JPH09175801A - 活性酸素発生剤およびそれを用いた活性酸素発生方法 - Google Patents

活性酸素発生剤およびそれを用いた活性酸素発生方法

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JPH09175801A
JPH09175801A JP7338347A JP33834795A JPH09175801A JP H09175801 A JPH09175801 A JP H09175801A JP 7338347 A JP7338347 A JP 7338347A JP 33834795 A JP33834795 A JP 33834795A JP H09175801 A JPH09175801 A JP H09175801A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】、ポリアニリンを含有する活性酸素発生剤を用
いることにより、特殊な装置を必要とせず、環境汚染の
発生を防止しつつ、容易に活性酸素を発生させる。 【解決手段】 アニリンを酸性水溶液に溶解し、これに
アンモニウムペルオキシジスルファート等の酸化剤を加
えて重合し、ポリアニリンを作製する。そして、これを
アルカリ物質で中和したり、還元剤で還元すると、図1
に示す、ドープ型ポリアニリン(AA),脱ドープ型ポ
リアニリン(AB),ドープ型(還元型)ポリアニリン
(BA),脱ドープ型(還元型)ポリアニリン(BB)
の4種類のポリアニリンを得ることができる。そして、
このポリアニリンを含有する活性酸素発生剤を、酸素が
溶存する水に投入し攪拌すると、上記ポリアニリンが溶
存酸素を活性化させて活性酸素が発生する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、例えば、水中等に
生息する微生物等を殺菌するのに有用な活性酸素を発生
させる活性酸素発生剤およびそれを用いた活性酸素発生
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、水中で繁殖する微生物を殺菌する
方法としては、例えば、紫外線照射法、薬剤法、電解殺
菌法(社団法人電気化学協会主催「1995年電気化学
秋季大会」講演要旨集第104頁および第105頁に記
載の本田等の方法)、水中で活性酸素を発生させる方法
が知られている。そして、このなかでも、電解装置や紫
外線照射装置等の特殊な装置が必要でなく、殺菌効果が
良い等の理由から、活性酸素を発生させる方法が注目さ
れている。
【0003】上記活性酸素を発生させる方法としては、
例えば、過酸化水素を薬剤(触媒等)を用いて分解し活
性酸素を発生させる方法(財団法人機能水研究振興財団
および社団法人日本ホームヘルス機器工業会主催「機能
水シンポジウム」1995年11月3日京都大会講演予
稿集第32頁に記載の細谷等の方法)がある。また、活
性酸素の一つであるスーパーオキシドを発生させる方法
としては、クロロフィルを水溶液に加え、これに光を当
てる方法が知られている (L. S. Jahnke and A. W. Fre
nkel, Biochemical and Research Communications, 6
6, 144-150 (1975)、 G. van Ginkel and J. K. Raiso
n, Photochemistry and Photobiology, 32, 793-798
(1980))。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の活性酸素の発生方法は、環境汚染の問題があ
り、コスト的にも不利であり、また薬剤を用いた場合そ
の実施が煩雑であるという問題がある。
【0005】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、環境汚染の問題が生じることがなく、低コスト
で容易に活性酸素を発生させることが可能な新規の活性
酸素発生剤およびそれを用いた活性酸素発生方法の提供
をその目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の活性酸素発生剤は、ポリアニリンを含有す
るという構成をとる。
【0007】すなわち、本発明者らは、ポリアニリン
が、液体中の溶存酸素を活性化させて活性酸素にするこ
とを見出だし本発明に到達したのである。本発明によれ
ば、環境汚染の問題、操作の煩雑さの問題およびコスト
的な問題等の従来の問題を解決することが可能となる。
【0008】本発明の活性酸素発生剤は、ポリアニリン
単独からなるものであってもよい。
【0009】また、本発明において、活性酸素とは、通
常の酸素に比べて著しく活性が高く化学反応を起こしや
すい酸素をいい、具体的には、一重項酸素,スーパーオ
キシドアニオンラジカル(・O2 -),ヒドロキシラジカ
ル(・OH),パーヒドロキシラジカル(・OOH)お
よび過酸化水素をいう。
【0010】本発明の活性酸素発生剤にかかるポリアニ
リンとしては、活性酸素発生の効率が良い等の理由か
ら、上記式(化1)で表されるポリアニリン〜上記式
(化4)で表されるポリアニリンの少なくとも一つであ
ることが好ましい。
【0011】そして、本発明の活性酸素発生方法は、酸
素が溶存する液体と上記本発明の活性酸素発生剤とを接
触させるという構成をとるものである。
【0012】
【発明の実施の形態】つぎに、本発明を具体的に説明す
る。
【0013】本発明で用いるポリアニリンは、酸化型、
還元型のいずれであってもよい。また、このポリアニリ
ンは、芳香環上にアルキル基等の基で置換されていても
よい。また、硫酸、塩酸等のプロトン酸やルイス酸によ
ってドープされたもの、または脱ドープされたもののい
ずれも用いることが可能である。また、ポリアニリンの
重合度にも制限はない。
【0014】このポリアニリンは、酸化剤を用いる化学
的合成法および電気化学的合成法等の従来公知の方法に
よって製造することができる。上記化学的合成法におけ
る酸化剤としては、過硫酸塩、ルイス酸等の公知の酸化
剤を用いることができる。
【0015】そして、このポリアニリンの好ましい具体
例は、先に述べた通りであるが、これを図1に基づき詳
細に説明するとつぎのとおりである。
【0016】図示のように、通常の化学的合成法では、
酸性水溶液にアニリンを溶かし、それに酸化剤を加え重
合するので、ドープ型ポリアニリン(AA)ができる。
そして、これをアルカリを用いて中和すると脱ドープ型
ポリアニリン(AB)となる。これら2つのポリアニリ
ン(AA,AB)は、後に示す還元型のものと区別する
ことから酸化型ポリアニリンと呼ばれることもある。ま
た、上記ABは、別名エメラルジンとも呼ばれ、AAは
その塩である。そして、これら酸化ポリアニリン(A
A,AB)は、電気化学的還元あるいはヒドラジンなど
の弱い還元剤で容易に還元され、同図に示すBAまたは
BBの構造となる。通常、ポリアニリン中には、酸化型
(AA,AB)のものと還元型(BA,BB)のものと
がそれぞれ約50%ずつ存在すると言われている。な
お、上記BBは、別名ロイコ−エメラルジンと呼ばれ,
BAはその塩である。還元型ポリアニリン(BAまたは
BB)は、空気中に放置すると自動的に酸化されてポリ
アニリンとなる。そして、ポリアニリンは、空気中に放
置しても変化しないが、さらに酸化すると、酸化型ポリ
アニリン(AA,AB)においてx/yの比が小さくな
ったもの、すなわち、還元型が減少し酸化型がふえたポ
リアニリンが生成し、さらに強く酸化するとペリグラニ
リン(CB)やその塩(CA)となる。なお、本発明等
は、これらCBやCAも活性酸素を発生させることを確
認している。また、図1において、繰返し単位のnは、
一般には2〜1000であり、好適には10〜500で
ある。
【0017】本発明の活性酸素発生剤において、上記ポ
リアニリンの他に、例えば、活性炭やゼオライトなどの
粉体を配合してもよい。また、その他の添加剤として、
例えば、炭素粉末や導電繊維があげられる。そして、こ
のように添加剤を使用する場合は、ポリアニリンの含有
割合は、活性酸素発生剤全体に対し、通常、1〜100
重量%であり、好適には10〜70重量%である。ま
た、本発明の活性酸素発生剤は、その形態を限定するも
のではなく、例えば、粉末状であってもペレット状であ
ってもよい。また、カーボン繊維のような導電繊維表面
に膜状にポリアニリンを付着させたものでもよい。
【0018】つぎに、本発明の活性酸素発生方法につい
て説明する。この方法は、酸素が溶存する液体と上記本
発明の活性酸素発生剤とを接触させるという方法であ
る。
【0019】本発明に用いられる液体は、通常、殺菌対
象となるものであり、一般的には水である。この水は、
酸素が溶存していれば特に制限するものではなく、例え
ば、水道水、井戸水、わき水、純水などがあげられる。
また、生理食塩水、緩衝溶液などの電解質やその他の可
溶性物質を含むものであってもよい。そして、水以外の
液体としては、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルム
アミド、アセトニトリル、ピリジン等があげられる。こ
れらの液体は、通常、空気中の酸素が溶存している。こ
の溶存割合は、通常、5〜500ppmである。
【0020】そして、上記液体と本発明の活性酸素発生
剤とを接触させる方法は、特に制限するものではない。
例えば、上記液体に、粉末状あるいはペレット状の本発
明の活性酸素発生剤を投入して攪拌する方法や、多孔質
部材に本発明の活性酸素発生剤を担持させ、これに上記
液体を通して連続的に活性酸素を発生させる方法等があ
げられる。また、この他に、導電性織物あるいはフエル
ト状部材に本発明の活性酸素発生剤を担持させ、還元電
位を印加しながら、これに上記液体を通し、連続的に活
性酸素を発生させる方法等があげられる。
【0021】そして、活性酸素をより多く発生させる手
段としては、空気や酸素含有量の多い気体を上記液体に
供給する方法や、繰り返しポリアニリンと接触させる方
法、酸化型ポリアニリンを還元しながら接触させる方法
等があげられる。また、本発明の活性酸素発生剤は、一
度使用した後、ろ過後乾燥すると、活性酸素発生機能が
復活し、繰返し使用することができ、コスト的に有利で
ある。
【0022】このようにして、上記液体中において活性
酸素を発生させることができるが、この活性酸素発生の
メカニズムについて、本発明者らは、つぎのように推察
している。
【0023】すなわち、上記液体と本発明の活性酸素発
生剤とを接触させると、上記液体中の酸素が本発明の活
性酸素発生剤中のポリアニリンから電子を一個受けと
り、スーパーオキシド(・O2 -)となる。この場合、上
記ポリアニリンは、電子を一個失い、酸化構造が増えた
構造となる。
【0024】なお、先に述べたように、活性酸素の発生
に使用した本発明の活性酸素発生剤を濾過後乾燥すると
上記活性が復活するが、この理由は不明である。しか
し、上記本発明者らが推察するメカニズムが正しいとす
ると、酸化構造の増えたポリアニリンが、なんらかの理
由でもとの構造のポリアニリンにもどることになる。ま
た、酸化構造の増えたポリアニリンは、前述の電気化学
的方法やヒドラジンなどの還元剤による方法で容易に還
元され、これによりもとの構造のポリアニリンあるいは
還元型ポリアニリンにすることもできる。
【0025】
【実施例】つぎに、実施例について説明する。まず、実
施例に用いるポリアニリンの合成を行った。
【0026】(ポリアニリンの合成1)1℃に冷却し
た、アンモニウムペルオキシジスルファート183.4
gを含む1N塩酸水溶液800mlを、同じく1℃に冷
却しアニリン74.4gを含む1N塩酸水溶液1200
ml中に、窒素雰囲気下で攪拌しながら1分以上かけて
加え、さらに、5℃で1時間30分攪拌し反応を行なっ
た。反応後、沈殿物を濾別し、1N塩酸で洗浄しドーパ
ント率(プロト化率)が42%のポリアニリンを得た。
なお、これらの一連の操作において、塩酸に代えて硫酸
を用いることもできる。
【0027】つぎに、このポリアニリンを1重量%炭酸
ナトリウム水溶液に懸濁させ、pHを8以上に保ちなが
ら15時間攪拌を続けた後、沈殿物を濾別し、さらに1
重量%炭酸ナトリウム水溶液で洗浄し、乾燥してドーパ
ント率0%のポリアニリン(粉末状)を得た。これは、
図1に示すABに相当するものである。
【0028】(ポリアニリンの合成2)上記ポリアニリ
ンの合成1と同様にして、ドーパント率42%のポリア
ニリンを得た後、さらに、1N塩酸水溶液中に懸濁さ
せ、15時間攪拌を続けた後1N塩酸水溶液で洗浄し、
減圧乾燥してドーパント率100%のポリアニリン(粉
末状)を得た。これは、図1に示すAAに相当するもの
である。
【0029】(ポリアニリンの合成3)上記ポリアニリ
ンの合成1と同様にして、ドーパント率0%のポリアニ
リンを得た。そして、このポリアニリンをヒドラジン2
水和物の20体積%のメタノール溶液中に添加し、3時
間攪拌した。そして、この溶液中の沈殿物をろ過した後
洗浄し、さらに減圧下で乾燥して還元型ポリアニリン
(粉末状)を得た。このポリアニリンは、図1に示すB
Bに相当するものである。
【0030】(ポリアニリンの合成4)アニリン0.1
M,硫酸0.5M,硫酸ナトリウム0.2Mおよびピリ
ジン0.3Mを含む水溶液に、作用極として白金板を、
対極としてステンレス板、また参照電極として、標準カ
ロメロ電極を用い、作用極に0.7V vs SCE を
40分間印加した。この結果、上記白金板上に緑色のポ
リアニリンの膜が生成した。この膜をよく水洗したの
ち、硫酸0.5Mおよび硫酸ナトリウム0.2Mを含む
水溶液に浸漬し、0V vs SCE を印加した。この
結果、淡い黄色の還元型ポリアニリン膜が生成した。こ
のポリアニリンは、図1に示すBAに相当するものであ
る。
【0031】(ポリアニリンの合成5)ポリアニリン1
gをN−メチルピロリドン(N-Methylpyrrolidone) 1
00mlおよび酢酸5mlの混合液に溶かした。これ
に、m−クロロパーベンゾイックアシッド(m-Chlorope
rbenzoic acid)0.75gを酢酸10mlに溶かした
溶液を少しづつ加え1時間攪拌した。そして、得られた
沈殿を濾過しアセトンでよく洗った。この結果、図1の
AAにおいて、x/yの比が小さくなったポリアニリン
が得られた。
【0032】
【実施例1】ポリアニリンとして、ドープ型ポリアニリ
ン(AA)および脱ドープ型ポリアニリン(AB)を用
い、これらを水(イオン交換水)にそれぞれ量を変えて
添加し、25℃で攪拌した。この攪拌時間は、10分間
および21時間の二通りとした。そして、上記水中にお
いて発生した活性酸素の量を過酸化水素の生成量を指標
にして調べた。なお、過酸化水素を指標としたのは、不
均化反応により活性酸素(過酸化水素を除く)から過酸
化水素が生成するという原理に基づくものである。ま
た、過酸化水素の定量は、電気化学的方法により行っ
た。具体的には、8本のミクロホール電極(K.Morita a
nd Y.Shimizu, Anal.Chem.,61,159(1989))を同時に用い
て測定し、定電位で測定する場合は、−0.6Vでの水
への還元電流値と、+0.9Vでの酸素への酸化電流値
の両値の絶対値の平均値を用いた。
【0033】この測定の結果を、図2のグラフ図に示
す。同図において、横軸はポリアニリンの水に対する割
合(重量%)、縦軸は生成した過酸化水素の濃度(pp
m)である。図示のように、ポリアニリンの添加量を多
くするにしたがい、過酸化水素の生成量は多くなること
がわかる。また、攪拌時間を長くすると、過酸化水素の
生成量が多くなることも確認された。しかし、ドープ型
と脱ドープ型との差は認められなかった。
【0034】つぎに、上記測定において活性酸素(過酸
化水素を除く)の存在を、以下の方法により実際に確認
した。なお、この方法において、活性酸素は不安定であ
ることから、これを安定化するために、スピントラップ
剤である5、5−ジメチル−1−ピロリン−N−オキシ
ド(DMPO)を用いた。すなわち、まず、精製水に
0.09MのDMPOを加えた。この水溶液1.5ml
にポリアニリン粉末試料0.0225gを加え、約10
分攪拌した。それを濾過した水溶液を用いESR(エレ
クトロンスピン共鳴)スペクトルを測定した。
【0035】この結果を図3のグラフに示す。図示のよ
うに、上記測定において、ヒドロキシラジカル(・O
H)アダクトのスペクトルが確認された。なお、ヒドロ
キシラジカルアダクトは、スーパーオキシドのアダクト
を経て生成することが知れれている。
【0036】
【実施例2】イオン交換水10mlに還元型ポリアニリ
ン(BB)0.1gを加えて24時間攪拌したのち、実
施例1と同様に過酸化水素の生成量を測定した。その結
果、過酸化水素濃度は32ppmであった。また、酸化
型ポリアニリン(AB)および上記ポリアニリン合成5
で得たポリアニリンを用いた以外は、実施例1と同様に
して、それぞれ過酸化水素の生成量を測定した。その結
果、酸化型ポリアニリン(AB)を用いた場合の過酸化
水素濃度は10ppmであり、上記合成5のポリアニリ
ンを用いた場合の過酸化水素濃度は4ppmであった。
【0037】
【実施例3】実施例1において、水に純酸素を吹き込み
ながら実験を行なった結果、実施例1よりも、約5倍の
量の過酸化水素の発生を認めた。
【0038】
【実施例4】イオン交換水に代えて、pH7に調整した
リン酸緩衝液(リン酸ナトリウムを含む)および硫酸カ
リウム溶液(0.4MのK2SO4を含む)を用いた以外
は、実施例1と同様の操作を行い、過酸化水素の生成量
を測定した。この結果、実施例1とほぼ同じ結果を得
た。
【0039】
【実施例5】還元型ポリアニリン(BA)を用いた以外
は、実施例1と同様にして過酸化水素の生成量を測定し
た。その結果、各測定点において、実施例1の場合より
多い過酸化水素が生成した。
【0040】
【発明の効果】以上のように、本発明の活性酸素発生剤
は、酸素が溶存する液体と接触させるだけで、特殊な装
置等や操作を必要とせず、容易に酸素を発生させること
ができるものである。また、本発明の活性酸素発生剤
は、一度使用しても、これを濾過して乾燥すれば、活性
が復活し、再度使用が可能となる。そして、本発明の活
性酸素発生剤では、環境汚染の問題が生じるおそれも少
ない。これらのことから、本発明の活性酸素発生剤を用
いれば、環境汚染の問題、操作の煩雑さの問題およびコ
スト的な問題等の従来の問題を解決することが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】ポリアニリンの酸化および還元の変化を示す説
明図である。
【図2】本発明の一実施例におけるポリアニリンの量お
よび攪拌時間と過酸化水素の生成量の関係を示すグラフ
である。
【図3】上記実施例において、ESRスペクトラムを測
定した結果を示すグラフである。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成8年5月20日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】変更
【補正内容】
【0009】また、本発明において、活性酸素とは、通
常の酸素に比べて著しく活性が高く化学反応を起こしや
すい酸素をいい、具体的には、一重項酸素,スーパーオ
キシドアニオンラジカル(・O2 -),ヒドロキシラジカ
ル(・OH),パーヒドロキシラジカル(・OOH)を
いう。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0016
【補正方法】変更
【補正内容】
【0016】図示のように、通常の化学的合成法では、
酸性水溶液にアニリンを溶かし、それに酸化剤を加え重
合するので、ドープ型ポリアニリン(AA)ができる。
そして、これをアルカリを用いて中和すると脱ドープ型
ポリアニリン(AB)となる。これら2つのポリアニリ
ン(AA,AB)は、後に示す還元型のものと区別する
ことから酸化型ポリアニリンと呼ばれることもある。ま
た、上記ABは、別名エメラルジンとも呼ばれ、AAは
その塩である。そして、これら酸化ポリアニリン(A
A,AB)は、電気化学的還元あるいはヒドラジンなど
の弱い還元剤で容易に還元され、同図に示すBAまたは
BBの構造となる。通常、ポリアニリン中には、酸化型
(AA,AB)のものと還元型(BA,BB)のものと
がそれぞれ約50%ずつ存在すると言われている。な
お、上記BBは、別名ロイコ−エメラルジンと呼ばれ,
BAはその塩である。還元型ポリアニリン(BAまたは
BB)は、空気中に放置すると自動的に酸化されてポリ
アニリンとなる。そして、ポリアニリンは、空気中に放
置しても変化しないが、さらに酸化すると、酸化型ポリ
アニリン(AA,AB)においてx/yの比が小さくな
ったもの、すなわち、還元型が減少し酸化型がふえたポ
リアニリンが生成し、さらに強く酸化するとペリグラニ
リン(CB)やその塩(CA)となる。なお、図1にお
いて、繰返し単位のnは、一般には2〜1000であ
り、好適には10〜500である。 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成8年9月2日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0016
【補正方法】変更
【補正内容】
【0016】図示のように、通常の化学的合成法では、
酸性水溶液にアニリンを溶かし、それに酸化剤を加え重
合するので、ドープ型ポリアニリン(AA)ができる。
そして、これをアルカリを用いて中和すると脱ドープ型
ポリアニリン(AB)となる。これら2つのポリアニリ
ン(AA,AB)は、後に示す還元型のものと区別する
ことから酸化型ポリアニリンと呼ばれることもある。ま
た、上記ABは、別名エメラルジンとも呼ばれ、AAは
その塩である。そして、これら酸化ポリアニリン(A
A,AB)は、電気化学的還元あるいはヒドラジンなど
の弱い還元剤で容易に還元され、同図に示すBAまたは
BBの構造となる。通常、ポリアニリン中には、酸化
ものと還元型のものとがそれぞれ約50%ずつ存在す
ると言われている。なお、上記BBは、別名ロイコ−エ
メラルジンと呼ばれ,BAはその塩である。還元型ポリ
アニリン(BAまたはBB)は、空気中に放置すると自
動的に酸化されてポリアニリンとなる。そして、ポリア
ニリンは、空気中に放置しても変化しないが、さらに強
く酸化するとペリグラニリン(CB)やその塩(CA)
となる。なお、図1において、繰返し単位のnは、一般
には2〜1000であり、好適には10〜500であ
る。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0031
【補正方法】削除
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0036
【補正方法】変更
【補正内容】
【0036】
【実施例2】イオン交換水10mlに還元型ポリアニリ
ン(BB)0.1gを加えて24時間攪拌したのち、実
施例1と同様に過酸化水素の生成量を測定した。その結
果、過酸化水素濃度は32ppmであった。また、酸化
型ポリアニリン(AB)を用いた以外は、実施例1と同
様にして、過酸化水素の生成量を測定した。その結果、
酸化型ポリアニリン(AB)を用いた場合の過酸化水素
濃度は10ppmであった。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリアニリンを含有する活性酸素発生
    剤。
  2. 【請求項2】 ポリアニリンとして、下記式(化1)で
    表されるポリアニリン〜下記式(化4)で表されるポリ
    アニリンの少なくとも一つが用いられる請求項1記載の
    活性酸素発生剤。 【化1】 【化2】 【化3】 【化4】
  3. 【請求項3】 酸素が溶存する液体と請求項1または2
    記載の活性酸素発生剤とを接触させる活性酸素発生方
    法。
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