(57)【要約】【課題】導電性の炭素と鉄との接触状態を常に良好に保つことができる環境水への鉄分供給材（水質浄化材）を提供する。【解決手段】炭素および／またはイオン化傾向が鉄よりも上位に置かれる金属を含む薄膜と鉄材とからなり、体積抵抗率：１０３Ω・ｃｍ以下の薄膜を鉄材の表面に被覆する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素および／またはイオン化傾向が鉄よりも上位に置かれる金属を含む薄膜と鉄材とからなり、該薄膜が体積抵抗率：１０3Ω・cm以下であって、該薄膜が鉄材の表面に被覆されている環境水への鉄分供給材。
【請求項２】
前記薄膜が、物理的薄膜形成法あるいは化学的薄膜形成法で形成されたものである請求項１に記載の環境水への鉄分供給材。
【請求項３】
前記物理的薄膜形成法が、イオン打ち込み法、イオンプレーティング法、真空蒸着法あるいはスパッタリング法である請求項２に記載の環境水への鉄分供給材。
【請求項４】
前記化学的薄膜形成法が、CVD法、MOCVD法あるいは炭素めっき法である請求項２に記載の環境水への鉄分供給材。
【請求項５】
前記薄膜が、導電性塗料を用いて形成されたものである請求項１に記載の環境水への鉄分供給材。
【請求項６】
前記導電性塗料の薄膜形成が、刷毛塗り、こてぬり、ロール塗り、スプレーガン吹きあるいはスクリーン印刷のいずれか１種を用いたものである請求項５に記載の環境水への鉄分供給材。
【請求項７】
前記薄膜が、ニッケル、スズ、鉛、銅、金、銀および白金のうちから選んだ１種または２種以上を含む請求項１〜６のいずれかに記載の環境水への鉄分供給材。
【請求項８】
前記薄膜が、膨張黒鉛粉、黒鉛粉、炭素粉、導電性カーボンブラック、炭素繊維およびカーボンナノチューブのうちから選んだ１種または２種以上を含む請求項１〜７のいずれかに記載の環境水への鉄分供給材。
【請求項９】
前記薄膜が、膨張黒鉛粉末、黒鉛粉末、炭素粉、導電性カーボンブラック、炭素繊維、カーボンナノチューブあるいはこれらの混合物を３０〜９０質量％含有する請求項８に記載の環境水への鉄分供給材。
【請求項１０】
前記鉄材が、Ｆｅ含有量：８０質量％以上である請求項１〜９のいずれかに記載の環境水への鉄分供給材。
【請求項１１】
前記薄膜が、前記鉄材表面の１〜９０％を被覆している請求項１〜１０いずれかに記載の環境水への鉄分供給材。
【請求項１２】
前記薄膜が、点状であって、個々の点が円形状、楕円形状、三角形状、四角形状、多角形状、星型、菱型のうちから選んだ１種または２種以上の形状、および／または線状の形状を有する請求項１〜１１のいずれかに記載の環境水への鉄分供給材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性を有する薄膜を鉄材上に形成した環境水への鉄分供給材に関する。
【背景技術】
【０００２】
リンは、環境水（湖沼池、河川、ため池、湾、海域等に存在する水）汚染の原因元素でもある。リンは資源として重要であるが、湖沼や内湾などの水質の汚れの原因になるという負の面も有している。
河川などでは工業排水や農薬の使用によって、水中にリンが多く含まれるようになってきた。リンは、肥料としても大量に農地に散布されている。畜産業からは、家畜のし尿や糞からも、大量のリンが環境水に流れ込んでいる。また、公共下水処理場では、リンを汚泥中に濃縮して処理しているが、処理水の中には、規定値以下ではあるものの一定濃度のリンが含まれている。
さらに、家庭用の洗濯洗剤中にもリンは含まれており、それらが河川などの環境水中に流出している。特に、湖沼・内湾等の閉鎖性水域となる環境水中での富栄養化問題は未だに残っており、環境水の再生が大きな課題となっている。
【０００３】
ここで、内水面の環境に目を転じてみると、緑色の藻が大量に発生し問題となっている。緑色の藻はアオコと呼ばれている。アオコは、水中の窒素およびリン濃度が高くなることに起因して発生するが、やがて、赤潮となり、それによって魚介類が死滅することにもなる。
アオコおよび赤潮の発生は、いずれもリンに基因した現象で、直接はプランクトンの発生によるものである。一旦、アオコや赤潮が発生すると、プランクトンの持つ毒素が発生したり、プランクトンの分解に大量の酸素が消費されたりして、水中の溶存酸素不足が生じ、魚介類が大量死するなどの大きな被害が発生する。
【０００４】
上記した種々の問題に対し、例えば、特許文献１には、畜産し尿の処理に塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄などの凝集処理剤を使用し、排水中のリン除去を行う技術が提案されている。
【０００５】
特許文献２には、鉄塩またはアルミニウム塩とリン酸イオンとを反応させて排水処理を行う技術が提案されている。
【０００６】
特許文献３には、リン酸イオンと反応して固体化する鉄塩またはアルミニウム塩で塊状化させて、排水浄化を行う技術が提案されている。
【０００７】
特許文献４には、下水や工場排水中のリンを除去するために、ポリ硫酸第二鉄やポリ塩化アルミニウムなどの凝集剤を加えて排水中のリンをリン酸鉄に化学変化させて、排水浄化を行う技術が提案されている。
【０００８】
しかしながら、上記した特許文献１〜４に記載の鉄塩等を用いたリンの除去方法では、いずれも鉄イオン等以外のイオンや成分が水中に残留してしまうという問題があった。
すなわち、処理対象水への鉄塩等の添加に伴い、鉄イオン等と結合して鉄塩等を形成している塩化物イオンや硫酸イオン等の対イオンも処理対象水中に添加されることとなる。そして、その結果、処理対象水中の塩化物イオン濃度や硫酸イオン濃度が上昇して、生態系への悪影響が生じるという問題があった。
【０００９】
これらの問題に対し、発明者らは、特許文献５で、水中に溶解するリンを、鉄イオンあるいは亜鉛イオンと反応させて、水に不溶性のリン酸鉄あるいはリン酸亜鉛に変えることで、水中のリンを沈殿物として回収する方法を提案した。
この技術は、金属鉄と炭素繊維とを接触させることにより、水に溶解する鉄イオンを生成させて、水中のリンと反応させ、水に不溶性のリン酸鉄として変化させ沈殿物として回収する技術である。
また、水中の鉄イオンは、金属鉄とイオン化傾向の高い金属とを接触させることによっても生成させることができる。従って、この技術は、水中のリンを、エネルギーを消費することなしに効率的に除去する、環境への負荷のない技術である。
【００１０】
また、発明者らは、特許文献６で、環境水中のアオコの発生を防止するアオコ発生防止材として、炭素繊維と金属鉄とを接触させたものを提案した。この技術では、織物状、不織布状、マット状、シート状、フィルム状、板状、ストランド状および束状の炭素繊維を使用する。また、金属鉄は、水の抵抗が少なくて、鉄イオンの溶出、不溶性のリン酸鉄の生成が容易となる、メッシュ状、網状、板状および貫通孔をもつ板状から選択して使用する。
【００１１】
さらに、特許文献５、６に記載の技術を、畜産関係に利用する技術として提案したものに特許文献７がある。この技術は、炭素繊維と鉄材とを混在させることで、し尿中のリンの除去効果を増大した方法および装置に関する技術である。
【００１２】
特許文献５〜７に記載の技術は、いずれも炭素材として、種々の形態を提案しているが、中でも、前述したように、炭素繊維を用いることが最も好適であると記載している。というのは、炭素材の中でも炭素繊維は、平面上の金属鉄と密着させて接触面積を大きくすることができるだけでなく、金属鉄の形状の変化にも対応することができるからである。
【００１３】
すなわち、特許文献５〜７に記載の技術は、実質的に、炭素繊維を用いる技術であって、炭素繊維の形状変形が良好なこと、比表面積が大きいことを利用して、金属溶出部材との接触面積を大きく保ち、鉄イオンの溶出速度を高めた技術である。また、炭素繊維は機械的強度にも優れているので、自然環境下での使用に適している素材でもある。
【００１４】
しかしながら、上述した利点を持ち、全体としては機械的強度に優れている炭素繊維であっても、繊維の端末からの「ほごれ」は防ぐことができず、「ほごれ」を防止するためには特別の端末処理を必要とするところに問題を残していた。
【００１５】
例えば、フクオカ機業製の炭素繊維織物では、横糸を連続させて織り上げることで、「ほごれ」を防止している。それでも、炭素繊維織物の長手方向（経糸方向）では、「ほごれ」防止ができない。そのため、現状では、「ほごれ」防止のために端末を接着剤などで固定しているのが現状である。
【００１６】
また、炭素繊維を自然環境下で使用した場合、大きな外力がかかることも想定される。このような場合、炭素繊維の破損が懸念される。一旦、炭素繊維の破損が生じると、炭素繊維の「ほごれ」が拡大して炭素繊維の原形を維持することができなくなってしまうことがある。すなわち、このような破損が生じた場合には、環境水中に大量の炭素繊維が散乱することとなって、これを完全に回収することはとても困難な作業になる。
【００１７】
さらに、炭素繊維は、鋭利な形状を持つものによって切断されることも考えられる。例えば、ギロチン状の歯をもつ魚類（例えば、フグやカワハギなど）、カメの歯およびアメリカザリガニのはさみなどである。炭素繊維は、これら鋭利な形状物によって切断された場合、環境水中に大量の炭素繊維が散乱し、これを完全に回収することも、上記同様とても困難な作業となる。
【００１８】
上述したように、炭素繊維の初期形状を維持することは難しい。というのは、海中などで炭素繊維を使用する際、炭素繊維には、波などによってねじれや回転などの複雑な動きが生じるため、炭素繊維の形状変形性の良いことが逆に作用し、初期形状を維持することができなくなるからである。特に、水の流れが速く、流れが乱れている所が多い河川や湖沼では、より炭素繊維の初期形状を維持することが難しくなる。
【００１９】
前述した技術では、炭素繊維と金属鉄とを密着させるために、結束バンド等を使用して外部から押しつける手段を用いる。しかし、この場合、結束バンド等の固定力が弱くなると、炭素繊維と金属鉄材との密着面積が少なくなり、鉄イオンの溶け出し速度が低下してしまうという問題があった。
【００２０】
従って、特許文献５〜７に記載の技術では、水質浄化を開始した初期段階においては、炭素繊維と金属鉄とが良好に接触して密着しているが、時間の経過と共に、金属鉄は溶出してその体積が減少し、炭素繊維と金属鉄との間に空隙が生じて、鉄イオンの溶け出し速度が低下し、その水質浄化能力が低下してしまうという問題があった。
【００２１】
特許文献８には、炭素繊維の持つ「ほごれ」を防ぐために弾性物質を使うことで解決できるとの記載がある。具体的には導電性弾性物質、導電性ゴムあるいは導電性プラスチックを使用している。導電性ゴムを延伸した状態にして接触させておけば、鉄材が溶けて、導電性ゴムと金属鉄との間に空隙が発生したとしても、常に、導電性ゴムと金属鉄との接触状態は維持することができるとある。しかし、金属鉄と炭素材とは、接触した状態にしかすぎないため、鉄溶出性の点で問題を残していた。
【００２２】
特許文献９は、炭素材と鉄材とを接触させることで、水質が浄化されるとともに、ムラサキガイも付着するとある。この発明は、炭素粒と鉄粒とを使用したもので、両者は基本的に点接触である。接触点が消失すると、鉄と炭の反応は生じなくなる。この場合、鉄の溶出は、停止するので、好ましい方法ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】特開２００１−２０５２７３号公報
【特許文献２】特開２００６−２８１１７７号公報
【特許文献３】特開２００８−６８２４８号公報
【特許文献４】特開２００３−３４０４６４号公報
【特許文献５】国際公開番号WO2010/087050 A1号公報
【特許文献６】特許第４９９６６５６号公報
【特許文献７】特許第４５７２３０２号公報
【特許文献８】特許第４９１７６５５号公報
【特許文献９】特許第４５５６０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
ここに、炭素材と鉄材とを接触させて鉄を溶出させる特許文献５〜９に記載の技術の場合、両者の接触点をミクロ的にみると、炭素繊維にしても、導電性ゴムや導電性プラスチックにしても、金属鉄とは機械的に接触させたものであって、ミクロンオーダー、またはナノレベルでの接着あるいは化学的結合をしているわけではない。
しかしながら、最も好ましい状態は、導電性物質と金属鉄とがナノあるいはミクロンオーダーで接着あるいは化学的結合状態で持続することである。
【００２５】
本発明は、上記した現状に鑑み開発されたもので、導電性物質と鉄との接触状態を常に良好に保つことができる環境水への鉄分供給材（水質浄化材）を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
発明者らは、上記した課題を解決するために鋭意検討を重ね、以下の知見を得て本発明を完成させた。
まず、炭素材および／またはイオン化傾向が鉄よりも上位に置かれる金属材（以下炭素材等ととも言う）と鉄材とから作られる鉄分供給材は、次の条件を具備することが必要である。
（１）  炭素材等と鉄材とは常に接触していること、
（２）  炭素材等と鉄材との接触部付近には、常に処理される対象水（環境水）が存在すること、
（３）  炭素材等と鉄材との反応で生じた生成物が、両者の接触部から取り除かれること
である。
【００２７】
上記（１）〜（３）の三条件を達成するために、発明者らは、試行錯誤を繰り返してきた。その結果、この三条件を満足し、さらに、炭素材等と鉄材とを、ミクロンオーダーよりもさらに好ましいナノレベルで接触させることを可能にした。
それは、炭素および／またはイオン化傾向が鉄よりも上位に置かれる金属を主成分として作られた導電性の薄膜を、鉄材に対し、被覆あるいは塗布することである。
【００２８】
鉄板上に形成した薄膜は、製作方法によって膜の厚さが異なる。炭素材等を含む導電性塗料を塗布することで形成される薄膜の厚さは、数１０〜数百μｍである。この方法で作成した塗膜と鉄材とは、比較的強固な接着状況を保持しており、自然の水環境下で、良好な接触状態を維持することができる。
一方、物理的あるいは化学的薄膜形成法で形成した薄膜の厚さは、数μｍオーダーである。この方法で作成した薄膜と鉄材とは、強固な化学的結合状態を保持しており、過酷な環境下でも、良好な接触状態を維持することができる。
【００２９】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．炭素および／またはイオン化傾向が鉄よりも上位に置かれる金属を含む薄膜と鉄材とからなり、該薄膜が体積抵抗率：１０3Ω・cm以下であって、該薄膜が鉄材の表面に被覆されている環境水への鉄分供給材。
【００３０】
２．前記薄膜が、物理的薄膜形成法あるいは化学的薄膜形成法で形成されたものである前記１に記載の環境水への鉄分供給材。
【００３１】
３．前記物理的薄膜形成法が、イオン打ち込み法、イオンプレーティング法、真空蒸着法あるいはスパッタリング法である前記２に記載の環境水への鉄分供給材。
【００３２】
４．前記化学的薄膜形成法が、CVD法、MOCVD法あるいは炭素めっき法である前記２に記載の環境水への鉄分供給材。
【００３３】
５．前記薄膜が、導電性塗料を用いて形成されたものである前記１に記載の環境水への鉄分供給材。
【００３４】
６．前記導電性塗料の薄膜形成が、刷毛塗り、こてぬり、ロール塗り、スプレーガン吹きあるいはスクリーン印刷のいずれか１種を用いたものである前記５に記載の環境水への鉄分供給材。
【００３５】
７．前記薄膜が、ニッケル、スズ、鉛、銅、金、銀および白金のうちから選んだ１種または２種以上を含む前記１〜６のいずれかに記載の環境水への鉄分供給材。
【００３６】
８．前記薄膜が、膨張黒鉛粉、黒鉛粉、炭素粉、導電性カーボンブラック、炭素繊維およびカーボンナノチューブのうちから選んだ１種または２種以上を含む前記１〜７のいずれかに記載の環境水への鉄分供給材。
【００３７】
９．前記薄膜が、膨張黒鉛粉、黒鉛粉、炭素粉、導電性カーボンブラック、炭素繊維、カーボンナノチューブあるいはこれらの混合物を３０〜９０質量％含有する前記８に記載の環境水への鉄分供給材。
【００３８】
１０．前記鉄材が、Ｆｅ含有量：８０質量％以上である前記１〜９のいずれかに記載の環境水への鉄分供給材。
【００３９】
１１．前記薄膜が、前記鉄材表面の１〜９０％を被覆している前記１〜１０いずれかに記載の環境水への鉄分供給材。
【００４０】
１２．前記薄膜が、点状であって、個々の点が円形状、楕円形状、三角形状、四角形状、多角形状、星型、菱型のうちから選んだ１種または２種以上の形状、および／または線状の形状を有する前記１〜１１のいずれかに記載の環境水への鉄分供給材。
【発明の効果】
【００４１】
本発明に従う鉄分供給材は、長期間の使用によって、たとえ鉄材が溶出して体積減少が有ったとしても、炭素材等と鉄材とは、良好な接触状態を維持することができる。その結果、長期間に渡って環境水中に鉄分を供給し、リンおよび窒素という汚染物質を除去する水質浄化効果を維持することができる。
また、海水に鉄分を持続的に供給できるので、海藻や海藻を繁茂させて藻場を形成するとともに、プランクトンの増殖、魚介類の増殖も可能にする。
さらに、鉄材が完全に溶出しても、薄膜は残存するので、回収することも可能である。また、薄膜が水中底部に沈下し、分解したとしても、特に炭素材では、炭素粉あるいは黒鉛粉などが生成するだけである。これらはいずれも天然物であって、生態系に悪影響を及ぼすことはない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】(a)および(b)は、本発明に従う環境水中に対して鉄分を供給する鉄分供給材の例（鉄板に薄膜形成）を示した図である。なお、(a)は、薄膜を片面に形成し(b)は、薄膜を両面に形成したものである。
【図２】本発明に従う環境水中に対して鉄分を供給する鉄分供給材の他の例（鉄棒の外周に薄膜を形成し切断したもの）を示した図である。
【図３】図２に示した鉄分供給材の使用例を示した図である。
【図４】本発明に従う環境水中に対して鉄分を供給する鉄分供給材の例（鉄板に薄膜を形成して積層したもの）を示した図である。
【図５】(a)〜(c)は、本発明に従う環境水中に対して鉄分を供給する鉄分供給材の他の例（薄膜が円形点状）を示した図である。なお、(a),(b)は鉄分供給材を正面から見た図（(a)は、薄膜を片面に形成し(b)は、薄膜を両面に形成）で、(c)は、上面から見た図である。
【図６】(a)〜(c)は、本発明に従う環境水中に対して鉄分を供給する鉄分供給材の例（薄膜が星型点状）を示した図である。なお、(a),(b)は鉄分供給材を正面から見た図（(a)は、薄膜を片面に形成し(b)は、薄膜を両面に形成）で、(c)は、上面から見た図である。
【図７】(a)〜(c)は、本発明に従う環境水中に対して鉄分を供給する鉄分供給材の例（薄膜が線状）を示した図である。なお、(a),(b)は鉄分供給材を正面から見た図（(a)は、薄膜を片面に形成し(b)は、薄膜を両面に形成）で、(c)は、上面から見た図である。
【図８】実施例に使用した鋼材の外観を示す写真である。
【図９】実施例に使用した鋼材の浸食後の外観を示す写真である。
【図１０】実施例に使用した鋼材の塗膜の端部の様子を示す写真である。
【図１１】図10の左側１/４付近に見られる赤褐色物を拡大した写真である。
【図１２】実体顕微鏡で観察した塗膜のある鋼板断面の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明における環境水への鉄分供給材は、図１に示すように、炭素材等を含む薄膜と鉄材とからなり、この薄膜の導電性が体積抵抗率：１０３Ω・ｃｍ以下であって、薄膜と鉄材とが密接に接着（被覆）していることが重要である。
本発明における接着とは、塗膜の付着力を評価する実用的な試験として広く用いられている、セロハンテープを強く圧着させて引き離す方法で評価する。
すなわち、塗膜にセロハンテープを強く圧着させて引き離し、剥離しないものを本発明における密接に接着しているという。さらに、塗膜にカッターナイフで格子状（５mm間隔）の切込みを入れて格子パターンを作成し、それにセロハンテープを強く圧着させ引き離し、剥離しないことがより好ましい接着状態である。
【００４４】
ここに、本発明に用いる薄膜の導電性は、上述したとおり、体積抵抗率で１０３Ω・ｃｍ以下とすることが必要であるが、体積抵抗率が１０３Ω・ｃｍを超えると、良好な鉄イオンの流出作用が望めないからである。一方、その下限値は特に制限はないが、純粋な炭素の比抵抗が１０−３Ω・ｃｍ程度であることを考えると、１０−３Ω・ｃｍ程度である。
なお、体積抵抗率は含有物質の含有量によって異なるものである。また、本発明において、体積抵抗率の測定方法は従来公知の方法が使用できるが、例えば、ＪＩＳ  Ｋ  ７１９４の「導電性プラスチックの４探針法による抵抗率試験方法」に準拠する方法で測定することができる。
【００４５】
本発明では、炭素を含む薄膜を、物理的薄膜形成法あるいは化学的薄膜形成法で形成することができる。
具体的には、鉄材表面に、イオン打ち込み法、イオンプレーティング法、真空蒸着法あるいはスパッタリング法などの物理的薄膜形成方法で炭素を含む薄膜を形成するか、または、CVD法、MOCVD法あるいは炭素めっき法などの化学的薄膜形成方法で、炭素薄膜を形成することで、炭素を含む薄膜を形成することができる。
【００４６】
これら、物理的薄膜形成法あるいは化学的薄膜形成法で形成された炭素を含む薄膜の特徴は、
（１）  膜厚は、数μｍ以下である、
（２）  密着強度が大きい、
（３）  表面の堅牢性に優れている、
（４）  万一、剥離が生じた場合でも水環境への負荷がない
である。
【００４７】
他方、前記した炭素材等を含む薄膜は、導電性塗料を用いて形成することも可能である。
この導電性塗料は、膨張黒鉛粉、黒鉛粉、炭素粉、導電性カーボンブラック、炭素繊維およびカーボンナノチューブのうちから選んだ１種または２種以上を含むことが好ましく、これら、膨張黒鉛粉末、黒鉛粉末、炭素粉、導電性カーボンブラック、炭素繊維、カーボンナノチューブあるいはこれらの混合物は、導電性塗料に対して、３０〜９０質量％含有することが好ましい。
というのは、３０質量％に満たないと、導電性を失活するおそれがあり、一方、９０質量％を超えると、膜としての強度を保持できなくなるおそれがあるからである。
【００４８】
前記導電性塗料の薄膜形成方法は、刷毛塗り、こてぬり、ロール塗り、スプレーガン吹きあるいはスクリーン印刷のうちから選ぶのが好ましい。
これらの薄膜形成方法は、最も、簡便かつ経済性や、生産性、複雑形状をもつ鉄材への作業容易性等に優れているからである。
【００４９】
本発明に従う炭素材等を含む薄膜は、黒鉛粉、膨張黒鉛粉、炭素粉、導電性カーボンブラック、炭素繊維、カーボンナノチューブ、切断された炭素繊維、チョップドストランド状の炭素繊維およびミルド状の炭素繊維などを添加することによって、導電性を付与することができる。あるいは、イオン化傾向が鉄よりも上位に置かれる金属、例えば、ニッケル、スズ、鉛、銅、金、銀および白金などを、粉末状、フィラメント状またはハク状の形で含ませることによっても導電性を付与することができる。
なお、薄膜の電気抵抗は、複合則に従うので、前記した薄膜は、使用する炭素材等の導電体含有量が高いほど、電気抵抗は小さくなって導電性が高くなる。
【００５０】
本発明に用いる鉄材としては、Ｆｅ含有量で８０質量％以上の純鉄であれば、好適に使用することができる。ここに、Ｆｅ含有量が８０質量％に満たないと、鉄材の表面におけるＦｅ組織の専有面積が下がり、炭素を含む薄膜との接触状態が不十分となるおそれがある。また、環境水への不要なイオンの溶け出しも起こるため、クロムや鉛などの有害金属を含む鉄材は、使用を避けなければならない。
なお、本発明に用いる鉄材の形態は、鉄板、鉄棒、鉄筋、塊、メッシュ、線、粉など、通常の純鉄の形態のいずれもが使用可能である。
【００５１】
前記薄膜は、前記鉄材表面の１〜９０％の範囲を被覆していることが好ましい。
というのは、被覆範囲が１％に満たないと、本発明の鉄溶出効果が十分に得られないおそれがあり、一方、９０％を超えると、鉄溶出面が不足して鉄溶出量が所望量出なくなるおそれがあるからである。
【００５２】
前記薄膜が、点状であって、個々の点が円形状、楕円形状、三角形状、四角形状、多角形状、星型、菱型のうちから選んだ１種または２種以上の形状、および／または線状の形状を有することが好ましい。
ここで、図２〜７に、本発明に従う鉄分供給材の実施形態を例示する。
図２には、鉄棒の外周に薄膜を形成した鉄分供給材を示す。実際に用いるときは、図３に示したように、幾つかをまとめて、例えば、麻袋などの入れ物に入れて、所望の環境水中に設置すれば良い。  
また、図４に示したように、鉄板に薄膜を積層形成したのち、切断して断面を使用することもできる。
図５〜７は、上記点状形状および／または線状の形状の薄膜の例示である。
また、球状、粒状鉄材への塗膜形成は、積み重なることが無いよう、一様に配置した粒鉄あるいは鉄球の上面部にスプレーで吹き付ける、あるいはローラーで塗るなどの方法でも塗布できる。
なお、本発明では、常に同じ形状で薄膜を繰返し形成しなくても良く、例えば、図５の形状と図７の形状が同一鉄板状に形成されても問題はない。
【００５３】
これら、炭素材等を含む薄膜を形成した環境水への鉄分供給材は、次の利点をもつ。
（１）  薄膜の接着性が高い、
（２）  膜厚の制御がごく薄い範囲（例えば、数ｎｍ）でも可能、
（３）  曲面をもつ鉄材、複雑形状をもつ鉄材に対して使用できる、
（４）  膜厚の管理が容易
（５）  パターン印刷ができる
（６）  自然に優しい水溶性バインダーが使用できる、
（７）  作業性がよい、
（８）  経済性がよい、
（９）  粒状、球状、棒状および線状の鉄材上に所定の面積、厚さ、形で薄膜が形成できる、
といった点である。
【００５４】
さらに、導電性塗料においては、
（１０）  導電性塗料の電気伝導度を制御することで、炭素材と鉄材との反応速度が制御できる、
（１１）  大判の鉄板、鉄棒に導電性塗料を塗布後、切断することで、活性な鉄材表面を露出され、水質浄化材および鉄分供給材として使用できる、
（１２）  異形鉄材の表面上に導電性塗膜を形成した後、切断することで、活性な鉄材表面を露出され、水質浄化材および鉄分供給材として使用できる。
（１３）  生分解性塗料を使用するので、使用後でも環境への負荷が少ない、
（１４）  塗膜形成方法（塗装方法）は、ハケ塗り、ローラー塗り、吹付け塗装、エアスプレー、ロールコーター、焼き付け塗装、浸漬塗り（どぶ漬け）、電着塗装、静電塗装、粉体塗装、紫外線塗装等で作成することができる
といった利点がある。
【００５５】
この技術を活用した商品には、次のものが考えられる。
（１）  環境水  ：アオコ発生抑止材、アカシオ発生抑止材、水草発生防止材、水質浄化材、  
（２）  水槽    ：養魚槽、高架水槽（屋上水槽）、各種水槽、水輸送容器、水保管容器、緊急時対策用水貯留容器、  学校プール、防火用水槽、ビルピット、ビル地下水槽（緊急用）、雨水貯留水槽（離島、山小屋）
（３）  輸送容器：タンカー、タンクローリー、活魚用水槽、パイプライン、
（４）  藻場    ：藻場再生材、（牡蠣）着卵材、魚介類蝟集材  
（５）  土木    ：ケーソン、浮き桟橋、浮き魚礁、
（６）  その他  ：水耕栽培での鉄分供給材
【実施例】
【００５６】
〔実施例１〕
炭素材を含む導電性塗料を鉄板上に塗布することで、鉄材の溶出が生じるか検討を行った。
まず、亜鉛メッキ鋼板（久宝金属製作所、H7570、厚さ：0.25mm）の表面にテープを張り付けてマスキングを行い、塗膜面の形成部と、非形成部とを作成した。なお、亜鉛メッキ中の鉄含有率は、６〜11質量％であった。そこに、水溶性塗料に黒鉛微粉末を加えて混合分散させて導電性塗料を作成した。黒鉛微粉末の添加量は、水溶性塗料に対し６０質量％とした。黒鉛を添加した塗料を、亜鉛メッキ鋼板上に塗布した。数日後、塗料が硬化したことを確認後、テープをはがし取った。
製作した試料の初期質量および亜鉛メッキ鋼板の面積、塗膜の面積を測定した。
使用した鋼材の外観を図８に示す。鋼材の大きさは、21.3mm×29.8mmであった。塗膜面の大きさは、9.7mm×10.8mmであった。鋼材表面にしめる塗膜面の割合は、15.2％であった。
この試料を、タコ糸で緩やかに縛り、２Lビーカー中に入れた水道水の中につり下げ、マグネチックスターラーで緩やかに撹拌した。20日後、ビーカー内が白濁し始めた。これは鉄板上にめっきした亜鉛が浸食され白濁した結果で、鋼板表面にメッキした亜鉛が溶出したことを示す。
所定期間経過後、各試料を引き上げ水洗乾燥した後、質量を測定した。
【００５７】
明確な質量の変化は見られなかった。しかし、各試料の亜鉛メッキされた鋼板表面を観察すると、塗膜の周囲は、浸食が生じ、表面の金属光沢が消えていた。塗膜面のない鋼板表面は光沢が消失し、浸食の生じたことを示す。光沢の消失部位は、塗膜から６mm以内であった。浸食後の鋼板の外観を図９に示す。
上記鋼板の表面を実体顕微鏡で観察した。浸食は、塗膜の端（境界部）から発生し、塗膜からの距離が大きくなるほど、浸食の度合いは少なくなった。
さらに、塗膜の端部には、赤褐色部分が肉眼でも見られた。赤褐色物を顕微鏡で観察すると、浸食部に露出していた。その様子を、図10に示す。下部は塗膜面、上部は浸食された鋼板面。境界部の束状の白色物は、浸食された亜鉛化合物、赤褐色物は鉄化合物である。
【００５８】
顕微鏡の倍率をさらに高めて、図10の左側１/４付近に見られる赤褐色物を観察した。それを図11に示す。粒状、微粉末状、溶融状の鉄関係物が見られる。この赤褐色物は、鋼板表面の亜鉛膜が除去され、基盤を構成する鉄材が浸食を受けたことを示している。
一方、比較例の塗膜の無い鉄材表面は、実験開始前とほぼ同様で、浸食の生じたことは観察されなかった。
【００５９】
従って、炭素材を含む導電性塗料を鉄板上に塗布することで、鉄材の溶出が生じることが分かった。
【００６０】
〔実施例２〕
鉄材の表面に導電性塗料を塗布して塗膜を形成し、水中に浸けた場合の、鉄の溶解状況を検討した。使用した材料は、次の３種類であった。  
Ｎｏ．１  亜鉛メッキ鋼板に導電性シート（電子顕微鏡用試料作成用）を１cm間隔で鉄材の両面に張り付けたもの（10cm×15cm、17.5ｇ）
Ｎｏ．２  亜鉛メッキ鋼板に導電性塗料を１cm間隔で両面に塗装したもの（１０ｃｍ×１５ｃｍ、16.4g  ）    
Ｎｏ．３  亜鉛メッキ鋼板（比較材）（６ｃｍ×１５ｃｍ、9.8g）  
導電性塗料は、市販水溶性塗料に黒鉛微粉末を分散して作成した。塗膜は、鉄板状に厚さ：約０．１２ｍｍ、幅：１ｃｍの帯状膜を１ｃｍ間隔で塗布した。
上記３種類の試料は、１％の塩化ナトリウム水溶液をいれた２Ｌのビーカー内に吊りさげ、スターラーで緩やかに撹拌した。５０時間後、各試料は、水で洗浄，乾燥した。その後、鉄板の重量を測定した。鉄板の表面状況は、実体顕微鏡で観察した。また、鉄板の断面は顕微鏡で観察し板厚を求めた。  
【００６１】
炭素塗膜を持つ鉄板をつりさげたビーカー内の水溶液には、白色沈殿が生成した。これに対し、塗膜を持たない鉄板のみの場合には、透明のままであった。５０時間後、鉄板を取り出し、付着していた白色沈殿を取り除き、乾燥後、重量を測定した。
結果を表１に記載する。
【００６２】
【表１】
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【００６３】
No.3では僅か0.03gしか減少していないが、No.1では0.10ｇ、No.2は0.25gも低下した。
ついで、鉄板の断面を顕微鏡で観察し、板厚を求めた。使用前の鋼板の厚さは、150μｍであった。それに対し、No.1およびNo.2では120〜140μｍであった。
さらに、生成した白色沈殿をろ過して回収し、乾燥後、重量を測定した。炭素塗膜のないＮｏ．３では0.001ｇであったが、Ｎｏ．１およびＮｏ．２では0.4〜0.5ｇであった。
【００６４】
以上の結果から、炭素を含む塗膜をもつ鉄板は、鉄の溶出が促進されていることが分かる。なお、白色沈殿の生成は、使用した鋼板には、亜鉛メッキされていたので、鉄板が溶解する前に、表面層を形成していた亜鉛が溶解して水酸化亜鉛が析出したことによる。
【００６５】
また、実体顕微鏡で鋼板表面を観察すると、導電性炭素膜をもつＮｏ．１およびＮｏ．２と、鉄板のみのＮｏ．３とでは、明らかに表面性状が異なり、前二者は浸食（鉄の溶出）されていることが明白であった。
さらに、塗膜のある鋼板の断面を実体顕微鏡で観察した。その様子を図12に示す。上部が塗膜、中央部が鋼材の断面部である。鋼材の下半分は白色であるが、上半分は赤褐色になっている。これは塗膜付近から浸食され赤褐色の鉄化合物の生成を示している。
【００６６】
上記実施例では、導電性塗料を用いているが、物理的薄膜形成法あるいは化学的薄膜形成法で形成された薄膜であっても、同様の効果を得られることを確認している。また、黒鉛微粉末に変えて、導電性塗料に、ニッケル、スズ、鉛、銅、金、銀および白金等のイオン化傾向が鉄よりも上位に置かれる金属や、膨張黒鉛粉、黒鉛粉、炭素粉、導電性カーボンブラック、炭素繊維およびカーボンナノチューブ等のうちから選んだ１種または２種以上を混合したとしても同様の効果を得られることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明に従う環境水への鉄分供給材を利用することにより、環境水中のリンや窒素の濃度を効果的に抑制し、その抑制効果を長期間維持することができ、もって環境水汚染防止等の環境の維持に大きく貢献する。また、海水中に鉄分を持続的に供給することができるので、貝類や海藻などの成長を促すこともできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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