JPH03118894A - 電気石を用いた水の界面活性化装置および電気石粒状物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、広くはもともと水の有する界面浄化作用を強
め、水が持っていない界面活性作用を新たに水に与え界
面活性を持つ水を作ることに関するものであり、特に電
気石を利用した界面浄化装置と方法および電気石を主成
分とする粒状物に関するものである。

就中、その第１から第６までの発明は、電気石を主成分
とする粒状物の集合体を相互に接触・衝突させることに
より、電気石を主成分とした粒状物の集合体の表面の付
着物を剥離させ、つぎに流動・摩擦によりこの析出物を
電気石の表面から剥離分離する。以上のことをことを繰
り返させる電気石を用いた界面浄化装置と方法に間する
ものである。

殊に、その第２と第５の発明は電気石をセラミックで耐
摩耗等機械的強度を強化したものであり、第３の発明は
その方法に間するものであり、第４と第５の発明は以上
のほかに、セラミック粒状物の集合体を相互に接触衝突
させることにより電気石の永久電極によること以外に帯
電現象をも利用した界面浄水装置であり、第６の発明は
その方法に間するものである。そして、その第７の発明
は、以上の全ての発明に用いられる電気石粒状物に関す
るものである。

［従来の技術］ 近年、クリーンな水処理技術をめざして、種々の装置や
方法が開発されてきている。特に、用水や廃水を浄化し
て色々な目的に適応した水質の水を作る「水処理」の技
術としては、化学的な手段による水処理装置や方法が主
として採用されている。

界面活性剤を主とする洗剤等の化学薬剤を水に溶かして
、それで各種界面の洗浄を行なうものはあるが、化学薬
剤を全く使用しないで電気エネルギーを利用し界面活性
をもつ水を作り、この界面活性による界面浄化を行なう
ものはない。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の化学的な水処理装置や方法および界面活性剤を使
用するものは、そのための施設と薬品のための費用の大
きさだけでなく、この結果として生産される排出物の公
害の連鎖的な発生が、ｉ＆終的には河川や湖沼および海
、さらには動植物そして人体への悪い影響、そしてこれ
を処理するための設備の増大と言う形ちで悪循環が拡大
されている。

そこで、本願特許出願人はエレクトレット流動電場浄水
装置と方法の発明を昭和６３年９月７日に出願した（特
願昭６３−２２２５５９）、そして、これをさらに研究
していくうちに、その全貌が判ってきた。しかしてこれ
は、その出願の明細書の補正ではカバーしきれないゆえ
に、ここに新たな出願をするものである。

まず最初に述べたいことは、ここで言う「水の活性化」
は「水処理」てはないということが判ったことである。

すなわち、電気石を用いた界面浄化器（装置）は水処理
器（装置）ではない。「水処理」という場合水の中の汚
濁物を除いて水をきれいにする事を先ず意味する。「界
面浄化装置」の場合は処理される対象は「水」でなく、
タイルの表面につく湯垢等の汚れや配管内の赤錆である
。水が流れていく配管等の通路や水が接する貯槽の壁面
等を、水はきれいにして水自身がこれらの汚れにより汚
される事を防ぐ「自浄作用」を行なうことである。

この場合、水は処理されるものではなく「処理する側」
であるということである。従来、水が処理される「水処
理」の場合と水の立場は正反対である。

流動電場法は種々のものの状態を変え、水の分子に電気
化学的な方法により新しい機能「活性」を水に付与する
のである。

しかして、先に出願した発明の明細書には「エレクトレ
ット」の中に電気石（タウマリン）を含めて記述してい
る。しかし、その後の研究と得た知見によってエレクト
レットの中に電気石を含めるへきではなく、現在「エレ
クトレット」とは言われているものと電気石は基本的に
別個のものであることが、はっきりした。

エレクトレットと呼ばれる物質は、数種の誘電体を融解
して直流電圧を加えた電極間で固化させ、電極を取り去
ったあとも電極に接した面が正、負に帯電してこの帯電
は長期保存される。これを磁石（マグネット）にならっ
てエレクトレットと名付けたのである。それ以後、今日
迄ポリ沸化ビニデン（ＰＶＤＦ）などの高分子化合物等
のエレクトレットが開発されている。磁石は強磁性体の
うち残留磁気の保磁力の比較的強いものを言い、強磁性
体と同じものを言う。この中で、特に残留磁気とその保
磁力の大きなものを「永久磁石」称する。

この残留磁気は、一定の温度に加熱すると失われる。し
かし、再び外部磁場によって磁化される。

エレクトレットと言われているものはマグネットに比べ
ると加熱をしない常温でもその電荷は減衰し、保持する
力は弱い、また、正負の面の電荷も強くなくマグネット
における「永久磁石」といわれるものに相当したもので
はなく、磁石に対応する。また、磁極に対比して電極と
称することもしていない０本願発明者は電気石の示す電
気的性質を研究実験することによって、次のことを発明
した。

■　電気石は強誘電体ではなく永久電極を有する極性結
晶体である。

■　電気石の結晶結合はその殆どがイオン結合であり、
一部共有結合が混在している。この結晶格子点にあるイ
オン分子の中心が本来位置すべき位置からずれた状態の
まま固定され、歪んだ状態になっている。このため、結
晶の両端に正負の電極を生じこの歪みが固定された理由
はマグマ（ｆ８岩）と火成岩（花崗岩）の間の接触によ
って生じた熱と圧力、水分、気体の環境の中で新しい物
質の結晶が生まれ、またこの結晶の格子構造は本来のも
のより歪んだままの状態で急速冷却により歪みを持った
まま出来たものと言われている。この歪みを取り除くた
めには結晶格子の大きさや形を変えなければならず、そ
れには大きなエネルギーを必要とする。このために永久
電極を示しているのである。

電気石は１０００℃前後に加熱するとこの永久電極は消
滅し、外部電場によってもとに戻らない０強磁性体の中
には永久磁石と呼ぶものは数多く存在し、作られている
力（、誘電体の中には永久電極を有するパーマネントエ
レクトレットと呼ばれるものはみつかっていないとされ
ていたく京都大学教授　作花済夫著　セラミックスを知
る事典　２２ページ　株式会社アグネ発行）。

電気石が永久磁石に対比する永久電極をもったものであ
るということは上記の文献や調査によって本願発明の発
明者による新しい発見であることが判明した。電気石の
有する永久電極と、前に出願した発明で述べた圧電気、
焦電気、摩擦電気などの大きな違いは、あとのものは−
時的な帯電現象であることである。特に、これらの帯電
現象による静電気は、普通の水の中では瞬間的にその電
荷は中和され消滅する。したがって、その効果は存在す
るものの極めて弱く瞬間的で持続性はないものである。

これに対して、電気石の場合は水中でも電極は失われな
いので持続的に作用する。電気石結晶の両端に生じてい
る正負の電極が中和消滅しない理由は、おそらくこの電
極の間の結晶体は高い絶縁性の物質であること、また正
負の電極で行なわれる電子の授受の量は同じであり、電
気間の結晶格子を通る電子の移動はイオン格子によって
瞬時に行なわれるのであろう。しかも、その機構の解明
は今後の研究を待つものである。

ただし、電極面に水中のイオン物質が吸引、付着して見
かけ主電気的に中和され電極が隠蔽されると考えられる
。これは電極面を強く洗浄するとかこすることによって
絶えず電極面を現わすことができる。この現象を本願の
発明者は先に出願て「剥離帯電」と名付けたが、これは
帯電と呼ぶべきでなく、もともと存在していた隠れた永
久電極が再び現われたのである。前項で述べた電気石の
電気的性貿として先の出願で述べたことは不十分である
こと、永久電極を有することが最も重要なことであり、
そのことは本願の発明者が初めて見い出した発見である
ことも判明した。それと共にさらに重要な事実を見い出
した。そして、この事実はこの電気石の永久電極による
反応により界面活性を持つ水を作ることである。このこ
とについて後に述べる。

電気石のもつ特性としては、１９８０年にジャックスと
ビニールのキュリー兄弟によって発明されたピエゾ電気
（圧電気）とその後見い出されたピロミス（焦電気）だ
けが分かっていた。これら、はいずれも「帯電現象」で
あって、「永久電極の存在」とは関係のない現象である
。電気石に永久電極が存在することを本願発明者はいく
つかの実験で明らかにすることが出来た。また、１００
０℃前後にこの永久電極を失う温度があることも明らか
にすることが出来た。このような事実の判明によって、
従来エレクトレットといわれている高分子化合物と電気
石とは別なものとして区別するべきである。

従来のエレクトレットの語は磁性体に対応し、電気石は
永久電極を有する点でパーマネントエレクトレットとで
も呼ぶべきであり、日本語では適当な語句は現在まだな
い。また、このようなものは今のところ電気石しかみつ
かっていないので、本出願においてはこれを「電気石」
　（タウマリン）と呼ぶ方が誤解や混同が生じない。

［課題を解決するための手段］ 本発明にかかる電気石を用いた界面浄水装置と方法およ
び電気石粒状物は、以上の問題点に鑑みて、永久磁石の
ごとくに自らが有している永久電極による電気エネルギ
ーを利用しているものである。そして、この電極は水中
のイオンやコロイドその他の付着物で電気的に中和され
表面に現われていない。そこで、このような付着物を流
動により剥離させて電極面を発現させるものである。

そして、この正負の電極の電荷が、電気石の微粉（結晶
）の間で同士で互いに中和されキャンセルされないよう
に、その電気石の微粉間を電気的絶縁物で包み電気絶縁
したものである。

さらに、その第４〜６の発明は、この電気石に誘電体の
示すよく知られている幾つかの帯電現象による作用をプ
ラスしたものである。

以下に、本発明にかかる電気石を用いた界面浄水装置と
方法および電気石粒状物の具体的な構成を詳細に説明す
る。

最初に、第１の発明である電気石を用いた界面浄化装置
の構成を述べる。これはまず、電気石を主成分とした粒
状物の集合体がある。この電気石を主成分とした粒状物
の集合体は、電気石の微粉間を電気的絶縁物で電気絶縁
し固化した粒状物の集合体である。なお、本文中では、
これを電気石粒状物の集合体と言う。

しかして、この固化は、セラミックのごとくに水で練っ
て乾燥し焼結するものに限定されるものではなく、自然
乾燥により固化されるもの等を含み、その使用される電
気的絶縁物の種類および性質により種々ある。

つぎに、上記の粒状物は流通させない水の流通孔を有し
た容器がある。この容器は、上記の電気石を主成分とし
た粒状物の集合体を入れるものである。そして、流動手
段がある。この流動手段は、上記の電気石を主成分とし
た粒状物の集合体を流動させるものである。

つぎに、第２の発明である電気石を用いた界面浄化装置
の構成を述べる。この発明は、電気石の微粉をセラミッ
クで電気的に絶縁し、さらにその耐摩耗度等の機械的強
度を強化を強化したものであるや まず、電気石と電気絶縁用と機械的強度強化用セラミッ
クの粉を混合して造粒焼結した粒状物の集合体がある。

つぎに、上記の粒状物を流通させない水の流通孔を有し
た容器がある。この容器は、上記の電気石の集合体を入
れるものである。そして、流動手段がある。この流動手
段は、上記の電気石を主成分とした粒状物の集合体を流
動させるものである。

そして、第３の発明である電気石を用いた界面浄化方法
の構成を述べる。この発明は、上記の第１の発明の電気
石を用いた界面浄化装置の使用を方法化したものである
。

まず、電気石を主成分とした粒状物の集合体を、水の中
で流動させる。これにより、その電気石粒状物の集合体
の各粒状物を相互に接触衝突させる。

それで、電気石粒状物の集合体の表面の付着物を洗浄剥
離させる。すると、電解質のイオンやコロイド等の電荷
が中和され水から析出分離され、つぎに流動・摩擦によ
りこの析出物を電気石の電極の表面から洗浄剥離分離す
る。以上のことを繰り返させるものである。

つぎに、第４の発明である電気石を用いた界面浄化装置
の構成を述べる。この発明は、上記の第１の発明である
？！電気石粒状物集合体に誘電率の異なる電気絶縁性セ
ラミック粒の集合体が混合したものである。そして、そ
の他は上記の第１の発明と同じであるゆえ、その構成の
説明の全文をここに援用する。

さらに、第５の発明である電気石を用いた界面浄化装置
の構成を述べる。この発明は、上記の第２の発明である
電気石粒状物の集合体に誘電率の異なる電気絶縁性セラ
ミック粒の集合体が混合したものである。そして、その
他は上記の第１の発明と同じであるゆえ、その構成の説
明の全文をここに援用する。

そして、第６の発明である電気石を用いた界面浄化方法
の構成を述べる。この発明は、上記の第３の発明である
電気石粒状物の集合体に誘電率の異なる電気絶縁性セラ
ミック粒の集合体が混合したものである。そして、その
他は上記の第３の発明と同じであるゆえ、その構成の説
明の全文をここに援用する。

最後に、第７の発明である電気石粒状物の構成を述べる
。この発明は、まず電気石を含有する電気石母岩から選
別され、それが粉砕されてそして微粉化された電気石の
微粉がある。つぎに、その電気石の微粉間を電気絶縁し
、固化する電気的絶縁物がある。

しかして、この固化は、セラミックのごとくに水で練っ
て乾燥し焼結するものに限定されるものではなく、自然
乾燥により固化されるもの等を含み、その使用される電
気的絶縁物の種類および性質により種々ある。

［作　用］ 本発明にかかる電気石を用いた界面浄化装置と方法およ
び電気石粒状物の具体的な作用を、以下に詳細に説明す
る。

最初に、第１の発明である電気石を用いた界面浄化装置
の作用を述べる。まず、電気石を主成分とした粒状物の
集合体が容器に入れられているが、この容器は上記の粒
状物の集合体は流通させない水の流通孔を有したものゆ
えに、水は通すが上記の粒状物はその容器から流出する
ことはない。そして、流動手段が、上記の電気石を主成
分とした粒状物の集合体を流動させる。

しかして、上記の電気石を主成分とした粒状物の集合体
は、電気石の微粉間を電気的絶縁物で電気絶縁されてい
るゆえに、電気石の微粉の一つ一つがその電気エネルギ
ーを発揮する。

つぎに、第２の発明である電気石を用いた界面浄化装置
の作用を述べる。

これは、耐摩耗性強化用電気絶縁性セラミックが、電気
石粒状物の機械的強度を強化し、電気石の微粉間を電気
絶縁しているものである。その他は、第１の発明の作用
と同一であるゆえに、その作用の説明の全文をここに引
用する。

そして、第３の発明である電気石を用いた界面浄化方法
の作用を述べる。これは上記の第１の発明の粒状物の集
合体を利用し、方法化したものである。まず、電気石を
主成分とした粒状物の集合体を、水の中で流動させる。

この流動により、電気石の集合体の各校が相互に接触衝
突する。したがって、電気石を主成分とした粒状物の集
合体の表面の付着物が剥離される。すると、電気石の電
極の電荷を中和し表に出さなくしていた付着物がなくな
ることにより、電解質等の帯電物質が水から析出分離さ
れ、電極面が現われる。これが繰り返されるのである。

つぎに、第４の発明である電気石を用いた界面浄化装置
の作用を述べる。この発明は、上記の第１の発明の電気
石を主成分とした粒状物の集合体に誘電率の異なるセラ
ミック粒の集合体が混合したものである。したがって、
これらの各校の摩擦と衝突による別な帯電現象による作
用も補助的に働くものである。そして、その他は上記の
第１の発明と同一であるゆえに、その作用の説明の全文
をここに引用する。

さらに、第５の発明である電気石を用いた界面浄化装置
の作用を述べる。これも上記の第２の発明の電気石を主
成分とした粒状物の集合体に誘電率の異なるセラミック
粒の集合体が混合したものである。したがって、電気石
を主成分とした粒状物の機械的強度の強化と共にこれら
の各校の摩擦と衝突による新たな帯電現象による静電気
の発生により、電気石電極による電場効果に対して補助
的に働くものである。

そして、その他の作用は上記の第２の発明と同一である
ゆえに、その作用の説明の全文をここに引用する。

そして、第６の発明である電気石を用いた界面浄化方法
の作用を述べる。これも上記の第３の発明の電気石を主
成分とした粒状物の集合体に誘電率の異なるセラミック
粒の集合体が混合したものである。したがって、これら
の各校の摩擦と衝突によるによる新たな帯電現象も補助
的に働くものである。そして、その他は上記の第３の発
明と、同一であるゆえに、その作用の説明の全文をここ
に引用する。

最後に、第７の発明である電気石粒状物の作用について
述べる。

まず、電気石を含有する電気石母岩から選別されそれが
粉砕されそして微粉化された電気石の微粉はそのままで
は正負の電極の吸引、接触により互いに打ち消し合うゆ
えに、それらの間をさらに電気的絶縁物により包み電気
絶縁し固化する。したがって、電気石の各微粉は、その
ぞれその電極が現われる。

［実施例コ 以下に、本発明にかかる電気石を用いた界面浄化装置と
方法およびｔ％石粒状物をその一実施例を用いて添付の
図面と共に詳細に説明する。

上述のごとく、キュリー兄弟は、電気石の小さな結晶が
圧力によってその結晶表面に電荷を生じる事を見つけた
。その後、同じ現象は他の物質からも見つけられた。ピ
エゾ電気（圧電気）と呼ばれている。また、電気石を熱
すると両端に電荷が発生する事が知られており、これを
ピロ電気（焦電気）という。

日本では今から約２００年程前、熱したり摩擦をすると
小さな紙片を吸い付ける石を見つけ「電気石」と名付け
られた。現在この結晶鉱物の純粋なものはタウマリン（
Ｔｏｕｒｍａｌ　ｔｎｅ）と呼ばれ、世界各地で産出、
宝石として珍重されている。第２１！Ｉはその結晶の１
つの正面図である。

電気石にはいくつかの組成のものがあるが、基本的には
硼素を含む珪酸塩鉱物である。三方または六方異極反面
像族に属し、上下非対象の異極像を示す。その代表的な
ものの化学式は次の様なものである。

３（ＮａＸ３Ａｌａ＜ＢＯｓ）ｓｓｉａｏｔｅ（ＯＨ９
Ｆ）４）（Ｘ　＝Ｍ　ｇ　ｒ　Ｆ　ｅ　＋　Ｌ　ｉ等）
含まれるＸの種類によって多彩な色を示し、無色から、
赤、黄、緑、青、紫、茶、黒な等の色がある。

比重は３．１〜３．２である。そして硬度は、モース硬
度で７．０〜７．５で、石英より少し硬いが宝石として
は軟らかい。緑色の美しいものはエメラルドに匹敵し、
欧米では宝石として人気が高い。

この電気石の電気的性質の最も重要な特長は圧電性や焦
電性ではなく、永久磁石における永久磁極と同じような
永久電極を有する事にある。永久磁石がそうであるよう
に、電気石の持つ永久電極も多くの面で利用され応用さ
れるはずである。

誘電体は、電場内に於いて電気分極が生じる。

ところが外部から電場を加えられなくても始めから電気
分極をしている結晶がある。これを「極性結晶体」とい
う。この極性結晶体はその結晶の単位格子のプラス電荷
の中心とマイナス電荷の中心が本来位置すべき位置から
「ずれ」ている、この「ずれ」が十分に大きいので、「
ずれ」によって生じている極性が消滅するためには、結
晶構造そのものが大きく変わらなければならない、この
ため、通常の強さの外部電場を加えてもこの結晶構造を
変化させる事が出来ない、したがって、電気的極性は変
わらないのである。

電気石の結晶では、対称する両端に電極をつくる。尖っ
た部分が正極になり、反対側の比較的平らな部分が負極
となる。この電極は外部電場、常温、常圧によって消滅
せず、永久電極と呼ばれるものである。この永久電極は
磁石の自発磁化がキュリー温度で消滅するのに対応して
、ある温度で消滅すると考えられるが、従来この温度を
確認した実験は発表されていないようである。

そこで、次の様な実験を行なった結果、電気石の永久電
極は９５０〜１０００℃で消滅する事が認められた。こ
の実験の大要を次に述べる。

実験１ 鉄電気石をおよそ８〜１０％程含有している火成岩（釜
石産）を５〜ｌ０ｃＩ１１位に破砕したものの内、電気
石の含有量の多い砕石を肉眼による識別によって選別し
たものを実験に用いた。

硫酸鋼を精製水（脱イオン水）　１００Ｏｃｃに２ｇ溶
解して銅イオン特有の青色の溶液を作る。この溶液に前
述の電気石を含む砕石を５００ｇ浸漬して２４時間放置
した。銅イオン特有の青色は消え無色透明液になってい
る。さらに、そのまま３日間放置すると砕石の表面の黒
色の電気石の部分は緑色に変化している。いわゆる、緑
青と呼ばれる銅の塩基性炭酸塩［５ＨｚＯ・ＣｕＣＯ５
’Ｃ＋Ｊ（ＯＨ）ｚｌ特有の色テする。硫酸鋼溶液中の
銅イオンが電気石のカソードに相当する部分に電着され
ている事を示している。

同じ電気石の露出している部分であっても全くこのよう
な電着をしていないところもある。陽イオンである銅イ
オンと同じ電荷を持つアノードに相当する部分である。

実験２ この砕石を９００℃、９５０℃、１０００℃、１０５０
℃の温度で一時間保持して除冷した。この４種類の試料
を用いて金肥の１と同じ結果を示すが、１０００℃、１
０５０℃の試料を浸漬した硫酸銅溶液の色には全く変化
が生しなかった。キュリー温度に相当する温度は９５０
〜１０００℃の間にあると考えられる。このキュリー温
度の存在を示す実験はその後の他の実験法や、いくつか
の種類の金属（ｆＪ４、銀、ニッケル等）の電着、また
その電着量の化学分析による測定を行なったがその結果
は全て電気石結晶が永久電極を有している事、またキュ
リー温度に相当する温度の存在を示している。

電気石は焦電性を示す点は強誘電体と似ているが、分域
（Ｄｏｍａｉｎ）構造を示さない点で強誘電体と異なる
。また、文献にも永久電極を有するものは強誘電体の中
には見つかっていないと記載されている。電気石結晶結
合は主としてイオン結合であるが一部に共有結合が混在
している。

電気石の産地はブラジル、ソ連、アメリカを始め十数ケ
国と広汎に亘っているが、全て宝石の原石として使用さ
れる。我国では北海道から九州と広く産出されるが、そ
のほとんどが太平洋岸の近くであり、中央山岳地帯や、
日本海沿岸からは産出されない。

電気石のほとんどは今から一万年以上前、人類の歴史で
は新人（クロマニョン人）の頃、富士山でいえば古冨士
の後に現在の富士山が噴火でてきる頃までの時期につく
られたものである。

我が国では今次大戦中、この電気石を硼酸！！造の原料
にする研究が当時の国策として行なわれた。

その後は一部のアマチュア鉱物研究者の採集対象になっ
ているだけである。電気石が永久電極を持つ珍しい存在
であるにもかかわらず、今日まで宝石以外の利用につい
て研究されなかった事の方がむしろ不思議である。

電気石の結晶は地殻におけるマグマの活動のもとでの高
温、高圧下の火成岩の変成作用によって生まれたもので
ある。

電気石の持つ永久電極の応用については色々な事が考え
られるが、まず水の中で電気石の永久電極がとの様な作
用を生じるかという事を検討するために次に述べるよう
な電気石を含む粒状物を作成した。

■　電気石を一定以上含有する電気石母岩を選別、粉砕
、微粉（数ミクロン）とする。

■　絶縁性の高い良質のセラミック微粉と上記の■に記
載の粉末を混合、造粒、焼結して直径３．０〜３．２ミ
リ程度のセラミック球吠体をつくる。

■　この粒状物は、水の中でお互いに擦り合う「友すり
」法によって粒状物の表面をできるだけ平滑にし、また
電気石が表面に露出するようにする。

この様にしつくられた粒状物をステンレス製のパイプ状
のものに充狡する。

充狡された粒状物の層の高さは１０〜２０Ｃ！１１程度
である。充填層の上下はステンレスの網で仕切られ、粒
状物が洩れ出ないようになっている。この仕切られた空
部の容積は粒状物容積の約　１．２倍程度である。これ
を流動層と呼ぶことにする。

第１図のような簡単な構造の器具１を作り、その上下に
水のみが流通する細孔１ａ、ｌｂを設け、このような流
動層に水の上昇流を通す。この器具ｌを通る水と電気石
粒状物２０表面の電気石電極の間の電極反応によって生
まれる現象に期待した。

電気石粒状物２の表面の電気石微結晶２ａはお互いに接
近し過ぎて、反対符号の電極同士が打ち消し合う事がな
いように電気石微結晶の間は電気絶縁性の高いセラミッ
ク２ｂで埋められている。第６図にそれを示した。なお
かつ、その表面の電気石電極は出来るだけ多い事が望ま
れる。適当と思われる電気石の含有量は、その粒状物全
体量の６〜ｌＯ％程度である。

電気石が永久電極を失う温度、すなわち電極の電荷がゼ
ロになる温度（キュウリ−温度）は、鉄電気石の場合上
述のようにおよそ９５０〜１０００℃である事が確かめ
られたが、軟化温度が高いシリカやアルミナなどに埋め
られた状態の粒状体のキュリー温度は１００〜２００℃
上昇し、１１００℃で焼結しても永久電極は消滅しない
。この現象は、電気石の永久電極の成因と関連して非常
に興味ある問題である。

つぎに、この流動層を通る水と電気石の微少電極との間
の反応について述べる。水の分子は）＋２０として表わ
されているが、実際の水の状態は非常に複雑であり、ま
さに流動的である。水分子を構成する水素と酸素の原子
間の結合や、水分子同士のつながり方や集まり具合はい
ずれも動的であフて一瞬といえとも一定の静的な状態に
ない。さらに、水分子が一つの双極子であるために、水
分子同士の間には相互作用が生じ、それだけでなく、水
の中に溶は込んでいる色々なイオンとの間にも種々の相
互作用が生じ、水分子もそれらのイオンもまた、付いた
り離れたりしている。水分子の二つのＨと一つのＯの原
子の間は同じ結合力で結び付いている状態が正常である
が、たまにはその状況によって一つのＨと０が強く結び
付いているのにもう一つのＨとの結合がゆるくなってい
る瞬間もある。この時はＨ２ＯはＨ３イオンと０１トイ
オンに分かれている。

この様子は第３図に示すが、水の分子を構成するＨとＯ
ｌまた時々はＯＨは丁度ディスコダンスをしているカッ
プルの様にダイナミックな流動的な結合をしているのに
似ている。

その結果、水は一つの巨大分子であるかの様な振る舞い
をしているともいえる。この状態を一つの静的にモデル
や式で表現する事は出来ないが、一つの静止した瞬間の
姿を考える事はできる。この水の状態を統計的にみると
水は一つの分子は電場が加わってない時でも Ｈ，Ｏｍ　　Ｐ＋　ＯＨ− で表わせる平衡状態にあるといえる。この平衡式を言葉
でいえば、「水は微弱な解離をしている」となる。

水の中に電気石の電極がある場合、■“イオンとＯＨ−
イオンは各々のイオンの反対符号の電極面に向かって移
動し、電極の間には′ｒＩｉ流が流れる事にな名。二の
ｔｆＲは電極間の電圧に比例する。この電圧がいわゆる
水の電解圧以下である場合は第３図のＤより左の部分に
当たり、カソード面での水素ガスの発生はあってもアノ
ード面においては酸素ガス発生は生じない０粒状物表面
の微小な電気石電極間の電圧を測定する事は出来ないが
、実験的には水の分解圧以下のものである。仮に電解圧
以下であるならば、電気石電極は腐蝕されその腐蝕が進
行して実用上使用できない。

水素イオンＨ１は水分子と結合してＨ３０′″（ヒドロ
ニウムイオン）になっている（第３図）。この時の三つ
のプロトンは同じ結合力で酸素の原子と結び付いている
がその動きは極めて動的である。

この場合水素イオン、つまりヒドロニウムイオンの移動
はイオン物質の移動としててはなく、電荷の移動がヒド
ロニウムイオンから隣の水分子へとＨ＋だけを受は渡さ
れ、結果としてヒドロニウムイオンが移動した事になる
。この時電気電導にあずかる電荷は局在しているいわゆ
る「ホッピングモデルによるプロトン電導」を示してい
る（第４図参照）。

ＯＨ−イオン（ヒドロキシルイオン）の移動も、Ｈ３Ｏ
−２のうちの０■−がＨｏの場合と同じようにホッピン
グモデルによフて電荷を持ったＯＨ−だけをバトンタッ
チ式に移してゆ＜、Ｈ″″″イオン動速度はＯＨ−イオ
ンの移動速度に比べて１．８倍位速い、１ビおよびＯｆ
＋−イオン以外の電解質イオンは、いずれもＨ０イオン
に比べると１１５〜Ｉ／　１０位の移動速度である。

この様にＯＨ−イオンの移動速度がＨゝイオンの移動速
度に比べて１／２近くも遅いという理由と、Ｈ０イオン
は電極面で比較的容易に放電、析出してＨ２になり、ガ
スとして水から失われていくが、−力水の電解圧以下で
はＯＨ−イオンは電極面での放電を位が大きく、そのま
ま吸着又は水の中に拡散される。

この二つの理由によってＯＨ’″イオンはＨ０イオンか
ら遊離して水の中でリッチな状態になる。この０１１−
イオンのおかれた状態はエネルギーの上からも不安定で
あり活性化した状態にある。

界面活性とは、ある物質が液体に溶ける時、界面エネル
ギーを減少する現象をいう、界面活性を示すためにはそ
の物質は分子内に疎水基の部分と親水基の部分が共存し
ている事が必要である。そして、これらの基はある範囲
内でバランスが保たれていなければならない。そして、
このような界面活性は可溶化、乳化といった具体的な作
用を実際に試験する事により判定出来るものである。

電気石粒状物の流動層を通過した水に生まれている遊離
したヒドロキシルイオン（＋１３０２−）の示す界面活
性作用について考えてみる。ヒドロキシルイオンの構成
は単純で水の分子Ｈ２０とＯＨ−の結合したものである
。

親水基の部分に相当するのはト０−Ｈの部分であり、残
りのＨ−０の部分、特にＨ−の部分が疎水基の役目をす
る。

現在のところヒドロキシルイオンが第５図のような小さ
な陰イオン界面活性物質の形を作っているというモデル
を考えている。　ＣＤｌ−の負の電荷は移動してｌｔ−
０−）１の０のところ（図中、負電荷とあるところ）に
移る。その結果Ｈ−０と水の二つの■−どの間の結び付
きは強くなっている。

対称のイオンであるＨゝイオンを失ったこのヒドロキシ
ルイオンは、エネルギー的に不安定な状態であり界面活
性エネルギー等を消費しようとする活性化状態になって
いると考えられる。このモデル。の妥当性については今
後検討を加えてゆかなければならないと考えている。

この水の界面活性作用、特に乳化作用について述べる。

水の量の５％程度のへ重油を混合してよく攪拌する。暫
く経つと重油の大部分は水の表面に分離、浮上するが一
部の重油はエマルジョンとなって水中に安定した分散相
を作る。一方流動層を通さない水ではこのような安定し
たエマルジョンをつくらず重油と水は容易に分離をする
。この安定したエマルジョン溶液に水を一滴加える時、
この水滴はエマルジョン液全体に拡散して均一層をつく
る。

この事はこの乳化作用は０／讐型てあり、−１０型でな
いということを示している。

この０／讐型乳化物（水の中に油が乳化する）をつくる
に適当な界面活性剤の）１．Ｌ、Ｂ、価（）ｌｙｄｒｏ
ｐｈｉｌｅ−Ｌｉｐｏｐｈｉｌｅ　　Ｂａ１ａｎｃｅ）
は各種の乳化剤を比較して実験的に決められるものであ
り、用途に適した乳化剤の選択の他にその乳化剤の働き
を知るために用いられている。

１１、Ｌ、Ｂ、価と用途の関係を第７図に、また溶解性
との間係を最後のページの表に示す。この表から見ると
、この水の乳化は安定なミルク状であるので）１．Ｌ、
Ｂ、ｉは８〜ｌＯと推定される。

一方、この１１．Ｌ、８．価を計算する方法が幾つか提
案されている。その中の川上法とアトラス法を用いてヒ
ドロキシルイオン水のＨ，Ｌ、Ｂ、価を試算してみる。

■　川上法 ）１．Ｌ、Ｂ、価＝７÷４．０２　ｌｏｇ　Ｍｗ／Ｍｏ
、　Ｍｗ、Ｍｏは親水基、疎水基の分子量Ｍｕ　＝　１
８、Ｍｏ　＝　１７である。したがって、Ｈ，Ｌ、Ｂ、
価〜７．５である。

■　アトラス法 川上法とアトラス法には換算グラフが有るのでそれを用
いると、１１．Ｌ、Ｂ、価＝ＩＯとなる。この二つの計
算によればおよそ７．５〜１０の１１．Ｌ、Ｂ、価と推
定できる。この価は乳化実験から推定された８〜１０と
良く合っている。

またＯ／−型の乳化作用を示す物質は油汚れと固形粒子
が混合して出来ている通常の「汚れ成分」から油成分を
水の中に乳化、分散して残った固形粒子の基材に対する
付着性を無くす力を有する事を意味し、いわゆる洗浄作
用の存在を示し、Ｔ１１気石粒状物流動層を通った水が
実際に油汚れ等の洗浄に役立つ事を裏付けている。この
水の界面活性はおよそ三日間で急速に減少して消滅する
。この事は乳化実験で簡単に知ることが出来る。この三
日間という時間の制限は実用上は殆ど支障が生じない。

電気石粒状物の流動層を通った水が化学薬剤を全く用い
ずに界面活性を示すことは非常に大きな実用上の可能性
を提起している。

また、この界面活性作用の他にも次の様な作用がある。

■　酸性、アルカリ性を問わず水のＰ）ｌ値を中性に向
かって移動させる。

■　水の溶存酸素を増加させる。

■　水に溶解している溶存塩素の加水分解を促進してＣ
Ｉ２をＨＯＣＩ、０ＣＬ−等に変え塩素の刺激、味、臭
いを著しく緩和する。

■　弱い酸化、還元作用を示す。

■　凝集効果を示す活性シリカなどのポリマーをつくる
。これは、電気石粒状物を構成するアルミナ、シリカ、
酸化鉄等のイオン化と電極反応によるポリマー架橋作用
によると考えられる。）これらの作用がお互いに相乗し
て大きな効果を発揮する。

この電気石粒状物を用いた界面浄化装置および方法が実
用化される用途の主なものを以下に挙げてみる。

■　ビルの給配水管の赤水及びスケール、スライムの除
去、防止。

■　住宅の給水の元管に取り付ける事による、台所、浴
室、洗濯、その他の水まわりにおける各種効果の利用。

■　公衆浴場、その他の浴場の給水源における設置。

■　プール用水等の循環配管への配置。

■　食品の調理、加工、洗浄用水としての利用。

試みられようとしている分野は多種、広範に亘る。それ
だけ水というものは我々人間にとってはほとんどの分野
において関わりのある重要なものである。

しかして、その別な実施例としては、電気石の微粉をセ
ラミックで電気的に絶縁し、さらにその耐摩耗度を強化
したものもよい。さらには、電気石粒状物の集合体に誘
電率の異なる電気絶縁性セラミック粒の集合体が混合し
たものでもよい。

［発明の効果］ 本発明にかかる電気石を用いた界面浄化装置と方法およ
び電気石粒状物は、以上のごとき構成になしたゆえに、
化学薬剤はもちろんのこと、外部から１％エネルギーを
あたえることなく界面活性を持つ水を作ることができた
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる電気石を用いた界面浄化装置
の一実施例の側面図を示したものである。 第２図は、その結晶の１つの正面図を示したものである
。 第３図は、水の電気分解を示した説明図である。 第４図は、水溶液中でのプロトンの移動機構を示した説
明図である。 第５図は、界面活性物質としてのヒドロキシルイオンの
一実施例のモデル図を示したものである。 第６図は、電気石粒状物の一実施例の側面図を示したも
のである。 第７図は、Ｈ，Ｌ、Ｂ、価と用途の関係を示した比較図
である。 表 １・・・器具　　　　　　１ａ、ｌｂ・・・細孔２・・
・電気石粒状物　　２ａ・・・電気石微結晶２ｂ・・・
セラミック

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電気石を主成分とした粒状物の集合体、該粒状物の
   集合体を入れる容器であって上記の電気石を主成分とし
   た粒状物は流通させない水の流通孔を有したもの、上記
   の電気石を主成分とした粒状物の集合体を流動させる流
   動手段、より構成されることを特徴とした電気石を用い
   た界面浄化装置。 上記の電気石を主成分とした粒状物の集合体は、電気石
   （電気石の母岩を含んだ電気石をも含む。以下同じ）の
   微粉間を電気的絶縁物で電気絶縁し、固化した粒状物の
   集合体である。 ２、電気石と電気的絶縁物と機械的強度強化用セラミッ
   クの粉を混合して造粒焼結した粒状物の集合体、該粒状
   物の集合体を入れる容器であって上記の粒状物は流通さ
   せない水の流通孔を有したもの、上記の電気石を主成分
   とした粒状物の集合体を流動させる流動手段、より構成
   されることを特徴とした電気石を用いた界面浄化装置。 ３、電気石を主成分とした粒状物の集合体を水の中で流
   動させることによりその粒状物の集合体の各粒を相互に
   接触衝突させ、電気石を主成分とした粒状物の集合体の
   表面の付着物を剥離させ、そして電解質等の電荷を中和
   して水から析出分離させ、つぎに流動・摩擦によりこの
   析出物を電気石の表面から剥離分離する。以上のことを
   繰り返させることを特徴とした電気石を用いた界面浄化
   方法。 上記の電気石を主成分とした粒状物の集合体は、電気石
   の微粉間を電気的絶縁物で電気絶縁し、固化した粒状物
   の集合体である。 ４、電気石を主成分とした粒状物および誘電率の異なる
   セラミック粒の集合体、該電気石を主成分とした粒状物
   および誘電率の異なるセラミック粒の集合体を入れる容
   器であって上記の電気石を主成分とした粒状物およびセ
   ラミック粒は流通させない水の流通孔を有したもの、上
   記の電気石を主成分とした粒状物の集合体を流動させる
   流動手段、より構成されることを特徴とした電気石を用
   いた界面浄化装置。 上記の電気石を主成分とした粒状物の集合体は、電気石
   の微粉間を電気的絶縁物で電気絶縁し、固化した粒状物
   の集合体である。 ５、電気石と電気的絶縁物と機械的強度強化用セラミッ
   クおよび誘電率の異なるセラミックの粉を混合して造粒
   焼結した粒状物の集合体、該粒状物の集合体を入れる容
   器であって上記の粒状物は流通させない水の流通孔を有
   したもの、上記の電気石を主成分とした粒状物の集合体
   を流動させる流動手段、より構成されることを特徴とし
   た電気石を用いた界面浄化装置。 上記の電気石を主成分とした粒状物の集合体は、電気石
   の微粉間を電気的絶縁物で電気絶縁し、固化した粒状物
   の集合体である。 ６、電気石を主成分とした粒状物および誘電率の異なる
   セラミック粒の集合体を水の中で流動させることにより
   その電気石を主成分とした粒状物および誘電率の異なる
   セラミック粒の集合体の各粒を相互に接触衝突させ、電
   気石を主成分とした粒状物の集合体の表面の付着物を剥
   離させ、そして電解質等の電荷を中和して水から析出分
   離させ、つぎに流動・摩擦によりこの析出物を電気石の
   表面から剥離・分離する。 以上のことを繰り返させることを特徴とした電気石を用
   いた界面浄化方法。 上記の電気石を主成分とした粒状物の集合体は、電気石
   の微粉間を電気的絶縁物で電気絶縁し固化した粒状物の
   集合体である。 ７、電気石を含有する電気石母岩から選別されそれが粉
   砕されそして微粉化された電気石の微粉、該電気石の微
   粉間を電気絶縁し固化する電気的絶縁物、より構成され
   ることを特徴とした電気石粒状物。