(57)【要約】【課題】長期的に、安定して保存することができる、膨潤ミセルの粒径がナノレベルで揃っている単分散ナノエマルジョン溶液およびその製造方法を提供する。【解決手段】水と油と界面活性剤を含む単分散ナノエマルジョン溶液であって、前記単分散ナノエマルジョン溶液はＷ／Ｏ型またはＯ／Ｗ型の膨潤ミセルを含み、該膨潤ミセルの平均粒径が３０−８０ｎｍであり、かつ、粒径の標準偏差σが１０ｎｍ以下である単分散ナノエマルジョン溶液およびその製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と油と界面活性剤を含む単分散ナノエマルジョン溶液であって、
前記単分散ナノエマルジョン溶液はＷ／Ｏ型またはＯ／Ｗ型の膨潤ミセルを含み、該膨潤ミセルの平均粒径が３０−８０ｎｍであり、かつ、粒径の標準偏差σが１０ｎｍ以下であることを特徴とする単分散ナノエマルジョン溶液。
【請求項２】
前記単分散ナノエマルジョン溶液中の膨潤ミセルが、前記平均粒径および前記粒径の標準偏差σの数値範囲内のままで３年以上存続しているものであることを特徴とする請求項１に記載の単分散ナノエマルジョン溶液。
【請求項３】
前記単分散ナノエマルジョン溶液に含まれる前記水の質量が、前記水と前記油の合計質量の３０％以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の単分散ナノエマルジョン溶液。
【請求項４】
水と油と界面活性剤を用いて単分散ナノエマルジョン溶液を製造する単分散ナノエマルジョン溶液の製造方法であって、
前記水をタンク内に収容し、
前記タンク内に、表面に前記油をなじませた親油性の固相担体を投入し、
前記タンク内に界面活性剤を投入することにより、前記タンク内の固相担体の表面に、該表面側から順に油層、界面活性剤の層、水層からなる連続層を形成して両連続状態を形成し、
前記タンク内に、前記油を投入することにより、前記タンク内の固相担体の表面からＷ／Ｏ型の膨潤ミセルを遊離させた後、
前記固相担体を分離して、
前記膨潤ミセルの平均粒径が３０−８０ｎｍであり、かつ、粒径の標準偏差σが１０ｎｍ以下の前記単分散ナノエマルジョン溶液を製造することを特徴とする単分散ナノエマルジョン溶液の製造方法。
【請求項５】
前記固相担体を、粉末状の活性炭とすることを特徴とする請求項４に記載の単分散ナノエマルジョン溶液の製造方法。
【請求項６】
前記タンク内に収容する水の質量を、該水と前記タンク内に投入する油の合計質量の３０％以上とすることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の単分散ナノエマルジョン溶液の製造方法。
【請求項７】
水と油と界面活性剤を用いて単分散ナノエマルジョン溶液を製造する単分散ナノエマルジョン溶液の製造方法であって、
前記油をタンク内に収容し、
前記タンク内に、表面に前記水をなじませた親水性の固相担体を投入し、
前記タンク内に界面活性剤を投入することにより、前記タンク内の固相担体の表面に、該表面側から順に水層、界面活性剤の層、油層からなる連続層を形成して両連続状態を形成し、
前記タンク内に、前記水を投入することにより、前記タンク内の固相担体の表面からＯ／Ｗ型の膨潤ミセルを遊離させた後、
前記固相担体を分離して、
前記膨潤ミセルの平均粒径が３０−８０ｎｍであり、かつ、粒径の標準偏差σが１０ｎｍ以下の前記単分散ナノエマルジョン溶液を製造することを特徴とする単分散ナノエマルジョン溶液の製造方法。
【請求項８】
前記タンク内に投入する水の質量を、該水と前記タンク内に収容する油の合計質量の３０％以上とすることを特徴とする請求項７に記載の単分散ナノエマルジョン溶液の製造方法。
【請求項９】
前記単分散ナノエマルジョン溶液を製造するとき、前記タンク内の温度を４５−６０℃とすることを特徴とする請求項４から請求項８のいずれか一項に記載の単分散ナノエマルジョン溶液の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単分散ナノエマルジョン溶液およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一相マイクロエマルション（膨潤ミセル溶液）は多くの油や水を可溶化し、熱力学的に安定系であり、熱力学的に不安定なマイクロエマルションとは区別される。
界面活性剤／油／水の三成分系において、透明で均一な溶液となる領域が出現すれば、それは一相とみなされ、ミセル溶液や一相マイクロエマルション（膨潤ミセル溶液）の存在が視覚的に容易に確認される。
【０００３】
一般に、可溶化量が少ない場合を油膨潤ミセル溶液、多い場合を一相Ｏ／Ｗマイクロエマルションと呼んでいる。親水性の界面活性剤は球状ミセルを、やや疎水化してＨＬＢ（Ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ  Ｌｉｐｏｐｈｉｌｃ  Ｂａｌａｎｃｅ）が釣り合う傾向にあるものは一方向に成長した棒状ミセルを形成し、ＨＬＢが丁度釣り合ったところでは、平らな二分子層の層状構造を形成する。
それより親油化すれば棒状の逆ミセルを、更に親油化すれば球状の逆ミセルが形成されるとされている。
【０００４】
ここで、界面活性剤のＨＬＢと一相マイクロエマルションの構造との関係を図５に模式的に表す（非特許文献１）。図５において、縦軸は界面活性剤の親水性−親油性を、横軸は油と水の割合を表し、界面活性剤濃度は一定である。縦軸がＡとＢの間では、ＨＬＢが釣り合っていて一相マイクロエマルションとなることを示している。油と水の比が概ね１の場合は、ｂｉｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｍｉｃｒｏ  ｅｍｕｌｓｉｏｎ（両連続マイクロエマルション）が得られる。
それより親水性であるときはＯ／Ｗ  ｄｉｓｃｒｅｔｅ  ｍｉｃｒｏ  ｅｍｕｌｓｉｏｎの一相系、または、過剰な油相との二相共存系となる。
【０００５】
親油性であるときは、同様にＷ／Ｏ  ｄｉｓｃｒｅｔｅ  ｍｉｃｒｏ  ｅｍｕｌｓｉｏｎの一相系、または、過剰な水相との二相共存系となる。ｄｉｓｃｒｅｔｅ  ｍｉｃｒｏ  ｅｍｕｌｓｉｏｎの中の会合体（粒子）の形態は、被可溶化物質の量が一定の場合は、いずれの場合も、ＨＬＢが釣り合うにともない球状から棒状に変化し、その会合数も増大する。
ＨＬＢが一定の場合は、被可溶化物質の量が増加すると、会合数は余り変わらずに棒状から球状へ変化する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】微粒子応用講座（第ｗ講）  色材，  ７１〔８〕，  ５２６―５３２（１９９８）  マイクロエマルション  中島英夫
【非特許文献２】日本マリンエンジニアリング学会誌  第５１巻第３号（２０１６）  段智久氏（神戸大学海事科学研究科）
【非特許文献３】神奈川大学  （２００９年）  プレスリリース
【非特許文献４】貞本翔平  （２０１２年）  アルコール水溶液／重油エマルジョン燃料の燃焼特性，  高知工科大学大学院工学研究科修士論文
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、燃料油に、界面活性剤、水を加えて上記のようにエマルジョン化したものはエマルジョン燃料と呼ばれている。
このようなエマルジョン燃料については、ボイラー等の噴霧火炎を利用する熱機関に適用した場合、窒素酸化物（ＮＯｘ）やスートの生成を低減できるとともに、燃料消費も抑制可能であるとされている（非特許文献２）。また、工場から排出される利用価値の低い油剤を、効率よくエマルジョン燃料化する研究もすすめられている（非特許文献３）。
【０００８】
このように、燃料や廃油をエマルジョン化することによって燃焼特性が改善することはよく知られている。そして、燃料油に水を混ぜて燃焼させるという発想自体は、かなり前から報告されている。
【０００９】
ここで、このエマルジョン燃料の燃焼について考察する。
「油＋水＋酸素（空気）」の混合比で燃焼炉内に噴霧したときに、「単位時間当たりの負荷熱量（油と酸素との反応熱量）」がいくつか、ということを決めるところから始まる。
「負荷熱」（ｌｏａｄ  ｈｅａｔ）は、実際の炉内では、油と酸素がその混合比においてその燃焼効率で燃焼したときの発熱量（未燃焼の場合には負荷熱は小さくなり、燃焼効率が高ければ高くなる）となる。酸素が十分に存在し、燃焼効率が１００％であると仮定すれば「負荷熱」は油の熱力学的な燃焼熱で取り扱うことで良い。また、単位時間当たりの「負荷熱」を取り扱うには、燃料や空気の流入速度を決めなければならない。
【００１０】
非特許文献４で、質量％濃度で重油８０％＋水２０％のエマルジョンについて、負荷熱＝２１９ｋＪ／ｍｉｎで、空気流量＝８．２ｍｌ／ｍｉｎでの燃焼実験による研究成果が報告されている。
この時のエマルジョン燃料の流速は７．５４ｍｌ／ｍｉｎである。また、比較実験での１００％重油の流速は、６．０ｍｌ／ｍｉｎとし、この時、負荷熱＝２１９ｋＪ／ｍｉｎとなる（エマルジョン燃料も１００％重油も、十分な酸素量の下に油分が酸素と１００％反応したと仮定）。
以下、この非特許文献４に基づいて燃焼効率等について解説する。
【００１１】
この燃焼を行わせるバーナー、燃焼炉がどのような次元（炉のサイズ、構造、バーナー位置、ノズル性能、断熱性能等）であるかによって、燃焼効率等については様々な実験結果が得られる。少なくとも上記の条件において、燃焼熱が通常の重油で１６００℃付近が得られることが必須であり、非特許文献４はこれを満足している。
【００１２】
燃焼実験の結果を図６に示す。
図６に示すように、重油１００％の燃料の場合における炉内温度分布と、重油８０％＋水２０％の燃料の場合における炉内温度分布である。縦軸はバーナー先端からの炉内長手方向の距離（ｃｍ）である。横軸は火炎の炉内長手に垂直な方向への広がり距離（ｃｍ）であり、０＝バーナー口位置である。
【００１３】
この図６で分かるように、最高燃焼温度はいずれも１６００℃付近にある。しかし最高燃焼温度の到達する位置は、炉内長手方向で重油１００％＝１３ｃｍ、重油８０％＋水２０％＝１０ｃｍで、エマルジョン燃料の方が炉内で早く燃焼伝達が起きている。
【００１４】
これは燃料の噴霧滴の二次微粒化の発生により燃焼性が向上しているためであると考えられ、いわゆる「ミクロ爆発（微小爆発）」が生じるためであり、実際にＣＣＤカメラによりミクロ爆発が多く発生することが確認されている。
（非特許文献４ではＣＣＤカメラ撮影により、可視的にこのことを確認。燃焼させた時の噴霧火炎中二次微粒化撮影を観察。撮影には高速度ビデオカメラ（撮影速度  ３８５００ｆｐｓ）を使用。光源にはグリーンレーザ（波長５３２ｎｍ、出力１Ｗ）を使用。噴霧火炎にビームエキスパンダにより直径を約１０ｍｍに拡大したレーザ光束を照射。噴霧滴からの散乱光を高速ビデオカメラにより、噴霧滴挙動の時系列画像を撮影）。
【００１５】
この微小爆発により、噴霧された乳化油の液滴が一層、細分化され微粒化されることになり、周囲の酸素との接触面積が拡大し、そのために燃焼反応が著しく促進されることになる。エマルジョン燃料ではミクロ爆発が多く発生したことから燃料への着火が早く、温度が早く上昇したと考えられる。
【００１６】
このように、「単位時間当たりの負荷熱」を重油１００％と重油８０％＋水２０％とで同一にして燃焼した場合には、エマルジョン燃料の方が、ミクロ爆発が起こり、燃料への着火が早く、燃焼温度も早くあがる。
【００１７】
以上のように、燃料粒子に含まれる水粒子が燃焼器内の高温雰囲気の中で微小爆発することにより、燃料粒子がさらに細分化され、燃料と空気との混合が良くなる。そのために燃焼効率が向上し、その結果、ボイラーなどの燃焼炉内への過剰空気量を減少でき、燃焼炉からの熱損失を減少できる。また、燃焼ガスの温度が低下するために排気ガス中のＮＯｘの濃度を低減できる。また、水性ガス反応により、排気ガス中のススや煤塵を低減できること、さらには機械油や植物油の廃油をも燃料として再利用できること、などの大きな利点がある。
【００１８】
しかし、燃料油には本来溶解しない水を燃料油の中に均一に分散させ、かつ、安定化させたエマルジョン燃料をつくり、それを燃焼機器へ送り、長期間にわたって安定に稼動させることは、実は難しい。
マイクロレベルに留まらず、ナノレベルの膨潤ミセルを含むナノエマルジョン溶液の研究もおこなわれているが、膨潤ミセルの粒径サイズに差があり、そのためにオストワルトライプニング現象で時間経過とともに膨潤ミセルのサイズが大きくなってしまう。さらには水と油が分離されてエマルジョンの崩壊が生じる。すなわち、長期間安定したナノレベルのエマルジョン溶液を得ることは従来できなかった。
【００１９】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、長期的に、安定して保存することができる、膨潤ミセルの粒径がナノレベルで揃っている単分散ナノエマルジョン溶液およびその製造方法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】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明は、水と油と界面活性剤を含む単分散ナノエマルジョン溶液であって、
前記単分散ナノエマルジョン溶液はＷ／Ｏ型またはＯ／Ｗ型の膨潤ミセルを含み、該膨潤ミセルの平均粒径が３０−８０ｎｍであり、かつ、粒径の標準偏差σが１０ｎｍ以下であることを特徴とする単分散ナノエマルジョン溶液を提供する。
【００２１】
このような単分散ナノエマルジョン溶液であれば、膨潤ミセルの粒径が揃っていない従来のナノエマルジョン溶液のようにオストワルトライプニング現象が発生してしまうこともなく、長期間、安定して保存可能なものとすることができる。
また膨潤ミセルの粒径が３０−８０ｎｍであり、この溶液を例えばエマルジョン燃料として燃焼機器に用いれば、従来のマイクロレベルのものに比べて、より一層、多くの微小爆発を引き起こすことができ、噴霧された燃料粒子をより微粒化することができ、燃焼効率をより向上させることができる。通常、燃料が噴霧されても、その１つ１つの燃料粒子は大きく、完全燃焼はしにくい。しかしながら、燃料中に水が含まれていると、その水分が熱で水蒸気となり膨れ、油が霧散して微粒化する。そのため、より完全燃焼に近づけることができ、一層効率良く燃焼することができるわけである。しかも本発明では、上記のように燃料粒子がナノの大きさの超微粒でしかも大きさが揃っているので、微小爆発による燃焼機器の炉内での空気との混合が極めて効率よく行われ、燃焼効率が高い。本発明は燃料を改質してエンジンやボイラーの燃焼効率や燃焼性能を高める技術である。そして、燃焼効率が高くなるので、二酸化炭素排出を削減する効果もある。
また、水から水蒸気への潜熱により、温度が必要以上に高くなりすぎるのを防ぎ、ＮＯｘが発生するのを抑制することができる。
また本発明により、ほとんどの油をエコ燃料とすることができる。
【００２２】
このとき、前記単分散ナノエマルジョン溶液中の膨潤ミセルが、前記平均粒径および前記粒径の標準偏差σの数値範囲内のままで３年以上存続しているものとすることができる。
【００２３】
従来のナノエマルジョン溶液では、膨潤ミセルの粒径が揃っておらず、オストワルトライプニング現象により時間経過とともに小さい粒径のものは淘汰されてしまう。そして短期間のうちに水と油が分離してしまう。しかしながら本発明の単分散ナノエマルジョン溶液では、単分散で粒径が揃っているため、そのまままの粒径で、３年以上もの長期間にわたって安定して保存可能なものとすることができる。
【００２４】
また、前記単分散ナノエマルジョン溶液に含まれる前記水の質量が、前記水と前記油の合計質量の３０％以上であるものとすることができる。
【００２５】
従来、エマルジョン燃料としては、例えば、水分割合がむやみに大きすぎると燃焼効率が下がるとされ、燃料油が軽油やＡ重油の場合は、水分割合は通常１０％以下、燃料油がＣ重油の場合でも２０％程度というのが業界の一般的な考え方であった。しかしながら、このような考え方であるのは、そもそも単分散という膨潤ミセルの粒径が揃った状態のナノエマルジョン溶液を製造できていなかったためである。本発明では単分散化されているため、従来品よりも多量の微小爆発を引き起こすことが可能であり、このような比較的多い割合で水が含まれているものであっても燃焼効率をかえって向上させることができる。
【００２６】
また本発明は、水と油と界面活性剤を用いて単分散ナノエマルジョン溶液を製造する単分散ナノエマルジョン溶液の製造方法であって、
前記水をタンク内に収容し、
前記タンク内に、表面に前記油をなじませた親油性の固相担体を投入し、
前記タンク内に界面活性剤を投入することにより、前記タンク内の固相担体の表面に、該表面側から順に油層、界面活性剤の層、水層からなる連続層を形成して両連続状態を形成し、
前記タンク内に、前記油を投入することにより、前記タンク内の固相担体の表面からＷ／Ｏ型の膨潤ミセルを遊離させた後、
前記固相担体を分離して、
前記膨潤ミセルの平均粒径が３０−８０ｎｍであり、かつ、粒径の標準偏差σが１０ｎｍ以下の前記単分散ナノエマルジョン溶液を製造することを特徴とする単分散ナノエマルジョン溶液の製造方法を提供する。
【００２７】
または、本発明は、水と油と界面活性剤を用いて単分散ナノエマルジョン溶液を製造する単分散ナノエマルジョン溶液の製造方法であって、
前記油をタンク内に収容し、
前記タンク内に、表面に前記水をなじませた親水性の固相担体を投入し、
前記タンク内に界面活性剤を投入することにより、前記タンク内の固相担体の表面に、該表面側から順に水層、界面活性剤の層、油層からなる連続層を形成して両連続状態を形成し、
前記タンク内に、前記水を投入することにより、前記タンク内の固相担体の表面からＯ／Ｗ型の膨潤ミセルを遊離させた後、
前記固相担体を分離して、
前記膨潤ミセルの平均粒径が３０−８０ｎｍであり、かつ、粒径の標準偏差σが１０ｎｍ以下の前記単分散ナノエマルジョン溶液を製造することを特徴とする単分散ナノエマルジョン溶液の製造方法を提供する。
【００２８】
これらの本発明の製造方法であれば、ナノレベルで膨潤ミセルの粒径が揃っていて、オストワルトライプニング現象も発生せず、長期間、安定して保存可能なＷ／Ｏ型またはＯ／Ｗ型の単分散ナノエマルジョン溶液を製造することができる。
しかもエマルジョン燃料として用いれば、微小爆発により燃焼効率を高くすることができ、一方でＮＯｘ等の発生を抑制することができる。
また界面活性剤、温度、油・水・界面活性剤の組成比、攪拌条件等が使用する物質ごとに異なるために、再現性に優れた単分散ナノエマルジョンの生成法が確定されていなかったが、本発明の製造方法であれば、より再現性高く、より確実に単分散ナノエマルジョン溶液を製造することが可能である。
【００２９】
このとき、Ｗ／Ｏ型の単分散ナノエマルジョン溶液の製造方法において、固相担体を、粉末状の活性炭とすることができる。
【００３０】
このようなものであれば、固相担体として、比較的用意しやすく簡便である。
【００３１】
また、Ｗ／Ｏ型の単分散ナノエマルジョン溶液の製造方法において、前記タンク内に収容する水の質量を、該水と前記タンク内に投入する油の合計質量の３０％以上とすることができる。
また、Ｏ／Ｗ型の単分散ナノエマルジョン溶液の製造方法において、前記タンク内に投入する水の質量を、該水と前記タンク内に収容する油の合計質量の３０％以上とすることができる。
【００３２】
このように従来品に比べて水分の割合がかなり大きくとも、従来のエマルジョン燃料よりも多量の微小爆発を引き起こし、微粒化させることができ、効率の良い燃焼を行うことができる。
【００３３】
また、前記単分散ナノエマルジョン溶液を製造するとき、前記タンク内の温度を４５−６０℃とすることができる。
【００３４】
このような温度範囲だと、製造過程での各反応が進行し易く、上記両連続状態を形成し易い。効率良く単分散ナノエマルジョン溶液を製造することができる。
【発明の効果】
【００３５】
以上のように、本発明の単分散ナノエマルジョン溶液およびその製造方法であれば、該溶液の長期安定化、エマルジョン燃料として多量の微小爆発による燃焼の更なる効率化、ＮＯｘや煤の低減などを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の単分散ナノエマルジョン溶液における膨潤ミセルの粒径分布の一例を示すグラフである。
【図２】本発明の単分散ナノエマルジョン溶液と従来のナノエマルジョン溶液の粒径分布を比較したグラフである。
【図３】本発明の単分散ナノエマルジョン溶液の製造方法の工程の一例を示すフロー図である。
【図４】本発明における単分散ナノエマルジョン溶液の製造時の固相担体表面付近における溶液の各成分の挙動を示す説明図である。
【図５】界面活性剤のＨＬＢと一相マイクロエマルションの構造との関係を示す説明図である。
【図６】重油１００％の燃料の場合と、重油８０％＋水２０％の燃料の場合における炉内温度分布を示す分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明について図面を参照して実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
まず、本発明の単分散ナノエマルジョン溶液について説明する。本発明の単分散ナノエマルジョン溶液（以下、単に本発明の溶液ともいう）は、その成分が水と油と界面活性剤からなる、Ｗ／Ｏ型またはＯ／Ｗ型のものである。Ｗ／Ｏ型またはＯ／Ｗ型の膨潤ミセルの平均粒径が３０−８０ｎｍであり、かつ、粒径の標準偏差σが１０ｎｍ以下のものである。
【００３８】
ここで図１に本発明の溶液の膨潤ミセルの粒径分布の一例を示す。図１に示す例では、およそ２０ｎｍから９０ｎｍ、あるいは３０ｎｍから８０ｎｍにかけて粒径が分布している。この平均粒径は５０ｎｍであり、標準偏差σは７．３ｎｍである。
粒径がここまでそろった単分散エマルジョンはかつて製造されたことはなく、本発明者により初めて見出されたものである。ナノレベルの大きさで単分散であれば、オストワルトライプニング現象が理論上起こらないので、油と水の分離は全く生じることはない。少なくとも長期間にわたって安定可能であり、これは本発明によって初めて達成されたものである。本発明では３年以上、あるいは数十年単位で、平均粒径が３０−８０ｎｍであり、かつ、粒径の標準偏差値σが１０ｎｍ以下のまま（図１の例では、平均粒径が５０ｎｍ、標準偏差σが７．３ｎｍのまま）で存続し続けることが可能である。
【００３９】
本発明品と従来のナノエマルジョン溶液における粒径分布の特徴の比較を図２に示す。図２に示すように、本発明品（実線）では標準偏差σが１０ｎｍ以下であるため急峻なピークを示すが、従来品（点線）ではナノレベルであっても標準偏差σが１０ｎｍ以下のような小さなものはなく、粒径分布でピークは低く、広範囲にわたってしまっている。すなわち、ナノレベルではあるが、大小さまざまな膨潤ミセルが存在しており、これはオストワルトライプニング現象を引き起こし、比較的短期間で水と油が分離してしまうことになる。本発明品のような長期間の安定は望めない。
【００４０】
また、本発明の溶液での水の質量（水分量）は特に限定されないが、Ｗ／Ｏ型もＯ／Ｗ型も、水と油の合計質量の３０％以上とすることができる。あるいは４０％以上、さらには５０％程度とすることができる。Ｏ／Ｗ型であれば７０％以下程度のものとすることができる。
【００４１】
従来から、多くのメーカにより、エマルジョン燃料製造機（乳化機）とその燃焼機器の開発の努力がなされている。界面活性剤を混合することによって燃料油中に２０−４０％（又はそれ以上）もの水を混合させ、エマルジョン化された燃料をつくり、その安定化を図っている。
しかし、特には、水分が多すぎる場合には、従来品のような場合、実際には、燃焼効率が著しく低下するために、燃費が悪くなり、結局は、省エネルギーにはなれない。そのため、長期間の定常燃焼に耐える燃焼炉に於いては、前述したように、エマルジョン燃料の水分割合を決してむやみに増加させてはならず、燃料の種類に応じてその最適値を見つけなければならない、などの制約があった。これらのことから、燃料が軽油やＡ重油の場合は通常１０％以下、燃料がＣ重油の場合でも２０％程度であろう、というのが業界の一般的な考え方となっている。
【００４２】
しかしながら、本発明の溶液であれば、このような従来の一般的な考え方に反して、水分量が３０％以上のものとすることが可能である。多い水分量でも、多量の微小爆発を生じさせることができ、更なる微粒化を実現し、より完全燃焼に近づけることができ、燃焼効率を向上させることができる。これは本発明の溶液が、ナノレベルでしかも単分散という特性を有しているためである。これによりほとんどの油を本発明の溶液のようなエコ燃料に転換することができる。
【００４３】
なお、本発明の溶液における油や界面活性剤は特に限定されない。油としては、例えば、灯油・軽油・Ａ重油・Ｃ重油などの燃料油が挙げられる。
また、大豆油、菜種油、コーン油、ヤシ油、パーム油、サラダ油、ジャトロファなどの植物油が挙げられる。
さらには、ガソリンスタンドや製油所や船舶等から生じる燃料油系廃油、食品工場・外食産業・給食施設などから生じる牛脂、大豆油、魚油などの動植物油類、使用済み天ぷら油などの廃油が挙げられる。
また、アルミニウムモノステアレートなどの医薬品に使用される油性基剤や油性医薬品が挙げられる。
また、界面活性剤としては、コール酸ナトリウム水和物、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウムなどの陰イオン界面活性剤が挙げられる。
また、ドデシル硫酸リチウムミリスチルトリメチルアンモニウムブロミドなどの陽イオン界面活性剤が挙げられる。
さらには、３−（デシルジメチルアンモニオ）プロパンスルホナート分子内塩Ｎ−ドデシル−Ｎ，Ｎ−ジメチル−３−アンモニオ−１−プロパンスルホン酸などの両性界面活性剤が挙げられる。
また、オクチルβ−Ｄ−１−チオグルコピラノシド、ジギトニン、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテルおよびポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸モノエステル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマー、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンｐ−ｔ−オクチルフェニルエーテルなどの非イオン界面活性剤が挙げられる。
なお界面活性剤は１種類に限定されるものではなく、複数種類用いてＨＬＢが適正値にあるように調整されたものとすることができる。
【００４４】
次に、本発明の単分散ナノエマルジョン溶液の製造方法について説明する。図３に本発明の製造方法の工程の一例を示す。ここでは、Ｗ／Ｏ型の単分散ナノエマルジョン溶液の製造工程（工程１−５）について示す。
また、図４に、製造時の固相担体表面付近における溶液の各成分の主な挙動を示す（状態１−４）。
まずタンク内に水を収容する（工程１）。
後述するようにこのタンク内にさらに界面活性剤や油をタンク内に投入していくが、当初から収容している水の質量は、その収容されている水と、後に投入する油との合計質量の３０％以上とすることができる。あるいは４０％以上、さらには５０％程度にすることもできる。後に使用する油や界面活性剤、最終的に製造される単分散ナノエマルジョン溶液の所望状態などにより、適宜決定することができる。
【００４５】
なお、以後、工程４の途中まで、タンク内の温度は４５−６０℃にするのが好ましい。このような温度範囲だと後の工程で生じる反応等を生じやすくさせることができ、水、界面活性剤、油における両連続状態を形成し易いからである。上記範囲以外の温度にすることもできるが、生産効率向上のため、上記温度範囲とするのが特に良い。
【００４６】
次に、表面に油をなじませた親油性の固相担体を投入する（工程２）。
親油性（疎水性）の固相担体は特に限定されないが、触媒担体などが挙げられる。例えば活性炭を用いることができる。ポーラス状のものとすることができる。細かく砕いて粉末状態（粒径が例えば３〜１００μｍ程度）のものとすることができる。この油をなじませた固相担体は、例えば、水と油の合計質量の０．３〜５％の量を投入することができるが、特に限定されるものではない。なお、ここでは活性炭を用いた場合について説明する。
活性炭の他、親油性（疎水性）の固相担体の例としては、疎水化シリカゲル、疎水性不溶樹脂、疎水性ポリマー（非常に多数の商品あり）、親油性ポリマー、ポリスチレン、疎水性ポリプロピレンなどが挙げられる。
また、油の種類は特に限定されず、例えば前述したような種類の油を用いることができる。
【００４７】
油のなじませ方は特に限定されないが、例えば、別のタンク内に活性炭と油を投入して混ぜておくことにより、表面になじませることができる（状態１）。これをタンク内に投入し、水とよく混ざるように５〜１０分間撹拌すると良い。これにより、水中に、表面に油層のある活性炭が浮遊することになる（状態２）。
このように油を予めなじませておくことで、後述する油層、界面活性剤の層、水層からなる連続層を極めて効率良く形成することができる。
【００４８】
次に、タンク内に界面活性剤を投入する。これにより、固相担体の表面に、表面側から順に、油層、界面活性剤の層、水層からなる連続層を形成してｂｉｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ状態（両連続状態）を形成する（工程３）（状態３）。
界面活性剤の種類は特に限定されず、例えば前述したような種類の界面活性剤を用いることができる。上記両連続状態を形成するために、ＨＬＢ等、適宜決定することができる。必要に応じて予め試験を行って、油の種類等に応じて適切な界面活性剤を決めておくことができる。ＨＬＢは、両連続状態を形成しやすくするために、特には親油性と親水性の中間のものとすることができる。１種類または複数種類の界面活性剤を用いて所望のＨＬＢの値とすることができる。
また界面活性剤の量は、例えば、水と油の合計質量の０．３〜５％の量を投入することができるが、特に限定されるものではない。
界面活性剤を投入した後は、よく混ざるように５〜１０分間撹拌すると良い。
【００４９】
次に、タンク内に油を投入する。これにより、固相担体の表面からＷ／Ｏ型の膨潤ミセルを遊離する（工程４）。前の工程３ではタンク内の溶液の粘性は高い状態であったが、この工程４により粘性が下がる。
投入する油の種類は特に限定されず、例えば前述したような種類の油を用いることができる。
投入する油の量は、予めタンク内に収容していた水の量による。例えば、水と油の合計質量の３０％の水が入っていたのであれば、７０％の油を投入する。４０％の水であれば６０％の油を、５０％の水であれば５０％の油を投入することができる。
【００５０】
油を投入後、急激に大量のＷ／Ｏ型の膨潤ミセルが遊離して生成される。すなわち、タンク内において、油に水滴が分散している状態になる（状態４）。これらの遊離された膨潤ミセルは、サイズがナノレベル（平均粒径が３０−８０ｎｍ）であり、均一（粒径の標準偏差σが１０ｎｍ以下）である。この結果からすると、詳しくは不明であるが、活性炭の表面からシート状に広範囲で遊離してサイズの大きな膨潤ミセルが形成されるのではなく、小規模の範囲で遊離（アイランド状に遊離）してサイズの小さな膨潤ミセルが大量に形成されているものと考えられる。
なお、油の投入によって一気に大半（全体の７０〜８０％ほど）の膨潤ミセルが形成されるが、残りの膨潤ミセルの形成のため、１０分から２時間程度撹拌するのが好ましい。
その後、６時間から２４時間ほど静置して温度を室温まで冷ます。
【００５１】
次に、固相担体を分離する（工程５）。分離方法は特に限定されないが、例えば上記のように長時間静置して活性炭を沈降させた後、その上澄み液を回収して分離することができる。
このようにすることで、上記の平均粒径が３０−８０ｎｍであり、粒径の標準偏差σが１０ｎｍ以下のＷ／Ｏ型の膨潤ミセルからなる単分散ナノエマルジョン溶液を製造することができる。
【００５２】
最近、二液相からなるエマルジョンにおいて、乳化粒子径が可視光の波長より十分に小さくできる調整法が見出され、一相マイクロエマルジョンと同じ外観を呈する、熱力学的には不安定なマイクロエマルジョン（超微細エマルジョン）が調製できるようになった。本発明は触媒担体共存化において、ナノレベルでこれを実現させる反応である。
【００５３】
以上のような本発明の製造方法であれば、固相担体という固体物質を用いて、再現性高く、より確実にエマルジョン溶液を製造することができる。しかも、その膨潤ミセルの粒径サイズが、上記のようなナノレベルであり、かつ、均一で単分散のものであるため、例えばエマルジョン燃料として使用すれば、大量の微小爆発を引き起こし、さらに微粒化させて、より一層、完全燃焼を行い易くすることができる。また、ＮＯｘ等の発生も抑制することができる。さらには、３年以上、さらには数十年レベルで安定したものであり、長期間の保存、使用に耐えうるものである。
【００５４】
ここまで、Ｗ／Ｏ型の単分散ナノエマルジョン溶液の製造方法について説明してきたが、本発明者は、Ｏ／Ｗ型の単分散ナノエマルジョン溶液についても、工程としては実質的に同様の手順で製造できることを見出した。
すなわち、Ｗ／Ｏ型では、予めタンクに水を収容しておき、表面に油をなじませた親油性の固相担体の使用、後からの油の投入等を行ったが、それらの代わりに、予めタンクに油を収容しておき、表面に水をなじませた親水性の固相担体の使用、後からの水の投入を行うことによって、Ｏ／Ｗ型の単分散ナノエマルジョン溶液を製造することができる。
なお、親水性の固相担体としては、例えば、多孔性ガラス、アルミナ、シリカゲル、セライト、酸化マグネシウム、リン酸カルシウム、ハイドロキシアパタイト、酸化マグネシウム、粘土、珪藻土などの無機担体が挙げられる。
また、セルロース類、デキストリン類、親水性ポリマー、親水性活性炭、イオン交換樹脂、親水性合成皮革粉体などの有機高分子担体が挙げられる。より具体的には、カルボキシメチルセルロースナトリウム、カルボキシメチルセルロース又はその誘導体（例えばカルボキシメチルセルロースカルシウム）、分子量１００，０００〜４，０００，０００のヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシビニルポリマー、カラゲナン、アルギン酸又はその誘導体（例えば、アルギン酸ナトリウム又はカルシウム、アルギン酸プロピレングリコール）、エチルセルロース、メチルセルロース、シクロデキストリン及び／又はマルトデキストリン、Ｓｅｐｈａｄｅｘ（登録商標）、Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ（登録商標）などが挙げられる。
【００５５】
この製造方法により、平均粒径が３０−８０ｎｍであり、粒径の標準偏差σが１０ｎｍ以下のＯ／Ｗ型の膨潤ミセルを有する単分散ナノエマルジョン溶液を、再現性高く、効率良く確実に製造することができる。
【００５６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【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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