JPH1110140A

JPH1110140A - 水浄化材

Info

Publication number: JPH1110140A
Application number: JP16316697A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Sugita; 秀一杉田; Takeo Hayashi; 健夫林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-06-20
Filing date: 1997-06-20
Publication date: 1999-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】水を酸化還元電位の低い状態に変化させるこ
と等により水の健全化を図ることができる水浄化材を提
供する。【解決手段】核部２と基層部３と表層部４とからなる
焼成物であって、核部はセラミック粉体の造粒物をな
し、基層部は赤外線の波長領域で最大の分子振動スペク
トルを発するとともに、この分子振動スペクトルを示す
伸縮振動または変角振動を持つ鉱物を主原料とし、表層
部は基層部の表面をガラス状化してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水の持つ酸化還元
電位の低減等により水の健全化を図る水浄化材に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】生物は水の中から発生し、進化の過程で
体内にその水を取り込んでおり、水は生命体にとって無
くてはならぬものである。この水は自然界における循環
過程において地中に浸透して地下水となり、長い年月の
後に湧き水として再び地上に現れる。この間に水は地球
という大きな鉱物体と密接なつながりを持っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この地球の大部分をお
おっている水に、古来から人間は最大の関心を抱いて来
た。生物の生存環境において大きな要素を占める水は、
人間の経済活動の進展に伴って、その質が悪化の一途を
辿っている。日本においては美味しい水が豊富にあると
信じられて来たが、実際は乏しいのである。現に断水が
新聞紙上を賑わし、水道水は塩素臭が強く、美味しい水
は無くなる一方であり、コンビニエンスストアーや、自
動販売機において名水の名を借りた水が売られている。
この瞬時でさえも接触しない事がない水を我々人類はい
ろいろな角度から研究して来た。しかし、その研究のほ
とんどはマクロ的立場から見たものである。

【０００４】本発明は、水分子と鉱物体との密接なつな
がりをミクロの立場から考察することにより発明したも
のであり、水を酸化還元電位の低い状態に変化させるこ
と等により水の健全化を図ることができる水浄化材を提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、本発明の水浄化材は、核部と基層部と表層部と
からなる焼成物であって、核部はセラミック粉体の造粒
物をなし、基層部は赤外線の波長領域で最大の分子振動
スペクトルを発するとともに、この分子振動スペクトル
を示す伸縮振動または変角振動を持つ鉱物を主原料と
し、表層部は基層部の表面をガラス状化してなるもので
ある。

【０００６】また、核部は、ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，Ｔｉ
Ｏ₂，ＺｒＯ₂等のセラミック粉体を造粒化してなり、基
層部は、赤外線の波長領域で最大の分子振動スペクトル
を発するとともに、この分子振動スペクトルを示す伸縮
振動または変角振動を持つ鉱物を、４００℃〜８５０℃
程度で焼成して脱水後に再結晶化し、２００〜４５０メ
ッシュ程度に粉砕した物を主原料とし、ＳｒＯ，ＴｉＯ
₂，ＣｏＯ，ＦｅＯ，Ｆｅ₂Ｏ₃等を補助原料とするであ
り、主成分８０〜９５重量％、補助成分５〜２０重量％
の割合で混合したものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面に基づい
て説明する。はじめに、本発明の原理に関して説明す
る。一般に水は岩石の分解あるいは変質に際して重要な
役割を担っており、その過程において珪酸塩となって入
り込む。一般に岩石の端面は結合の破断面である為に、
原子価を満足していない水酸イオンが存在し、水溶液中
にある場合はＨ⁺と結合して水酸基を形成して水に対し
て親和性を示す。

【０００８】分子を構成している原子核はそれぞれの平
衡点の近傍で振動し、原子や分子内電子の励起により各
種のエネルギーが存在する。この分子の内部エネルギー
には、回転状態、振動状態、電子状態のエネルギーがあ
り、これらの状態は量子化されていて、基底状態と励起
状態のエネルギー間隔は先の順に大きくなる。分子など
の化合物中の原子は、結合の状態に特有の振動（正規振
動又は基準振動）をしているが、その振動と等しい振動
数の光が当たると振動の共鳴が起こって光は吸収され
る。従って分子は振動による内部エネルギーをもってい
ると同時にそれと同じ振動エネルギーを吸収し、その領
域は、赤外領域から可視紫外領域迄であり、特に強い領
域は赤外線の領域となる。

【０００９】イオン結晶は光に対して透明な領域をはさ
んで長波長側（赤外域）と短波長側に結晶固有の吸収を
示す。赤外吸収は格子振動（伸縮振動と変角振動）によ
るものであるが、短波長側の吸収はＸ線領域まで及び連
続スペクトルで結晶構成原子のエネルギー準位に基づく
充満帯から、電子によって占められていない伝導帯への
電子遷移によって起こるもので、これを基礎吸収と呼ん
でいる。運動量空間で同じ波数ベクトルをもった状態間
の遷移は直接遷移で吸収係数は１０^-6cm程度の大きさを
もつ。基礎吸収の主要部分はこの遷移による。

【００１０】一方、水中において水は、単原子酸素陰イ
オンＯ₂ ^-に対して中性となる以上のプロトンがついて出
来た多原子陽イオンＨ₃Ｏ⁺（オキソニウムと呼ぶ）とし
て存在し、実際には水和して水分子がついた状態となっ
ている。

【００１１】水中ではすべてのプロトンは一つの酸素か
ら他の酸素へ急速に泳動し、水中の個々のＨ₃Ｏ⁺の寿命
は１０^-12ｓである。水は水和して（Ｈ₃Ｏ⁺）（Ｈ₂Ｏ）
ｎとなっているが、電荷移動反応によりオキソニウムイ
オンＨ₃Ｏ⁺はＨ₂ＯとＨ⁺に解離する。この電荷移動反応
は単に電荷だけが移動する過程と電荷移動に伴って二次
イオンが解離する過程があり、各々に共鳴過程と非共鳴
過程が存在する。一方、水に進入した電子は水和電子と
なる。水和した電子は強い還元剤で還元電位が−２．７
ｖ程度で短寿命である化学種である。水和していない部
分のＨ₂Ｏは水和電子に還元される。以下にその反応を
示す。

【００１２】

【化１】

【００１３】したがって、親水性の岩石の結晶において
励起する内部振動の振動エネルギーを、励起移動、特に
共鳴伝達により水分子およびオキソニウムに伝達して電
子を励起し、その後に起こる励起状態から基底状態への
遷移、および分解により派生する水和電子によって、還
元力の強い水質の水を造ることができる。（実施例）図１において、水浄化材１は、核部２と基層
部３と表層部４からなる。

【００１４】核部２は、水浄化材１の核になる部分であ
り、セラミック粉体を造粒化したものである。成分とし
ては、ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＴｉＯ₂，ＺｒＯ₂等のセラ
ミックの単独造粒物またはこれらの混合造粒物で球状に
したものである。

【００１５】基層部３は、釉薬部分であり、成分として
２つに大別される。（１）一方の主たる成分は、９０〜９５重量％程度を占
めるものであり、水の分子振動スペクトルの内、赤外線
の波長領域において大きな吸収帯をなすものである。こ
のために、赤外線の波長領域で最大の分子振動スペクト
ルを発し、この分子振動スペクトルを示す伸縮振動また
は変角振動を持つ鉱物である。

【００１６】各種の鉱石は、その成分に起因して固有の
分子振動スペクトルを持つことはよく知られている。鉱
石固有の分子振動スペクトルが水の分子振動スペクトル
に等しければその振動は共鳴する。したがって、核部２
を形成することなく、前記の鉱石を微粉砕し、造粒化し
て球体を形成し、使用することも可能であるが、以下に
記す理由において鉱石の分子振動エネルギーは弱いもの
である。ａ．単一の結晶体でなく多角結晶が多く、各構成分子の
振動ベクトルが各方向に向いているために、相殺されて
しまって結晶外部に対してその影響は小なものとなる。ｂ．鉱石の結晶や固体には、必ずその成長時の残存物で
ある層間水や結晶水が残っている。これらが分子振動ス
ペクトルの外部への伝播を阻害し、分子振動エネルギー
は非常に弱いものとなってしまう。

【００１７】この問題を解消してより効率良く振動エネ
ルギーを取出すために、鉱石を加熱する。加熱すること
により先ず、層間水の脱水によって底面間隔が縮む。緩
やかに加熱すると１００℃〜１５０℃の間隔の一定温度
で、１〜２時間かけて４００℃〜１０００℃程度まで加
熱する。また、加熱により層間水の脱水以外に、構造変
化、ＯＨ脱水や再結晶が生じる。一般に、水分子の形で
含まれる水の脱水は以下の順で起こる。１．吸着水並びに層間の非配位水２．層間の１価陽イオン（Ｎａ⁺等）のまわりの配位水
（吸熱ピーク１００〜２００℃）３．層間の２価陽イオン（Ｃａ²⁺，Ｍｇ²⁺など）の配位
水４．セピオライトなどのチャンネル中のＭｇとの結合水
（吸熱ピーク２５０〜４５０℃）それぞれの吸熱ピーク以上の温度では、２つの水酸基が
通常次式、２（ＯＨ）→Ｏ＋Ｈ₂Ｏの反応により吸熱、脱水し、１つの酸素原子は構造以上
に残る。このＯＨの脱水は一般に１：１型鉱物中のＯＨ
や緑泥石の層間ＯＨの方が２：１型鉱物中の２：１層Ｏ
Ｈの脱水よりも低温で起こる。ＯＨ脱水後は層状構造か
ら変形した、あるいは乱れた構造が多くの鉱物で保たれ
るが、一般に７５０〜１０００℃にかけて、全構造の崩
壊と原子の再配列、再結晶化が起こる。再結晶は、主と
して鉱物の化学組成によって決まることはよく知られて
いる。これらの加熱による脱水と構造変化の詳細は、．ＯＨ脱水後の中間段階の構造．再結晶相の化学組成．再結晶化（転移）の原子移動．新旧の結晶方位の関与となる。ここでは物質（鉱石固体）固有の温度により再
結晶されることがわかっているため、測定によりその温
度は大体の目安とし、それからは各温度領域により焼成
後確認する必要がある。

【００１８】ここでは採取した鉱石を４００℃〜８５０
℃程度で焼成して脱水後に再結晶化したものを２００〜
４５０メッシュ程度に粉砕した物を使う。通常は、焼成
後粉砕するが、粉砕後焼成して使用しても構わない。（２）他方の成分は、（１）の主たる成分の補助となる
ものであり、その目的は下記の通りである。１．核部２と主成分との間の膨張率の差を埋める。２．（１）の石の効果を助長する。この成分には、通常窯業で釉薬として使用するものを使
用する。例えばＳｒＯ，ＴｉＯ₂，ＣｏＯ，ＦｅＯ，Ｆ
ｅ₂Ｏ₃等である。配合は、（１）の主成分……９０〜９５重量％（２）の補助成分… ５〜１０重量％を標準とし、場合によっては、（１）の主成分……８０〜９５重量％（２）の補助成分… ５〜２０重量％もあり得る。これは焼成した石の色により効果および見
栄えを重要視する場合には、十分に考慮しなければなら
ない。何れにしても（１）の主成分と（２）の補助成分
の配合比により（膨張率を合わせたもの）、焼成温度お
よび昇温時間、冷却時間を合わせなければならない。

【００１９】表層部４は、釉薬部分の内で表面に当たる
部分である。これは球の表面が外部との接触により破
損、摩耗等を起こさないように、ガラス状化したもので
ある。また、ガラス状化することにより、下部の釉薬部
分の分子振動スペクトルが外部に十分供給される意味も
ある。従って、釉薬部分の内で表面のみをガラス状化
し、内部はガラス状の一歩手前で冷却化し始める必要が
ある。そのために、焼成温度および接続時間は制約され
る。

【００２０】以下に、上記の水浄化材１の実測と実証を
説明する。（１）原水：水道水水温２５℃ ＰＨ6.75 ORP(酸
化還元電位）528mV （２）図２に示すように、ビーカー３の中に複数の水浄
化材１を積層し、（１）項の原水５を入れて水浄化材１
を浸漬した。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１から明らかなように、酸化還元電位は
時系列で減少している。この電位の減少は、原水４が静
止している条件下であることから、（化１）に示す反応
がブラウン運動による接触分として生起するものであ
る。このとき、ＰＨは、（化１）におけるＨ⁺が他の用
途に使われる為に、ＯＨ^-量の増加に起因してアルカリ
性を示す。

【００２３】以下に本発明の利用に関し説明する。水道
水中にはトリハロメタンの前駆物質をなす天然の有機物
が微量に存在し、この前駆物質が塩素と反応してトリハ
ロメタンを生成する。この前駆物質の代表的なものは、
フミン酸やフルボ酸などの天然の腐食物質であり、水中
の色度成分と呼ばれるものである。フミン酸粒子はタン
パク質の回りを水の層が３重に取り囲んだものである
が、最外層の水から順次に還元性を強めて行くことによ
ってタンパク質表面の水が薄層となり、微生物との接触
が促進され、微生物により分解される。

【００２４】したがって、フミン酸を含んだ水道水を流
水状態で水浄化材１に接触させると、水自体の還元力の
高まりによってフミン酸を取り囲む水分子の層の薄層化
を図ることができ、結果としてトリハロメタンの前駆物
資の除去を促進することができる。

【００２５】また、一般細菌に対しては、その生存に必
要なミネラル分、有機質等の栄養分を還元力により低減
するとともに、水の酸化還元電位の低減により気体中の
酸素の溶解度を高め、酸素分子が還元されて水分子を生
成するまでに発生する中間体の毒性により、殺菌作用を
及ぼすことができる。

【００２６】このことを以下に説明する。酵素の一種で
ある、ＳＯＤ（スーパーオキシド・ジスムターゼ）は、
Ｏ₂ ^-（Super-oxide anion）をＨ₂Ｏ₂とＯ₂に分解す
る。ＳＯＤの分布は極めて広く、高等動物、植物、藻
類、酵母、カビなどほとんどの真核生物中に見出せるば
かりでなく、全核生物である細菌中にも存在する。近年
絶対嫌気性菌などにも存在することがわかった。このよ
うに、真核、全核の区別あるいは好気性、嫌気性の区別
なく広範な存在を示すのは、このＳＯＤとＦｅ−Ｓタン
パクだけであり、このことからＯ₂ ^-代謝が生命の維持の
うえで、極めて重要な意味を持つことを示している。

【００２７】元々光合成獲得以前のごく初期の生命体に
とっては、酸素は毒性分子以外のなにものでもなかっ
た。これらの生命体は酸素に対する何らかの防御機構を
獲得しながら進化を続けて来たといえる。初期の生命体
とは嫌気性微生物であり、先に述べたように現在の嫌気
性細菌に存在するＳＯＤは酸素に対する防御装置として
獲得されたものと考えることができる。光合成を獲得し
た生物においても事情は全く同じであり、酸素の利用と
同時に毒性防御の仕組みを合わせ持つことによって初め
て生命の維持が可能になったということができる。

【００２８】ところで、酸素分子が還元されて水分子を
生成するまでには、いくつかの還元状態がある。（１）Ｏ₂＋２ｅ ⇔ ２Ｏ₂ ^- （２）Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ ⇔ Ｈ₂Ｏ₂ ［２Ｏ₂ ^-＋２Ｈ⁺ ⇔ Ｈ₂Ｏ₂］（３）Ｏ₂＋２Ｈ₂Ｏ＋４ｅ ⇔ ４ＯＨ^- ［２Ｈ₂Ｏ₂＋４ｅ ⇔ ４ＯＨ^-］（４）Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ ⇔ ２Ｈ₂Ｏ［４ＯＨ^-＋４Ｈ⁺ ⇔ ４Ｈ₂Ｏ］中間体のスーパーオキシド（Ｏ₂ ^-）、ペルオキシド（Ｏ
₂ ^2-）、及びヒドロキシラジカル（ＯＨ^-）は毒性があ
り、特にＯＨやＯ₂ ^-の酸化能力は強く、生体内ではＯ₂ ^-
はＳＯＤによって、過酸化水素に還元され、更に過酸化
水素はカタラーゼ（過酸化水素を水と酸素に分解するた
めの触媒の働きをするヘムタンパク質酵素）によって水
と酸素に分解される。しかし、通性嫌気性細菌や絶対嫌
気性細菌の中の大半はカタラーゼを持たないので、中間
体の毒性を無毒化することができない。したがって、一
般細菌に対しては、水の酸化還元電位の低減によって気
体中の酸素の溶解度を高め、酸素分子が還元されて水分
子を生成するまでに発生する中間体の毒性により、殺菌
作用を及ぼすことができる。

【００２９】図３および図４は、或る井戸水を原水とし
て、本発明の水浄化材によって浄化した前後の水質検査
成績書である。試験水は、容器内に水浄化材を積層した
状態で通水したものである。図３に示すように、原水で
は、一般細菌や大腸菌を検出しているが、図４に示すよ
うに、試験水においては、一般細菌をほとんど検出せ
ず、大腸菌も検出していない。

【００３０】また、本発明においては、水中に溶解する
ＣＯ₂と、前述の（化１）の反応において生起する処理
水中のＨ₂や、オキソニウムの分解によるＨ⁺を反応させ
ることにより、ＣＯ₂をＣＯ化して、マグネシウム塩や
カルシウム塩の析出を抑制することができる。発生した
ＣＯは強い還元性を有して金属カルボニル化合物を形成
し、配位子のカルボニルが他の配位子と置換して混合錯
体、例えば［Ｆｅ（ＣＯ）₃（ＮＨ₃）₃］を形成するの
で、水道管（鉄管）等におけるスケル除去を果たすこと
ができる。また、カルシウムを多く含む水の場合には、
溶解したＣＯ₂とカルシウムが反応して炭酸水素カルシ
ウムを生成し、水に溶解する状態となって析出しなくな
る。

【００３１】次に、本発明を魚脂および油脂の付着防止
に適用した例を説明する。魚類から摂取される油脂類
は、通常イワシ、ニシン、サンマなどの大量に捕獲され
る魚種を原料としている。魚油は、固体酸としてはパル
ミチン酸、少量のステアリン酸、ミリスチン酸、アラキ
ジン酸等を、又液体酸としてオレイン酸等を、他に高度
不飽和脂肪酸を含有し、又特有成分としてヘキサデセン
酸を合む。他の油に比べて組成脂肪酸の種類が多く、又
不ケン化物含量も大きく、独特な生ぐさい不快臭を持
つ。

【００３２】油脂は油脂油と脂肪の総称で、化学的には
１個のグリセリンと３個の脂肪酸が結合したエステル
（トリグリセリド）の混合物である。脂肪酸の物性はそ
の分子量や不飽和度などに依存するが、とくにその融点
は分子量の増大とともに高くなる傾向がある。炭素数１
０以下のものは常温で液体であるが、それ以上のものは
常温で固体である。油脂の乾燥は、分子内に二重結合を
２個以上有する不飽和脂肪酸が空気中の酸素と化合して
不安定な過酸化物を生じ、これが複雑な重合反応をして
高分子化合物となり、粘度が高くなって固化する現象で
ある。

【００３３】アルコールの固定はアルコールの水素基と
して赤外線スペクトルによって容易に出来る。すなわち
３６５０〜３２００ｃｍ^-1のＯＨの伸縮振動、１４１０
〜１０５０ｃｍ^-1のＣ−Ｏ伸縮振動およびＯ−Ｈの変角
振動による特状吸収から第一、第二および第三アルコー
ルを区別することができる。

【００３４】この赤外線スペクトルは水の固有振動スペ
クトルであり、加水分解の大きな作用種でもある。この
加水分解による脂肪の分解が魚脂の除去に大きく寄与す
る。次に、本発明を悪臭物質の除去に適用した例を説明
する。臭気の発生は、以下の悪臭物質が特に発生した場
合不快感を及ぼすことになる。塩基性系統では、アンモ
ニア、トリメチルアミン等であり、酸性系統では、硫化
水素、メチルメルカプタンであり、中性系統では、二硫
化ジメチル、硫化ジメチル、アセトアルデヒドである。

【００３５】アンモニアＮＨ₃は、酸化還元電位の低
下によってシステム内の水が自由電子によって解離し易
くなり、この水に溶解して脱臭される。２ＮＨ₃＋２Ｈ⁺＋２ＯＨ^- → ２ＮＨ₄ＯＨトリメチルアミン（ＣＨ₃）₃Ｎは、システムにより解
離促進された水が作用する。（ＣＨ₃）₃Ｎ＋３Ｈ⁺＋３ＯＨ^- → ３ＣＨ₃ＯＨ＋Ｎ
Ｈ₃ ２ＮＨ₃＋２Ｈ⁺＋２ＯＨ^- → ２ＮＨ₄ＯＨとなり、ＣＨ₃０Ｈ，ＮＨ₃は共に水に溶解されることと
なる。

【００３６】硫化水素Ｈ₂Ｓは、システム内の還元水
によって以下のように容解が促進される。２Ｈ₂Ｓ＋４
ＯＨ^- → ４Ｈ₂Ｏ＋２Ｓ↓となり、遊離硫黄が沈澱す
る。

【００３７】メチルメルカプタンＣＨ₃ＳＨは、ＮＨ₃
と同様、システム内に於ける解離されたＨ⁺とＯＨ^-によ
り、ＣＨ₃ＳＨ＋Ｈ⁺＋ＯＨ^- → ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｓに
なり、Ｈ₂Ｓは前記の反応により処理される。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、親
水性の岩石の結晶において励起する内部振動の振動エネ
ルギーを、励起移動、特に共鳴伝達により水分子および
オキソニウムに伝達して電子を励起し、その後に起こる
励起状態から基底状態への遷移、および分解により派生
する水和電子によって、還元力の強い水質の水を造るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における水浄化材を示す模
式図である。

【図２】同水浄化材の実験における使用状態を示す説明
図である。

【図３】同水浄化材による実験前の水質成績書を示す図
表である。

【図４】同水浄化材による実験後の水質成績書を示す図
表である。

【符号の説明】

１水浄化材２核部３基層部４表層部５ビーカー６原水

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】核部と基層部と表層部とからなる焼成物
であって、核部はセラミック粉体の造粒物をなし、基層
部は赤外線の波長領域で最大の分子振動スペクトルを発
するとともに、この分子振動スペクトルを示す伸縮振動
または変角振動を持つ鉱物を主原料とし、表層部は基層
部の表面をガラス状化してなることを特徴とする水浄化
材。
【請求項２】核部は、ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＴｉＯ₂，
ＺｒＯ₂等のセラミック粉体を造粒化してなり、基層部
は、赤外線の波長領域で最大の分子振動スペクトルを発
するとともに、この分子振動スペクトルを示す伸縮振動
または変角振動を持つ鉱物を、４００℃〜８５０℃程度
で焼成して脱水後に再結晶化し、２００〜４５０メッシ
ュ程度に粉砕した物を主原料とし、ＳｒＯ，ＴｉＯ₂，
ＣｏＯ，ＦｅＯ，Ｆｅ₂Ｏ₃等を補助原料とするであり、
主成分８０〜９５重量％、補助成分５〜２０重量％の割
合で混合したことを特徴とする請求項１記載の水浄化
材。