WO2005084718A1 - ナノバブルの製造方法 - Google Patents

ナノバブルの製造方法 Download PDF

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Kaneo Chiba
Masayoshi Takahashi
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Reo Laboratory Co., Ltd.
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    • B01F33/05—Mixers using radiation, e.g. magnetic fields or microwaves to mix the material
    • B01F33/052—Mixers using radiation, e.g. magnetic fields or microwaves to mix the material the energy being electric fields for electrostatically charging of the ingredients or compositions for mixing them

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing nanobubbles that has potential utility in all technical fields, and in particular has a special function for water.
  • Bubbles with a diameter of 50 m or less are known to have different properties from ordinary bubbles. ⁇ They are used in various fields.
  • Patent Document 1 the existence of microbubbles promotes the biological activity of living organisms, enhances the metabolic function, and as a result, promotes the growth of living organisms. Proposes Ming.
  • bubbles with a smaller diameter than microbubbles are said to have an excellent effect in terms of ethics.
  • bubbles with a diameter of 1 Hm or less hereinafter referred to as nanoha or bull
  • nano-bubbles are present only momentarily when micro-bubbles are spontaneously extinguished or when they are collapsed.
  • Nanobubbles that can exist stably, but these are encased in strong shells of surfactants and organic matter, so they are isolated from the surrounding water. Nano It does not have functions such as activity and bactericidal effect on organisms as bubbles. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is a method for producing nanobubbles that exists in a solution for a long period of time and continues to provide functions such as an activity effect on a living organism and a bactericidal effect in the solution. It is a hundred to provide.
  • the present invention relates to a method for producing nanobubbles that exist in a solution for a long period of time, and the object of the present invention is to add physical agitation to microbubbles contained in a liquid. This is achieved by rapidly reducing the microbubbles.
  • the object of the present invention is to reduce the size of the microbubbles rapidly, and when the bubble diameter of the microbubbles is reduced to 200 nm or less, the charge density of the surface of the microbubbles increases, and In the process of generating a small repulsion and stopping the reduction of microbubbles, or in the process of abruptly reducing microbubbles, the ion adsorbed to the gas-liquid interface and the electrostatic attractive force Both ions with the opposite sign drawn into the solution concentrate in a small volume to a high concentration, thereby acting as a shell that surrounds the microbubbles, and within the microbubbles
  • the ions adsorbed on the gas-liquid interface are hydrogen ions or hydroxide ions that are attracted to the vicinity of the interface because the gas is stabilized by inhibiting diffusion into the solution.
  • the above-described object of the present invention is that physical stimulation is performed by discharging the microbubbles using a discharge generator, or physical stimulation is performed by irradiating the microbubbles ultrasonically using an ultrasonic transmission device. Therefore, or the physical stimulus is to move the solution by operating a rotating body mounted in a container containing the solution, and to utilize the compression, expansion and vortex flow that occurs during the flow.
  • the physical stimulus is provided in the circulation circuit after the solution containing the microbubbles in the container is taken into the circulation circuit. Achieved more effectively by generating compression, expansion and vortex flow by passing through a single or multi-hole orifice or perforated plate Is done.
  • Fig. 1 is the particle size frequency distribution of nanovalves produced by the nanobubble production method according to the present invention (average distribution is about 140 nm and standard deviation is about 3 nm).
  • Fig. 2 shows the relationship between the surface potential of microbubbles and the pH of an aqueous solution.
  • Fig. 3 is a diagram showing the rise in the potential of the zeta overnight as the microbubbles shrink.
  • Fig. 4 is a schematic diagram showing the mechanism of the stable existence of nanobubbles.
  • 5 is a side view of an apparatus for producing nanobubbles using a discharge device.
  • Fig. 6 is a side view of an apparatus for producing nanobubbles using an ultrasonic generator.
  • Fig. 7 is a side view of an apparatus for producing nanobubbles by generating a vortex.
  • Fig. 8 is a side view of an apparatus for producing nanobubbles by generating a vortex in a rotating body. Description
  • Nanobubbles produced according to the present invention are characterized by being present in the solution for a long period of one month or longer.
  • the solution containing nanobubbles depends on the nature of the gas contained in the nanobubbles, It has a physiological activity effect on living organisms, killing and inhibiting growth of microorganisms such as bacteria and viruses, and a chemical reaction with organic or inorganic substances.
  • nanobubbles produced by the nanobubble production method according to the present invention have a particle diameter of less than 200 nm as shown in the particle size distribution in FIG. Nanobubbles produced by the method for producing nanobubbles according to the present invention continue to exist in an aqueous solution for a long period of 1 month or longer.
  • the storage method of the aqueous solution containing nanopable is not particularly limited, and nanobubbles disappear for more than a month even if stored in a normal container.
  • the microbubbles in the aqueous solution have a surface potential depending on the pH of the aqueous solution, as shown in Fig. 2.
  • This is the hydrogenation of water at the gas-liquid interface.
  • This charge has a constant value regardless of the bubble diameter because it maintains an equilibrium condition with respect to the surrounding water.
  • the electrostatic force is applied by the band mi on the surface, so the ions with opposite signs are attracted to the vicinity of the gas-liquid interface.
  • Figure 3 shows the change in surface charge when the bubble diameter is reduced from 25 ⁇ m to about 5 m in 10 seconds. According to Fig. 3, the bubble diameter is small.
  • ⁇ ⁇ ⁇ is the degree of pressure rise
  • ⁇ is the surface tension
  • D is the bubble diameter.
  • the gas inside the self-pressurized microbubbles dissolves in water according to Henry's law. Therefore, the bubble diameter is gradually reduced, and the internal pressure increases as the bubble diameter is reduced, so that the bubble diameter reduction speed is accelerated.
  • bubbles with a diameter of 1 m or less are completely dissolved almost instantaneously. In other words, nanobubbles exist only very momentarily.
  • microbubbles having a diameter of 150 m are rapidly reduced by physical stimulation.
  • Ions such as iron, manganese, force ruthenium, sodium, magnesium, and other minerals are used so that the electrical conductivity in an aqueous solution containing microbubbles is 300 z SZ cm or more.
  • an electrolyte such as ON
  • This electrostatic repulsion force acts on ions of the same sign existing on the opposite surface of the sphere by increasing the curvature of the sphere as it shrinks in a spherical microbubble. This is the electric power.
  • Bubble diameter of nanobubbles varies depending on the concentration and type of electrolyte ions, but as shown in Fig. 1, the characteristics of nanobubbles are less than 200 nm.
  • a very strong electric field is formed by the concentrated surface charge. This strong electric field has a powerful effect on the gas inside the bubble and the surrounding aqueous solution, and has a physiological activity effect, bactericidal effect, chemical reactivity, etc.
  • Fig. 4 shows the mechanism of the stable existence of nanopables.
  • an extremely high concentration of electric charge is concentrated at the gas-liquid interface, so that the electrostatic charge acting between the opposite sides of the sphere is electrostatic.
  • the repulsive force prevents the sphere (bubble) from contracting.
  • inorganic mist mainly composed of iron and other electrolyte ions is formed around the bubbles, which prevents the escape of the internal gas.
  • the shell of the surfactant and organic matter Because it is different from the shell, the shell itself easily collapses due to the release of the charge around the bubble that occurs when nanobubbles come into contact with other substances such as Itoda. The shell collapsed Now, the gas contained inside is easily released into the aqueous solution.
  • Fig. 5 shows a side view of a device that produces nanobubbles using a discharge device.
  • the microbubble generator 3 takes in the aqueous solution in the container 1 through the water intake 31 and gas is injected from an inlet (not shown) for injecting gas for producing microbubbles into the microbubble generator 3.
  • the microbubbles produced by the microbubble generator 3 are fed into the container 1 from the microbubble-containing aqueous solution discharge port 3 2 after being injected and mixed with the aqueous solution taken in through the water inlet 3 1.
  • microbubbles are present in the container 1.
  • the container 1 there are an anode 2 1 and a cathode 2 2, and the cathode 2 1 and the cathode 2 2 are connected to the discharge generator 2.
  • microbubbles are generated using a microbubble generator 3 in a container 1 containing an aqueous solution.
  • the water solution containing the microbubbles in the container 1 is discharged in water.
  • the concentration of microbubbles in the container 1 reach 50% or more of the saturation concentration.
  • the voltage of underwater discharge is 2 0 0 0
  • Fig. 6 is a side view of an apparatus for producing nanobubbles using an ultrasonic generator.
  • Microbubbles are produced at the microbubble generating device 3, the intake port 31, and the microbubble-containing aqueous solution discharge port 3 2 in the same manner as the nanobubble production method, and the microbubbles are sent into the container 1.
  • a super-wave generator 4 is installed inside the container 1.
  • the installation location of the super-wave generator 4 is not particularly limited, but for efficiency ⁇ To produce nanobubbles, the super-wave generator 4 is installed between the water intake ⁇ 3 1 and the microbubble-containing aqueous solution discharge ⁇ 3 2. It is preferable to install it.
  • microbubbles are generated using a microbubble generator 3 in a container 1 containing water containing denatured ions, so that the electrical conductivity of the aqueous solution is 300 S / cm or more. Add electrolytes of strength Lucium and other minerals.
  • the ultrasonic waves are pulsated in the container 1. Irradiate an aqueous solution containing bubbles. In order to produce nanobubbles more efficiently, it is preferable that the concentration of microbubbles in the container 1 reaches 50% or more of the saturation concentration.
  • the ultrasonic transmission frequency is preferably 20 kHz to 1 MHz, and ultrasonic irradiation is preferably repeated at 30-second intervals, but continuously as necessary. May be irradiated.
  • Figure 7 is a side view of the device when compression, expansion and vortex flow are used to produce nanobubbles. Similar to the nanobubble production method by discharge and the nanobubble production method by ultrasonic irradiation, microbubbles are produced by the microbubble generator 3, the intake port 3 1, and the microbubble-containing aqueous solution discharge port 3 2, and the microbubbles are contained in a container.
  • Send in 1 A circulation pump 5 for partially circulating the aqueous solution containing microbubbles in the container 1 is connected to the container 1, and there are many pipes (circulation pipes) in which the circulation pump 5 is installed.
  • An orifice (perforated plate) 6 with a hole is connected and connected to container 1. The aqueous solution containing microbubbles in the container 1 is caused to flow in the circulation pipe by the circulation pump 5 and passes through the orifice (perforated plate) 6 to generate compression, expansion and vortex flow.
  • microbubbles are generated using a microbubble generator 3 in a container 1 containing water containing charged ions, and iron, manganese, and so on so that the electrical conductivity of the aqueous solution is 300 Scm or more. Add calcium or other mineral electrolytes.
  • circulation pump 5 In order to partially circulate the aqueous solution containing these microbubbles, Activate circulation pump 5.
  • the aqueous solution containing microbubbles is pushed out by this circulation pump 5, and compression, expansion and vortex flow are generated in the pipe before and after passing through the orifice (porous plate) 6.
  • Microbubbles at the time of passing The microbubbles that are charged due to the expansion of the air and the eddy currents generated in the pipes generate eddy currents, so that the microbubbles are rapidly reduced and stabilized as nanobubbles.
  • the order in the flow path of the pump 5 and the orifice (perforated plate) 6 may be reversed.
  • the orifice (perforated plate) 6 is single in FIG. 6, a plurality of orifices (circular plates) may be arranged, and the circulation pump 5 may be omitted if necessary. In that case, it is possible to use the driving force of the microbubble generator 2 on the aqueous solution or the flow of the aqueous solution due to the difference in height.
  • a nanopable can also be produced by attaching a rotating body 7 for generating a vortex in the container 1.
  • rotating the rotating body 7 at 5 0 0 1 0 0 0 0 r pm, it is possible to efficiently generate a vortex in the container 1.
  • the present invention is not limited thereto.
  • a solution such as alcohol may be used in addition to water.
  • the gas for producing microbubbles oxygen, ozone, etc. by making the gas for producing microbubbles oxygen, ozone, etc., the physiological activity effect on organisms more effectively, the killing effect and proliferation of microorganisms such as bacteria and viruses.
  • the suppression effect can be improved.
  • a microbubble generator 3 As shown in Fig. 7, 10 L of water containing electrolyte ions is put into the container 1, and a microbubble generator 3: more microbubbles are produced and the water in the container 1 contains microbubbles. An aqueous solution was obtained. The conductivity of this aqueous solution was 3 00 ⁇ S / cm or more. Microbubbles were continuously generated so that the concentration of microbubbles in container 1 was 50% or more of the saturation value.
  • the aqueous solution containing the microbubbles in the container 1 was partially circulated, and a part of the aqueous solution containing the microbubbles was introduced into the circulation pipe having the circulation pump 3.
  • An aqueous solution containing microbubbles is used as a circulation pump.
  • the circulation pump 5 was operated for 1 hour to generate a sufficient amount of nanobubbles, and then the entire apparatus was stopped.
  • the center particle size was about 140 nm (standard deviation about 3
  • the method for producing nanobubbles of the present invention it is possible to produce nanobubbles having a bubble diameter of 200 nm or less in a solution and stably exist for more than one month.
  • the solution containing nanopable is the nature of the gas contained in the nanopable. Depends on the physiological activity of organisms, killing and suppressing the growth of microorganisms such as bacteria and viruses, and chemical reactions with organic or inorganic substances. became. Industrial applicability
  • the nanobubbles obtained by the method for producing nanobubbles of the present invention are present in a solution for more than one month, and depend on the nature of the gas contained in the nanobubbles and have physiological activity against living organisms. Since it has the effect, killing effect of microorganisms such as bacteria and viruses, and the effect of suppressing growth, it can be used in the medical field where sterilization and hygiene management are required.
  • Patent Document 1

Abstract

本発明は、あらゆる技術分野にその有用性が潜在し、特に水に対して特別な機能を生じさせるナノバブルの製造方法に関するものである。本発明は、液体中に含まれる微小気泡に物理的刺激を加えることにより、前記微小気泡を急激に縮小させることでナノバブルを製造することを特徴とするナノバブルの製造方法である。

Description

ナノバブルの製造方法 技術分野
本発明は、 あ らゆる技術分野にその有用性が潜在し、 特に水 に対して特別な機能を生じさせるナノバブルの製造方法に関す るものである。 背景技術
直径が 5 0 m以下の気泡 （微小 泡 ) は 通常の気泡とは 異なっ た性質を持つ こ とが知 られてお Ό 様々な分野で使用さ れている。
例えば特許文献 1 では 、 微小気泡の存在に つて 、 生物の生 理活性が促進、 かつ新陳代謝機能が高め られ その結果と して 生物の成長が促進される といつた微小気泡の性質を利用 した発 明を提案している。
近年、 微小気泡よ り もさ ら に直径が小さい 泡 (直径が 1 H m以下の気泡をいう。 以下、 ナノハ、ブルとい ) が 、 ェ学的に も優れた効果を有する と言われてお り、 注目されている
しかし、 ナノパブルを発生させる方法はなく 、 ナノバブルは 微小 泡が自然消滅時 もしく は圧壊時に瞬間的にしか存在し ないのが現状である また、 界面活性剤や有機物を利用して直
1 ^ m程度 もし < はそれ以下で安定して存在できるナノ バブルも あるが れらは界面活性剤や有機物の強い殻に包ま れたちのであるため周囲の水とは隔絶された存在であ り ナノ バブルとしての生物に対する活性効果や殺菌効果等の機能を有 するものではない。 発明の開示
本発明は 、 上述したような実情に鑑みてなさ 'れたものであ Ό 、 長期間溶液中に存在し、 生物に対する活性効果ゃ殺菌効果等の 機能を溶液中に与え続けるナノバブルの製造方法を提供する こ とを百的とする。
本発明は 、 長期間溶液中に存在するナノバブルの製造方法に 関する ものであ り 、 本発明の上記目的は、 液体中に含まれる微 小気泡に物理的剌激を加える こ とによ り 、 微小気泡を急激に縮 小させる とによって達成される。
また 、 本発明の上記目的は、 微小気泡を急激に縮小させる過 程に いて 、 微小気泡の気泡径が 2 0 0 n m以下まで縮小する と、 微小気泡 ¾面の電荷密度が上昇し、 静電気的な反発力を生 じ、 微小気泡の縮小が停止する こ とによっ て 、 或いは微小気泡 を急激に縮小させる過程において、 気液界面に吸着したィォン と静電気的な引力によ り 、 界面近傍の溶液中に引さ寄せられた 反対符号を持つ両方のィ オンが微小な体積の中に高濃度に濃縮 する し とによ り 、 微小気泡周囲を取り 囲む殻の働きをし、 微小 気泡内の気体が溶液への拡散を阻害する こ とによつて安定化し ている とによって、 或いは気液界面に吸着したィォンは 、 水 素ィォンや水酸化物ィォンであ り 、 界面近傍に引き せられた ィォンとして溶液中の電解質イオンを利用する ことによ り ナノ パブルを安定化させる こ とによって、 或いは微小気泡を急激に 縮小させる過程において 、 断熱的圧縮によつて微小気泡内 imi ス が急激に上昇し、 微小気泡の周囲に超高温度に伴う物理化学的 な変化を与える こ とで安定化させる こ と によって、 よ り効果的 に達成される。
さ らに、 本発明の上記目的は、 物理的刺激は、 放電発生装置 を用いて微小気泡に放電することによって、 或いは物理的刺激 は、 超音波発信装置を用いて微小気泡に超音波照射する ことに よって、 或いは物理的刺激は、 溶液が入った容器内に取り付け た回転体を作動させる ことによ り溶液を流動させ、 流動時に生 じる圧縮、 膨張および渦流を利用するこ とであることによって、 或いは物理的刺激は、 容器に循環回路を形成した場合において、 容器内の微小気泡が含まれる溶液を循環回路へ微小気泡が含ま れる溶液を取り入れた後、 循環系回路内に備えつけられた単一 若しく は多数の孔を持つオリ フィ ス若しく は多孔板を通過させ ることで圧縮、 膨張および渦流を生じさせる こ とである ことに よって、 よ り効果的に達成される。 図面の簡単な説明
第 1 図 本発明に係るナノバブルの製造方法によって製造され たナノバルブの粒径頻度分布である （平均分布は約 1 4 0 n m で標準偏差は約 3 O n mである）。
第 2 図 微小気泡の表面電位と水溶液の p Hの関係を表わした 図である。
第 3 図 微小気泡の縮小に伴うゼ一夕電位の上昇を表わした図 である。
第 4 図 ナノバブルが安定して存在しているメカニズムを表わ した模式図である。 5 放電装置を用いてナノバブルを製造する装置の側面図 である
第 6 図 超音波発生装置を用いてナノバブルを製造する装置の 側面図である
第 7 図 渦流を起してナノバブルを製造する装置の側面図であ る。
第 8 図 回転体で渦流を起してナノバブルを製造する装置の側 面図である。 の説明
容器
放電発生装置
陽極
陰極
微小気泡発生装置
取水口
微小気泡含有溶液排出口
超音波発生装置
循環ポンプ
オリ フィ ス （多孔板）
回転体 発明を実施するための最良の形態
本発明によって製造されたナノバブルは、 1 月以上の長期間 に渡って溶液中に存在し続ける こ とが特徴である。 ナノバブル を含む溶液は、 ナノバブル中に含まれる気体の性質に依存して、 生物に対しての生理的な活性効果、 細菌やウィルスなどの微生 物の殺傷効果や増殖抑制効果、 有機物も し く は無機物との化学 的な反応作用を有する。
以下、 ナノバブルの性質及び製造方法について詳細に説明す る。 なお、 説明の便宜上、 水溶液の場合について説明する。
本 明に係るナノバブルの製造方法によ り 製造されたナノパ ブルは 第 1 図の粒径分布が示すよ う にメ 泡径が 2 0 0 n m以 下の大きさの粒子径を持っている。 本発明に係るナノバブルの 製 方法によ り製造されたナノバブルは 1 月 以上の長期に つて水溶液中に存在し続ける。 ナノパブルを含む水溶液の保存 方法は 特に限定される ものではなく 、 通常の容器に入れて保 存しても 1 月以上ナノバブルが消滅する こ ：とはなレ:
微小 泡の物理的性質と して、 第 2 図に示すよう に 、 水溶液 中での微小気泡は水溶液の P Hに依存して表面電位を持つてい る これは気液界面における水の水素結 Oネッ ト ヮ ―クが そ の構成因子と して水素イオンや水酸化物ィオンをよ 多く 必要 とするためである。 この電荷は周囲の水に対して平衡条件を保 つているため、 気泡径に関係なく 一定の値である。 また、 表面 での帯 miによ り静電気力が作用するため 反対符号の電荷を持 つィォンを気液界面近傍に引き寄せている。
微小気泡の電荷は平衡を保っているが この微小気泡を 時 間の Ό ち に縮小させた場合には、 電荷の濃縮が起こる 。 第 3 図 は 1 0秒間に気泡径を 2 5 ^ mか ら 5 m程度まで縮小させ たとさの表面電荷の変化である。 第 3 図によ り 、 気泡径が小さ
< なる とによ り 、 本来の平衡条件か らズレが生じて電荷が濃 縮してい < こ とがわかる。 この縮小速度をさ らに速めて、 な かつ気泡径をさ ら に小さ く した場合には単位面積当た り の電荷 量は気泡径の二乗に逆比例して増加する。
微小気泡は気液界面に取り 囲まれた存在であるため、 表面張 力の影響を受けて微小気泡の内部は自己加圧されている o 環境 圧に対する微小気泡内部の圧力上昇は理論的に Y o u η g ― L a ρ 1 a c e の式によ り推測される。
(数 1 )
Δ P = 4 ひ D
こで Δ Ρ は圧力上昇の程度であ り 、 σ は表面張力、 Dは気 泡直径である。 室温での蒸留水の場合、 直径 1 0 mの微小気 泡では約 0 . 3気圧、 直径 1 mでは、 約 3 気圧の圧力上昇と なる 。 自己加圧された微小気泡内部の気体はヘンリ ーの法則に 従つて水に溶解する。 そのため気泡径が徐々 に縮小していさ また気泡径の縮小に伴って内部の圧力が増加するため、 気泡径 の縮小速度は加速される。 この結果、 直径が 1 m以下の気泡 はほぼ瞬時に完全溶解される。 すなわちナノバブルは極めて瞬 間的しか存在しないこととなる。
れに対して、 本発明に係るナノバブルの製造方法において は、 直径が 1 0 5 0 mの微小気泡を物理的な刺激によつ て 速に縮小させる。 微小気泡が含まれる水溶液中の電気伝導度 が 3 0 0 z S Z c m以上となるよ う に、 鉄、 マンガン、 力ルシ ゥム 、 ナ ト リ ウム、 マグネシウム等のイ オン、 その他ミネラル 類のイ オン等の電解質を混入させる と、 これらの静電気的な反 発力によ り気泡の縮小を阻害する。 この静電気的な反発力とは 球形をした微小気泡において縮小に伴い球の曲率が増加する とによ り 、 球の反対面に存在する同符号のイオン同士に作用す る 電気力の こ とである。 縮小した微小気泡は表面張力によ り 加圧されているため、 微小気泡が縮小するほど、 よ り縮小しよ とする傾向が強まるが、 気泡径が 5 0 0 n mよ り も小さ く な る と の静電気的な反発力が顕在化してきて、 気泡の縮小が停 止する
水溶液 .中に電気伝導度が 3 0 0 a S Z c m以上になるよう に 鉄 マンガン、 カルシウム、 ナ ト リ ウム、 マグネシウム等のィ ォン ネラル類のイオン等の電解質を混入させる と、 の静 電気的な反発力が十分に強く働き、 気泡は縮小する力と反発力 のバラ ンスを取って安定化する。 この安定化したときの気泡径
(ナノバブルの気泡径） は電解質イ オンの濃度や種類によ り 異 なるが 第 1 図に示すよう に、 2 0 0 n m以下の大きさ となる ナノバブルの特徴は、 気体を内部に加圧された状態で維持し ているのみでなく 、 濃縮した表面電荷によ り極めて強い電場を 形成している こ とである。 この強い電場は、 気泡内部の気体や 周囲の水溶液に強力な影響を与える力を持ってお り 、 生理的な 活性効果や殺菌効果、 化学的な反応性等を有するよう になる
ナノパブルが安定して存在しているメカニズムを第 4 図に示 す ナノバブルの場合、 気液界面に極めて高濃度の電荷が濃縮 しているため、 球の反対側同士の電荷間に働く 静電気的な反発 力によ り球 (気泡） が収縮する こ とを妨げている。 また 濃縮 した高電場の作用によ り鉄等の電解質イ オンを主体と した無機 質の を気泡周囲に形成し、 これが内部の気体の散逸を防止し ている の殻は界面活性剤や有機物の殻とは異なるため 、 糸田 菌等の他の物質とナノバブルが接触した時に生じる気泡周囲の 電荷の 脱によ り 、 殻自体が簡単に崩壊する。 殻が崩壊したと さには、 内部に含まれる気体は簡単に水溶液中に放出される 第 5 図は放電装置を用いてナノバブルを製造する装置の側面 図でめる
微小気泡発生装置 3 は取水口 3 1 によって容器 1 内の水溶液 を取 Ό込み、 微小気泡発生装置 3 内に微小気泡を製造するため の気体を注入する注入口 （図示せず） か ら気体が注入され 、 取 水口 3 1 によって取 り込んだ水溶液と混合させて、 微小気泡含 有水溶液排出口 3 2 か ら微小気泡発生装置 3 で製造した微小 泡を容 1 内へ送る。 これによ り容器 1 内に微小気泡が存在す るよ う になる。 容器 1 内には、 陽極 2 1 と陰極 2 2 があ り 、 陽 極 2 1 と陰極 2 2 は放電発生装置 2 に接続されている。
まず 、 水溶液の入った容器 1 内に微小気泡発生装置 3 を用い て微小気泡を発生させる。
次に 、 水溶液の電気伝導度が 3 0 0 a S / c m以上になるよ に鉄 、 マンガン、 カルシウムその他ミ ネラル類の電解質を加 える
放電発生装置 2 を用いて、 容器 1 内の微小気泡が含まれる水 溶液に水中放電を行う。 よ り効率的にナノバブルを製造させる ため 、 容器 1 内の微小気泡の濃度が飽和濃度の 5 0 %以上に達 している場合が好ま しい。 また、 水中放電の電圧は 2 0 0 0
3 0 0 0 Vが好ましい。
水中放電に伴う衝撃波の刺激 （物理的刺激） によ り 、 水中の 微小気泡は急速に縮小され、 ナノ レベルの気泡となる。 この時 に気泡周囲に存在しているイオン類は、 縮小速度が急速なため 、 周囲の水中に逸脱する時間が無く 、 気泡の縮小に伴って急 に 濃縮する 。 濃縮されたイ オン類は気泡周囲に極めて強い高電場 を形成する。 この高電場の存在のも とで気液界面に存在する水 素ィ ォンゃ水酸化物イオンは気泡周囲に存在する反対符号を持 つ電解質ィ オンと結合関係を持ち、 気泡周囲に無機質の殻を形 成する の殻は、 気泡内の気体の水溶液中への自然溶解を阻 止するため 、 ナノパブルは溶解する となく安定的に水溶液中 に浮遊できる。 なお、 ナノバブルは 2 0 0 η m以下程度の極め て微小な気泡であるため、 水中における浮力をほとんど受ける し とがノ"ヽく、 、 通常の気泡で認め られる水表面での破裂は皆 ； J III:
ハ、ヽに 近い
物理的剌激と して超音波を微小気泡に照射する こ と によ X) 、 ナノパブルを製造する方法を説明する なお 、 上述した箇所と 重複する内容は説明を省略する。
第 6 図は超音波発生装置を用いてナノバブルを製造する装置 の側面図である。
放 によるナノバブルの製造方法と 様に 、 微小気泡発生装 置 3 、 取水口 3 1 および微小気泡含有水溶液排出口 3 2 で微小 気泡を製造し、 微小気泡を容器 1 内へ送る。 容器 1 内には超立 曰 波発生装置 4 が設置されている。 超曰波発生装置 4 の設置場所 は特に限定されていないが、 効率よ < ナノバブルを製造するに は取水 □ 3 1 と微小気泡含有水溶液排出 □ 3 2 の間に超曰波発 生装置 4 を設置する ことが好ましい。
まず 、 解質イオンを含んだ水の入 た容器 1 内に微小気泡 発生装置 3 を用いて微小気泡を発生させ 、 水溶液の電気伝導度 が 3 0 0 S / c m以上になるよう に鉄 、 マンガン、 力ルシゥ ムその他ミネラル類の電解質を加える。
次に 、 超音波発生装置 4 を用いて 、 超音波を容器 1 内の微小 気泡が含まれる水溶液に照射する。 よ り効率的にナノバブルを 製造させるため、 容器 1 内の微小気泡の濃度が飽和濃度の 5 0 % 以上に達している場合が好ま しい。 超音波の発信周波数は 2 0 k H z 〜 1 M H z が好ま しく 、 超音波の照射は 3 0秒間隔で発 振と停止を繰 り返すこ とが好ま しいが、 必要に応じて連続に照 射してもよい。
次に、 物理的刺激と して渦流を起こすこ とによ り 、 ナノバブ ルを製造する方法について説明する。 なお、 上述した箇所と重 複する内容は説明を省略する。
第 7 図はナノバブルを製造するために圧縮、 膨張および渦流 を用いた場合の装置の側面図である。 放電によるナノバブルの 製造方法および超音波照射によるナノバブルの製造方法と同様 に、 微小気泡発生装置 3 、 取水口 3 1 および微小気泡含有水溶 液排出口 3 2 で微小気泡を製造し、 微小気泡を容器 1 内へ送る。 容器 1 には容器 1 内の微小気泡が含まれる水溶液を部分循環さ せるための循環ポンプ 5 が接続されてお り 、 循環ポンプ 5 が設 置されている配管 （循環配管） 内には多数の孔を持つオリ フィ ス （多孔板） 6 が接続され、 容器 1 と連結している。 容器 1 内 の微小気泡が含まれる水溶液は循環ポンプ 5 によ り循環配管内 を流動させられ、 オリ フィ ス （多孔板） 6 を通過する こ とで圧 縮、 膨張および渦流を生じさせる。
まず、 電荷質イオンを含んだ水の入った容器 1 内に微小気泡 発生装置 3 を用いて微小気泡を発生させ、 水溶液の電気伝導度 が 3 0 0 S c m以上になるよう に鉄、 マンガン、 カルシゥ ムその他ミネラル類の電解質を加える。
次に、 この微小気泡が含まれる水溶液を部分循環させるため、 循環ポンプ 5 を作動させる。 この循環ポンプ 5 によ り微小気泡 が含まれる水溶液が押し出され、 オリ フ ィ ス （多孔板） 6 を通 過前及び通過後の配管内で圧縮、 膨張及び渦流が発生する 通 過時の微小気泡の圧縮ゃ膨張によ り 、 および配管内で発生した 渦流によ り電荷を持つた微小気泡が渦電流を発生させる とに よ り微小気泡は急激に縮小されナノバブルと して安定化する なお 循環ボンプ 5 とォリ フィ ス （多孔板） 6 の流路における 順序は逆でもよい
ォ フィ ス （多孔板 ) 6 は第 6 図では単一であるが、 複数目殳 置して よ く 、 循環ポンプ 5 は必要に応じて省略してもよい。 その場合 、 微小気泡発生装置 2 の水溶液に対する駆動力や高低 差による水溶液の流動などを利用する こ二とも可能である。
また 第 8 図に示すよ う に、 容器 1 内に渦流を発生させるた めの回転体 7 を取 り付ける こ とによつてもナノパブルを製造す る こ とができる 。 回転体 7 を 5 0 0 1 0 0 0 0 r p mで回転 させる とによ り 、 効率よ く 渦流を容器 1 内で発生させる こ と がでさる
以上 本発明に係る.ナノバブルの製造方法について説明 した が、 本発明はこれらに限定されるものではない。 説明の便宜上、 水溶液の場合について説明したが、 水以外にアルコール等の溶 液を用いてもよい。
また、 微小気泡を製造するための気体を酸素、 オゾン等にす る ことによ り、 よ り効果的に生物に対しての生理的な活性効果、 細菌やウィルス等の微生物の殺傷効果や増殖抑制効果等を向上 させる こ とができる。
以下、 実施例で本発明をよ り詳細に説明するが、 本発明はこ れ 限定されるものではない 実施例
第 7 図に示されているよ う に容器 1 内に電解質イオンを含む 水を 1 0 L入れ、 微小気泡発生装置 3 ：よ り微小気泡を製造し 、 容器 1 内の水を微小気泡が含まれる水溶液と した。 こ の水溶液 の電 伝導度が 3 0 0 ^ S / c m以上であった。 容器 1 内の微 小 泡の濃度が飽和値の 5 0 %以上になるよ う に、 微小気泡を 続的に発生させた。
次に容器 1 内の微小気泡が含まれる水溶液を部分循環させ 、 微小 泡が含まれる水溶液の一部を循環ポンプ 3 がある循環配 管内へと導入させた。 微小気泡が含まれる水溶液は循環ボンプ
5 に導入され、 0 . 3 M P a の圧力でオリ フィ ス （多孔板） 6 へと送り、 渦流を発生させ微小気泡をナノバブル化させた。
循環ポンプ 5 を 1 時間作動させ、 十分な量のナノバブルを発 生させた後 、 全体の装置を停止した。 停止後 1 週間経過した時 点で容器 1 内に浮遊しているナノパブルを動的光散乱光度計に よ り測定したと ころ、 中心粒径が約 1 4 0 n m (標準偏差約 3
0 n m ) のナノバブルを安定的に存在させている こ とを確認し た 発明の効果
本発明のナノバブルの 造方法によれば 、 溶液中において気 泡径が 2 0 0 n m以下の大ささのナノバブルを製造し 、 1 月 以 上に渡って安定して存在させる こ とが可能とな た また 、 ナ ノパブルを含む溶液は 、 ナノパブル中に含まれる気体の性 に 依存して、 生物に対しての生理的な活性効果、 細菌やウィルス などの微生物の殺傷効果や増殖抑制効果、 有機物も し く は無機 物との化学的な反応作用を持つこ とが可能となった。 業上の利用可能性
上述したよ う に、 本発明のナノバブルの製造方法によって得 られたナノバブルは、 1 月 以上溶液中に存在し、 ナノバブル中 に含まれる気体の性質に依存して生物に対しての生理的な活性 効果、 細菌やウィルス等の微生物の殺傷効果や増殖抑制効果等 を有する こ とから、 殺菌や衛生管理が必要とされる医療分野等 において利用する ことが可能である。
<参考文献一覧 >
特許文献 1 ：
特開 2 0 0 2 — 1 4 3 8 8 5号公報

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 電気伝導度が 3 0 O i S / c m以上の液体中に含まれる 微小気泡に物理的刺激を加える こ とによ り 、 前記微小気泡を急 激に縮小させる こ とを特徴とするナノバブルの製造方法。
2 • 刖記微小気泡を lii 激に縮小させる過程において 、 気泡径 が 2 0 0 n m以下まで縮小する と刖記微小気泡表面の 荷密度 が上昇し 、 メ飞的な反発力が生じる とによ て、 m記微小 気泡の縮小が停止する 求の範囲第 1 項に記 のナノバブルの 製造方法。
3 . 刖記微小気泡を每激に縮小させる過程において 、 気液界 面に吸着したィォンと静電気的な引力によ り 、 s己界面近傍の 刖記溶液中に引き寄せられた反対符号を持つ両方のィォンが微 小な体積の中に高濃度に濃縮する し とに り 、 前記微小気泡周 囲を取 り 囲む殻の働きをし、 刖 3己微小気泡内の気体が刖記溶液 への拡散を阻害する こ とによって安定化している ef 求の範開第
1 項に記載のナノバブルの製造方法。
4 . 前記気液界面に吸着したイオンは、 水素イオンや水酸化 物イオンであ り 、 前記界面近傍に引き寄せられたイオンと して 溶液中の電解質イオンを利用する こ とによ り ナノバブルを安定 化させる請求の範囲第 1 項に記載のナノバブルの製造方法。
5 . 前記微小気泡を急激に縮小させる過程において、 断熱的 圧縮によって前記微小気泡内温度が急激に上昇し、 前記微小気 泡の周囲に超高温度に伴う物理化学的な変化を与える こ とで安 定化させる請求の範囲第 1 項に記載のナノバブルの製造方法。
6 . 前記物理的刺激は、 放電発生装置を用いて前記微小気泡 に放電する こ とである請求の範囲第 1 項に記載のナノバブルの 製造方法。
7 . 前記物理的刺激は、 超音波発信装置を用いて前記微小気 泡に超音波照射する こ とである請求の範囲第 1 項に記載のナノ バブルの製造方法。
-、
8 • 刖記物理的剌激は、 前記溶液が入つ た容器内に取り付け た回転体を作動させる こ とによ り 前記溶液を流動させ 、 刖記流 動時に生じる圧縮、 膨張および渦流を利用する とである請求 の 囲 1項に記載のナノバブルの製造方法。
9 . 前記物理的刺激は、 前記容器に循環回路を形成した場合 において、 前記容器内の前記微小気泡が含まれる前記溶液を前 記循環回路へ前記微小気泡が浮遊する前記溶液を取り入れた後、 前記循環系回路内に備えつけられた単一若しく は多数の孔を持 つオリ フィ ス若し く は多孔板を通過させる こ とで圧縮、 膨張お よび渦流を生じさせる こ とである請求の範囲第 1 項に記載のナ ノバブルの製造方法。
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