(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に二酸化チタンと二酸化ゲルマニウムの複合酸化物を担持したセラミックス担体を水中に配し、水中の酸化還元電位を低下させる水改質方法。
【請求項２】
表面に二酸化チタンと二酸化ゲルマニウムの複合酸化物を担持したセラミックス担体を水中に配置し、水中の酸化還元電位を低下させるようにした水改質装置。
【請求項３】
チタン酸イオンとゲルマン酸の混合溶液を水で希釈し、この希釈溶液にセラミックスを浸せきし、その後に水分が蒸発するまで加熱し、さらに400℃以上の温度で再加熱してセラミックスの表面に二酸化チタンと二酸化ゲルマニウムの複合酸化物の被膜を形成する方法。
【請求項４】
四塩化ゲルマニウムおよび四塩化チタンの混合有機溶液の加水分解により前記チタン酸イオンとゲルマン酸の混合溶液を生成する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記チタン酸イオンとゲルマン酸の混合溶液を1000倍から10000倍の水で希釈する請求項３に記載の方法。
【請求項６】
チタン酸イオンとゲルマン酸の混合溶液を水で希釈し、この希釈溶液にセラミックス担体を浸積し、その後に加熱して水を蒸発させ、さらに４００℃以上で加熱して前記セラミックス担体に二酸化チタンと二酸化ゲルマニウムの複合酸化物を担持した水改質用セラミックス。
【請求項７】
前記セラミックス担体がセラミックスボールである請求項６に記載の水改質用セラミックス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水道水や工業水を改質する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水道水、工業用水等の水質を改質するため、水中に焼結セラミックスを配置し、水を接触通過させることにより、水質の改善を行うことが知られている。セラミックスと接触させることで、水の表面張力が増加し、また水分子が動き易くなり、水のカルキ臭を低減し、洗浄性能を向上させられるのである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのようにセラミックスを通過した水は、水中の酸化還元電位が増加し、配管内の錆の発生や腐食を進行させる原因となることがあった。
【０００４】
水の酸化還元電位を決めている主成分は、溶存酸素、遊離塩素、鉄やマンガン等の金属イオン、あるいは有機物などがあげられ、これらはセラミックスと接触することにより化学反応を起こし、酸化還元物質を増加させたり、新たな酸化還元物質を生成することがあり、これらが錆や腐食を増進させるのである。
【０００５】
本発明の目的は、金属酸化物を用いて水中の酸化還元電位を抑制または低下させ、配管の錆や腐食を防止することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属酸化物を水中に配し、水の酸化還元電位を低下させる水改質方法である。
【０００７】
また、本発明は、表面に金属酸化物を担持したセラミックス担体を水中に配置し、水中の酸化還元電位を低下させる水改質装置である。
【０００８】
さらに本発明は、チタン酸イオンとゲルマン酸の混合溶液を水で希釈し、この希釈溶液にセラミックスを浸せきし、その後に水分が蒸発するまで加熱し、さらに400℃以上の温度で再加熱してセラミックスの表面に二酸化チタンと二酸化ゲルマニウムの複合酸化物の被膜を形成する方法である。
【０００９】
さらに本発明は、チタン酸イオンとゲルマン酸の混合溶液を水で希釈し、この希釈溶液にセラミックス担体を浸せきし、その後に加熱して水を蒸発させ、さらに４００℃以上で加熱して前記セラミックス担体に二酸化チタンと二酸化ゲルマニウムの複合酸化物を担持した水改質用セラミックスである。
【００１０】
金属酸化物により水中の酸化性や還元性を有するイオンや化合物を酸化あるいは還元することにより、水の酸素還元電位を抑制ないしは低下することができ、これにより配管の錆や腐食の進行を妨げる。
【００１１】
セラミックスは吸着によるカルキ臭の除去や、水の表面張力を高めるなどの効果をもつが、その反面セラミックスを通過した水は、水中の酸化還元電位が増加し、配管内の錆の発生や腐食の進行の原因となるので、セラミックスがもつ本来の機能を維持するために、セラミックスの表面を覆う被覆材料は水と接触したときに酸化性あるいは還元性物質と反応し、それら物質の酸化還元能を無くす必要がある。
【００１２】
そのためには酸化性物質あるいは還元性物質中の電子を引き寄せたり与えたりする機能を有する材料での被覆を必要とする。これらに適合する材料は半導体性を有し、マイナスに帯電させやすい高誘電率の材料が好ましく、これらの材料には二酸化チタン、二酸化スズ、二酸化ゲルマニウム、二酸化ケイ素、酸化亜鉛等があげられる。しかし、水の中で安定的に存在することが必要なことから、二酸化チタンや二酸化ゲルマニウム、二酸化ケイ素等が最も望ましい。
【００１３】
セラミックスに坦持する必要から二酸化チタン単独でも機能を持つことが考えられるが、より好ましくは二酸化チタンと二酸化ゲルマニウムの複合酸化物があげられる。二酸化ゲルマニウムはゲル状を呈しやすく、二酸化チタンを取り込み複合の被膜をセラミックスに形成しやすい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
金属酸化物やセラミクスに担持する二酸化チタンと二酸化ゲルマニウムの複合酸化物の被覆材料の合成にあたり、まず、四塩化ゲルマニウムおよび四塩化チタンを水と混合しない有機溶媒で調製する。
【００１６】
このときの有機溶媒としては、例えばシクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、n-ヘキサンなど、水と混合しない有機溶媒が好ましい。これら有機溶媒に数〜数十重量%の濃度となるように、四塩化ゲルマニウムあるいは四塩化チタンを混合した混合溶液をつくる。
【００１７】
ここに同じ濃度の四塩化ゲルマニウムと四塩化チタンの混合溶液の同体積を混合し、その四塩化ゲルマニウムと四塩化チタン混合物を水を含んだ有機溶媒による加水分解で有機溶媒から黄色溶液として分離させる。このときの加水分解反応は有機溶媒の沸点より低い温度に加熱しながら行い、加水分解に伴い発生する塩化水素を反応系から除去する。加水分解に用いる水を含んだ有機溶媒は水と混合する化合物が好ましい。この水と混合する化合物にはメタノール、エタノール、イソプロパノールやアセトン、エチレングリコールなどがある。より好ましくは水分子が有機分子に１個または２個配位するメタノールやアセトンである。また、水分は１重量分率から５重量分率が好ましい。
【００１８】
いまここで、四塩化ゲルマニウムと四塩化チタンのシクロへキサン溶媒中で、アセトン水溶液による加水分解で生成した化合物の紫外・可視・近赤外スペクトルを図１に示す。
【００１９】
スペクトルに示されているように、主な吸収は近赤外部では水とカルボニル基による吸収が1900nmに水による吸収が2250nmに、炭化水素による小さな吸収が1400nm、1700nm付近2100nmと2400nmから2500nmにあらわれている。また可視の500nmから紫外にかけて主にTi-O結合と見られる吸収がある。
【００２０】
次に図２に可視から紫外にかけてのスペクトルを示す。
【００２１】
呈色を示す吸収が420nm付近にあらわれている。紫外部の吸収は二酸化チタン粉末に類似している。着色は三価のチタンの存在によるものと考えられる。
【００２２】
同じく赤外スペクトルを図３に示す。
【００２３】
赤外スペクトルは3700cm-1から2700cm-1におけるブロードなピークは主に水を、1700cm-1から1000cm-1はアセトンによる吸収ピークが、1000cm-1以下のブロードなピークはチタンならびにゲルマニウム酸化物による吸収と考えられる。
【００２４】
前記被覆材料に用いる黄色溶液は水に1000倍から10000倍に希釈する。この液は半年以上安定である。希釈した液は被覆対象の金属酸化物やセラミックスが液で浸る程度に加え充分浸透する程度時間をおく。好ましくは６時間から１２時間である。つぎに液を加熱し、水分を蒸発除去して、金属酸化物をセラミックス上に担持させる。これをさらに、400℃から550℃で２時間から４時間加熱し、セラミックスの表面に金属酸化物の被膜を形成させる。
【００２５】
次に、本発明による水改質効果を、以下に比較例と本発明の実施例との対比に基づいて示す。
【００２６】
（比較例１）
セラミックボール（宇治電化製、直径、約5mmの茶色の焼結体、主成分はシリカおよびアルミナ主体とした直径5mm）に市水に浸せきさせ、その酸化還元電位を市水そのままの場合とで比較した。酸化還元電位は東亜電波工業（株）製pH meter HM-60Vで測定した。
【００２７】
図４に酸化還元電位の時間変化を示す。また、表１には図に示した値を示す。セラミックボールのみでは測定開始１分後から酸化還元電位が市水の酸化還元電位よりも高電位になり、その後も市水のより速い速度で、酸化還元電位が上昇を続けた。
【００２８】
【表１】
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（実施例１）
被覆材料の黄色溶液を希釈したものの中に、上記セラミックボールを6時間から12時間浸せきさせ、次に水分を200℃で加熱蒸発除去し、セラミックボール上に担持させた。これをさらに500℃で3時間加熱し二酸化チタン／二酸化ゲルマニウム被膜を形成させた。この二酸化チタン／二酸化ゲルマニウムで表面被覆したセラミックボールを用いて同様に酸化還元電位を測定した。
【００２９】
その結果を図５および表２に示す。この結果から二酸化チタン／二酸化ゲルマニウムを被覆したセラミックボールでは酸化還元電位の上昇を市水より抑制することができた。
【００３０】
【表２】
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（比較例２）
硝子ビーズのみを用いて同様に市水との酸化還元電位の経時変化を測定した。測定結果を図６および表３に示す。ガラスビーズのみでは酸化還元電位は市水より高電位となる。
【００３１】
【表３】
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（実施例２）
被覆材料の黄色溶液を希釈したものの中に、硝子ビーズを６時間から12時間浸せきさせ、次に水分を200℃で加熱蒸発除去し、これをさらに500℃で３時間加熱し、二酸化チタン／二酸化ゲルマニウム被膜を形成させた。この二酸化チタン／二酸化ゲルマニウムで表面被覆した硝子ビーズを用いて同様に酸化還元電位を測定した。結果を図７および表４に示す。
【００３２】
この結果から二酸化チタン／二酸化ゲルマニウムを被覆した硝子ビーズでは、初期の酸化還元電位は市水よりも高いものの、酸化還元電位の上昇は安定しており、５分で市水より低電位となった。
【００３３】
【表４】
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【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、水中において酸化還元電位を上昇させるセラミックボールや硝子ビーズの表面を金属酸化物で被覆し、酸化還元電位の上昇を抑制し、水道配管内の腐食や錆の発生を抑制することが可能となる。
【００３５】
とくにセラミックスの表面に金属酸化物の被膜を形成することにより、セラミックスのもつ水の改質作用である吸着による溶存物質の削除や表面張力の増加等を維持しつつ、酸化還元電位の上昇抑制が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アセトン水溶液による加水分解で生成した化合物の紫外・可視・近赤外スペクトルを示す図。
【図２】アセトン水溶液による加水分解で生成した化合物の可視から紫外にかけての透過スペクトルを示す図。
【図３】アセトン水溶液による加水分解で生成した化合物の赤外吸収スペクトルを示す図。
【図４】セラミックボールを市水に浸せきさせた時の市水との酸化還元電位の時間変化を示す図。
【図５】セラミックボールを二酸化チタン／二酸化ゲルマニウムで被覆したものを市水に浸せきさせた時の市水との酸化還元電位の時間変化を示す図。
【図６】ガラスビーズを市水に浸せきさせた時の市水との酸化還元電位の時間変化を示す図。
【図７】硝子ビーズを二酸化チタン／二酸化ゲルマニウムで被覆したものを市水に浸せきさせた時および市水との酸化還元電位の時間変化を示す図。
【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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