(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両親媒性物質が溶解している水溶液にマイクロバブルを放出し、該物質を該マイクロバブルの表面に吸着させて該マイクロバブルと共に移動させ、次いで、該物質を吸着させたマイクロバブルを水に不溶性の有機溶媒に供給することで、該有機溶媒によって該マイクロバブルから該物質を分離することを特徴とする抽出法。
【請求項２】
請求項１において、該有機溶媒の層が該水溶液の表面に設けてあることを特徴とする抽出法。
【請求項３】
請求項１、２いずれかにおいて、該マイクロバブルは該有機溶媒内を下方から上方に向かって移動するものであることを特徴とする抽出法。
【請求項４】
両親媒性物質が溶解している水溶液を収容する水槽と、該水溶液中にマイクロバブルを放出するマイクロバブル生成部と、該水溶液の表面に設けた水に不溶性の有機溶媒層とを有し、該物質をマイクロバブルの表面に吸着させて該マイクロバブルと共に移動させて該有機溶媒層に供給し、該有機溶媒層によって該マイクロバブルから該物質を分離することを特徴とする抽出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロバブルを用いた抽出法および装置に係り、詳しくは、水溶液中に溶解した物質をマイクロバブルの表面に吸着させて移動させることで該物質を抽出する手段に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶液中のある成分を溶媒中に溶出させ分離回収する技術が抽出として知られているが、例えば、液―液抽出を行なうには、水溶液と有機溶媒とを攪拌することによって行なうようにしており、マイクロバブルを用いて抽出を行なう技術は存在しない。
【０００３】
また、気泡の利用手段の一つとして、気泡を利用して水中の懸濁物質を浮上させて分離するという技術が知られている。このものでは、図３（Ｂ）に示すように懸濁物質ｃの表面の疎水面に表面張力や濡れ性によって複数の気泡ｂが付着し、気泡ｂの浮力によって懸濁物質ｃを浮上させるものであり、懸濁物質の大きさは気泡よりも大きいか、あるいは小さくても気泡と同程度の大きさであると考えられる。また、このような浮上分離手段の対象となる懸濁物質は浮遊物質（水中に浮遊する水に溶けない物質）やスラッジ（水中に浮遊し底部に沈積するもの）であり、水に溶解した物質ではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の抽出法とは全く異質の技術思想に基づくものであって、マイクロバブルを用いることによって物質の抽出を行なうことを目的とするものである。
【０００５】
本発明の他の目的は、従来のいわゆる浮上分離手段とは異質な技術思想に基づくものであり、水溶液中に溶解している両親媒性物質を抽出することを特的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明が採用した技術手段は、両親媒性物質が溶解している水溶液にマイクロバブルを放出し、該物質を該マイクロバブルの表面に吸着させて該マイクロバブルと共に移動させ、次いで該マイクロバブルから該物質を分離することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明は、マイクロバブルの表面に両親媒性物質が吸着することを利用するものである。両親媒性物質が溶解した水溶液中にマイクロバブルを放出すると、図３（Ａ）に示すように、親水基と疎水基を有する両親媒性分子ａが親水基を水相，疎水基を気相の向きにしてマイクロバブルｂの表面に吸着する。そして、本発明の特徴は、その表面に両親媒性物質が吸着されているマイクロバブルが移動することで、マイクロバブルがキャリア（運び屋）として該物質を移動させる点にある。
【０００８】
マイクロバブルの移動は、好ましい態様では、下方から上方に向かって移動するものである。このような移動は、水溶液中の下方部位にマイクロバブルを導入することによって行なわれる。尚、マイクロバブルの移動は浮力を利用するものに限定されるものではなく、例えば、横方向に強制的にマイクロバブルを移動させるものでもよい。
【０００９】
マイクロバブルの大きさは限定されないが、例えば、１ｍｍ以下であり、好ましくは、５００μｍ以下、さらに好ましくは３００μｍ以下、さらに好ましくは２００μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以下である。水溶液中の物質を効率良く抽出するためには、次に述べるようにマイクロバブルは小さい方が望ましい。
【００１０】
１ｍ３当りの吸着量Ａは式（１）で表される。
【数１】
0004194290.tif 000002
ここで、α（気体量／流体量）は式（２）で表される。
【数２】
0004194290.tif 000003
式（１），（２）からＡは式（３）で表される。
【数３】
0004194290.tif 000004
式（３）からマイクロバブルの径Ｒが小さいほど吸着量Ａが大きくなることがわかる。また，αはマイクロバブルが水中に滞在する時間に比例，すなわち上昇速度に反比例することから，マイクロバブルの径が小さい方がαが大きくなる。
【００１１】
したがって、マイクロバブルに対する物質の吸着効率の点からすると、効率よく抽出を行なうには、マイクロバブルの径は小さいほうが望ましく、マイクロバブルの径は、さらに好ましくは１００μｍ以下であり、さらに好ましくは１０μｍから５０μｍである。
【００１２】
好ましくは、マイクロバブルによって抽出される物質の大きさは該マイクロバブルよりも小さく、さらに好ましくは、該物質の大きさは１μｍ以下である。また、本発明の抽出の対象となる両親媒性物質は、水中で単量体として分散している場合と集合体（ミセル）を形成する場合が含まれる。尚、本発明の対象となる両親媒性物質の種類は特には限定されず、界面活性剤を含む全ての両親媒性物質が該当する。
【００１３】
両親媒性物質が吸着したマイクロバブルから該物質を分離する手段は、一つの好ましい態様では水に不溶な有機溶媒を用いるものである。このような有機溶媒にマイクロバブルを供給することによって、マイクロバブルの表面に吸着した物質が有機溶媒に捕集される。有機溶媒は、一つの好ましい態様では、水溶液の表面に設けられた有機溶媒層であり、下方から上方に向かって移動するマイクロバブルが該有機溶媒層に供給される。
【００１４】
また、図１（Ｂ）に示すように、有機溶媒Ｃに対して水溶液と物質が吸着したマイクロバブルの混合液を強制的に供給することにより、有機溶媒内において、マイクロバブルが上方に移動し、水が下方に移動し、該有機溶媒内に該物質が捕集されるようにしてもよい。
【００１５】
他の分離手段としては、吸着膜を利用することでマイクロバブルの表面に吸着した物質を捕集するようにしてもよい。一つの好ましい態様では、該吸着膜は該水溶液の表面に設けられる。また、不揮発性物質の分離手段として、吸着手段を用いてもよい。
【００１６】
抽出対象の物質が揮発性物質の場合には、水溶液の表面から気相へと該物質を放出させることで該物質を分離してもよい。さらに、吸着手段を設けて、気相に放出された該物質を捕集するようにしてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。図１（Ａ）は本発明に係る抽出装置の概略図であって、水槽Ａには両親媒性物質が溶解した水溶液Ｂが収容されている。水溶液Ｂの表面には水に不溶性の有機溶媒Ｃが設けてある。水槽Ａの下方にはマイクロバブル生成装置Ｄが設けてあり、マイクロバブル生成装置Ｄで生成されたマイクロバブルは水槽Ａの底壁に貫設された導入部から水溶液Ｂに放出され、下方から上方に向かって移動する。また、水槽Ａの水溶液はポンプを介して循環するようになっている。
【００１８】
図２はマイクロバブル生成装置Ｄの好ましい実施形態を示す図であり、該装置は、ノズル本体１とノズル本体１に流体連通可能に連結された末広ノズル部２とを有している。ノズル本体１は略円筒状の外形状を有しており、ノズル本体の内壁で囲まれる空間も円筒状を有している。ノズル本体１の先端側は開口状となっており末広ノズル２と連結されている。ノズル本体１の基端側は肉厚が大きくなっており、該厚肉部の側壁には液体を導入する液体導入口３が形成されており、液体導入管４が連結される。該厚肉部の底壁には、気体を導入する気体導入管５を受け入れて挿通させる挿通孔６が貫設されており、さらに支持プレート７が固着されている。
【００１９】
末広ノズル２は、流れ方向に断面積が初め小さくなった後に次第に大きくなるノズルであり、ベンチュリ管に類似した形状を有している。末広ノズル２は、ノズル本体１の先端側の開口部に流体連通可能に連結される基端部８と、気液混合流体を放出する放出口を構成する先端部９とを有している。末広ノズル２の基端部８には、流断面積を絞った絞り部が形成されており、絞り部によって形成されたスロート１０を通過すると、内壁は連続状に拡径して行き、スロート１０以降の内壁で囲まれる空間１１は略円錐形状を有している。末広ノズル２の内壁で囲まれた空間（略円錐形状の空間）１１が微小泡発生部を形成する。図示のものでは、略円錐形状の空間１１は側面視において、拡がり角θが６度である。拡がり角θは図示のものに限定されず、例えば、好ましい範囲では、拡がり角θは４０度未満である。
【００２０】
末広ノズル２の先端側は水槽Ａに流体連通連結されており、水槽Ａ内の水に対して多数のマイクロバブルを放出する。液体導入管４の一端は液体導入口３に、他端はポンプを介して水槽Ａ内の水と流体連通しており、水槽Ａ内の水は液体導入口３から導入される水として循環利用される。
【００２１】
気体を導入する気体導入管５は、図示のものは１／８インチ管であり、ノズル本体１の底壁を貫通して、ノズル本体１の長さ方向（流体の流方向）に平行して延出している。さらに、気体導入管５は、スロート１０を通る仮想軸線１３上に延設しており、気体導入管５の先端の気体導入口１４は、末広ノズル２の基端部８の開口に臨んでいる。気体導入管５の基端側は図示しない気体供給部（コンプレッサ等を介していてもよい）に連結されており、気体導入管５から加圧された気体を放出する。
【００２２】
末広ノズル２の基端部８、先端部９にはそれぞれプレート状の基端側フランジ１５、先端側フランジ１６が配設されており、末広ノズル２とフランジ１５，１６とは両フランジ間を連結する連結ロッド１７によって一体化される。基端側フランジ１５には、ノズル本体１の先端部位を受け入れる受部が形成されており、ノズル本体の先端部を受部に受け入れて両者を溶接して一体化する。先端側フランジ１６は、基端側フランジ１５よりも面方向にさらに延出しており、該延出部には螺子孔が形成してあり、図示しない螺子を用いて、先端側フランジ１６を水槽Ａの底壁に連結するように構成されている。
【００２３】
このように構成されたマイクロバブル生成装置において、液体導入口３から水槽Ａ内の水溶液を導入し、かつ、気体導入管５から空気を導入すると、末広ノズル２のスロート１０を越えた空間１１において多数のマイクロバブルが生成され、生成したマイクロバブルは基端部９の放出口から水槽１２内へ放出される。尚、図２に基づいてマイクロバブル生成装置Ｄを説明したが、本発明に用いられるマイクロバブル生成装置Ｄはこのものに限定されるものではなく、マイクロバブルを生成できるものであれば、いかなる装置であっても採用することができる。
【００２４】
【実験例】
図１に示す抽出装置を用いて実験を行なった。両親媒性物質としてはヘキサノール（Ｃ６Ｈ１４Ｏ）を用い、水にヘキサノールを約１００ｐｐｍ溶解させた水溶液を水槽Ａに収容した。水に不溶の有機溶媒としてオクタンを用い、オクタンの層を水溶液の上面に設けた。マイクロバブル生成装置としては図２に示す装置を用い、水溶液中にマイクロバブルを導入して、水中の全炭素濃度の時間変化を測定した。ガス流量は１．５リットル毎分、液流量は７リットル毎分である。測定結果を図４に示す。再現性を確認するため、測定は同一条件において２回行った。図から、時間経過と共に全炭素濃度が減少していることがわかる。これは、水溶液中のヘキサノールがマイクロバブルの表面に吸着してマイクロバブルと共に上方に移動し、マイクロバブルに吸着したヘキサノールがオクタンによって分離回収されたことによるものであると考えられる。
【００２５】
以上述べたように、本発明によれば、マイクロバブルを利用するとで、両親媒性物質が溶解している水溶液から該物質を抽出することができる。本発明に係る抽出方法は、抽出全般に広く適用できるものであるが、一つの好ましい例では、水処理に用いられる。下水や廃水を浄化する場合には、濾過層や沈殿槽を設けることで浮遊物質等を除去し、その後で薬品処理やオゾン処理、あるいは生物処理を施す。濾過層や沈殿槽を経た水においては依然として様々な物質が溶解しており、これらの物質の殆どは両親媒性物質であると考えられる。したがって、濾過層や沈殿槽を経た水にマイクロバブルを放出することでこれらの物質をマイクロバブルの表面に吸着させて除去することができる。したがって、例えば、薬品処理、オゾン処理あるいは生物処理の前処理として本発明に係る抽出法を採用することで、これらの処理の負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）本発明に係る抽出装置の概略図である。
（Ｂ）有機溶媒に対するマイクロバブルを含む水溶液の供給手段の他の実施形態を示す概略図である。
【図２】抽出装置に用いられるマイクロバブル生成装置の概略図である。
【図３】（Ａ）マイクロバブルの表面に対する両親媒性物質の吸着を示す概略図である。
（Ｂ）浮遊物質に対するマイクロバブルの付着を示す概略図である。
【図４】本発明に係る抽出装置を用いて水溶液中のヘキサノールを抽出した場合における、水溶液中の全炭素濃度の時間変化を示す図である。
【図１】
0004194290.tif 000005
【図２】
0004194290.tif 000006
【図３】
0004194290.tif 000007
【図４】
0004194290.tif 000008