(57)【要約】  水性液体に接触するための浸漬可能な部分を有し、この浸漬可能な部分が、水性液体に接触するための接触面を含んでおり、この接触面が強酸性度を有するように構成されている、要素について記述される。本発明は、この要素を組み込んだ、放射線（例えば、紫外線）源アセンブリ、放射線（例えば、紫外線）源モジュール、および流体（例えば、水）処理システムにも関する。本発明は、汚れ物質が集積し易い流体に接触する任意の面に適用可能である。したがって本発明者らは、紫外線流体処理システムの保護（例えば、石英）スリーブなど、水溶液に接触する面で汚れが蓄積する割合を取り除くか、または軽減する手法を発見した。この手法では、本来の強力な表面酸性度を有するように、流体（例えば、水）に接触するそれらスリーブの表面の少なくとも一部を改質することを伴う。場合によっては、これは複雑な機械式クリーニング機器の必要性を取り除くことができ、または少なくとも、機械式クリーニングの頻度を低減させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性液体に接触するための、浸漬可能な部分を有する要素であって、前記浸漬可能な部分が、前記水性液体に接触するための接触面を含み、前記接触面が、強酸性度を有するように構成された要素。
【請求項２】
前記接触面が、酸性物質を含む少なくとも１つの層を含む、請求項１に記載の要素。
【請求項３】
前記酸性物質がルイス酸を含む、請求項２に記載の要素。
【請求項４】
前記酸性物質がブレンステッド酸を含む、請求項２に記載の要素。
【請求項５】
前記酸性物質が、少なくとも１種の金属酸化物化合物を含む、請求項２に記載の要素。
【請求項６】
前記少なくとも１種の金属酸化物が、元素周期表の３族から１３族までから選択される少なくとも１種の金属を含む、請求項５に記載の要素。
【請求項７】
前記少なくとも１種の金属酸化物が、少なくとも１種のアルカリ土類金属（元素周期表の２族）を含む、請求項５に記載の要素。
【請求項８】
前記少なくとも１種の金属酸化物が、少なくとも１種のアルカリ金属（元素周期表の１族）を含む、請求項５に記載の要素。
【請求項９】
前記少なくとも１種の金属酸化物が、元素周期表のランタニド系列から選択される少なくとも１種の金属を含む、請求項５に記載の要素。
【請求項１０】
前記少なくとも１種の金属酸化物が、元素周期表のアクチニド系列から選択される少なくとも１種の金属を含む、請求項５に記載の要素。
【請求項１１】
前記酸性物質が、酸性の性質を示す少なくとも１種の金属酸化物化合物を含む、請求項２に記載の要素。
【請求項１２】
前記酸性物質が、両性の性質を示す少なくとも１種の金属酸化物化合物を含む、請求項２に記載の要素。
【請求項１３】
前記少なくとも１種の金属酸化物化合物が、Ｃｒ2Ｏ3、ＣｒＯ3、Ｔａ2Ｏ5、ＷＯ3、Ｗ2Ｏ5、ＺｒＷxＯy（式中、ｘは２であり、ｙは０．５から８である。）、Ｖ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＭｏＯ3、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＢｅＯ、Ｇａ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＺｎＯ、Ｌａ2Ｏ3、ＴｈＯ2、ＣａＯ、ＺｒＯ2、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項５に記載の要素。
【請求項１４】
前記酸性物質が、酸性遷移金属酸化物化合物を含む、請求項２に記載の要素。
【請求項１５】
前記酸性物質が、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ａｌ、およびこれらの組合せからなる群から選択される少なくとも１つのメンバーを含有する金属酸化物である、請求項２に記載の要素。
【請求項１６】
前記酸性物質が、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ａｌ、およびこれらの組合せからなる群から選択される少なくとも１つのメンバーを含有する金属酸化物であり、前記金属酸化物は、スルフェート、タングステート、およびモリブデートの少なくとも１種で処理されている、請求項２に記載の要素。
【請求項１７】
前記酸性物質が、ＳＯ4／ＳｎＯ2、ＳＯ4／ＺｒＯ2、ＳＯ4／ＨｆＯ2、ＳＯ4／ＴｉＯ2、ＳＯ4／Ａｌ2Ｏ3、ＳＯ4／Ｆｅ2Ｏ3、ＭｏＯ3／ＺｒＯ2、ＳＯ4／ＳｉＯ2、ＷＯ3／ＺｒＯ2、ＷＯ3／ＴｉＯ2、ＷＯ3／Ｆｅ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3／ＺｒＯ2、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項２に記載の要素。
【請求項１８】
前記酸性物質が、Ｎｂ2Ｏ5の水和物を含む、請求項２に記載の要素。
【請求項１９】
前記酸性物質が、水不活性ゼオライトを含む、請求項２に記載の要素。
【請求項２０】
前記酸性物質が、強力なブレンステッド酸性度を示す水不活性ゼオライトを含む、請求項２に記載の要素。
【請求項２１】
前記酸性物質が、強力なブレンステッド酸性度を示し架橋ヒドロキシル部分を有する水不活性ゼオライトを含む、請求項２に記載の要素。
【請求項２２】
前記酸性物質が、ＨＺＳＭ−５、ＨＹ、ＮａＨＹ、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項２に記載の要素。
【請求項２３】
前記接触面が、約３．５未満のハメット酸性度（Ｈ0）を有する、請求項１から２２のいずれか一項に記載の要素。
【請求項２４】
前記接触面が、約１．７未満のハメット酸性度（Ｈ0）を有する、請求項１から２２のいずれか一項に記載の要素。
【請求項２５】
前記接触面が、約−５．０未満のハメット酸性度（Ｈ0）を有する、請求項１から２２のいずれか一項に記載の要素。
【請求項２６】
前記接触面が、約−５．６以下のハメット酸性度（Ｈ0）を有する、請求項１から２２のいずれか一項に記載の要素。
【請求項２７】
前記酸性物質がヘテロポリ酸物質である、請求項２に記載の要素。
【請求項２８】
前記ヘテロポリ酸物質が、（ｉ）Ｗ、Ｍｏ、およびＶからなる群から選択される付加原子、(ｉｉ)少なくとも１つの酸素原子、（ｉｉｉ）元素周期表のｐブロック（１３族から１８族まで）から選択される少なくとも１つのヘテロ原子を含む、請求項２７に記載の要素。
【請求項２９】
前記ヘテロポリ酸物質が、式Ｈ3ＡＢ12Ｏ40（式中、Ａはヘテロ原子であり、Ｂは付加原子である。）を有する構造を含む、請求項２８に記載の要素。
【請求項３０】
前記ヘテロポリ酸物質が、前記ヘテロポリ酸物質に水不溶性を与える陽イオンを含有するよう修飾された、１２−タングストリン酸（Ｈ3ＰＷ12Ｏ40）を含む、請求項２８に記載の要素。
【請求項３１】
前記陽イオンがセシウムである、請求項２８に記載の要素。
【請求項３２】
前記ヘテロポリ酸物質が、化合物Ｈ(3-x)ＣｓxＰＷ12Ｏ40（式中、２＜ｘ＜３である。）を含む、請求項２８に記載の要素。
【請求項３３】
前記酸性物質が、酸性の性質を示す金属ホスフェートである、請求項２に記載の要素。
【請求項３４】
前記酸性物質が、両性の性質を示す金属ホスフェートである、請求項２に記載の要素。
【請求項３５】
前記金属ホスフェートが、リン酸ニオブ（ＮｂＯＰＯ4）、リン酸ジルコニウム、ホスホン酸ジルコニウム、リン酸ランタン、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項３３または請求項３４に記載の要素。
【請求項３６】
前記金属ホスフェートがＮｂＯＰＯ4を含む、請求項３３または請求項３４に記載の要素。
【請求項３７】
前記接触面がさらに、前記酸性物質が固定される基材を含む、請求項２から３６のいずれか一項に記載の要素。
【請求項３８】
前記接触面がさらに、前記酸性物質が直接固定される基材を含む、請求項２から３６のいずれか一項に記載の要素。
【請求項３９】
前記接触面がさらに、前記酸性物質が間接的に固定される（例えば、ゾルゲル層を含んでいてもよい１つ以上の中間層を介して）基材を含む、請求項２から３６のいずれか一項に記載の要素。
【請求項４０】
前記基材が非粒子状である、請求項２から３６のいずれか一項に記載の要素。
【請求項４１】
前記基材が１対の対向面を有し、前記酸性物質が前記対向面の一方にのみ固定される、請求項２から３６のいずれか一項に記載の要素。
【請求項４２】
前記基材が１対の対向する主面を有し、前記酸性物質が、前記対向する主面の一方にのみ固定される、請求項２から３６のいずれか一項に記載の要素。
【請求項４３】
前記基材が１対の対向面を有し、前記酸性物質が前記対向面の両方に固定される、請求項２から３６のいずれか一項に記載の要素。
【請求項４４】
前記基材が１対の対向する主面を有し、前記酸性物質が、前記対向する主面の両方に固定される、請求項２から３６のいずれか一項に記載の要素。
【請求項４５】
前記基材が１対の対向面を有し、前記酸性物質が前記対向面の一方にのみ固定される、請求項２から３６のいずれか一項に記載の要素。
【請求項４６】
前記基材が低表面積を有する、請求項３７から４５のいずれか一項に記載の要素。
【請求項４７】
前記基材が約１ｍ2／ｇ未満の表面積を有する、請求項３７から４５のいずれか一項に記載の要素。
【請求項４８】
前記基材が、実質的に放射線透過性の材料を含む、請求項３７から４７のいずれか一項に記載の要素。
【請求項４９】
前記基材が、実質的に紫外線透過性の材料を含む、請求項３７から４７のいずれか一項に記載の要素。
【請求項５０】
前記基材が、シリカ、石英、金属、セラミック、ガラス、サファイヤ、非晶質フルオロポリマー、コポリエステル材料、およびこれらの組合せからなる群から選択されるメンバーを含む、請求項３７から４７のいずれか一項に記載の要素。
【請求項５１】
前記基材が石英を含む、請求項３７から４９のいずれか一項に記載の要素。
【請求項５２】
実質的に放射線透過性である、請求項１から５１のいずれか一項に記載の要素。
【請求項５３】
実質的に紫外線透過性である、請求項１から５１のいずれか一項に記載の要素。
【請求項５４】
前記基材がステンレス鋼を含む、請求項３７から４９のいずれか一項に記載の要素。
【請求項５５】
水性液体に浸漬されるように構成された面を含む放射線源であって、前記面が、請求項１から５４のいずれか一項に記載の要素を含む、放射線源。
【請求項５６】
水性液体に浸漬されるように構成された面を含む紫外線源であって、前記面が、請求項１から５４のいずれか一項に記載の要素を含む、紫外線源。
【請求項５７】
少なくとも１つの支持要素と、少なくとも１つの請求項５５または請求項５６に記載の放射線源とを含む、放射線源モジュール。
【請求項５８】
少なくとも１つの請求項５５または請求項５６に記載の放射線源が内部に配置されている流体処理ゾーンを含む、流体処理システム。
【請求項５９】
少なくとも１つの請求項５５または請求項５６に記載の放射線源が内部に配置されている流体処理ゾーンを含む、水処理システム。
【請求項６０】
少なくとも１つの請求項５７に記載の放射線源モジュールが内部に配置されている流体処理ゾーンを含む、流体処理システム。
【請求項６１】
少なくとも１つの請求項５７に記載の放射線源モジュールが内部に配置されている流体処理ゾーンを含む、水処理システム。
【請求項６２】
保護スリーブ内に配置された放射線源を含む放射線源アセンブリであって、前記保護スリーブが、水性液体に浸漬されるように構成された面を有し、前記面が、請求項１から５４のいずれか一項に記載の要素を含む、放射線源アセンブリ。
【請求項６３】
保護スリーブ内に配置された紫外線源を含む紫外線源アセンブリであって、前記保護スリーブが、水性液体に浸漬されるように構成された面を有し、前記面が、請求項１から５４のいずれか一項に記載の要素を含む、紫外線源アセンブリ。
【請求項６４】
少なくとも１つの支持要素と、少なくとも１つの請求項６２または請求項６３に記載の放射線源アセンブリとを含む、放射線源モジュール。
【請求項６５】
少なくとも１つの請求項６２または請求項６３に記載の放射線源アセンブリが内部に配置されている流体処理ゾーンを含む、流体処理システム。
【請求項６６】
少なくとも１つの請求項６４に記載の放射線源モジュールが内部に配置されている流体処理ゾーンを含む、紫外流体処理システム。
【請求項６７】
放射線透過性要素と、放射線場からの放射線を受け取るための放射線センサとを含む放射線センサデバイスであって、前記放射線透過性要素が、請求項１から５４のいずれか一項に記載の要素を含む、放射線センサデバイス。
【請求項６８】
放射線透過性要素と、放射線場から放射線を受け取るための紫外線センサとを含む紫外線センサデバイスであって、前記放射線透過性要素が、請求項１から５４のいずれか一項に記載の要素を含む、紫外線センサデバイス。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１１年５月６日に出願された仮特許出願第６１／４５７，６４６号の、米国特許法第１１９条（ｅ）の下での利益に基づく優先権を主張するものであり、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
［発明の背景］
［発明の分野］
その側面の１つにおいて、本発明は、防汚面−例えば、防汚面を有する石英要素に関する。その側面の別ものにおいて、本発明は、防汚面を含む放射線源アセンブリに関する。その側面のさらに別のものにおいて、本発明は、防汚面を含む放射線源モジュールに関する。その側面のさらに別のものにおいて、本発明は、防汚面を含む流体処理システムに関する。その側面の別のものにおいて、本発明は、防汚面−例えば、防汚面を有する石英要素を生成する方法に関する。本発明のその他の側面は、本明細書を吟味することにより当業者に明らかにされよう。
【０００３】
［従来技術の説明］
流体処理システムは、当技術分野で一般に知られている。
【０００４】
例えば、米国特許第４，４８２，８０９号、第４，８７２，９８０、および第５，００６，２４４号［全てはＭａａｒｓｃｈａｌｋｅｒｗｅｅｒｄの名義であり、以後、Ｍａａｒｓｃｈａｌｋｅｒｗｅｅｒｄ  ＃１特許と呼ぶ。］は全て、紫外（ＵＶ）線を用いる重力送り流体処理システムについて記述している。
【０００５】
そのようなシステムは、いくつかのＵＶランプを含むＵＶランプフレームのアレイを含み、これらのランプのそれぞれは、横材に取着された１対の脚の間に延び、これらの脚により支持されたスリーブ内に載置されている。そのように支持されたスリーブ（ＵＶランプを収容している。）を、処理がなされる流体に浸漬し、次いでここに必要に応じて照射する。流体が曝される放射線の量は、ランプに対する流体の近さ、ランプの出力ワット数、およびランプを通過する流体の流量によって決定される。典型的には、１つ以上のＵＶセンサを用いてランプのＵＶ出力をモニタしてもよく、流体レベルは、レベルゲートまたはそのようなものを用いて処理デバイスの下流で、ある程度まで典型的には制御される。
【０００６】
処理される流体の品質に応じて、ＵＶランプを取り囲むスリーブは異物で周期的に汚れ、ＵＶ線を流体に透過させるその能力が阻止される。所与の設備では、そのような汚れの発生は、履歴動作データからまたはＵＶセンサからの測定値によって、決定することができる。汚れがある点に達したら、スリーブをクリーニングして汚れ物質を除去し、システム性能を最適にしなければならない。
【０００７】
ＵＶランプモジュールが開口チャネルシステム（例えば、Ｍａａｒｓｃｈａｌｋｅｒｗｅｅｒｄ  ＃１特許に記述され図示されるものなど）で用いられる場合、システムを動作し続けながらモジュールの１つ以上を除去することができ、除去されたフレームを適切なクリーニング溶液（例えば、緩酸）の浴に浸漬し、この溶液を空気で撹拌することにより汚れ物質を除去することができる。この実践は、当技術分野の多くの技術者により、非効率的であり労力を要し、不便であると見なされた。
【０００８】
多くの場合、設置後の、従来技術の流体処理システムに伴う最大限のメンテナンスコストの１つは、しばしば、放射線源の周りのスリーブをクリーニングするコストである。
【０００９】
米国特許第５，４１８，３７０号、第５，５３９，２１０号、およびＲＥ第３６，８９６号［全てはＭａａｒｓｃｈａｌｋｅｒｗｅｅｒｄの名義であり、以後、Ｍａａｒｓｃｈａｌｋｅｒｗｅｅｒｄ  ＃２特許と呼ぶ。］は全て、ＵＶ線を用いる重力送り流体処理システムで使用するのに特に有利な、改善されたクリーニングシステムについて記述している。一般にクリーニングシステムは、放射線源（例えば、ＵＶランプ）を含む放射線源アセンブリの外側の一部に係合するクリーニングキャリッジを含む。クリーニングキャリッジは、（ｉ）放射線源アセンブリの第１の部分が、処理がなされる流体の流れに曝される、引込み位置と、（ｉｉ）放射線源アセンブリの第１の部分が、クリーニングキャリッジにより完全にまたは部分的に覆われる、拡張位置との間で移動可能である。クリーニングキャリッジは、放射線源アセンブリの第１の部分に接触するチャンバおよびシール材を含む。チャンバには、放射線源アセンブリの第１の部分から望ましくない材料を除去するのに適したクリーニング溶液（典型的には、酸性クリーニング溶液）が供給される。
【００１０】
Ｍａａｒｓｃｈａｌｋｅｒｗｅｅｒｄ  ＃２特許に記述されるクリーニングシステムは、特に、これらの特許で例示される放射線源モジュールおよび流体処理システムに実装したときに、当技術分野での著しい進展を示した。
【００１１】
近年、いわゆる「流れを横切る（transverse-to-flow）」流体処理システムに関心が持たれている。これらのシステムでは、放射線源の縦軸が、放射線源を通過する流体の流れ方向に対して横（例えば、放射線源が直交し垂直な向き）の関係になるように、放射線源は、処理がなされる流体内に配置される。例えば：
国際公開番号ＷＯ  ２００４／０００７３５［Ｔｒａｕｂｅｎｂｅｒｇら］；
国際公開番号ＷＯ  ２００８／０５５３４４［Ｍａら］；
国際公開番号ＷＯ  ２００８／０１９４９０［Ｔｒａｕｂｅｎｂｅｒｇら］；
米国特許第７，４０８，１７４号［Ｆｒｏｍら］；
国際公開番号ＷＯ  １０／０６９０７２［Ｐｅｎｈａｌｅら］；
国際公開番号ＷＯ  １０／１０２３８３［Ｐｅｎｈａｌｅら］；および
国際公開番号ＷＯ  １１／０１４９４４［Ｐｅｎｈａｌｅら］
のいずれか１つを参照されたい。
【００１２】
これらの流体処理システムが実装されるとき、放射線源の外面に汚れ物質が集積されるという継続中の問題がある。
【００１３】
従来技術では、放射線源アセンブリがクリーニングのため取り出されるようになる程度まで、またはＭａａｒｓｃｈａｌｋｅｒｗｅｅｒｄ  ＃２特許に教示されるような能動クリーニングシステムを使用して機械的および／または化学的作用により汚れ物質が除去されるようになる程度まで、汚れ物質を集積させることにより、この問題に焦点を当ててきた。
【００１４】
Ｍａａｒｓｃｈａｌｋｅｒｗｅｅｒｄ  ＃２特許により教示されるクリーニングシステムは、当技術分野で非常に著しく進展したが、改善の余地はある。
【００１５】
第１に、Ｍａａｒｓｃｈａｌｋｅｒｗｅｅｒｄ  ＃２特許により教示されるクリーニングシステムでシール不良が生じ、その結果、酸性クリーニング流体が失われ、汚染物を除去する能力が低減し、ならびにクリーニング用化学薬品が環境に取り込まれる可能性がある。第２に、クリーニングシステムは比較的複雑であり、その結果、機器に関連した資本および運転コストが甚大になる。第３に、機械式クリーニング機器は、ＵＶランプが最小限の分離距離を有することが必要な、反応器内の空間を占有し、そのため消毒の有効性が低減し、紫外線反応器の効率が低下する。第４に、拭取り動作によってスリーブに引掻き傷が生じる可能性があり、汚れを潜在的に助長する可能性がありまたはスリーブの早期故障に繋がる可能性がある。第５に、この設計で必要な可動部品も故障をもたらす可能性があり、メンテナンスが必要になり得る。最後に、機械的な拭取りとは無関係に、スリーブは、クリーニングまたは交換のいずれかのために最終的には除去されなければならず、これは時間がかかり望ましくない。
【００１６】
したがって、機械的デバイスおよび可動部品を使用せずに連続ｉｎ  ｓｉｔｕクリーニングを行う「受動的クリーニング」技法が、望ましいと考えられる。
【００１７】
米国特許第７，３２６，３３０号［Ｈｅｒｒｉｎｇｔｏｎら（Ｈｅｒｒｉｎｇｔｏｎ）］は、受動的クリーニング技法について教示しており、この技法では、石英スリーブでのバイオフィルムの形成および／または汚れ物質の堆積が、石英スリーブで局所的に低いｐＨを生成することによって防止できるとされている。明らかに、これは通常ならスリーブ上に沈殿し得る無機化合物（例えば、金属塩）の溶解度を実質的に向上させる。局所的に低いｐＨは、電気化学的手段により実現され、この手段ではワイヤが石英スリーブに巻き付けられて、石英スリーブに巻き付けられたワイヤがアノードになるように電気回路に接続される。無機化合物（例えば、金属塩）は、カソードで沈殿することになる。カソードは、回路の極性を一巡させることによってスケール除去することができる。
【００１８】
しかし、紫外線源アセンブリの汚れを防止するためのＨｅｒｒｉｎｇｔｏｎ法の有用性には疑問がある。局所的に低いｐＨは、金属ワイヤの表面に生成され、表面上に分子レベルで汚れが生じている石英表面全体にわたって全般的に生成されるとは限らないと考えられる。さらに酸性種は、反応器内の強力な対流環境により、スリーブ界面から除去されやすい。さらにＨｅｒｒｉｎｇｔｏｎ法は、カソード上にスケールを生成し、これをクリーニングする必要があり−即ち汚れ物質の集積物は、一方の面から他方の面に単に移される。さらにプロセスは、受動的クリーニンプロセスを実現するために、多大なコストのかかる追加エネルギーの消費を必要とする。Ｈｅｒｒｉｎｇｔｏｎは、ダイヤモンドを使用して、石英表面との電気接触を改善してもよいことを示唆している−これは明らかに非実用的でありコストのかかる解決策である。石英スリーブに金属ワイヤを巻き付けると、砕片が捕捉されることによって汚れがひどくなる可能性もある。したがって、表面全体にわたって本来の強力な表面酸性度を保有する石英スリーブを利用することにより、電気接触の必要性および外部エネルギー供給の必要性を取り除き、それによって界面領域で酸性度を生じさせる外部手段の必要性を取り除く手法を有することが望ましいと考えられる。
【００１９】
米国特許第７，４２５，２７２号［Ｂｕｔｔｅｒｓら（Ｂｕｔｔｅｒｓ）］は、反応器内を通過する研摩性であり、任意に酸性のスラリーを使用した、紫外線保護スリーブのクリーニングについて教示する。研摩材は、局所的に高い剪断応力を組み合わせることにより、保護スリーブから汚れを物理的に除去することが教示される。任意に、酸と除染混合物とを混合することによりスラリーを酸性にしてもよく、その結果、堆積した金属およびその他の酸化物層を可溶化することによって汚れの放出が可能になる。別の態様では、研摩材が光触媒的性質を保有して酸化反応を促進させ、ＵＶスリーブをクリーニングすることが求められる。しかし、これらの手法のそれぞれにおいて、研摩材は、除染水から回収されなければならず、それには材料の分離、材料の取扱い、およびこれに伴う資本および運転コストが必要になる。最も望ましくないのは、水に酸が取り込まれることにより、下流中和ステップ、または環境に放出する前に除染水から酸を回収する別の手段が必要になることである。さらに、高体積流量の水は除染施設で処理されるので、無機金属およびその他の酸化物層が溶解されるよう十分低いｐＨを実現するのに、高体積流量の強酸が必要と考えられる。
【００２０】
このように、当技術分野の進歩にも関わらず、汚れ物質が集積される放射線源アセンブリの表面（特に、紫外線源用の石英スリーブまたはその他の保護面）は、汚れ物質の実際の集積物が取り除かれるか、または軽減されるように構成できることが、非常に有利と考えられる。言い換えれば、最初に汚れ物質の集積物を低減させる手法を有することが、望ましいと考えらえる。この手法が、紫外線流体処理システムの使用者にとって比較的低いコストでありメンテナンス不要であれば、さらに有利と考えられる。
【００２１】
［発明の概要］
本発明の目的は、従来技術の上述の欠点の少なくとも１つを取り除くか、または軽減させることである。
【００２２】
本発明の目的は、従来技術の上述の欠点の少なくとも１つを取り除くか、または軽減させる新規な要素を提供することである。
【００２３】
したがって、１つの側面では、本発明は、水性液体と接触するための浸漬可能な部分を有するように構成された要素を提供し、この浸漬可能な部分は、水性液体と接触するための、強酸性度を有する接触面を含んでいる。
【００２４】
本発明は、この要素を組み込んだ、放射線（例えば、紫外線）源アセンブリ、放射線（例えば、紫外線）源モジュール、および流体（例えば、水）処理システムにも関する。
【００２５】
本発明は、汚れ物質が集積され易い、流体に接触する任意の面に適用可能である。本発明の態様を、紫外線流体処理システム（特に、それらのシステムで使用される石英またはその他の保護スリーブ）に関して記述するが、本発明は、それらの態様に限定するものではないことが理解されよう。
【００２６】
したがって本発明者らは、水溶液に接触する面上、例えば紫外線流体処理システム内の保護（例えば、石英）スリーブに汚れが蓄積される割合を取り除くか、または軽減させる手法を発見した。この手法は、流体（例えば、水）に接触するそれらスリーブの表面の少なくとも一部が、本来の強力な表面酸性度を有するように改質することを含む。ある場合には、これは複雑な機械式クリーニング機器の必要性を取り除くことができ、または少なくとも、機械式クリーングの頻度の低減をもたらすことができる。
【００２７】
好ましい態様では、強力で永続的な表面酸性度は、比較的薄い皮膜（例えば、約１分子層から約１μｍの範囲の厚さ）の固体酸の固定化を介して実現される。固体酸は、保護（例えば、石英）スリーブの表面にグラフト化されてもその他の方法で直接堆積されてもよく、または、保護（例えば、石英スリーブ）上に堆積された１つ以上の薄い皮膜にグラフト化されてもその他の方法で堆積されてもよい。
【００２８】
いかなる特定の理論または動作形態にも拘泥するものではないが、強力な表面酸性度は、保護（例えば、石英）スリーブの表面と流体（例えば、水性液体）との間の界面領域の局所ｐＨを、無機化合物（例えば、金属塩）が可溶性のままになり、保護（例えば、石英）スリーブの表面で結晶化することのない十分低い値にまでシフトさせると考えられる。さらに、強力な局所酸性度は、微生物生命体に適さない環境を生成し、したがって保護（例えば、石英）スリーブには本来の抗菌性がしみ込んでいると考えられる。このように、保護（例えば、石英）スリーブ上の汚れ物質の集積物は、取り除かれるか、または軽減されると考えられる。
【００２９】
本発明の態様について添付図面を参照しながら記述するが、同様の符号は同様の部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】例１で生成された試験片のＸＰＳサーベイスキャンを示す図である。
【図２ａ】例１で生成された試験片の、高解像度ＸＰＳサーベイスキャンを示す図である。
【図２ｂ】例１で生成された試験片の、高解像度ＸＰＳサーベイスキャンを示す図である。
【図３】例２で生成された、汚れた試験片の、ＥＤＸＲＦ解析を示す図である。
【図４】例２で生成された、汚れた試験片の、ＥＤＸＲＦ解析を示す図である。
【発明の詳細な説明】
【００３１】
その側面の１つにおいて、本発明は、水性液体に接触するための浸漬可能な部分を有する要素に関し、この浸漬可能な部分は、水性液体に接触するための、強酸性度を有するように構成された接触面を含んでいる。この要素の好ましい態様は、下記の特徴のいずれかの、いずれか１つまたはいずれか２つ以上の組合せを含んでいてもよい：
・  接触面は、酸性物質を含んだ少なくとも１つの層を含む
・  酸性物質はルイス酸を含む；
・  酸性物質はブレンステッド酸を含む；
・  酸性物質は、少なくとも１種の金属酸化物化合物を含む；
・  少なくとも１種の金属酸化物は、元素周期表の３族から１３族までから選択される、少なくとも１種の金属を含む；
・  少なくとも１種の金属酸化物は、少なくとも１種のアルカリ土類金属（元素周期表の２族）を含む；
・  少なくとも１種の金属酸化物は、少なくとも１種のアルカリ金属（元素周期表の１族）を含む；
・  少なくとも１種の金属酸化物は、元素周期表のランタニド系列から選択される少なくとも１種の金属を含む；
・  少なくとも１種の金属酸化物は、元素周期表のアクチニド系列から選択される少なくとも１種の金属を含む；
・  酸性物質は、酸性の性質を示す少なくとも１種の金属酸化物化合物を含む；
・  酸性物質は、両性の性質を示す少なくとも１種の金属酸化物化合物を含む；
・  少なくとも１種の金属酸化物化合物は、Ｃｒ2Ｏ3、ＣｒＯ3、Ｔａ2Ｏ5、ＷＯ3、Ｗ2Ｏ5、ＺｒＷxＯy（式中、ｘは２であり、ｙは０．５から８である。）、Ｖ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＭｏＯ3、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＢｅＯ、Ｇａ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＺｎＯ、Ｌａ2Ｏ3、ＴｈＯ2、ＣａＯ、ＺｒＯ2、およびこれらの混合物からなる群から選択される；
・  酸性物質は、酸性遷移金属酸化物化合物を含む；
・  酸性物質は、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ａｌ、およびこれらの組合せからなる群から選択される少なくとも１つのメンバーを含有する金属酸化物である；
・  酸性物質は、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ａｌ、およびこれらの組合せからなる群から選択される少なくとも１つのメンバーを含有する金属酸化物であり、この金属酸化物は、スルフェート、タングステート、およびモリブデートの少なくとも１種で処理されたものである；
・  酸性物質は、ＳＯ4／ＳｎＯ2、ＳＯ4／ＺｒＯ2、ＳＯ4／ＨｆＯ2、ＳＯ4／ＴｉＯ2、ＳＯ4／Ａｌ2Ｏ3、ＳＯ4／Ｆｅ2Ｏ3、ＭｏＯ3／ＺｒＯ2、ＳＯ4／ＳｉＯ2、ＷＯ3／ＺｒＯ2、ＷＯ3／ＴｉＯ2、ＷＯ3／Ｆｅ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3／ＺｒＯ2およびこれらの組合せからなる群から選択される；
・  酸性物質は、Ｎｂ2Ｏ5の水和物を含む；
・  酸性物質は、水不活性ゼオライトを含む；
・  酸性物質は、強力なブレンステッド酸性度を示す水不活性ゼオライトを含む；
・  酸性物質は、強力なブレンステッド酸性度を示し架橋ヒドロキシル部分を有する水不活性ゼオライトを含む；
・  酸性物質は、ＨＺＳＭ−５、ＨＹ、ＮａＨＹ、およびこれらの組合せからなる群から選択される；
・  接触面は、約３．５未満のハメット酸性度（Ｈ0）を有する；
・  接触面は、約１．７未満のハメット酸性度（Ｈ0）を有する；
・  接触面は、約−５．０未満のハメット酸性度（Ｈ0）を有する；
・  接触面は、約−５．６以下のハメット酸性度（Ｈ0）を有する；
・  酸性物質は、ヘテロポリ酸物質である；
・  ヘテロポリ酸物質は、（ｉ）Ｗ、Ｍｏ、およびＶからなる群から選択される付加原子、(ｉｉ)少なくとも１つの酸素原子、（ｉｉｉ）元素周期表のｐブロック（１３族から１８族まで）から選択される少なくとも１つのヘテロ原子を含む；
・  ヘテロポリ酸物質は、式Ｈ3ＡＢ12Ｏ40（式中、Ａはヘテロ原子であり、Ｂは付加原子である。）を有する構造を含む；
・  ヘテロポリ酸物質は、ヘテロポリ酸物質に水不溶性を与える陽イオンを含有するよう修飾された、１２−タングストリン酸（Ｈ3ＰＷ12Ｏ40）を含む；
・  陽イオンはセシウムである；
・  ヘテロポリ酸物質は、化合物Ｈ(3-x)ＣｓxＰＷ12Ｏ40（式中、２＜ｘ＜３）を含む；
・  酸性物質は、酸性の性質を示す金属ホスフェートである；
・  酸性物質は、両性の性質を示す金属ホスフェートである；
・  金属ホスフェートは、リン酸ニオブ（ＮｂＯＰＯ4）、リン酸ジルコニウム、ホスホン酸ジルコニウム、リン酸ランタン、およびこれらの組合せからなる群から選択される；
・  金属ホスフェートは、ＮｂＯＰＯ4を含む;
・  接触面はさらに、酸性物質が固定される基材を含む；
・  接触面はさらに、酸性物質が直接固定される基材を含む；
・  接触面はさらに、酸性物質が間接的に固定される（例えば、ゾルゲル層を含んでいてもよい１つ以上の中間層を介して）基材を含む；
・  基材は、非粒子状である；
・  基材は１対の対向面を有し、酸性物質が対向面の一方にのみ固定される；
・  基材は１対の対向する主面を有し、酸性物質が、対向する主面の一方にのみ固定される；
・  基材は１対の対向面を有し、酸性物質が対向面の両方に固定される；
・  基材は１対の対向する主面を有し、酸性物質が、対向する主面の両方に固定される；
・  基材は１対の対向面を有し、酸性物質が対向面の一方にのみ固定される；
・  基材は低表面積を有する；
・  基材は、約１ｍ2／ｇ未満の表面積を有する；
・  基材は、実質的に放射線透過性の材料を含む；
・  基材は、実質的に紫外線透過性の材料を含む；
・  基材は、シリカ、石英、金属、セラミック、ガラス、サファイヤ、非晶質フルオロポリマー、コポリエステル材料、およびこれらの組合せからなる群から選択されるメンバーを含む
・  基材は、石英を含む；
・  要素は、実質的に放射線透過性である；
・  要素は、実質的に紫外線透過性である；かつ／または
・  基材はステンレス鋼を含む。
【００３２】
上述の要素は、下記のいずれかに組み込まれてもよい：
・  水性液体に浸漬されるように構成された面であって上述の要素を含んだ面を含む、放射線源；
・  水性液体に浸漬されるように構成された面であって上述の要素を含んだ面を含む、紫外線源；
・  少なくとも１つの支持要素と少なくとも１つの上述の放射線源とを含む、放射線源モジュール；
・  少なくとも１つの上述の放射線源が内部に配置されている流体処理ゾーンを含む、流体処理システム；
・  少なくとも１つの上述の放射線源が内部に配置されている流体処理ゾーンを含む、水処理システム；
・  少なくとも１つの上述の放射線源モジュールが内部に配置されている流体処理ゾーンを含む、流体処理システム；
・  少なくとも１つの上述の放射線源モジュールが内部に配置されている流体処理ゾーンを含む、水処理システム；
・  水性液体に浸漬されるよう構成された面であって上述の要素を含んだ面を有する保護スリーブ内に配置された放射線源を含む、放射線源アセンブリ；
・  水性液体に浸漬されるよう構成された面であって上述の要素を含んだ面を有する保護スリーブ内に配置された紫外線源を含む、紫外線源アセンブリ；
概して、本発明は、本質的に強力な表面酸性度の面を有する要素に関する。この酸性度は、表面が水性環境に配置された場合に表面の汚れを防止しまたは大幅に低減させる。
【００３３】
一般に、固形分には２種類の酸部位：ルイス酸部位およびブレンステッド酸部位がある。当業者に公知であるように、ルイス酸部位は、酸部位と相互作用し得る一部の基材からの供与によって電子電荷を受容することが可能な、電子不足金属中心を含有するものである。当業者にさらに公知であるように、ブレンステッド酸部位は、酸部位からそれが相互作用する基材までプロトンを移すことによって、プロトンの供与を可能にするものである。いくつかのタイプの酸が有用であるが（上述のように）、特に好ましい態様は、表面に防汚性を与える強力なブレンステッド酸性度を示す固体酸物質（例えば、Ｎｂ2Ｏ5ナノ粒子）の固定化に関する。いかなる特定の理論にも動作形態にも拘泥するものではないが、ブレンステッド酸性度は、例えば溶融シリカ基材に防汚性を与える際に、役割を演じると考えられる。金属酸化物中のこれらのブレンステッド酸部位は、ヒドロキシル基を架橋することによって生成されると考えられる。より具体的には、ニオビアナノ粒子の好ましい態様の場合、ブレンステッド酸部位では、Ｎｂ−Ｏ−ＮｂおよびＳｉ−Ｏ−Ｎｂ架橋基により生成されると考えられる。
【００３４】
ブレンステッド酸部位は、防汚性を助長すると考えられる準液体を生成する能力を有すると考えられ−この理由のため、ブレンステッド酸部位が好ましい。当技術分野で公知のように、フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）分光法は、ルイス酸部位とブレンステッド酸部位とを区別することができる。
【００３５】
酸性度は、防汚酸性物質を基材にグラフト化することによって、基材に与えてもよい。以下の考察は、本発明の特に好ましい態様に焦点を当てるが（即ち、石英スリーブ基材上の酸化ニオブ（Ｖ）の酸性ナノ粒子）、本発明は、この特定の態様に制限されないことが理解されよう。
【００３６】
基材が、水処理光反応器にＵＶランプを収容するのに使用される石英スリーブの場合、好ましい態様では、酸性物質は、酸化ニオブ（Ｖ）の酸性ナノ粒子を含有する厚さ約１ｎｍの薄い皮膜から構成される。本発明を使用して、石英スリーブの表面を、永続的な本来の強力な表面酸性度で官能化することができる。固−液界面での局所的に低い酸性度は、化学平衡をシフトすることによって、したがって物質沈殿および不均質核形成用の熱力学的駆動電位を最小限に抑えることによって、無機化合物（例えば、金属塩）が表面に結晶を形成するのを阻止すると考えられる。さらに、強力な表面酸性度は、微生物生命体に適さない環境を界面生成し、したがって石英スリーブには本来の抗菌性がしみ込んでいると考えられる。
【００３７】
好ましい態様では、石英スリーブの酸性表面は、使用前の石英スリーブの処理によって発生させることができる。固体酸は、薄い皮膜として、好ましくは限定するものではないが１分子層の厚さ（即ち、１つの単層）として、石英表面に直接固定化されること、または、もう１つの材料もしくは複数の材料の１つ以上の薄い皮膜−即ち、１つ以上の中間層の、上もしくは内部に酸性物質を固定化することのいずれかによって、固定化される。皮膜厚および材料の選択は、得られるＵＶ透過率が実質的に影響を受けないようなものである。表面への固体酸物質の固定化および／または酸性官能基のグラフト化は、標準的な表面化学技法、例えばゾルゲル合成およびその他のグラフト化、ならびに当業者の範囲内にある表面取着反応によって実現される。（１つ以上の）中間層の選択は、基材の表面積を変更するように選択することができる。
【００３８】
酸性の性質は、様々なファミリーの材料（上述の）の使用を通して得てもよい。好ましくは、酸性物質は、酸性金属酸化物、例えば酸化アルミニウム、二酸化チタン、もしくは水和酸化ニオブ（Ｖ）（ニオブ酸）、ニオビアモノマーもしくはダイマー、またはその他のポリマーニオビア化合物、およびリン酸ニオブを含んでいてもよい。酸性相は、ケギン（Ｋｅｇｇｉｎ）、ドーソン（Ｄａｗｓｏｎ）、およびプレイスラー（Ｐｒｅｙｓｓｌｅｒ）構造、例えば１２−タングストリン酸（Ｈ3ＰＷ12Ｏ40）を含むがこれらに限定されない様々な構造のヘテロポリ酸物質から、またはより好ましくは、プロトン交換による構造内へのセシウムなどの大きな陽イオンの一体化を介して水不溶性が与えられた、ヘテロポリリン酸から構成されてもよい。
【００３９】
酸性相は、酸性ゼオライト、例えばＺＳＭ−５およびゼオライトβなどであるがこれらに限定されないものから構成されてもよい。表面は、シラン化合物を介してまたは当業者の範囲内にあるその他の手段によって、シリカまたは別の酸化物、酸性ゼオライトなどにグラフト化された、スルホン酸基で官能化されてもよい。
【００４０】
あるいは酸性皮膜は、超酸ＮＡＦＩＯＮなどの酸性物質から構成された有機ポリマー皮膜もしくは膜、または、例えばＡｍｂｅｒｌｙｓｔ  １５などのポリマーにグラフト化されもしくはその他の方法で堆積された酸性官能基を有するポリマー皮膜であってもよい。酸性物質は好ましくは、当業者の範囲内にあるような、カルボン酸基、スルホン酸基、および同様のものを含むがこれらに限定するものではないそのような官能基、ならびに金属酸化物物質の架橋ヒドロキシル基を通して、強力なブレンステッド酸性度を示すと考えられる。
【００４１】
固体物質の表面酸性度を特徴付ける従来の手法は、最初に飽和するまで酸性表面に吸着されるアンモニアまたはピリジンなどの塩基性プローブ分子の、昇温脱離（ＴＰＤ）による。試験片が引き続き加熱されるにつれ、弱く吸着している材料は試験片から除去され、定量される。温度がさらに上昇するにつれ、より強力に吸着している材料が脱着する。
【００４２】
ＴＰＤデータでは、全く別の種類の酸部位からの塩基性プローブの脱着により、平均脱着温度（Ｔm）付近に分布したピークが得られることになる。プローブを脱着するのに必要な平均温度が高くなるほど、表面酸性度はより強力になる。この脱着温度は、方程式（２）の場合のような形の相関を使用して方程式（１）で定義されたハメットの酸度関数（Ｈ0）にしばしば相関する（式中、ａおよびｂは実験定数である。）。ハメットの酸度関数も、負のｐＨをもたらすか、または理想的ではない溶液の挙動が生じる可能性がある、非常に強力な液体の酸に関して、通常のｐＨスケールよりも適切である。
【数１】
2014524825.tif 000003
【００４３】
ＴＰＤのみによる表面酸性度の定量化は、石英スリーブ基材（好ましい基材材料）などの非常に低い表面積の材料の場合、難しいことがわかった。しかし、水和酸化ニオブ（Ｖ）は表面酸性度Ｈ0＝−５．６を示すことが、科学文献に報告されている［Ｋ．Ｔａｎａｂｅ（２００３）、Ｃａｔａｌ．Ｔｏｄａｙ、７８、６５］。
【００４４】
したがって、好ましい態様では、基材の酸性表面は、ハメット酸性度がＨ0＜３．５、より好ましくはＨ0＜１．７、さらにより好ましくはＨ0＜−５、最も好ましくはＨ０≦−５．６であるブレンステッド酸性度を示すべきである。
【００４５】
本発明の非常に好ましい適用例は、紫外線流体（例えば、水）処理システムの石英スリーブ上での汚染物蓄積の抑制に関するが、本発明は、その他の適用例での汚染物の蓄積またはバイオフィルム形成、例えば：熱交換器および水蒸気発生器の電熱面上；バイオリアクターおよびその他の工業プロセス機器および配管の、壁面およびその他の沈積面上；レンズおよびセンサを含めたその他のガラス表面上；膜などのポリマーまたはセラミック表面上での汚染物の蓄積の、抑制に利用してもよいことを理解すべきである。その結果、酸性皮膜がグラフト化される基材は、炭素、金属もしくは金属合金、セラミック、または合成もしくは天然のポリマー材料、またはいくつかのその他の複合材料から構成することができる。
【００４６】
本発明の態様について、本発明の範囲を解釈しまたは限定するのに使用されるべきではない以下の非限定的な実施例を参照しながら、記述する。
【００４７】
例１−酸官能化石英表面の調製
ＧＥ  ２１４石英（溶融シリカ）（Ｐｅｌｃｏ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、ｐ／ｎ  ２６０１３）で作製された２つのクーポン（１インチ×１インチ×１ｍｍ）を、両方の主面が流体に曝されるようにトルエンに２０分間浸漬することにより、化学的にクリーニングした。次いで試験片を、無水２−プロパノールで濯ぎ、乾燥した。試験片を同様に１０％（ｖ／ｖ）の塩酸に２０分間浸漬し、その後、脱イオン水で濯ぎ、次いで２−プロパノールで濯いだ。次いで試験片をトルエンに再び２０分間浸漬し、その後、２−プロパノールで完全に濯いだ。
【００４８】
次いで試験片を、反応器内で固定化し、１２０℃で２時間、試験片上を流れる空気（超ゼロガス）の存在下で活性化した。反応終了後、反応器を室温に冷却し、試験片を周囲に曝すことなく切り離してグローブボックス内に移した。グローブボックスを、超高純度窒素を使用して数回パージすることにより、不活性環境を生成した。以後、試験片００３および試験片００４と示される試験片を、ｎ−ヘキサン溶媒にニオブ（Ｖ）エトキシドを溶かした約０．０５および０．０２５モル／Ｌの溶液にそれぞれ浸漬した。無水ｎ−ヘキサン溶媒を、約３５０℃で３時間活性化させた５Ａモレキュラーシーブにより、使用前にさらに乾燥した。試験片を、前駆体溶液に２時間にわたり浸漬し、次いで引き続き、ｎ−ヘキサン溶媒中で濯ぎ、真空中で一晩乾燥した（合成中の任意の点で、試験片を周囲に曝すことなく）。
【００４９】
次いで試験片を、不活性環境にある状態で反応器内で固定化した。反応器を切り離し、その装置に移した。試験片を、流動するＵＨＰ窒素の存在下で２００℃に加熱し、この反応温度で２時間保持した。次いで反応器を１００℃に冷却し、ガス流をＵＨＰ窒素から空気（超ゼロガス）に切り換えた。試験片を、これらの反応条件下で２時間保持することにより、合成を終了させた。
【００５０】
２つの試験片を回収し、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により、および原子間力顕微鏡法により特徴付けた。高分解能および低分解能のＸＰＳサーベイスキャンを実施した。ＸＰＳスペクトルを、単色光ＡｌＫα  Ｘ線ビームを使用して、サイズが約７００×４００ミクロンの領域からＫｒａｔｏｓ  ＡＸＩＳ  Ｕｌｔｒａ  ＸＰＳを使用して収集した。試験片００３に関するＸＰＳサーベイスキャンの結果を、図１に示す。ＸＰＳ解析の結果により、両方の試験片で酸化ニオブ上層の存在が確認された。高分解能ＸＰＳスキャン（図２ａおよび２ｂ）では、ニオブが＋５酸化状態にあり、Ｎｂ2Ｏ5の存在が示されることが明らかにされた。試験片００３および００４の酸化ニオブ上層の厚さは、Ｐ．Ｊ．Ｃｕｍｐｓｏｎ；［Ｐ．Ｊ．Ｃｕｍｐｓｏｎ（２０００）Ｓｕｒｆ．Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ａｎａｌ．２９、４０３．］の方法を使用してＸＰＳデータから決定し、それぞれ１．２および０．４ｎｍであることがわかった。
【００５１】
２つの試験片を、ｅｘ  ｓｉｔｕ  ＡＦＭ解析に供した。試験片を、Ｐａｒｋ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ＸＥ−１００  ＡＦＭのダイナミックフォースモードを使用して撮像した。公称ばね定数が４０Ｎ／ｍのシリコンカンチレバーを使用した。ＡＦＭプローブチップ先端の公称半径は１０ｎｍであった。ＡＦＭ画像では、酸化ニオブナノ粒子の存在が確認され、有意には、表面が、大きな凝集体ではなくて、石英の表面全体に均一に分散された高度に分散したナノ粒子からなることが明らかにされた。
【００５２】
例２−実験室装置での汚れの研究
ＧＥ２１４石英クーポンからなる６つの研究用試験片を、上層厚さが約１ｎｍの石英表面全体に高度に分散された酸化ニオブナノ粒子が得られるように、例１で記述したように酸官能化した。４つの、未処理であるが化学的にクリーニングされた石英クーポンを、対照試験片として使用した。２５４ｎｍの単色光のＵＶ透過率（ＵＶＴ）を、積分球を備えたＶａｒｉａｎ  Ｃａｒｙ  １００  ＵＶ−可視（ＵＶ−Ｖｉｓ）分光計（Ｌａｂｓｐｈｅｒｅ、Ｎｏｒｔｈ  Ｓｕｔｔｏｎ、ＮＨ、ＵＳＡ）を使用して、１０個の試験片全てを通して２０カ所で測定した。１０個の試験片を引き続き、石英試験片の上流が２０水力直径であり下流が１０水力直径である静穏ゾーンを備えた１０個の個々のフローセル内に固定化して、フローセルのダクトを通して乱流が完全に生ずるのを確実にした。
【００５３】
試験片を、１２００のレイノルズ数で専用の合成汚染水に曝し、それと同時に２５４ｎｍの水銀灯で７０．５時間の曝露時間にわたり照射した。この後、ＵＶランプの電源を切り、供給ポンプを停止した。試験片を、最初に水道水２００リットルで濯ぎ、次いで脱イオン水に浸漬した。試験片を、真空中で一晩乾燥した。汚れた表面の定量化学分析を、Ｒｉｇａｋｕ  ＮＥＸ  ＣＧ  ＥＤＸＲＦ分光計を使用したエネルギー分散性ｘ線蛍光（ＥＤＸＲＦ）分光法により得た。汚れた試験片の、２５４ｎｍの単色光のＵＶＴは、前述のようにＵＶ−Ｖｉｓ分光法により確認された。第２の実験は、第１の実験を繰り返すように実行し、第３の実験は、さらに長い曝露時間（９６時間）で実行した。
【００５４】
ＵＶ−Ｖｉｓ分光法（表１）の結果は、２５４ｎｍの単色光のＵＶＴの実質的な低下により証明されるように、対照試験片の全てが著しく汚れたことを示し、一方、処理された試験片の全ては、おそらくは器具の精度限界内である、おそらくはＵＶＴの損失が１．４％のもの（＃３２１）を除いて全く汚れなかった。対照的に、対照試験片は３から１３％のＵＶＴを失った。処理された試験片のＵＶＴは、典型的には実験の始めよりも実験の終わりで僅かに高かったが、これは表面が自己クリーニングされ、おそらくは合成からの残留炭素の堆積物が失われたことに起因することを示唆している。ＥＤＸＲＦ解析の結果は、結論として、カルシウムおよび鉄の著しい蓄積が対照試験片上に存在したが、処理された試験片では観察されなかったことを実証している。互いに重ね合わされた対照および処理された試験片に関する代表的なＥＤＸＲＦスペクトルを、図３および４に示し、これらはそれぞれ、カルシウムおよび鉄に関するＥＤＸＲＦシグネチャーを示す。カルシウムおよび鉄に関連した顕著なピークは対照試験片で観察されたが、これらのピークは、処理された試験片では観察されなかった。図に示されていないが、マグネシウムの顕著な蓄積が対照試験片で観察され、しかし処理された試験片では検出されなかった。これらの結果は、結論として、無機物の剥がれ化合物が対照試験片上に蓄積され、一方その蓄積は、処理された試験片での酸化ニオブナノ粒子の存在により完全に抑制されたことを実証した。
【００５５】
本発明について、例示的な態様および実施例を参照しながら記述してきたが、この記述は、限定を意味すると解釈されるものではない。本発明の例示的な態様ならびにその他の態様の様々な変更例は、この記述を参照することにより当業者に明らかにされよう。したがって、添付される特許請求の範囲は、任意のそのような変更例または態様を包含することになると考えられる。
【００５６】
本明細書で言及される全ての文献、特許、および特許出願は、個々のそれぞれの文献、特許、または特許出願の全体が参照により組み込まれることが具体的および個々に示されるかの如く同程度まで、その全体が参照により組み込まれる。
【表１】
2014524825.tif 000004
【図１】
2014524825.tif 000005
【図２ａ】
2014524825.tif 000006
【図２ｂ】
2014524825.tif 000007
【図３】
2014524825.tif 000008
【図４】
2014524825.tif 000009
【国際調査報告】
2014524825.tif 000010
2014524825.tif 000011