JP7475025B2 - Water containing oxygen-containing nanoparticles - Google Patents

Water containing oxygen-containing nanoparticles Download PDF

Info

Publication number
JP7475025B2
JP7475025B2 JP2020009559A JP2020009559A JP7475025B2 JP 7475025 B2 JP7475025 B2 JP 7475025B2 JP 2020009559 A JP2020009559 A JP 2020009559A JP 2020009559 A JP2020009559 A JP 2020009559A JP 7475025 B2 JP7475025 B2 JP 7475025B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
water
oxygen
less
added
nanoparticles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020009559A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021115507A (en
Inventor
正好 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku University NUC
Original Assignee
Tohoku University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku University NUC filed Critical Tohoku University NUC
Priority to JP2020009559A priority Critical patent/JP7475025B2/en
Publication of JP2021115507A publication Critical patent/JP2021115507A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7475025B2 publication Critical patent/JP7475025B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Compounds Of Iron (AREA)

Description

本発明は、酸素を含有するナノ粒子を含む水に関する。より詳細には、ナノ粒子が、気液界面を有する気泡(ナノバブル)とは異なる、水に関する。 The present invention relates to water containing oxygen-containing nanoparticles. More specifically, the invention relates to water in which the nanoparticles are different from air bubbles (nanobubbles) having an air-liquid interface.

酸素を含有するナノバブルを含む水(酸素ナノバブル水)が、生物に対して酸素による生理活性効果を高める作用を有することは、例えば特許文献1から当業者によく知られており、本発明者の高橋によって見出された知見である。また、高橋は、特許文献1において、酸素ナノバブル水を製造する方法として、電解質イオンを混入した電気伝導度が3mS/cm以上の水溶液に、酸素を供給し、粒径が10~50μmであるマイクロバブルを発生させ、これに物理的刺激を加えて縮小させることによる方法を提案している。マイクロバブルは、微小な気泡の特性として、水中で縮小し、その際に表面の電荷を濃縮する。気泡の表面は、集まった水に由来する水酸化物イオン(OH)により、マイナスに帯電している。気泡の縮小は、水中における効率的な気体の溶解と緩やかな上昇速度に起因している。マイクロバブルは、球形の気泡であり、二層流旋回方式や加圧溶解方式と呼ばれる方法によって発生させることができる。発生された気泡は水に取り囲まれた存在であり、その表面(気液界面)には表面張力が作用する。表面張力はその面積を小さくするように作用する力である。球形をしたマイクロバブルの場合、表面を小さくする力は結果的に内部の気体を圧縮する力となる。その結果、気泡の内部は加圧される。気体は圧力が高いほど、周りの水に効果的に溶解する。内部の気体が溶解することによりもともと小さなマイクロバブルはさらに縮小していき、ついには水の中で消滅する。しかしながら、マイクロバブルを発生させる水が、電解質イオンを混入することで所定の電気伝導度(例えば300μm以上)を有する場合、気泡の縮小によって表面の電荷が濃縮されると、その対イオンとなる電解質イオンもあわせて濃縮される。その結果、濃縮された電解質イオンが、気泡を取り囲む殻のように働き、気泡の内部の気体が水に溶解することを抑制して気泡のさらなる縮小を阻害することで、気泡が長寿命化し、50~500nm程度の大きさのナノバブルとして存在するようになる。 It is well known to those skilled in the art from, for example, Patent Document 1 that water containing nanobubbles containing oxygen (oxygen nanobubble water) has the effect of enhancing the physiological activity effect of oxygen on living organisms, and this knowledge was discovered by the inventor Takahashi. In Patent Document 1, Takahashi also proposes a method for producing oxygen nanobubble water by supplying oxygen to an aqueous solution containing electrolyte ions and having an electrical conductivity of 3 mS/cm or more, generating microbubbles with a particle size of 10 to 50 μm, and applying a physical stimulus to the microbubbles to shrink them. As a characteristic of microbubbles, they shrink in water, concentrating the charge on their surface. The surface of the bubbles is negatively charged by hydroxide ions (OH ) derived from the collected water. The shrinkage of the bubbles is due to the efficient dissolution of gas in water and the gradual rate of ascent. Microbubbles are spherical bubbles, and can be generated by a method called a two-layer flow swirling method or a pressurized dissolution method. The generated bubbles are surrounded by water, and surface tension acts on their surface (gas-liquid interface). Surface tension is a force that acts to reduce the area. In the case of spherical microbubbles, the force that reduces the surface area ultimately compresses the gas inside. As a result, the inside of the bubble is pressurized. The higher the pressure, the more effectively the gas dissolves in the surrounding water. As the gas inside dissolves, the originally small microbubbles shrink further and eventually disappear in the water. However, when the water that generates the microbubbles has a certain electrical conductivity (for example, 300 μm or more) by mixing electrolyte ions, when the charge on the surface is concentrated by the shrinkage of the bubbles, the electrolyte ions that serve as counter ions are also concentrated. As a result, the concentrated electrolyte ions act like a shell surrounding the bubbles, suppressing the dissolution of the gas inside the bubbles in the water and inhibiting further shrinkage of the bubbles, which extends the life of the bubbles and makes them exist as nanobubbles with a size of about 50 to 500 nm.

以上の通り、本発明者の高橋のこれまでの精力的な研究によって、酸素ナノバブル水の実態が解明されつつある。しかしながら、酸素ナノバブル水については未だ明らかでないことも多く、さらなる研究が必要な状況にあると言える。 As described above, the inventor Takahashi's tireless research to date is helping to clarify the true nature of oxygen nanobubble water. However, there are still many things that are unclear about oxygen nanobubble water, and further research is needed.

特開2005-246294号公報JP 2005-246294 A

本発明は、酸素ナノバブル水とは異なる、酸素を含有するナノ粒子を含む水を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide water that contains oxygen-containing nanoparticles, which is different from oxygen nanobubble water.

本発明者は、酸素ナノバブル水を製造する新たな方法の研究過程において、酸素を含有するマイクロバブルを発生させる水に微量の2価の鉄イオン(Fe2+)を存在させると、気液界面を有する気泡(ナノバブル)とは異なるナノ粒子を含む水が得られることを見出した。 In the course of researching new methods for producing oxygen nanobubble water, the present inventors discovered that when trace amounts of divalent iron ions (Fe 2+ ) are added to water that generates oxygen-containing microbubbles, water containing nanoparticles that are different from bubbles that have a gas-liquid interface (nanobubbles) can be obtained.

以上の知見に基づいてなされた本発明は、請求項1記載の通り、原子間力顕微鏡による観察において表面の少なくとも一部に高さが2nm以下の凹凸構造を持つことが認められ、粒径が50nm以下であり、内包ガスとして酸素を含有する、ナノ粒子を含み、酸を添加すると水酸基ラジカルを発生させる、水である。
また、本発明は、請求項2記載の通り、電気伝導度が300μS/cm未満である水に、2価の鉄イオンを濃度が1~100ppbとなるように添加した水中に、酸素を含む気体または酸素からなる気体を供給し、粒径が50μm以下であるマイクロバブルを発生させことによる、請求項1記載の水の製造方法である。
また、請求項3記載の製造方法は、請求項2記載の製造方法において、2価の鉄イオンを、塩化鉄(II)、硫酸化鉄(II)、硝酸鉄(II)から選択される少なくとも1種の形態で添加する。
The present invention, which has been made based on the above findings, is water, as described in claim 1, which contains nanoparticles that have an uneven structure with a height of 2 nm or less on at least a part of their surface when observed with an atomic force microscope, have a particle size of 50 nm or less, and contain oxygen as an encapsulated gas , and which generates hydroxyl radicals when acid is added.
The present invention relates to a method for producing water according to claim 1, in which a gas containing oxygen or a gas consisting of oxygen is supplied to water having an electrical conductivity of less than 300 μS/cm to which divalent iron ions have been added so as to have a concentration of 1 to 100 ppb, thereby generating microbubbles having a particle size of 50 μm or less.
In addition, the manufacturing method described in claim 3 is the manufacturing method described in claim 2, wherein the divalent iron ions are added in the form of at least one selected from iron (II) chloride, iron (II) sulfate, and iron (II) nitrate.

本発明によれば、酸素ナノバブル水とは異なる、酸素を含有するナノ粒子を含む水を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide water that contains oxygen-containing nanoparticles, which is different from oxygen nanobubble water.

実施例における本発明の酸素を含有するナノ粒子を含む水の原子間力顕微鏡による観察画像である。1 is an image of water containing oxygen-containing nanoparticles of the present invention observed by an atomic force microscope in an example. 同、ナノ粒子の断面解析(Z軸方向)の結果である。The results are from a cross-sectional analysis (Z-axis direction) of a nanoparticle.

本発明が提供する、酸素ナノバブル水とは異なる、酸素を含有するナノ粒子を含む水は、原子間力顕微鏡による観察において表面の少なくとも一部に高さが2nm以下の凹凸構造を持つことが認められ、粒径が50nm以下であり、酸素を含有する、ナノ粒子を含み、酸を添加すると水酸基ラジカルを発生させる、水である。 The water containing oxygen-containing nanoparticles provided by the present invention, which is different from oxygen nanobubble water, is water that has an uneven structure with a height of 2 nm or less on at least a part of its surface as observed by atomic force microscope, contains nanoparticles with a particle size of 50 nm or less that contain oxygen, and generates hydroxyl radicals when acid is added.

本発明の酸素を含有するナノ粒子を含む水の最大の特徴は、酸素を含有するナノ粒子が、原子間力顕微鏡による観察において表面の少なくとも一部に高さが2nm以下の凹凸構造を持つことが認められることにある。表面が気液界面であるナノバブルはこのような表面構造を持ちえないので、このナノ粒子はナノバブルと一線を画すものであることから、本発明者はこのナノ粒子を「ナノキャビティ」と命名している(以下、このナノ粒子をナノキャビティと称することもある)。 The greatest feature of the water containing oxygen-containing nanoparticles of the present invention is that the oxygen-containing nanoparticles are observed to have an uneven structure with a height of 2 nm or less on at least a part of their surface when observed with an atomic force microscope. Nanobubbles, whose surfaces are gas-liquid interfaces, cannot have such a surface structure, so the present inventors have named these nanoparticles "nanocavities" (hereinafter, these nanoparticles may also be referred to as nanocavities).

本発明の酸素を含有するナノ粒子を含む水は、電気伝導度が300μS/cm未満である水に、2価の鉄イオンを濃度が1~100ppbとなるように添加した水中に、酸素を含む乃至からなる気体を供給し、粒径が50μm以下であるマイクロバブルを発生させ、発生したマイクロバブルが縮小することによって製造することができる。 The water containing oxygen-containing nanoparticles of the present invention can be produced by supplying a gas containing or consisting of oxygen to water having an electrical conductivity of less than 300 μS/cm to which divalent iron ions have been added to give a concentration of 1 to 100 ppb, generating microbubbles with a particle size of 50 μm or less, and allowing the generated microbubbles to shrink.

電気伝導度が300μS/cm未満である水としては、例えば電気伝導度が3μS/cm以下である純水を好適に用いることができるが、水道水や地下水を用いてもよい。水のpHは、後述する2価の鉄イオンの添加の前後を通して調整してもしなくてもよく、例えば6~8であってよいが、7~8が望ましい。 As water with an electrical conductivity of less than 300 μS/cm, for example, pure water with an electrical conductivity of 3 μS/cm or less can be suitably used, but tap water or groundwater can also be used. The pH of the water may or may not be adjusted before and after the addition of divalent iron ions, which will be described later, and may be, for example, 6 to 8, with 7 to 8 being preferable.

2価の鉄イオンは、塩化鉄(II)、硫酸化鉄(II)、硝酸鉄(II)などの形態で添加することができる。 Divalent iron ions can be added in the form of iron(II) chloride, iron(II) sulfate, iron(II) nitrate, etc.

酸素を含む気体としては、例えば酸素濃度が約20%である空気を用いることができ、酸素からなる気体としては、例えば純酸素を用いることができる。 As a gas containing oxygen, for example, air with an oxygen concentration of about 20% can be used, and as a gas consisting of oxygen, for example, pure oxygen can be used.

水中に粒径が50μm以下である酸素を含有するマイクロバブルを発生させる方法は、公知の方法であってよく、例えば、自体公知の二相流旋回方式や加圧溶解方式によるマイクロバブル発生装置を利用して発生させることができる。二相流旋回方式を採用する場合、回転子などを利用して半径が10cm以下の渦流を強制的に生じせしめ、壁面などの障害物や相対速度の異なる流体に酸素を含んだ気液混合物を打ち当てることにより、渦流中に獲得した酸素を含んだ気体成分を渦の消失とともに分散させることで、所望の酸素を含有するマイクロバブルを大量に発生させることができる。また、加圧溶解方式を採用する場合、2気圧以上の高圧下で酸素を含んだ気体を水中に溶解させた後、これを大気圧に開放することにより生じた酸素を含んだ溶解気体の過飽和条件から酸素を含んだ気泡を発生させることができる。この場合、圧力の開放部位において、水流と障害物を利用して半径が1mm以下の渦を多数発生させ、渦流の中心域における水の分子揺動を起因として多量の気相の核(気泡核)を形成させるとともに、過飽和条件に伴ってこれらの気泡核に向かって水中の酸素を含んだ気体成分を拡散させ、気泡核を成長させることにより、所望の酸素を含有するマイクロバブルを大量に発生させることができる。こうして発生させたマイクロバブルは、粒径が50μm以下で、レーザー光遮断方式の液中パーティクルカウンターによる計測において5~15μmに粒径のピークを有しており、そのピークの領域におけるマイクロバブルの個数は1000個/mL以上である(必要であれば特開2000-51107号公報や特開2003-265938号公報などを参照のこと)。 The method of generating oxygen-containing microbubbles having a particle size of 50 μm or less in water may be a known method, and for example, microbubbles can be generated using a microbubble generator using a known two-phase flow swirling method or a pressurized dissolution method. When the two-phase flow swirling method is adopted, a vortex with a radius of 10 cm or less is forcibly generated using a rotor or the like, and the oxygen-containing gas-liquid mixture is struck against an obstacle such as a wall surface or a fluid with a different relative speed, thereby dispersing the oxygen-containing gas components acquired in the vortex as the vortex disappears, thereby generating a large amount of microbubbles containing the desired oxygen. In addition, when the pressurized dissolution method is adopted, oxygen-containing gas is dissolved in water under a high pressure of 2 atmospheres or more, and then released to atmospheric pressure, whereby oxygen-containing bubbles can be generated from the supersaturated condition of the dissolved oxygen-containing gas. In this case, a large number of vortices with a radius of 1 mm or less are generated at the pressure release site using the water flow and obstacles, and a large number of gas phase nuclei (bubble nuclei) are formed due to the molecular vibration of water in the central region of the vortex flow, and oxygen-containing gas components in the water are diffused toward these bubble nuclei under supersaturated conditions, causing the bubble nuclei to grow, thereby generating a large amount of microbubbles containing the desired oxygen. The microbubbles generated in this way have a particle size of 50 μm or less, a particle size peak at 5 to 15 μm when measured using a liquid particle counter using a laser light blocking method, and the number of microbubbles in the peak region is 1000/mL or more (see JP 2000-51107 A, JP 2003-265938 A, etc. if necessary).

本発明の酸素を含有するナノ粒子を含む水を製造するに際しての要点は、電気伝導度が300μS/cm未満である水への2価の鉄イオンの添加は、1~100ppbという極めて低濃度になるように行わなければならないところにある。2価の鉄イオンの添加がこれよりも少なくても多くても、目的とするナノキャビティが形成されて水中で安定に維持されない。その理由を、本発明者は次のように考えている。上述したように、ナノキャビティは、ナノバブルが持ちえない、表面の少なくとも一部に高さが2nm以下の凹凸構造を持つが、この特異な表面は、2価の鉄イオンが、酸素を含有するマイクロバブルが縮小する際に酸素から生成するオゾンによって酸化されて生成した3価の鉄イオンの水酸化物(Fe(OH))を主体とする固相からなり、この固相が、その内側に内包ガスとして存在する酸素を取り囲む殻として働くことで、ナノキャビティが形成されていると推察される。それを裏付ける事実としては、酸を加えると、この固相が溶解して消失することで、気泡の縮小が進行し、やがて水の中で消滅する際、マイクロバブルの消滅時と同様に、水酸基ラジカルを発生させることや、供給する酸素にオゾンを加えると、2価の鉄イオンの3価の鉄イオンへの酸化が促進されて、形成されるナノキャビティが増加することで、水酸基ラジカルの発生量も増加することが挙げられる。この固相は、マイクロバブルの縮小とともに徐々に形作られ、粒径が50nm以下で堅固なものとなり、ナノキャビティを安定化させる。2価の鉄イオンの添加量が、その濃度が1ppbになる量よりも少ないと、この固相が十分に形作られるに足る3価の鉄イオンが供給されず、その濃度が100ppbになる量よりも多いと、3価の鉄イオンの水酸化物が過剰に生成されることで、ナノキャビティが形成されても形成されたナノキャビティが集塊して沈殿物となってしまい、水中に存在しなくなる(従ってナノキャビティが形成されて水中で安定に維持されるためには他の電解質イオンが多量に存在することも望ましくないので2価の鉄イオンを添加する水の電気伝導度を300μS/cm未満としている)。 The key point in producing water containing oxygen-containing nanoparticles of the present invention is that divalent iron ions must be added to water having an electrical conductivity of less than 300 μS/cm at an extremely low concentration of 1 to 100 ppb. If the amount of divalent iron ions added is less or more than this amount, the desired nanocavities are not formed and are not stably maintained in the water. The inventor considers the reason for this as follows. As described above, the nanocavities have an uneven structure with a height of 2 nm or less on at least a part of the surface, which nanobubbles cannot have, and this unique surface is composed of a solid phase mainly composed of hydroxides of trivalent iron ions (Fe(OH) 3 ) generated by oxidation of divalent iron ions by ozone generated from oxygen when oxygen-containing microbubbles shrink, and it is presumed that the nanocavities are formed by this solid phase acting as a shell surrounding the oxygen present as an encapsulated gas inside. This is supported by the fact that when acid is added, this solid phase dissolves and disappears, causing the bubbles to shrink, and when they eventually disappear in water, they generate hydroxyl radicals, just as microbubbles do when they disappear, and when ozone is added to the oxygen being supplied, the oxidation of divalent iron ions to trivalent iron ions is promoted, and the number of nanocavities formed increases, which also increases the amount of hydroxyl radicals generated. This solid phase is gradually formed as the microbubbles shrink, becoming solid with a particle size of 50 nm or less, stabilizing the nanocavities. If the amount of divalent iron ions added is less than the amount that results in a concentration of 1 ppb, sufficient trivalent iron ions will not be supplied to fully form this solid phase, and if the amount is more than the amount that results in a concentration of 100 ppb, excessive hydroxides of trivalent iron ions will be produced, and even if nanocavities are formed, the nanocavities will agglomerate into precipitates and will no longer exist in water (accordingly, in order to form nanocavities and maintain them stably in water, it is not desirable for other electrolyte ions to be present in large quantities, so the electrical conductivity of the water to which divalent iron ions are added is set to less than 300 μS/cm).

なお、2価の鉄イオンを添加する電気伝導度が300μS/cm未満である水に、アミノ酸、カルボン酸、アミンなどの有機化合物を加えてもよい。こうした有機化合物を、例えば濃度が0.1~100μMとなるように加えることで、2価の鉄イオンの3価の鉄イオンへの酸化が促進され、形成されるナノキャビティを増加させることができる。 In addition, organic compounds such as amino acids, carboxylic acids, and amines may be added to the water with an electrical conductivity of less than 300 μS/cm to which the divalent iron ions are added. By adding such organic compounds to a concentration of, for example, 0.1 to 100 μM, the oxidation of divalent iron ions to trivalent iron ions is promoted, and the number of nanocavities formed can be increased.

本発明の酸素を含有するナノ粒子を含む水は、酸素ナノバブル水が有する生物に対して酸素による生理活性効果を高める作用と同様の作用を有することに加え、ナノ粒子が表面の少なくとも一部に高さが2nm以下の凹凸構造を持つことで、酸素ナノバブル水が持ちえない作用として、有機物(それは組織や細胞を含めた生物や微生物であっても分子レベルでの物質などであってもよい)に対する求核的な作用を有することが期待できる。こうしたサブナノサイズの構造においては、原子核に近い電子による遮蔽効果(電子遮蔽効果)が強まる傾向にあるため、固相の表面付近に存在する電子は、原子核からの束縛から解放されて比較的に自由に挙動することができるので、求電子性を有する有機物に対して求核的に作用することが考えられる。 Water containing the oxygen-containing nanoparticles of the present invention has the same effect as oxygen nanobubble water in enhancing the physiological activity of oxygen on living organisms. In addition, because the nanoparticles have an uneven structure with a height of 2 nm or less on at least a part of their surface, they are expected to have a nucleophilic effect on organic matter (which may be living organisms or microorganisms, including tissues and cells, or substances at the molecular level, etc.), an effect that oxygen nanobubble water does not have. In such sub-nano-sized structures, the shielding effect (electron shielding effect) of electrons close to the atomic nucleus tends to be strengthened, so that electrons present near the surface of the solid phase are freed from the constraints of the atomic nucleus and can behave relatively freely, and are therefore thought to act nucleophilically on organic matter that has electrophilicity.

以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明は以下の記載に限定して解釈されるものではない。 The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention should not be interpreted as being limited to the following description.

実施例1:
容積が15Lのガラス製容器に、電気伝導度が0.06μS/cmである超純水を10L入れ、そこに塩化鉄(II)を濃度が0.5μM(2価の鉄イオンとして約25ppb)となるように添加した。この液中に、加圧溶解型のマイクロバブル発生装置を用い、粒径が15~50μmのマイクロバブルを10分間発生させた。装置は内部の水を循環させながら駆動させた。装置には純酸素を約1.0L/分で供給した。装置の駆動を停止し、一昼夜、室内環境下で自然放置することでマイクロバブルを縮小させた後、1.2μmのメンブレンフィルターでろ過処理を行い、本発明の酸素を含有するナノ粒子を含む水(pH:約7)を得た。
Example 1:
In a glass container with a volume of 15 L, 10 L of ultrapure water with an electrical conductivity of 0.06 μS/cm was placed, and iron (II) chloride was added to the container so that the concentration was 0.5 μM (approximately 25 ppb as divalent iron ions). In this liquid, microbubbles with a particle size of 15 to 50 μm were generated for 10 minutes using a pressure dissolution type microbubble generator. The device was driven while circulating the water inside. Pure oxygen was supplied to the device at approximately 1.0 L/min. The device was stopped and left to stand naturally in an indoor environment for a day and night to reduce the microbubbles, and then filtered with a 1.2 μm membrane filter to obtain water containing the oxygen-containing nanoparticles of the present invention (pH: approximately 7).

ろ過後の水2μLを、プラスに帯電させた3-アミノプロピルトリエトキシシランで表面コートしたマイカ基板上に滴下し、原子間力顕微鏡(AFM)で観察した。結果を図1に示す。図1から明らかなように、水中に、粒径が最大で30nm程度の粒子(ナノキャビティ)が、基板に吸着するように集積して存在することを確認することができた。よって、このナノキャビティは、pHが約7の水中で、ナノバブルと同様に、マイナスに帯電していることがわかった。また、原子間力顕微鏡による観察において、このナノキャビティは、表面の少なくとも一部に高さが2nm以下の凹凸構造を持つことが認められた(高さが1nm以下の凹凸構造も多数存在した)。このナノキャビティが表面に有する高さが2nm以下の凹凸構造は、このナノキャビティの断面解析(Z軸方向)からも確認することができた(図2)。なお、原子間力顕微鏡による観察条件は次の通りとした。
(観察条件)
装置 :高速原子間力顕微鏡NanoExplorer(生体分子計測研究所社)
観察環境 :室温(21℃)
カンチレバー:BL-AC10DS-A2(オリンパス社)
解像度 :200×200ピクセル
観察イメージ:液中ACモード形状像
2 μL of the filtered water was dropped onto a mica substrate whose surface was coated with positively charged 3-aminopropyltriethoxysilane, and observed with an atomic force microscope (AFM). The results are shown in FIG. 1. As is clear from FIG. 1, it was confirmed that particles (nano cavities) with a particle size of up to about 30 nm were present in the water, accumulating so as to be adsorbed to the substrate. Therefore, it was found that the nano cavities were negatively charged in water with a pH of about 7, similar to nano bubbles. In addition, in the observation with an atomic force microscope, it was confirmed that the nano cavities had an uneven structure with a height of 2 nm or less on at least a part of the surface (there were also many uneven structures with a height of 1 nm or less). The uneven structure with a height of 2 nm or less on the surface of the nano cavities could also be confirmed from the cross-sectional analysis (Z-axis direction) of the nano cavities (FIG. 2). The observation conditions with the atomic force microscope were as follows.
(Observation conditions)
Equipment: High-speed atomic force microscope NanoExplorer (Biomolecular Measurement Laboratory)
Observation environment: Room temperature (21°C)
Cantilever: BL-AC10DS-A2 (Olympus)
Resolution: 200 x 200 pixels Observation image: AC mode shape image in liquid

ろ過後の水から1mLをサンプリングし、これにエチレンジアミン四酢酸(EDTA)を濃度が20mMになるように加えた後、5,5-ジメチル-1-ピロリン N-オキシド(DMPO)を濃度が200mMになるように加え、さらに塩酸を濃度が500mMになるように加えた。得られた混合液を石英セルに吸引し、電子スピン共鳴装置(ESR)で測定したところ、1:2:2:1のピークパターンを持つ顕著なDMPO-OHの信号を確認することができた。塩酸を加える前に、メタノールを0.2mL加え、同様の測定を行ったところ、1:2:2:1のピークパターンを持つ信号を確認することができたが、そのピーク長は1/3以下になった。メタノールは、水酸基ラジカルを捕捉して失活させてしまうスカベンジャーとして作用するので、以上の結果から、本発明の酸素を含有するナノ粒子を含む水は、酸を添加すると水酸基ラジカルを発生させることがわかった。また、ろ過後の水をペットボトルに入れて冷暗所で保管し、3か月後に同様の測定を行ったところ、1:2:2:1のピークパターンを持つ信号を確認することができ、そのピーク長は、製造直後のピーク長の90%以上であったことから、本発明の酸素を含有するナノ粒子を含む水の優れた保存安定性を確認することができた。 1 mL of the filtered water was sampled, and ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) was added to the sample to a concentration of 20 mM. Then, 5,5-dimethyl-1-pyrroline N-oxide (DMPO) was added to a concentration of 200 mM, and hydrochloric acid was added to a concentration of 500 mM. The resulting mixture was sucked into a quartz cell and measured with an electron spin resonance (ESR) device, and a prominent DMPO-OH signal with a 1:2:2:1 peak pattern was confirmed. Before adding hydrochloric acid, 0.2 mL of methanol was added and the same measurement was performed, and a signal with a 1:2:2:1 peak pattern was confirmed, but the peak length was 1/3 or less. Methanol acts as a scavenger that captures and deactivates hydroxyl radicals, so the above results show that water containing the oxygen-containing nanoparticles of the present invention generates hydroxyl radicals when acid is added. In addition, the filtered water was placed in a plastic bottle and stored in a cool, dark place. A similar measurement was then performed three months later. A signal with a 1:2:2:1 peak pattern was confirmed, and the peak length was 90% or more of the peak length immediately after production, confirming the excellent storage stability of the water containing the oxygen-containing nanoparticles of the present invention.

実施例2:
塩化鉄(II)を濃度が0.02μM(2価の鉄イオンとして約1ppb)となるように添加すること以外は実施例1と同様の操作を行うことで、本発明の酸素を含有するナノ粒子を含む水を得た。ろ過後の水について電子スピン共鳴装置による測定を行ったところ、DMPO-OHのピークを確認することができ、そのピーク長は、実施例1のろ過後の水のピーク長の約1/5倍であった。
Example 2:
Water containing the oxygen-containing nanoparticles of the present invention was obtained by carrying out the same operation as in Example 1, except that iron (II) chloride was added to a concentration of 0.02 μM (approximately 1 ppb as divalent iron ion). When the filtered water was measured using an electron spin resonance device, a peak of DMPO-OH was confirmed, and the peak length was approximately 1/5 times that of the filtered water of Example 1.

実施例3:
塩化鉄(II)を濃度が2μM(2価の鉄イオンとして約100ppb)となるように添加すること以外は実施例1と同様の操作を行うことで、本発明の酸素を含有するナノ粒子を含む水を得た。ろ過後の水について電子スピン共鳴装置による測定を行ったところ、DMPO-OHのピークを確認することができ、そのピーク長は、実施例1のろ過後の水のピーク長の約1/5倍であった。
Example 3:
Water containing the oxygen-containing nanoparticles of the present invention was obtained by carrying out the same operation as in Example 1, except that iron (II) chloride was added to a concentration of 2 μM (approximately 100 ppb as divalent iron ion). When the filtered water was measured using an electron spin resonance device, a peak of DMPO-OH was confirmed, and the peak length was approximately 1/5 times that of the filtered water of Example 1.

比較例1:
塩化鉄(II)を濃度が0.01μM(2価の鉄イオンとして約0.5ppb)となるように添加すること以外は実施例1と同様の操作を行うことで、本発明の酸素を含有するナノ粒子を含む水を得ようとしたが、得ることはできなかった(ろ過後の水についての電子スピン共鳴装置による測定においてDMPO-OHのピークを確認することができなかった)。
Comparative Example 1:
An attempt was made to obtain water containing the oxygen-containing nanoparticles of the present invention by carrying out the same procedure as in Example 1, except that iron (II) chloride was added to a concentration of 0.01 μM (approximately 0.5 ppb as divalent iron ion), but this was not possible (no DMPO-OH peak was observed in the measurement of the filtered water using an electron spin resonance device).

比較例2:
塩化鉄(II)を濃度が6μM(2価の鉄イオンとして約300ppb)となるように添加すること以外は実施例1と同様の操作を行うことで、本発明の酸素を含有するナノ粒子を含む水を得ようとしたが、得ることはできなかった(ガラス容器の底部に水酸化鉄(Fe(OH))を主体とする茶色の沈殿物が顕著に認められ、この沈殿物をろ過した後の水についての電子スピン共鳴装置による測定においてDMPO-OHのピークを確認することができなかった)。
Comparative Example 2:
An attempt was made to obtain water containing the oxygen-containing nanoparticles of the present invention by carrying out the same procedure as in Example 1, except that iron (II) chloride was added to a concentration of 6 μM (approximately 300 ppb as divalent iron ion), but this was not possible (a brown precipitate mainly composed of iron hydroxide (Fe(OH) 3 ) was clearly observed at the bottom of the glass container, and no DMPO-OH peak was confirmed when the water after filtering out this precipitate was measured using an electron spin resonance device).

実施例4:
マイクロバブル発生装置に供給する純酸素を、無声放電によるオゾン発生装置を介してから供給すること以外は実施例1と同様の操作を行うことで、本発明の酸素を含有するナノ粒子を含む水を得た。ろ過後の水について電子スピン共鳴装置による測定を行ったところ、DMPO-OHのピークを確認することができ、そのピーク長は、実施例1のろ過後の水のピーク長の約1.5倍であった。
Example 4:
Water containing oxygen-containing nanoparticles of the present invention was obtained by carrying out the same operations as in Example 1, except that the pure oxygen supplied to the microbubble generator was passed through an ozone generator using silent discharge before being supplied. When the filtered water was measured using an electron spin resonance apparatus, a peak of DMPO-OH was confirmed, and the peak length was about 1.5 times that of the filtered water of Example 1.

実施例5:
マイクロバブル発生装置に供給する純酸素を空気に変更すること以外は実施例1と同様の操作を行うことで、本発明の酸素を含有するナノ粒子を含む水を得た。ろ過後の水について電子スピン共鳴装置による測定を行ったところ、DMPO-OHのピークを確認することができ、そのピーク長は、実施例1のろ過後の水のピーク長の約1/5倍であった。
Example 5:
Water containing oxygen-containing nanoparticles of the present invention was obtained by carrying out the same operations as in Example 1, except that the pure oxygen supplied to the microbubble generator was changed to air. When the filtered water was measured using an electron spin resonance apparatus, a peak of DMPO-OH was confirmed, and the peak length was about 1/5 times that of the filtered water of Example 1.

実施例6:
塩化鉄(II)にかわりに硫酸鉄(II)を添加すること以外は実施例1と同様の操作を行うことで、本発明の酸素を含有するナノ粒子を含む水を得た。ろ過後の水について電子スピン共鳴装置による測定を行ったところ、DMPO-OHのピークを確認することができ、そのピーク長は、実施例1のろ過後の水のピーク長とほぼ同じであった。
Example 6:
Water containing oxygen-containing nanoparticles of the present invention was obtained by carrying out the same operation as in Example 1, except that iron sulfate (II) was added instead of iron chloride (II). When the filtered water was measured using an electron spin resonance apparatus, a peak of DMPO-OH was confirmed, and the peak length was approximately the same as that of the filtered water of Example 1.

実施例7:
塩化鉄(II)にかわりに硝酸鉄(II)を添加すること以外は実施例1と同様の操作を行うことで、本発明の酸素を含有するナノ粒子を含む水を得た。ろ過後の水について電子スピン共鳴装置による測定を行ったところ、DMPO-OHのピークを確認することができ、そのピーク長は、実施例1のろ過後の水のピーク長とほぼ同じであった。
Example 7:
Water containing oxygen-containing nanoparticles of the present invention was obtained by carrying out the same operation as in Example 1, except that iron nitrate (II) was added instead of iron chloride (II). When the filtered water was measured using an electron spin resonance apparatus, a peak of DMPO-OH was confirmed, and the peak length was almost the same as that of the filtered water in Example 1.

実施例8:
超純水に予めグリシンを濃度が10μMとなるように加えておくこと以外は実施例5と同様の操作を行うことで、本発明の酸素を含有するナノ粒子を含む水を得た。ろ過後の水について電子スピン共鳴装置による測定を行ったところ、DMPO-OHのピークを確認することができ、そのピーク長は、実施例5のろ過後の水のピーク長の約3倍であった。
Example 8:
Water containing the oxygen-containing nanoparticles of the present invention was obtained by carrying out the same operation as in Example 5, except that glycine was added to the ultrapure water in advance to a concentration of 10 μM. When the filtered water was measured using an electron spin resonance device, a peak of DMPO-OH was confirmed, and the peak length was about three times that of the filtered water of Example 5.

実施例9:
超純水のかわりに電気伝導度が約100μS/cmの水道水を用いること以外は実施例1と同様の操作を行うことで、本発明の酸素を含有するナノ粒子を含む水を得た。ろ過後の水について電子スピン共鳴装置による測定を行ったところ、DMPO-OHのピークを確認することができ、そのピーク長は、実施例1のろ過後の水のピーク長の約2/3倍であった。
Example 9:
Water containing the oxygen-containing nanoparticles of the present invention was obtained by carrying out the same operations as in Example 1, except that tap water with an electrical conductivity of about 100 μS/cm was used instead of ultrapure water. When the filtered water was measured using an electron spin resonance apparatus, a peak of DMPO-OH was confirmed, and the peak length was about 2/3 times that of the filtered water of Example 1.

実施例10:
超純水のかわりに電気伝導度が約250μS/cmの地下水(全有機炭素量(TOC)が約0.5mg/Lで2価の鉄イオンの濃度が約50ppb)を用いることと、塩化鉄(II)を添加しないこと以外は実施例1と同様の操作を行うことで、本発明の酸素を含有するナノ粒子を含む水を得た。ろ過後の水について電子スピン共鳴装置による測定を行ったところ、DMPO-OHのピークを確認することができ、そのピーク長は、実施例1のろ過後の水のピーク長の約1/5倍であった。
Example 10:
Water containing the oxygen-containing nanoparticles of the present invention was obtained by carrying out the same operations as in Example 1, except that groundwater (total organic carbon (TOC) of about 0.5 mg/L and divalent iron ion concentration of about 50 ppb) with an electrical conductivity of about 250 μS/cm was used instead of ultrapure water and iron (II) chloride was not added. When the filtered water was measured using an electron spin resonance apparatus, a peak for DMPO-OH was confirmed, and the peak length was about 1/5 times that of the filtered water of Example 1.

本発明は、酸素ナノバブル水とは異なる、酸素を含有するナノ粒子を含む水を提供することができる点において産業上の利用可能性を有する。 The present invention has industrial applicability in that it can provide water containing oxygen-containing nanoparticles, which is different from oxygen nanobubble water.

Claims (3)

原子間力顕微鏡による観察において表面の少なくとも一部に高さが2nm以下の凹凸構造を持つことが認められ、粒径が50nm以下であり、内包ガスとして酸素を含有する、ナノ粒子を含み、酸を添加すると水酸基ラジカルを発生させる、水。 Water containing nanoparticles which have an uneven structure with a height of 2 nm or less on at least a portion of their surface as observed with an atomic force microscope, have a particle size of 50 nm or less, and contain oxygen as an encapsulated gas , and which generate hydroxyl radicals when acid is added. 電気伝導度が300μS/cm未満である水に、2価の鉄イオンを濃度が1~100ppbとなるように添加した水中に、酸素を含む気体または酸素からなる気体を供給し、粒径が50μm以下であるマイクロバブルを発生させことによる、請求項1記載の水の製造方法。 The method for producing water according to claim 1, comprising supplying a gas containing oxygen or a gas consisting of oxygen to water having an electrical conductivity of less than 300 μS/cm to which divalent iron ions have been added so as to have a concentration of 1 to 100 ppb, thereby generating microbubbles having a particle size of 50 μm or less. 2価の鉄イオンを、塩化鉄(II)、硫酸化鉄(II)、硝酸鉄(II)から選択される少なくとも1種の形態で添加する請求項2記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 2, in which the divalent iron ions are added in the form of at least one selected from iron chloride (II), iron sulfate (II), and iron nitrate (II).
JP2020009559A 2020-01-23 2020-01-23 Water containing oxygen-containing nanoparticles Active JP7475025B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020009559A JP7475025B2 (en) 2020-01-23 2020-01-23 Water containing oxygen-containing nanoparticles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020009559A JP7475025B2 (en) 2020-01-23 2020-01-23 Water containing oxygen-containing nanoparticles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021115507A JP2021115507A (en) 2021-08-10
JP7475025B2 true JP7475025B2 (en) 2024-04-26

Family

ID=77173560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020009559A Active JP7475025B2 (en) 2020-01-23 2020-01-23 Water containing oxygen-containing nanoparticles

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7475025B2 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003245662A (en) 2002-02-21 2003-09-02 Fm Ecology Kenkyusho:Kk Waste water treatment system
JP2003334548A (en) 2002-05-20 2003-11-25 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Method for producing nanometer air bubble
JP2005245817A (en) 2004-03-05 2005-09-15 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Production method of nano-bubble
JP2005246294A5 (en) 2004-03-05 2006-03-16
JP2008272739A (en) 2006-05-23 2008-11-13 Hideyasu Tsuji Fine bubble generating apparatus
JP2009226386A (en) 2008-03-21 2009-10-08 Makoto Yafuji Ultrafine-bubble water
JP2010167365A (en) 2009-01-22 2010-08-05 Reo Laboratory Co Ltd Functional water production method
JP2016221479A (en) 2015-06-02 2016-12-28 日本建設機械商事株式会社 Soil cleaning method, soil cleaning system, and sparging rod assembly

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4080440B2 (en) 2004-03-05 2008-04-23 独立行政法人産業技術総合研究所 Oxygen nanobubble water and method for producing the same

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003245662A (en) 2002-02-21 2003-09-02 Fm Ecology Kenkyusho:Kk Waste water treatment system
JP2003334548A (en) 2002-05-20 2003-11-25 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Method for producing nanometer air bubble
JP2005245817A (en) 2004-03-05 2005-09-15 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Production method of nano-bubble
JP2005246294A5 (en) 2004-03-05 2006-03-16
JP2008272739A (en) 2006-05-23 2008-11-13 Hideyasu Tsuji Fine bubble generating apparatus
JP2009226386A (en) 2008-03-21 2009-10-08 Makoto Yafuji Ultrafine-bubble water
JP2010167365A (en) 2009-01-22 2010-08-05 Reo Laboratory Co Ltd Functional water production method
JP2016221479A (en) 2015-06-02 2016-12-28 日本建設機械商事株式会社 Soil cleaning method, soil cleaning system, and sparging rod assembly

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021115507A (en) 2021-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5294370B2 (en) Method for producing water containing reactive species and water containing reactive species
Noqta et al. Recent advances in iron oxide nanoparticles (IONPs): synthesis and surface modification for biomedical applications
JP4921333B2 (en) Method for producing carbon dioxide nanobubble water
Kikuchi et al. Concentration determination of oxygen nanobubbles in electrolyzed water
JP2008093611A (en) Manufacturing method of water containing extremely fine air bubble and water containing extremely fine air bubble
JP2005246294A (en) Oxygen-nanobubble water and production method therefor
CA2859694C (en) Radioactive and/or magnetic metal nanoparticles and process and apparatus for synthesizing same
JP2005246294A5 (en)
JP2016221513A (en) Measurable ultra-fine bubble water having oxidizing radical or reducing radical, and ultra-fine bubble solution
CN105860957A (en) Preparation method of oxidized graphene composite for drug carrier
JP2008237950A (en) Production method for hydroxyl radical-containing water and hydroxyl radical-containing water
Zhang et al. Basic characteristics and application of micro-nano bubbles in water treatment
JP4921332B2 (en) Method for producing nitrogen nanobubble water
Liao et al. Rational assembly of GO-based heterocyclic sulfur-and nitrogen-containing aerogels and their adsorption properties toward rare earth elementals
JP7475025B2 (en) Water containing oxygen-containing nanoparticles
CN101654284B (en) Preparation method of magnetic ferroferric oxide nanocrystal
WO2016017820A1 (en) Water including permanganate ions, and method for producing same
JP2011050931A (en) Method for generating hydroxyl radical in water
KR101765889B1 (en) A composition for removing toxic and refractory organics, a method for preparing the same, and an apparatus for treating water comprising the same
JP6341581B2 (en) Production method of ozone water
Zhang et al. Facile formation of controlled facet-dependent Cu2O beads with highly efficient U (VI) removal
CN106040232B (en) For wastewater treatment catalyst, prepare the method for catalyst and including the sewage treatment equipment of catalyst
JP2006289289A (en) Active hydrogen water production method and its production device
KR20130077452A (en) Method for synthesis of gold nanoparticles
JP2010242193A (en) Functional stainless steel nano ball and stainless steel nano ball catalyst

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20221109

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230920

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20231107

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240106

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240402

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240409