Effects of FFC Ceramic Water on Corrosion Behavior of Iron
鉄さびの進行に及ぼす FFC セラミック水の効果
Graduate School of Natural Science and Technology, Okayama University

Jun Takada,Tatsuo Fujii, Eri Baba, and Makoto Nakanishi

岡山大学大学院自然科学研究科

高田 潤、藤井 達生、馬場 絵里、中西 真
Jun Takada

1.Introduction

1. はじめに

Tatsuo Fujii

水や土壌の改質を目的に FFC セラミックスは、

FFC ceramics are widely utilized by agriculture,

農業や水産業、食品産業などの多くの産業分野でfishery, and food industry, because the creatures

広く活用されており、生物の機能や活性を高め、

seem to improve their function and activity

酸化や腐敗を抑制する作用があると報告されていto restrain oxidation and corruption process.

る。加えて FFC セラミック水を日常的に散布してMoreover, steel frames of greenhouses in Akatsuka

いる赤塚植物園の温室棟では、鉄骨の表面が黒色に不動態化しており、鉄さびの進行が抑制されたように見える。すなわち FFC セラミック水は無機物である鉄に対しても錆化、すなわち酸化や腐敗を抑制する効果を持つ可能性がある。そこで本研
究では、FFC セラミック水中の鉄釘の腐食挙動を、水道水や蒸留水と比較し、その相違を科学的に解明することを試みた。

botanical garden, where the FFC ceramic wateris scattered everyday, have the passive surface inblack spontaneously, and iron rusting seems to berestrained. In other words the FFC ceramic water
may have an effect to control the oxidation andcorruption of the inorganic materials as well. In
this study, we investigate the corrosion behaviorof an iron nails soaking in the FFC ceramic water,compared with those in tap water and distilledwater.

2. 実験
実験に使用した FFC セラミック水は、赤塚植物

2.Experimental

園の手順書に従い、蒸留水または水道水 1L に対し

The FFC ceramic water was prepared to putて 20g の FFC セラミックボールを浸漬したもので20g of FFC ceramic balls in 1 L of distilled waterある。以下簡単のため、蒸留水から調製した FFC(DSW) or tap water (TPW) following the Akatsuka

セラミック水を FFC 蒸留水、水道水から調製した

standard procedure. The FFC ceramic water madeものを FFC 水道水と記す。鉄釘の腐食実験は、蒸of distilled water and tap water are abbreviated

留水、水道水、FFC 蒸留水、FFC 水道水の 4 種類の試験水に対し実施し、ビーカーに入れられた各試験水 200ml に対し鉄丸釘 (38 mm) をそれぞれ 2本づつ投入し、その腐食挙動を比較した。腐食実
験では、まず、鉄釘が入った 4 種類のビーカーについて、一ヶ月間の目視による状態観察を行ない、溶液中の溶存元素を ICP 発光分光法により分析した。そして一ヶ月経過後、各ビーカーの底に堆積

here to FFC-DSW and FFC-TPW, respectively. For
the corrosion experiment two pieces of iron nails(38mm) were dropped into the glass beakers
containing 200ml of four sample waters; DSW,TAP, FFC-DSW, and FFC-TPW. The progress of
the iron rust in each beaker was observed for one
month and brown precipitations formed in beakers
were collected by decantation. The chemical
analysis of impurity elements in solutions was

した褐色の沈殿物をデカンテーションにより回収

performed by ICP method. Microstructures andし、自然乾燥の後、沈殿物の化学状態や微細構造

chemical states of naturally dried precipitants wereを電子顕微鏡 (SEM) 観察、X 線回折 (XRD) 法およ

analyzed by electron microscopy (SEM), X-ray

びメスバウアー分光法により測定した。

diffraction (XRD) and Mössbauer spectroscopy.

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図 1.

一週間経過後の鉄釘の様子   （左上 : 蒸留水、左下 : 水道水、右上 : FFC 蒸留水、右下 : FFC 水道水）

Fig.1. Corroded nails in four sample waters after 1 week soaking.
3. 結果および考察

3.Results and discussion

鉄釘を水中に投入すると、全てのビーカーにおImmediately after dropping the nails in beakers,

いて鉄釘の周囲に赤褐色のコロイド状の沈殿がた

colloidal deposition of reddish-brown precipitates

だちに出現し、その濃度は時間とともに増加した。

appeared in all beakers, and their density

その一例として、図１に一週間経過後のビーカー

increased with increasing the time. The typicalの写真を示す。これら赤褐色の沈殿に、外観上のview of corroded nails after 1 week soaking

相違はほとんど見られず、鉄釘の表面に不動態化

is shown in Fig. 1. There was no difference in

した黒色の沈殿が出現することはなかった。この

appearance of reddish-brown precipitates formed

理由として、今回の実験ではビーカーに蓋をしてin four beakers. The black deposition of passive

おらず、鉄錆の進行にあたり大気中から十分な量

iron oxides did not occur on the nail surfaces.の酸素が供給可能であったためと考えられる。まThis is probably because that the sample beakers

た溶液の元素分析の結果、水道水の塩素濃度は 7.2

were not sealed against air and sufficient oxygen

ppm であり、一方、FFC セラミックスからは FFC

required to corrode the nails was easily supplied

蒸留水、FFC 水道水ともに高濃度 (>1000 ppm) にfrom atmosphere. According to the chemical

硫酸カルシウムが溶出していることが判明した。

analysis, the TPW contained 7.2 ppm of chlorine
and FFC ceramics waters contained a large amount(>1000 ppm) of calcium sulfate minerals.    

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(DSW)(FFC-DSW)(TPW)(FFC-TPW)

図２. 沈殿物の XRD パターンと同定された化合物相
Fig.2. XRD patterns of dried precipitates formed in four sample waters.
次に、各ビーカーで生成した沈殿物を分離し、Fig.2 shows the XRD patterns of dried precipitates

沈殿中に含まれる化合物相を XRD により解析した

formed in four sample waters. The XRD patterns

結果を図 2 に示す。いずれの試料水においても、

clearly indicated that the all precipitates were

沈殿物の主たる構成相は、鉄を水中で錆びさせた

mainly composed of g-FeOOH, which was a場合に一般的に出現する水酸化鉄である g-FeOOH

common phase of iron hydroxides formed by iron相であった。しかし、第二相として、蒸留水およcorrosion in water. However the second phase ofび FFC 蒸留水から生成した沈殿物には鉄の黒錆とprecipitates in DSW and FFC-DSW was assigned

して知られる Fe3O4 相が含まれていたのに対し、to Fe3O4, which was well-known as black rust of

一方、水道水から生成した沈殿物には、鉄の赤錆

iron. While the one formed in TAP was identifiedの前駆体となる a-FeOOH 相が大量に含まれていwith a-FeOOH, precursor to red rust of iron. Theた。これは、水道水中に含まれる塩素イオンが、

chlorine ions in TPW accelerated the corrosion

鉄の赤錆の進行を促進させるという従来の知見と一致している。しかし、FFC 水道水の場合は、第二相として、沈殿物中に Fe3O4 相と a-FeOOH 相の両方が出現しており、水道水中に含まれる塩素イオンの酸化力が、FFC セラミックスにより弱められたことがわかる。また、メスバウアー分光法により沈殿物の化学状態を解析したところ、水道水
3+から生じた沈殿物は全て Fe の状態であったのに対し、蒸留水、FFC 蒸留水および FFC 水道水から発生した沈殿では、Fe3O4 相の生成が XRD 測定で確認されたことから期待されるように、Fe3+ の状

process of iron. But the precipitate in FFC-TPW
contained Fe3O4 as well as a-FeOOH. FFC ceramics
seemed to reduce the oxidant nature of TPW.
Moreover, Mössbauer analysis clearly confirmedthat the valence states of iron ions in TPW rust
were fully oxidized to Fe3+. But those in DSW, FFCDSW, and FFC-TPW were mixture of Fe2+ and Fe3+ions as expected from the formation of Fe3O4. The
FFC ceramic water restrained the oxidation of theiron nails than the tap water.

態に加えて Fe2+ の状態に還元されている鉄イオンの存在が確認された。すなわち、水道水のもつ酸化力を FFC セラミックスは低減する効果を持つことが明らかとなった。

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