(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状物質、疎水性物質、無極性物質、微生物、又はウィルスのうちから選択された１つ以上の成分を、水と１つ以上の該成分との混合物から、或いは極性液体と１つ以上の該成分との混合物から、分離するための分離器であって、前記分離器は、金属水酸化物水和物ゲルの連続した層を備え、前記金属水酸化物水和物ゲルは、水酸化アルミニウム水和物、水酸化マグネシウム水和物、水酸化亜鉛水和物、水酸化マンガン水和物、水酸化コバルト水和物、水酸化ニッケル水和物のうちの１つ以上から選択される、分離器。
【請求項２】
前記金属水酸化物水和物ゲルの層を保持するための多孔性保持具をさらに備える、請求項１に記載の分離器。
【請求項３】
前記多孔性保持具は、布、織布、小孔含有材料、内部に１つ又はそれ以上の穴若しくは孔を有する固体材料、多孔性セラミック材料、或は焼結材料を備える、請求項２に記載の分離器。
【請求項４】
前記分離器は、前記混合物が該分離器に入る入口と、前記金属水酸化物水和物ゲルの前記層を通過した前記水又は極性液体が該分離器から出る出口とを備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の分離器。
【請求項５】
前記分離器は、前記金属水酸化物水和物ゲルの層の上流に置かれた上流保持具をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の分離器。
【請求項６】
前記上流保持具は、布、織布、小孔含有材料、内部に１つ又はそれ以上の穴若しくは孔を有する固体材料、多孔性セラミック材料、或はメッシュ材料を備える、請求項５に記載の分離器。
【請求項７】
前記金属水酸化物水和物ゲルの連続層は、１ミクロンから１メートルまでの厚さを有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の分離器。
【請求項８】
前記金属水酸化物水和物ゲルは、金属水酸化物の各分子に結び付く少なくとも１０個の水分子を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の分離器。
【請求項９】
前記金属水酸化物水和物ゲルの連続層は、１ミクロンから５０ｃｍまでの厚さを有する、請求項７に記載の分離器。
【請求項１０】
前記金属水酸化物水和物ゲルの連続層は、１ミクロンから１０ｃｍまでの厚さを有する、請求項７に記載の分離器。
【請求項１１】
前記金属水酸化物水和物ゲルの連続層は、１ミクロンから１０ｍｍまでの厚さを有する、請求項７に記載の分離器。
【請求項１２】
前記金属水酸化物水和物ゲルは、金属水酸化物の各分子に結び付く３０乃至４００個の水分子を有する、請求項８に記載の分離器。
【請求項１３】
前記金属水酸化物水和物ゲルは、金属水酸化物の各分子に結び付く３７乃至３００個の水分子を有する、請求項８に記載の分離器。
【請求項１４】
前記金属水酸化物水和物ゲルは、金属水酸化物の各分子に結び付く３７乃至９０個の水分子を有する、請求項８に記載の分離器。
【請求項１５】
粒状物質、疎水性物質、微生物、又はウィルスのうちから選択された１つ以上の成分を、水と１つ以上の該成分との混合物から、或は極性液体と１つ以上の該成分との混合物から、分離する方法であって、該混合物からの水又は極性液体を金属水酸化物水和物ゲルの連続層に通すステップであって、前記金属水酸化物水和物ゲルは、水酸化アルミニウム水和物、水酸化マグネシウム水和物、水酸化亜鉛水和物、水酸化マンガン水和物、水酸化コバルト水和物、及び水酸化ニッケル水和物のうちの１つ又はそれ以上から選択され、その一方で１つ以上の該成分が該金属水酸化物水和物ゲルの連続層の上に保持される、ステップを含む、方法。
【請求項１６】
圧力が前記混合物に加えられる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記金属水酸化物水和物ゲルは、水中又は水溶液中で金属水酸化物を生成し、それにより該金属水酸化物水和物ゲルを形成することによって調製され、または、前記金属水酸化物水和物ゲルは、２つ以上の反応物を一緒に混合し、それにより該金属水酸化物水和物ゲルを形成することによって調製され、または、該金属水酸化物水和物ゲルは電気分解によって形成される、請求項１５又は１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分離器に関する。一態様において、本発明は、水若しくは水溶液から、又は水混和性液体から、粒状物質及び／又は疎水性物質を分離するための分離器に関する。別の態様において、本発明は、水若しくは水溶液から、又は水混和性液体から、粒状物質及び／又は疎水性物質を分離する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固形物、例えば粒状物質の水又は水溶液からの分離は、様々な産業において必要である。水から固形物を分離するための多くの異なる技術が開発されている。これらには、ろ過、沈殿、沈降、清澄化、濃厚化、サイクロン分離などが含まれる。
【０００３】
ろ過は、汚染水などの水を、フィルタ媒体に通すことを含む。フィルタ媒体は、砂又は珪藻土などの微細物質のベッド又はケーキを備えることができる。フィルタ媒体の粒子間の間隙より大きい水中の粒子が、フィルタ媒体中にトラップされて水から除去される。水は、フィルタ媒体を通過して典型的には回収される。しかし、フィルタ媒体の粒子間の間隙より細かい水中の粒子はフィルタ媒体を通過することができ、水から除去されない。
【０００４】
フィルタを使い続けると、フィルタ媒体は、水からの保持された粒子でいっぱいになり始め塞がれる。フィルタ媒体上に粒子のケーキが形成し始めることになり、粒子のケーキは、水からのさらなる粒子をろ過するようにも作用する。フィルタ媒体上の粒子のケーキの厚さは、水のろ過が続くにつれて増加する。
【０００５】
最終的に、フィルタは粒子によって塞がれ、洗浄することが必要になる。洗浄は、典型的には、高圧水がフィルタ媒体中を逆方向に通って、そこから、保持された粒子を除去する逆洗機構を含む。
【０００６】
従来のフィルタは、典型的には、微細粒子及び微生物がそれを通過するのを許容するので、フィルタから回収された水は依然として微細粒子及び微生物を含む。その結果、多くの場合、水の使用が可能となる前にさらなる処理を必要とする水がもたらされる。例えば、飲用水の場合、微生物が水中に存在することは、明らかに極めて望ましくない。従って、ろ過された水には、普通、水中の微生物を殺すための塩素処理ステップが施される。
【０００７】
微生物、例えば、バクテリア及びウィルスを除去するために、水を、ナノ多孔質膜に通すことも可能である。これらのナノ多孔質膜は、微生物を除去するためには非常に有効であるが、それらは取付けるのに費用がかかり、多くの場合、それらを通る妥当な流速を達成するために大きな圧力降下を必要とする。結果として、ナノ多孔質膜は、飲用水供給の処理に広く使用されてはいないように思われる。
【０００８】
また経験上、水又は水溶液から、疎水性物質、特に疎水性液体を分離する上での難しさもある。これに関連する難しさの具体例は、輸送タンカーからの原油又は燃料の流出分を除去する際に直面する難しさによって示される。タンカー船からの原油及び精製燃料の流出事故は、アラスカ、メキシコ湾、ガラパゴス諸島及び多くの他の場所の自然生態系に大規模な被害をもたらしている。例えば、１９７９年のメキシコ湾におけるＩｘｔｏｃ  Ｉ  Ｅｘｐｌｏｒｅｒ（イストクＩエクスプローア）試掘施設上の爆発によって引き起された石油流出は、３００万バレルの石油の環境への放出をもたらした。この流出は２６０ｋｍの米国海岸に悪影響を及ぼした。２０１０年のＤｅｅｐｗａｔｅｒ  Ｈｏｒｉｚｏｎ  ＩＩ（ディープウォータ・ホライズンＩＩ）掘削基地上の爆発によって引き起された石油流出は、メキシコ湾への４９０万バレルの石油の流出（ｓｐｅｌｌ）をもたらした。やはり、大規模な環境被害が起きた。
【０００９】
現在、石油流出分を除去するのを試みるために多くの技術が使用されている。これらの技術には、バイオレメディエーション、制御燃焼、分散剤の使用、スキミング及び遠心分離が含まれる。しかし、これら技術の各々は、１つ又はそれ以上の難しさに悩まされる。バイオレメディエーションは、効力を生じるのに長時間かかり、石油流出分を全て除去するものではない。燃焼は石油の量を減らすだけであり、風の強い条件では機能しない。これはまた大気汚染を引き起す。分散剤は有毒であり、有毒な炭化水素のレベルを上げることになり、魚卵を殺すことになる。スキミングは、プロセス中、常に静かな水を必要とする。遠心分離は石油を全て分離することはなく、普通、多少量の石油が、遠心分離から回収された水の中に残る。米国の規制は、海洋に戻すことができる水の中の油の量を限定し、これは遠心分離の有用性を制限している。さらに、石油流出分を除去するのに使用される現在の技術の費用は非常に高い。
【００１０】
他の液体物質は、高価値成分部分が回収され得るように、又は輸送される成分部分の体積が減らされ得るように、又はより日持ちする生成物が形成され得るように、成分部分に分離されることが望ましいことが多い。例えば、粉乳は、乳からの水の蒸発によって乳から調製される。分離には乳を加熱することを必要とし、これにより粉乳が、熱にさらされることによって引き起されるカラメル化による調理臭を有する可能性がある。また、乳中の多くの有用な栄養物が加熱によって失われる可能性がある。乳清は熱によって変性する可能性がある。高熱（低温殺菌との関連で７２℃超に保持される高温など）が乳清タンパク質を変性させる。幾つかのビタミン、ミネラル及び有益なバクテリアが、加熱プロセス中に失われる可能性がある。乳業においては、粉乳を生成するため及び乳タンパク質を回収するために、噴霧乾燥及び限外ろ過が使用されている。しかし、両方のプロセスは、高圧力が必要なために、資本費及び操業費が高くなる。
【００１１】
他の液体生成物もまた高価値成分を含んでいることがある。例えば、健康食品の市場は急速に大きくなり拡大している。一例を挙げれば、カロテノイドの世界市場は、現在、１年当り１４億ドルに達する。ベータカロテンなどの高価値生成物を天然源から抽出することは非常に難しい。この目的のために、超臨界二酸化炭素抽出のような費用のかかるプロセスが使用されている。これらのプロセスは高価であり、スケールアップに適さない。製薬業界又は化粧品及び美容業界における使用のための成分を供給するために、他の有用な成分もまた、天然源又は合成混合物から抽出される必要があり得る。やはり、これらの成分を分離することは困難である可能性がある。
【００１２】
本明細書において、あらゆる従来技術に対する参照は、従来技術が共通一般知識の部分を形成することの承認でも、いずれかの形の示唆でもなく、またそのように理解されるべきではない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、液体から成分又は微生物を分離するための、低費用且つ非常に効果的な分離器及び方法を提供する。
【００１４】
第１の態様において、本発明は、粒状物質、疎水性物質、無極性物質、微生物、又はウィルスのうちから選択された１つ又はそれ以上の成分を、水と該１つ又はそれ以上の成分との混合物から、或は、極性液体と該１つ又はそれ以上の成分との混合物から分離するための分離器であって、金属水酸化物水和物の層を備えた分離器を提供する。
【００１５】
第２の態様において、本発明は、粒状物質、疎水性物質、微生物、又はウィルスのうちから選択された１つ又はそれ以上の成分を、水と該１つ又はそれ以上の成分との混合物から、或は、極性液体と該１つ又はそれ以上の成分との混合物から分離する方法であって、混合物からの水又は極性液体を金属水酸化物水和物の層に通し、その一方で該１つ又はそれ以上の成分が金属水酸化物水和物の層の上に保持される、ステップを含む方法を提供する。
【００１６】
一実施形態において、金属水酸化物水和物は水酸化アルミニウム水和物を含む。他の実施形態においては、金属水酸化物水和物（ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｈｙｄｒａｔｅ）は、水酸化マグネシウム、水酸化亜鉛、水酸化マンガン、水酸化コバルト及び水酸化ニッケルのうちの１つ又はそれ以上の水和物から選択することができる。
【００１７】
幾つかの実施形態において、金属水酸化物水和物は、水又は水溶液内で金属水酸化物を生成し、それにより金属水酸化物水和物を形成することによって調製される。本発明者等は、金属水酸化物水和物をインサイチュで生成することが、非常に効果的な分離が達成されることをもたらすことを見出した。
【００１８】
幾つかの実施形態において、金属水酸化物水和物は、２つ又はそれ以上の反応物を一緒に混合し、それにより金属水酸化物水和物を形成することによって調製される。幾つかの実施形態において、金属水酸化物水和物は、２つ又はそれ以上の反応溶液を一緒に混合し、それにより金属水酸化物水和物を形成することによって調製される。
【００１９】
他の実施形態において、金属水酸化物水和物は電気分解によって形成される。
【００２０】
本発明の分離器は、金属水酸化物水和物の層を備える。金属水酸化物水和物の層は、多孔性保持具によって保持することができる。多孔性保持具は金属水酸化物水和物層を保持し、その一方でまた液体を通過させるように機能する。多孔性保持具は、布、織布、有孔材料、内部に１つ又はそれ以上の穴又は細孔を有する固体材料、多孔性セラミック材料などを備えることができる。多孔性保持具に対する要件は、（ａ）金属水酸化物水和物と不利に反応しないこと、（ｂ）混合物からの水若しくは水溶液又は極性液体と不利に反応しないこと、及び（ｃ）細孔が、金属水酸化物水和物が通過できるほどには大きくないこと、だけである。多孔性保持具は、金属水酸化物水和物層から下流に適切に配置されることになる（本明細書を通して、用語「下流」及び「上流」は、使用中の液体の流れの正常方向によって決定される）。
【００２１】
一実施形態において、多孔性保持具はジオテキスタイル布を備えることができる。
【００２２】
幾つかの実施形態において、分離器は、混合物が分離器に入ることができる入口と、水酸化物水和物の層を通過した水又は極性液体が分離器から出ることができる出口とを備えることができる。
【００２３】
分離器は、液体が分離器を出ることができるようになる前に金属水酸化物水和物の層を通過しなければならないように構成されることになることを認識されたい。このようにして、金属水酸化物水和物の層を通過した液体だけが分離器を出ることができる。このようにして、金属水酸化物水和物の層を通過できない成分は、分離器を通過した水又は極性液体と共に分離器から離れることはできず、それにより１つ又はそれ以上の成分からの水又は極性液体の分離が保証される。
【００２４】
本発明者等は、意外にも、金属水酸化物水和物の層が、水又は極性液体から１つ又はそれ以上の成分を分離するのに非常に効果的であることを発見した。しかし、この分離器は、水又は極性液体の中にある溶解物質を水又は極性液体から分離しない。溶解物質は、水又は極性液体と共に分離器を通過することを見出した。例えば、混合物が、１つ又はそれ以上の成分と混合された塩溶液を含む場合、溶解した塩は、塩が溶けた水と共に分離器を通過することになる。
【００２５】
幾つかの実施形態において、混合物は水溶液と１つ又はそれ以上の成分との混合物を含む。
【００２６】
幾つかの実施形態において、保持具は金属水酸化物水和物の層の上方又は上流に置かれる。保持具は、布、織布、有孔材料、内部に１つ又はそれ以上の穴又は細孔を有する固体材料、多孔性セラミック材料、メッシュ材料などを備えることができる。金属水酸化物水和物の層の上流又は上にある保持具は、層の上への混合物の添加の際に層の崩壊を防ぐことができる。上にある保持具はまた、保持された物質を金属水酸化物水和物の層から離す分離層を提供するのに使用することができる。これは、保持された物質を回収することが望ましい状況（例えば、分離器が、混合物から有用な成分を分離するのに使用される場合）において、金属水酸化物水和物の層からの保持された成分の容易な除去を可能にし得る。他の実施形態においては、上流の保持具が、逆洗ステップ中に金属水酸化物水和物層を失うことなく分離器を逆洗することを可能にし得る。別の実施形態において、２つの保持具の間に置かれている金属水酸化物水和物の層は、裏返す又は反転させることができ、それにより、層にさらなるろ液を流して蓄積された物質を一掃することが可能になる。
【００２７】
本発明の好ましい実施形態において、金属水酸化物水和物の層は、金属水酸化物水和物ゲルの層の形態である。金属水酸化物水和物ゲルは厚いゲル又は薄いゲルを含むことができる。
【００２８】
金属水酸化物水和物の層は、任意の所望の厚さにすることができる。本発明者等は、金属水酸化物水和物の層を１ミクロン程にも薄くすることができ、それでもなお良好な結果を生むことを実証した。金属水酸化物水和物の層は、１ミクロンから１メートル若しくはそれ以上まで、又は１ミクロンから５０ｃｍまで、又は１ミクロンから３０ｃｍ若しくはそれ以上まで、又は１ミクロンから１０ｃｍまで、又は１ミクロンから５ｃｍまで、又は１ミクロンから１０ｍｍまで、又は１ミクロンから５ｍｍまで、又は１ミクロンから１ｍｍまでの厚さを有することができる。本発明者等は、金属水酸化物水和物の層を通るろ液の流速は、金属水酸化物水和物の層の厚さが減少するにつれて増加することを見出した。金属水酸化物水和物の層は、１ミクロン、又は５ミクロン、又は１０ミクロン、又は５０ミクロン、又は１００ミクロン、又は２５０ミクロン、又は５００ミクロン、又は１ｍｍの最小厚を有することができる。
【００２９】
金属水酸化物水和物の層は、金属水酸化物水和物の連続層を備えることが望ましい。そのような連続層を設ければ、金属水酸化物水和物層の短絡、迂回又は当該層を通じてのチャネル形成がおそらく防止されることになり、それにより全てのろ液が金属水酸化物水和物層を通過することが確実になる。
【００３０】
何かの理論に従っているとしたいわけではないが、本発明者等は、本発明の分離器の動作の様式は、フィルタの動作とは全く異なるものと考える。金属水酸化物水和物、及び特に金属水酸化物水和物ゲルは、水酸化物分子のネットの間にトラップされた多くの水分子を有する金属水酸化物の原子を含む。しかし、水分子は水酸化物分子に強く結合されてはいないと考えられる。水分子は非常に小さく、１８グラム／モルの非常に小さい分子量及び約２．７５Åの非常に小さい分子直径を有する。
【００３１】
図１は、水酸化アルミニウム水和物の分子構造の仮説モデルを示す。水和物が乾燥すると、これは金属水酸化物の粉末ではなく硬い結晶形に変わるという事実がこの仮説をさらに支持する。水酸化アルミニウムの分子は参照文字（ｎｕｍｅｒａｌ）「ａ」で示される。水分子（図１における「ｂ」及び「ｃ」）は、水酸化アルミニウム分子の正電荷及び負電荷に引き付けられる。従って、水分子は水酸化アルミニウム分子に強く結合しておらず、水酸化アルミニウム水和物から容易且つ自然に離れることができる。従って、本発明者等は、水が水酸化アルミニウム水和物の層を、真空も加圧も何も必要とせずに、容易に通過することができ、その一方で、他のサブミクロン及びナノ又はピコサイズの汚染物（例えば、藻、バクテリア、真菌、ウィルス、胞子、及び他の小さい単細胞又は多細胞有機体、並びに粒状物質など）は、水酸化アルミニウム水和物の層を通過できないと考える。重力及び／又は液体混合物に加えられる圧力は、液体混合物を通して水を駆動するのに役立つ。水酸化アルミニウム分子の電荷もまた別の駆動力であると考えられる。水酸化アルミニウム分子の電荷は、水分子を、水酸化アルミニウム水和物の層の上面近くに引き付ける。水分子が水和物層の中に移動すると、層の底部にある水分子は、重力及び／又は上方の水柱による圧力及び／又は層の底部におけるサブ圧力によって離れざるを得なくなり、回収することができる。このサイクルは、金属水酸化物水和物の層の上に水分子が殆ど残らなくなるまで続く。金属水酸化物水和物の層は、水分子及び他の極性分子だけが層を通過するのを可能にする。全ての不溶性固体粒子は、それらがナノメートル又はピコメートルの（又はより大きい）範囲にある場合に層によって捕捉される。水中に溶けている極性液体分子又は極性分子、例えば、食塩、砂糖、及びクロロフィルなどもまた金属水酸化物水和物層を通過する。しかし、水に溶けない全ての無極性液体炭化水素（例えば、油、ケロシン及びヘキサン）及び他の疎水性化合物（ベータカロテンなどの水に部分的に溶ける場合にも）は水和物層を通過することができず、従って、金属水酸化物水和物の層の上に保持されることになる。
【００３２】
幾つかの実施形態において、水和物中の金属水酸化物の各分子に結び付いた水分子の数は、時間とともに水が水和物から自然に分離することもあるし、又は水和物に入ることもあるので、変化し得る。例えば、塩水の電気分解から製造されたばかりの希水酸化アルミニウム水和物は、水酸化アルミニウムの各分子に対して、大体約３００個の水分子を含む。一方で、水和物層は、混合物から水を分離するのに使用されているとき、圧縮されることになり、水和物層はクリーム状のゲル様物質に変わる可能性があるが、これは水酸化アルミニウムの各分子に対する水分子の数が減ることになるために起こる。また、金属水酸化物水和物を予め形成する（ｐｅｒｆｏｒｍ）のに用いられる条件が、金属水酸化物の各分子に結び付く水分子の数に影響を及ぼす可能性があると考えられる。
【００３３】
幾つかの実施形態において、金属水酸化物水和物はゲルの形態とすることができる。ゲルは希薄クリーム、例えば、希薄フェイスクリームに似た外観を有してもよい。表面上に広げると（例えば、指の間で擦ると）、ゲルは、希薄クリームに似た湿った感じになるが、次いで水が急速に蒸発して後には金属水酸化物のみが残る。
【００３４】
幾つかの実施形態において、金属水酸化物水和物は、金属水酸化物の各分子に結び付く少なくとも１０個の水分子を有することができる。金属水酸化物水和物は、好ましくは、金属水酸化物の各分子に結び付く少なくとも１６個の水分子、より好ましくは金属水酸化物の各分子に結び付く少なくとも２０個の水分子、さらにより好ましくは水酸化物の各分子に結び付く（ｓｏ  ｓａｙ）少なくとも３０個の水分子、さらにより好ましくは金属水酸化物の各分子に結び付く３０乃至４００個の水分子、さらにより好ましくは金属水酸化物の各分子に結び付く３７乃至３００個の水分子、又は金属水酸化物の各分子に結び付く３７乃至９０個の水分子を有することができる。
【００３５】
本発明の実施形態のさらに別の特徴を、以下の図面及び実施例を参照して記載することになる。
【００３６】
本明細書で記載するいずれの特徴も、本発明の範囲内で、本明細書に記載される他の特徴のいずれか１つ又はそれ以上との任意の組合せにおいて組み合せることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】水酸化アルミニウム水和物の分子構造の仮説モデルを示す。
【図２】実施例２において使用した分離システムの写真を示す。
【図３】バクテリア及び真菌の増殖テストの写真を示す。図３ａは、ブリスベン川の水について行ったバクテリア増殖テストを示し、図３ｂは、水酸化アルミニウム水和物の層を通したブリスベン川の水から回収したろ液について行ったバクテリア増殖テストを示し、図３ｃは、ブリスベン川の水について行った真菌増殖テストを示し、図３ｄは、水酸化アルミニウム水和物の層を通過したブリスベン川の水から回収したろ液について行った真菌増殖テストを示す。
【図４】実施例４において提示した実験に関する、水位変化及び水位変化速度の時間に対するプロットを示す。
【図５】ブリスベン川の水の水酸化アルミニウム水和物ゲルを通したろ過後の、ゲルの層及びゲルの上の分離された固形物の層を示す写真である。
【図６】本発明の一実施形態による分離技術を組み込んだ水処理プラントの可能な設計の斜視図を示す。
【図７】図６に示した水処理プラントの側面図を示す。
【図８】実施例５から得られたＰＣＲ結果を示す。
【図９】実施例７の実験実行の終了時に撮った写真を示す。
【図１０】乳が水酸化アルミニウム水和物の層を通るろ過プロセスの終了時に撮った写真を示す。
【図１１】本発明の一実施形態による水和物ろ過を用いた、人参ジュースからのベータカロテン及び固形物の分離を示す。
【図１２】本発明の一実施形態による水和物ろ過を用いた、ザクロジュースの色素の分離を示す。
【図１３】本発明の一実施形態による水和物ろ過技術を用いて水から分離されたトマトジュースのリコピン赤色色素を示す。
【図１４】本発明の一実施形態による水和物ろ過技術を用いた水和物ろ過によって抽出ろ過されたミントジュースであって、ゲルの上に収集されたメントール及び色素、とともに示す。
【図１４Ａ】圧力を加えないコーヒーのろ過後の、金属水酸化物水和物層の上から回収した濃縮コーヒーの写真を示す。
【図１４Ｂ】コーヒーの加圧ろ過後の金属水酸化物水和物の上に蓄積した濃縮コーヒーの写真を示す。
【図１５】藻細胞の分離後の水和物ゲルの上に保持された藻細胞の写真を示す。
【図１５Ａ】水中油型エマルジョンから、水酸化アルミニウム水和物フィルタの上に収集された赤く着色したナイル油の写真を示す。
【図１６】セネデスムス属（Ｓｃｅｎｅｄｅｓｍｕｓ）藻細胞の除去後の水和物ゲルの側面の写真を示す。
【図１７】本発明の一実施形態による分離器を用いた実験に関する、ろ液流束対圧力のグラフ（ｇｒａｆｔ）を示す。
【図１８】種々の金属水酸化物水和物の自然の非強制蒸発を示すグラフを示す。
【図１９Ａ】４０ｐｓｉｇの加圧及び１ｍｍの水和物厚を用いたブリスベン川の水のろ過に関する、ろ液体積対時間のグラフを示す。
【図１９Ｂ】４０ｐｓｉｇの加圧及び１ｍｍの水和物厚を用いたブリスベン川の水のろ過に関する、ろ液流束対時間のグラフを示す。
【図１９Ｃ】４０ｐｓｉｇの加圧及び１０ｍｍの水和物厚を用いたブリスベン川の水のろ過に関する、ろ液体積対時間のグラフを示す。
【図１９Ｄ】４０ｐｓｉｇの加圧及び１０ｍｍの水和物厚を用いたブリスベン川の水のろ過に関する、ろ液流束対時間のグラフを示す。
【図２０Ａ】本発明の一実施形態に使用されるろ過ユニットの底区域の図を示す。
【図２０Ｂ】分離器容器内に封入された焼結チタンディスクを有する、図２０Ａに示す底区域を示す図である。
【図２０Ｃ】焼結チタンディスクの上に形成された５００ミクロン未満の厚さの非常に薄い水和物層（ｈｙｄｒａｔｅ  ａ  ｌａｙｅｒ）を示す写真である。
【図２０Ｄ】顕微鏡（倍率×１００）下の焼結チタンディスクの細孔を示す写真である。
【図２０Ｅ】５００ミクロン未満の厚さの水和物層を有する図２０Ａから図２０Ｄまでに示した分離器を通して人参ジュースをろ過することによって得られた残余物を示す写真である。
【図２１】非常事態における使用のための殺菌された水を生成するのに適した機器を作製するのに使用することができる分離したボトル部分の図を示す。
【図２２】通常の使用のために結合された図１７のボトル部分を示す。
【図２３】上部分及び底部分がまわして外された図１８のボトルであって、上部分を逆さにし、次いで底部分に結合して、水をろ過し、清浄なろ液がボトルの底部分内に収集されるようにした、ボトルを示す。
【図２４】キャップを取り外した、図１７に示したボトルの上部のより詳細な図を示す。
【図２５】取外し可能シールの下に密閉された金属水酸化物水和物ゲルを有するキャップの細部を示す。
【図２６】本発明のいずれかの実施形態によるフィルタユニットの側面図を示す。
【図２７】本発明の一実施形態による、水和物ベースの分離器の基本設計を示す。
【図２８】本発明の一実施形態による、代替的な分離器設計の略図を示す。
【図２９】本発明の一実施形態による、別の分離器設計の略図を示す。
【図３０】本発明の一実施形態による、別の分離器設計の略図を示す。
【実施例】
【００３８】
以下の実施例において、金属水酸化物水和物は、水中又は水溶液中で金属水酸化物を生成することにより、インサイチュで製造した。金属水酸化物水和物はゲルの形態であった。以下の実施例において、用語「水和物ゲル」、「ゲル」及び類似の用語は、用語「金属水酸化物水和物」と交換可能に用いられる。試料の以下の説明におけるこれらの用語の全ての使用は、混合物から成分を分離するのに使用される金属水酸化物水和物の層に対する言及であると理解されるべきである。同様に、用語「ろ過」、「水和物ろ過システム」、「ゲルシステム」、「ゲルろ過」及び「ゲルろ過システム」（並びに「フィルタ」及び「分離」などの類似用語）は、水又は極性液体又は水溶液を金属水酸化物水和物の層に通し又は通させ、その一方で、他の成分、例えば、粒状物質、藻、バクテリア、真菌、ウィルス、無極性又は疎水性液体、及び固形物などが金属水酸化物水和物の層によって保持されること、に言及するのに用いられる。
【００３９】
実施例１  水酸化アルミニウム水和物の調製
水酸化アルミニウムは、分子量７８を有する水に不溶の、毒性がない無機化合物である。毎年、１億トンを超える水酸化アルミニウムが製造され、その９０％超がアルミニウム金属の製造に使用される酸化アルミニウムに変換される（か焼されて酸化アルミニウムを形成し、次にアルミニウム金属に変換される当該水酸化アルミニウムの大部分はバイヤー法を用いて作製される）。水酸化アルミニウムは、他のアルミニウム化合物、例えば、か焼アルミナ、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化アルミニウム、ゼオライト、アルミン酸ナトリウム、活性アルミナ及び硝酸アルミニウムなどの製造のための原料として使用される。
【００４０】
水酸化アルミニウムは、アルミニウム電極及びＤＣ電流を用いた塩水（通常、千分率、ＰＰＴ（ｐａｒｔｓ  ｐｅｒ  ｔｈｏｕｓａｎｄ）で３０から７０までの範囲の塩分を有する）の電気分解によって作製することができる。３乃至１２Ｖ（好ましくは９Ｖ）のＤＣ電圧及び１アンペアの電流を使用することができる。広範囲の条件を使用できることを認識されたい。
【００４１】
水酸化アルミニウムはまた、硫酸アルミニウム（園芸において土壌のｐＨを下げるため、及び胸焼けのための制酸剤としても使用される塩）と重炭酸ナトリウム（ベーキングソーダ）溶液を混合することによって生成することができる。硫酸アルミニウム及び重炭酸ナトリウムは両方ともに非常に安価な、著しく毒性がない化学物質である。次の反応が起こることになる：
Ａｌ２（ＳＯ４）３＋６ＮａＨＣＯ３→３Ｎａ２ＳＯ４＋２Ａｌ（ＯＨ）３＋６ＣＯ２      （１）
【００４２】
水酸化アルミニウムが水溶液中で形成されるので、直ぐに水酸化アルミニウム水和物が生じることになる。水酸化アルミニウムを形成するのに使用する硫酸アルミニウム溶液及び重炭酸ナトリウム溶液のモル濃度（濃度）に応じて、種々の組成、濃度及び厚さの水和物を、異なる用途のために作製することができる。例えば、２０℃において、硫酸アルミニウム及び重炭酸ナトリウムの、１００ｍＬの水への溶解度はそれぞれ３６．４ｇ及び１．６ｇである。従って、２０℃において、式（１）における使用のための化学量論的混合物を、飽和溶液を用いて作製するためには、３６．４ｇの硫酸アルミニウムを１００ｍＬの水に混入し、５３．７６ｇの重炭酸ナトリウムを５６０ｍＬの水に混入する。硫酸アルミニウム溶液を重炭酸ナトリウム溶液に加えると、化学量論的反応混合物が形成されることになり、反応の終了時に、過剰量の硫酸アルミニウム又は重炭酸ナトリウムが溶液中に残らないことになる。
【００４３】
高温水中で反応物を混合することによって、より濃厚な又はより高密度の水酸化アルミニウム水和物を作製することも可能である。例えば、１００℃において、硫酸アルミニウム及び重炭酸ナトリウムの、１００ｍＬの水への溶解度は、それぞれ８９ｇ及び２３．６ｇまで増す。従って、１００℃において、式（１）における使用のための化学量論的混合物を作製するために、８９ｇの硫酸アルミニウムを１００ｍＬの熱水に混入し、１３０．９８ｇの重炭酸ナトリウムを５５５ｍＬの熱水（１００℃付近の熱水）に混入する。これらの溶液を混合すると、より濃厚な水酸化アルミニウム水和物が形成される。この水酸化アルミニウム水和物は、２０℃で作製された水和物と比べると、より圧縮されており、水酸化アルミニウムの各分子に対してより少数の水分子を有する。水分子に対する水酸化アルミニウム分子の比がより大きいので、各水分子に作用する水酸化アルミニウムの電荷はより大きく、水分子の保持力は、２０℃で作製された水酸化アルミニウム水和物におけるよりも強い。また、加圧加熱反応装置内で原料を混合し、原料の溶解度を大きくして非常に高密度且つ高荷電の金属水酸化物水和物を作製することも可能であり得る。
【００４４】
本発明者等が行った実験では、２０℃及び１００℃において、硫酸アルミニウム溶液と重炭酸ナトリウムの溶液とを混合することによって水酸化アルミニウムを作製した。２０℃（室温）で生成される水酸化アルミニウム水和物は近似的にＡｌ（ＯＨ）３・９０Ｈ２Ｏ（Ａｌ（ＯＨ）３ｘ９０Ｈ２Ｏ）（即ち、水酸化アルミニウムの各分子に対して約９０個の水分子）の式を有する。１００℃で生成される水酸化アルミニウム水和物は近似的にＡｌ（ＯＨ）３・３７Ｈ２Ｏ（Ａｌ（ＯＨ）３ｘ３７Ｈ２Ｏ）（即ち、水酸化アルミニウムの各分子に対して約３７個の水分子）の式を有する。この実験において、種々の水和物組成の水分子及び水酸化アルミニウム分子の数は、種々の試料を凍結乾燥の前及び後で秤量することによって決定した。水酸化アルミニウム水和物は、非常に明るい水和クリームのように見え、その物理的状態は冷えたキール（ｋｈｅｅｒ）に似ている。それに触ると、水に触れたような感触である。
【００４５】
以下の実施例において、用語「標準水和物」又は「標準ゲル」は２０℃で形成された水和物を指すのに用いられる。用語「より濃厚な水和物」又は「より濃厚なゲル」は１００℃付近で形成された水和物を指すのに用いられる。
【００４６】
実施例２  水の浄化
世界中で６人に１人が清浄な水を入手できない。主に開発途上国において、毎年３４０万人の人々が水に関連する疾病で死んでいる。現在の普通の水浄化技術は、凝固、フロック形成、次に、空気浮上分離及び砂ろ過、塩素消毒及び汚泥濃縮を含む。これらの従来の技術は高品質の飲用水を生成するが、資本費及び操業費の両方が高くつく。飲んで安全な飲用水を生成するためのより安価でより簡単な水処理プロセスの開発が望まれる。
【００４７】
水酸化アルミニウム水和物は、硫酸アルミニウム及び重炭酸ナトリウムの溶液を用いて調製した。水酸化アルミニウム水和物を多孔性ジオテキスタイル布の上に保持した。開いた上部及び開いた底部を有するガラス筐体を、ジオテキスタイル布が開いた底部にわたって広がるように配置した。このようにして、水酸化アルミニウム水和物の層をガラス筐体の底部に設置した。収集用ビーカをジオテキスタイル布の下に配置して、水酸化アルミニウム水和物の層を通過したあらゆる液体を収集した。
【００４８】
水をブリスベン川から採取した。ブリスベン川の水は非常に濁っており、著しい量の浮遊固形物及びコロイド状固形物を含む。ブリスベン川の水の試料をガラス筐体の中に注ぎ入れた。水が水酸化アルミニウム水和物の層を通過した。この水を収集用ビーカ内に収集した。収集した水を「ろ液」と呼ぶことにする。ろ液は、蒸留水と同じ０．０００の計測光学密度（４５０ｎｍにおける）を有した。このことは、事実上殆ど全ての浮遊固形物及び微粒子が水酸化アルミニウム水和物の層の上にトラップされたことを意味する。水酸化アルミニウム水和物の層を支持するのに用いたジオテキスタイル布は９０ミクロンの細孔径を有した（ポリプロピレンの２６０ｇｓｍの不織ジオテキスタイル布）。これは非常に安価なジオテキスタイル布である。しかし、特定の用途の設計流速及び保持媒体の必要な強度に基づいて、水和物層を支持するために他の媒体又は布を使用することもできる。
【００４９】
実施例３  ろ液についてのバクテリア及び真菌試験
幾つかのバクテリア及び真菌の増殖試験を、実施例２で説明した方法に従って処理したブリスベン川の水から回収したろ過水について行った。これらの試験は、ブリスベン川の水の中の全てのバクテリア及び真菌が水酸化アルミニウム水和物の層によって捕捉されたこと示した。このプロセスを大規模な飲用水浄化のために使用することの可能性を評価するために、ブリスベン川の水についてのパイプ試験も行った。
【００５０】
この分離システムがいかにバクテリア及び真菌を捕捉するかを評価するために、幾つかのＬＢバクテリア及びＰＤＡ真菌試験を、種々の水和物組成物を用いて行った。レノックス（Ｌｅｎｎｏｘ）ＬＢは、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）及びバクテリアの培養に使用される、非常によく聞く微生物増殖培地である。この栄養に富んだ微生物培養液は、低塩組成物中にペプチド、アミノ酸、水溶性ビタミン、及び炭水化物を含む。寒天を加えると、微生物増殖のための固体培地が得られる。１０ｇのトリプトン、５ｇの酵母エキス、１５ｇの寒天、１０ｇのＮａＣｌを９５０ｍＬの脱イオン水で混合することによってＬＢ培地を作製した。この溶液を、２０分間、１５ｐｓｉ、１２１℃においてオートクレーブで処理し、５５℃まで冷却した後、ペトリ皿に注ぎ入れ、＋４℃の冷暗室内で保管した。ろ液内の真菌の増殖を計測するために、ポテトデキストロース寒天（ＰＤＡ：Ｐｏｔａｔｏ  Ｄｅｘｔｒｏｓｅ  Ａｇａｒ）培地を用いた。ＰＤＡは、真菌の培養のために最も広く使用される培地である。４ｇのポテトエキス（ポテトからの２００ｇの浸出液）、２０ｇのデキストロース、及び１５ｇの寒天を１Ｌの精製水に加えることによってＰＤＡ培地を調製した。この溶液を１２１℃においてオートクレーブで処理し、５５℃まで冷却した後、ペトリ皿に注ぎ入れ、＋４℃の冷暗室内で保管した。
【００５１】
水酸化アルミニウム水和物を、アルミニウム電極（又は少なくともアルミニウムアノード）を用いた７０ＰＰＴの濃度（７０ｇのＮａＣｌを１Ｌの蒸留水に溶かした）の塩水の電気分解によって作製した。電気分解中、９Ｖ及び１アンペアのＤＣ電流を用いた。また、室温（２０℃）で作製された硫酸アルミニウム及び重炭酸ナトリウムの飽和溶液を混合して水酸化アルミニウム水和物を調製した。３６．４ｇの硫酸アルミニウムを１００ｍＬの蒸留水に混ぜ、５３．７６ｇの重炭酸ナトリウムを５６０ｍＬの蒸留水に混ぜた。硫酸アルミニウム溶液を重炭酸ナトリウム溶液に徐々に加えた。この混合溶液を２時間放置して、全てのＣＯ２分子を分離させた。反応に基づいたゲル溶液をジオテキスタイル布の上に加え、蒸留水で洗い、あらゆる未反応の硫酸アルミニウムを除去した。電気分解に基づいた水酸化アルミニウム水和物及び反応に基づいた水酸化アルミニウム水和物を同じ２０ｍＬの量で各々の実験に用いた。試験に用いた簡単なろ過装置を図２に示す。９０ミクロンの不織ジオテキスタイルを、直径７６ｍｍの円形プラスチック容器の底部に固定した。
【００５２】
濁ったブリスベン川の水を、クイーンズランド大学に近いブリスベン川から収集した。試験の前に、全てのろ過装置をオートクレーブで処理し、冷却した。二次汚染を避けるために、全ての試験を層流下で行った。水酸化アルミニウム水和物の層をジオテキスタイル布の上に加え、ブリスベン川の水を水和物ゲルの上に加えた。水和物中に既に存在していた水分子の除去ができるように、ろ液の初めの５０ｍＬは収集しなかった。ろ過の前及びろ過の後の、同じ体積（１００マイクロリットル）のブリスベン川の水を、各々、ＬＢ及びＰＤＡプレートに加えた。ＬＢプレートを培養器の中に２４時間入れ、ＰＤＡプレートはアルミニウム箔で包み、室内に１週間放置した。
【００５３】
全ての試験結果は、ろ過水からのバクテリア及び真菌の増殖がないことを示した。従って、ろ液は、水酸化アルミニウム水和物の層によって完全に殺菌された。図３は、電気分解によって作製された水酸化アルミニウム水和物によるろ過の前及び後のブリスベン川の水についての、ＬＢバクテリア及びＰＤＡ真菌試験の結果を示す。２４時間後に、ろ過前の水から何百ものバクテリアコロニーからの成長が観察された（図３ａ）が、ろ液からはバクテリアコロニーの成長は生じなかった（図３ｂ）。同様の結果が、１週間後のＰＤＡ真菌試験プレートについて観察された。ろ過前のブリスベン川の水から多少の真菌増殖が生じた（図３ｃ）が、ろ液からは真菌増殖が生じず（図３ｄ）、全ての真菌もまたこのシステムによってトラップされた。従って、ブリスベン川の水の中の全ての浮遊固形物並びにバクテリア及び真菌が捕捉され、水酸化アルミニウム水和物ろ過の後の全ての試験において、バクテリアコロニーも真菌増殖も観察されなかった。従って、水は、水酸化アルミニウム水和物の均一な層を通過することによって完全に滅菌されたと考えられる。
【００５４】
同じ試験を、硫酸アルミニウムの溶液と重炭酸ナトリウムの溶液との間の反応により作製した水酸化アルミニウム水和物の層に、ブリスベン川の水を通過させることによって行った。ろ過水をペトリ皿に加えると、培地上ではバクテリア増殖も真菌増殖も兆候が観察されず同じ結果が得られた。
【００５５】
ブリスベン川の水の浮遊物を水酸化アルミニウム水和物の層の上から除去し、ＬＢプレート上にコロニーを形成するバクテリアについて試験した。これは、水酸化アルミニウム水和物がバクテリアを死滅させなかったことを示す。むしろ、ろ液内にバクテリアがなにも検出されなかったので、水酸化アルミニウム水和物層が、バクテリアがその層を通過するのを阻止する。
【００５６】
これらの試験は、全てのバクテリア及び真菌が、水酸化アルミニウム水和物の層によって捕捉されることを示す。その層を通過した水は効果的に滅菌される。従って、ブリスベン川の水を、水酸化アルミニウム水和物の層に通過させることにより、水中の全ての浮遊固形物が分離されるばかりでなく、全ての微生物が捕捉される。ろ液は清澄な水である。さらなる処理（塩素処理など）は必要ないはずである。
【００５７】
比較実施例
水酸化アルミニウム粉末と水を高温で急速混合することにより作製したフィルタ媒体を通してろ過したブリスベン川の水について、幾つかのＬＢ及びＰＤＡ試験を行った。ゲルは形成されなかった。水酸化アルミニウム水和物層が電気分解又は反応によりインサイチュで形成された場合とは異なり、水は滅菌されず、ろ液中には依然として多少の培養可能なバクテリアが存在した。
【００５８】
実施例４  水和物ゲルろ過における水柱の圧力の効果（大規模計算（パイプ試験））
この実験のために、水柱の高さを計測するように平行に取付けられた透明なパイプを有する１つのスケール調整されたＰＶＣパイプを用いた。パイプは１５０ｃｍの高さ及び０．００５６７ｍ２（５６．７ｃｍ２）の断面積を有するものであった。９０ミクロンのポリプロピレン２６０ｇｓｍ不織ジオテキスタイルを、水和物層の支持フィルタ媒体として用いた。水柱の高さが１０ｃｍ減少する毎に時間を記録した。ろ液の光学密度（ＯＤ：ｏｐｔｉｃｌａｌ  ｄｅｎｓｉｔｙ）も時間とともに計測した。種々の組成及び種々の厚さの水和物層、並びに種々の高さ、並びに川の水の種々の濁度で幾つかの異なる試験を行った。
【００５９】
６ヶ月を超えて保管した２００ｍＬの水和物ゲル（電気分解に基づくもの及び反応に基づくものの両方）を（時間とともに劣化しないであろうことを立証するために）この実験に使用した。経時的な水位変化及び水位変化速度を図４に示す。各区域の流速及び流束もまた計算した。これらのデータはスケールアップ計算に用いることができる。ブリスベン川の水試料を種々異なる濁度での試験のために使用した。川の水のＯＤは、より低い濁度の水（４５０ｎｍにおけるＯＤ０．１２０）から高い濁度（４５０ｎｍにおけるＯＤ０．５５０）にまで及んでいた。川の水の濁度及び水柱の高さに関わらず、ろ過水は常に清澄で４５０ｎｍにおけるＯＤは０．０００であった。この好結果はまた、ゲルが長時間にわたって劣化せず、乾燥状態ではなく水中で濡れた状態にある限り、機能することを立証するものである。
【００６０】
ゲル層を１０個の試料をろ過するのに使用した後、流速はゲル上の浮遊固形物の蓄積のために少し減少したが、目詰まりは起こらず、分離システムは依然として機能した。全ての浮遊固形物、例えば、微小な土又は木材粒子及び沈泥などは、ゲルの上に収集され密になり濃い茶色のペーストとなった（図５参照）。図５において、白色層は水酸化アルミニウム水和物ゲルの層を含み、上の茶色層は、川の水から除去された浮遊固形物及び粒状物質を含む。水処理プラントは、輸送がし易くなるよう、汚泥の脱水のための汚泥濃縮ユニットを有する。この濃縮脱水汚泥はまた、このプロセスを用いることで、本発明に基づく将来の大規模水処理プラントには、汚泥濃縮ユニットが不要となり得ることを立証する。業務用の水処理プラントには、例えば、１メートル厚又はさらなる厚みの厚い金属水酸化物層を使用することができる。この層は、築き上げられた物質を層の上から掬い出すか又は削り取ることによってきれいにすることができる。金属水酸化物水和物の厚い層は他の用途に用いることもできる。
【００６１】
図４は、厚い（５ｃｍの深さ）水和物ゲル層でも、ろ液流速は適度に速いことを示す。水柱の高さが増加するにつれて、圧力及びろ液流速が増加する。時間とともに、水柱の高さの減少及び水頭から生じる圧力の減少のために、流速が減少する。時間当りの平均水柱高さの減少は１３ｃｍであった。この技術を用いて、何のエネルギー入力もなしに、約３１３６Ｌ／（ｄ．ｍ２）の川の水を浄化することができる。従って、この技術は、様々な用途サイズに対する１段階の水浄化及び消毒プロセスとして容易に使用することができる。この技術は、農村及び僻地における小規模水処理のために実施することができる。この技術はまた、大規模な都市用水処理のために使用することもできる。この技術は、従来の過度に複雑で高価な水処理プロセスを簡略化して簡単な単一ステッププロセスにすることができる。簡単な沈殿タンク又は類似のコンパートメント（例えば、操作の容易さ及びより少ないゲル消費のために表面積を小さめにした漏斗様タワーなど）を、現在の複雑な水処理プラントの代りに、使用することができる。
【００６２】
本発明による水和物ろ過を用いて、簡単なバケツから、真空又は回転ドラムフィルタを使用するより複雑なフィルタ装置に至る種々様々な形態を、水浄化のために使用することができる。例えば、１つの簡単なバケツが、開発途上国の大家族の安全な飲用水の問題を解決することができる。水和物ゲルは、２種類の布又はフィルタ媒体の間に保てることができる。底部の小さい細孔径の布がゲルを保持し、上部のより大きい細孔径の布（詰まり及び目詰まりを防ぐためのもの）が浮遊固形物及び汚染物を保持して、充填中のゲル層の破損を防ぐ。別の類似のバケツから切取られたリングが、システムに合わせた上側の布を保持することができる。
【００６３】
この技術を用いると、幾つかの水処理段階を簡略化して１段階にすることが可能である。水処理プラントの従来の沈殿浄化器に類似した簡単な概念設計を図６に示す。水位が高くなるにつれて流速も増加し、従って、必要な水和物ゲルの表面積が小さくなる。水和物ゲルろ過ユニットの前に別に沈殿タンクを置いて、自然に沈降する土壌粒子、沈泥及び類似の固体粒子を分離することが可能である。しかし、図６に示すように、全ての段階を１段階にまとめることも可能である。中央区域１３は水和物ゲルろ過区域である。水処理は連続的に又は毎日のバッチサイクルで行うことができる。初めに、水和物ゲルを、パイプ１２を用いて中央区域にポンプ注入する。次に、水を、パイプ１１を用いてポンプ注入する。時間とともに一部の固形物が沈降する。この沈殿浄化器の傾斜により、又は従来のスキージ１５（円運動中に沈降汚泥を収集する）を用いて、沈降性固形物が汚泥パイプ１４を通して除去される。類似のスキージシステムにより、水和物ろ過区域の上に蓄積した浮遊固形物を収集することができる。図６の水処理プラントの側面図を図７に示す。
【００６４】
種々のバッチ、半連続又は連続システムによる、種々のサイズのこの簡単な水浄化システムを、水和物ろ過技術に基づいて構築することができる。また種々の沈降固形物除去システム（例えば、連続若しくは周期的スキージ、又は手動、又はゲルの上に布若しくは類似の媒体を置く）を設計することができる。数十万リットルから数百万リットルまでの種々のサイズの水処理プラントを設計することもできる。例えば、自然の（吸引及び／又は加圧なしの）毎日約３億１千４百万リットル（一都市の１日の消費量としては十分であろう）のろ過のために、直径２００ｍ、高さ１０ｍの沈殿タンクを設計することができる。これはまた、従来の水処理システムと組み合せて使用することができる。これは、水中の浮遊固形物、並びにバクテリア、ウィルス及び病原体のあらゆる残留痕跡を除去するための、殺菌（ｓａｎｉｔａｔｉｏｎ）及び清澄化のための最終段階として加えることができる。一部の病原体は塩素耐性であるので、この技術を用いた消毒の最終生成物は、塩素消毒された水に比べて、飲用のためにより安全であり得る。
【００６５】
実施例５  水和物ろ過によるウィルスの捕捉
世界中の占有病床数の半数は、安全な飲用水の不足に起因する。世界の下痢症例の８８％は安全でない水が原因であり、５歳未満の子供の死亡の９０％は下痢性疾患に起因する。ウィルスはヒトの水媒介及び水関連疾病の主要な原因である。水媒介疾病は、ヒト及び動物の病原性微生物を含む尿及び糞により汚染された水によって引き起される。人々は汚染水との接触又は汚染水の摂取を通して感染する可能性がある。
【００６６】
地表水（湖、川、又は貯水池からの水）の処理、凝固、フロック形成及び沈殿、並びに従来のろ過プロセスは主として泥、より大きい粒子及び浮遊固形物を除去する。このために塩素消毒の最終ステップが用いられる。しかし、多くの水媒介病原体は塩素に対して耐性があり、普通に、従来の水処理プラントの浄水中に見つかる。これらの塩素耐性病原体には、様々なウィルス、寄生生物、並びに、肝炎、胃腸炎、クリプトスポリジウム症及びレジオネラ症を引き起す可能性があるバクテリアが含まれる。従って、より効率的で問題の少ない水消毒プロセスを発見することの基本的な必要性がある。水分子のみを通過させる水和物ゲルろ過は、水から病原体を除去するための新しい可能性のあるプロセスである。
【００６７】
水和物ゲルが、ウィルスを捕捉できるかを調べるために、バクテリオファージを水に加え、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ：Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）試験を行ってろ液中のあらゆるウィルスを増幅し、ろ液内にウィルスの何らかの痕跡が生じたかどうかを調べた。
【００６８】
３μＬのＭ１３Ｋ０７ヘルパーファージウィルス（ＮＥＢバイオラボからのもの）を２０ｍＬの蒸留水に加え、混合し、濃厚水和物ゲル（１００℃で作製した）の上に加えた。Ｍ１３Ｋ０７のＤＮＡ配列に基づいて、フォワード及びリバースプライマを設計した。
【００６９】
これらの試験のためにＰｈｕｓｉｏｎ  ＰＣＲを用いた。７．２μＬの水、４μＬの５＊ＨＦバッファ、１．６μＬのｄＮＴＰ、２μＬのフォワードプライマ、２μＬのリバースプライマ、及び０．２μＬのＰｈｕｓｉｏｎポリメラーゼ酵素（サーモサイエンティフィック）を混合してマスターミックスを作製した。３μＬの各試料をマスターミックスに加え、ＰＣＲチューブに注ぎ入れ、ＰＣＲマシン内に置いた。Ｐｈｕｓｉｏｎ  ＰＣＲプログラムは、３０秒間９８℃、次いで３５サイクル（１０秒間９８℃、３０秒間６５℃、及び３０秒間７２℃）及び１０分間７２℃、並びに長時間の間１６℃、であった。
【００７０】
ＰＣＲの後、ＤＮＡのサイズ分離及び解析のためにゲル電気泳動を用いた。この実験のために、エチジウムブロマイドを含んだ濃厚（２％ｗ／ｖ）アガロースゲルを使用した。各ＰＣＲチューブに４μＬのローディングダイを加えた。５μＬのワイドレンジＤＮＡラダー及び１０μＬの各試料をアガロースゲルのウェルに加えた。ゲルをアガロースゲル電気泳動にかけ、１００Ｖにおいて１５分間実施した。電気泳動の後、ゲルをＤＮＡ可視化のために紫外線の上に置いた。図８がこの結果を示す。
【００７１】
ＰＣＲ結果（図８）は、ろ液内にウィルスＤＮＡの痕跡を示さないが、その一方で対照はファージＤＮＡが直ちに増幅されたことを示す。図８．１はワイドレンジＤＮＡラダーを示す。図８．２、図８．９、図８．１１は対照（ろ過しない）中の増幅されたファージＤＮＡを示す。他の列（図８．３、８．４、８．５、８．６、８．７、８．８、８．１０）は、ファージＤＮＡの増幅の痕跡を示さない種々のろ液試料を含んだ。図８．２はろ過液体の対照（３μＬのファージ溶液＋２０ｍＬの水）である。これは、ろ過の時間の間、氷の上に保たれ、ろ過には使用しなかった。図８．９は、ろ過の間室温（２５℃）に保たれた同じ対照である。図８．１１は、３μＬのファージ溶液をＰｈｕｓｉｏｎ  ＰＣＲマスターミックス（１７μＬ）に加えて作製した別のより高濃度のファージ対照である。
【００７２】
これらの結果は、均一な水和物ゲルがウィルスを捕捉できることを実証する。従って、水和物ろ過は、バクテリア、真菌及びより大きな微生物を捕捉するばかりでなく、この技術を用いると、約１０ｎｍの小さいウィルス（バクテリオファージのような）をも捕捉する。従って、病原体を捕捉することができ、従来の水処理システムと比べて、完全に殺菌されて飲むのにより安全なろ過水をもたらす。従って、この技術は、全ての浮遊固形物及び病原体微生物を除去する新しい１段階水処理システムとして使用することができる。このプロセスは、従来の問題のある毒性塩素消毒の代りに使用することができる。
【００７３】
実施例６  油流出（タンカーから環境への原油の放出）
タンカー船の事故による原油及び精製燃油の流出は、アラスカ、メキシコ湾、ガラパゴス諸島、フランス及び多くの他の場所の自然生態系を損傷した。例えば、たった１回の油流出事故（Ｉｘｔｏｃ  Ｉ）が、３００万バレルの油を環境に放出し、２６０ｋｍの米国海岸に悪影響を及ぼした。これは、環境に対する長期の回復不能な悪影響をもたらした。
【００７４】
この問題を解決するための現在の技術、例えば、バイオレメディエーション、制御燃焼、分散剤、スキミング及び遠心分離などは効果的ではない。さらに現在の技術の費用は非常に高い。例えば、１９７９年のＩｘｔｏｃ  Ｉ油流出のたった１回の事故の後始末をするのに１億ドル費やされた。
【００７５】
本発明による水和物ろ過技術の費用は、油流出分を除去するための従来の技術と比べて非常に少ない。これは、種々異なる船上で実施することができ、処理された水をポンプで直接海に戻すことができ、その一方で水から分離された油を貯蔵タンクに収集することができる。このシステムのための専用の船を設計することもできる。水和物フィルタは油・水エマルジョンを分解することができるので、油流出分を除去することになる。従って、遠心分離プロセスとは異なり、本発明の技術を用いて得られたろ過水は、ポンプで海に戻すことができる。この技術はまた油を回収し、これが、バイオレメディエーション、燃焼及び分散剤などの他の従来の解決策と比べての主要な利点である。油使用量及び流出分の増加に基づいて、この技術の潜在的な市場規模は相当に大きい。これはまた、他の間接的な、環境を保護し、大切な沿岸地域を保存し、旅行産業、並びに、漁業及び食品産業を保護することの有形及び無形の利点を有する。さらに、世界中の何千もの化学、石油化学及び石油精製所並びにボートハーバーがこの技術を使用して、それらの油流出問題を処理することができる。
【００７６】
この実験のために、１００℃で硫酸アルミニウム及び重炭酸ナトリウムの化学量論的飽和溶液を混合することによって作製した濃厚水和物ゲルを用いた。３０ｍＬのこの水和物ゲルを多孔性ジオテキスタイル布の上に加え、開いた上部及び開いた底部を有する容器内に置いた。５０ｍＬのＳｈｅｌｌ  Ｈｅｌｉｘ  ＨＸ３  ２０−５０潤滑油を水と激しく混合し（５０％油＋５０％水）、部分的な水中油型エマルジョンを形成した。結果として得られた油・水混合物を水和物ゲルの上に加えてろ過した。
【００７７】
水和物ゲルフィルタが、水エマルジョンから油を分離し、分離した油相がゲルの上に保持された。ろ液は油滴の徴候のない清澄な水であった。プロセスの終了から２４時間後でも、油滴は水和物フィルタを通過せず、全ての油がゲルの上に保持されていた。この結果もまた、水分子又は小さい極性分子だけが水和物フィルタを通過することができ、他の油及び炭化水素などの無極性非水液体は通過することができないという水和物ろ過理論を実証するものである。従って、この技術は、多くの産業における油水及び油流出の問題を解決するために使用することができる。例えば、これはまた、精油所並びに化学及び石油化学プラントにおいて、水から油を分離するため又は無極性油から極性油を分離するために使用することもできる。同様の結果が、普通の水和物ゲル（２０℃で作製）を使用し、他の水中油型エマルジョン（例えば、乳を脱脂する（ｄｅｆａｔｔｅｎ）ため、又は油性微細藻類から脂肪体を分離するため。実施例９及び１２）を用いたときにも観察された。
【００７８】
実施例７  極性に基づく分離
本発明による水和物ゲルフィルタは、水に不溶の無極性液体を通過させない。従って、殆どの液体炭化水素が無極性で水に不溶であるので、それらを水和物ろ過によって捕捉することができる。この技術の１つの用途は、ジェット燃料（ケロシンである）から水を除去することである。現在の技術を用いて、ジェット燃料から全ての水を除去することは不可能である。ジェット燃料中の水は重要な問題であり、幾つかの事故、例えば、ジェット燃料中の水が凍結したために起こった英国航空３８便の墜落などが起きている。本発明の分離システムは、ジェット燃料から水を最後の一滴まで除去することができる。この技術を用いると、多くの他の液体をそれらの相対的極性に基づいて、水から分離することができる。
【００７９】
この実験のために、硫酸アルミニウム及び重炭酸ナトリウムの化学量論的飽和溶液を混合することによって作製した濃厚水和物ゲル（１００℃で作製）を用いた。この濃厚ゲル３０ｍＬをろ過装置の上に加えた。水和物ゲルはジオテキスタイル布の上に支持した。ケロシン（青色色素を含む）と水との混合物１００ｍＬ（激しく混合した５０％のケロシンと５０％の水）を、水和物ゲルフィルタの上に加えた。実験の終了時に、ケロシンの徴候がなにもない清澄な水が底部に収集され、その一方で全てのケロシンが水和物ゲルの上に捕捉された。２４時間後でも、ケロシンは水和物ゲルを通過しなかった。図９は、実験実行の終了時に撮った写真を示す。図９には、清澄な水を底部に見ることができ、ケロシンの青色層が水和物ゲル層の上に保持されているのを見ることができる。
【００８０】
実施例８  極性液体の通過
極性の水溶性液体が水和物ゲルを通過することを立証するために、非水極性液体を用いる他の実験を行った。クロロフィルは疎水性後尾領域を有する化合物であるが、これはまた極性の親水性頭部基を有するので水に可溶である。１００ｍＬのクロロフィルａを５０ｍＬの濃厚水和物ゲル（１００℃付近で作製）の上に加えた。この試験のために、前述の実験に使用したのと同じろ過装置を使用した。クロロフィル分子は、予想通り水和物ゲルを通過した。
【００８１】
ヘキサンは無極性の無色炭化水素液体であるので、水和物フィルタを通過しないはずである。ヘキサンを水と混合して水和物ゲルの上に加えた。ドラフト内ではヘキサンは非常に速く蒸発するので、ろ過装置の上区域をアルミニウム箔、マスキングテープ及びパラフィルムを用いて密閉した。ケロシンの実験と同様に水分子は水和物フィルタを通過したが、ヘキサン分子は水和物を通過できず、水和物層の上に保持された。ろ過装置を長時間、ドラフト内に放置したが、１週間後でも、ヘキサンは一滴も水和物フィルタを通過しなかった。同様の結果を、普通の水酸化アルミニウム水和物ゲル（２０℃で作製）を用いて観察した。
【００８２】
これらの実験もまた、本発明の基礎である水和物ろ過の新しい理論を実証するものである。従って、種々の炭化水素及び化学物質を、それらの相対的極性及びそれらの分子電荷に基づいて分離することが可能である。水に不溶の無極性成分、例えば、炭化水素及びケロシンなどは水和物フィルタを通過することができないが、極性の水溶性成分、例えば、クロロフィルなどはフィルタを通過することになる。これは、水和物フィルタのこれらの特性に基づいて、液体水和物として種々の化学物質並びに種々の組成及び厚さの水和物を用いる新しいケミカルリファイナリ及び化学プラントを構築する可能性を開き得る。
【００８３】
長期間の後でも、ケロシン及びヘキサンが水和物ゲルフィルタを通過しなかったという事実は、この技術を水／炭化水素分離ユニット又は炭化水素貯蔵庫のために使用することもできることを実証するものである。専用の炭化水素貯蔵庫を設計することができ、水和物ゲルを貯蔵庫の底部に置くことができる。全ての水が貯蔵タンクの底部から除去されるはずである。
【００８４】
実施例９  乳製品及び乳加工工業（粉乳及び副産物として乳清タンパク質を作製する）
大部分の人々は、普段から乳、チーズ及び他の乳製品を飲食する。毎年、２千万メトリックトンを超えるチーズが生産される。世界中の多くの人々はまた乳清タンパク質を使用する。乳清タンパク質の市場は急速に成長し、２００５年〜２００８年の間に市場価値は２４％増加して３８億ドルになった。本発明は、乳製品工業に広く用いられる可能性を有する。本発明は、チーズを作り及び副産物として乳清タンパク質を作る前の、乳の濃縮のために用いることができる。
【００８５】
現在の蒸発及び加熱乾燥、例えばドラム乾燥法で作られた粉乳は、熱暴露に起因するカラメル化による調理臭を有する。乳中の多くの有用な栄養素も加熱によって失われる可能性がある。乳清もまた加熱によって変性し得る。高熱（例えば、低温殺菌プロセスとの関連で７２℃超に保持される高温など）が乳清タンパク質を変性させる。例えば、低温殺菌中の加熱により、幾つかのビタミン、ミネラル、及び有用な（又はプロバイオティック）バクテリアが失われる可能性がある（チアミン及びビタミンＢ１２は１０％減少し、ビタミンＣは２０％減少する）。従来の粉乳製造者は、蒸発器、次いで熱チャンバ内への噴霧乾燥を使用している。乳が薄膜として加熱ドラムの表面に塗布され、次いで、乾燥した乳固形分が削り取られる。このプロセスは望ましくない調理臭をもたらし、乳中の多くの栄養素が失われ得る。限外ろ過は乳製品工業において使用される新しい技術であるが、この費用が掛かる技術に付随する非常に高い資本費及び操業費が、この技術の広範囲の使用を妨げている。これはまた、高圧力が必要なために操業費が非常に高くなる。しかし、本発明の実施形態による水和物ろ過を用いるには、非常に簡単な装置が必要であるだけで、高圧力及びエネルギー入力の必要がない。これは非常に低い又は中程度の圧力を必要とするだけであり得る。液体柱の自然圧力が、これらの低い又は中程度の圧力を生成するのに十分であり得る。伝統的なチーズ製造プロセスによって作られたチーズは、限外ろ過プロセスを用いて作られたチーズと比べるとより低い品質を有する。凍結乾燥は粉乳の腐り易い物質を保存する。しかし、このプロセスは、凍結及び真空プロセスのための大きい電力使用並びに非常に高い装置費及び維持費のために、大規模用途には非常に高い費用が掛かる。
【００８６】
本発明の実施形態による水和物ろ過を用いて処理された乳生成物は、非常に濃厚なクリーム状ペーストであり、これは、非加熱強制換気による簡単な自然空気乾燥又は天日乾燥を用いて容易に乾燥させることができる。従って、水和物ろ過によって生成された粉乳は、現在市販されている従来の粉乳のような嫌な調理臭を有しない。このプロセス及び限外ろ過によって作られた乳製品は、製品内に、熱に弱い成分を保持するので、従来のプロセスよりも優れた健康品質を有する。限外ろ過技術は、水和物ろ過と類似の高品質の製品を作る。しかし、限外ろ過技術は非常に高い費用が掛かり、小さな工場及び僻地の農場において実施することができないが、その一方で本発明による簡単な水和物ろ過システムは、高価な装置の必要がなく、どこでも非常に低い費用で実施することができる。
【００８７】
この実験においては、硫酸アルミニウム及び重炭酸ナトリウムの化学量論的飽和溶液を混合することによって作製した濃厚水和物ゲル（１００℃で作製）を用いた。３０ｍＬのこの濃厚ゲルをろ過装置の上に加えた。１５０ｍＬの半脱脂粉乳を、本発明による水和物フィルタを通してろ過した。
【００８８】
図１０は、ろ過プロセスの終了時に撮った写真を示す。ろ過水は、ろ過前の乳に比べるとより清澄である。濃縮された乳固形分及び脂肪が水和物ゲルの上に捕捉されている。同様の結果が普通の水和物ゲル（２０℃で作製）を使用して観察される。
【００８９】
乳の水和物ゲルろ過は、水和物ゲルが水中油型エマルジョンを分解して油を乳から分離することができることを立証する。これは、非常に高価な装置及びプロセス費用をなにも必要とせずに、乳の限外ろ過と類似の結果を与える。水和物ゲルの上に捕捉された乳固形分及び脂肪の濃縮ペーストは、従来の非加熱乾燥プロセス、例えば、強制換気扇乾燥などを用いて簡単に粉乳に変えることができる。これは、現在の市場にある粉乳とは異なり、加熱ドラム乾燥プロセス中の熱暴露に起因するカラメル化による嫌な調理臭を有しない、新しいより高品質の粉乳をもたらすことになる。
【００９０】
乳清タンパク質は水溶性であるので水和物フィルタを通過し、ろ液は乳清タンパク質を含む。ろ液を乾燥させる（従来の、噴霧乾燥のような乾燥プロセスを用いて）ことにより、乳清タンパク質粉末が生成されることになる。これは、有用な副産物として販売することができる。
【００９１】
実施例１０  ベータカロテンなどの天然高価値産物及び色素の抽出
本発明は、天然源から高価値産物を、それらの極性及び水溶性に基づいて分離するための新しい低費用プロセスを提供する。健康食品の市場は大きく、急速に成長している。例えば、カロテノイドの世界市場は１年当り１４億ドルである。ベータカロテンなどの高価値産物を天然源から抽出するのは非常に難しい。種々の新しい製薬製品、例えば、薬剤並びに健康及び美容製品などを、本発明の技術を用いて作製することができる。化粧品工業もまた大きいビジネスであり、現在１７００億米ドルの推定年間売上高を生んでいる。種々様々な新しい化粧品、例えば、天然源からのスキンケアクリーム、ローション、パウダ、香水、口紅及びメークアップ用ほお紅などを、本発明の技術を用いて得られた原料から作製することができる。石油ベースの化粧品と比べると、これらの製品はより優れた健康及び栄養上のスキンケア効果を有すると考えられている。
【００９２】
この実施例においては、硫酸アルミニウム及び重炭酸ナトリウムの化学量論的飽和溶液を混合することによって作製した濃厚水和物ゲル（１００℃付近で作製）を用いた。３０ｍＬのこの濃厚ゲルを、以前の試験で用いたのと同じろ過装置の上に加えた。１００ｍＬの人参、ザクロ、トマト及びミントのジュースをゲルの上に加えてろ過した。
【００９３】
図１１は、水和物ろ過を用いた人参ジュースからのベータカロテン含有固形物の分離を示す。ベータカロテンのオレンジ色色素が水和物ゲルの上に捕捉されている。ベータカロテンは無極性分子であるので水和物フィルタを通過できない。従来の分離技術、例えば、遠心分離は、人参ジュースからベータカロテン分子を分離することができず、人参ジュースの高温蒸発はベータカロテン分子を変性させてガム様の物質を生成する。
【００９４】
水和物ろ過はまたザクロジュースの色素を分離する（図１２）。リコピンはトマト並びに他の赤い果実及び野菜、例えば、赤人参、赤ピーマン、スイカ、ナンバンカラスウリ及びパパイヤ（しかしイチゴは入らない）の中に見出される別の有用な鮮赤色のカロテノイド色素である。リコピン分子は無極性であるので水和物フィルタを通過できず、ろ過後に水和物ゲルの上に集まることになる。トマトジュースのリコピン赤色色素もまた、水和物ろ過技術を用いて水から簡単に分離される（図１３参照）。リコピンは、皮膚の健康、ＵＶ保護、皮膚がん防止のためにも良いことが示されており、老化防止及び抗しわ剤として作用する。リコピン錠剤は高価である（３０個の錠剤に対して約５０米ドル）。例えば、トマト又はスイカのようなリコピンが豊富な種々のジュースのろ過によるリコピンの分離の後、種々様々な化粧品、例えば、老化防止クリーム又は抗しわクリーム、石けん、シャワーゲル及びシャンプー、又は練り歯磨きなどを製造することができる。健康被害が、多くの従来のメークアップ製品及び化粧品の懸案事項である。水和物ろ過を用いると、様々な天然原料のメークアップ製品、例えば、ほお紅及び口紅などを作製することができる。これらの高価値メークアップ製品は、特に高級品市場用に作製することができる。濃縮トマトジュースはまた空気乾燥させてリコピン錠剤として販売することができる。
【００９５】
メントールは、この技術を用いて抽出することができる別の不溶性有機化合物である。メントールの需要は供給を上回り、チューインガム及びキャンディ製品を含む大きな市場を有する。ミントジュースを抽出し水和物ろ過によりろ過した。メントール及び他の色素をゲルの上に収集した（ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ）（図１４）。同様の結果が普通の水和物ゲル（２０℃で作製）を用いて観察された。
【００９６】
多くの他の製品も試験した。一実験において、カプサイシンを赤唐辛子ジュースから分離した。赤唐辛子を圧搾し、本発明によって赤いジュースを分離し、本発明に従ってろ過した。５０ｍＬの赤唐辛子ジュースを水和物ゲルの上に加えてろ過した。これは、赤唐辛子ジュースからのカプサイシン含有固形物の分離をもたらした。ろ液は清澄で赤色色素の徴候はなにもなかった。赤色色素は水和物の深さまで浸透することができず、あらゆるものが水和物層の上に濃縮される。
【００９７】
水和物フィルタを用いてスイカジュースを分離した。５０ｍＬのスイカジュースを水和物ゲルの上に加えてろ過した。これは、スイカジュースからのリコピン含有固形物の分離をもたらした。同じく、ろ液は清澄で赤色色素の徴候はなにもなかった。赤色色素は水和物の深さまで浸透することができず、あらゆるものが水和物層（ｈｙｄｒａｔｅ  ｔｈｅ  ｌａｙｅｒ）の上に濃縮される。
【００９８】
アプリコットは、カロテノイドが豊富な別の果実である。水和物フィルタを用いてアプリコットジュースを分離／濃縮した。５０ｍＬのアプリコットジュースをゲルの上に加えてろ過した。これは、アプリコットジュースからのベータカロテン含有固形物の分離をもたらした。同じく、ろ液は清澄で黄色色素の徴候はなにもなかった。黄色色素は水和物の深さまで浸透することができず、あらゆるものが水和物層（ｈｙｄｒａｔｅ  ｔｈｅ  ｌａｙｅｒ）の上に濃縮される。
【００９９】
パパイヤは、ベータカロテン及びリコピンが豊富な別の果実である。水和物フィルタを用いてパパイヤジュースを濃縮／分離した。５０ｍＬのパパイヤジュースをゲルの上に加えてろ過した。これは、パパイヤジュースからのベータカロテン・リコピン含有ゲル状固形物の分離をもたらした。同じく、ろ液は清澄で色素の徴候はなにもなかった。色素は水和物の深さまで浸透することができず、あらゆるものが水和物層の上に濃縮される。
【０１００】
マンゴーは、ベータカロテンが豊富な別の果実である。水和物フィルタを用いてマンゴージュースを濃縮／分離した。５０ｍＬのマンゴージュースをゲルの上に加えてろ過した。これは、マンゴージュースからのベータカロテン含有固形物の分離をもたらした。同じく、ろ液は清澄で黄色色素の徴候はなにもなかった。黄色色素は水和物の深さまで浸透することができず、あらゆるものが水和物層の上に濃縮される。
【０１０１】
ロックメロンは、ベータカロテンが豊富な別の果実である。水和物フィルタを用いてロックメロンジュースを分離／濃縮した。５０ｍＬのロックメロンジュースをゲルの上に加えてろ過した。これは、ロックメロンジュースからのベータカロテン含有固形物の分離をもたらした。同じく、ろ液は清澄で黄色色素の徴候はなにもなかった。黄色色素は水和物の深さまで浸透することができず、あらゆるものが水和物層の上に濃縮される。
【０１０２】
水和物フィルタを用いてパッションフルーツジュースを濃縮／分離した。５０ｍＬのパッションフルーツジュースをゲルの上に加えてろ過した。これは、パッションフルーツジュースからのベータカロテン含有固形物の分離をもたらした。同じく、ろ液は清澄で黄色色素の徴候はなにもなかった。黄色色素は水和物の深さまで浸透することができず、あらゆるものが水和物層の上に濃縮される。
【０１０３】
水和物フィルタを用いてグアバジュースを分離／濃縮した。５０ｍＬのグアバジュースをゲルの上に加えてろ過した。濃縮グアバジュースを水和物ゲル層の上に収集した。同じく、ろ液は清澄で色素の徴候はなにもなかった。色素は水和物の深さまで浸透することができず、あらゆるものが水和物層の上に濃縮される。
【０１０４】
さらに、桃ジュース、梨ジュース、ネクタリンジュース及び林檎ジュースの同様の上首尾の分離／濃縮を達成した。
【０１０５】
植物の花、葉、及び他の部分からの色素、疎水性成分及び薬物の抽出
本技術を用いて様々な植物、それらの部分（例えば、それらの葉及び花）から、有用な化合物、色素、薬物、及びさらにはカロテノイドを抽出することが可能である。例えば、本技術を用いて、チプアナチプ（Ｔｉｐｕａｎａ  ｔｉｐｕ）ツリーの花の黄色色素を抽出した。チプアナチプツリーの花をクイーンズランド大学の庭から収集した。それらを乳棒で粉砕し、少量の水を加えることにより、葉から黄色ジュースを分離した。５０ｍＬの抽出した黄色液体を、初めに小細孔布を用いてろ過し、次いでゲル（１００℃で作製した濃厚水和物ゲル）の上に加えてろ過した。これは、黄色色素の分離をもたらした。同じく、ろ液は清澄で黄色色素の徴候はなにもなかった。黄色色素は水和物の深さまで浸透することができず、あらゆるものが水和物層の上に濃縮される。
【０１０６】
コーヒー濃縮
コーヒー中の殆どの香味成分は疎水性である。従って、それらは水和物フィルタを通過できない。それゆえに、水和物フィルタはコーヒー濃縮のために使用することができる。フィルタの上から回収された濃縮コーヒーは、有用なコーヒー油、フェノール、及び大部分の香味成分を含む。水和物フィルタを使用して得られた濃縮コーヒーは粘稠物質である。これを熱水又は冷水に加えてコーヒー飲料を作ることができる。これは天然の抗酸化及びフェノール化合物の豊富な供給源である。このペーストを食品又は化粧品として使用することができる。これは、様々な新しい食品、健康食品、及び美容又は化粧品、例えば、朝食用コーヒースプレッド（ヌテラ（登録商標）のチョコレートスプレッドに類似した）、美容クリーム、保湿クリーム、日焼け止めクリーム、手洗い液、シャワーゲル、髭剃りクリーム、日焼けスプレー、及びシャンプーを作るためのベースとして使用することができる。これを、容易に乾燥してネスカフェ（登録商標）に類似した物質を作ることができる。この乾燥濃縮コーヒーは、ネスカフェ（登録商標）に類似したインスタントコーヒーとして市販することができる。
【０１０７】
これはまた使用済みコーヒーから作ることもできる。使用済みコーヒーを温水又は熱水に浸して、油、疎水性香味成分並びにフェノール及び抗酸化化合物の残留分を分離した。一実験において、数時間の間沈降させた後、上部の１５Ｌの液体を沈降固形物から分離した。この液体を、底部にジオテキスタイル布を取付けたバケツを使用して作製した水和物フィルタ装置の上に加えてろ過した。操作及び濃縮コーヒーの分離を容易にするために、水和物が沈降し水和物層が形成された後に、ろ紙を水和物層の上に置いた。従って、プロセスの終了時に、濃縮コーヒーは、ろ紙の上に蓄積し、掬い取り又は他の類似の収集プロセスによって容易に収集することができた。図１４Ａは、水和物層の上から回収したコーヒー濃縮物の写真を示す。同様に、最終生成物を用いて種々の食品又は化粧品を作ることができる。例えば、濃縮した使用済みコーヒーの種々の用量を、種々の無香のベースクリーム、シャワーゲル、手洗い液、又は化粧品を作るための他の無香の化粧品配合物、及び種々の化粧品に加えて混合した。最終生成物は、淹れたてコーヒーの香り及び芳香、並びに、従来の石油ベースの化粧品と比べて様々な健康上の利点を有する。このようにして作製した化粧品は、非常に長い期間の後でも非常に安定であり、カビ及びバクテリアの増殖は起きなかった。数ヶ月後でも、それらの石けん、シャワーゲル、美容クリームの配合物が濃縮コーヒーを保持するので、それらは依然として淹れたてコーヒーの香りを有する。
【０１０８】
圧力をかけないコーヒー濃縮は、ゆっくりと夜通し起こった。しかし、圧力を加えることで、分離プロセスをより速くすることができる。５００ｍＬの濃厚水和物ゲル（１００℃で作製）を１５００ｍＬの水に加え（ａｄｄｅｄ）、この溶液を、Ａｍｄｅｌ社によって製造された、断面積が０．０１８８７ｍ２（ｍ２）のデッドエンド型無機物処理実験用加圧フィルタユニットの中に加えた。１５分後、溶液中の水和物粒子が沈降したところで、ろ紙を水和物層の上に置いた。水和物層の厚さは１０ｍｍと計測された。次に、５００ｍＬの、使用済みコーヒーから分離した液体コーヒーを加え、４０ｐｓｉの圧力を加えた。約４５分後にプロセスが終了し、全ての疎水性成分を蓄積させ、ろ紙の上から容易に掬い取った。図１４Ｂは、金属水酸化物水和物層の上に蓄積した濃縮コーヒーの写真を示す。平均流束は１５８６．９７（ｍＬ／ｍｉｎ．ｍ２）と計算された。
【０１０９】
天然源からの様々な新しい製品、例えば、天然色素、健康食品添加剤、及び新しいスキンケア美容クリームなどを、本発明の技術に基づいて生産することができる。また、天然源から新しい成分を抽出及び発見することも可能である。他の新しい濃縮食品もまた、本技術を用いて作ることができる。例えば、トマトペーストを作るための従来のプロセスは、幾つかの健康に良い栄養素及びビタミンを破壊する高温を使用する。熱に弱いビタミン及び栄養素は、水和物ろ過技術を用いて作られる新しいタイプのトマトペーストの中には保持されることになる。
【０１１０】
本発明の利点を示すために、人参ジュースを１０分間４０００ｒｐｍ（１０，０００ｘｇ）で遠心分離したが、ベータカロテン色素の除去は観察されなかった。従って、これらの速度における遠心分離では、人参ジュースからオレンジ色のベータカロテン色素を分離することはできない。同様の結果が、ザクロ及びトマトなどの他のジュースの遠心分離によっても観察された。また、人参ジュースを乾燥オーブン（６５℃）中に放置して水を蒸発させた。しかし、加熱により、オレンジ色のベータカロテン色素が退色し、ベータカロテン色素が変性してガム様の粘着性物質になった。従って、本発明による水和物ろ過技術が、ジュースを濃縮し、並びに、種々の天然源及びジュースからベータカロテン及び他の色素を分離するための、唯一の低費用で簡単な技術のようである。
【０１１１】
実施例１１  プラスミドＤＮＡのろ過
水溶性の長い分子が水和物フィルタ（ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）を通過できるかどうかを判断するために、約３０００ｂｐの長さを有するプラスミドＤＮＡをこの実験に用いた。水和物ゲルフィルタ（Ｈｙｄｒａｔｅ  ｆｉｌｔｅｒ  ｇｅｌ）は、ベータカロテンなどの無極性非水溶性分子を捕捉する。しかし、食塩などの水溶性無機分子、砂糖及びクロロフィルは水和物ゲルフィルタを通過する。この実験は、水和物ゲルがＤＮＡのような長い可溶性分子を捕捉することができるかどうかを評価する。プラスミドを水に加え、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）試験を行ってろ液中のプラスミドを増幅し、ろ液から増幅された可能性のあるプラスミドＤＮＡの痕跡があるかどうか、又はいくらかのプラスミドが水和物ゲルフィルタを通過するかどうかを調べた。
【０１１２】
この実験のために、シロイヌナズナＨＶＡ２２ｄ（Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ  ｔｈａｌｉａｎａ  ＨＶＡ２２ｄ）遺伝子が組み込まれたプラスミドｐＧｒｅｅｎを用いた。ＧＦＰプライマをフォワードプライマとして用い、ＨＶＡ２２ｄ遺伝子プライマをリバースプライマとして用いた。７０μＬのプラスミド（１μｇ／μＬ）を５０ｍＬの蒸留水のファルコンチューブに加えて混合した。以前の実験と同じろ過装置を使用した。混合物を濃厚ゲル（１００℃付近で作製）の上に加えてろ過した。時間と共に６つの異なるろ液試料を収集した。ろ過を行わない２つの対照もまたＰＣＲ試料に加えた。
【０１１３】
これらの試験のためにも、やはりＰｈｕｓｉｏｎ  ＰＣＲを用いた。マスターミックスは、７．２μＬの水、４μＬの５ｘＨＦバッファ、１．６μＬのｄＮＴＰｓ、２μＬのフォワードプライマ、２μＬのリバースプライマ、及び０．２μＬのＰｈｕｓｉｏｎポリメラーゼ酵素を混合して作製した。３μＬの各試料をマスターミックスに加え、ＰＣＲチューブに移し、ＰＣＲマシン内に置いた。Ｐｈｕｓｉｏｎ  ＰＣＲプログラムは、３０秒間９８℃、次いで３５サイクル（１０秒間９８℃、３０秒間６５℃、及び３０秒間７２℃）及び１０分間７２℃、並びに長時間の間１６℃、であった。
【０１１４】
ＰＣＲが完了した後、ＤＮＡのサイズ分離及び解析のためにゲル電気泳動法を用いた。この実験のために、エチジウムブロマイドを含んだ１００ｍＬ（２％ｗ／ｖ）のアガロースゲルを使用した。各ＰＣＲチューブに４μＬの６ｘローディングダイを加えた。５μＬの１ｋｂラダー及び１０μＬの各試料をアガロースゲル井戸に加えた。ゲルにゲル電気泳動を１００Ｖにおいて４０分間施した。電気泳動が完了した後、ゲルをＤＮＡ可視化のために紫外線の下に置いた。
【０１１５】
ＰＣＲ結果は、ろ液中のプラスミドＤＮＡの痕跡を示さなかったが、その一方で陽性対照は、プラスミドＤＮＡが増幅されたことを示した。従って、これらの結果は、プラスミドＤＮＡ分子が水和物ゲルフィルタによって捕捉されることを実証する。従って、水和物ゲルフィルタ（ｈｙｄｒａｔｅ  ｆｉｌｔｅｒ  ｇｅｌ）は、ＤＮＡなどの長い水溶性分子をも捕捉することができると結論することができる。長い水溶性分子は水和物ゲルの中の水酸化物粒子の間にはまることができないので、ゲル層を通過できないと推測される。本技術を用いて、ＤＮＡ分離のための様々な新しい異なる実験装置を作製することができる。水和物ゲル実験フィルタは、現在入手可能なより高価で複雑な市販のＤＮＡ精製キット（例えば、ＤＮＡの析出に依拠するキット）に対する新しい簡単な代替物を形成することができる。
【０１１６】
実施例１２  微細藻類収穫及び濃縮、湿式抽出後の水エマルジョン中の微細藻類油の分離
大気中の温室効果ガスの蓄積は、世界が直面している重要な環境問題である。微細藻類種は、バイオ燃料原料の新しい再生可能源となるとともにオメガ３及びカロテノイドなどの高価値健康食品をもたらす可能性を有する。微細藻類から抽出された油は、エステル交換反応によって容易にバイオディーゼル燃料に変えることができる。バイオマスは、人間の栄養、動物の飼料のための高タンパク質源として使用することができ、又は水産養殖餌として販売することができる。バイオディーゼル燃料の市場は急速に成長している。例えば、米国では、２００６年末までにバイオディーゼル燃料の生産は４倍（２００４年から）増加して１０億米ガロンを超えた。微細藻類からの高価値健康食品は、別の急速に成長する分野である。例えば、オメガ３脂肪酸は１３０億ドルの市場を占める。微細藻類から抽出することができるカロテノイドは１４億ドルの市場を有する。植物ステロールは３億ドルの市場を有する。水産養殖市場は、２００９年に８６０億ドルに達した。微細藻類は、エビ、カキ及びホタテの孵化場にとって極めて重要である。例えば、テトラセルミス（Ｔｅｔｒａｓｅｌｍｉｓ）藻は、培養及び遠心分離収穫の高い費用により、乾燥バイオマス形態で約８００ドル／ｋｇの価格で販売されている。
【０１１７】
微細藻類の従来の収穫プロセスは、本発明による水和物ろ過技術を用いて解決することができる幾つかの問題を有する。微細藻類収穫のための従来の微細藻類遠心分離プロセスは、微細藻類からのバイオ燃料を採算が取れるものにするには費用が掛かり過ぎる。さらに、脱水、乾燥及び溶媒抽出もまた問題があり且つ費用が掛かるので、加熱、電気分解又は超音波処理などの種々の技術を用いてこの問題を解決するための湿式油抽出が提案されている。湿式油抽出は、今のところ、水中油型エマルジョンの形成が理由で実用的ではない。
【０１１８】
従来のろ過技術のような幾つかのタイプの微細藻類収穫技術は特定の藻専用である。例えば、異なる藻類種に対して異なる凝集剤が必要である。異なるタイプの藻の収穫には異なる収穫技術が必要なので、マルチ培養は非常に難しい。藻培養液の２次汚染が非常に重大な問題である。しかし、水和物ろ過技術は、特定の藻専用ではなく、フロック形成などの事前処理を何も必要としない。バクテリア増殖及び汚染は、藻の再培養のための水を循環するための深刻な問題である。藻培養液内のバクテリア増殖は、屋外培養システムの大きな問題である。水和物ゲルろ過システムはまた、この問題を、水中のバクテリア及び真菌を捕捉することによって解決することができる。このプロセスは、大規模藻類培養プラントの水処理のために用いることができる。
【０１１９】
遠心分離及び膜システムとは異なり、本発明の実施形態による水和物ろ過システムはエネルギーなしで動作することができ、可動部分を有しない。その簡単さ及び低費用により、これは、従来の微細藻類収穫プロセスに対する適切な代替物となる。これはまた、湿式油抽出の主な問題を、水中油型エマルジョンを分解することによって解決することができる。これは特定の藻専用ではなく、あらゆるタイプの微細藻類を収穫することができ、従って、マルチ培養及び２次汚染問題がこの技術を用いて解決される。これはまた、水を殺菌するので、ろ過水を微細藻類培養のために数回再生して再使用することができる。
【０１２０】
種々のタイプの微細藻類種、例えば、テトラセルミス・ストリアータ（Ｔｅｔｒａｓｅｌｍｉ  ｓｔｒｉａｔａ）、カエトセロス・ムエレリ（Ｃｈａｅｔｏｃｅｒｏｓ  ｍｕｅｌｌｅｒｉ）、及びドナリエラ・サリナ（Ｄｕｎａｌｉｅｌｌａ  ｓａｌｉｎａ）などは、この技術を用いて首尾よく収穫され、水酸化アルミニウム水和物ゲル層の上に収集された。従来の技術によって収穫するのは非常に難しいナンノクロロプシス（Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｏｐｓｉｓ）細胞（約２ミクロンの直径）のような非常に小さい種でも、この技術を用いて容易に収穫された。ろ過水は清澄であり、浮遊固形物又は微細藻類は何も無かった。従来の、特定の藻専用の微細藻類収穫プロセスとは異なり、本技術を用いると、任意のタイプの微細藻類を収穫することができる。このプロセスは、フロック形成などの事前処理をなにも必要とせず、全ての汚染物及び微細藻類を、水和物ゲルの上に容易に収集する。金属水酸化物水和物層の非粘着性により、収穫された藻の容易な分離が可能になり、これを、水和物ゲルフィルタの上にきめの細かい布の薄層又はメッシュを加えることによってさらに改善した。
【０１２１】
水和物ゲル内の水酸化アルミニウム分子の高電荷が、脱水のための別の重要な駆動力である。水和物ゲルは、藻類種を収集してそれらがフィルタを通過するのを防止するだけでなく、収集されたペーストを、従来のろ過システムに比べてより多く自然に脱水する。金属水酸化物水和物ゲルの電荷は、ゲル表面の近くにある水分子を自然に引き込み、ゲルの上により濃厚な（水が少ない）藻類ペーストをもたらす。これは、乾燥及び油抽出などのさらなる処理を容易にする。
【０１２２】
図１５は、どのように、水和物フィルタがミクロンサイズの微細藻類（ナンノクロロプシス）を水から分離するかを示す。８０ミクロンの細孔径及び０．８ｓ−１の誘電率を有するビディム（Ｂｉｄｉｍ）不織Ａ６４ジオテキスタイルを、食塩水（７０ＰＰＴ）の電気分解（９Ｖ、１ａｍｐ）により作製した水酸化アルミニウム水和物ゲル、又は、硫酸アルミニウム及び重炭酸ナトリウムの化学量論的飽和溶液の混合（１モルの硫酸アルミニウム＋６モルの重炭酸ナトリウム）によって作製した反応に基づく水和物ゲル、の下に使用した。図１５は、ゲルの非粘着性のために、藻類ペーストがゲルから自然に分離することを示す。しかし、より実際的な解決策は、以前の試料のろ過試験に用いた装置に類似した円筒型ろ過装置を使用することである。これは、乾燥などのさらなる処理を容易にするための、藻ペーストの均一な広がり（ゲル層の上全域で同じ深さ）を可能にする。従って、ペーストを濃厚化し収集してそれを広げることを簡略化して単一ステップにすることができる。これは、天日乾燥などのさらなる乾燥プロセスを容易にする。さらに、水柱の圧力及びゲルの水分子吸引がペーストをより多く脱水する。ろ過前に、一切れの布（又は類似の媒体）をゲルの上に置くことができる。これは、充填中のゲルの崩壊を妨げる。これはまた、ペーストの所望の厚さに達したときの各収穫サイクルの後に、布の上片を単に持上げることによって、藻ペーストの収集をより容易にすることになる。
【０１２３】
加熱又は超音波処理は藻類細胞を破裂させ、それらの脂肪体を油として周囲の水の中に放出する可能性がある。水中油型エマルジョンは表面を掬い取ることができない。水中油型エマルジョンからの油の分離は、水和物ろ過技術を用いて解決することができる現在の問題である。藻類細胞は、細胞が破裂して油が水中に放出され、水中油型エマルジョンが生じるように事前処理した。５０ｍＬのこのエマルジョンを、３０ｍＬの濃厚ゲル（１００℃付近で作製）を層として用いてろ過した。顕微鏡によるナイルレッド脂質染色試験は、藻類油エマルジョンから脂質が分離されてゲルの上に捕捉されたことを示す。ろ液は、藻又は油滴の痕跡の無い水晶のように清澄な水であった。そのような水中油型エマルジョンから、水酸化アルミニウム水和物フィルタの上に収集されたナイルレッド染色油の写真を図１５Ａに示す。
【０１２４】
ヘマトコッカスプルビアリス（Ｈａｅｍａｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｐｌｕｖｉａｌｉｓ）藻は、様々な健康効果を有するカロテノイドであり健康食品、水産養殖、製薬、及び化粧品工業において需要が大きい、強力な抗酸化剤である高含量のアスタキサンチンを有する。アスタキサンチンの市場価値は非常に高く、キログラム当り約３０００米ドルである。１５０ｍＬのヘマトコッカスプルビアリス藻を、水酸化アルミニウム水和物ゲル（２０℃で作製）の上に加えた。ヘマトコッカス（Ｈａｅｍａｔｏｃｏｃｃｕｓ）細胞を収穫し、ろ液は清澄な水であった。同様に、１５０ｍＬのセネデスムス属ＮＴ８Ｃ株を水酸化アルミニウム水和物ゲル（２０℃で作製）の上に加えた。やはり、セネデスムス細胞が水和物層の上に捕捉された。図１６はろ過後のゲルの断面図を示す。これは、ゲルの上に収集された藻細胞を示す。藻細胞はゲル内に浸透せず、むしろゲルの上に蓄積した。これは藻細胞の分離をさらに容易にする。水酸化アルミニウム水和物ゲルの自立性もまた図１６に示される。ゲルは図１６において白色塊として示される。図１６には、ゲルの下に薄黒いジオテキスタイル布が見える。
【０１２５】
実施例１３  アルコールが水和物フィルタを通過する
メタノール及びエタノールなどのアルコールは極性且つ水溶性である。従って、それらは水和物ゲルを通過するはずである。これを試験するために、５０ｍＬの純エタノール及びメタノールを、１００℃付近で作製した水酸化アルミニウム水和物ゲル（式（１））の上に加えた。この試験は、メタノール及びエタノールの両方の分子が水和物フィルタを通過することを確認した。しかし、それらは、水分子に比べてのそれらの異なる極性のために、水よりもゆっくり通過した。この試験は、２時間後でも、対照の水試験の全ての水分子はフィルタを通過したのに一部のアルコールは依然として水和物の上にあることを明らかにした。分子の極性は、１つの分子が単に別の分子よりもより極性であるか又はより無極性であるかに関する相対語である。この現象は、水と比べての種々の分子の相対極性を定量化し、及び計測するのに用いることができる。分子極性メータのような他の新しい実験装置を、水和物ろ過システムに基づいて作製することができる。種々の極性分子のろ過速度に応じて、水と比べてのそれらの相対極性を定量化することができる。
【０１２６】
アルコール分子が水和物を通過したか又は水和物中の水分子と置き換わったかどうかを試験するために、ろ過後のゲルを約２０時間の間、ドラフト内に放置した。メタノール及びエタノールの沸点は非常に低いので、それらはドラフト内に放置すると数分間のうちに蒸発する。水和物ゲルがアルコール水和物ゲルに変わる場合には、アルコールは速く蒸発するはずで、数分又は数時間後に乾燥水酸化アルミニウムが残るはずである。しかし、この試験は、約２０時間後、水ろ過に使用した対照水和物ゲルとアルコールろ過に使用した水和物ゲルとの間になにも違いがなかったことを明らかにした。従って、アルコール分子は水和物ゲルを通過することができたが、水和物中の水分子と置き換わるようには思えない。
【０１２７】
実施例１４  ＢＳＡタンパク質が水和物フィルタを通過する
ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ：Ｂｏｖｉｎｅ  ｓｅｒｕｍ  ａｌｂｕｍｉｎ、又は「分画Ｖ」としても知られる）は、ウシ由来の血清アルブミンタンパク質である。これはタンパク質濃度基準として使用されることが多い。結晶ＢＳＡ粉末を蒸留水と混合してＢＳＡ溶液を作製した。５０ｍＬの１ミリモル／Ｌ（３．３ｇ／５０ｃｃ）のＢＳＡ溶液を超濃厚水和物ゲル（１００℃付近で作製）の上に加えた。しかし、ろ液は黄色で完全には透明でなく、このことはＢＳＡ分子が水和物フィルタを通過できたことを示す。
【０１２８】
実施例１５  他の金属水酸化物水和物
水酸化アルミニウム水和物ゲルが、その非毒性、強い均一ゲル化層、迅速な脱水速度、並びに入手可能性及び低価格、並びに２つの非毒性薬品（硫酸アルミニウム及び重炭酸ナトリウム）の混合による製造の容易さのゆえに、水浄化及び工業用途のための第１選択の物質であるが、他の金属水酸化物水和物もまた、毒性が重要な問題ではない幾つかの工業用途に使用することができる。
【０１２９】
他の金属水酸化物は毒性且つ有害な可能性があり、またそれらの硫酸塩と重炭酸ナトリウムとの反応によっては作製できない。それらは、普通、それらの塩（例えば、それらの硫酸塩、硝酸塩及び塩化物）と水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）とを混合することによって作製することができる。それらはまた、電気分解によって作製することもできる。例えば、水酸化銅水和物は、銅電極及びＤＣ電流を用いた硫酸マグネシウムの飽和溶液の電気分解によって作製することができる。
【０１３０】
水酸化アルミニウムに関して説明したのと同じ分子構造が、他の金属水酸化物水和物にも当てはまる。水和物が生じるとき、水分子は金属水酸化物分子のネットの間にトラップされるが、金属水酸化物には結合しない。トラップされた水分子は、金属水酸化物分子の正電荷及び負電荷に引き付けられ、それゆえに、それらは金属水酸化物分子には結合せず、容易且つ自然に水和物から離れることができる。従って、水は「ネット」を通過することができる。バクテリア、真菌、ウィルス、浮遊固形物、及び無極性疎水性分子などの不純物はまた、水和物ゲルの強力な電荷のために、水和物ゲルの上に追い出される。
【０１３１】
この仮説はまた、他の金属水酸化物水和物、例えば、水酸化マグネシウム水和物ゲル、水酸化マンガン水和物ゲル、水酸化コバルト水和物ゲル又は水酸化ニッケル水和物ゲルにも当てはまる。しかし、異なる水和物ゲルの性質は、異なる金属の異なる性質及び化学的特性のために異なる。例えば、異なる水和物ゲルで作製された水和物プレコートの流速、厚さ及び細孔径は異なる。従って、異なる物質を、異なる水和物ゲルプレコートを用いて分離することが可能である。しかし、他の金属水酸化物水和物の高い毒性のため、及びそれらの製造のために危険化学物質（例えば、水酸化ナトリウム）を使用することのために、それらの用途は、幾つかの特定の使用、例えば、化学、又は石油化学若しくは石油精製所などに限定されることになる。以下の実施例においては、容易な可視化を可能にするゆえに、人参ジュース（ベータカロテンの単離のための）を使用して、種々の金属水酸化物水和物を調べた。
【０１３２】
水酸化マグネシウム
水酸化マグネシウム水和物は以下の式によって作製することができる。
ＭｇＳＯ４＋２ＮａＯＨ→Ｎａ２ＳＯ４＋Ｍｇ（ＯＨ）２      （２）
【０１３３】
硫酸マグネシウム溶液は、８６．６８ｇの硫酸マグネシウム７水和物を５００ｍＬの蒸留水に混入することによって作製した。１１．５９ｇの水酸化ナトリウムを５０ｍＬの蒸留水に混入した。水酸化ナトリウム溶液を硫酸マグネシウム溶液に加えることによって、水酸化マグネシウム水和物ゲルを作製した。以前の実験に使用したのと同じろ過装置を使用した。しかし、全ての水酸化マグネシウム水和物ゲルを捕捉するためにジオテキスタイルの下に別の非常に小さい細孔径の布（ボードショーツ用布）を使用した。水和物ゲルをジオテキスタイルの上に加えた。人参ジュースを水和物ゲルの上に加えてろ過した。
【０１３４】
水酸化マグネシウム水和物は、水酸化アルミニウム水和物と比べて非常に遅く沈降したが、水和物の下により小さい細孔径の布を使用したことによってろ液は清澄であった。全ての可視のベータカロテン分子は、水酸化マグネシウム水和物ゲルの上に追い出され又は捕捉された。ろ液は非常に清澄で、ベータカロテン色素の徴候はなかった。
【０１３５】
水酸化亜鉛
水酸化亜鉛水和物は以下の式によって作製することができる。
ＺｎＳＯ４＋２ＮａＯＨ→Ｎａ２ＳＯ４＋Ｚｎ（ＯＨ）２      （３）
【０１３６】
硫酸亜鉛溶液は、１０．２７ｇの硫酸亜鉛７水和物を５０ｍＬの蒸留水に混入することによって作製した。１．３９ｇの水酸化ナトリウムを１０ｍＬの蒸留水に混入した。水酸化ナトリウム溶液を硫酸亜鉛溶液に加えることによって、水酸化亜鉛水和物ゲルを作製した。以前の実験に使用したのと同じろ過装置を使用した。水和物ゲルをジオテキスタイルの上に加えた。人参ジュースを水和物ゲルの上に加えてろ過した。
【０１３７】
全ての可視ベータカロテン分子が水酸化亜鉛水和物ゲルの上に追い出され捕捉された。脱水流速は非常に速かった。また、ケロシンを水酸化亜鉛水和物ゲルの上に加えた。水酸化アルミニウム水和物と同様に、結果は、ケロシンが水酸化亜鉛水和物を通過しなかったことを示した。水酸化亜鉛水和物の別の興味深い挙動は、長時間の間ケロシンの下にあった後、水和物層がよりコンパクトになり、他の金属水酸化物水和物と比べてより硬くなることである。コンパクトになった層は、依然として水分子のみを通過させる。水酸化亜鉛水和物層の乱暴な補充でも層を破壊しなかった。従って、水酸化亜鉛水和物は、水・炭化水素分離ユニット内に使用するため、又は非常に高い圧力下で使用するため、又はケロシン及び他の炭化水素の貯蔵タンクの底部にケロシンなどの炭化水素から水及び他の極性不純物を分離するために使用するための非常に高い可能性を有する。
【０１３８】
水酸化銅
銅化合物は毒性を有する。水酸化銅水和物ゲルは以下の反応式によって作製した。
ＣｕＳＯ４＋２ＮａＯＨ→Ｃｕ（ＯＨ）２＋Ｎａ２ＳＯ４      （４）
【０１３９】
硫酸銅溶液は、２４．９６ｇの硫酸銅（ＩＩ）５水和物を２００ｍＬの蒸留水に混入することによって作製した。７．９９８ｇの水酸化ナトリウムを１０ｍＬの蒸留水に混入した。水酸化ナトリウム溶液を硫酸銅溶液に加えることによって、水酸化銅水和物ゲルを生成した。しかし、水酸化銅（ＩＩ）の湿った試料は、酸化銅（ＩＩ）の形成のために黒くなった。従って、プレコートは布を通過したので、銅ベースの水和物ゲルは、種々の工業用途には使用できないであろう。
【０１４０】
水酸化マンガン
マンガン化合物は毒性を有する。水酸化マンガン水和物ゲルは以下の反応式によって作製した。
ＭｎＳＯ４＋２ＮａＯＨ→Ｍｎ（ＯＨ）２＋Ｎａ２ＳＯ４      （５）
【０１４１】
硫酸マンガン溶液は、１６．８９ｇの硫酸マンガン１水和物を５０ｍＬの蒸留水に混入することによって作製した。７．９９８ｇの水酸化ナトリウムを１０ｍＬの蒸留水に混入した。水酸化ナトリウム溶液を硫酸マンガン溶液に加えることによって、水酸化マンガン水和物ゲルを生成した。以前の実験に使用したのと同じろ過装置を使用した。水和物ゲルをジオテキスタイルの上に加えた。人参ジュースを水和物ゲルの上に加えてろ過した。
【０１４２】
水酸化マンガンは、水中になく空気に曝されると速やかに酸化する。従って、この水和物ゲルの実際の工業用途を見出すことは非常に難しい。脱水は非常にゆっくりと起こるが、一晩で全てのベータカロテン色素がゲルの上に追い出されて捕捉され、ろ液は非常に清澄であった。しかし、マンガンベースの水和物ゲルはより柔らかであった。水和物上のベータカロテン色素の色はまたオレンジ色から暗褐色に変化していた。
【０１４３】
水酸化コバルト
コバルト化合物は毒性を有する。水酸化コバルト（ＩＩ）水和物ゲルは以下の反応式によって作製した。
ＣｏＣｌ２＋２ＮａＯＨ→Ｃｏ（ＯＨ）２＋２ＮａＣｌ      （６）
【０１４４】
塩化コバルト溶液は、４．３４ｇの塩化コバルト（ＩＩ）６水和物を１００ｍＬの蒸留水に混入することによって作製した。０．７９９８ｇの水酸化ナトリウムを１０ｍＬの蒸留水に混入した。水酸化ナトリウム溶液を塩化コバルト溶液に加えることによって、水酸化コバルト水和物ゲルを作製した。人参ジュースを水和物ゲルの上に加えてろ過した。
【０１４５】
コバルト水和物ゲルは迅速には沈降しなかった。脱水速度は非常に遅かった。しかし、一晩で、ベータカロテン分子は、水酸化コバルト水和物ゲルの上に追い出されて捕捉された。ベータカロテン色素の色はやはり暗褐色に変わった。ろ液は、過剰塩化コバルトの痕跡のために、明るい赤であった。
【０１４６】
水酸化ニッケル
ニッケル化合物は毒性が強く、癌又は遺伝性遺伝子損傷を引き起す可能性がある。水酸化ニッケル水和物ゲルは以下の反応式によって作製した。
ＮｉＳＯ４＋２ＮａＯＨ→Ｎｉ（ＯＨ）２＋Ｎａ２ＳＯ４      （７）
【０１４７】
硫酸ニッケル溶液は、８．９４ｇの硫酸ニッケル６水和物を１５０ｍＬの蒸留水に混入することによって作製した。１．２７９ｇの水酸化ナトリウムを２０ｍＬの蒸留水に混入した。水酸化ナトリウム溶液を硫酸ニッケル溶液に加えることによって、水酸化ニッケル水和物ゲルを作製した。人参ジュースを水和物ゲルの上に加えてろ過した。
【０１４８】
水酸化アルミニウム水和物ゲルとは異なり、水酸化ニッケル水和物ゲルは、速やかに沈降せず均一なゲル層を迅速には形成しなかった。脱水速度は非常に遅かった。しかし、一晩で、ベータカロテン分子が水酸化ニッケル水和物ゲルの上に追い出されて捕捉された。ベータカロテン色素の色はやはり暗褐色に変わった。
【０１４９】
比較実施例―重炭酸ナトリウムとの反応
他の金属水酸化物水和物と比較して、水酸化アルミニウム水和物ゲルの最も重要な利点の１つは、その硫酸塩溶液と非毒性の重炭酸ナトリウム（ベーキングソーダ）溶液との反応によって非常に簡単に作製することができることである。他の金属水酸化物水和物ゲルは、水酸化ナトリウムを用いて、又はより費用がかかり且つより遅い電気分解によって、作製することができる。しかし、他の金属水酸化物水和物は、ベーキングソーダを用いて作製することはできない。例えば、硫酸マグネシウム溶液を重炭酸ナトリウム溶液に加えたが、水酸化マグネシウム水和物の生成は観察されなかった。
【０１５０】
硫酸亜鉛は、以下の反応式に従って重炭酸ナトリウムと反応する：
ＺｎＳＯ４＋２ＮａＨＣＯ３→ＺｎＣＯ３＋Ｎａ２ＳＯ４＋Ｈ２      （８）
【０１５１】
しかし、硫酸アルミニウムのベーキングソーダとの反応とは異なり、水酸化亜鉛の水和物ゲルは形成されなかった。炭酸亜鉛が析出した。炭酸亜鉛析出物をジオテキスタイル布の上に加えたが、水酸化亜鉛水和物ゲルとは異なり、布の上に均一なゲル様層は形成されなかった。大きい電荷を有し、水和物ゲルの上にベータカロテン分子を保持する金属水酸化物水和物とは異なり、炭酸亜鉛はベータカロテンを分離できなかった。全てのベータカロテン分子が炭酸亜鉛析出層の深さまで通り、その層を通過した。プロセスの終了時には、上部区域のみがオレンジ色になり全てのベータカロテン分子が上部に追い出される金属水酸化物水和物とは異なり、層全体がオレンジ色になった。これは普通の析出物と金属水酸化物水和物ゲルとの主要な違いである。
【０１５２】
実施例１６  水酸化アルミニウム水和物ゲルを作製する他の方法
水酸化アルミニウム水和物ゲルは、硫酸アルミニウム及びベーキングソーダの非毒性化学物質を混合することにより、又は食塩水の電気分解によって作製することが、それらの非毒性のゆえに好ましいが、毒性且つ危険な化学物質を用いて水酸化アルミニウム水和物ゲルを作製する２つの他の反応がある：
Ａｌ（Ｃｌ）３＋３ＮＨ４ＯＨ→Ａｌ（ＯＨ）３＋３ＮＨ４Ｃｌ      （９）
【０１５３】
２００ｍＬの半脱脂乳を、塩化アンモニウム溶液と水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）溶液とを混合することによって作製した水和物ゲルの上に加えた。硫酸アルミニウムを混合して作製した水酸化アルミニウム水和物ゲルを用いた類似の試験から得られたのと同じ結果が観察された。乳が水和物ゲルの上に濃縮され、ろ液は適度に清澄であった。従って、上記の反応によって作製した水酸化アルミニウム水和物ゲルは、非毒性化学物質を用いて生成した水酸化アルミニウム水和物ゲルと同じろ過特性を有する。
【０１５４】
水酸化アルミニウム水和物ゲルを作製する別の方法は、以下の式により、非常に不安定な化学物質で強い酸化剤である硝酸アルミニウムと、水酸化ナトリウム溶液とを混合することによるものである。
Ａｌ（ＮＯ３）３＋３ＮａＯＨ→Ａｌ（ＯＨ）３＋３ＮａＮＯ３      （１０）
【０１５５】
反応（９）及び（１０）は、水酸化アルミニウム水和物ゲルを作製することはできるが、使用する原料の毒性のゆえに、水処理及び食品関連用途に使用することはできない。
【０１５６】
実施例１７  果実ジュースなどの水をベースとする液体の濃縮
新鮮な果実ジュースの輸送及び保存には非常に高い費用が掛かる。このため、多くのジュースは、例えば、加熱蒸発による濃縮プロセスを受ける。このプロセス中に多くのビタミン及び香味物質が失われるので、加熱は栄養価を変えることが多い。濃縮ジュースは、加熱による調理味又は苦味を有することがある。さらに、加熱は、一部のジュース、例えば、人参ジュースなどには望ましくなく、その理由は、熱がベータカロテンを変性させ、人参ジュースが粘着性ガム様の、薄めても再度人参ジュースにすることができない、物質に変化することになるからである。
【０１５７】
しかし、本発明の実施形態による水和物ろ過によるジュースの濃縮は、大部分の栄養素、色素、香味物質及び匂いを濃縮物中に保持する可能性を有する。例えば、還元された人参ジュースは、新鮮な人参ジュースと非常に良く似た匂いを有する。水和物フィルタは、人参ジュースを約７０倍まで濃縮してペースト状物質にすることができる。ペーストは、様々な製品、例えば、超濃縮人参ジュースペースト、栄養補助食品、ベータカロテン抽出物の原料、天然スキンケア又は美容製品、及び他の類似の化粧品又は食品などのための様々な容器に詰めることができる。これはまた、様々な食品又は化粧品に添加物として種々の濃度で加えることができる。
【０１５８】
濃縮ペーストは、水に再溶解又は混入して、例えば、還元ジュースを生成することができる。生成物は新鮮な人参ジュースに似ているように見えるが、食塩及び砂糖が水和物フィルタを通過したので、還元のために加えることが必要となろう。このジュースは、加熱濃縮により作製された多くの還元ジュースとは異なり、時間とともに沈降する傾向はない。同様の濃縮ペーストを、例えば、トマト及びザクロなどの他のジュースから生成した。濃縮ペーストは、急速に空気乾燥させ、自然食品色素及び／又は健康食品添加物として使用できる粉末を作製することもできる。この粉末を水と混ぜて人参ジュース様の飲料を作製することができる。
【０１５９】
他の液体も試験して、同様の結果を得た。これらは、元の風味を失わずに濃縮ペースト又は粉末を作製するためのコーヒー及び茶を含む。
【０１６０】
液体を濃縮するためのこの技術には、水和物フィルタを妨げられずに通過できる小さい親水性化合物に対する限界が存在する。これらには、水溶性の食塩、砂糖、アルコール、及び、クロロフィルのような幾つかの親水性二次代謝産物が含まれる。別の限界は、強酸性液体、例えば、水酸化アルミニウムと反応し得る一部のレモン又はオレンジジュースなどに対して存在する。
【０１６１】
実施例１８  普通の水和物ゲル（２０℃で作製）に対する濃厚水和物ゲル（１００℃付近で作製）の比較
より濃厚な水和物ゲル（１００℃付近で作製）は、普通の水和物ゲル（２０℃で作製）と比べると少ない水分子を有し、それゆえに、各水分子に作用する水酸化アルミニウム分子の電荷はより大きい。これが、より濃厚な水和物ゲルを用いると脱水がよりゆっくり起こることの理由である。しかし、試験は、ろ液の品質が同じであることを示している。従って、生成の容易さのために、普通の用途には普通のゲルが好ましい。しかし、幾つかの加圧又は真空用途などの工業用途には、より濃厚なゲルが好ましい可能性がある。
【０１６２】
濃厚ゲルと普通ゲルの性能を比較するために、５５ｍＬの濃厚ゲルと普通（希薄）ゲルを布の上に加えた。同じ体積の水（４００ｍＬ）をそれぞれの水和物ゲルの上に加えた。水位の減少５０ｍＬ毎に時間を記録した。予想通り、脱水は濃厚ゲルを用いると、よりゆっくり起こる。結果は、脱水が、普通の水和物ゲル（２０℃で作製）を用いると、濃厚ゲル（１００℃付近で作製）に比べてほぼ２倍速く起こることを示している。
【０１６３】
種々のゲルの性能を比較するために、同じ体積の人参ジュースを濃厚ゲル（１００℃付近で作製）及び普通ゲル（２０℃で作製）の水和物ゲルの上に加えた。濃厚水和物ゲルと普通水和物ゲルとを用いたろ過の間で、ろ液品質及び保持された色素の間に違いは無かった。
【０１６４】
圧力下の水和物ろ過
工業用途に対してはより速いプロセスが望ましい。１００ｐｓｉｇまでの圧力下で水和物フィルタを試験した。加圧ろ過試験のために、ＡＳ１２１０クラス３基準に基づいてＡｍｄｅｌ社によって作製された採鉱処理実験用加圧フィルタを使用した。圧力は１００ｐｓｉｇ（６．８ａｔｍ）まで調節可能である。小細孔布をフィルタの底部に置いた。加圧下で水和物を保持するために、さらに２ミクロン細孔径のろ紙（Ｍａｃｈｅｒｅｙ  Ｎａｇｅｌ、ＭＮ１６４０Ｄ、１８５ｍｍ直径）を布の上に置いて圧力下で水和物を保持した。この装置の直径及び断面積は、それぞれ０．１５５ｍ、０．０１８８７ｍ２である。ろ液は、中央にある穴を通して排出された。
【０１６５】
各ろ過プロセスに対する最適動作圧力を選択するために、圧力−流束曲線を用いる。各実験に対して、初めに１００ｍＬの濃厚水和物溶液（１００℃で作製）を２Ｌの脱塩水に加えた。この溶液を加圧フィルタ装置に加え、１０分間、水和物粒子を沈降させた。水和物粒子が沈降し、厚さが約１ｍｍの均一な水和物層が形成された後、種々の圧力を加えた。ろ液をビーカ内に収集し、時間とともに重さを計った。このデータに基づいて、流束を計算した。各ろ過試験の間、流束を２分周期で１１回計算する。圧力による平均流束の変化を図１７に示す。
【０１６６】
この曲線は、水和物フィルタが非常に低い圧力において非常に速く動作することを示す。これは、１０ｐｓｉから８０ｐｓｉまでの圧力上昇によって、流束の増加が起こらないことを示す。従って、この曲線に基づくと、この技術の最適動作圧力は０ｐｓｉと１０ｐｓｉとの間にあるはずである。しかし、より高圧力の装置（１００ｐｓｉ超から１０００ｐｓｉまで又はそれ以上）を用いたより多くの流束−圧力試験が必要であった。これらの結果は、水和物層の大部分が水であるので、非常に低い圧力において著しく速く動作することを立証する。水和物層を通して水分子を穏やかに押すために、ほんの僅かな圧力が必要である。従って、非常に高い圧力においてのみ動作する従来の膜とは異なり、この技術を用いることによって多くの費用を節約すること（例えば、従来の高圧力膜を使用することに付随する、装置の巨額の資本費及び操業費、エネルギー、安全及び保守費用を節約すること）ができる。
【０１６７】
種々の水和物の蒸発速度の比較
電子顕微鏡下で水和物構造を評価するのは非常に難しいが、金属水酸化物の粉末を冷水に浸すことにより、又は金属水酸化物の粉末を熱水に浸し且つ混合することによって作製された金属水酸化物水和物に比べての、反応又は電気分解によって作製された金属水酸化物水和物の蒸発速度の研究によって、金属水酸化物水和物の力の効果を研究することが可能である。図１８は、室温における、遠心分離管の蓋の中の種々の水和物試料の、時間にわたる自然非強制乾燥を示す。この結果は、浸漬によって作製した水和物は６０時間後に完全に乾燥したことを示す。しかし、水和物ゲルは依然として多少の水分子を保持し、約１６０時間後に乾燥した。さらに、より重要なことに、プロセスの終了時に、浸漬による水酸化アルミニウム水和物は乾燥して白色の水酸化アルミニウム粉末になったが、水酸化アルミニウム水和物ゲルは、蒸発によって水分子を失った後で硬い結晶物質に変わった。この結果は、水和物ゲルの結晶、マトリックス又はネット形態の何らかの内部分子力が、水和物ゲル内の水分子を保持し、水和物内の水分子の急速な蒸発を妨げることを示す。
【０１６８】
ろ過に対する圧力及び水和物厚の効果
圧力及び水和物厚の効果を研究した。ろ過装置は、圧縮空気による加圧を可能にするように閉じることができる蓋を含んだものであった。各実験に対して、初めに水和物溶液を加えた。次に、水和物が沈降して水和物層が生じた後、液体混合物（１８００ｍｌのブリスベン川の水、又は２００ｍｌの人参若しくはスイカジュース）を加えた。次いで蓋を閉じて圧縮空気圧を加え調節した。ろ液をビーカの中に収集し、時間とともに重さを計り、流速及び流束を計測した。
【０１６９】
０．２０３の光学密度（４４０ｎｍにおける）を有する濁ったブリスベン川の水を、濃厚水和物（１００℃で作製）を用いた厚さ１０ｍｍの水酸化アルミニウム水和物層の上に加えた。その結果を図１９Ｃ及び１９Ｄに示す。平均流速及び平均流束は、それぞれ１０６．１（ｍｌ／ｍｉｎ）、５６２２．１（ｍｌ／ｍｉｎ．ｍ２）と計測された。ろ過時間は非常に速いが、ろ液は清澄で光学密度（４４０ｎｍにおける）は０．０００であった。水和物はその独特のゼラチン性質のために高圧力下で完全には乾燥しなかった。高圧力下であっても不純物は水和物層の深さまで浸透できなかった。厚さ１ｍｍのより薄い水和物層を用いて実験を繰り返した。その結果を図１９Ａ及び１９Ｂに示す。同様に、ろ液は清澄であったが、厚さ１０ｍｍの水和物層と比べると、流速及び流束は約５倍速かった。平均流速及び平均流束は、それぞれ、２１．３（ｍｌ／ｍｉｎ）、１１２８．６（ｍｌ／ｍｉｎ．ｍ２）と計測された。
【０１７０】
同様に、より迅速な分離及び濃縮のために人参及びスイカジュースを加えた。非常に高い圧力（１００ｐｓｉｇ）のもとでも、ベータカロテン又はリコピン分子は水和物ゲルの深さまで浸透できなかった。ジュースは濃縮されて、水和物層の上部で非常に濃厚なオレンジ色又は赤色のペーストになった。これは濃縮ジュースの簡単な分離を可能にする。ろ液は清澄であった。例えばスイカジュースのろ液は、光学密度（４４０ｎｍにおける）が０．０００の脱塩水と同じに清澄であった。流速は、低又は中圧力下であっても適度に速かった。例えば、スイカジュースのろ過に関して、わずか１０ｐｓｉｇ（０．６８ａｔｍ）のもとで平均流速及び流束は、それぞれ３０．７（ｍｌ／ｍｉｎ）、１６２５（ｍｌ／ｍｉｎ．ｍ２）と計測された。これらの結果は、このプロセスを工業スケールにおいて高圧力下で用いて、より高いろ過速度を得ることができることを立証する。この技術は、新世代のろ過及び分離技術となる可能性を有する。原料の種々異なるモル濃度、及び種々異なる調製条件（例えば、種々異なる温度及び圧力のもとで原料の種々異なる超飽和溶液を作製すること）による種々異なるタイプの金属水酸化物水和物を用いて、又はさらに種々異なる金属の水和物を混合することによって、多くのタイプの金属水酸化物水和物を作製することができる。これらの水和物は、種々異なるろ過特性を有することになる。従って、種々異なる分子の種々異なる相対的分子極性及び疎水性により、種々異なる分子は、種々異なるタイプの水和物を通過するか又はその上に保持されることになる。重力だけで効率的な分離をもたらすことができるが、工業目的のために、加圧によってプロセスを加速することができる。
【０１７１】
ジュースの加圧ろ過及び新しい健康果実バターを生産するための製造
７００ｍＬの人参ジュースに加圧水和物ろ過を施した。ろ紙（２ミクロン細孔）を加圧フィルタ装置の上に置いた。５０ｍＬの濃厚水和物ゲル（１００℃で作製）を１５００ｍＬの脱塩水に混入し、ろ紙の上に注いだ。４０ｐｓｉｇの圧力を４分間加えた。これは、溶液中の水和物の沈降及び、薄い（約１ｍｍ厚）均一且つ安定な水和物の層をろ紙の上に作製することを可能にする。この段階の間に、溶液の約７５０ｍＬの水がフィルタを通過したが、依然として７５０ｍＬの水が水和物の上に残った。７００ｍＬの人参ジュースを加えた。次いで８０ｐｓｉｇの圧力を加えた。プロセスの終了時に、濃厚なバター状のオレンジ色ペーストが、水和物層の上に蓄積された。このペースト（又は他の果実からの他の類似の濃縮ペースト）は、様々な新しい食品及び化粧品を作製するのに使用することができる。例えば、新しい朝食用スプレッド、例えば、人参、スイカ、トマト、ザクロ、粉末唐辛子、アプリコット、パパイヤ、マンゴー、ロックメロン、パッションフルーツ、グアバ、桃、西洋梨、ネクタリン、及び類似の果実のバターを作製することができる。これらの健康に良いバターは、従来の健康に良くない乳又は油ベースの、健康に良くない飽和及びトランス脂肪を大量に有するバターに置き換わることができる。乳バターとは異なり、それらは心臓疾患を引き起すコレステロールのレベルを高めないだけでなく、様々な健康上の利点を有する。これはまた、バターなどの他のスプレッドに、着色のため又は栄養価若しくは風味を加えるために、添加することができる。同様に、このペーストは、新しい化粧品、例えば、美容クリーム、マスク、石けん若しくはシャワー（ｓｈｏｅｒ）ゲル、シャンプー、日焼け止めクリーム、又は、自然噴霧日焼け製品などを作製するのに使用することができる。高圧力はまた、水和物層を、上に収集されたオレンジ色ペーストよりも硬くする。従って、収集された人参ジュースのペーストの分離が、単に掬い取ることによって簡単になる。
【０１７２】
別の実験もまた、加圧水和物ろ過を用いて首尾よく乳を濃縮することができることを示した。
【０１７３】
水和物層
汚染物質も収穫物質も水和物の深さまで浸透できないので、水和物層を可能な限り薄くすることが可能である。これはプロセスの費用を減らすばかりでなく、ろ過中の流速を増す。以下のプロセスによって水和物層の厚さをミクロンサイズ（例えば、５００ミクロン未満、又は数１０ミクロンのオーダー、又はさらに１０ミクロン未満）にも薄く作製した。以下のプロセスはまた、フィルタ媒体の全域で水和物層の厚さを一定にする。
【０１７４】
以前のろ過試験に使用したＡｍｄｅｌ加圧フィルタユニットの底部区域を図２０Ａに示す。この区域は、平坦な焼結チタンフィルタディスクを用いて改良している。水に混入した少量の水和物を用いて非常に希薄な水和物溶液を作製した。非常に平担且つ滑らかな多孔性フィルタ媒体を水和物層の下に置くことができる。例えば、焼結チタンディスク（２ミクロン未満の細孔径）を水和物層の下に用い、耐水密閉接着剤（ゴムなどの他の密閉用品を使用することもできる）を用いて密閉した（図２０Ｂ）。加圧ろ過装置の底部に固定された焼結チタンは、水を通過させる一方で上に水和物が薄層を形成することを可能にする。他の類似の焼結フィルタ媒体、又は多孔性プラスチックなどの細密フィルタ媒体、又はきめ細かい布、膜若しくはろ紙を使用することもできる。この焼結チタンは非常に硬く高圧力に耐える。これはまた、水和物の非常に薄く（５００ミクロン未満、又は数１０ミクロン未満、又はさらに１０ミクロン未満のオーダーの）均一な層をその上に形成するのを可能にする非常に滑らかな形状を有する（図２０Ｃ）。これはまた、耐酸性及び耐アルカリ性である。従って、ろ過の終了時に、これを容易に酸洗浄してフィルタの内部のあらゆる堆積物の蓄積を防止することが可能である。顕微鏡下の焼結チタンフィルタの細孔（１００倍に拡大した）を図２０Ｄに示す。
【０１７５】
希薄水和物溶液を、水和物保持フィルタ媒体の上に加えて沈降させた。溶液が非常に希薄な場合、水和物は自然に沈降しない可能性がある。従って、希薄水和物溶液を注いだ後、数分間、低圧力（１０〜４０ｐｓｉｇ）を加えた。このステップは、溶液中の全ての水和物を沈降させ、非常に薄い均一な水和物層フィルムを保持フィルタ媒体の上に作製する。非常に薄い水和物層による水和物ろ過の流速は非常に高く、なにも圧力を加えない人参ジュースろ過の結果を図２０Ｅに示す。これは、非常に薄い水和物層であってもろ過のために首尾よく使用することができることを示す。有利なことに、非常に薄い水和物層を用いると、ろ過速度が非常に高くなる。
【０１７６】
本発明者等が行った試験は、本発明の実施形態による分離器を使用することにより、既知の従来技術の分離技術と比べると、ろ過流動速度が著しく高くなることを示した。例えば、既知の分離技術は、マイクロフィルタ、フィルタ、ナノフィルタ及び逆浸透技術を含む。標準的な普通の限外ろ過器は、３０ＬＭＨ（リットル／ｍ２／ｈｒ）のろ過流束を示し、標準的なナノフィルタ（例えば、２ｎｍ未満の細孔径及び２２０乃至５１０ｐｓｉの動作圧力を有する）は２０ＬＭＨ付近のろ過流束を示し、逆浸透膜は２５０ｐｓｉにおいて１５ＬＭＨ付近の平均ろ過流束を有し、標準的な膜バイオリアクタは１０乃至２０ＬＭＨの流束を示す。本発明の実施形態を用いて得られた流束を比較して以下の表１（Ａｒｅ  １）に示す。
【表１】
0006647201.tif 000002
【０１７７】
表１に提示したデータは、水和物フィルタが従来の高圧力膜（例えば、限外ろ過フィルタ、ナノフィルタ、逆浸透膜及び膜バイオリアクタなど）よりも著しく速く動作することを示す。幾つかの場合、水和物フィルタは、非常に低い又はゼロ加圧であっても、従来の高圧力膜よりも著しく速く動作する。理論に拘束されることを望むものではないが、これは水和物層が大部分水で構成されるという事実によるものと推論される。
【０１７８】
飲用水救命キットの用途
簡単な水処理システムが緊急事態のために必要である。下痢は、米国の長距離ハイカーを襲う最も一般的な疾病の１つであることが見出されている。市場における現在の救命キット、例えば、水浄化錠剤、活性炭フィルタ、及びマイクロフィルタなどは、水和物ろ過技術より高価であり、あまり効果的ではない。例えば、病原体を殺す塩素錠剤は浮遊固形物を除去するものではなく、水は長期摂取のためには安全でない。それらの活性成分は塩素及び二酸化塩素で、健康に有害である。この水は直ちに飲める状態にはない。処理された水は、塩素が蒸発できるように数時間の間、蓋をしないで置いておく必要がある。塩素錠剤で処理した水は、処理後も依然として濁っている。さらに、塩素錠剤は不快な味を残す。対照的に、水酸化アルミニウム水和物ろ過のろ液は、微生物（病原体を含む）が無いばかりでなく、清澄で飲み易い。水和物ゲル製造から過剰な塩を除去するための初期漱ぎの後、水和物ろ過のろ液は、すぐにでも飲用可能である。さらに、一部の病原体は塩素耐性であるが、その一方で水和物フィルタは、バクテリア、真菌、微細藻類（青緑藻を含む）及びウィルスを除去することができる。活性炭フィルタは、少量のゲルよりも大きなスペースを必要とし、それゆえに、ハイカー又は陸軍要員が常に持ち運ぶには実用的ではない。マイクロフィルタはあまりに複雑で幾つかの部品を有し、やはり持ち運ぶのが難しい。さらに、現在の救命キットは、水和物フィルタと比べるとより高価である。
【０１７９】
市場の他の製品とは異なり、水和物フィルタ救命キットは、全ての浮遊固形物及び微生物を捕捉し、処理された水は、飲むのに蒸留水と同じく清澄である。これは非常に簡単な生成及びパッケージングプロセスを有する。従って、製造工場は最低限の資本及び操業費で、簡単な装置を用いて容易に実施することができる。例えば、誰でも容易に持ち運びできる練り歯磨き用チューブのゲルは、緊急事態において生命を救助することができる。これは、洪水などの災害中に、ヘリコプタ及び他の手段で容易に供給することができる。水和物フィルタは有害なバクテリア及びウィルスを捕捉することができ、ハイカー及び軍隊の間での下痢などの危険な疾病を防ぐことができる。代替的に、水和物ゲルは、式（１）に示すように硫酸アルミニウム及び重炭酸ナトリウムを用いて、必要とされる場所で製造することができる。
【０１８０】
この技術に基づいて、種々様々な救命キットを作製することができる。１つの簡単な練り歯磨き用チューブに詰めたゲルを、いずれの救命キットにも入れることができ、数回使用することができる。別の簡単な、水和物ゲルのパッケージングは、緊急事態中に、任意の使用可能な布の上にゲルを置くステップを含むことができる。例えば、スリーブの底部を結んで小さいバッグを作製し、水和物ゲルを加えることができ、次いで汚れた水をろ過することができる。
【０１８１】
水ボトルを水和物ゲル水浄化装置に変えること
単に普通のプラスチック製水ボトルの改造によって、非常に簡単な救命キットを作製することができる。必要な改造は、水の普通のボトルを２つの部分に切断し、底部分に１つの雌ねじ（図１７、参照符号２１を参照）を、及び上部分に２つの雄ねじ（図１７、参照符号２２及び２３）を付けることだけである。普通の用途のためには、ボトルは普通のプラスチック製水ボトルと同じである。これは図１８に示す。しかし、緊急事態の場合には、ボトルの上部分をねじって開け、次いで、図１９に示すように、反転させ、底部分に逆さまに結合することができる。蓋には、ゲルを保持することになる布様フィルタ媒体（図２４、参照符号２４を参照）を取付ける。ゲルが内部に注ぎ入れられ、汚れた水を加えた後は、清浄水であるろ液が底部分内に収集されることになる。底部分が一杯になった後、一切の濁りも病原体も無い、一杯の安全なろ過水を飲む準備が整う。このサイクルは数回繰り返すことができる。
【０１８２】
蓋をゲルで事前充填し、ゲルを蓋の中に保持するため及びゲルの乾燥を防ぐためにステッカー様の内面（図２１、参照符号２５を参照）を取付けることも可能である。ゲルは、ボトル密閉ワックス又はアガロースゲルなどの異なる材料、或は、ボトル製造中に配置することができる別のプラスチック蓋内面を用いて密閉することができる。緊急事態中、蓋の上のステッカーを除去してろ過を行うことができる。標準的なプラスチック製ボトルに取付けるための、ゲルで事前充填した蓋だけを販売することもできる。緊急事態の場合、ユーザは単に蓋を交換し、次いでボトルを切断してろ液を収集するか又は別のボトル若しくはカップにろ液を収集することになる。水和物ゲルで充填された蓋はまた、押し潰し可能な水ボトルの上に取付けることもできる。
【０１８３】
プラスチック製水ボトルは世界中で深刻な環境問題である。それらの製造及び輸送中に、非常の多くの化石燃料が浪費される。それらは大部分最後には埋め立てられ、崩壊するのに１０００年かかる。本技術はまた環境を間接的に助け得る。それは、人々が自分の水ボトルを再利用するのを助ける。人々及びハイカーは、自分の水ボトルが有用な救命キットとなり、緊急事態において自分の命を救う可能性があるので、それらのボトルを投げ捨てない可能性がある。
【０１８４】
標準的なプラスチック製ボトルのこの簡単な改造は費用が非常に低く実用的であり、問題の多いプラスチック製水ボトルを有用な救命キットに変える。これはまた、世界中のチェーン市場において標準的なプラスチック製水ボトルの有用な代替品として販売することもできる。さらに、世界中の多くの、特に開発途上国の都市及び農村地域における水道水の品質は、安全な飲水のためには非常に低い。従って、人々は毎日、従来のプラスチック製ボトルの水を購入する。これらの新しい水ボトルを導入することによって、多くの人々は小型、安価及び簡単な飲用水処理装置を家庭内に有することができる。彼らは水道水を数回ろ過してお金を節約することができる。
【０１８５】
新しい水和物ゲル実験用フィルタの使用
市場にある現在の実験用フィルタの大部分は、ミクロンサイズの範囲のものである。全てのバクテリア及び真菌を除去し、油・水エマルジョンを分解し、溶解した色素及びナノサイズの粒子を種々の溶液から分離することができるものは、現在の実験用フィルタにはない。小細孔径フィルタは高価であり、従って、毎日の実験室作業で普通に動作させることは実際的でない。市場にある現在の実験用フィルタには、ろ紙、カプセル、カートリッジ、及び混合セルロースエステル（ＭＣＥ：Ｍｉｘｅｄ  Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ  Ｅｓｔｅｒｓ）膜がある。それらは、水和物フィルタと同じようにはバクテリア及びウィルスを捕捉することができず、水中油エマルジョンを分解することができない。水和物フィルタはこれら全ての結果を達成することができる。水和物実験用フィルタはまた、現在入手可能な実験用ナノフィルタ製品に比べると非常に低価格である。
【０１８６】
水和物ゲル実験用フィルタを形成するために、濃厚ゲルを２つの接着したろ紙（又は他の類似の小細孔径媒体及び布）の間に注入することができ、数回使用することができる。これは、水分損失及び水和物実験用フィルタの乾燥を防ぐのに適したパッケージ内に密閉することができる。これらのタイプのパッケージングを用いて、実験用フィルタを数年間保存することができる。また、種々のタイプのチューブ入り濃厚ゲルをろ紙プレコートとして販売することも可能である。２００ｍＬの濁ったブリスベン川の水を、このタイプの実験用フィルタを用いて浄化した。結果は他の試験と同様で、ろ液は清澄な水であった。収集され得る浮遊固形物及びバクテリアはフィルタの上に捕捉された。このフィルタを簡単な洗浄だけで、数回再使用することが可能である。洗浄後、ろ紙の上に捕捉された全ての汚染物質が除去され、ろ紙は新品同様に再生された。この水和物実験用フィルタは何の問題もなく数回再使用した。異なる用途及び試験のために異なるタイプの水和物ゲルを注入することも可能である。
【０１８７】
スイミングプール用フィルタのような小さいフィルタの使用
水和物ろ過技術はまた、スイミングプールのような小規模用途に用いられたり、新しい消毒及び衛生設備の方法として用いられたりする可能性を有する。プールの水の目に見える清澄さを維持するため、及び感染症の伝染を防ぐためには適切な衛生設備が必要である。現在、ろ過はゴミ及び破片などの汚染物を除去するために用いられ、塩素が感染性微生物を殺すのに使用される。普通、スイミングプール用フィルタとしては従来の砂又は珪藻土のフィルタが使用される。従来のろ過プロセスは、プールの水を完全に殺菌するには不十分であり、それゆえに、塩素及び臭素がスイミングプール用の殺菌剤として使用される。水は、フィルタを通過させられてプールに戻される。加圧給水されるサンドフィルタは一般に、濁った水の、１０ミクロンより小さくない粒状物質をろ過除去することになり、その一方で水和物フィルタはナノメートル粒子を分離することができる。通常、サンドフィルタはプールの水から藻又はウィルスを除去しないことになる。
【０１８８】
消毒のために使用される塩素生成化合物は有毒である。水中に存在する塩素及び他の物質などの消毒剤は、消毒副生成物（ＤＢＰ：ｄｉｓｉｎｆｅｃｔｉｏｎ  ｂｙｐｒｏｄｕｃｔ）を生成する可能性がある。ＤＢＰは、水消毒プロセス中に、水中の有機及び無機物質と化学処理剤との間の反応によって生じる。ＤＢＰには、人の健康に対する悪影響が付随する。クロロアミンは、人の発がん物質となり得るＮニトロソジメチルアミン（ＮＤＭＡ：Ｎ−ｎｉｔｒｏｓｏｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ）、及び、ヨウ化物が源水中に存在するときにヨード酢酸のような高遺伝毒性のヨウ素化ＤＢＰ、を生成する。残留塩素（及び他の消毒剤）はまた、給水ネットワーク内で、溶解している天然有機物質及びパイプ内に存在するバイオフィルムとの両方とのさらなる反応によって、さらに反応する可能性がある。さらに、一部の病原体は塩素耐性であり、その一方で水和物フィルタは全てのバクテリア、微細藻類（青緑藻を含む）及び真菌並びにウィルスを除去することができる。
【０１８９】
従来のサンドフィルタとは異なり、水和物ろ過技術に基づくスイミングプール用分離システムは全ての浮遊固形物を捕捉し、ろ液は清澄な水となる。単一段階で、全ての浮遊固形物並びにバクテリア及び真菌が捕捉されるので、問題のある消毒プロセスを加える必要がない。水和物ろ過技術を用いると、毒性塩素消毒を用いる必要がないので、この技術を用いると毒性塩素消毒副生成物（ＤＢＰ）が生成されない。スイミングプールの市場は大きく、例えば、オーストラリアの家庭の１１．７％がスイミングプールを有する。さらに、市場にある他のフィルタと比べて、ろ過生成物の非常に高い品質のために、本技術は、特に、公共のスイミングプール、又は豪邸、五つ星ホテル及びリゾート地のスイミングプールのために用いることができる。
【０１９０】
水和物ゲルは、様々な従来のろ過システムにおいて、並びに、回転ドラムフィルタ、真空フィルタ及びコンベアフィルタなどの種々の形態で、使用することができる。しかし、上で詳述した以前の実施例において使用した小型ろ過試験装置を簡単にスケールアップすることも可能である。底布を支持するためには、孔の開いた亜鉛メッキ金属シート又は金属メッシュのような強い構造体が必要である。ゲルの崩壊を防ぐために、水深がタンクの急速充填を可能にするのに十分に高くなるまで、タンク内に液体を微細噴霧することが可能である。また、布又は類似の硬い多孔性金属若しくはプラスチックを水和物ゲルの上に置くか、又は幾つかのバッフルを供給パイプの下に置くことも可能である。より小さい直径領域２８が水和物ゲルを収容する別の設計を図２２に示す。水は、傾斜床３０の上に供給され、傾斜床３０を下方に、区域２８内の水和物ゲルの上まで流れる。従って、この設計は、水が傾斜金属区域の上に注がれるので、ゲルの崩壊を防ぐための微細噴霧又は他の手段を必要としない可能性がある。幾つかの特定の用途のために本設計の流速を増加させるため、タンクの下に真空チャンバを置くか、又は、従来のコンプレッサに使用されているのと同じパイプを通して、タンクの上部に圧縮空気を導入することもまた可能である。この簡単なシステムは、従来の水タンクの簡単な改造により、非常に低い費用で製造することができる。これは、水が重力によって供給及び除去される場合、エネルギー及び電気の少しの入力もなしに動作する。本システムはまた、村又は人里離れた採鉱場所又は人里離れた陸軍基地のための飲料水処理のために備えることができる。これはまた、簡単な可動飲料水処理設備としてトラックの上に容易に取付けることができる。図２３に類似したスイミングプールのろ過及び衛生設備は、費用が非常に低く、その保守が簡単で、あまり電気を消費しないばかりでなく、問題のある塩素消毒を必要としないので使用するのに安全である。
【０１９１】
代替的設計
水和物膜分離器は、様々な形状及びシステムに設計することができる。これはまた、従来の逆浸透膜に類似したものに設計することができる（図２８）。この設計において、水分子は水和物層の両側に存在し、この水和物層の全区域が、ろ過プロセス中いつでも水に完全に浸されることになる。従って、金属水酸化物分子に対する水分子の数の比は、水和物の各区域で一致することになる。これは幾つかの用途において利点となり得る。このシステムの１つの可能なより大きい規模の概念設計を図２８に示す。コンプレッサ又は他の類似の圧力装置が、フィルタの一方の側に圧力を加える。図２８においては、水分子及び親水性化合物は水和物膜の右側に移動し、他方、（水の）汚染物質又は（ジュースの）疎水性化合物及び色素は水和物膜の左側に蓄積し濃縮する。水和物フィルタは、非常に低い圧力で従来の膜に比べて比較的速く動作するので、ヘッド圧でさえも、この設計における適切なろ過速度を保証するのに十分である可能性が高いが、ろ過速度を増すために圧力を加えることができることも明白である。別の類似の設計を図２９に示す。
【０１９２】
水和物フィルタユニットの別の設計はクロスフロー（接線方向）にすることができる。この設計において、給水フローは、フィルタの内部に向かってではなく、水和物層の表面全域で接線方向に進む。この設計の主な利点は、バッチ様のデッドエンドフィルタとは異なり、ろ過ケーキが洗い流されて、プロセスをバッチではなく連続的にすることが可能になることである。この設計を用いると、デッドエンド設計に比べて目詰まりの発生が少なくなる。ポンプは、給水を、所望の濃縮が達成されて濃縮された残余物がユニットの外に移送されるまでユニットの周りに数回再生利用及び再循環することができる。
【０１９３】
他の使用法
世界中に、本分離技術を用いることができる何千もの化学、石油化学プラント及び石油精製所がある。何千もの小型及び中型プラントもまた、本技術を、その低い資本費及び操業費のゆえに、用いることができる。
【０１９４】
本技術はまた、工業微生物学プロセス及び製剤プロセスにおいて、特に、所望の生成物を単離するための高い費用が掛かる脱水及び分離要件に対処するために、用いることができる。
【０１９５】
本技術はまた、鉱山廃水を処理するため及び廃水処理に用いることができる。さらに、幾つかの、金などの貴重な成分が鉱山廃水中の浮遊固形物として失われる可能性がある。また、鉱山廃水から、小さい金粒子などの貴重な浮遊固形物質又は炭塵を回収することが可能である。
【０１９６】
比較実施例  アガロースゲルなどの他のタイプのゲル
アガロースゲル（２％）は、２ｇの寒天を１００ｍＬの蒸留水に混入し、１分間電子レンジ内で加熱することによって作製した。熱い液体状態で、これは、本明細書において与えた以前の実施例の水酸化物水和物層を保持するのに使用したジオテキスタイル布を通過する。次にろ過装置を浸し、アガロースゲルを冷却して固化させた。ブリスベン川の水をゲルの上に加えた。水酸化アルミニウム水和物ゲルが水を急速にろ過する一方で、一滴の水もアガロースゲルを通過しなかった。数日後であっても一滴の水もアガロースゲルを通過しなかった。
【０１９７】
この実験は、水酸化アルミニウム水和物ゲルが、アガロースゲルのような従来のゲルとは異なることを示す。これが、本発明で、ゲルではなく水和物と呼んだ理由である。その外見は従来のゲルに似ているが、そのテクスチャの触れたときの感触は、軽質水溶性クリームに似ている。水分子はルーズで、容易に水和物から離れることができる。従来のゲルは低温において固体であり、水分子はアガロースに強く結合し、ゲルから離れることができない。アガロースゲルのような従来のゲルを加熱すると、それらは液体に変化することになり、それゆえにプレコートとして用いることはできない。しかし、水和物ゲル構造は加熱によっては変化しない。水酸化アルミニウム水和物は、加熱してもその外見並びに物理的及び化学的性質は変化しないので、依然としてろ過プレコートとして用いることができる。これが、水酸化アルミニウム水和物という用語が水酸化アルミニウムゲルよりも適切であることの理由である。
【０１９８】
実施例  水和物ゲル分離器の基本設計
図２３は、本発明の一実施形態による水和物ゲル分離器の基本設計を示す。図２３に示した、清浄水の上に位置する構成要素は通常、筐体内に置かれる。筐体は通常、支持布、水和物ゲルフィルタ、表面布、及び水と粒子の混合物を保持する側壁を有する。筐体は、典型的には、支持布の直接下に位置する多孔性又は透過性底部を有することになる。
【０１９９】
この分離器は、水和物ゲルを保持するのに十分に小さい細孔径を有するジオテキスタイル布又は任意の他の布とすることができる支持布を備える。水和物ゲル層は支持布の上に支持され、支持布によって保持される。オプションの表面布は、混合物から分離された粒子又は他の成分を回収することを望む場合に、水和物ゲル層の上に置くことができる。水と粒子（又は他の成分、例えば、微生物又は無極性分子若しくは疎水性分子）との混合物を水和物ゲル層の上に置く。水、溶解塩及び極性液体は水和物ゲル層を通過することができ、結果として、これらの成分が、水和物ゲル層を通過できない他の成分から分離される。水和物ゲル層を通過する成分は、水和物ゲル層の下の「清浄水」の中に収集することができる。水和物ゲル層を通過できない成分は、表面布の上（表面布が存在するとき）、又は、表面布が無い場合には、水和物ゲル層の上に蓄積する。
【０２００】
本明細書及び特許請求の範囲（もしあれば）において、単語「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、並びに「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」を含む派生語は、提示された整数の各々を含むが、１つ又はそれ以上のさらに別の整数の包含を除外するものではない。
【０２０１】
本明細書を通して、「１つの実施形態」又は「一実施形態」に対する言及は、その実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書を通して様々な場所における、「１つの実施形態において」又は「一実施形態において」と言う語句の出現は、必ずしも全てが同じ実施形態に対して言及するものではない。さらに、特定の特徴、構造、又は特性は、任意の適切な仕方で、１つ又はそれ以上の組合せにおいて組み合せることができる。
【０２０２】
法令に従って、本発明は、構造的又は方法論的特徴に対して多少特異的な専門用語で説明された。本発明は、本明細書で説明された手段が本発明を実施するための好ましい形態を備えるゆえに、示され又は説明された特定の特徴に限定されないことを理解されたい。従って、本発明は、当業者によって適切に解釈される添付の特許請求の範囲（もしあれば）の適切な範囲内の、そのいずれかの形態又は修正物において特許請求される。
【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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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１５Ａ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図１９Ｄ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２０Ｄ】
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【図２０Ｅ】
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【図２１−２２】
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【図２３−２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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