WO2002018278A1 - Methode et appareil de preparation d'une dispersion aqueuse de particules ultra-fines de charbon actif - Google Patents

Methode et appareil de preparation d'une dispersion aqueuse de particules ultra-fines de charbon actif Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing physiologically active water in which activated carbon ultrafine particles are dispersed, an apparatus for producing the same, and a physiologically active water to which the apparatus is applied.
  • the present invention relates to a health product, a medical product, or a cosmetic product characterized by utilizing the physiologically active water.
  • Activated carbon is a black fine powder that is difficult to handle by itself, but its use is now indispensable in daily life. Its main uses are in powder form for industrial supplies, brewing and water purification and wastewater treatment, and in granular form for gas and water treatment. Its main role is to be used for endless applications such as decolorization, deodorization, air cleaning, colloid removal, gas and solvent recovery, crystallinity improvement, product stability improvement, and flavor control. These activated carbons are obtained by carbonizing or pyrolyzing plant materials such as wood and fruit husks, minerals such as coal and petroleum, and wastes such as pulp mill effluents.
  • Activated carbon is in the form of powder (100 mesh or less), granular or crushed (5 to 30 mesh) as described above. Depending on the application, the raw material used, particle density, porosity, surface area It is manufactured by appropriately changing the average pore diameter and the like.
  • the present invention aims to make use of the wide usefulness of this activated carbon, particularly in the field of biologically active materials and healthcare medical products.
  • activated carbon powder previously dispersed in high-pressure water is made of hydrogen and oxygen.
  • An object of the present invention is to provide bioactive water containing activated carbon ultrafine particles in a dispersed state by burning with a combustion gas.Bioactive water in which activated carbon powder that contributes to bioactive applications such as health care is dispersed. Can be manufactured efficiently.
  • the highly functional water having a high physiological activity obtained by the present invention can be used for health products, medical products or cosmetics.
  • activated carbon finely dispersed water water containing ultra-fine particles of activated carbon powder after combustion in a finely dispersed state in water is referred to as “activated carbon finely dispersed water”.
  • the activated carbon finely dispersed water obtained by the present invention is a novel product that has not been produced conventionally.
  • the present invention discloses a new method and apparatus for producing water containing activated carbon ultrafine particles dispersed by the heat of combustion of oxygen and hydrogen for the fine dispersion of the activated carbon ultrafine particles.
  • the present inventors have studied the efficient and economical production of activated carbon microdispersed water and the use of the obtained activated carbon dispersed water for bioactive applications.
  • a method of heating and burning activated carbon powder in gas it devised a method of burning hydrogen and oxygen in high-pressure water to prevent the formation of substances other than water and activated carbon ultrafine particles.
  • the activated carbon finely dispersed water thus obtained exhibits an unexpected and remarkable effect of exerting a physiologically active function by a correlation between water molecules and activated carbon ultrafine particles.
  • the finely dispersed water of activated carbon of the present invention is currently suitably used for the above applications, but it is believed that it will be an epoch-making bioactive material that can sufficiently respond to recent social health consciousness. Also, although the mechanism by which water in which activated carbon ultrafine particles are dispersed has a physiologically active effect is unknown, the present inventors are working diligently to clarify their chemical elucidation.
  • a basic feature of the present invention is that activated carbon powder is dispersed in high-pressure water by the heat of combustion of a mixed gas of oxygen and hydrogen to generate bioactive water in which fine particles of activated carbon powder are dispersed in water. , which are shown in the following (1) to (5).
  • Activated carbon is dispersed in high-pressure water, a mixed gas of oxygen and hydrogen is burned in the high-pressure water, and the activated carbon is combusted by the combustion gas to disperse the activated carbon ultra-fine particles.
  • a method of producing water is a method of producing water.
  • An apparatus for producing bioactive water in which ultra-fine particles of activated carbon are dispersed comprising a high-pressure water storage tank, a nozzle for injection of a gas mixture of oxygen and hydrogen, an activated carbon powder rod, an ignition device, and a pressure-resistant container equipped with a combustion chamber .
  • FIG. 1 is a flowchart for producing the activated carbon dispersed water of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the activated carbon dispersed water producing apparatus of the present invention.
  • the reference numerals in the drawings are as follows.
  • the activated carbon used as a raw material in the present invention may be any of the above-mentioned activated carbon powder or granular or crushed activated carbon, but is preferably in the form of powder from the viewpoint of combustion efficiency. It is limited to activated carbon used in the manufacture of food and beverage related products such as amino acids, starch, isomerized sugar, pharmaceuticals, brewing, and oils.
  • it is necessary to control the supply amounts of hydrogen and oxygen gas fuel gas to be burned, the reaction pressure of the combustion chamber, the pressure of high-pressure water, and the supply amount of activated carbon in order to obtain efficient bioactivity. It is.
  • the desired activated carbon ultra-fine particles but also some oxidized activated carbon are naturally contained in the water. It is. It is appropriate that the internal pressure in the tank is about 2 to 3.5 atm and the supply rate of the oxygen / hydrogen mixed gas is about 5 L / sec.
  • the activated carbon dispersed water of the present invention is produced by the steps shown in the flowchart of FIG. 1. Specifically, the activated carbon finely dispersed water is produced using the apparatus of FIG.
  • the apparatus 1 for producing finely dispersed activated carbon water of the present invention shown in FIG. 2 comprises a water electrolysis device 17 for generating a raw material gas, a pressure vessel 2 for producing water in which activated carbon ultrafine particles are dispersed, and a finely dispersed water of activated carbon. It is composed of a filtration device 14.
  • the water electrolysis device 17 is usually composed of water 16 and electrodes 20, 20, and connected to supply paths 9, 10 for supplying hydrogen and oxygen to the pressure vessel 2.
  • the pressure vessel 2 is a basic device for producing physiologically active water in which fine particles of activated carbon are dispersed, and is a tank for storing high-pressure water made of an autologous metal, preferably steel, and includes a high-pressure water 3, an activated carbon 4, A mixed gas combustion device, a pressure control valve 8 and a stirring device 11 are provided.
  • the combustion device has a passage 5 for mixed gas of oxygen and hydrogen, a mixed gas injection port 6, and a combustion zone 7 for mixed gas.
  • high-pressure water 3 is filled, in which activated carbon powder 4 is dispersed in advance.
  • the pressure-resistant container pressurizes the mixed gas of hydrogen and oxygen supplied from the hydrogen supply path 9 and the oxygen supply path 10 of the raw material gas generated in the water electrolysis device 17 from the injection port 6 to the combustion area 7 at high pressure. It is blowing out.
  • the mixed gas of hydrogen and oxygen is ignited by the igniter 12, and the ultrafine particles of the activated carbon powder burned by the mixed gas are released into the high-pressure water 3.
  • the high-pressure water 3 containing these is taken out from the outlet at the bottom of the high-pressure water storage tank, filtered through a pump 13 by a filtration device 14, and then turned into a product.
  • high-pressure cylinders of hydrogen gas and oxygen gas can be used in place of the water electrolysis device 17 for generating the raw material gas, but they are supplied by electrolysis of water as in the present invention.
  • Oxygen and hydrogen are completely pure gases and have the advantage of being able to efficiently supply raw gas as fuel gas.
  • the mixed gas of hydrogen 9 and oxygen 10 generated by the electrolysis is injected into the combustion zone 7 from the injection port 6 through the passage 5 through the pump to complete the mixed gas. It is completely burned, and it becomes a state of combustion of ultra-high temperature steam gas.
  • the activated carbon powder is heated and burned by the heat of combustion of the combustion gas.
  • the activated carbon 4 heated and burned to a high temperature in the combustion zone 7 of the combustion device is released into the high-pressure water 3 from the combustion zone 7, and as a result of the generation of ultra-fine particles of activated carbon in water in such a state, Activated carbon ultrafine particles having extremely strong hydrophobicity are dispersed in water in a stable state.
  • a production scale for producing a 1-ton scale activated carbon dispersion water l to 10 kg of activated carbon is dispersed in 1000 L (liter) of water, and the internal pressure is 1.5 to A mixed gas with a gas pressure of 2 to 5 atm is injected into the high-pressure water storage tank of No. 5 at an injection rate of about 1 to 8 L per second.
  • the gas pressure is too high, there is a risk that the device structure will burst. Also, if the gas pressure is low, the gas blows up from the combustion chamber, and the heated and burned activated carbon fine particles are wrapped in bubbles as they are and diverge on the water, thereby increasing the generation efficiency of the activated carbon ultrafine particles. become worse.
  • the operating conditions for producing 1 ton of activated carbon dispersed water in the production apparatus of the present invention are as follows. Implementation conditions (example)
  • Another feature of the present invention is that, as described above, activated carbon dispersion water in which activated carbon ultrafine particles are dispersed in water is appropriately purified to obtain health products, cosmetics, foods, pharmaceuticals, quasi-drugs, etc.
  • the generated water contains a small amount of oxidized activated carbon powder due to the bond with oxygen, and needs to be filtered and purified.
  • a filter device in order to prevent the generated ultrafine activated carbon powder from being removed more than necessary.
  • a filter device by selecting a filter that matches the required particle size, it is possible to produce the desired activated carbon dispersion water, and thereby produce raw water that meets the standards for food hygiene, cosmetics, pharmaceuticals, etc. .
  • the present invention provides a novel method and apparatus for producing finely dispersed activated carbon water and a novel bioactive water utilizing the physiologically active function of the activated carbon dispersion water, and efficiently uses water containing ultra-fine particles of activated carbon in a dispersed state.
  • the obtained activated carbon dispersion water can be used for health products, medical products, cosmetics, etc.

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Description

明細書 活性炭超微粒子の分散水の製造方法及びその装置 技術分野
本発明は、 活性炭超微粒子が分散した生理活性水を製造する方法及び製造する ための装置並びにそれを応用した生理活性水に関するものである。
また、 本発明は、 上記生理活性水を活用したことを特徴とする健康用品、 医療 品又は化粧品に関する。 背景技術
活性炭は、 黒色を呈する微粉末であり、 それ自体は取り扱いの難しい粉末であ るものの、 その利用は今や日常生活には欠かせない存在となっている。 その主な 用途は、 粉末状のものでは工業用品、 醸造用及び浄水、 排水処理に、 粒状のもの では、 ガス処理や水処理用として活用されている。 その主たる役割は、 脱色、 脱 臭、 空気清浄用、 コロイド除去、 ガス '溶剤などの回収、 結晶性向上、 製品安定 性向上、 香味調整など、 無限とも言える用途に使用されている。 また、 これら活 性炭は、 木材や果実殻などの植物質、 石炭類や石油類などの鉱物質、 パルプ工場 廃液などの廃棄物を炭化又は熱分解したものであり、 活性炭原料の種類、 賦活法、 孔の開け方や条件次第で数多くの製造方法があるが、 基本的には出発原料を 700 °C以上の温度で炭化あるいは熱分解したものを、 さらに 900 〜1000°C程度の温度 で、 水蒸気、 二酸化炭素あるいは空気を吹き込んで酸化させることにより孔をよ り多く開けた状態とし、 表面を一層活性ィ匕することによって製造している。
活性炭は、 形状的には上述するように粉末 （100 メッシュ以下） 、 粒状又は破 砕状 （5 〜30メッシュ） のものがあるが、 その用途に応じて使用原料、 粒子密度、 空隙率、 表面積、 平均細孔径などとともに、 適宜、 変えて製造されている。
活性炭の製造技術に関しては、 例えば石崎信男著、 柳井 弘編 「活性炭読本」 . 108 〜156 日刊工業新聞社、 真田雄三 ·鈴木基之著 「新版 活性炭 基礎 と応用」 p. 54〜70 講談社サイフエンティフイク 立本英機著 「活性炭のはな し」 p. 85〜97 日刊工業新聞社など数多く文献が発表されているが、 本発明では これら公知の活性炭の製造技術をさらに改善するものである。 発明の開示
本発明では、 この活性炭の有する広範な有用性で、 特に生理活性材料や健康医 療品の分野に生かすべく目指すもので、 本発明では、 高圧水中に予め分散せしめ た活性炭粉末を水素と酸素の燃焼ガスで燃焼させることにより活性炭超微粒子が 分散した状態で含まれる生理活性水を提供することを課題とするもので、 健康医 療などの生理活性用途に寄与する活性炭粉末が分散した生理活性水を効率的に製 造することができる。
さらに、 本発明で得られる生理活性機能が高い高機能水は、 健康用品、 医療品 又は化粧品に利用することもできる。
なお、 本発明では、 活性炭粉末の燃焼後の超微粒子が水中に微分散した状態で 含む水を 「活性炭微分散水」 という。
本発明で得られる活性炭微分散水は、 従来、 製造されていない新規の生産物で ある。 本発明では、 その活性炭の超微粒子の微分散のために酸素と水素の燃焼熱 によって分散した活性炭超微粒子を分散状態で含む水を製造する新しい方法及び 装置を開示する。
すなわち、 本発明者らは、 活性炭微分散水を効率的かつ経済的に製造すること と、 得られた活性炭分散水を生理活性用途に供することについて検討した結果、 水素と酸素を燃焼させ、 その燃焼ガス中において活性炭粉末を加熱、 燃焼する方 法を着想し、 水と活性炭超微粒子以外の物質を形成させないようにするために高 圧水中で水素と酸素を燃焼させる工夫を講じたものである。
従来の活性炭自体あるいは、 これを単に燃やして得られた活性炭酸化物では、 燃焼後に粒子が単に水中に分散しただけで、 短時間のうちに分散液中で活性炭粉 末が沈殿分離を起こすのに対して、 本発明で得られる活性炭微分散水の最も大き な特徴とする、 高圧水中の燃焼熱で燃焼した活性炭微粒子が水中に分散した状態 では、 比較的長期間、 沈殿などの分離を起こすことなく、 安定した状態で存在す る。
また、 このようにして得られた活性炭微分散水は、 水分子と活性炭超微粒子と が相関作用して、 生理活性機能を発揮するという予期し得ない顕著な効果を発揮 する。
本発明の活性炭微分散水は、 今のところ上記の用途に好適に使用されるが、 最 近の社会の健康志向に十分に応えられる画期的な生理活性材料になるものと確信 されている。 また、 活性炭超微粒子が分散した水が何故に生理活性の効能を有す るメカニズムは不明であるけれども、 本発明者らはこれらの化学的解明を明らか にするべく鋭意研究中である。
本発明の基本的特徴は、 高圧水中で活性炭粉末を酸素と水素の混合ガスの燃焼 熱で分散化し、 活性炭粉末の微粒子が水中に分散した生理活性水を生成せしめる ことにあり、 具体的には、 次の （1 ) 〜 （5 ) に示されるものである。
( 1 ) 高圧水中で活性炭を分散させておき、 該高圧水中で酸素と水素の混合ガス を燃焼させ、 その燃焼ガスによつて該活性炭を燃焼させることによつて活性炭超 微粒子が分散した生理活性水を製造する方法。
( 2 ) 高圧水収容タンク、 酸素と水素の混合ガス噴射ノズル、 活性炭粉末棒、 点 火装置及び燃焼室を備えた耐圧容器より構成された活性炭超微粒子が分散した生 理活性水を製造する装置。
( 3 ) さらに酸素と水素の原料ガスを発生させるための水電気分解装置及び/又 はろ過装置を付設した上記 （2 ) の活性炭超微粒子が分散した生理活性水を製造 する装置。
( 4 ) 上記 （1 ) の方法によって製造された高圧水中に活性炭超微粒子が分散し た健康用品、 医療品又は化粧品。
( 5 ) 上記 （2 ) 又は （3 ) の装置によって製造された高圧水中に活性炭超微粒 子が分散した健康用品、 医療品又は化粧品。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の活性炭分散水の製造フローチャート、 図 2は、 本発明の活性 炭分散水製造装置の概略図をそれぞれ示す。 図面中の各符号は以下の通りである。
本発明の活性炭分散水製造装置
耐圧容器
高圧水
活性炭
混合ガス通過路
混合ガス噴射口
燃焼域
圧力調節弁
水素供給路
酸素供給路
1 2 点火装置
1 3 ポンプ
1 4
1 5 製品取出し口
1 6 水
1 7 水電気分解装置
2 0 発明を実施するための最良の形態
本発明で原料として使用する活性炭は、 上記活性炭粉末あるいは粒状又は破碎 状の活性炭のいずれでもよいが、 燃焼効率の面から粉末形状のものが好適であり、 その使用用途から材質的には製糖、 アミノ酸、 でんぷん、 異性化糖、.医薬、 醸造、 油脂などの飲食品関連製品を製造するときに使用される活性炭に限られる。 本 発明の方法では、 効率のよい生理活性能を得るため、 燃焼させる水素及び酸素ガ スの燃料ガスの供給量や燃焼室の反応圧力、 高圧水の圧力や活性炭の供給量の制 御が必要である。 また、 燃焼後には水中に目的とする活性炭超微粒子ばかりでは なく、 当然ながら若干の酸化活性炭も含まれるので、 適宜、 ろ過することが必要 である。 タンク内の内圧は 2 〜3. 5気圧程度、 酸素/水素混合ガスの供給量は 5 L/sec程度が適当である。
本発明では、 上述するように高圧水中で活性炭微粒子が分散した活性炭分散水 を製造する方法及びそれを実施するための装置を図面によって説明する。
本発明の活性炭分散水は図 1のフローチャートに示す工程によって製造するが、 具体的には図 2の装置を用いて活性炭微分散水を製造する。
すなわち、 図 2の本発明の活性炭微分散水の製造装啬 1は、 原料ガス発生のた めの水電解装置 17、 活性炭超微粒子が分散した水の製造のための耐圧容器 2及び 活性炭微分散水のろ過装置 14より構成されている。 水電解装置 17は、 通常水 16、 電極 20、 20からなり、 これに水素及び酸素を耐圧容器 2へ供給するための供給路 9 、 10が連結されている。
耐圧容器 2は、 活性炭微粒子が分散した生理活性水を製造する基本装置で、 自 体金属製の、 好ましくはスチール製の高圧水を収容するためのタンクであり、 高 圧水 3、 活性炭 4、 混合ガス燃焼装置、 圧力調節弁 8、 撹拌装置 11を備えている。 燃焼装置は、 酸素と水素の混合ガスの通過路 5、 混合ガス噴射口 6、 混合ガスの 燃焼域 7よりなつている。
耐圧容器内では、 高圧水 3が充填されており、 ここに予め活性炭粉末 4が分散 されている。 また、 耐圧容器は、 水電気分解装置 17で発生した原料ガスの水素供 給路 9と酸素供給路 10から供給された水素と酸素の混合ガスを、 噴射口 6から燃 焼域 7に高圧で吹き出すようになつている。 水素と酸素の混合ガスは、 点火装置 12により点火され、 混合ガスで燃焼された活性炭粉末の超微粒子が高圧水 3中に 放出される。 これらを含む高圧水 3は、 高圧水収容タンクの底部の取り出し口よ り外部に取り出され、 ポンプ 13を経てろ過装置 14でろ過された後、 製品とされる。 このうち、 原料ガス発生のための水電解装置 17に替えて、 水素ガス及ぴ酸素ガ スの各高圧ボンべを用いることも可能であるが、 本発明におけるように水の電気 分解により供給される酸素と水素は全く純粋なガスであり、 燃料ガスとしての原 料ガスを効率良く供給できるという利点がある。
本発明の装置では、 電気分解により発生した水素 9と酸素 10の混合ガスを、 ポ ンプを介して通過路 5を経て、 噴射口 6より燃焼域 7に噴射して、 混合ガスを完 全に燃焼せしめ、 超高温の水蒸気ガスの燃焼状態とする。 この燃焼ガスの燃焼熱 によって、 活性炭粉末を加熱、 燃焼させる。 また、 燃料ガスの燃焼に際しては、 水素 9と酸素 10の混合比が厳格に 2対 1になるように制御する必要である。 また、 タンク内圧力調節弁 8を設けて高圧水収容の耐圧タンク内の圧力の調整の必要が ある。
燃焼装置における燃焼域 7内で高温に加熱、 燃焼された活性炭 4は、 燃焼域 7 から高圧水 3中に放出されるが、 このような状態の活性炭の超微粒子が水中に生 じた結果、 疎水性の非常に強い活性炭超微粒子が安定した状態で水中に分散する。 本発明の製造方法によれば、 例えば 1 トン規模の活性炭分散水を製造する生産 スケールでは、 水 1000 L (リットル） に対して l〜10kgの活性炭を分散させてお き、 内圧 1. 5 〜 5の高圧水収容タンク内に、 ガス圧 2〜 5気圧の混合ガスを噴射 量毎秒 1〜8 L程度で噴射する。 ガス圧が高すぎると、 装置の構造が破壌される 危険がある。 また、 ガス圧が低いと、 燃焼室からガスが吹き上ってしまい、 加熱 燃焼された活性炭微粒子がそのま 気泡に包まれて水上に発散してしまって、 活 性炭超微粒子の発生効率が悪くなる。
この装置においては、 活性炭の微粉末ないし超微粒子以外の物質を発生しない ようにするため、 水中で水素と酸素を高温で燃焼させることが必要で、 このとき 不純物を含むことなく、 純粋に水中で水素と酸素を燃焼させるために、 特に高圧 下で燃焼させることが必須で、 混合ガスが完全に燃焼し、 完全な超高温の水蒸気 ガスになる域で燃焼させなければならなレ、。
本発明の上記製造装置における活性炭分散水 1 トンを製造するための操作条件 を例示すると、 以下のとおりである。 実施条件 （例）
製造タンク内圧； 2気圧
混合ガス ； 4気圧
混合ガス噴射量； 5 L/sec ,
活性炭粉末供給量； 5 k g /水 1000 L
上記条件で、 活性炭超微粒子が分散した生理活性水を得ることができた。 なお、 生成した活性炭分散水は、 飲料水として使用の場合、 ろ過 （50ミクロン、 25ミクロン、 3ミクロン、 0. 5 ミクロン、 0. 1 ミクロンの中空糸膜による逐次ろ 過） する。
本発明の他の特徴は、 上述のようにして製造された、 活性炭超微粒子が水中に 分散した活性炭分散水を、 適宜、 精製して、 健康用品、 化粧品、 食品、 医薬品、 同部外品などの原料とする点にあるが、 生成した水には酸素との結合による酸化 活性炭粉末が若干含まれており、 ろ過、 精製の必要がある。
このときのろ過は、 生成した超微粒子の活性炭粉末を必要以上に除去しないよ うにするために、 フィルター装置の使用が好ましい。 すなわち、 必要とする粒径 に合ったフィルターを選択することにより、 目的にあつた活性炭分散水の製造が 可能となり、 これにより食品衛生、 化粧品、 医薬品などの規格にも合致した原料 水が製造できる。 産業上の利用可能性
本発明は、 新規な活性炭微分散水の製造方法とその装置及び新規な活性炭分散 水の生理活性機能を利用した生理活性水を提供するもので、 活性炭の超微粒子が 分散状態で含まれる水を効率的に製造できる。 また、 得られた活性炭分散水は多 数のモニターによれば、 健康用品、 医療品、 化粧品などに利用可能である。

Claims

請求の範囲
1 . 高圧水中に予め活性炭粉末を分散させておき、 該高圧水中において酸素と水 素の混合ガスを燃焼させ、 その燃焼ガスで該活性炭を燃焼させることによって活 性炭超微粒子が分散した生理活性水を製造する方法。
2 . 高圧水収容タンク、 酸素と水素の混合ガス噴射ノズル、 活性炭粉末棒、 点火 装置及び燃焼室を備えた耐圧容器より構成されることを特徴とする活性炭超微粒 子が分散した生理活性水を製造する装置。
3 . さらに酸素と水素のガス発生のための水電気分解装置及び/又はろ過装置を 付設することを特徴とする請求項 2に記載の生理活性水を製造する装置。
4 . 請求項 1の方法によって製造された高圧水中に活性炭超微粒子が分散したこ とを特@ [とする健康用品、 医療品又は化粧品。
5 . 請求項 2乃至 3のいずれかの装置によって製造された高圧水中に活性炭超微 粒子が分散したことを特徴とする健康用品、 医療品又は化粧品。
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