WO2013088668A1 - ナノバブル含有液体 - Google Patents

ナノバブル含有液体 Download PDF

Info

Publication number
WO2013088668A1
WO2013088668A1 PCT/JP2012/007724 JP2012007724W WO2013088668A1 WO 2013088668 A1 WO2013088668 A1 WO 2013088668A1 JP 2012007724 W JP2012007724 W JP 2012007724W WO 2013088668 A1 WO2013088668 A1 WO 2013088668A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
nanobubble
liquid
nanobubbles
phase portion
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/007724
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
あゆみ 酒井
宏 矢野
岡野　正紀
林　隆夫
Original Assignee
パナソニック株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニック株式会社 filed Critical パナソニック株式会社
Publication of WO2013088668A1 publication Critical patent/WO2013088668A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/68—Treatment of water, waste water, or sewage by addition of specified substances, e.g. trace elements, for ameliorating potable water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/231—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids by bubbling
    • B01F23/23105—Arrangement or manipulation of the gas bubbling devices
    • B01F23/2312—Diffusers
    • B01F23/23123—Diffusers consisting of rigid porous or perforated material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/231—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids by bubbling
    • B01F23/23105—Arrangement or manipulation of the gas bubbling devices
    • B01F23/2312—Diffusers
    • B01F23/23124—Diffusers consisting of flexible porous or perforated material, e.g. fabric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/233—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using driven stirrers with completely immersed stirring elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/237—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media
    • B01F23/2373—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media for obtaining fine bubbles, i.e. bubbles with a size below 100 µm
    • B01F23/2375—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media for obtaining fine bubbles, i.e. bubbles with a size below 100 µm for obtaining bubbles with a size below 1 µm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2215/00—Auxiliary or complementary information in relation with mixing
    • B01F2215/04—Technical information in relation with mixing
    • B01F2215/0413—Numerical information
    • B01F2215/0418—Geometrical information
    • B01F2215/0431—Numerical size values, e.g. diameter of a hole or conduit, area, volume, length, width, or ratios thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/70—Treatment of water, waste water, or sewage by reduction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/727—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation using pure oxygen or oxygen rich gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/78—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation with ozone

Definitions

  • the present invention relates to a nanobubble-containing liquid containing nanobubbles in a liquid phase.
  • nanobubble-containing liquid a liquid containing nanobubbles, that is, bubbles having a diameter smaller than 1 ⁇ m (1000 nm) (hereinafter referred to as nanobubble-containing liquid)
  • nanobubbles are more liquid than microbubbles (diameter is several ⁇ m to several tens ⁇ m). Since the residence time in the phase is long, it is said that the effect of washing, sterilization and deodorization is improved.
  • Various technologies have been proposed as nanobubble generators for generating nanobubbles in the liquid phase. For example, there are the following technologies.
  • Patent Document 1 discloses that high-pressure water is jetted in water mixed with gas, collides with a wall surface of a nanobubble generator, and nanobubbles are generated by the impact.
  • Patent Document 2 discloses that a fluid in which a gas and a liquid are mixed flows into a device having a cylindrical structure, swirls at a high speed, and turbulent flow generated thereby shears the gas to generate nanobubbles. is doing.
  • Patent Document 3 discloses that ultrasonic vibration is applied to a liquid phase containing fine bubbles such as microbubbles, the microbubbles are collapsed by the vibration, and nanobubbles are generated.
  • Patent Document 1 attempts to generate microbubbles by impact force, or the invention of Patent Document 2 tries to generate microbubbles by a high-speed swirling flow in which a gas phase and a liquid phase are mixed. Is non-uniform and it is difficult to control the bubble diameter. Further, the invention of Patent Document 3 generates nanobubbles based on a gas dissolved in a liquid phase, and there is a problem that it is difficult to stabilize the degree of supersaturation in the liquid phase after the generation of nanobubbles.
  • a technical problem to be solved by the present invention is to provide a nanobubble-containing liquid in which nanobubbles are stably present in a liquid phase by suppressing the phenomenon of nanobubble shrinkage.
  • the present invention provides the following nanobubble-containing liquid.
  • the nanobubble-containing liquid according to the present invention is characterized by being composed of nanobubbles having a diameter smaller than 1 ⁇ m and a supersaturated dissolved liquid having a gas solubility corresponding to the diameter of the nanobubbles.
  • the gas solubility is obtained by Henry's law that defines the relationship with the internal pressure of the gas contained in the nanobubble.
  • the differential pressure between the internal pressure of the gas contained in the nanobubble and the environmental pressure is determined by Young's Laplace formula that defines the relationship between the interfacial tension of the liquid to the gas and the diameter of the nanobubble. It is preferable to be obtained.
  • the nanobubbles are preferably generated by a nanobubble generator having a nano-sized opening diameter corresponding to a desired nanobubble.
  • the nanobubbles are preferably generated by a nanobubble generator in which adjacent openings are separated by a distance larger than three times the opening diameter.
  • the supersaturated dissolved liquid is added to the gas phase portion in the generation chamber with a pressurized gas in a generation chamber in which the gas phase portion and the liquid phase portion are contained in a sealed state.
  • Pressure and / or by generating the nanobubbles in the liquid phase portion in the production chamber so that the gas is dissolved in the liquid phase portion at a desired supersaturation and then brought to atmospheric pressure. It is preferably generated by returning.
  • the liquid phase part containing nanobubbles is configured to have gas solubility corresponding to the diameter of nanobubbles, the bubble shrinkage phenomenon that the gas contained in nanobubbles dissolves in the surrounding liquid phase part and nanobubbles shrink And the nanobubbles can be stably present.
  • nanobubble-containing liquid 3 and the generation system 1 of the nanobubble-containing liquid 3 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
  • a generation system 1 for a nanobubble-containing liquid 3 includes a generation chamber 10 that is kept sealed even when pressurized, and a gas 6 that has been pressurized to a high pressure.
  • the gas cylinder 12 is connected to the generation chamber 10 via the pressure regulating valve 14.
  • the gas cylinder 13 is connected to a pore unit 20 attached to the bottom wall of the generation chamber 10 via a pressure regulating valve 18 and a pressure gauge 19.
  • the types and components of the gas 6 supplied from these gas cylinders 12 and 13 are the same in this embodiment.
  • ⁇ Liquid phase portion 7 filled with a smaller amount than that of full filling is formed below the generation chamber 10. Further, on the upper side of the generation chamber 10, a gas phase portion 8 is formed which is pressurized to a high pressure by the gas 6 supplied from the gas cylinder 12. The liquid phase portion 7 and the gas phase portion 8 in the generation chamber 10 are in contact with each other through a gas-liquid interface.
  • the pressure regulating valve 14 and the pressure gauge 15 are preferably disposed on the gas phase portion 8 side of the generation chamber 10. That is, a pressure regulating valve 14 for precisely controlling the pressure of the gas 6 supplied from the gas cylinder 12 to the generation chamber 10 is provided between the gas cylinder 12 and the generation chamber 10. The pressure in the gas phase part 8 in the production chamber 10 in a sealed state is monitored by a pressure gauge 15. In addition, on the gas phase portion 8 side of the generation chamber 10, a pressure release valve (not shown) is provided for gradually reducing the pressure applied in the gas phase portion 8 to the ambient pressure (atmospheric pressure).
  • a stirring device 16 and a water flow generator 17 are preferably disposed on the liquid phase portion 7 side of the generation chamber 10. That is, the liquid phase portion 7 in the generation chamber 10 is set so that the degree of supersaturation in the supersaturated dissolved liquid 4 is as uniform as possible, and the generated nanobubbles 5 are dispersed in the supersaturated dissolved liquid 4 as uniformly as possible.
  • a stirrer 16 is provided for stirring.
  • a water flow generator 17 is provided in the vicinity of the pore unit 20 in order to promote that the generated nanobubbles 5 are smoothly detached from the pore unit 20. Note that the arrangement and flow velocity of the water flow generator 17 are adjusted so that the microbubbles having a size larger than that of the nanobubbles 5 are not generated by the water flow generator 17.
  • the solubility of the gas 6 in the liquid phase portion 7 is proportional to the pressure of the gas 6 according to Henry's law, the pressure of the gas phase portion 8 changes according to the pressure of the gas 6 supplied from the gas cylinder 12,
  • the gas 6 constituting the phase part 8 is dissolved in the liquid phase part 7 in contact with the gas phase part 8, and the solubility of the gas 6 in the liquid phase part 7 is defined. That is, as the pressure of the gas 6 supplied from the gas cylinder 12 is increased, the solubility of the gas 6 in the liquid phase portion 7 is increased.
  • the gas 6 contained in the nanobubble 5 generated by the pore unit 20 described later is also dissolved in the liquid phase portion 7 around the nanobubble 5, and the pressure of the gas 6 in the nanobubble 5 becomes high.
  • the solubility of the gas 6 in the liquid phase portion 7 increases. That is, the gas 6 contained in the nanobubble 5 is dissolved in the liquid phase portion 7 around the nanobubble 5 in proportion to the internal pressure P1 of the gas 6 contained in the nanobubble 5. Finally, the entire solubility of the liquid phase portion 7 in the generation chamber 10 becomes substantially equal to the solubility in the liquid phase portion 7 around the nanobubbles 5.
  • the pore unit (nanobubble generating device) 20 that generates the nanobubbles 5 will be described.
  • the pore unit 20 having the porous wall 22 is installed at a substantially central portion of the bottom wall surface of the generation chamber 10.
  • the porous wall 22 has many nano-sized minute through holes 24.
  • the liquid phase portion 7 in the generation chamber 10 and the gas phase portion 26 in the pore unit 20 are separated by a porous wall 22.
  • the porous wall 22 allows the gas phase portion 26 in the pore unit 20 to pass through the through holes 24, the opening diameter of each through hole 24 is prevented so that the liquid phase portion 7 is prevented from passing by the surface tension of the through holes 24. Is dimensioned. Therefore, the liquid phase portion 7 in the generation chamber 10 does not flow back to the gas phase portion 26 in the pore unit 20 through the through hole 24 of the porous wall 22.
  • An example of the opening diameter (diameter) of the through hole 24 required for generating the nanobubble 5 having a diameter smaller than 1 ⁇ m (1000 nm) is several nm to several hundred nm, preferably about 10 nm to about 100 nm. It is. This is because if the opening diameter of the through-hole 24 is less than about 10 nm, a very large pressing force is required when generating the nanobubbles 5, making it difficult to handle the pore unit 20. Further, if the opening diameter of the through hole 24 is larger than about 100 nm, microbubbles having a size larger than the nano size may be generated.
  • the porous wall 22 is preferably a porous body obtained by anodization or the like, and is, for example, a film of anodized aluminum (porous alumina) or anodized silicon (porous silica).
  • An anodized aluminum film is particularly suitable because the nano-sized through-hole 24 is easy to create.
  • the anodized aluminum film is obtained by anodizing an aluminum film formed on an aluminum plate or other substrate in an acidic electrolyte.
  • the anodized aluminum film has, for example, a geometric structure in which through holes 24 having a columnar shape with a radius of several nanometers to several hundred nanometers are arranged in parallel at intervals of several tens of nanometers to several hundred nanometers. Bubbles coming out of the through holes 24 are generally generated in a form expanded with a size larger than the opening diameter of the through holes 24. When the adjacent through holes 24 are close to each other, even if the nanobubbles 5 are generated through the respective through holes 24, the adjacent bubbles may be combined to form a large-sized bubble (for example, a micro bubble). is there.
  • a large-sized bubble for example, a micro bubble
  • the pitch (separation distance) between the adjacent through holes 24 in the porous wall 22 is preferably separated by a distance larger than three times, for example. That is, it is preferable that adjacent openings are separated by a distance larger than three times the opening diameter.
  • porous wall 22 a monotran film or the like in which a large number of through holes are provided in a polymer film such as polypropylene or polyethylene terephthalate can also be used.
  • the gas phase portion 26 in the pore unit 20 It is necessary to increase the pressure, and it is also necessary to increase the pressure of the gas 6 supplied from the gas cylinder 13.
  • the differential pressure ⁇ P between the internal pressure P1 of the gas 6 contained in the nanobubble 5 and the environmental pressure (atmospheric pressure) P2 is the interfacial tension ⁇ of the liquid phase portion 7 with respect to the gas 6 and the nanobubble 5
  • the following Young-Laplace formula that defines the relationship with the diameter D is satisfied.
  • the diameter D of the nanobubble 5 is reduced based on Young's Laplace equation, and the solubility of the gas 6 in the liquid phase portion 7 around the nanobubble 5 is based on Henry's law. Eventually, the solubility of the gas 6 with respect to the entire liquid phase portion 7 in the generation chamber 10 increases. Conversely, when the solubility of the gas 6 with respect to the entire liquid phase portion 7 in the generation chamber 10 is increased and the solubility of the gas 6 with respect to the liquid phase portion 7 around the nanobubble 5 is increased, the diameter D of the nanobubble 5 is decreased. be able to.
  • the nanobubble 5 having a small diameter D is formed. It becomes possible to exist stably in the liquid phase portion 7.
  • the internal pressure P1 of the gas 6 contained in the nanobubble 5 and the solubility S of the gas 6 in the liquid phase portion 7 around the nanobubble 5 are determined.
  • the solubility S of the gas 6 in is determined.
  • the solubility S of the gas 6 in the liquid phase portion 7 varies depending on the type of the gas 6. Therefore, in two cases where the types of the liquid phase portion 7 and the gas 6 are different, the diameter D of the nanobubble 5 and the internal pressure P1 of the gas 6 contained in the nanobubble 5 and the theoretical relationship of the gas 6 with respect to the liquid phase portion 7.
  • the relationship with solubility S is shown in Tables 1 and 2.
  • Table 1 shows pure water having an interfacial tension of 0.07 N / m, 1 atm, and 25 ° C.
  • Table 2 shows surfactants having an interfacial tension of 0.027 N / m. It contains water, 1 atm, and 25 ° C.
  • the solubility S becomes 1190 mg / liter.
  • the nanobubble 5 in a gas-liquid equilibrium system in which the liquid phase portion 7 is pure water and the gas 6 is oxygen, for example, when the diameter D of the nanobubble 5 is 100 nm, the internal pressure P1 of the nanobubble 5 is 2.98 MPa.
  • the solubility S becomes 1190 mg / liter.
  • the nanobubble 5 in a gas-liquid equilibrium system in which the liquid phase portion 7 is water containing a surfactant and the gas 6 is oxygen, for example, when the diameter D of the nanobubble 5 is 100 nm, the nanobubble 5
  • the internal pressure P1 is 1.18 MPa, and the solubility S is 473 mg / liter.
  • the solubility S shown in Tables 1 and 2 is a theoretical value obtained from Young's Laplace equation and Henry's law, and varies depending on the interfacial tension. Therefore, the nanobubbles 5 having a desired diameter can be obtained. In order to make it exist stably in the supersaturated dissolved liquid 4, in reality, the solubility S shown in Tables 1 and 2 may be adjusted to approximately 0.5 to 2 times.
  • the gas 6 does not dissolve in the liquid phase part 7 beyond the saturation solubility corresponding to the atmospheric pressure.
  • the gas 6 in a pressurized environment in which the gas 6 is pressurized, the gas 6 can be dissolved in the liquid phase portion 7 with a solubility corresponding to the applied pressure, and the gas 6 having a solubility equal to or higher than the saturated solubility at atmospheric pressure is the liquid phase portion. 7 is melted.
  • a gas 6 having a saturation solubility or higher is dissolved in the liquid phase portion 7, that is, a supersaturated state can be created. Even if it is, it is relatively stable.
  • Such a supersaturated state is generated in the production chamber 10 partially filled with the liquid phase portion 7 and the remainder with the gas phase portion 8.
  • the gas 6 supplied from the gas cylinder 12 is filled with the gas in the production chamber 10.
  • Each can be created by bringing the phase part 8 into a pressurized state and / or by generating the nanobubbles 5 in the liquid phase part 7 of the production chamber 10.
  • the solubility of the gas 6 in the liquid phase portion 7 is increased based on Henry's law. Because.
  • the nanobubble generation method 2) has a small diameter D and the nanobubble 5 has a large differential pressure ⁇ P of the gas 6 inside the nanobubble 5 existing in the liquid phase portion 7, so that Henry's law is satisfied. This is because the solubility of the gas 6 in the liquid phase portion 7 is increased based on this. Then, the supersaturated liquid phase portion 7 in which the gas 6 is dissolved in the liquid phase portion 7 to a saturation solubility or higher can be referred to as a supersaturated dissolved liquid 4.
  • the gas phase portion 8 of the generation chamber 10 First, 1) by bringing the gas phase portion 8 of the generation chamber 10 into a pressurized state with the gas 6 supplied from the gas cylinder 12 and / or 2) the nanobubbles 5 in the liquid phase portion 7 of the generation chamber 10.
  • the gas 6 is dissolved in the liquid phase portion 7 with a desired supersaturated solubility that is equal to or higher than the saturation solubility.
  • the supersaturated dissolved liquid 4 is generated by opening the pressure release valve and gradually reducing the pressure in the gas phase portion 8 in the generation chamber 10 to the environmental pressure (atmospheric pressure).
  • the gas 6 is dissolved relatively stably in the liquid phase portion 7 with a predetermined supersaturated solubility.
  • the supplied gas 6 is supplied to the supersaturated dissolved liquid 4 in the generation chamber 10 through the minute through holes 24.
  • Nanobubbles 5 are formed in the supersaturated dissolved liquid 4 in the generation chamber 10 by the gas 6 supplied from the gas cylinder 13.
  • the supersaturated solubility in the supersaturated dissolved liquid 4 is a solubility corresponding to the desired diameter of the nanobubbles 5
  • the gas 6 in the nanobubbles 5 and the supersaturated dissolved liquid 4 existing around the nanobubbles 5 are between. Is in a vapor-liquid equilibrium state according to the above-mentioned Young Laplace equation and Henry's law.
  • nanobubbles 5 having a desired diameter D can be stably present in the supersaturated dissolved liquid 4.
  • the nanobubble-containing liquid 3 that has passed 5.1 seconds after the formation of the nanobubbles 5 by flowing the supersaturated dissolved liquid 4 through the cylindrical pore membrane is converted into a laser diffraction / scattering particle size distribution meter (product of Shimadzu Corporation). It was introduced into a measuring cell with the name “SALD2100”) and the bubble diameter distribution was measured.
  • the supersaturated dissolved liquid 4 was generated by bringing the gas phase part 8 of the generation chamber 10 into a pressurized state (about 0.4 MPa in absolute pressure).
  • the nanobubble-containing liquid 3 used for the measurement is a gas-liquid equilibrium system in which the liquid phase portion 7 is water containing a surfactant and the gas 6 is oxygen.
  • the measurement result of the obtained bubble diameter distribution is shown in FIG.
  • the refractive index of the bubble was set to 1.35, and the average diameter of the bubble was shown as an average diameter.
  • the bubbles obtained by the present invention are nanobubbles having an excellent average monodispersity and an average diameter of about 700 nm. Even if 5.1 seconds have elapsed after the generation of nanobubbles, the bubbles are stable. And was confirmed to exist. At this time, the supersaturated solubility of oxygen in water containing a surfactant was about 80 mg / liter.
  • a bubble-containing liquid in which 5.1 seconds have elapsed since the generation of nanobubbles in a saturated liquid is introduced into a measurement cell of a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer (trade name “SALD2100” manufactured by Shimadzu Corporation)
  • SALD2100 laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer
  • the diameter distribution was measured.
  • the bubble-containing liquid used for the measurement is a gas-liquid equilibrium system in which the liquid phase portion 7 is water containing a surfactant and the gas 6 is oxygen.
  • the measurement result of the obtained bubble diameter distribution is shown in FIG.
  • the refractive index of the bubble was set to 1.35, and the average diameter of the bubble was shown as an average diameter.
  • the bubbles tested as a comparative example are broad bubbles having various bubble diameters, which are microbubbles having an average diameter of about 66 ⁇ m, and the stability of nanobubbles is poor. There were almost no nanobubbles. At this time, the solubility of oxygen in water containing a surfactant was about 10 mg / liter.
  • a diameter smaller than 1 ⁇ m (1000 nm) can be obtained by appropriately adjusting the supersaturated solubility of the gas 6 in the supersaturated dissolved liquid 4 and / or the opening diameter of the through hole 24 of the porous wall 22 in the pore unit 20.
  • a nanobubble-containing liquid 3 according to the present invention containing nanobubbles 5 having the following can be created. Therefore, in the nanobubble-containing liquid 3, it is possible to suppress a bubble shrinkage phenomenon in which the gas 6 contained in the nanobubble is dissolved in the surrounding liquid phase portion 7 and the nanobubble 5 is reduced, and the nanobubble 5 is reduced to the liquid phase portion 7. Can exist relatively stably.
  • the nanobubble-containing liquid 3 according to the present invention since the nanobubbles 5 are present relatively stably in the liquid phase portion 7, the nanobubble-containing liquid 3 according to the present invention is used for cleaning, purification, deodorization, sterilization, biological activity, etc. It can exhibit excellent effects and can be used in various fields such as electricity, machinery, chemistry, agriculture, forestry and fisheries, and medicine.
  • liquid phase portion 7 used in the nanobubble-containing liquid 3 according to the present invention water such as pure water, tap water, ion-exchanged water, soft water, a solution containing sodium chloride or a surfactant, an organic solvent, gasoline, or the like Oils and the like.
  • gas 6 used in the nanobubble-containing liquid 3 according to the present invention include oxygen gas, nitrogen gas, hydrogen gas, carbon dioxide gas, argon gas, ozone gas, helium gas, hydrocarbon gas such as methane gas, and the like. it can.
  • the nanobubbles 5 are generated by the pore units 20 attached to the bottom wall of the generation chamber 10.
  • a generation system including a porous body and provided with a pore unit provided outside the generation chamber is connected to the generation chamber by piping or the like, and the nanobubble-containing liquid circulates in the generation system. It can also be.
  • a gas phase space in which pressurized gas is supplied to the outside of the porous body, and a liquid phase space in which a liquid or the like continuously flows inside the porous body are cylindrical. They are separated by a porous body.
  • nanobubbles can be generated in a continuously circulating nanobubble-containing liquid.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)

Abstract

　ナノバブルの縮小現象を抑制して、ナノバブルが液相中で安定的に存在するナノバブル含有液体を提供する。ナノバブル含有液体は、直径が１μｍよりも小さなナノバブルと、前記ナノバブルの直径に対応した気体溶解度を有する過飽和溶存液体と、から構成される。

Description

ナノバブル含有液体
　この発明は、液相の中にナノバブルを含有したナノバブル含有液体に関する。
　従来、ナノバブル、すなわち１μｍ（１０００ｎｍ）よりも小さな直径を有するバブル、を含有する液体（以下、ナノバブル含有液体という。）においては、ナノバブルがマイクロバブル（直径が数μｍ乃至数十μｍ）よりも液相の中での滞留時間が長いので、洗浄や殺菌や脱臭の効果が向上すると言われている。ナノバブルを液相中に発生させるナノバブル発生装置として様々な技術が提案されていて、例えば、以下のような技術がある。
　特許文献１は、気体を混合した水中で高圧の水を噴射して、ナノバブル発生装置の壁面等に衝突させ、その衝撃でナノバブルを発生させることを開示している。
　特許文献２は、気体と液体を混合した流体を円筒状の構造を持った装置に流し、高速で旋回させて、それにより生じた乱流で、気体をせん断してナノバブルを発生させることを開示している。
　特許文献３は、マイクロバブル等の微細バブルを含有した液相の中に超音波振動を印加して、その振動によりマイクロバブル等を崩壊させ、ナノバブルを発生させることを開示している。
特開２００９－１９５８８９号公報 特開２００８－２７２７１９号公報 特開２００６－２８９１８３号公報
　特許文献１の発明は、衝撃力により、あるいは、特許文献２の発明は気相及び液相が混合した高速旋回流により、それぞれ微小なバブルを生成しようとするものであるが、得られるバブル径が不均一であり、バブル径を制御することが困難であるという問題がある。また、特許文献３の発明は、液相中に溶解した気体に基づいてナノバブルを発生させるものであり、ナノバブル発生後の液相での過飽和度を安定させることが困難であるという問題がある。
　ところで、ヤング・ラプラスの式から、ナノオーダーにまで縮小されたバブル内部は、高圧状態になっているものと考えられている。このような高圧状態では、ヘンリーの法則に従って、ナノバブル内に含まれる気体が周囲の液相中に溶解するために、ナノバブルが次第に縮小して、いずれ消滅してしまうと言われており、液相中での安定性に欠けている。
　したがって、この発明の解決すべき技術的課題は、ナノバブルの縮小現象を抑制して、ナノバブルが液相中で安定して存在するナノバブル含有液体を提供することである。
　上記技術的課題を解決するために、この発明によれば、以下のナノバブル含有液体が提供される。
　すなわち、この発明に係るナノバブル含有液体は、直径が１μｍよりも小さなナノバブルと、前記ナノバブルの直径に対応した気体溶解度を有する過飽和溶存液体と、から構成されることを特徴とする。
　この発明のナノバブル含有液体では、前記気体溶解度は、前記ナノバブル中に含まれる気体の内圧との関係を規定するヘンリーの法則によって得られることが好ましい。
　この発明のナノバブル含有液体では、前記ナノバブル中に含まれる気体の内圧と環境圧との差圧は、気体に対する液体の界面張力と、前記ナノバブルの直径との関係を規定するヤング・ラプラスの式によって得られることが好ましい。
　この発明のナノバブル含有液体では、前記ナノバブルは、所望とするナノバブルに応じたナノサイズの開口径を有するナノバブル生成装置によって生成されることが好ましい。
　この発明のナノバブル含有液体では、前記ナノバブルは、隣接する開口同士が開口径の３倍よりも大きな距離で離間しているナノバブル生成装置によって生成されることが好ましい。
　この発明のナノバブル含有液体では、前記過飽和溶存液体は、気相部分と液相部分とが密閉状態で収容された生成チャンバにおいて、加圧された気体で前記生成チャンバ内での気相部分を加圧状態にすることによって、及び／又は、前記生成チャンバ内での液相部分の中に前記ナノバブルを発生させることによって、所望の過飽和度で気体を前記液相部分に溶解させたあと大気圧に戻すことによって生成されることが好ましい。
　ナノバブルを含む液相部分が、ナノバブルの直径に対応した気体溶解度を有するように構成されているので、ナノバブル内に含まれる気体が周囲の液相部分に溶解してナノバブルが縮小するというバブル縮小現象を抑制することができ、ナノバブルが安定して存在することができるという効果を奏する。
この発明の一実施形態に係るナノバブル含有液体及びナノバブル含有液体の生成システムを模式的に説明する図である。 この発明に係るナノバブル含有液体におけるバブルの粒度分布を示す図である。 比較例に係るナノバブル含有液体におけるバブルの粒度分布を示す図である。
　以下に、この発明の一実施形態に係るナノバブル含有液体３及びナノバブル含有液体３の生成システム１について、図１を参照しながら詳細に説明する。
　図１に示すように、この発明に係るナノバブル含有液体３の生成システム１は、加圧されても密閉状態が保たれる生成チャンバ１０と、高圧に加圧された気体６を生成チャンバ１０に供給するガスボンベ（加圧気体供給装置）１２と、高圧に加圧された気体６を細孔ユニット２０に供給するガスボンベ（ナノバブル生成用気体供給装置）１３と、ナノバブルを発生させる細孔ユニット（ナノバブル生成装置）２０と、を備えている。ガスボンベ１２は、圧力調整弁１４を介して生成チャンバ１０に接続されている。ガスボンベ１３は、圧力調整弁１８及び圧力計１９を介して、生成チャンバ１０の底壁に取り付けられた細孔ユニット２０に接続されている。これらのガスボンベ１２，１３から供給される気体６の種類や成分は、本実施形態では同じものである。
　生成チャンバ１０の下側には、満充填されるよりも少ない量で充填された液相部分７が形成されている。また、生成チャンバ１０の上側には、ガスボンベ１２から供給される気体６によって高圧に加圧された気相部分８が形成されている。生成チャンバ１０における液相部分７及び気相部分８は、気液界面を介して接している。
　生成チャンバ１０の気相部分８の側においては、好適には、圧力調整弁１４及び圧力計１５が配設されている。すなわち、ガスボンベ１２と生成チャンバ１０との間には、ガスボンベ１２から生成チャンバ１０へ供給される気体６の圧力を精密に制御するための圧力調整弁１４が設けられている。密閉状態にある生成チャンバ１０内の気相部分８の圧力は、圧力計１５によってモニターされる。また、生成チャンバ１０の気相部分８の側においては、気相部分８での加圧圧力を徐々に環境圧（大気圧）まで下げるための圧力開放弁（図示しない）を備えている。
　また、生成チャンバ１０の液相部分７の側においては、好適には、攪拌装置１６及び水流発生装置１７が配設されている。すなわち、過飽和溶存液体４での過飽和度ができるだけ均一になるように、及び、生成されたナノバブル５が過飽和溶存液体４の中でできるだけ均一に分散するように、生成チャンバ１０内の液相部分７を攪拌するための攪拌装置１６が設けられている。生成されたナノバブル５が細孔ユニット２０からスムーズに離脱することを促進するために、水流発生装置１７が細孔ユニット２０の近傍に設けられている。なお、水流発生装置１７によってナノバブル５よりも大きなサイズのマイクロバブルが生成しないように、水流発生装置１７の配置や流速が調整されている。
　ヘンリーの法則により液相部分７への気体６の溶解度が気体６の圧力に比例することから、ガスボンベ１２から供給される気体６の圧力に応じて、気相部分８の圧力が変化し、気相部分８を構成する気体６が気相部分８に接する液相部分７の中に溶解して、液相部分７への気体６の溶解度が規定される。すなわち、ガスボンベ１２から供給される気体６の圧力を高くすればするほど、液相部分７への気体６の溶解度が大きくなる。同様に、後述する細孔ユニット２０によって生成されたナノバブル５に含まれる気体６もナノバブル５の周囲にある液相部分７の中に溶解して、ナノバブル５内での気体６の圧力が高くなればなるほど、液相部分７への気体６の溶解度が大きくなる。すなわち、ナノバブル５の中に含まれる気体６の内圧Ｐ１に比例して、ナノバブル５に含まれる気体６がナノバブル５の周囲にある液相部分７に溶解する。そして、最終的に、生成チャンバ１０内の液相部分７の全体の溶解度が、ナノバブル５の周囲にある液相部分７での溶解度と大略等しくなる。
　次に、ナノバブル５を発生させる細孔ユニット（ナノバブル生成装置）２０について説明する。
　多孔壁２２を有する細孔ユニット２０は、生成チャンバ１０の底壁面の略中央部分に設置されている。多孔壁２２は、ナノサイズの微小な貫通孔２４を多数個有する。生成チャンバ１０内の液相部分７と細孔ユニット２０内の気相部分２６とが、多孔壁２２を介して、隔てられている。多孔壁２２は、貫通孔２４を通じて細孔ユニット２０内の気相部分２６を通過させるものの、貫通孔２４が有する表面張力により液相部分７の通過を妨げるように、各貫通孔２４の開口径が寸法構成されている。したがって、生成チャンバ１０内の液相部分７が、多孔壁２２の貫通孔２４を通じて、細孔ユニット２０内の気相部分２６に逆流することはない。
　１μｍ（１０００ｎｍ）よりも小さな直径を有するナノバブル５の生成のために必要とされる貫通孔２４の開口径（直径）を例示すると、数ｎｍ乃至数百ｎｍであり、好ましくは約１０ｎｍ乃至約１００ｎｍである。貫通孔２４の開口径がおおよそ１０ｎｍ未満である場合には、ナノバブル５を発生する際に非常に大きな加圧力が必要となるために、細孔ユニット２０の取扱が困難になるからである。また、貫通孔２４の開口径がおおよそ１００ｎｍよりも大きくなると、ナノサイズよりも大きなサイズのマイクロバブルが生成される恐れがあるからである。
　多孔壁２２は、陽極酸化などで得られる多孔質体が好ましく、例えば、陽極酸化アルミニウム（ポーラスアルミナ）や陽極酸化シリコン（ポーラスシリカ）の皮膜である。ナノサイズの貫通孔２４の作成のし易さから、陽極酸化アルミニウム皮膜が特に好適である。陽極酸化アルミニウム皮膜は、アルミニウム板又は他の基板上に形成されたアルミニウム膜を酸性電解質中で陽極酸化することにより得られる。
　陽極酸化アルミニウム皮膜は、例えば、半径数ｎｍ乃至数百ｎｍの柱状形状をした貫通孔２４が数十ｎｍ乃至数百ｎｍの間隔で並列した幾何学的構造を有する。貫通孔２４から出てくるバブルは、一般的に、貫通孔２４の開口径よりも大きなサイズで拡張した態様で生成される。隣り合った貫通孔２４が接近していると、各貫通孔２４を通じてナノバブル５が生成されたとしても、隣接したバブル同士が合体して、大きなサイズのバブル（例えばマイクロバブル）を形成することがある。多孔壁２２が接する液相部分７の表面張力によって異なるが、例えば、貫通孔２４の開口径の４倍くらい大きなサイズのバブルが形成される恐れがある。したがって、隣接したバブル同士の干渉を避けるために、多孔壁２２における隣り合った貫通孔２４同士のピッチ（離間距離）は、例えば３倍よりも大きな距離で離間していることが好ましい。すなわち、隣接する開口同士が開口径の３倍よりも大きな距離で離間していることが好ましい。
　なお、多孔壁２２として、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタラート等の高分子フィルムに多数の貫通孔を設けたモノトランフィルム等も用いることもできる。なお、多孔壁２２に対する液相部分７の濡れ性が影響して、微小な開口径の貫通孔２４から気体６が出にくくなっているために、細孔ユニット２０内での気相部分２６の圧力を高くする必要があり、ガスボンベ１３から供給される気体６の圧力も高くする必要がある。
　ところで、ナノバブル含有液体３では、ナノバブル５の中に含まれる気体６の内圧Ｐ１と環境圧（大気圧）Ｐ２との差圧ΔＰは、気体６に対する液相部分７の界面張力γと、ナノバブル５の直径Ｄとの関係を規定する以下のヤング・ラプラスの式を満たしている。
　　　　　　　　　　ΔＰ＝Ｐ１－Ｐ２＝４γ／Ｄ　　　　　　　　（１）
　上記（１）に示したヤング・ラプラスの式から、ナノバブル５の直径Ｄが小さければ差圧ΔＰが大きくなり、逆に、ナノバブル５での差圧ΔＰが大きければ大きいほど、ナノバブル５の直径Ｄが小さくなる。また、所望とするナノバブル５の直径Ｄを得るためには、ナノバブル５の中に含まれる気体６の内圧Ｐ１と環境圧Ｐ２との差圧ΔＰをヤング・ラプラスの式で規定される値にすればよいことになる。
　ナノバブル５での差圧ΔＰが大きければ、ヤング・ラプラスの式に基づいてナノバブル５の直径Ｄが小さくなるとともに、ヘンリーの法則に基づいてナノバブル５の周辺における液相部分７に対する気体６の溶解度が大きくなり、最終的に生成チャンバ１０内の液相部分７の全体に対する気体６の溶解度が大きくなる。逆に、生成チャンバ１０内の液相部分７の全体に対する気体６の溶解度を大きくして、ナノバブル５の周辺における液相部分７に対する気体６の溶解度を大きくすると、ナノバブル５の直径Ｄを小さくすることができる。したがって、液相部分７への気体６の溶解度が通常の大気圧下よりも大きな過飽和溶解度で気体６が液相部分７に溶解している過飽和状態を作り出せば、小さな直径Ｄを有するナノバブル５が液相部分７の中で安定して存在することが可能になる。
　ナノバブル５の直径Ｄを規定すると、ナノバブル５の中に含まれる気体６の内圧Ｐ１と、ナノバブル５周辺での液相部分７への気体６の溶解度Ｓとが決まり、ひいては液相部分７の全体における気体６の溶解度Ｓが決まる。液相部分７への気体６の溶解度Ｓは、気体６の種類によって異なる。そこで、液相部分７及び気体６の種類が異なった２つの場合において、ナノバブル５の直径Ｄと、ナノバブル５の中に含まれる気体６の内圧Ｐ１及び液相部分７に対する気体６の理論的な溶解度Ｓとの関係を表１及び２に示す。なお、表１は、界面張力が０．０７Ｎ／ｍである純水、１気圧、２５℃の条件下のものであり、表２は、界面張力が０．０２７Ｎ／ｍである界面活性剤を含む水、１気圧、２５℃の条件下のものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表１によれば、液相部分７が純水であって気体６が酸素である気液平衡系においては、例えば、ナノバブル５の直径Ｄを１００ｎｍとすると、ナノバブル５の内圧Ｐ１が２．９８ＭＰａとなり、溶解度Ｓが１１９０ｍｇ／リットルとなる。同様に、表２によれば、液相部分７が界面活性剤を含む水であって気体６が酸素である気液平衡系においては、例えば、ナノバブル５の直径Ｄを１００ｎｍとすると、ナノバブル５の内圧Ｐ１が１．１８ＭＰａとなり、溶解度Ｓが４７３ｍｇ／リットルとなる。表１及び２に示した溶解度Ｓは、ヤング・ラプラスの式及びヘンリーの法則から得られる理論的な数値であって界面張力によっても変動するものであるから、所望とする直径を有するナノバブル５が過飽和溶存液体４中に安定して存在するようにするためには、現実的には、表１及び２に示した溶解度Ｓのおおよそ０．５乃至２倍に調整すればよい。
　大気圧（１気圧）下では、大気圧に対応した飽和溶解度以上に気体６が液相部分７に溶け込むことがない。しかしながら、気体６を加圧した加圧環境下では、加圧力に対応した溶解度で気体６が液相部分７に溶解することができ、大気圧下での飽和溶解度以上の気体６が液相部分７に溶け込んでいる。加圧環境下から大気圧環境下に徐々に戻して行くと、飽和溶解度以上の気体６が液相部分７に溶け込んだ状態すなわち過飽和状態を作り出すことができ、当該過飽和状態は大気圧環境下であっても比較的安定である。
　このような過飽和状態は、部分的には液相部分７で満たされ且つ残りが気相部分８で満たされた生成チャンバ１０において、１）ガスボンベ１２から供給される気体６で生成チャンバ１０の気相部分８を加圧状態にすることにより、及び／又は、２）生成チャンバ１０の液相部分７の中でナノバブル５を発生させることにより、それぞれ作り出すことができる。１）の気相部分８を加圧状態にする方法は、気相部分８での圧力が高くなっているために、ヘンリーの法則に基づいて液相部分７への気体６の溶解度が大きくなるからである。なお、２）のナノバブル発生による方法は、小さな直径Ｄを有するナノバブル５は、液相部分７に存在するナノバブル５内部での気体６の差圧ΔＰが大きくなっているために、ヘンリーの法則に基づいて液相部分７への気体６の溶解度が大きくなるからである。そして、飽和溶解度以上に気体６が液相部分７に溶解した過飽和状態の液相部分７は、過飽和溶存液体４と呼ぶことができる。
　次に、ナノバブル含有液体３の製造プロセスについて説明する。
　まず、１）ガスボンベ１２から供給される気体６で生成チャンバ１０の気相部分８を加圧状態にすることにより、及び／又は、２）生成チャンバ１０の液相部分７の中でナノバブル５を発生させることにより、飽和溶解度以上である所望の過飽和溶解度で気体６が液相部分７に溶解させる。このとき、液相部分７における過飽和度ができるだけ均一になるように、攪拌装置１６によって液相部分７を攪拌することが好ましい。そして、圧力開放弁を開放して、生成チャンバ１０内の気相部分８での圧力を徐々に環境圧（大気圧）まで下げることにより、過飽和溶存液体４を生成する。過飽和溶存液体４においては、所定の過飽和溶解度で気体６が液相部分７に比較的安定に溶解している。
　次に、ガスボンベ１３からの気体６を細孔ユニット２０に供給すると、供給された気体６が、微小な貫通孔２４を介して、生成チャンバ１０内の過飽和溶存液体４に供給される。ガスボンベ１３から供給された気体６により、生成チャンバ１０内の過飽和溶存液体４の中にナノバブル５が形成される。このとき、生成されたナノバブル５が細孔ユニット２０からスムーズに離脱するように、水流発生装置１７によって細孔ユニット２０に向けての過飽和溶存液体４の流れを形成することが好ましい。
　そして、過飽和溶存液体４における過飽和溶解度が、所望とするナノバブル５の直径に対応した溶解度になっているので、ナノバブル５中の気体６と、ナノバブル５の周囲に存在する過飽和溶存液体４との間においては、上述したヤング・ラプラスの式及びヘンリーの法則に従う気液平衡状態になっている。その結果、所望とする直径Ｄを有するナノバブル５が、過飽和溶存液体４の中で安定して存在することができる。
　過飽和溶存液体４の中におけるナノバブル５の安定性を確認するために、以下の測定を行った。
　過飽和溶存液体４を円筒状の細孔膜内に流すことによりナノバブル５を生成してから５．１秒が経過したナノバブル含有液体３を、レーザー回折／散乱式粒度分布計（島津製作所製の商品名「ＳＡＬＤ２１００」）の測定セルに導入して、バブル径分布を測定した。過飽和溶存液体４は、生成チャンバ１０の気相部分８を加圧状態（絶対圧で約０．４ＭＰａ）にすることによって生成した。測定に供されたナノバブル含有液体３は、液相部分７が界面活性剤を含む水であって気体６が酸素である気液平衡系のものである。得られたバブル径分布の測定結果を図２に示す。なお、バブル径の計算には、バブルの屈折率を１．３５とし、バブルの平均直径を平均径で示した。図２からも明らかなように、この発明によって得られたバブルは、単分散性に優れた平均直径が約７００ｎｍであるナノバブルであり、ナノバブル生成後に５．１秒が経過していても、安定して存在することが確認された。また、このとき、界面活性剤を含む水に対する酸素の過飽和溶解度は、約８０ｍｇ／リットルであった。
　そして、比較のために、気体６の溶解度が飽和溶解度になっている飽和液体中におけるナノバブル５の安定性を確認するために、上記と同様の測定を行った。
　飽和液体中にナノバブルを生成してから５．１秒が経過したバブル含有液体を、レーザー回折／散乱式粒度分布計（島津製作所製の商品名「ＳＡＬＤ２１００」）の測定セルに導入して、バブル径分布を測定した。測定に供されたバブル含有液体は、液相部分７が界面活性剤を含む水であって気体６が酸素である気液平衡系のものである。得られたバブル径分布の測定結果を図３に示す。なお、バブル径の計算には、バブルの屈折率を１．３５とし、バブルの平均直径を平均径で示した。図３からも明らかなように、比較例として実験したバブルは、様々なバブル径を持ったブロードなバブルであって、平均直径が約６６μｍであるマイクロバブルであり、ナノバブルの安定性が悪く、ナノバブルがほとんど存在していなかった。また、このとき、界面活性剤を含む水に対する酸素の溶解度は、約１０ｍｇ／リットルであった。
　上記説明から、過飽和溶存液体４における気体６の過飽和溶解度、及び／又は、細孔ユニット２０における多孔壁２２の貫通孔２４の開口径を適切に調整することにより、１μｍ（１０００ｎｍ）よりも小さな直径を有するナノバブル５を含有したこの発明に係るナノバブル含有液体３を作成することができる。したがって、当該ナノバブル含有液体３では、ナノバブル内に含まれる気体６が周囲の液相部分７に溶解してナノバブル５が縮小するというバブル縮小現象を抑制することができ、ナノバブル５が液相部分７の中で比較的安定に存在することができる。
　この発明に係るナノバブル含有液体３ではナノバブル５が液相部分７の中で比較的安定に存在するために、この発明に係るナノバブル含有液体３は、洗浄、浄化、脱臭、殺菌、生物活性等において優れた効果を発揮することができ、電気、機械、化学、農林水産、医療等の様々な分野で利用することができる。
　この発明に係るナノバブル含有液体３で用いられる液相部分７として、純水や水道水やイオン交換水や軟水等の水を始め、塩化ナトリウムや界面活性剤を含む溶液、有機溶媒、又はガソリン等の油類等を例示することができる。また、この発明に係るナノバブル含有液体３で用いられる気体６として、酸素ガスや窒素ガスや水素ガスや炭酸ガスやアルゴンガスやオゾンガスやヘリウムガス、又はメタンガス等の炭化水素ガス等を例示することができる。
　また、上記実施形態では、生成チャンバ１０の底壁に取り付けられた細孔ユニット２０によってナノバブル５を生成させているいわばバッチ式のものである。これに対して、多孔体を含み、生成チャンバの外部に設けられた細孔ユニットが、配管等により生成チャンバに接続された生成システムであって、ナノバブル含有液体が生成システム内を循環する連続式のものとすることもできる。このような細孔ユニットでは、多孔体の外側には加圧された気体が供給される気相空間と、多孔体の内側には液体等が連続的に流れる液相空間とが、円筒状の多孔体を介して隔てられている。その結果、連続的に循環するナノバブル含有液体において、ナノバブルを生成させることができる。
　なお、この発明を理解しやすくするために、具体的な構成や数値を用いて説明したが、これらはあくまでも例示であって、この発明の技術的範囲を限定するものではない。この発明の技術的範囲内において、種々の実施形態や変形例を構成することができることは、当業者には明らかである。
　１　ナノバブル含有液体の生成システム
　３　ナノバブル含有液体
　４　過飽和溶存液体
　５　ナノバブル
　６　気体
　７　液相部分
　８　気相部分
１０　生成チャンバ
１２　ガスボンベ（加圧気体供給装置）
１３　ガスボンベ（ナノバブル生成用気体供給装置）
１６　攪拌装置
１７　水流発生装置
２０　細孔ユニット（ナノバブル生成装置）
２２　多孔壁
２４　貫通孔

Claims (6)

  1. 　直径が１μｍよりも小さなナノバブルと、前記ナノバブルの直径に対応した気体溶解度を有する過飽和溶存液体と、から構成されることを特徴とするナノバブル含有液体。
  2. 　前記気体溶解度は、前記ナノバブル中に含まれる気体の内圧との関係を規定するヘンリーの法則によって得られることを特徴とする、請求項１に記載のナノバブル含有液体。
  3. 　前記ナノバブル中に含まれる気体の内圧と環境圧との差圧は、気体に対する液体の界面張力と、前記ナノバブルの直径との関係を規定するヤング・ラプラスの式によって得られることを特徴とする、請求項２に記載のナノバブル含有液体。
  4. 　前記ナノバブルは、所望とするナノバブルに応じたナノサイズの開口径を有するナノバブル生成装置によって生成されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一つに記載のナノバブル含有液体。
  5. 　前記ナノバブルは、隣接する開口同士が開口径の３倍よりも大きな距離で離間しているナノバブル生成装置によって生成されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一つに記載のナノバブル含有液体。
  6. 　前記過飽和溶存液体は、気相部分と液相部分とが密閉状態で収容された生成チャンバにおいて、加圧された気体で前記生成チャンバ内での気相部分を加圧状態にすることによって、及び／又は、前記生成チャンバ内での液相部分の中に前記ナノバブルを発生させることによって、所望の過飽和度で気体を前記液相部分に溶解させたあと大気圧に戻すことによって生成されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一つに記載のナノバブル含有液体。
PCT/JP2012/007724 2011-12-16 2012-12-03 ナノバブル含有液体 WO2013088668A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011-275710 2011-12-16
JP2011275710A JP2015037765A (ja) 2011-12-16 2011-12-16 ナノバブル含有液体

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013088668A1 true WO2013088668A1 (ja) 2013-06-20

Family

ID=48612145

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2012/007724 WO2013088668A1 (ja) 2011-12-16 2012-12-03 ナノバブル含有液体

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2015037765A (ja)
WO (1) WO2013088668A1 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014226616A (ja) * 2013-05-23 2014-12-08 俊行 門脇 ナノバブル水・フォーム生成器
JP5691023B1 (ja) * 2014-02-15 2015-04-01 株式会社勝電技研 水素水製造装置
JP2015186781A (ja) * 2014-03-26 2015-10-29 トスレック株式会社 ナノバブル製造装置
US10219670B2 (en) 2014-09-05 2019-03-05 Tennant Company Systems and methods for supplying treatment liquids having nanobubbles
CN112345418A (zh) * 2020-10-23 2021-02-09 大连理工大学 一种基于气体水合物的纳米气泡发生方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111417457B (zh) * 2018-03-20 2022-06-14 株式会社岛津制作所 小气泡供给装置以及小气泡分析系统
JP2019181323A (ja) * 2018-04-03 2019-10-24 中西金属工業株式会社 ナノサイズバブル発生器、及びナノサイズバブル発生方法
JP6727384B1 (ja) * 2019-07-31 2020-07-22 株式会社 伊藤園 液体溶媒中への水素分散方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005169359A (ja) * 2003-12-15 2005-06-30 Miyazaki Prefecture 単分散気泡の生成方法
JP2009072649A (ja) * 2007-09-18 2009-04-09 Univ Of Tokyo ナノバブル溶液、ナノバブル溶液を製造する方法及び装置、ナノバブル溶液の利用方法
JP2009101299A (ja) * 2007-10-24 2009-05-14 Fuji Xerox Co Ltd マイクロナノバブル発生方法、マイクロ流路の洗浄方法、マイクロナノバブル発生システム、及び、マイクロリアクター
WO2009107386A1 (ja) * 2008-02-27 2009-09-03 池田好明 飽和水生成器及び飽和水又は飽和液体を生成する装置
JP2011011127A (ja) * 2009-06-30 2011-01-20 Panasonic Electric Works Co Ltd 機能液生成装置
JP2011020097A (ja) * 2009-07-17 2011-02-03 Panasonic Electric Works Co Ltd 浄化装置及び浄化方法
JP2011088076A (ja) * 2009-10-22 2011-05-06 Panasonic Electric Works Co Ltd 気液混合液の生成方法及び気液混合液生成装置
JP2011088050A (ja) * 2009-10-21 2011-05-06 Panasonic Electric Works Co Ltd 生物活性水、生物活性水製造装置、生物活性化方法
JP2011245408A (ja) * 2010-05-26 2011-12-08 Core Technology:Kk 飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法及飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005169359A (ja) * 2003-12-15 2005-06-30 Miyazaki Prefecture 単分散気泡の生成方法
JP2009072649A (ja) * 2007-09-18 2009-04-09 Univ Of Tokyo ナノバブル溶液、ナノバブル溶液を製造する方法及び装置、ナノバブル溶液の利用方法
JP2009101299A (ja) * 2007-10-24 2009-05-14 Fuji Xerox Co Ltd マイクロナノバブル発生方法、マイクロ流路の洗浄方法、マイクロナノバブル発生システム、及び、マイクロリアクター
WO2009107386A1 (ja) * 2008-02-27 2009-09-03 池田好明 飽和水生成器及び飽和水又は飽和液体を生成する装置
JP2011011127A (ja) * 2009-06-30 2011-01-20 Panasonic Electric Works Co Ltd 機能液生成装置
JP2011020097A (ja) * 2009-07-17 2011-02-03 Panasonic Electric Works Co Ltd 浄化装置及び浄化方法
JP2011088050A (ja) * 2009-10-21 2011-05-06 Panasonic Electric Works Co Ltd 生物活性水、生物活性水製造装置、生物活性化方法
JP2011088076A (ja) * 2009-10-22 2011-05-06 Panasonic Electric Works Co Ltd 気液混合液の生成方法及び気液混合液生成装置
JP2011245408A (ja) * 2010-05-26 2011-12-08 Core Technology:Kk 飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法及飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014226616A (ja) * 2013-05-23 2014-12-08 俊行 門脇 ナノバブル水・フォーム生成器
JP5691023B1 (ja) * 2014-02-15 2015-04-01 株式会社勝電技研 水素水製造装置
JP2015150512A (ja) * 2014-02-15 2015-08-24 株式会社勝電技研 水素水製造装置
JP2015186781A (ja) * 2014-03-26 2015-10-29 トスレック株式会社 ナノバブル製造装置
US10596528B2 (en) 2014-03-26 2020-03-24 Tosslec Co., Ltd. Nanobubble-producing apparatus
US10219670B2 (en) 2014-09-05 2019-03-05 Tennant Company Systems and methods for supplying treatment liquids having nanobubbles
CN112345418A (zh) * 2020-10-23 2021-02-09 大连理工大学 一种基于气体水合物的纳米气泡发生方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015037765A (ja) 2015-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013088667A1 (ja) ナノバブルの生成システム及び生成方法
WO2013088668A1 (ja) ナノバブル含有液体
Ulatowski et al. Stability of nanobubbles generated in water using porous membrane system
Yaminsky et al. Stability of aqueous films between bubbles. Part 1. The effect of speed on bubble coalescence in purified water and simple electrolyte solutions
Kukizaki et al. Spontaneous formation behavior of uniform-sized microbubbles from Shirasu porous glass (SPG) membranes in the absence of water-phase flow
Tuziuti et al. Influence of addition of degassed water on bulk nanobubbles
WO2016136762A1 (ja) 微細気泡生成装置
Khirani et al. Microbubble generation through porous membrane under aqueous or organic liquid shear flow
Vladisavljević et al. Preparation of emulsions with a narrow particle size distribution using microporous α‐alumina membranes
Nazir et al. Influence of the emulsion formulation in premix emulsification using packed beds
JP5709130B2 (ja) ミキシング効率に優れる、結晶微粒子の製造方法およびその装置
Jia et al. Full life circle of micro-nano bubbles: Generation, characterization and applications
Jadhav et al. Generation of bulk nanobubbles using a high-shear rotor–stator device
JP2013123701A (ja) 気体溶解液の生成システム及び生成方法
JP2014050817A (ja) 微細気泡の粒径制御方法
Ami Ahmadi et al. Experimental study of bubble-droplet interaction in water; the effect of water salinity on the drainage time
Lee et al. Experimental study on breakup mechanism of microbubble in 2D channel
Jadhav et al. Electrochemically induced bulk nanobubbles
Chen et al. The rise of bubbles in shear thinning viscoelastic fluids
Liu et al. Controlling microbubbles in alcohol solutions by using a multi‐channel ceramic membrane distributor
Terasaka et al. Submilli-bubble dispersion from a slit orifice into water
JP5802878B2 (ja) マイクロナノバブル発生装置
JP4300291B2 (ja) 均一径を持つ微小気泡発生法及び装置
WO2019037759A1 (zh) 生成含有纳米级气泡的液体的方法和系统
JP2006198597A (ja) 微小気泡の作成方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12857635

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12857635

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP