JPH08217421A - 過酸化水素水製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】容易に過酸化水素水が得られる過酸化水素水製
造装置を提供する。 【構成】酸化アルミニウム及びチタン酸バリウムが分散
されたセラミックス成形体７が充填された反応容器２
と、反応容器２に酸素が溶存している原水を供給する原
水供給口３と、該原水を原水供給口３から反応容器２内
に圧入することにより加圧状態とする加圧手段５と、反
応容器２内で生成した過酸化水素水を取り出す過酸化水
素水取出口４とからなる。セラミックス成形体７は、炭
酸バリウム、酸化チタン及び酸化アルミニウムからなる
混合物が粘土をバインダーとして１０００〜１３００℃
の範囲の温度で焼成されたものである。セラミックス成
形体７は、長石でコーティングされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、過酸化水素水製造
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】過酸化水素（Ｈ₂ Ｏ₂ ）は、容易に分解
して水になるが、その際に発生期酸素〔Ｏ〕を発生する
ことから、該発生期酸素の強力な酸化力を利用して、そ
の水溶液（過酸化水素水）を消毒薬や漂白剤として使用
することが知られている。

【０００３】従来、過酸化水素水は、次のようにして製
造されている。まず、硫酸あるいは硫酸アンモニウムの
硫酸溶液を、プラチナを電極として高電流密度で電解し
てペルオキソ二流酸溶液とし、該ペルオキソ二流酸溶液
を加水分解して、過酸化水素を生成させる。次に、この
過酸化水素を、高温、低圧で蒸留することにより、過酸
化水素の希水溶液を分離する。そして、該希水溶液を真
空蒸留で濃縮することにより２８〜３５重量％の過酸化
水素水とする。

【０００４】しかしながら、前記のようにするときに
は、過酸化水素水を得るために複雑な装置と煩雑な操作
とが必要であるとの不都合がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる不都
合を解消して、容易に過酸化水素水を得ることができる
過酸化水素水製造装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の過酸化水素水製造装置は、酸化アルミニ
ウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）及びチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ
₃ ）が分散されたセラミックス成形体が充填された反応
容器と、該反応容器に酸素が溶存している原水を供給す
る原水供給口と、該原水を該原水供給口から該反応容器
内に供給し該反応容器内で加圧状態にする加圧手段と、
該原水が該反応容器内で前記セラミックス成形体と接触
して生成した過酸化水素水を取り出す過酸化水素水取出
口とからなることを特徴とする。

【０００７】本発明の過酸化水素水製造装置によれば、
まず、酸素が溶存している原水が前記加圧手段により前
記原水供給口を介して前記反応容器内に供給され、該反
応容器内で加圧状態にされる。前記原水は、酸素が溶存
している水であることが必要であるが、通常の水は大気
圧下で６〜８ｐｐｍ程度の溶存酸素を含んでいる。従っ
て、前記原水としては、特に溶存酸素を除去する処理を
施さない限り、水道水、井戸水、池水等のどのような水
でも用いることができる。

【０００８】次いで、前記原水は、前記反応容器内で加
圧下に前記酸化アルミニウム及びチタン酸バリウムが分
散されたセラミックス成形体と接触する。前記チタン酸
バリウム系セラミックスは加圧力を電子エネルギーに変
換する圧電体セラミックスであるので、前記のような加
圧下では、電子を放出する。そして、該電子が前記原水
及び該原水に含まれる酸素に作用することにより、過酸
化水素が生成する。生成した過酸化水素は、前記原水に
溶解して希薄な過酸化水素水となり、前記過酸化水素水
取出口から取り出される。

【０００９】従って、本発明の過酸化水素水製造装置に
よれば、酸化アルミニウム及びチタン酸バリウムが分散
されたセラミックス成形体が充填された反応容器に原水
を圧入し、加圧下に前記セラミックス成形体に接触させ
るだけで、容易に過酸化水素水を製造することができ
る。

【００１０】本発明の過酸化水素水製造装置では、前記
セラミックス成形体は、炭酸バリウム（ＢａＣＯ₃ ）、
酸化チタン（ＴｉＯ₂ ）及び酸化アルミニウムからなる
混合物が、粘土をバインダーとして１０００〜１３００
℃の範囲の温度で焼成されたものであることを特徴とす
る。前記セラミックス成形体は、前記のようにして焼成
することにより、炭酸バリウムと酸化チタンとからチタ
ン酸バリウムが生成し、酸化アルミニウム及びチタン酸
バリウムがバインダー中に均一に分散された成形体を得
ることができる。

【００１１】前記セラミックス成形体は、前記のように
粘土をバインダーとして焼成することにより、前記反応
容器に圧入された原水の衝突時に前記セラミックス成形
体が破損または磨耗しにくくすることができる。前記焼
成温度は１０００℃未満では粘土が溶融しないのでバイ
ンダーとしての効果が得られず、１３００℃を超えると
生成したチタン酸バリウムが溶融することがある。

【００１２】また、本発明の過酸化水素水製造装置で
は、前記セラミックス成形体は、長石でコーティングさ
れていることが好ましい。前記セラミックス成形体は、
前記反応容器内で長期間使用すると、水垢が付着して原
水が接触しにくくなり、過酸化水素の生成が低減する
が、長石でコーティングされていることにより、水垢の
付着を防止して、長期間に亘って電子供与体としての作
用を維持することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、添付の図面を参照しながら
本発明の実施の一形態についてさらに詳しく説明する。
図１は本発明の過酸化水素水製造装置の一構成例を示す
説明的断面図である。

【００１４】本発明の過酸化水素水製造装置は、図１示
のように、給水用配管１ａ，１ｂの途中に設けられるも
のであって、反応容器２がその一方の端部に設けられた
原水供給口３を介して配管１ａに、他方の端部に設けら
れた直径２５ｍｍの過酸化水素水取出口４を介して配管
１ｂに、接続されている。また、原水供給口３の上流の
配管１ａには、反応容器２に原水を圧入するためのポン
プ５が設けられている。

【００１５】前記配管１ａ，１ｂは、共に直径が２５ｍ
ｍのビニールホースであり、反応容器２はＳＵＳ３０４
材からなり直径５０ｍｍ、長さ７２０ｍｍの円筒形状を
備えている。反応容器２の原水供給口３及び過酸化水素
水取出口４との境には多孔板６，６が設けられており、
反応容器２内には直径１３ｍｍの球状のセラミックス成
形体７が５００個充填されている。

【００１６】前記セラミックス成形体７は、炭酸バリウ
ム、酸化チタン、酸化アルミニウム及びゲルマニウム
（Ｇｅ）化合物を混合した主材１に対して、粘土２の割
合で混合し、球状に成形したのち、大気中で１２００℃
で焼成して得られる。

【００１７】前記主材は、前記焼成後のセラミックス成
形体７中における各化合物の割合が、チタン酸バリウム
７８重量％、酸化アルミニウム２０重量％、ゲルマニウ
ム組成物２重量％となるように、前記各化合物を混合す
る。このとき、炭酸バリウムと酸化チタンとは、チタン
酸バリウムを効率よく生成させるために、１：１のモル
比で混合される。また、前記粘土は、前記焼成後のセラ
ミックス成形体７中における酸化物の割合が、二酸化珪
素（ＳｉＯ₂ ）９０重量％、酸化第二鉄（Ｆｅ ₂ Ｏ₃ ）
０．５重量％、酸化ナトリウム（Ｎａ₂ Ｏ）０．５重量
％、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）１重量％、酸化カルシ
ウム（ＣａＯ）１重量％、酸化カリウム（Ｋ₂ Ｏ）７重
量％となるものが用いられる。

【００１８】前記焼成の後、得られたセラミックス成形
体７の表面に、スラリー状にした長石を塗布してさらに
焼成し、該セラミックス成形体７に対して１．５〜２．
０重量％の長石をコーティングした。

【００１９】次に、配管１ａから原水として溶存酸素量
７．６２ｐｐｍの水道水を供給した。この水道水はｐＨ
７．０５であった。

【００２０】前記水道水は、原水はポンプ５により１．
５気圧に加圧され、５リットル／分の流速で原水供給口
３を介して反応容器２に圧入される。前記のようにする
ことにより、反応容器２内の圧力が２．５〜５．５気圧
程度となり、前記水道水はこのように加圧された反応容
器２内で、セラミックス成形体７に接触したのち、過酸
化水素水取出口４から取り出され、配管１ｂに流入す
る。

【００２１】尚、原水供給口３と反応容器２との境に
は、前記のように多孔板６が設けられているので、前記
原水は多孔板６に設けられた小孔を通過することによ
り、前記ポンプ５の作用に加えてさらに付勢されてセラ
ミックス成形体７に衝突する。また、過酸化水素水取出
口４から取り出された水は、圧力が１．２気圧に減圧さ
れている。

【００２２】過酸化水素の生成機構の詳細は不明である
が、前記過酸化水素水取出口４から取り出された水は、
ｐＨ７．２２であり、前記原水に比較してｐＨが上昇し
ていることから、次に説明する機構により過酸化水素が
生成しているものと推定される。

【００２３】まず、前記のように反応容器２に圧入され
た原水は、反応容器２の入口付近でセラミックス成形体
７に衝突し、その運動エネルギーが熱エネルギーに転換
される。この結果、前記原水の一部が下記式（１）のよ
うにイオンに解離して水素イオン（Ｈ⁺ ）及び水酸イオ
ン（ＯＨ^- ）が生成する。

【００２４】 Ｈ₂ Ｏ → Ｈ⁺ ＋ ＯＨ^- … （１） 通常の水は、僅かにイオン解離して水素イオン及び水酸
イオンを含んでいる。しかし、前記原水は前記のように
衝突の際の運動エネルギーが熱エネルギーに転換され
て、さらにイオン解離するので、前記通常の水よりも水
素イオン及び水酸イオンの濃度が高くなっている。

【００２５】次に、前記圧入された原水は、反応容器２
内に充填されているセラミックス成形体７に接触する。
前記セラミックス成形体７は、酸化アルミニウム及びチ
タン酸バリウムがバインダー中に均一に分散されてなる
チタン酸バリウム系セラミックスであり、該チタン酸バ
リウム系セラミックスは圧電体セラミックスであるの
で、加圧や衝突などの力が加えられると電子を放出し、
相手に電子を供与する作用を有する。そこで、前記原水
に溶存している酸素分子（Ｏ₂ ）の一部に電子を供与
し、この結果下記式（２）のように、前記電子が供与さ
れた酸素分子から、分子状酸素のアニオン（Ｏ₂ ^- ）が
生成する。

【００２６】 Ｏ₂ ＋ｅ^- → Ｏ₂ ^- … （２） 前記セラミックス成形体７は、チタン酸バリウム及び酸
化アルミニウムと共に、ゲルマニウム化合物を含んでい
ることにより、電子供与作用が増大すると考えられる。
これは、ゲルマニウム化合物から放射される遠赤外線に
より、原水中の水分子のクラスターが細分化されること
に関係するものと考えられる。

【００２７】前記分子状酸素のアニオン（Ｏ₂ ^- ）は、
高い反応性を有する活性酸素の１種であるので、前記原
水中で通常の水よりも濃度の高くなっている水素イオン
（Ｈ ⁺ ）と反応し、下記式（３）のように過酸化水素及
び酸素が生成する。

【００２８】 ２Ｈ⁺ ＋ ２Ｏ₂ ^- → Ｈ₂ Ｏ₂ ＋ Ｏ₂ … （３） 前記ｐＨの上昇は、前記式（１）〜（３）のように、水
がイオン解離して発生した水素イオン（Ｈ⁺ ）が、原水
中の溶存酸素がセラミックス成形体７から電子を供与さ
れて発生した分子状酸素のアニオン（Ｏ₂ ^- ）と反応し
て過酸化水素（Ｈ₂ Ｏ₂ ）を生成するために、前記原水
中の水素イオン（Ｈ⁺ ）が消費され、相対的に水酸イオ
ン（ＯＨ^- ）の濃度が高くなるためと考えられる。この
ように考えると、前記ｐＨの差に相当する濃度の水素イ
オンに対して１：０．５のモル比でＨ₂ Ｏ₂ が生成して
いることになる。

【００２９】ｐＨは、水素イオン濃度〔Ｈ⁺ 〕に対して
下記式（４）で表わされるので、 ｐＨ ＝ −ｌｏｇ〔Ｈ⁺ 〕 …（４） ｐＨｎの水中の水素イオン濃度〔Ｈ⁺ 〕は、下記式
（５）で表わされる。

【００３０】〔Ｈ⁺ 〕 ＝ １０^-n …（５） 式（５）と前記ｐＨ値から、原水供給口３に供給される
原水中の水素イオン濃度〔Ｈ⁺ 〕は０．８９１μＭ、過
酸化水素水取出口４から取り出された水中の水素イオン
濃度〔Ｈ⁺ 〕は０．６０２μＭとなる。従って、本実施
例では前記反応容器２内で、０．２８９μＭの水素イオ
ンが消費されたことになり、過酸化水素水取出口４から
取り出された水は０．１５μＭの濃度で過酸化水素が含
有されている過酸化水素水となっている。尚、前記「μ
Ｍ」は、マイクロモル／リットルを示す。

【００３１】尚、前記実施態様では、反応容器２内に供
給された原水を反応容器２内で加圧状態にするために、
前記原水をポンプ５により反応容器２内に圧入するよう
にしているが、他の手段を用いて加圧状態にするように
してもよい。

【００３２】前記過酸化水素水に含まれるＨ₂ Ｏ₂ は不
安定で、短時間の内に分解して下記式（６）のように、
水と発生期酸素〔Ｏ〕とになる。

【００３３】 Ｈ₂ Ｏ₂ → Ｈ₂ Ｏ ＋ 〔Ｏ〕 … （６） しかし、本実施形態では過酸化水素水取出口４は配管１
ｂに接続されているので、過酸化水素水取出口４から取
り出された前記過酸化水素水はそのまま配管１ｂに流入
し、配管１ｂにより給水された場所で分解して発生期酸
素〔Ｏ〕を生成することができる。従って、前記過酸化
水素は前記のように生成後短時間で分解するとしても、
野菜の殺菌、湖沼の水の浄化等に有効である。

【００３４】本発明者は、過酸化酸素水による湖沼の水
の浄化は、下記の反応によるものと考えている。

【００３５】湖沼の水には汚染源として、窒素、硫黄、
リン等が有機化合物の形で水中に溶解しており、窒素の
場合には、さらに前記化合物の形態から、アンモニア性
窒素、硝酸態窒素、亜硝酸態窒素に分けられる。前記有
機化合物は過酸化酸素と酸化還元反応を行うが、有機化
合物の酸化還元反応は複雑であるので、ここでは簡単の
ために、アンモニア性窒素、硝酸態窒素、亜硝酸態窒素
をそれぞれ、ＮＨ₃ 、ＨＮＯ₃ 、ＨＮＯ₂ で示すととも
に、硫黄化合物はＨ₂ Ｓ、リン化合物はＰで表し、さら
に最終的な反応のみを示す。

【００３６】まず、アンモニア性窒素の場合には、過酸
化水素により酸化され、下記式（７）に示すように分子
状窒素及び水になる。

【００３７】 ２ＮＨ₃ ＋３Ｈ₂ Ｏ₂ → Ｎ₂ ↑＋６Ｈ₂ Ｏ … （７） 次に、硝酸態窒素、亜硝酸態窒素の場合には、硝酸及び
亜硝酸が非常に強い酸であるために、過酸化水素が還元
剤として作用し、下記式（８），（９）に示すように、
分子状窒素、水及び酸素になる。

【００３８】 ２ＨＮＯ₃ ＋３Ｈ₂ Ｏ₂ → Ｎ₂ ↑＋４Ｈ₂ Ｏ＋４Ｏ₂ … （８） ２ＨＮＯ₂ ＋ Ｈ₂ Ｏ₂ → Ｎ₂ ↑＋２Ｈ₂ Ｏ＋２Ｏ₂ … （９） 尚、式（７）〜（９）において、分子状窒素は気体であ
るので、空気中に放出され、水中の窒素が低減される。

【００３９】次に、硫黄化合物の場合には、過酸化水素
により還元され、下記式（１０）に示すように、単原子
分子の硫黄及び水になる。単原子分子の硫黄は気体であ
るので、空気中に放出され、水中の硫黄化合物が低減さ
れる。

【００４０】 Ｈ₂ Ｓ ＋ Ｈ₂ Ｏ₂ → Ｓ↑ ＋ ２Ｈ₂ Ｏ … （１０） 次に、リン化合物の場合には、過酸化水素により還元さ
れ、下記式（１１）に示すように、リン化水素及び水に
なる。リン化水素は通常の条件下では液体であるが、空
気中で自然発火することにより空気中に放出されるの
で、水中のリン化合物が低減される。

【００４１】 ２Ｐ ＋ ４Ｈ₂ Ｏ₂ → Ｐ₂ Ｈ₄ ↑ ＋ ２Ｈ₂ Ｏ … （１１）

【００４２】

【実施例】次に、実施例として、前記過酸化水素水取出
口４から取り出された水を漬物用白菜の洗浄に使用する
例を示す。漬物用白菜は、まず原菜を流水洗浄して下漬
けを２日間行う。次に、前記下漬けが完了した白菜を流
水洗浄したのち、さらに中漬けを３日間行う。そして、
前記中漬けが完了した白菜を流水洗浄したのち、通常、
３日後に再び流水洗浄して出荷する。

【００４３】本使用例では、前記流水洗浄に前記過酸化
水素水取出口４から取り出された水を使用してそれぞれ
１０分間行ったときに、各洗浄後の一般生菌、大腸菌
群、乳酸菌の数を測定し、原菜の各菌または菌群数と比
較した。結果を下記表１に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】表１中、ｎ^m ×１０^x との記載は、所定数
のサンプルを検査したときに、各サンプルの平均コロニ
ー数が、ｎ．ｍ個であり（ｎは１の位の数を示し、ｍは
小数第１位の数を示す）、菌体の平均数が１０^x である
ことを示す。

【００４６】表１から、前記過酸化水素水取出口４から
取り出された水によれば、大腸菌群は流水洗浄毎に確実
に減少しており、優れた殺菌効果が得られることが明ら
かであり、過酸化水素の生成が推定される。また、一般
生菌、乳酸菌は中漬けにより一旦増加するが、これは漬
物に旨味を付けるために好都合であり、出荷時の流水洗
浄により再び減少するので、実用上、特に問題はない。

【００４７】尚、本実施例の過酸化水素水製造装置で
は、セラミックス成形体７が長石でコーティングされて
いるので、前記条件で４年間連続運転しても、過酸化水
素製造能力の減退は認められなかった。

【００４８】また、本実施例の過酸化水素水製造装置
は、複数の装置を直列に連結して使用してもよく、この
ようにすることにより生成する過酸化水素の濃度を増大
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる過酸化水素水製造装置の一例を
示す説明的断面図。

【符号の説明】

２…反応容器、 ３…原水供給口、 ４…原水圧入手
段、 ５…過酸化水素水取出口、 ７…セラミックス成
形体。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】酸化アルミニウム及びチタン酸バリウムが
   分散されたセラミックス成形体が充填された反応容器
   と、 該反応容器に酸素が溶存している原水を供給する原水供
   給口と、 該原水を該原水供給口から該反応容器内に供給し該反応
   容器内で加圧状態にする加圧手段と、 該原水が該反応容器内で前記セラミックス成形体と接触
   して生成した過酸化水素水を取り出す過酸化水素水取出
   口とからなることを特徴とする過酸化水素水製造装置。
2. 【請求項２】前記セラミックス成形体は、炭酸バリウ
   ム、酸化チタン及び酸化アルミニウムからなる混合物が
   粘土をバインダーとして１０００〜１３００℃の範囲の
   温度で焼成されたものであることを特徴とする請求項１
   記載の過酸化水素水製造装置。
3. 【請求項３】前記セラミックス成形体が、長石でコーテ
   ィングされていることを特徴とする請求項１または請求
   項２のいずれか１項記載の過酸化水素水製造装置。