含有粒
状物を用いた流動電場活水器の運転を停止、銅電着ビレ
ット（３０ｋｇ）を池からひきあげ実験を一応中止した
。その後の池の状態を観察した結果Ｉ　　ＰＨは８．１
→７．９ ２　　ＤＯは８．４ｐｐ■→５．６ｐｐｍ３　透視度は
　６０ｃｍ−＋８０ｃ■ ４　藻は再び成長し始めた。

１０日目　２０腸位 ２０日目　４　　〃 ３０日目　６　　〃 上記の結果は上記の流動電場活水器および銅電着ビレッ
トの効果を改めて実証したことになった。

同年１２月１９日に再び設備を元どおりにした。

以上のデータを後の表７に表示する。

なお、上記の電着金属２ｃの状態を第３図に念のため示
した。

表 表 ４【 （録磁蓄セラミック球使用） 表 表 （録磁着セラミック球使用） ［発明の効果コ 本発明にかかる電気石結晶によるイオン物質の電着除去
方法と金属電着電気石結晶は、以上のごとき構成になし
たゆえに、容易に水等の液体から金属イオンを除去した
り、逆に金属イオンを供給したりすることができ、それ
による種々の応用が可能となった。

特に、電気石自体がつくる水の界面活性効果に加えて、
本発明の銅や銀等の金属がもっ殺藻や殺菌効果の利用や
、有害な重金属の除去等現在問題となっている環境浄化
にも大きく貢献できる。

また、その除去や供給の制御も容易に行なえるものとな
った。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる電気石結晶によるイオン物質
の電着除去方法に併用的に用いる粒状物の集合体の一実
施例の側面断面図を示したものである。 第２図は、第１図の粒状物の拡大側面図を示したもので
ある。 第３図は、 第２図のものの一部側面断面図を示 したものである。 １・・・器具 ｂ・・・細孔 ２・・・電気石粒状物 ２ａ・・・電気石微結晶 ｂ・・・セラ ツク Ｃ・・・電着金属

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電気石の微細結晶間を電気的絶縁物で電気絶縁し固
   化した成形物をイオン等の荷電 物質が含まれている水溶液の中に入れ、そ の液体中に含まれている荷電物質をそれぞ れの荷電物質の電荷の反対符号をもつ電気 石の電極に吸引させ、その電極面にその電 荷を放電析出させることにより液体からそ の中に含まれている荷電物質を除去するこ と、を特徴とした電気石結晶によるイオン 物質の電着除去方法。 ２）電気石の微細結晶をイオン等の荷電物質が含まれて
   いる水または水溶液等の中に入 れ、それを撹拌し、その液体中に含まれて いるイオン等荷電物質をそれぞれの荷電物 質の帯電する電荷の反対符号をもつ電気石 の電極に吸引させ、その電極面にその電荷 を放電、中和、析出させることよりその液 体中に含まれている荷電物質を除去するこ と、を特徴とした電気石結晶によるイオン 物質の電着除去方法。 ３）電気石の微粉間を電気的絶縁物で電気絶縁し固化し
   た成形物、該成形物に含まれる 電気石の微細結晶の電極に液体中からこの 電極との反対符号のイオン物質等の荷電物 質を吸引放電析出させて作らせた金属皮膜、より構成さ
   れることを特徴とした金属電着 電気石結晶。 ４）電気石の微細結晶、該電気石の微細結晶の電極に液
   体中からこの電極との反対符号 のイオン物質等の荷電物質を吸引放電析出 させて作らせた金属皮膜、より構成される ことを特徴とした金属電着電気石結晶。