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技術 水の改質方法及び装置

出願人 有限会社東光ステンレス
発明者 服田博年
出願日 2001年11月20日 (18年4ヶ月経過) 出願番号 2001-354083
公開日 2003年5月27日 (16年10ヶ月経過) 公開番号 2003-154378
状態 特許登録済
技術分野 中和・改質 セラミックスの後処理
主要キーワード 複合酸化物被膜 硝子ビーズ 接触通過 アルミナ主体 セラミックスボール 水改質装置 改質作用 被覆対象
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2003年5月27日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

セラミックボール硝子ビーズ等の表面に二酸化チタン二酸化ゲルマニウム複合酸化物被膜を形成することにより、道管内の腐食の原因となる酸化還元電子を低減させる。

解決手段

金属酸化物を水中に配し、水中の酸化還元電位を低下させる水改質方法。表面に金属酸化物を担持したセラミックス担体を水中に配置し、水中の酸化還元電位を低下させるようにした水改質装置チタン酸イオンゲルマン酸の混合溶液を水で希釈し、この希釈溶液セラミックスを浸せきし、その後に水分が蒸発するまで加熱し、さらに400℃以上の温度で再加熱してセラミックスの表面に二酸化チタンと二酸化ゲルマニウムの複合酸化物被膜を形成する方法。

概要

背景

水道水工業用水等の水質改質するため、水中に焼結セラミックスを配置し、水を接触通過させることにより、水質の改善を行うことが知られている。セラミックスと接触させることで、水の表面張力が増加し、また水分子動き易くなり、水のカルキ臭を低減し、洗浄性能を向上させられるのである。

概要

セラミックボール硝子ビーズ等の表面に二酸化チタン二酸化ゲルマニウム複合酸化物被膜を形成することにより、道管内の腐食の原因となる酸化還元電子を低減させる。

金属酸化物を水中に配し、水中の酸化還元電位を低下させる水改質方法。表面に金属酸化物を担持したセラミックス担体を水中に配置し、水中の酸化還元電位を低下させるようにした水改質装置チタン酸イオンゲルマン酸の混合溶液を水で希釈し、この希釈溶液にセラミックスを浸せきし、その後に水分が蒸発するまで加熱し、さらに400℃以上の温度で再加熱してセラミックスの表面に二酸化チタンと二酸化ゲルマニウムの複合酸化物被膜を形成する方法。

目的

本発明の目的は、金属酸化物を用いて水中の酸化還元電位を抑制または低下させ、配管の錆や腐食を防止することである。

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

金属酸化物を水中に配し、水中の酸化還元電位を低下させる水改質方法

請求項2

表面に金属酸化物を担持したセラミックス担体を水中に配置し、水中の酸化還元電位を低下させるようにした水改質装置

請求項3

前記金属酸化物が二酸化チタン二酸化ゲルマニウム複合酸化物である請求項2に記載の水改質装置。

請求項4

チタン酸イオンゲルマン酸の混合溶液を水で希釈し、この希釈溶液セラミックスを浸せきし、その後に水分が蒸発するまで加熱し、さらに400℃以上の温度で再加熱してセラミックスの表面に二酸化チタンと二酸化ゲルマニウムの複合酸化物の被膜を形成する方法。

請求項5

四塩化ゲルマニウムおよび四塩化チタン混合有機溶液加水分解により前記チタン酸イオンとゲルマン酸の混合溶液を生成する請求項4に記載の方法。

請求項6

前記チタン酸イオンとゲルマン酸の混合溶液を1000倍から10000倍の水で希釈する請求項4に記載の方法。

請求項7

チタン酸イオンとゲルマン酸の混合溶液を水で希釈し、この希釈溶液にセラミックス担体を浸積し、その後に加熱して水を蒸発させ、さらに400℃以上で加熱して前記セラミックス担体に二酸化チタンと二酸化ゲルマニウムの複合酸化物を担持した水改質用セラミックス。

請求項8

前記セラミックス担体がセラミックスボールである請求項7に記載の水改質用セラミックス。

技術分野

0001

本発明は水道水や工業水を改質する装置に関する。

背景技術

0002

水道水、工業用水等の水質を改質するため、水中に焼結セラミックスを配置し、水を接触通過させることにより、水質の改善を行うことが知られている。セラミックスと接触させることで、水の表面張力が増加し、また水分子動き易くなり、水のカルキ臭を低減し、洗浄性能を向上させられるのである。

発明が解決しようとする課題

0003

しかしながらこのようにセラミックスを通過した水は、水中の酸化還元電位が増加し、配管内の錆の発生や腐食を進行させる原因となることがあった。

0004

水の酸化還元電位を決めている主成分は、溶存酸素遊離塩素、鉄やマンガン等の金属イオン、あるいは有機物などがあげられ、これらはセラミックスと接触することにより化学反応を起こし、酸化還元物質を増加させたり、新たな酸化還元物質を生成することがあり、これらが錆や腐食を増進させるのである。

0005

本発明の目的は、金属酸化物を用いて水中の酸化還元電位を抑制または低下させ、配管の錆や腐食を防止することである。

課題を解決するための手段

0006

本発明は、金属酸化物を水中に配し、水の酸化還元電位を低下させる水改質方法である。

0007

また、本発明は、表面に金属酸化物を担持したセラミックス担体を水中に配置し、水中の酸化還元電位を低下させる水改質装置である。

0008

さらに本発明は、チタン酸イオンゲルマン酸の混合溶液を水で希釈し、この希釈溶液にセラミックスを浸せきし、その後に水分が蒸発するまで加熱し、さらに400℃以上の温度で再加熱してセラミックスの表面に二酸化チタン二酸化ゲルマニウム複合酸化物被膜を形成する方法である。

0009

さらに本発明は、チタン酸イオンとゲルマン酸の混合溶液を水で希釈し、この希釈溶液にセラミックス担体を浸せきし、その後に加熱して水を蒸発させ、さらに400℃以上で加熱して前記セラミックス担体に二酸化チタンと二酸化ゲルマニウムの複合酸化物を担持した水改質用セラミックスである。

0010

金属酸化物により水中の酸化性還元性を有するイオン化合物酸化あるいは還元することにより、水の酸素還元電位を抑制ないしは低下することができ、これにより配管の錆や腐食の進行を妨げる。

0011

セラミックスは水の表面張力の増加や水分子の動き易さ等の水の改質機能をもち、これによりカルキ臭を低減し、また水の洗浄能力を高められるが、その反面セラミックスを通過した水は、水中の酸化還元電位が増加し、配管内の錆の発生や腐食の進行の原因となるので、セラミックスがもつ本来の機能を維持するために、セラミックスの表面を覆う被覆材料は水と接触したときに酸化性あるいは還元性物質と反応し、それら物質酸化還元能を無くす必要がある。

0012

そのためには酸化性物質あるいは還元性物質中の電子を引き寄せたり与えたりする機能を有する材料での被覆を必要とする。これらに適合する材料は半導体性を有しマイナスイオンを発生しやすい高誘電率の材料が好ましく、これらの材料には二酸化チタン、二酸化スズ、二酸化ゲルマニウム、二酸化ケイ素酸化亜鉛等があげられる。しかし、水の中で安定的に存在することが必要なことから、二酸化チタンや二酸化ゲルマニウム、二酸化ケイ素等が最も望ましい。

0013

セラミックスに坦持する必要から二酸化チタン単独でも機能を持つことが考えられるが、より好ましくは二酸化チタンと二酸化ゲルマニウムの複合酸化物があげられる。二酸化ゲルマニウムはゲル状を呈しやすく、二酸化チタンを取り込み複合の被膜をセラミックスに形成しやすい。

発明を実施するための最良の形態

0014

以下、本発明の実施の形態を説明する。

0015

金属酸化物やセラミクスに担持する二酸化チタンと二酸化ゲルマニウムの複合酸化物の被覆材料の合成にあたり、まず、四塩化ゲルマニウムおよび四塩化チタンを水と混合しない有機溶媒で調製する。

0016

このときの有機溶媒としては、例えばシクロヘキサンベンゼントルエンキシレンn-ヘキサンなど、水と混合しない有機溶媒が好ましい。これら有機溶媒に数〜数十重量%の濃度となるように、四塩化ゲルマニウムあるいは四塩化チタンを混合した混合溶液をつくる。

0017

ここに同じ濃度の四塩化ゲルマニウムと四塩化チタンの混合溶液の同体積を混合し、その四塩化ゲルマニウムと四塩化チタン混合物を水を含んだ有機溶媒による加水分解で有機溶媒から黄色溶液として分離させる。このときの加水分解反応は有機溶媒の沸点より低い温度に加熱しながら行い、加水分解に伴い発生する塩化水素を反応系から除去する。加水分解に用いる水を含んだ有機溶媒は水と混合する化合物が好ましい。この水と混合する化合物にはメタノールエタノールイソプロパノールアセトンエチレングリコールなどがある。より好ましくは水分子が有機分子に1個または2個配位するメタノールやアセトンである。また、水分は1重量分率から5重量分率が好ましい。

0018

いまここで、四塩化ゲルマニウムと四塩化チタンのシクロキサン溶媒中で、アセトン水溶液による加水分解で生成した化合物の紫外可視近赤外スペクトル図1に示す。

0019

スペクトルに示されているように、主な吸収は近赤外部では水とカルボニル基による吸収が1900nmに水による吸収が2250nmに、炭化水素による小さな吸収が1400nm、1700nm付近2100nmと2400nmから2500nmにあらわれている。また可視の500nmから紫外にかけて主にTi-O結合と見られる吸収がある。

0020

次に図2に可視から紫外にかけてのスペクトルを示す。

0021

呈色を示す吸収が420nm付近にあらわれている。紫外部の吸収は二酸化チタン粉末に類似している。着色は三価チタンの存在によるものと考えられる。

0022

同じく赤外スペクトル図3に示す。

0023

赤外スペクトルは3700cm-1から2700cm-1におけるブロードピークは主に水を、1700cm-1から1000cm-1はアセトンによる吸収ピークが、1000cm-1以下のブロードなピークはチタンならびにゲルマニウム酸化物による吸収と考えられる。

0024

前記被覆材料に用いる黄色溶液は水に1000倍から10000倍に希釈する。この液は半年以上安定である。希釈した液は被覆対象の金属酸化物やセラミックスが液で浸る程度に加え充分浸透する程度時間をおく。好ましくは6時間から12時間である。つぎに液を加熱し、水分を蒸発除去して、金属酸化物をセラミックス上に担持させる。これをさらに、400℃から550℃で2時間から4時間加熱し、セラミックスの表面に金属酸化物の被膜を形成させる。

0025

次に、本発明による水改質効果を、以下に比較例と本発明の実施例との対比に基づいて示す。

0026

(比較例1)セラミックボール(宇治電化製、直径、約5mmの色の焼結体、主成分はシリカおよびアルミナ主体とした直径5mm)に市水に浸せきさせ、その酸化還元電位を市水そのままの場合とで比較した。酸化還元電位は東亜電波工業(株)製pH meter HM-60Vで測定した。

0027

図4に酸化還元電位の時間変化を示す。また、表1には図に示した値を示す。セラミックボールのみでは測定開始1分後から酸化還元電位が市水の酸化還元電位よりも高電位になり、その後も市水のより速い速度で、酸化還元電位が上昇を続けた。

0028

ID=000003HE=055 WI=081 LX=0645 LY=2150
(実施例1)被覆材料の黄色溶液を希釈したものの中に、上記セラミックボールを6時間から12時間浸せきさせ、次に水分を200℃で加熱蒸発除去し、セラミックボール上に担持させた。これをさらに500℃で3時間加熱し二酸化チタン/二酸化ゲルマニウム被膜を形成させた。この二酸化チタン/二酸化ゲルマニウムで表面被覆したセラミックボールを用いて同様に酸化還元電位を測定した。

0029

その結果を図5および表2に示す。この結果から二酸化チタン/二酸化ゲルマニウムを被覆したセラミックボールでは酸化還元電位の上昇を市水より抑制することができた。

0030

ID=000004HE=055 WI=097 LX=0565 LY=0550
(比較例2)硝子ビーズのみを用いて同様に市水との酸化還元電位の経時変化を測定した。測定結果図6および表3に示す。ガラスビーズのみでは酸化還元電位は市水より高電位となる。

0031

ID=000005HE=055 WI=076 LX=0220 LY=1400
(実施例2)被覆材料の黄色溶液を希釈したものの中に、硝子ビーズを6時間から12時間浸せきさせ、次に水分を200℃で加熱蒸発除去し、これをさらに500℃で3時間加熱し、二酸化チタン/二酸化ゲルマニウム被膜を形成させた。この二酸化チタン/二酸化ゲルマニウムで表面被覆した硝子ビーズを用いて同様に酸化還元電位を測定した。結果を図7および表4に示す。

0032

この結果から二酸化チタン/二酸化ゲルマニウムを被覆した硝子ビーズでは、初期の酸化還元電位は市水よりも高いものの、酸化還元電位の上昇は安定しており、5分で市水より低電位となった。

0033

発明の効果

0034

本発明によれば、水中において酸化還元電位を上昇させるセラミックボールや硝子ビーズの表面を金属酸化物で被覆し、酸化還元電位の上昇を抑制し、水道配管内の腐食や錆の発生を抑制することが可能となる。

0035

とくにセラミックスの表面に金属酸化物の被膜を形成することにより、セラミックスのもつ水の改質作用である表面張力の増加や水分子の運動活発化等を維持しつつ、酸化還元電位の上昇抑制が可能となる。

図面の簡単な説明

0036

図1アセトン水溶液による加水分解で生成した化合物の紫外・可視・近赤外スペクトルを示す図。
図2アセトン水溶液による加水分解で生成した化合物の可視から紫外にかけての透過スペクトルを示す図。
図3アセトン水溶液による加水分解で生成した化合物の赤外吸収スペクトルを示す図。
図4セラミックボールを市水に浸せきさせた時の市水との酸化還元電位の時間変化を示す図。
図5セラミックボールを二酸化チタン/二酸化ゲルマニウムで被覆したものを市水に浸せきさせた時の市水との酸化還元電位の時間変化を示す図。
図6ガラスビーズを市水に浸せきさせた時の市水との酸化還元電位の時間変化を示す図。
図7硝子ビーズを二酸化チタン/二酸化ゲルマニウムで被覆したものを市水に浸せきさせた時および市水との酸化還元電位の時間変化を示す図。

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