JP3925619B2 - Electrochemical antifouling method and apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海洋構造物、船舶、水輸送用の配管又は水路、漁網、熱交換器あるいは、海水取水口のスクリーンなどに生物やスケールなどが付着することを電気化学的に防止する電気化学的防汚方法及びこの方法を用いた電気化学的防汚装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
海水や淡水中には多くの生物が存在し、水中構造物表面に付着し、様々な問題を引き起こしている。例えば、船舶やブイに付着すると推進抵抗の増大といった問題が発生する。また、養殖用生け簀に付着すると海水の交流阻害といった問題が発生する。更に、定置網などの漁網に付着すると網成りの変形といった問題などが発生する。
また、給排水のパイプ内やバルブ等に付着した微生物は海水や淡水を介して人や生産物を汚染するといった問題を発生する。
海水や淡水に接している構造物表面への生物の一般的な付着機構は以下の通りである。
まず付着性のグラム陰性菌が構造物表面に吸着して脂質に由来するスライム状物質を多量に分泌する。さらにグラム陰性菌は、このスライム層に集まって増殖し、微生物皮膜を形成する。そして、海水中ではこの微生物皮膜上に大型生物である藻類、貝類、フジツボ等の大型の生物が付着する。付着した大型生物が繁殖成長し、最終的に水中構造物表面を覆い尽くすことになる。
上記、水中構造物および海水や淡水に接しているものの表面に付着した生物による汚染に対する防汚手段としては、殺菌性を有する物質を防汚面に添加したり、有機スズ系化合物を含有した塗料で塗膜を形成し、有機スズ系化合物を溶出させる方法や、海水を電気分解する事により発生する塩素を利用した防汚方法が一般的に行われていた。しかし、これらの方法は有害物質が発生し、水質の汚染による生物への影響が懸念される。
【0003】
近年、有害物質を発生させないで電気化学的に水中構造物や海水や淡水に接しているものの表面などに付着する生物を制御する方法が提案されている。
この電気化学的な生物の制御方法は、微生物との直接電気化学反応が確認されている所定電位以上の電位を微生物に印加すると、微生物内部の酸化還元物質の一つである補酵素Aが不可逆的に酸化され、微生物の呼吸活性及び微生物膜の透過障壁の低下を誘発し、微生物を死滅させることが可能であるというものである(特公平6−91821号公報)。ちなみに、本発明で用いた海洋付着細菌ビブリオ・アルギノリチクスでは、0.7VvsSCEにて酸化ピーク電流が確認できる。すなわち、微生物との直接電気化学反応が確認される所定電位が、電解液となる水や海水の分解電位以下で起こるため、化学物質の生成が無く、導電性基材に付着する微生物のみを殺菌し、その後の水生生物の付着を防止することができる。そのため、海洋汚染が無く、さらに海洋生物の生態系への影響がない優れた防汚方法となることが示されている。
また、特開平11−19249号公報には、水中において、導電性基板に正電位を印加することにより、水中の微生物を前記導電性基板表面に吸着して殺菌する工程と、前記導電性基板にさらに高い正電位を印加することにより、前記導電性基板表面に吸着している微生物の細胞を破壊し、導電性基板に付着し殺菌された微生物やその分解物を脱離する工程とを行うことを特徴とする水中微生物の制御方法を要旨とする発明が記載されている。また、特許3105024号公報には、水中において、導電性基板に正電位を印加することにより、水中の微生物を前記導電性基板表面に吸着して殺菌する工程(+0〜1.5VvsSCE)と、前記導電性基板に負電位を印加することにより、前記導電性基板表面に吸着している殺菌された微生物を脱離する工程(−0〜0.4VvsSCE)とを行うことを特徴とする水中微生物の制御方法を要旨とする発明が記載されている。また、特開2001−198572号公報には、水中において、導電性基板に電気分解の起こらない正電位を印加することにより、水中の微生物を前記導電性基板表面に吸着して殺菌する工程と、前記導電性基板に電気分解の起こる負電位を印加し導電基板表面を還元すると共に、アルカリ性物質を導電性基板表面に誘導し、前記導電性基板表面に吸着している殺菌された微生物やその分解物を脱離する工程とを行うことを特徴とする水中微生物の制御方法を要旨とする発明が記載されている。
さらに、近似した防汚方法としては、導電性基板に酸素を発生させて防汚する方法が、特公平1−46595号公報及び特開平11−303041号公報に開示されている。これらの方法では、酸素発生電位を0.55V〜1.1V程度とする範囲としている。しかしながら、前記電気化学的防汚方法では、細胞と導電性基板とが直接接触したときのみに微生物の殺菌ができることを明らかにしているのに対して、上記近似した防汚方法では、ほぼ同電位にて発生する酸素が、導電性基材に接触しない微生物を殺菌し、防汚できること示す明確な証明がない。従って、導電性基板に微生物などが付着しないのは、前記電気化学的防汚方法との概念的分離が難しい。
また、導電性塗膜皮膜に正電位を印加し、次亜塩素酸イオンや塩素イオンを生成させる防汚方法が、特公平6−15069号公報及び特公平8−14036号公報に記載されており、海水電解装置による塩素注入方式による防汚効果を、被防汚面で直接塩素などを発生させているものと考えられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
海水や水の電気分解が起こらない電位を、防汚しようとする導電性の基材に印加することによって、微生物の殺菌や付着防止を行う方法は、海洋汚染が無く、さらに海洋生物の生態系への影響がないことから優れた防汚方法である。
ところで、上記電気化学的な防汚方法は、海水や水の電気分解が起こらない正電位を印加し付着微生物を殺菌する工程、海水や水の電気分解が起こらない負電位を印加し殺菌された微生物や帯電している有機物やスケールを脱離する工程、及び海水や水の電気分解が起こる負電位を印加し被防汚面を洗浄還元する工程からなる。電気化学的防汚方法において、その効果を長期間維持するためには、洗浄工程において、被防汚面たる導電性基材は、殺菌工程を十分に行えるようにする必要がある。また一方で、洗浄工程を行っている間は、殺菌工程及び脱離工程が実施できないことや、導電性基材の表面に水酸化マグネシウムなどの析出が起こり、電子移動反応を阻害したりするため、それぞれの工程の時間配分などは、環境に対応して変更する必要があり最適な配分が難しいのが現状である。また、被防汚面たる導電性基材が過度に酸化された場合には、導電性基材表面での電気抵抗値の増加に伴う微生物と導電性基材間での電子移動速度の低下が起こったり、導電性基材全体に設定電位を均一に印加することが難しくなるといった場合がある。また、導電性基材の表面は、構成される物質の劣化に伴う電極としての機能低下などが起こる場合があるなど、実用化には今後とも幾多の課題を有している。
本発明はこれらの問題に鑑みなされたものであり、被防汚面たる導電性基材の電極としての機能を維持向上すると共に、被防汚導電性基材の電気化学的防汚効果を長期に渡って安定的に得ることを目的として脱離工程及び洗浄工程に関する自由度を高めることを課題としたものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも導電性基材と、対極と、前記導電性基材と前記対極との間に電圧を印加する電源とからなり、前記導電性基材と生物との直接電子移動反応を利用した電気化学的防汚方法において、前記導電性基材は、被防汚面の一部又は全部が、少なくとも以下のA)及びB)からなり、
A)白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウムから選ばれた白金族金属
B)白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウム、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、マンガン、コバルト、スズ、アンチモンの酸化物から選ばれた単一金属酸化物又は混合金属酸化物又は複合金属酸化物
前記電源により、少なくとも前記導電性基材に電解液中から電気化学的に生成物を発生させない正電位を印加し、前記導電性基材表面に直接または間接的に接触する水生生物の増殖を抑制することを特徴とする電気化学的防汚方法を第1の要旨とし、少なくとも導電性基材と、対極と、前記導電性基材と前記対極との間に電圧を印加する電源とからなり、前記導電性基材と生物との直接電子移動反応を利用した電気化学的防汚方法において、前記導電性基材は、被防汚面の一部又は全部が、少なくとも白金及び/又は金属酸化物から選ばれた単一金属酸化物又は混合金属酸化物又は複合金属酸化物からなり、前記電源により、少なくとも前記導電性基材に電解液中から電気化学的に生成物を発生させない正電位を印加し、前記導電性基材表面に直接または間接的に接触する水生生物の増殖を抑制すると共に、更に、前記導電性基材に電解液中から電気化学的に生成物を発生させる正電位を印加することにより前記導電性基材表面に直接または間接的に接触する水生生物およびスケールの脱離洗浄及び前記導電性基材を再活性化する工程を含むことを特徴とする電気化学的防汚方法を第2の要旨とし、導電性基材に電解液中から電気化学的に生成物を発生させる正電位を印加することにより、前記導電性基材表面に直接または間接的に接触する水生生物およびスケールの脱離洗浄及び前記導電性基材を再活性化する工程において、電位の印加により、塩素化合物もしくは、ラジカルが生成されることを特徴とする第2の要旨に記載の電気化学的防汚方法を第3の要旨とし、更に、前記導電性基材に電解液中から電気化学的に生成物を発生させない負電位を印加することにより、前記導電性基材表面に直接または間接的に接触する水生生物を脱離する工程を含むことを特徴とする第1乃至3の何れかの要旨に記載の電気化学的防汚方法を第4の要旨とし、更に、前記導電性基材に電解液中から電気化学的に生成物を発生させる負電位を印加することにより、前記導電性基材表面に直接または間接的に接触する水生生物およびスケールを脱離洗浄する工程を含むことを特徴とする第1乃至4の何れかの要旨に記載の電気化学的防汚方法を第5の要旨とし、導電性基材が対極としても使用可能であることを特徴とする第1乃至5の要旨の何れかに記載の電気化学的防汚方法を第6の要旨とし、前記導電性基材が、耐食性導電性基材のバルブ金属であり、該耐食性導電性基材の表面の一部又は全部に、多孔質白金と該多孔質白金に3次元的に担持された白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、マンガン、コバルト、スズ、アンチモン、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、チタンの酸化物から選ばれた単一金属酸化物又は混合金属酸化物又は複合金属酸化物とからなる被覆層が形成されてなるものであることを特徴とする第1乃至6の要旨の何れかに記載の電気化学的防汚方法を第7の要旨とし、前記導電性基材が、耐食性導電性基材のバルブ金属であり、該耐食性導電性基材の表面が部分的に露出する程度に分散被覆された白金と、少なくとも耐食性導電性基材表面の露出部分を被覆する少なくともイリジウム、マンガン、コバルト、スズ、アンチモン、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、チタンの1種以上の金属酸化物からなる混合金属酸化物とからなる中間層と、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、イリジウムの貴金属酸化物とニオブ、タンタル、ジルコニウム、チタンのバルブ金属酸化物から選ばれた少なくとも1種以上の金属酸化物からなる混合金属酸化物層から構成された外層とよりなるものであることを特徴とする第1乃至6の要旨の何れかに記載の電気化学的防汚方法を第8の要旨とし、少なくとも導電性基材と、対極と、前記導電性基材と前記対極との間に電圧を印加する電源とからなり、前記導電性基材表面に直接または間接的に接触する水生生物と前記導電性基材との直接電子移動反応を制御する電気化学的防汚装置であって、前記導電性基材に電解液中から電気化学的に生成物を発生させる正電位を印加することにより、前記導電性基材表面に直接または間接的に接触する水生生物およびスケールの脱離洗浄及び前記導電性基材を再活性化する工程を設定でき、前記電気化学的防汚装置は、前記導電性基材に電解液中から電気化学的に生成物が発生しない正電位と、電解液中から電気化学的に生成物が発生しない負電位と、電解液中から電気化学的に生成物が発生する負電位とを任意に設定でき且つ周期的に印加できることを特徴とする電気化学的防汚装置を第9の要旨とする。
【0006】
以下、本発明について詳述する。
本発明に係る電気化学的防汚方法における基本的防汚機能発現構成は、
(1)殺菌工程:導電性基材に電解液中から電気化学的に生成物を発生させない正電位を印加することにより殺菌する工程(+0〜1.5VvsSCE)と、
(2)脱離工程:前記導電性基材に電解液中から電気化学的に生成物を発生させない負電位を印加し、直接または間接的に付着接触する水生生物およびスケールを静電的機能により脱離する工程(−0〜−0.6VvsSCE)と、
(3)洗浄還元工程:前記導電性基材に電解液中から電気化学的に生成物を発生させる負電位を印加し、前記導電性基材に付着接触した水生生物およびスケールをアルカリ分解洗浄及び前記導電性基材表面を還元する工程(−0.6〜−2.0VvsSCE)と、
(4)分解洗浄再活性化工程:前記導電性基材に電解液中から電気化学的に生成物を発生させる正電位を印加し、前記導電性基材表面に直接または間接的に付着接触した水生生物およびスケールを、塩素化合物もしくはラジカルの生成により脱離分解洗浄し、前記導電性基材表面をクリーニングし、再活性化する工程(+1.5VvsSCEより高い正電位)
の内、少なくとも殺菌工程を含む任意の工程を被防汚面たる導電性基材に対して実施し、最も電解生成化学物質による水や海水への負荷が少なく、且つ、安定的に長期の防汚効果を得るようにするものである。
但し、これらの電位は、使用される被防汚面たる導電性基材及び対極の材料とその組み合わせや水や海水の基準電位を測定する基準電極により変化しうるものである。例えば、基準電極として、SCE(飽和カンコウ電極)やAg/AgCl(銀/塩化銀電極)など一般的に電気化学計測に使用する照合電極が挙げられる。
【0007】
次に各工程での電位印加条件について説明する。
(1)殺菌工程
水生生物を含む水中において、導電性基材に正電位を印加すると、水中の水生生物は基材表面に吸着する。さらに基材に印加されている正電位には、基材表面に吸着して接触した水生生物を電気化学的に殺菌する作用がある。即ち、水生生物は、正電位によって基材表面に吸着させられ、表面上で殺菌される。このとき、設定される電位は電解液中から電気化学的に生成物が発生しない電位であり、水や海水の分解に伴う酸素や塩素の発生電位以下の電位である。
好ましい電位は、+0〜1.5Vvs.SCE、より好ましくは+0.5から+1.2Vvs.SCEである。しかしながら、本電位は、使用される導電性基材の物性に依存するものであり、水の分解に伴う酸素や塩素の発生電位以下であれば、水や海水中への電解生成物質による汚染を最小限に抑制でき、長期に渡り安定的な防汚効果を示すことができる。また、+0Vvs.SCEから微生物との直接電子移動反応が確認される正電位未満では、水生生物を基材に吸着させて殺菌することができないが、導電性基材の劣化や消耗を考慮し、間欠的に電位を変動させることが好ましい。
電解液中から電気化学的に生成物が発生しない正電位を印加する時間は、導電性基材の特性によって適宜選択することができる。一般的には導電性基材の耐久性、導電性基材表面に直接または間接的に接触する水生生物の付着量によって異なるが0.5〜24時間程度でも、数年間でも、防汚効果が維持されるのであれば、電解生成化学物質による水や海水への負荷を少なくするため、なるべく長く設定されることが好ましい。導電性基材によってはその酸化物の形成速度にもよるが0.5〜18時間の印加がより好ましい。
(2)脱離工程
次に、前記導電性基材表面に負電位を印加すると、直接または間接的に接触する水生生物およびスケールが脱離する。電解液中から電気化学的に生成物を発生しない負電位は、0〜−1.0Vvs.Ag/AgClである。好ましくは、−0〜−0.6Vvs.Ag/AgClである。
その際、導電性基材に付着した水生生物、その他の細胞、殺菌された水生生物の細胞および/またはその破損物や有機物は、静電的機構や電位変動による導電性基材表面でのpH等の変動により脱離する。
さらに、負電位における電位を変動させることによって脱離と洗浄をより効率よくさせることもできる。変動する電位の幅は−0.3Vから−0.9V程度が好ましく、周期は10Hzから0.001Hzが好ましい。
電解液中から電気化学的に生成物が発生しない負電位を印加する時間は、導電性基材の特性によって適宜選択することができる。一般的には導電性基材の耐久性、導電性基材表面に直接または間接的に接触する水生生物の付着量によって異なるが0.1〜24時間程度が好ましい。導電性基材の劣化を考慮すると0.1〜2時間の印加がより好ましい。
【0008】
(3)(洗浄還元工程)
さらに、水や海水などの電解液中から電気化学的に生成物が発生する負電位は、−1.0Vvs.Ag/AgClより負電位で、好ましくは−1.0V〜−2.0Vvs.Ag/AgCl程度である。この負電位を印加することによって、導電性基材に付着した水生生物、その他の細胞、殺菌された水生生物の細胞および/またはその破損物や有機物の脱離が促進される。それは、電解液中から電気化学的に生成物が発生する負電位が印加すると、電解液の分解により導電性基材表面では水素が発生し、この水素によって導電性基材表面の付着物が除去されるためである。また、導電性基材近傍ではpHがアルカリ性となる。さらに、強アルカリ雰囲気になることによって水酸化物の析出が起こる場合があり、印加する電位及び印加時間を適宜選択する必要がある。しかし、該水酸化物によって、有機物は溶解する。これらの除去及び溶解によって、導電性基材表面は洗浄されることになる。また、導電性基材表面の酸化物を還元し、導電性基材界面での電子移動反応を阻害する酸化物を還元し、殺菌工程の機能を維持回復することが必要な場合がある。さらに、負電位における電位を変動させることによって脱離と洗浄をより効率よくさせることもできる。変動する電位の幅は−0.3Vから−2V程度が好ましく周期は10Hzから0.001Hzが好ましい。
電解液中から電気化学的に生成物が発生する負電位を印加する時間は、導電性基材の特性によって適宜選択することができる。一般的には導電性基材の耐久性、導電性基材表面に直接または間接的に接触する水生生物の付着量によって異なるが0.5〜24時間程度が好ましい。導電性基材の劣化を考慮すると0.5〜2時間の印加がより好ましい。
(4)(分解洗浄再活性化工程)
また、電解液中から電気化学的に生成物が発生する正電位とは、水や海水の分解にともない酸素や塩素の発生する電位であり、+1.5Vvs.SCEを越えた電位により、明確に確認される。これらの高い電位を長時間印加すると水や海水が電気分解して塩素や未知の物質を発生する可能性が高く、また、導電性基材の劣化が起こることがあるので、長期に渡って安定的に防汚効果を維持し、水や海水中への電解生成物質による汚染を最小限に抑制するためには、不適切な場合がある。しかしながら、長期間の防汚を目的とした本発明においては、被防汚面となる導電性基材表面に各種電位印加を行っても排除できない殺菌された微生物、有機物及びスケールが付着することがあり、これらを導電性基材の交換などのコスト無く、再活性化させて長期間の防汚効果を再現させるためには、必要最小限の塩素化合物及びラジカル発生機能を制御することが好ましい。
ちなみに、導電性基材表面の物性が、塩素過電圧が酸素過電圧より低い場合には、塩素化合物の生成が起こり、逆であれば酸素が先に発生する現象が確認できる。塩素発生基材としては、貴金属及びその酸化物などが挙げられる。酸素発生基材としては、バルブ金属やその酸化物及び酸化コバルトなどが挙げられる。
電解液中から電気化学的に生成物が発生する正電位を印加する時間は、導電性基材の特性によって適宜選択することができる。一般的には導電性基材の耐久性、導電性基材表面に直接または間接的に接触する水生生物の付着量によって異なるが、導電性基材の劣化及び水や海水の電解物質による汚染を最小限とするための設定を行うことが好ましい。その点を考慮すると一ヶ月あたり0.5〜24時間程度の印加がより好ましい。また、(1)の殺菌工程の設定時間と比較して、10分の1〜一万分の1程度の時間に設置して運用することも可能である。
【0009】
本発明では、化学物質による水や海水の汚染を最小限となし、且つ、長期に渡り防汚効果を維持するため、上記(1)殺菌工程、(2)脱離工程、(3)洗浄還元工程、(4)分解洗浄再活性化工程の各工程は、印加電位及び印加時間を適宜設定したうえで、状況に応じて任意の順序及び頻度で周期的に適用することができる。
【0010】
本発明で用いる導電性基材は、全体が導電性材料から形成されていてもよいが、少なくとも防汚面たる導電性基材表面の一部及び/又は全部の水中に浸漬している部分の表面が導電性であり、通電可能であることが必要である。
導電性基材は金属やその酸化物、樹脂、無機材料からなり、構造を維持する機能を有するものであれば特に限定されない。金属材料の例としては鉄、アルミニウム、銅、およびそれらの合金、ステンレス、貴金属及びその酸化物などが挙げられる。特に、耐食性に優れたチタン、タンタル、ニオブ等のバルブ金属が好ましい。樹脂材料の例としては、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ナイロン、ポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネイト、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、繊維強化プラスチック(FRP)等が挙げられる。無機材料の例としては、ガラス、アルミナ、ジルコニア、セメント等が挙げられる。
【0011】
導電性基材として金属を用いる場合、海水電解用電極や酸素発生電極などを製造する際に、一般的に用いられる定法に従って導電性物質の微粒子で被覆したり、積層して用いることができる。被覆及び積層する際には、導電性基材の母材との密着性を高める等の考慮が必要である。
また、導電性基材として、樹脂、無機材料などの非導電性材料を用いる場合、導電性物質の微粒子を材料に充填し、基材を形成することにより導電性を付与し用いればよい。
導電性物質の微粒子の例としては、グラファイト、カーボンブラック、カーボン繊維からなる短繊維などの炭素微粒子、金、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウムまたはこれらの貴金属酸化物、チタン、ニオブ、タンタル等のバルブ金属またはその酸化物及び酸化マンガン、酸化コバルト、酸化スズ、酸化アンチモンなどの酸化物の微粒子、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化バナジウム、窒化タンタル、窒化ニオブ、窒化クロム等の金属窒化物、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化バナジウム、炭化ニオブ、炭化タンタル、炭化クロム、炭化モリブデン、炭化タングステン等の金属炭化物、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ハーフニウム、ホウ化バナジウム、ホウ化ニオブ、ホウ化タンタル、ホウ化クロム、ホウ化モリブデン、ホウ化タングステン等の金属ホウ化物、ケイ化チタン、ケイ化ジルコニウム、ケイ化ニオブ、ケイ化タンタル、ケイ化バナジウム、ケイ化タングステン等の金属ケイ化物などの微粒子が挙げられる。
さらに、長期間の防汚を目的とした本発明においては、被防汚面となる導電性基材表面に各種電位印加を行っても排除できない殺菌された微生物、有機物及びスケールが付着することがあり、これらを導電性基材の交換等のコスト無く、再活性化させて長期間の防汚効果を再現させるために、必要最小限の塩素化合物及びラジカル発生機能を有する導電性基材表面に存在する物質として、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウムなどの白金族酸化物、チタン、ニオブ、タンタル等のバルブ金属酸化物及び酸化マンガン、酸化コバルト、酸化スズ、酸化アンチモンなどの酸化物を単一金属酸化物、複合金属酸化物や複合金属酸化物として用いることが好ましい。また、これらの素材をそのまま、もしくは成形して使用することも可能である。
【0012】
また、上記導電性物質の微粒子をバインダー樹脂に充填、分散させた導電性組成物を、前記非導電性材料製基材表面に被覆して導電性を付与してもよい。バインダー樹脂の例としては、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル−ウレタン樹脂、ポリエステル−ウレタン樹脂、シリコン−ウレタン樹脂、シリコン−アクリル樹脂、エポキシ樹脂や、熱硬化型のメラミン−アルキッド樹脂、メラミン−アクリル樹脂、メラミン−ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂などの樹脂、または天然ゴム、クロロプレンゴム、シリコンゴム、ニトリルブチレンゴム、ポリエチレンエラストマー、ポリエステルエラストマー、ポリプロピレンエラストマー等のゴム弾性材料が挙げられる。導電性組成物は、導電性シートを形成して非導電性基材上に接着剤を介して積層したり、塗膜層として形成してもよい。
【0013】
上記の導電性物質の微粒子の他に、生物の細胞と電極との電子移動反応を促進する作用を有する特定の化合物を添加してもよい。すなわち、微生物と電極との電子移動を媒介する電子メディエータを導電性材料と共に使用することによって、より効率的に水生生物の殺菌を行うことができる。電子メディエータの例としては、フェロセン、フェロセンモノカルボン酸、フェロセンジカルボン酸または、〔(トリメチルアミン)メチル〕フェロセン等のフェロセンおよびその誘導体、H4Fe(CN)6、K4Fe(CN)6、Na4Fe(CN)6等のフェロシアン類、2,6−ジクロロフェノールインドール、フェナンジンメトサルフェート、ベンゾキノン、フタロシアニン、ブリリアントクレジルブルー、カロシアニン、レゾルシン、チオニン、N,N−ジメチル−ジスルフォネイティド・チオニン、ニューメチレンブルー、トブシンブルーO、サフラニン−O、2,6−ジクロロフェノールインドフェノール、ベンジルビオロゲン、アリザリンブリリアントブルー、フェノシアジノン、フェナジンエトサルフェート等が挙げられる。
この様な電子メディエータを担持した導電性基材としてはフェロセン修飾電極を挙げることができる。ちなみに、フェロセン修飾カーボン電極を用いて、本発明で用いた海洋付着細菌ビブリオ・アルギノリチクスからの酸化ピーク電流を確認すると、0.3VvsSCEにてピーク電流が確認され、0.4VvsSCEで殺菌することができる。
【0014】
また、抗菌性を有する材料を添加してもよい。抗菌性を有する物質は、無機物に属するものと有機物に属するものとがある。
無機物としては、銀、銅、ニッケル、亜鉛、鉛、ゲルマニウム等の金属およびこれらの酸化物、酸素酸塩、塩化物、硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、有機キレート化合物などが挙げられる。
有機物としては、2−(4−チアゾリル)−ベンズイミダゾール、4,5,6,7−テトラクロル−2−トリフルオロメチルベンズイミダゾール、10,10’−オキシスフェノキシアルシン、トリメトキシシリル−プロピルオクタデシルアンモニウムクロライド、2−N−オクチル−4−イソチアゾリン−3−オン、ビス(2−ピリジルチオ−1−オキシド)亜鉛などが挙げられる。
【0015】
特に、基材の防汚面の一部又は全部が、少なくとも白金及び/又は金属酸化物から選ばれた単一金属酸化物又は混合金属酸化物又は複合金属酸化物からなり、水や海水から酸素や塩素の発生の無い正電位を印可することにより、導電性基材表面に直接または間接的に接触する水生生物を殺菌し、増殖を抑制すると共に、水や海水などから塩素化合物もしくは、ラジカルを生成させ、導電性基材表面に直接または間接的に接触する水生生物およびスケールの脱離洗浄及び導電性基材を再活性化ができ、また、導電性基材が対極としても使用可能な物質で構成され、導電性膜となしたものが好ましく用いられる。
また、電解液が海水の場合には、塩素過電圧が酸素過電圧より低い正電位となるように、白金及び/又は金属酸化物から選ばれた単一金属酸化物又は混合金属酸化物又は複合金属酸化物を構成することが好ましく、電解液が塩素化合物を含まない水の場合には、酸素過電圧が塩素過電圧より低い正電位となるように、白金及び/又は金属酸化物から選ばれた単一金属酸化物又は混合金属酸化物又は複合金属酸化物を構成することが好ましい。
この導電性膜は、金属又はその化合物から構成でき、具体的には、白金族金属、バルブ金属及びそれらの酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物の何れかから構成することができる。特に、金属酸化物が、酸化白金、酸化ロジウム、酸化パラジウム、酸化ルテニウム、酸化イリジウム、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化スズおよび酸化アンチモン、酸化ニオブ、酸化タンタル及び酸化ジルコニウムから選ばれた少なくとも1種又は2種以上から構成されることが好ましい。
導電性膜を形成するに当たっては、溶射やスパッタリング、イオンプレーティングなどの方法を採用することができる。
金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物については既に記載してあるが、記載した材料はその一部であり、形成方法によっては2種類以上の金属が含まれたり、酸化物の一部が含まれたり、さらにはこれらの化合物が2種以上混合されることから、特に限定はされない。これらの金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物は0.1μm以上の厚さの膜であればよく、最大の厚さは特に限定しないが、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物の形成方法や使用目的により適宜設定すればよい。
【0016】
導電性基材が電気化学的に溶解や腐食する材料、例えば、鉄やアルミニウム、銅、亜鉛、マグネシウムおよびそれらの合金、ステンレス等の金属材料からなる場合では、該金属材料と接水面に形成された導電層との間に、絶縁性樹脂塗膜層や絶縁性樹脂フィルム層、アルミナ、チタニア酸化ケイ素などの絶縁無機物層、またはチタン、ニオブ、タンタル等のバルブ金属などを設けておくことが好ましい。これらの材料からなる層は1種または2種以上多層として形成されてあってもよい。特に、導電性基材が、耐食性導電性基材と、該耐食性導電性基材の表面の一部又は全部に多孔質白金からなる、又は、前記多孔質白金と該多孔質白金に3次元的に担持された金属酸化物とからなる被覆層とよりなるもの、及び、導電性基材が、耐食性導電性基材と、該耐食性導電性基材の表面が部分的に露出する程度に分散被覆された白金と、少なくとも耐食性導電性基材表面の露出部分を被覆する少なくとも1種以上の金属酸化物及び/又はバルブ金属酸化物の少なくとも1種以上からなる混合金属酸化物とからなる中間層と、貴金属酸化物とバルブ金属酸化物から選ばれた少なくとも1種以上の金属酸化物からなる混合金属酸化物層から構成された外層とよりなるものが好ましい。
【0017】
導電性基材の形状は特に限定されるものではなく、水生生物を効率よく吸着して直接または間接的に接触し、電位を付与でき、上記(4)分解洗浄再活性化工程を実施できるものであればよい。
【0018】
本発明の防汚装置は、上記導電性基材と接触しないように対極が設置されている。対極基材は導電性基材と同様のものを用いることもできることが好ましいが、適宜選択可能で被防汚面の物性や形状により適宜選択することができる。
【0019】
上記、導電性基材と対極とはリード線により電源装置に接続されている。この電源装置は、導電性基材と対極との間に直流を通電する装置であって、極性が変換できる機能を有しているものである。また、上記(1)殺菌工程を実施するだけで防汚を維持できる程度に、水や海水中に生息する生物が少ない場合には、定電流発生装置(ガルバノスタット)を使用しても差し支えない。
【0020】
上記構成以外、必要に応じて参照極を用いたり、更に、ポテンショスタット又はガルバノスタットを用いて導電性基材に定電位の印加や定電流を流すこともできる。
使用できる参照極およびポテンショスタット、ガルバノスタットとしては、導電性基材に、予め定められた電位を印加できるものや、定電流を流すことのできるものであれば特に限定されない。特に、直流電源装置に電圧の制御または電流の制御およびそのタイミングの制御手段を付加したもので実施することが好ましい。
また、電解セルを形成する電極配置は、作用極に対し対極の設置位置は限定されない。参照極は、作用極の近傍に設置することが好ましいが、導電性基材と対極間で、防汚効果が発現される時の電流値が明らかである場合などには参照極を使用しなくても差し支えない。
【0021】
本発明により処理することができる電解液は、水生生物を含有する水であれば特に限定されない。例えば、海水、河川の水、湖沼の水、水道水、飲料水、または各種緩衝液などが挙げられる。また、対象となる生物も、それらの水中に存在する生物であれば特に限定されるものではない。
【0022】
【作用】
本発明は、導電性基材と生物との直接電子移動反応を利用した電気化学的防汚方法及びこの方法を用いる装置において、前記導電性基材は、その被防汚面の一部又は全部が、少なくとも白金及び/又は金属酸化物から選ばれた単一金属酸化物又は混合金属酸化物又は複合金属酸化物からなるので、(1)殺菌工程、(2)脱離工程、(3)洗浄還元工程、(4)分解洗浄再活性化工程の各工程において、印加電位及び印加時間を適宜設定したうえで、状況に応じて任意の順序及び頻度で周期的に適用することができ、化学物質による水や海水の汚染を最小限にとどめ、被防汚面たる導電性基材の電極としての機能を維持向上すると共に、被防汚導電性基材の電気化学的防汚効果を長期に渡って安定的に得るものである。
【0023】
【実施例】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。
<装置例1>
図1は以下の実施例に用いた装置の模式図である。
試験槽6内には、導電性基材3、参照極4、及び対極5が配置されている。ポテンショスタット2は、導電性基材3、参照極4、及び対極5のそれぞれと個々に連結している。試験槽6内には滅菌海水が入っており、また、その底部には攪拌器8および攪拌棒7が配置されている。参照極4には飽和甘コウ電極(SCE)を、対極5には導電性材料で形成した電極を用いた。
制御部1は、導電性基材3の参照極4に対する印加電位の指示値をアナログ出力し、ポテンショスタット2は、導電性基材3の参照極4に対する電位がアナログ入力した指示値になるよう、導電性基材3と対極5に電圧を出力する。また、電位を変動させるために、制御部1は、印加電位の指示値のアナログ出力を少なくとも100Hz、好ましくは1kHz以上の時間分解能をもって出力する。更に、ポテンショスタット2は、それに応じて、電位のアナログ入力値に対し、少なくとも100Hz、好ましくは1kHz以上の応答性能をもって反応する。
制御部1は、CPU、入出力ポート、デジタル/アナログ変換器、及びROMやRAM等のメモリ(図示せず)から構成された回路からなる。制御プログラムや後述する制御のためのタイミングチャートをROMに内蔵しており、CPUは、制御プログラム及びタイミングチャートに従って、電位の指示値をデジタル/アナログ変換器によってアナログ変換し、ポテンショスタット2に出力する。制御部1に前記構成部を内蔵したワンチップコンピュータを用いることにより、全体の回路構成を簡素化し安価にすることが可能である。
【0024】
次に、図2〜6に示す電位制御のタイミングチャートを詳細に説明する。タイミングチャートは横軸が時間を、縦軸は導電性基材3の参照電極4に対する電位の指示値を示す。ここでは明示的に、次の4種の工程(6つの電位印加工程)の組み合わせをタイミングチャートとして例示するが、特にこれ以外の電位の印加の仕方による工程を除外するものではない。
(1)(殺菌工程)電気化学的生成物を発生しない正電位印加工程(T1):正電位側電解生成物発生電位9より低い正電位を印加する工程。工程によって印加する電位値を変化させることが可能である。
(2)(脱離工程)電気化学的生成物を発生しない負電位印加工程(T2)又は電気化学的生成物を発生しない負電位領域での振幅電位印加工程(T3):両工程とも、負電位側電解生成物発生電位10より高い負電位を印加する。振幅電位印加工程(T3)においては、ほぼ連続的に印加電位を変化させる。系の応答性によっては、指示電位として三角波ではなく台形波的に変化させた電位を与えることも可能である。
(3)(洗浄還元工程)電気化学的生成物を発生する負電位印加工程(T4)又は電気化学的生成物を発生する負電位領域及び/又は発生しない負電位領域での振幅電位印加工程(T5):両工程とも、負電位側電解生成物発生電位10より低い負電位を印加する。
(4)(分解洗浄再活性化工程)電気化学的生成物を発生する正電位印加工程(T6):正電位側電解生成物発生電位9より高い正電位を印加する。
図2のタイミングチャートが示す電位印加パターンでは、電気化学的生成物を発生しない正電位印加工程(T1)及び電気化学的生成物を発生する正電位印加工程(T6)を交互に繰り返す。それぞれの工程の印加電位及び印加期間は場合に応じて適宜決定可能であり、例えば電気化学的生成物を発生しない正電位印加工程(T1)においてそれぞれ異なる複数の電位値を印加するパターンも作成可能である。
図3のタイミングチャートが示す電位印加パターンでは、電気化学的生成物を発生しない正電位印加工程(T1)、電気化学的生成物を発生しない負電位印加工程(T2)、及び電気化学的生成物を発生する正電位印加工程(T6)を交互に繰り返す。それぞれの工程の印加電位及び印加期間は場合に応じて適宜決定可能であり、順序及び頻度も任意である。例えば、電気化学的生成物を発生しない正電位印加工程(T1)と電気化学的生成物を発生しない負電位印加工程(T2)とを交互にある回数だけ繰り返し、その後電気化学的生成物を発生する正電位印加工程(T6)を適用する、というパターンを作成することができる。
図4のタイミングチャートが示す電位印加パターンでは、電気化学的生成物を発生しない正電位印加工程(T1)、電気化学的生成物を発生しない負電位領域での振幅電位印加工程(T3)、及び電気化学的生成物を発生する正電位印加工程(T6)を交互に繰り返す。それぞれの工程の印加電位及び印加期間は場合に応じて適宜決定可能であり、順序及び頻度も任意である。電気化学的生成物を発生しない負電位領域での振幅電位印加工程(T3)における電位の振幅及び変化速度は、系の応答性にもよるが、制御部1が出力可能な範囲で設定することができる。図3同様、例えば、電気化学的生成物を発生しない正電位印加工程(T1)と電気化学的生成物を発生しない負電位領域での振幅電位印加工程(T3)とを交互にある回数だけ繰り返し、その後電気化学的生成物を発生する正電位印加工程(T6)を適用する、というパターンを作成することも可能である。
【0025】
図5のタイミングチャートが示す電位印加パターンでは、電気化学的生成物を発生しない正電位印加工程(T1)、電気化学的生成物を発生しない負電位印加工程(T2)、電気化学的生成物を発生する負電位印加工程(T4)、及び電気化学的生成物を発生する正電位印加工程(T6)を交互に繰り返す。それぞれの工程の印加電位及び印加期間は場合に応じて適宜決定可能であり、順序及び頻度も任意である。例えば、電気化学的生成物を発生しない正電位印加工程(T1)と電気化学的生成物を発生しない負電位印加工程(T2)とを交互にある回数だけ繰り返し、その後電気化学的生成物を発生する負電位印加工程(T4)と電気化学的生成物を発生する正電位印加工程(T6)を適用する、というパターンを作成することができる。
図6のタイミングチャートが示す電位印加パターンでは、電気化学的生成物を発生しない正電位印加工程(T1)、電気化学的生成物を発生する負電位領域及び/又は発生しない負電位領域での振幅電位印加工程(T5)、及び電気化学的生成物を発生する正電位印加工程(T6)を交互に繰り返す。それぞれの工程の印加電位及び印加期間は場合に応じて適宜決定可能であり、順序及び頻度も任意である。電気化学的生成物を発生する/しない負電位領域での振幅電位印加工程(T5)における電位の振幅及び変化速度は、系の応答性にもよるが、制御部1が出力可能な範囲で設定することができる。例えば、電気化学的生成物を発生しない正電位印加工程(T1)と電気化学的生成物を発生する/しない負電位領域での振幅電位印加工程(T5)とを交互にある回数だけ繰り返し、その後電気化学的生成物を発生する正電位印加工程(T6)を適用する、というパターンを作成することができる。
【0026】
<導電性基材の調製>
以下実施例に用いた導電性材料1〜24の作成手順を示す。
導電性基材1
チタン基板(JIS2種相当、t1×w100×L100mm)をトリクレンで脱脂、洗浄後、12重量%フッ化水素水溶液中で5分間表層を溶解水洗し、表面酸化膜の均一化を企り、ついで70重量%硫酸水溶液中120℃加熱状態で1分半浸漬し、酸化膜の均一化とTiHx皮膜形成を行い、次いで、引揚後アルゴンガス気流中で急冷水洗して後1重量%フッ化アンモニウム水溶液中で2分間浸漬し該TiHx皮膜の均一安定成長を企り、引揚げて水洗した。
水洗後、白金5g/Lを含有するジニトロジアミノ白金(Pt(NH3)2(NO2)2)を硫酸水溶液に溶解し、pHを約2に調整した状態で、50℃、2A/dm2で約20分間のメッキを行って2ミクロンの白金メッキ層を形成した。当該メッキ工程で上記TiHx形成皮膜保護のためメッキ浴中に窒素ガス曝気して気液撹拌し、溶存酸素の除去を行うと共に、陽極にて発生する酸素のチタン基材への接触を隔膜により防止するようにした。
このようにして得られた白金メッキ処理チタン基板を真空中で250℃、2時間加熱処理し、TiHx皮膜の分解除去を行った。
次いで、大気中で380℃、1時間の加熱を行い、最後に空冷し導電性基材1とした。
【0027】
導電性基材2
チタン基板(JIS2種相当、t1×w100×L100mm)をアルコールで洗浄後、20℃の8重量%HF溶液中で2分間処理した後、水洗し乾燥した。
次いで市販のチタン粉末とパラジウム粉末をそれぞれ65:35(重量比)となるように計量した粉体250gをV型混合機で1時間混合した。直径10mmの穴が10ヶ有するカーボン型ダイスに混合粉末を24gおのおのの穴に挿入し、両端をカーボン製パンチにて固定し、住友石炭鉱業(株)製放電プラズマ焼結機(DR.SINTER)内の所定の位置に設置し、約350kgf/cm2、パルス印加電圧4V、パルス印加電流3500A、焼結温度800℃、焼結時間5分の条件にて焼結した。その後表面研磨を行い約φ10mmで長さ50mmの65重量%Ti−Pd放電被覆用電極を得た。
次いで、酸化皮膜を除去したチタン基板を陰極とし、65重量%Ti−Pd電極を使用してアルゴン置換したグローブボックス中で放電被覆加工を10分間行った。その後、放電加工を行ったチタン基材をファインカッターにてt1×10×10mmに切断した。EPMA(エレクトロプローブマイクルアナライザー)にて、放電加工を行ったチタン基材の断面の元素分析を行ったところ、チタンとパラジウムの合金が確認された。また、放電加工表面を蛍光X線分析計を使用し、放電電極との比較測定による成分分析を行ったところ、放電電極成分が被覆されていることが確認された。また、このチタンとパラジウム合金層の厚さは30〜50ミクロンであった。
塩化イリジウム酸のブタノール溶液と塩化タンタルのエタノール溶液を混合し、イリジウム(Ir)4.6g/l及びタンタル(Ta)50.0g/l(モル混合比:8Ir−92Ta)を含有する塗布液を調製し、マイクロピペットで1cm2当たり3.0μl秤量し、それを上記の様にして作製したチタンとパラジウム合金層を形成したチタン基板の合金層上に塗布した後、室温で30分間真空乾燥させ、更に500℃の大気中で10分間焼成した。この工程を3回繰り返した。
次に外層を得るため、塩化イリジウム酸のブタノール溶液と塩化タンタルのエタノール溶液を混合し、イリジウム(Ir)50.0g/l及びタンタル(Ta)20.2g/l(モル混合比:70Ir−30Ta)を含有する塗布液を調製した後、この塗布液を用いて前記と同様の工程を8回繰り返して導電性基材2とした。
【0028】
導電性基材3
チタン基板(JIS2種相当、t1×w100×L100mm)をトリクレンで脱脂洗浄後、90℃の10重量%シュウ酸水溶液で20分間処理した。ついでチタン基板をシュウ酸水溶液から取り出し、窒素雰囲気中で冷水を噴霧し急冷した後、室温で減圧乾燥した。
次いで、塩化白金酸をブタノールに溶解して白金濃度50g/lを含有する塗布液を調整した後、その溶液を上記で得たチタン基板上に筆で塗り、室温で減圧乾燥し、更に減圧下に450℃で10分間焼成した。上記塗布−乾燥−焼成工程を30回繰り返すことにより白金被覆量が1cm2当たり約1.6mgの白金被覆層を形成した。
次いで、ロジウム濃度50g/l(金属換算)及び硝酸濃度95g/lに調整された硝酸ロジウムの硝酸酸性水溶液とエタノールを混合しロジウム濃度25g/l(金属換算)を含有する塗布液を調整した。その塗布液をマイクロピペットで1cm2当たり2.7μl秤量し、それを上記基材に塗布した後室温で30分間減圧乾燥し、更に600℃の大気中で10分間焼成した。この塗布−乾燥−焼成工程を5回繰り返し、白金被覆層上にロジウム換算で1cm2当たり0.4mgの酸化ロジウム被覆層を形成した。更にパラジウム濃度100g/l(金属換算)及び硝酸濃度445g/lに調整された硝酸パラジウムの硝酸酸性水溶液とエタノールを混合しロジウム濃度25g/l(金属換算)を含有する塗布液を調整した。この塗布液を用いて前記と同様の塗布−乾燥−焼成工程を11回繰り返して酸化ロジウム層上にパラジウム換算で1cm2当たり0.8mgの酸化パラジウム層を形成して導電性基材3とした。
【0029】
導電性基材4
チタン基板(JIS2種相当、t1×w100×L100mm)をトリクロロエチレンで脱脂洗浄後、20℃の8重量%フッ化水素水溶液中で2分間処理し、次いで120℃の60重量%硫酸水溶液中で3分間処理した。次いでチタン基板を硫酸水溶液から取り出し、窒素雰囲気中で冷水を噴霧し急冷した。更に20℃の0.3重量%フッ化水素水溶液に2分間浸漬した後、水洗した。
水洗後ジニトロジアミノ白金(Pt(NH3)2(NO2)2)を硫酸水溶液に溶解して白金含有量5g/l、pH約2、温度50℃に調整した状態の白金メッキ液中で30mA/cm2で約6分間のメッキを行って、見掛密度16g/cm3で電着量が1.7mg/cm2の多孔性の白金被覆層をチタン基材上に形成した。このようにして多孔性白金被覆層を設けたチタン基材を400℃の大気中で1時間加熱処理した。
次いで、白金濃度50g/lに調整したジニトロジアミノ白金(Pt(NH3)2(NO2)2)の硝酸水溶液を80℃に加熱し、白金濃度約300g/lに濃縮した後ブタノールに溶解し、白金濃度100g/lを含有する溶液−1を調整し、更にイリジウム濃度42g/lに調整した塩化イリジウム酸ブタノール溶液(溶液−2)を調整し、両溶液を等量配合し、白金対イリジウムのモル比が7:3である溶液を調整した。
この溶液をマイクロピペットで2.5μl秤量し、それを多孔性白金被覆層に浸透させた後、室温で30分間乾燥し、更に550℃の大気中で10分間焼成した。この浸透−乾燥−焼成工程を3回繰り返して上記多孔性白金被覆層に白金と酸化イリジウムがそれぞれ0.5mg/cm2及び0.21mg/cm2(金属換算)からなる酸化イリジウム−白金複合体を担持して導電性基材4とした。
【0030】
導電性基材5
チタン基板(JIS2種相当、t1×w100×L100mm)をトリクロロエチレンで脱脂洗浄後、20℃の8重量%フッ化水素水溶液中で2分間処理し、次いで120℃の60重量%硫酸水溶液中で3分間処理した。次いでチタン基板を硫酸水溶液から取り出し、窒素雰囲気中で冷水を噴霧し急冷した。更に20℃の0.3重量%フッ化水素水溶液に2分間浸漬した後、水洗した。
水洗後ジニトロジアミノ白金(Pt(NH3)2(NO2)2)を硫酸水溶液に溶解して白金含有量5g/l、pH約2、温度50℃に調整した状態の白金メッキ液中で30mA/cm2で約6分間のメッキを行って、見掛密度16g/cm3で電着量が1.7mg/cm2の多孔性の白金被覆層をチタン基材上に形成した。
このようにして多孔性白金被覆層を設けたチタン基材を400℃の大気中で1時間加熱処理した。
次いで、ロジウム濃度50g/l(金属換算)及び硝酸濃度95g/lに調整した硝酸ロジウム水溶液とエタノールを混合し、ロジウム濃度25g/l(金属換算)を含有する塗布液を調整した。この溶液をマイクロピペットで1cm2当たり2.7μl秤量し、それを多孔性白金被覆層に塗布させた後、室温で30分間乾燥し、更に600℃の大気中で10分間焼成した。この塗布−乾燥−焼成工程を5回繰り返して上記多孔性白金被覆層にロジウム換算で1cm2当たり0.4mgからなる酸化ロジウム層を形成した。
次いで、パラジウム濃度100g/l(金属換算)及び硝酸濃度445g/lに調整した硝酸パラジウム水溶液とエタノールを混合しパラジウム濃度25g/l(金属換算)を含有する溶液を調整し、更にロジウム濃度50g/l(金属換算)及び硝酸濃度95g/lに調整した硝酸ロジウム水溶液を添加混合し、パラジウム対ロジウムのモル比(金属換算)が20:1である硝酸パラジウムと硝酸ロジウムを含有する塗布液を調整する。この塗布液を用いて、上記と同様塗布−乾燥−焼成工程を8回繰り返して金属換算で1cm2当たり0.6mgの酸化パラジウムと0.03mgの酸化ロジウムを含有する酸化物被覆層を形成した導電性基材を5とした。
【0031】
導電性基材6
チタン基板(JIS2種相当、t1×w100×L100mm)をトリクロロエチレンで脱脂洗浄後、20℃の8重量%フッ化水素水溶液中で2分間処理し、次いで120℃の60重量%硫酸水溶液中で3分間処理した。次いでチタン基板を硫酸水溶液から取り出し、窒素雰囲気中で冷水を噴霧し急冷した。更に20℃の0.3重量%フッ化水素水溶液に2分間浸漬した後、水洗した。
水洗後ジニトロジアミノ白金(Pt(NH3)2(NO2)2)を硫酸水溶液に溶解して白金含有量5g/l、pH約2、温度50℃に調整した状態の白金メッキ液中で15mA/cm2で約50秒間のメッキを行って、白金を分散析出させた。分散被覆量は1g/m3であった。また、このときのチタン基板上への白金被覆率は約40%であった。
このようにして、白金を分散被覆したチタン基板を40℃の大気中で1時間加熱処理した。
次いで、塩化イリジウム酸のブタノール溶液と塩化タンタルのエタノール溶液を混合し、イリジウム(Ir)13.0g/l及びタンタル(Ta)50.0g/l(金属換算)を含有する塗布液を調製し、マイクロピペットで1cm2当たり2.7μl秤量し、それを上記の様にして作製した白金を分散被覆したチタン基板上に塗布した後、室温で30分間真空乾燥させ、更に500℃の大気中で10分間焼成した。この工程を2回繰り返した。
次に外層を得るため、塩化イリジウム酸のブタノール溶液と塩化タンタルのエタノール溶液を混合し、イリジウム(Ir)50.0g/l及びタンタル(Ta)20.0g/l(金属換算)を含有する塗布液を調製した後、この塗布液を用いて前記と同様の工程を8回繰り返して導電性基材6とした。
【0032】
導電性基材7
チタン板(JIS2種相当、t1×w100×L100mm)をサンドペーパーで研磨して表面の汚れを除去し、更に有機溶剤に浸漬し超音波洗浄機で洗浄した。このチタン板に260g/l硝酸コバルト六水和物(Co(NO3 )2 ・6H2 O)水溶液を表面に塗布した。塗布後、20〜30分乾燥して、次いでガスバーナーで熱活性化処理を施した。これを導電性基材7とした。
【0033】
導電性基材8
低温溶射装置(アークテクノ(株)製、PC250iDEX)を用いてチタンを次の条件で溶射した。チタンは径が1.3mmの純チタン線材を用いた。40kHzの高周波で、電圧は14V、チタン線材の送り速度は5.2m/分、11℃に冷却した空気を8kg/cm2の圧力で溶射ガンに導入し、表面をブラスト処理したセメント板(50×300×300mm)上に200μmのチタン溶射皮膜を被覆した。チタン溶射皮膜は淡黄色の色調であった。
次にチタン溶射皮膜被覆セメント板に260g/l硝酸コバルト六水和物(Co(NO3 )2 ・6H2 O)水溶液と18g/lの塩化イリジウム(IrCl4 ・H2 O)を添加した水溶液を塗布した。塗布後、20〜30分乾燥してからガス火炎で皮膜を加熱乾燥して導電性基材8とした。
【0034】
導電性基材9
チタン板(JIS2種相当、t1×w100×L100mm)をサンドペーパーで研磨して表面の汚れを除去し、更に有機溶剤に浸漬し超音波洗浄機で洗浄した。このチタン板に260g/l硝酸マンガン六水和物(Mn(NO3 )2 ・6H2 O)溶液を表面に塗布した。塗布後、20〜30分乾燥して、次いでガスバーナーで熱活性化処理を施した。これを導電性基材9とした。
【0035】
導電性基材10
チタン板(JIS2種相当、t1×w100×L100mm)を有機溶剤に浸漬し、超音波洗浄器で洗浄した。次いで、物理蒸着装置内にチタン板を配置し、0.13mPaまで真空引きを行った後、アルゴンプラズマ中で5分間エッチングし、メタンガスを真空度が1.3Paに低下するまで注入し、イオンプレーティング法により窒化ジルコニウム膜を1μm形成した。
次いで、ロジウム濃度50g/l(金属換算)及び硝酸濃度95g/lに調整した硝酸ロジウム水溶液とエタノールを混合し、ロジウム濃度25g/l(金属換算)を含有する塗布液を調整した。この溶液をマイクロピペットで1cm2当たり2.7μl秤量し、それを窒化ジルコニウム層に塗布させた後、室温で30分間乾燥し、更に600℃の大気中で10分間焼成した。この塗布−乾燥−焼成工程を5回繰り返して該窒化ジルコニウム層にロジウム換算で1cm2当たり0.4mgからなる酸化ロジウム層を形成して導電性基材10とした。
【0036】
導電性基材11
チタン板(JIS2種相当、t1×w100×L100mm)を有機溶剤に浸漬し、超音波洗浄器で洗浄した。次いで、物理蒸着装置内にチタン板を配置し、0.13mPaまで真空引きを行った。チタン板は、アルゴンプラズマ中で5分間エッチングし、窒素ガスを真空度が1.3Paに低下するまで注入し、イオンプレーティング法により窒化チタンと窒化ジルコニウムからなる窒化化合物皮膜を1μm形成した。
次いで、ロジウム濃度50g/l(金属換算)及び硝酸濃度95g/lに調整した硝酸ロジウム水溶液とエタノールを混合し、ロジウム濃度25g/l(金属換算)を含有する塗布液を調整した。この溶液をマイクロピペットで1cm2当たり2.7μl秤量し、それを窒化チタンと窒化ジルコニウムからなる窒化化合物皮膜層に塗布させた後、室温で30分間乾燥し、更に600℃の大気中で10分間焼成した。この塗布−乾燥−焼成工程を5回繰り返して、窒化チタンと窒化ジルコニウムからなる窒化化合物皮膜層にロジウム換算で1cm2当たり0.4mgからなる酸化ロジウム層を形成して導電性基材11とした。
【0037】
導電性基材12
タンタル板(30×50×1mm)を有機溶剤に浸漬し、超音波洗浄器で洗浄した。洗浄したタンタル板をマッフル炉内に配置し、窒素ガスを1L/分でマッフル炉内に導入し、900℃、1時間処理することでタンタル板上に窒化タンタル膜を形成した。
次いで、ロジウム濃度50g/l(金属換算)及び硝酸濃度95g/lに調整した硝酸ロジウム水溶液とエタノールを混合し、ロジウム濃度25g/l(金属換算)を含有する塗布液を調整した。この溶液をマイクロピペットで1cm2当たり2.7μL秤量し、それを窒化タンタル層に塗布させた後、室温で30分間乾燥し、更に600℃の大気中で10分間焼成した。この塗布−乾燥−焼成工程を5回繰り返して該窒化タンタル層にロジウム換算で1cm2当たり0.4mgからなる酸化ロジウム層を形成して導電性基材12とした。
【0038】
導電性基材13
低温溶射装置(アークテクノ(株)製、PC250iDEX)を用いてチタンを次の条件で溶射した。チタンは径が1.3mmの純チタン線材を用いた。40kHzの高周波で、電圧は14V、チタン線材の送り速度は5.2m/分、11℃に冷却した空気を8kg/cm2の圧力で溶射ガンに導入し、表面をブラスト処理したセメント板(50×300×300mm)上に200μmのチタン溶射皮膜を被覆した。チタン溶射皮膜は淡黄色の色調であった。
次にチタン溶射皮膜被覆セメント板に260g/l硝酸マンガン六水和物(Mn(NO3 )2 ・6H2 O)水溶液と18g/lの塩化イリジウム(IrCl4 ・H2 O)を添加した水溶液を塗布した。塗布後、20〜30分乾燥してからガス火炎で皮膜を加熱乾燥して導電性基材13とした。
【0039】
導電性基材14
低温溶射装置(アークテクノ(株)製、PC250iDEX)を用いてチタンを次の条件で溶射した。チタンは径が1.3mmの純チタン線材を用いた。40kHzの高周波で、電圧は14V、チタン線材の送り速度は5.2m/分、11℃に冷却した空気を8kg/cm2の圧力で溶射ガンに導入し、表面をブラスト処理したセメント板(50×300×300mm)上に200μmのチタン溶射皮膜を被覆した。チタン溶射皮膜は淡黄色の色調であった。
次にチタン溶射皮膜被覆セメント板をトリクロロエチレンで脱脂洗浄後、20℃の8重量%フッ化水素水溶液中で2分間処理し、次いで120℃の60重量%硫酸水溶液中で3分間処理した。次いでチタン溶射皮膜被覆セメント板を硫酸水溶液から取り出し、窒素雰囲気中で冷水を噴霧し急冷した。更に20℃の0.3重量%フッ化水素水溶液に2分間浸漬した後、水洗した。
水洗後ジニトロジアミノ白金(Pt(NH3)2(NO2)2)を硫酸水溶液に溶解して白金含有量5g/l、pH約2、温度50℃に調整した状態の白金メッキ液中で30mA/cm2で約6分間のメッキを行って、見掛密度16g/cm3で電着量が1.7mg/cm2の多孔性の白金被覆層をチタン溶射皮膜被覆セメント板に形成した。
このようにして多孔性白金被覆層を設けたチタン溶射皮膜被覆セメント板を400℃の大気中で1時間加熱処理した。
次いで、ロジウム濃度50g/l(金属換算)及び硝酸濃度95g/lに調整した硝酸ロジウム水溶液とエタノールを混合し、ロジウム濃度25g/l(金属換算)を含有する塗布液を調整した。この溶液をマイクロピペットで1cm2当たり2.7μl秤量し、それを多孔性白金被覆層に塗布した後、室温で30分間乾燥し、更に600℃の大気中で10分間焼成した。この塗布−乾燥−焼成工程を5回繰り返して上記多孔性白金被覆層にロジウム換算で1cm2当たり0.4mgからなる酸化ロジウム層を形成した。
次いで、パラジウム濃度100g/l(金属換算)及び硝酸濃度445g/lに調整した硝酸パラジウム水溶液とエタノールを混合しパラジウム濃度25g/l(金属換算)を含有する溶液を調整し、更にロジウム濃度50g/l(金属換算)及び硝酸濃度95g/lに調整した硝酸ロジウム水溶液を添加混合し、パラジウム対ロジウムのモル比(金属換算)が20:1である硝酸パラジウムと硝酸ロジウムを含有する塗布液を調整する。この塗布液を用いて、上記と同様塗布−乾燥−焼成工程を8回繰り返して金属換算で1cm2当たり0.6mgの酸化パラジウムと0.03mgの酸化ロジウムを含有する酸化物被覆層を形成して導電性基材14とした。
【0040】
導電性基材15
ステンレス板(30×50×1mm)の表面に、ポリエステル系接着剤(東亜合成(株)製、PES360SK)にイソシアネート系硬化剤(日本ポリウレタン(株)製コロネートL)を5重量%添加したものを、スプレー法にて塗布した後、100℃、5分間乾燥した。
次に、絶縁樹脂フィルムとして50μmの厚さのポリエステル樹脂フィルム(リンテック(株)製)を加熱圧着により積層した。次いで、ポリエステル樹脂フィルムをステンレス基材上に接着するために用いたポリエステル系接着剤を同様の条件でポリエステル樹脂フィルム上に被覆し、乾燥した。次に、0.1mmのチタン箔からなる導電性シートを加熱圧着することで、ポリエステル樹脂フィルム上に積層した。このチタン箔被覆ステンレス板のステンレス側をレジストインクで保護して、トリクレンで脱脂、洗浄後、12%フッ化水素水溶液中で5分間表層を溶解水洗し、表面酸化膜の均一化を企り、ついで70重量%硫酸水溶液中120℃加熱状態で1分半浸漬し、酸化膜の均一化とTiHx皮膜形成を行い、次いで、引揚後アルゴンガス気流中で急冷水洗して後1重量%フッ化アンモニウム水溶液中で2分間浸漬し該TiHx皮膜の均一安定成長を企り、引揚げて水洗した。
水洗後、白金5g/lを含有するジニトロジアミノ白金(Pt(NH3)2(NO2)2)を硫酸に溶解し、pH約2に調整した状態で50℃、2A/dm2で約20分間のメッキを行って2ミクロンの白金メッキ層が得られた。当該メッキ工程で上記TiHx形成皮膜保護のためメッキ浴中に窒素ガス曝気して気液撹拌し溶存酸素の除去を行うと共に、陽極にて発生する酸素のチタン基材への接触を隔膜により防止するようにした。
このように得られた白金メッキ処理チタン基板を真空中で250℃2時間加熱処理しTiHx皮膜の分解除去を行った。
更に、ロジウム濃度50g/l(金属換算)及び硝酸濃度95g/lに調整された硝酸ロジウムの硝酸酸性水溶液とエタノールを混合しロジウム濃度25g/l(金属換算)を含有する塗布液を調整した。その塗布液をマイクロピペットで1cm2当たり2.7μl秤量し、それを上記基材に塗布した後室温で30分間減圧乾燥し、更にバーナーにより最表面が600℃になる様大気中で10分間焼成した。この塗布−乾燥−焼成工程を5回繰り返し、白金被覆層上にロジウム換算で1cm2当たり0.4mgの酸化ロジウム被覆層を形成した。更にパラジウム濃度100g/l(金属換算)及び硝酸濃度445g/lに調整された硝酸パラジウムの硝酸酸性水溶液とエタノールを混合しロジウム濃度25g/l(金属換算)を含有する塗布液を調整した。この塗布液を用いて前記と同様の塗布−乾燥−焼成工程を11回繰り返して酸化ロジウム層上にパラジウム換算で1cm2当たり0.8mgの酸化パラジウム層を形成して導電性基材15とした。
【0041】
導電性基材16
ステンレス板(SUS316、30×50×5mm)の表面をエメリーペーパー(100番)で粗面化した。次いで、ポリエステル系接着剤(東亜合成(株)製、PES・360S30)にイソシアネート系硬化剤(日本ポリウレタン工業(株)製、コロネートL)を5重量部と溶剤(トルエンとメチルエチルケトンが8:2の容量で混合されたもの)を100重量部加えて十分に撹拌混合し、この接着剤を粗面化したステンレス表面にスプレー法で塗布した後、80℃、10分間乾燥した。次に、ガラス繊維で織られた布(ユニチカグラスファイバー(株)製、H201M104F)を接着剤が塗布されたステンレス板上に置き、200℃、10kg/cm2の圧力で2分間加熱圧着した。次に、低温溶射装置(アークテクノ(株)製、PC250iDEX)を用いてチタンを次の条件で溶射した。尚、チタンは、径が1.3mmの純チタン線材を用いた。電圧は、14V、チタン線材の送り速度は5.2m/分、空気圧は8kg/cm2としてガラス繊維布が積層されたステンレス板上にチタンを溶射することにより200μmの窒化チタン溶射皮膜を形成した。
次にチタン溶射皮膜被覆ステンレス板のステンレス側をレジストインクで保護して、トリクロロエチレンで脱脂洗浄後、20℃の8重量%フッ化水素水溶液中で2分間処理し、次いで120℃の60重量%硫酸水溶液中で3分間処理した。次いでチタン溶射皮膜被覆ステンレス板を硫酸水溶液から取り出し、窒素雰囲気中で冷水を噴霧し急冷した。更に20℃の0.3重量%フッ化水素水溶液に2分間浸漬した後、水洗した。
水洗後ジニトロジアミノ白金(Pt(NH3)2(NO2)2)を硫酸溶液に溶解して白金含有量5g/l、pH約2、温度50℃に調整した状態の白金メッキ液中で30mA/cm2で約6分間のメッキを行って、見掛密度16g/cm3で電着量が1.7mg/cm2の多孔性の白金被覆層をチタン溶射皮膜被覆ステンレス板に形成した。
このようにして多孔性白金被覆層を設けたチタン溶射皮膜被覆ステンレス板を400℃の大気中で1時間加熱処理した。
次いで、ロジウム濃度50g/l(金属換算)及び硝酸濃度95g/lに調整した硝酸ロジウム水溶液とエタノールを混合し、ロジウム濃度25g/l(金属換算)を含有する塗布液を調整した。この溶液をマイクロピペットで1cm2当たり2.7μl秤量し、それを多孔性白金被覆層に塗布させた後、室温で30分間乾燥し、更に600℃の大気中で10分間焼成した。この塗布−乾燥−焼成工程を5回繰り返して上記多孔性白金被覆層にロジウム換算で1cm2当たり0.4mgからなる酸化ロジウム層を形成した。
次いで、パラジウム濃度100g/l(金属換算)及び硝酸濃度445g/lに調整した硝酸パラジウム水溶液とエタノールを混合しパラジウム濃度25g/l(金属換算)を含有する溶液を調整し、更にロジウム濃度50g/l(金属換算)及び硝酸濃度95g/lに調整した硝酸ロジウム水溶液を添加混合し、パラジウム対ロジウムのモル比(金属換算)が20:1である硝酸パラジウムと硝酸ロジウムを含有する塗布液を調整する。この塗布液を用いて、上記と同様塗布−乾燥−焼成工程を8回繰り返して金属換算で1cm2当たり0.6mgの酸化パラジウムと0.03mgの酸化ロジウムを含有する酸化物被覆層を形成して導電性基材16とした。
【0042】
導電性基材17
ステンレス板(30×50×1mm)を有機溶剤に浸漬し、超音波洗浄器で洗浄した。次いで、物理蒸着装置内にチタン板を配置し、0.13mPaまで真空引きを行った。ステンレス板は、アルゴンプラズマ中で5分間エッチングし、チタン層を2μm形成した。その後、窒素ガスを1.3Paに真空度が低下するまで注入し、イオンプレーティング法により窒化チタン膜を1μm形成した。
次いで、ロジウム濃度50g/l(金属換算)及び硝酸濃度95g/lに調整した硝酸ロジウム水溶液とエタノールを混合し、ロジウム濃度25g/l(金属換算)を含有する塗布液を調整した。この溶液をマイクロピペットで1cm2当たり2.7μL秤量し、それを窒化チタン層に塗布させた後、室温で30分間乾燥し、更に600℃の大気中で10分間焼成した。この塗布−乾燥−焼成工程を5回繰り返して該窒化チタン層にロジウム換算で1cm2当たり0.4mgからなる酸化ロジウム層を形成して導電性基材17とした。
【0043】
導電性基材18
ガラス繊維強化プラスチック(FRP)板(30×50×5mm)をアルコールに浸漬し、超音波洗浄器で洗浄した。次いで、物理蒸着装置内にガラス繊維強化プラスチック(FRP)板を配置し、0.13mPaまで真空引きを行った。ガラス繊維強化プラスチック(FRP)板は、アルゴンプラズマ中で5分間エッチングし、その後アルゴンガスを1.3Paに真空度が低下するまで注入しスパッタリング法によりチタン膜を50μm形成した。
次に上記チタン被覆ガラス繊維強化プラスチック(FRP)板をトリクレンで脱脂、洗浄後、12重量%フッ化水素水溶液中で5分間表層を溶解水洗し、表面酸化膜の均一化を企り、ついで70重量%硫酸水溶液中120℃加熱状態で1分半浸漬し、酸化膜の均一化とTiHx皮膜形成を行い、次いで、引揚後アルゴンガス気流中で急冷水洗して後1重量%フッ化アンモニウム水溶液中で2分間浸漬し該TiHx皮膜の均一安定成長を企り、引揚げて水洗した。
水洗後、白金5g/lを含有するジニトロジアミノ白金(Pt(NH3)2(NO2)2)を硫酸に溶解し、pH約2に調整した状態で、温度50℃、電流密度2A/dm2で約20分間のメッキを行って2ミクロンの白金メッキ層が得られた。当該メッキ工程で上記TiHx形成皮膜保護のためメッキ浴中に窒素ガス曝気して気液撹拌し溶存酸素の除去を行うと共に陽極にて発生する酸素のチタン基材への接触を隔膜により防止するようにした。
このように得られた白金メッキ処理チタン基板を真空中で250℃2時間加熱処理しTiHx皮膜の分解除去を行った。
次いで、ロジウム濃度50g/l(金属換算)及び硝酸濃度95g/lに調整された硝酸ロジウムの硝酸酸性水溶液とエタノールを混合し、ロジウム濃度25g/l(金属換算)を含有する塗布液を調整した。その塗布液をマイクロピペットで1cm2当たり2.7μl秤量し、それを上記基材に塗布した後、室温で30分間減圧乾燥し、更にバーナーにより最表面が600℃になる様、大気中で10分間焼成した。この塗布−乾燥−焼成工程を5回繰り返し、白金被覆層上にロジウム換算で1cm2当たり0.4mgの酸化ロジウム被覆層を形成した。更にパラジウム濃度100g/l(金属換算)及び硝酸濃度445g/lに調整された硝酸パラジウムの硝酸酸性水溶液とエタノールを混合しロジウム濃度25g/l(金属換算)を含有する塗布液を調整した。この塗布液を用いて前記と同様の塗布−乾燥−焼成工程を11回繰り返して酸化ロジウム層上にパラジウム換算で1cm2当たり0.8mgの酸化パラジウム層を形成して導電性基材18とした。
【0044】
導電性基材19
アルミニウム板(30×50×1mm)を5重量%、温度50℃の水酸化ナトリウム水溶液中で30秒間エッチング処理した後、30重量%硝酸水溶液に1分間浸漬した。その後、15重量%硫酸水溶液中で1.5A/dm2の電流密度で60分間陽極酸化処理し、24μmの厚さの多孔質酸化皮膜を形成した。次に、アニオン系電着塗料(ハニー化成化(株)製)に多孔質酸化皮膜を形成したアルミニウム板を陽極として浸漬し、180Vの電圧を3分間印加した後水洗し、180℃、30分間加熱乾燥して多孔質酸化皮膜上に絶縁性の樹脂層を形成した。次に物理蒸着装置内に絶縁樹脂層を形成したアルミニウム板を配置し、1.3mPaまで真空引きを行った。その後、アルゴンプラズマ中で5分間エッチングし、チタン層を2μm形成した後、窒素ガスを1.3Paに真空度が低下するまで注入し、イオンプレーティング法により窒化チタン膜を1μm形成した。
次いで、ロジウム濃度50g/l(金属換算)及び硝酸濃度95g/lに調整した硝酸ロジウム水溶液とエタノールを混合し、ロジウム濃度25g/l(金属換算)を含有する塗布液を調整した。この溶液をマイクロピペットで1cm2当たり2.7μl秤量し、それを窒化チタン層に塗布させた後、室温で30分間乾燥し、更に600℃の大気中で10分間焼成した。この塗布−乾燥−焼成工程を5回繰り返して前記窒化チタン層にロジウム換算で1cm2当たり0.4mgからなる酸化ロジウム層を形成して導電性基材19とした。
【0045】
導電性基材20
低温溶射装置(アークテクノ(株)製、PC250iDEX)を用いてチタンを次の条件で溶射した。チタンは径が1.3mmの純チタン線材を用いた。40kHzの高周波で、電圧は14V、チタン線材の送り速度は5.2m/分、11℃に冷却した空気を8kg/cm2の圧力で溶射ガンに導入し、表面をブラスト処理したセメント板(50×300×300mm)上に200μmのチタン溶射皮膜を被覆した。チタン溶射皮膜は淡黄色の色調であった。これを導電性基材20とした。
【0046】
導電性基材21
ガラス繊維強化プラスチック(FRP)板(30×50×5mm)の表面をエメリーペーパー(100番)で粗面化した。次いで、ポリエステル系接着剤(東亜合成(株)製、PES360S30)にイソシアネート系硬化剤(日本ポリウレタン工業(株)製、コロネートL)を5重量部と溶剤(トルエンとメチルエチルケトンが8:2の容量で混合されたもの)を100重量部加えて十分に撹拌混合し、この接着剤を粗面化したガラス繊維強化プラスチック(FRP)板表面にスプレー法で塗布した後、80℃、10分間乾燥した。次に、ガラス繊維で織られた布(ユニチカグラスファイバー(株)製、H201M104F)を接着剤が塗布されたガラス繊維強化プラスチック(FRP)板上に置き、温度200℃、10kg/cm2の圧力で2分間加熱圧着した。次に、低温溶射装置(アークテクノ(株)製、PC250iDEX)を用いてチタンを次の条件で溶射した。尚、チタンは、径が1.3mmの純チタン線材を用いた。電圧は14V、チタン線材の送り速度は5.2m/分、空気圧は8kg/cm2としてガラス繊維布が積層されたガラス繊維強化プラスチック(FRP)板上にチタンを溶射することにより200μmの窒化チタン溶射皮膜を形成した。これを導電性基材21とした。
【0047】
導電性基材22
チタン基板(JIS2種相当、t1×w100×L100mm)をトリクロロエチレンで脱脂洗浄後、これを導電性基材22とした。
【0048】
導電性基材23
ステンレス板(30×50×1mm)を有機溶剤に浸漬し、超音波洗浄器で洗浄した。次いで、物理蒸着装置内にチタン板を配置し、0.13mPaまで真空引きを行った。ステンレス板は、アルゴンプラズマ中で5分間エッチングし、チタン層を2μm形成した。その後、窒素ガスを1.3Paに真空度が低下するまで注入し、イオンプレーティング法により窒化チタン膜を1μm形成した。これを導電性基材23とした。
【0049】
導電性基材24
アルミニウム板(30×50×1mm)を5重量%、50℃の水酸化ナトリウム水溶液中で30秒間エッチング処理した後、30重量%硝酸水溶液に1分間浸漬した。その後、15重量%硫酸水溶液中で1.5A/dm2の電流密度で60分間陽極酸化処理し、24μmの厚さの多孔質酸化皮膜を形成した。次に、アニオン系電着塗料(ハニー化成化(株)製)に多孔質酸化皮膜を形成したアルミニウム板を陽極として浸漬し、180Vの電圧を3分間印加した後水洗し、180℃、30分間加熱乾燥して多孔質酸化皮膜上に絶縁性の樹脂層を形成した。次に物理蒸着装置内に絶縁樹脂層を形成したアルミニウム板を配置し、1.3mPaまで真空引きを行った。その後、アルゴンプラズマ中で5分間エッチングし、チタン層を2μm形成した後、窒素ガスを1.3Paに真空度が低下するまで注入し、イオンプレーティング法により窒化チタン膜を1μm形成した。これを導電性基材24とした。
【0050】
<微生物懸濁液の調整>
海洋付着細菌ビブリオ・アルギノリチクス(Vibrio・alginolyticus:ATCC 17749)を、マリンブロス(Marine broth)2216(DIFCO Laboratory社製)中30℃で1次培養後、100μl採取し、25mlの遠沈管に培地(マリンブロス15ml)と共に30℃、150rpm、2時間好気的に培養した。培養後の菌体を遠心集菌し、その後、滅菌海水で洗浄後滅菌海水中に懸濁させ、菌数をヘマタイトメーターにてカウントし、1×107cel l/ml濃度の菌体懸濁液を作製した。
【0051】
<導電性基材への微生物付着と電位印加>
導電性基材は、200rpmで撹拌した懸濁液中に室温で90分間浸漬し、導電性基材表面に菌体を付着させた。試験槽6に入っている滅菌海水中に浸漬し、200rpmの撹拌速度で滅菌海水を撹拌しながら各種電位を印加した。電位印加条件は、図2〜6に示した各パターンを印加した。また、T1の電位は、0.9VvsAg/AgCl、60分間印加とした。T2の電位は、−0.6VvsAg/AgCl、30分間印加とした。T3の電位は、−0.3V〜−0.6VvsAg/AgCl、30分間印加し、電位を2分間隔で振幅させた。T4の電位は、−1.4VvsAg/AgCl、60分間印加とした。T5の電位は、−0.3V〜−1.4VvsAg/AgCl、60分間印加し、電位を2分間隔で振幅させた。T6の電位は、1.6VvsAg/AgCl、5分間印加とした。
【0052】
<微生物の殺菌評価と各工程の効果判定>
殺菌効果確認と死滅した付着微生物の脱離、洗浄効果の判定には、Propidium Iodide(以下、PIと略記する)と、4,6−Diamidino−2−Phenylindole(以下、DAPIと略記する)の2重染色法により行った。PIとDAPIは、微生物の細胞膜浸透性の違いにより、微生物の核酸に付着し、青色の蛍光を示すものを生菌体、赤色の蛍光を示すものを死菌体とする微生物の生死判定法として使用されている。また、殺菌された赤色の蛍光を発する微生物の導電性基材表面での存在量を比較することによって、スケールや有機物の脱離、洗浄機能の判定を行った。
微生物の染色は、電位を印加した導電性基材を滅菌海水で洗浄し、導電性基材上の付着菌体をPIの250μg/ml水溶液、DAPI20μg/ml水溶液(染色前に調整)を各々30μl滴下して行った。その後、紫外線の励起光を照射し、蛍光顕微鏡観察下で、青色の蛍光を示すものを生菌体、赤色の蛍光を示すものを死菌体として、電位印加前に導電性膜に吸着した菌体数に対する死菌体数により評価した。
尚、判定は、○は殺菌率80%以上、△は殺菌率20〜80%、×は20%未満を示す。
図2〜6に示した電位印加パターンにおいて、T1工程を終了後、微生物の殺菌効果を判定した。
脱離工程T2及びT3の判定は、電位印加後の付着生物量が殺菌判定後のT1工程時からの減少比として、○は減少率70%以上、△は減少率30〜70%、×は30%未満として示した。
T4、T5及びT6工程の判定は、各パターンのT4,T5及びT6工程前の状態と各工程実施後の死菌体の存在有無によって判定した。
尚、試験結果の優位さを判定するため、電位印加時間及び印加電圧については、各種行った。従って、試験結果は、総合的に短時間で完全に低い電位で等を考慮した結果を優先することが望ましく、本実施例に限定されるものではない。
以下、図2〜6に示した電位印加パターンの各工程における、導電性基材1〜24について実施例に基づきその効果を示す。
【0053】
実施例1
装置例1において、導電性基材として、上記導電性基材1〜24を用い、図2に示した電位印加パターンにて実験を行った。その結果を表1に示す。
T1工程では、0.9VvsAg/AgClを60分間印加し、殺菌効率を判定した。また、T1工程のみにて付着していた死細胞の数とT6工程を1.6VvsAg/AgCl、5分間印加とした後に付着していた有機物と見なした死菌体の存在有無によって、分解洗浄効果を判定した。
【0054】
【表1】
【0055】
殺菌効果の判定は、○は殺菌率80%以上、△は殺菌率20〜80%、×は20%未満を示す。また、短時間でも殺菌率が80%を越えたことを確認できたものは、◎で表記した。尚、すべての基材に対して実施したものではない。
分解洗浄効果は、付着死細胞の有無を○は洗浄率80%以上、△は洗浄率20〜80%、×は洗浄率20%未満を示す。また、短時間でも洗浄率が80%を越えたことを確認できたものは、◎で表記した。尚、すべての基材に対して実施したものではない。
【0056】
実施例2
装置例1において、導電性基材として、上記導電性基材1〜24を用い、図3、4に示した電位印加パターンにて実験を行った。その結果を表2に示す。
殺菌効果は、実施例1とほぼ同様の殺菌効率を示していたので、T1工程で0.9VvsAg/AgClを30分間印加し、死菌と生菌が混在して、付着している導電性基材を調整した。その後、図3に示した電位印加パターンでのT2電位は−0.6VvsAg/AgCl、30分間印加とし、図4に示した電位印加パターンT3の電位は、−0.3V〜−0.6VvsAg/AgCl、30分間印加し、電位を2分間隔で振幅させた。その際のT2工程及びT3工程の前後にて、死菌と生菌の総和である付着微生物数に対して、脱離した微生物数の比較し、減少比を求め、脱離効果を判定した。
【0057】
【表2】
【0058】
減少率は、○は減少率70%以上、△は減少率30〜70%、×は30%未満として示した。また、短時間でも減少率が80%を越えたことを確認できたものは、◎で表記した。尚、その後T6工程を実施した導電性基材のすべてで洗浄効果が確認でき、組み合わせによる洗浄促進効果が期待できた。
【0059】
実施例3
装置例1において、導電性基材として、上記導電性基材1〜24を用い、図5、6に示した電位印加パターンにて実験を行った。その結果を表3に示す。
殺菌効果は、実施例1とほぼ同様の殺菌効率を示していたので、T1工程で0.9VvsAg/AgClを30分間印加し、死菌と生菌が混在して、付着している導電性基材を調整した。その後、T2電位は−0.6VvsAg/AgCl、30分間印加とした。次いで、図5に示した電位印加パターンでのT4の電設定を、−1.4VvsAg/AgCl、60分間印加とした。また、図6に示した電位印加パターンでのT5の電位設定を−0.3V〜−1.4VvsAg/AgCl、60分間印加とし、電位を2分間隔で振幅させた。T4及びT5工程の前後にて、付着していた有機物と見なした死菌体の存在有無によって、分解洗浄効果を判定した。
【0060】
【表3】
【0061】
分解洗浄効果は、付着死細胞の有無を○は洗浄率80%以上、△は洗浄率20〜80%、×は洗浄率20%未満を示す。また、短時間でも洗浄率が80%を越えたことを確認できたものは、◎で表記した。尚、すべての基材に対して実施したものではない。また、その後T6工程を実施した場合、短時間で導電性基材のすべてでほぼ完全な洗浄効果が確認でき、組み合わせによる洗浄促進効果が期待できた。
【0062】
<生成物(塩素、酸素)発生の確認>
導電性基材1,5、6、7,9,11,22について、海水50mlに浸し、1.6Vvs.Ag/AgClの電位を印加した場合の海水中の塩素濃度を測定した。電位を印加した海水中の塩素濃度は、残留塩素電極(97−70BN;Orion Research社製)を用いて測定した。電位印加後の海水を10mlサンプリングし、沃素試薬(Orion Research社製)及び酸試薬(OrionResearch社製)をそれぞれ100μl添加し、撹拌した。溶液を2分間放置した後、マルチメーター(83MULTIMETER;FLUKE社製)を接続し残留塩素電極により電位を測定し、標準サンプルとの電極電位差から検量線を用いて塩素濃度を求めた。尚、塩素測定限界は、0.2ppmである。標準サンプルは、残留塩素標準液(Orion Research社製)、沃素試薬、酸試薬を各々100μl混ぜ2分間撹拌した後、9900μlの蒸留水を添加し再度撹拌することにより作成した。
その結果、導電性基材1,5、6、11について貴金属酸化物が導電性基材表面に存在する場合に、塩素発生を確認した。また、導電性基材、7,9,22などの酸化物及びバルク金属では、水の分解に伴う酸素発生が確認され、ラジカル生成過程の存在が示された。
【0063】
<導電性基材の再活性化の検証>
導電性基材5を例として、
(A)電位を印加しない未使用の導電性基材5、
(B)1.0Vvs.Ag/AgCl、100時間印加した導電性基材5、
(C)1.0Vvs.Ag/AgCl、100時間印加した後、−1.4Vvs.Ag/AgCl、30分印加した導電性基材5を用いて、電極活性としての塩素の発生を測定した。測定方法は前記塩素測定方法と同様に行った。
その結果、(A)と(C)は、ほぼ同程度の塩素発生が確認された。しかし、(B)は、塩素発生の反応が(A)と(C)より劣っていた。これは、1.0Vvs.Ag/AgCl、100時間印加したことにより電極表面が酸化され塩素発生効率が低下したためと考えられる。従って、導電性材料により詳細な検討を必要とするが、少なくともT2,T3,T4及びT5における負電位を印加する事により、導電性基材を再活性化する事ができる。
また、導電性基材1においては、負電位の印加により、白金酸化物が還元され、白金の溶出が起こることが、反応電流量の減少として確認されている。しかし、それらを再びT1及びT6工程とすることで、安定した導電性を示し、再活性化された。従って、導電性基材表面に存在する物質によって、各工程を様々な組み合わせによりその性能を比較し、防汚効果を長期間安定させる必要がある。
【0064】
<走査型プローブ顕微鏡による酸化物形成及びその還元消失制御による導電性基材の再活性化確認の検証>
導電性基材22を代表例として、図5のタイミングチャートに合わせて電位を印加したときの電極表面を走査型プローブ顕微鏡(セイコーインスツルメンツ(株)製、SPI3800N)により観察を行った。印加条件は、T1が0.9Vvs.Ag/AgCl、90分間、T2が−0.6Vvs.Ag/AgCl、45分間、T4が−1.4Vvs.Ag/AgCl、120分間で行った。サンプルは電位を印加していない新規電極、T1印加終了時の電極、T4印加終了時の電極の表面状態観察を行った。
その結果、T1終了時には酸化被膜成長に伴う凹凸が見られたが、T4終了後のサンプルにはその凹凸が消滅しており、電位を印加していない電極表面とほぼ同じ状態に戻っていた。これより正電位印加により形成した酸化被膜は低い負電位を印加することにより電位を印加していない新規電極表面と同じ位に復元することがわかった。
【0065】
【発明の効果】
本発明に係る電気化学的防汚方法によれば、被防汚面たる導電性基材の電極としての機能を維持向上すると共に、被防汚導電性基材の電気化学的防汚効果を長期に渡って安定的に得ることが可能となり、更に、脱離工程及び洗浄工程に関する自由度を高めることも可能となる。そして、本電気化学的防汚方法に基づいた装置は、導電性基材の交換などのコスト無く、再活性化させて長期間の防汚効果を再現させる事が可能であるので、極めて有用な装置である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例の装置の模式図である。
【図2】 電位制御のタイミングチャート図である。
【図3】 電位制御のタイミングチャート図である。
【図4】 電位制御のタイミングチャート図である。
【図5】 電位制御のタイミングチャート図である。
【図6】 電位制御のタイミングチャート図である。
【符号の説明】
1 制御部
2 ポテンショスタット
3 導電性基材
4 参照極
5 対極
6 試験槽
7 攪拌棒
8 攪拌器
9 正電位側電解生成物発生電位
10 負電位側電解生成物発生電位
T1 電気化学的生成物を発生しない正電位印加工程
T2 電気化学的生成物を発生しない負電位印加工程
T3 電気化学的生成物を発生しない負電位領域での振幅電位印加工程
T4 電気化学的生成物を発生する負電位印加工程
T5 電気化学的生成物を発生する/しない負電位領域での振幅電位印加工程
T6 電気化学的生成物を発生する正電位印加工程[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is an electrochemical method for electrochemically preventing organisms and scales from adhering to offshore structures, ships, water transportation pipes or waterways, fishing nets, heat exchangers, seawater intake screens, etc. The present invention relates to an antifouling method and an electrochemical antifouling apparatus using this method.
[0002]
[Prior art]
Many organisms exist in seawater and freshwater, and adhere to the surface of underwater structures, causing various problems. For example, when adhering to a ship or a buoy, a problem of increased propulsion resistance occurs. Moreover, when it adheres to the aquaculture ginger, problems such as inhibition of seawater exchange occur. Furthermore, problems such as deformation of nets occur when attached to fishing nets such as stationary nets.
In addition, microorganisms attached to the pipes and valves of water supply / drainage cause problems such as contaminating people and products through seawater and fresh water.
The general mechanism of biological attachment to the surface of structures in contact with seawater and fresh water is as follows.
First, adherent gram-negative bacteria adsorb to the surface of the structure and secrete a large amount of slime-like substances derived from lipids. Furthermore, Gram-negative bacteria gather and grow in this slime layer to form a microbial coating. In the seawater, large organisms such as algae, shellfish, and barnacles, which are large organisms, adhere to the microbial coating. The attached large creatures will breed and grow, eventually covering the surface of the underwater structure.
As an antifouling means against contamination by organisms adhering to the surface of the above-mentioned underwater structures and seawater or fresh water, a sterilizing substance is added to the antifouling surface, or a paint containing an organotin compound In general, a method of forming a coating film and eluting an organotin compound and a method of antifouling using chlorine generated by electrolyzing seawater have been performed. However, these methods generate harmful substances, and there is a concern about the impact on the organism due to water pollution.
[0003]
In recent years, methods have been proposed for controlling organisms attached to the surface of an underwater structure, seawater, or fresh water that is electrochemically contacted without generating harmful substances.
In this electrochemical biological control method, when a potential higher than a predetermined potential at which a direct electrochemical reaction with a microorganism is confirmed is applied to the microorganism, coenzyme A, one of the redox substances inside the microorganism, is irreversible. It is oxidized and induces a decrease in the respiratory activity of the microorganism and the permeation barrier of the microbial membrane, thereby killing the microorganism (Japanese Patent Publication No. 6-91821). Incidentally, in the marine-adherent bacterium Vibrio arginolytics used in the present invention, an oxidation peak current can be confirmed at 0.7 V vs SCE. In other words, since the predetermined potential at which direct electrochemical reaction with microorganisms is confirmed occurs below the decomposition potential of water or seawater as the electrolyte, there is no production of chemical substances and only microorganisms that adhere to the conductive substrate are sterilized. Then, attachment of aquatic organisms thereafter can be prevented. Therefore, it has been shown that this is an excellent antifouling method that is free from marine pollution and has no effect on the ecosystem of marine organisms.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-19249 discloses a step of applying a positive potential to a conductive substrate in water to adsorb and sterilize microorganisms in the water on the surface of the conductive substrate; A step of destroying microorganism cells adsorbed on the surface of the conductive substrate by applying a higher positive potential, and detaching the sterilized microorganisms adhered to the conductive substrate and their decomposition products; An invention having a gist of a method for controlling an underwater microorganism characterized by the above is described. Further, in Japanese Patent No. 3105024, in water, a positive potential is applied to the conductive substrate to adsorb and sterilize microorganisms in water on the surface of the conductive substrate (+0 to 1.5 V vs SCE), A step of detaching sterilized microorganisms adsorbed on the surface of the conductive substrate by applying a negative potential to the conductive substrate (−0 to 0.4 V vs. SCE). An invention based on the control method is described. JP 2001-198572 A discloses a step of adsorbing and sterilizing microorganisms in water on the surface of the conductive substrate by applying a positive potential that does not cause electrolysis to the conductive substrate in water. A negative potential that causes electrolysis is applied to the conductive substrate to reduce the surface of the conductive substrate, and at the same time, sterilized microorganisms that induce an alkaline substance on the surface of the conductive substrate and are adsorbed on the surface of the conductive substrate and their decomposition And a process for detaching substances, which describes a method for controlling an underwater microorganism.
Further, as an approximate antifouling method, a method for generating antifouling by generating oxygen on a conductive substrate is disclosed in Japanese Patent Publication No. 1-46595 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-303041. In these methods, the oxygen generation potential is set to a range of about 0.55V to 1.1V. However, the electrochemical antifouling method clarifies that microorganisms can be sterilized only when the cell and the conductive substrate are in direct contact, whereas the approximate antifouling method has almost the same potential. There is no clear proof that oxygen generated in can sterilize and antifoul microorganisms that do not contact the conductive substrate. Therefore, it is difficult to conceptually separate from the electrochemical antifouling method that microorganisms do not adhere to the conductive substrate.
Further, antifouling methods for generating hypochlorite ions and chlorine ions by applying a positive potential to the conductive coating film are described in Japanese Patent Publication No. 6-15069 and Japanese Patent Publication No. 8-14036. The antifouling effect of the chlorine injection method by the seawater electrolyzer is considered to be generated directly on the surface to be protected.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The method of sterilizing and preventing the adhesion of microorganisms by applying a potential that does not cause electrolysis of seawater or water to the conductive base material to be antifouling is free from marine pollution, and also the marine organism ecosystem It is an excellent antifouling method because it has no effect on the surface.
By the way, the above-mentioned electrochemical antifouling method was sterilized by applying a positive potential that does not cause electrolysis of seawater or water to sterilize adhering microorganisms, and applied a negative potential that does not cause electrolysis of seawater or water. It consists of a step of removing microorganisms, charged organic substances and scales, and a step of washing and reducing the surface to be protected by applying a negative potential that causes electrolysis of seawater and water. In the electrochemical antifouling method, in order to maintain the effect for a long period of time, it is necessary to sufficiently perform the sterilization process for the conductive base material which is the antifouling surface in the cleaning process. On the other hand, during the cleaning process, the sterilization process and the desorption process cannot be performed, and precipitation of magnesium hydroxide or the like occurs on the surface of the conductive base material, thereby inhibiting the electron transfer reaction. The time distribution of each process needs to be changed according to the environment, and it is difficult to achieve optimal distribution. In addition, when the conductive base material, which is the surface to be protected, is excessively oxidized, there is a decrease in the electron transfer speed between the microorganism and the conductive base material due to an increase in the electrical resistance value on the surface of the conductive base material. May occur or it may be difficult to apply the set potential uniformly to the entire conductive substrate. Further, the surface of the conductive base material has many problems in practical use in the future, such as a decrease in function as an electrode due to deterioration of a constituent material.
The present invention has been made in view of these problems, and while maintaining and improving the function as an electrode of a conductive substrate as a surface to be protected, the electrochemical antifouling effect of the conductive substrate to be protected is long-term. It is an object to increase the degree of freedom regarding the desorption step and the washing step for the purpose of obtaining stably over the range.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention comprises at least a conductive substrate, a counter electrode, and a power source that applies a voltage between the conductive substrate and the counter electrode, and utilizes a direct electron transfer reaction between the conductive substrate and a living organism. In the electrochemical antifouling method, the conductive substrate has at least a part of the antifouling surface at least.The following A) and B),
A) Platinum group metal selected from platinum, ruthenium, rhodium, palladium and iridium
B) Single metal oxide or mixed metal oxide or composite metal oxide selected from oxides of platinum, ruthenium, rhodium, palladium, iridium, titanium, zirconium, niobium, tantalum, manganese, cobalt, tin, and antimony
The power source applies at least a positive potential that does not generate a product electrochemically from the electrolyte to the conductive substrate, thereby suppressing the growth of aquatic organisms that directly or indirectly contact the surface of the conductive substrate. The first gist is an electrochemical antifouling method characterized byIt consists of at least a conductive substrate, a counter electrode, and a power source that applies a voltage between the conductive substrate and the counter electrode, and is an electrochemical device that utilizes a direct electron transfer reaction between the conductive substrate and a living organism. In the antifouling method, the conductive base material is a single metal oxide, mixed metal oxide, or composite metal oxide in which a part or all of the antifouling surface is selected from at least platinum and / or metal oxide. A positive potential that does not generate an electrochemically generated product from the electrolyte in at least the conductive substrate by the power source, and aquatic organisms that are in direct or indirect contact with the surface of the conductive substrate. An aquatic organism that directly or indirectly contacts the surface of the conductive substrate by suppressing the growth and further applying a positive potential that electrochemically generates a product from the electrolyte to the conductive substrate. And scale detachment The second aspect is an electrochemical antifouling method comprising a step of cleaning and reactivating the conductive base material, and electrochemically generating a product from the electrolyte on the conductive base material In the step of desorbing and cleaning the aquatic organisms and scale that directly or indirectly contact the surface of the conductive substrate and reactivating the conductive substrate by applying a positive potential to be applied, The electrochemical antifouling method according to the second aspect, characterized in that a chlorine compound or a radical is generated, is further provided as a third aspect, and the conductive base material is electrochemically applied from an electrolyte solution. The gist of any one of the first to third aspects, comprising a step of detaching aquatic organisms that directly or indirectly contact the surface of the conductive substrate by applying a negative potential that does not generate a product. Electrochemical antifouling method as described in According to a fourth aspect of the present invention, an aquatic material that directly or indirectly contacts the surface of the conductive substrate by applying a negative potential that electrochemically generates a product from the electrolyte to the conductive substrate. The electrochemical antifouling method according to any one of the first to fourth aspects, including a step of desorbing and cleaning organisms and scales, is used as a fifth aspect, and the conductive substrate is also used as a counter electrode. A sixth aspect is the electrochemical antifouling method according to any one of the first to fifth aspects, characterized in that the conductive base material is a valve metal of a corrosion-resistant conductive base material. , Platinum or rhodium, palladium, ruthenium, iridium, manganese, cobalt, tin, antimony, three-dimensionally supported on porous platinum and porous platinum on a part or all of the surface of the corrosion-resistant conductive substrate, Niobium, Tantalum, Zirconium A coating layer comprising a single metal oxide, mixed metal oxide or composite metal oxide selected from oxides of titanium and titanium; The electrochemical antifouling method according to any one of the seventh aspect, wherein the conductive substrate is a valve metal of a corrosion-resistant conductive substrate, and a surface of the corrosion-resistant conductive substrate is partially exposed. It is composed of platinum that is dispersed and coated to the extent and at least one metal oxide of iridium, manganese, cobalt, tin, antimony, niobium, tantalum, zirconium, and titanium that covers at least the exposed portion of the surface of the corrosion-resistant conductive substrate. An intermediate layer composed of a mixed metal oxide and a noble metal oxide of platinum, rhodium, palladium, ruthenium, iridium and a valve metal oxide of niobium, tantalum, zirconium, titanium. The electrochemical protection according to any one of the first to sixth aspects, characterized by comprising an outer layer composed of a mixed metal oxide layer comprising at least one selected metal oxide. The eighth aspect is the fouling method,An aquatic organism that is in direct or indirect contact with the surface of the conductive base material and the conductive material, comprising at least a conductive base material, a counter electrode, and a power source that applies a voltage between the conductive base material and the counter electrode. An electrochemical antifouling device for controlling a direct electron transfer reaction with a conductive substrate, wherein a positive potential for electrochemically generating a product from an electrolyte is applied to the conductive substrate, A process for detaching and cleaning aquatic organisms and scales that directly or indirectly contact the surface of the conductive substrate and reactivating the conductive substrate can be set. The material has a positive potential at which no electrochemical product is generated from the electrolytic solution, a negative potential at which no electrochemical product is generated from the electrolytic solution, and a negative potential at which the electrochemical product is generated from the electrolytic solution. Potential can be set arbitrarily and can be applied periodically The electrochemical stain and wherein the doorNinth summaryAnd
[0006]
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The basic antifouling function expression configuration in the electrochemical antifouling method according to the present invention is:
(1) Sterilization step: a step of sterilization by applying a positive potential that does not electrochemically generate a product from the electrolyte solution to the conductive substrate (+0 to 1.5 V vs SCE);
(2) Desorption step: A negative potential that does not generate a product electrochemically from the electrolyte solution is applied to the conductive substrate, and the aquatic organisms and scales that are directly or indirectly attached and contacted by an electrostatic function. A desorption step (−0 to −0.6 V vs SCE);
(3) Washing and reducing step: Applying a negative potential to electrochemically generate a product from the electrolytic solution to the conductive substrate, alkaline decomposition and washing of aquatic organisms and scales attached to and contacted the conductive substrate Reducing the conductive substrate surface (−0.6 to −2.0 V vs SCE);
(4) Decomposition cleaning reactivation step: A positive potential for electrochemically generating a product from the electrolytic solution is applied to the conductive base material, and the conductive base material is directly or indirectly adhered to and contacted with the surface of the conductive base material. Steps of decomposing and cleaning aquatic organisms and scales by generating chlorine compounds or radicals, cleaning the surface of the conductive substrate, and reactivating (positive potential higher than +1.5 V vs SCE)
Of these, at least any process including the sterilization process is performed on the conductive substrate that is the surface to be protected, and the load on water and seawater caused by the most chemically generated chemical substances is minimal, and stable long-term prevention It is intended to obtain a dirty effect.
However, these potentials can be changed depending on the conductive substrate and counter electrode material to be used and the combination thereof and the reference electrode for measuring the reference potential of water or seawater. For example, as a reference electrode, a reference electrode generally used for electrochemical measurement such as SCE (saturated citrus electrode) or Ag / AgCl (silver / silver chloride electrode) can be used.
[0007]
Next, potential application conditions in each step will be described.
(1) Sterilization process
When a positive potential is applied to the conductive substrate in water containing aquatic organisms, the aquatic organisms in the water are adsorbed on the surface of the substrate. Furthermore, the positive potential applied to the substrate has an action of electrochemically sterilizing aquatic organisms adsorbed and contacted to the substrate surface. That is, aquatic organisms are adsorbed on the substrate surface by a positive potential and sterilized on the surface. At this time, the set potential is a potential at which no product is generated electrochemically from the electrolytic solution, and is a potential equal to or lower than the generation potential of oxygen and chlorine accompanying the decomposition of water and seawater.
The preferred potential is +0 to 1.5 V vs. SCE, more preferably +0.5 to +1.2 Vvs. SCE. However, this potential depends on the physical properties of the conductive base material used. If the potential is lower than the generation potential of oxygen and chlorine accompanying water decomposition, contamination of water and seawater by electrolytic products is not possible. It can be suppressed to a minimum and can exhibit a stable antifouling effect over a long period of time. Also, +0 Vvs. If it is less than the positive potential at which direct electron transfer reaction with microorganisms is confirmed from SCE, aquatic organisms cannot be adsorbed on the substrate and sterilized, but the potential is intermittently considered in consideration of deterioration and consumption of the conductive substrate. Is preferably varied.
The time for applying a positive potential at which no product is generated electrochemically from the electrolytic solution can be appropriately selected depending on the characteristics of the conductive substrate. Generally, it varies depending on the durability of the conductive substrate and the amount of aquatic organisms that are in direct or indirect contact with the surface of the conductive substrate. If it is maintained, it is preferably set as long as possible in order to reduce the load on the water and seawater by the electrolytically generated chemical substance. Depending on the conductive base material, application for 0.5 to 18 hours is more preferable depending on the rate of formation of the oxide.
(2) Desorption process
Next, when a negative potential is applied to the surface of the conductive substrate, aquatic organisms and scales that are in direct or indirect contact with each other are detached. The negative potential at which no product is electrochemically generated from the electrolyte is 0 to -1.0 Vvs. Ag / AgCl. Preferably, −0 to −0.6 Vvs. Ag / AgCl.
At that time, aquatic organisms, other cells, cells of sterilized aquatic organisms and / or damaged or organic matter adhered to the conductive base material may have a pH on the surface of the conductive base material due to electrostatic mechanism or potential fluctuation. Desorbed due to fluctuations.
Furthermore, desorption and washing can be made more efficient by changing the potential at the negative potential. The width of the varying potential is preferably about −0.3 V to −0.9 V, and the period is preferably 10 Hz to 0.001 Hz.
The time for applying a negative potential at which no product is electrochemically generated from the electrolytic solution can be appropriately selected depending on the characteristics of the conductive substrate. Generally, about 0.1 to 24 hours is preferable although it varies depending on the durability of the conductive substrate and the amount of attached aquatic organisms directly or indirectly contacting the surface of the conductive substrate. In consideration of deterioration of the conductive substrate, application for 0.1 to 2 hours is more preferable.
[0008]
(3) (Washing reduction process)
Furthermore, the negative potential at which an electrochemical product is generated from an electrolyte such as water or seawater is −1.0 Vvs. More negative potential than Ag / AgCl, preferably -1.0 V to -2.0 Vvs. It is about Ag / AgCl. By applying this negative potential, detachment of aquatic organisms, other cells, sterilized aquatic organism cells attached to the conductive substrate and / or damaged or organic matter thereof is promoted. When a negative potential is generated that electrochemically generates a product from the electrolyte, hydrogen is generated on the surface of the conductive substrate due to the decomposition of the electrolyte, and this hydrogen removes deposits on the surface of the conductive substrate. It is to be done. Moreover, pH becomes alkaline in the vicinity of the conductive substrate. Furthermore, the precipitation of hydroxide may occur due to the strong alkali atmosphere, and it is necessary to appropriately select the potential to be applied and the application time. However, the organic substance is dissolved by the hydroxide. By removing and dissolving them, the surface of the conductive substrate is cleaned. In some cases, it is necessary to reduce the oxide on the surface of the conductive substrate, reduce the oxide that inhibits the electron transfer reaction at the interface of the conductive substrate, and maintain and recover the function of the sterilization process. Furthermore, desorption and washing can be made more efficient by changing the potential at the negative potential. The width of the varying potential is preferably about −0.3 V to −2 V, and the period is preferably 10 Hz to 0.001 Hz.
The time for applying the negative potential at which the product is generated electrochemically from the electrolyte can be appropriately selected depending on the characteristics of the conductive substrate. Generally, it is preferably about 0.5 to 24 hours, although it varies depending on the durability of the conductive substrate and the amount of attached aquatic organisms that directly or indirectly contact the surface of the conductive substrate. In consideration of deterioration of the conductive substrate, application for 0.5 to 2 hours is more preferable.
(4) (Decomposition cleaning reactivation process)
The positive potential at which the product is electrochemically generated from the electrolyte is a potential at which oxygen or chlorine is generated as water or seawater decomposes, and is +1.5 Vvs. This is clearly confirmed by the potential exceeding the SCE. When these high potentials are applied for a long time, water and seawater are likely to be electrolyzed to generate chlorine and unknown substances, and the conductive base material may be deteriorated. In particular, it may be inappropriate to maintain the antifouling effect and to minimize the contamination of water and seawater by electrolytic products. However, in the present invention for the purpose of long-term antifouling, sterilized microorganisms, organic substances and scales that cannot be excluded even when various potentials are applied to the surface of the conductive base material that becomes the antifouling surface may adhere. In order to reactivate them without reproducing the conductive substrate and reproduce the long-term antifouling effect, it is preferable to control the minimum necessary chlorine compound and radical generation function.
Incidentally, when the physical property of the surface of the conductive base material is such that the chlorine overvoltage is lower than the oxygen overvoltage, the generation of a chlorine compound occurs, and in the opposite case, the phenomenon that oxygen is generated first can be confirmed. Examples of the chlorine generating substrate include noble metals and oxides thereof. Examples of the oxygen generating substrate include valve metals, oxides thereof, and cobalt oxide.
The time for applying a positive potential for electrochemically generating a product from the electrolyte can be selected as appropriate depending on the characteristics of the conductive substrate. In general, it depends on the durability of the conductive substrate and the amount of aquatic organisms that are in direct or indirect contact with the surface of the conductive substrate. It is preferable to make settings for minimization. Considering this point, it is more preferable to apply about 0.5 to 24 hours per month. Moreover, it is also possible to install and operate in the time of about 1/10 to 1 / 10,000 compared with the set time of the sterilization process of (1).
[0009]
In the present invention, in order to minimize the contamination of water and seawater by chemical substances and maintain the antifouling effect over a long period of time, the above (1) sterilization step, (2) desorption step, and (3) cleaning reduction Each step of the step and (4) decomposition cleaning reactivation step can be periodically applied in an arbitrary order and frequency according to the situation after appropriately setting the applied potential and the applied time.
[0010]
The conductive base material used in the present invention may be entirely formed of a conductive material, but at least a part of the surface of the conductive base material which is an antifouling surface and / or a part immersed in water. It is necessary that the surface is conductive and can be energized.
The conductive substrate is not particularly limited as long as it is made of a metal, an oxide thereof, a resin, or an inorganic material and has a function of maintaining the structure. Examples of the metal material include iron, aluminum, copper, and alloys thereof, stainless steel, noble metals and oxides thereof. In particular, valve metals such as titanium, tantalum, and niobium having excellent corrosion resistance are preferable. Examples of the resin material include acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, acrylonitrile-styrene copolymer, nylon, polyester, polystyrene, polycarbonate, polyethylene, polypropylene, vinyl chloride, polyethylene terephthalate, fiber reinforced plastic (FRP), and the like. It is done. Examples of inorganic materials include glass, alumina, zirconia, cement and the like.
[0011]
When a metal is used as the conductive substrate, it can be used by coating or laminating with fine particles of a conductive substance in accordance with a commonly used method when producing a seawater electrolysis electrode, an oxygen generation electrode, or the like. When covering and laminating, it is necessary to consider such as improving the adhesion of the conductive base material to the base material.
In addition, when a non-conductive material such as a resin or an inorganic material is used as the conductive base material, the material may be provided with conductivity by filling the material with fine particles of a conductive substance and forming the base material.
Examples of conductive fine particles include graphite, carbon black, carbon fine particles such as short fibers made of carbon fiber, valves such as gold, platinum, ruthenium, rhodium, palladium or their noble metal oxides, titanium, niobium, tantalum, etc. Metal or oxides thereof and fine particles of oxides such as manganese oxide, cobalt oxide, tin oxide, antimony oxide, titanium nitride, zirconium nitride, vanadium nitride, tantalum nitride, niobium nitride, chromium nitride metal nitrides, titanium carbide, Metal carbides such as zirconium carbide, vanadium carbide, niobium carbide, tantalum carbide, chromium carbide, molybdenum carbide, tungsten carbide, titanium boride, zirconium boride, half boride, vanadium boride, niobium boride, tantalum boride, Chrome boride, molybdate Den, metal borides such as tungsten boride, titanium silicide, zirconium silicide, niobium silicide, tantalum silicide, silicide vanadium include fine particles such as metal silicide such as tungsten silicide.
Further, in the present invention for the purpose of long-term antifouling, sterilized microorganisms, organic matter and scales that cannot be eliminated even when various potentials are applied may adhere to the surface of the conductive base material that becomes the antifouling surface. In order to re-activate them and reproduce the long-term antifouling effect without the cost of replacing the conductive substrate, etc., the surface of the conductive substrate having the minimum chlorine compound and radical generation function is required. There are single metals such as platinum group oxides such as platinum, ruthenium, rhodium and palladium, valve metal oxides such as titanium, niobium and tantalum, and oxides such as manganese oxide, cobalt oxide, tin oxide and antimony oxide. It is preferably used as an oxide, a composite metal oxide or a composite metal oxide. Further, these materials can be used as they are or after being molded.
[0012]
Alternatively, the conductive composition obtained by filling and dispersing fine particles of the conductive material in a binder resin may be coated on the surface of the non-conductive material substrate to impart conductivity. Examples of binder resins include fluororesins, acrylic resins, polyurethane resins, silicone resins, unsaturated polyester resins, acrylic-urethane resins, polyester-urethane resins, silicon-urethane resins, silicon-acrylic resins, epoxy resins, and thermosetting. Type rubber resin such as melamine-alkyd resin, melamine-acrylic resin, melamine-polyester resin, polyimide resin, or natural rubber, chloroprene rubber, silicon rubber, nitrile butylene rubber, polyethylene elastomer, polyester elastomer, polypropylene elastomer, etc. Is mentioned. The conductive composition may be formed as a coating layer by forming a conductive sheet and laminating the nonconductive substrate via an adhesive.
[0013]
In addition to the fine particles of the conductive substance, a specific compound having an action of promoting an electron transfer reaction between a living cell and an electrode may be added. That is, aquatic organisms can be sterilized more efficiently by using an electron mediator that mediates electron transfer between a microorganism and an electrode together with a conductive material. Examples of electron mediators include ferrocene, ferrocene monocarboxylic acid, ferrocene dicarboxylic acid or ferrocene such as [(trimethylamine) methyl] ferrocene and its derivatives, HFourFe (CN)6, KFourFe (CN)6, NaFourFe (CN)6Ferrocyanines such as 2,6-dichlorophenolindole, phenanthine methosulfate, benzoquinone, phthalocyanine, brilliant cresyl blue, calocyanine, resorcin, thionine, N, N-dimethyl-disulfonated thionin, new methylene blue, Tobucin blue O, safranin-O, 2,6-dichlorophenol indophenol, benzyl viologen, alizarin brilliant blue, phenocyanidinone, phenazine etsulfate and the like.
An example of the conductive substrate carrying such an electron mediator is a ferrocene modified electrode. By the way, when the oxidation peak current from the marine-adherent bacterium Vibrio arginolyticus used in the present invention is confirmed using a ferrocene-modified carbon electrode, the peak current is confirmed at 0.3 V vs SCE and can be sterilized at 0.4 V vs SCE. .
[0014]
Moreover, you may add the material which has antimicrobial property. Substances having antibacterial properties include those belonging to inorganic substances and those belonging to organic substances.
Examples of inorganic substances include metals such as silver, copper, nickel, zinc, lead, germanium, and oxides, oxyacid salts, chlorides, sulfates, nitrates, carbonates, and organic chelate compounds.
Examples of organic substances include 2- (4-thiazolyl) -benzimidazole, 4,5,6,7-tetrachloro-2-trifluoromethylbenzimidazole, 10,10′-oxysphenoxyarsine, trimethoxysilyl-propyloctadecylammonium Examples include chloride, 2-N-octyl-4-isothiazolin-3-one, and bis (2-pyridylthio-1-oxide) zinc.
[0015]
In particular, a part or all of the antifouling surface of the substrate is composed of at least a single metal oxide, mixed metal oxide or composite metal oxide selected from platinum and / or metal oxide, and oxygen from water or seawater. By applying a positive potential without generation of chlorine and chlorine, it sterilizes aquatic organisms that are in direct or indirect contact with the surface of the conductive substrate, suppresses growth, and releases chlorine compounds or radicals from water or seawater. Substances that can be generated and removed from aquatic organisms and scales that are in direct or indirect contact with the surface of the conductive substrate and can be reactivated, and the conductive substrate can be used as a counter electrode. And a conductive film is preferably used.
In addition, when the electrolyte is seawater, a single metal oxide, mixed metal oxide, or mixed metal oxide selected from platinum and / or metal oxide so that the chlorine overvoltage is a positive potential lower than the oxygen overvoltage. In the case where the electrolytic solution is water containing no chlorine compound, a single metal selected from platinum and / or metal oxide so that the oxygen overvoltage is a positive potential lower than the chlorine overvoltage. It is preferable to constitute an oxide, a mixed metal oxide or a composite metal oxide.
This conductive film can be composed of a metal or a compound thereof, specifically, any of platinum group metals, valve metals and their oxides, metal nitrides, metal carbides, metal borides, and metal silicides. can do. In particular, the metal oxide is at least one selected from platinum oxide, rhodium oxide, palladium oxide, ruthenium oxide, iridium oxide, manganese oxide, cobalt oxide, tin oxide and antimony oxide, niobium oxide, tantalum oxide and zirconium oxide. It is preferably composed of two or more kinds.
In forming the conductive film, a method such as thermal spraying, sputtering, or ion plating can be employed.
Although metal oxides, metal nitrides, metal carbides, metal borides, and metal silicides have already been described, the materials described are only a part of them, and depending on the formation method, two or more types of metals may be included. There is no particular limitation because a part of the oxide is contained or two or more of these compounds are mixed. These metal oxides, metal nitrides, metal carbides, metal borides, and metal silicides may be films having a thickness of 0.1 μm or more, and the maximum thickness is not particularly limited. What is necessary is just to set suitably according to the formation method and purpose of use of nitride, metal carbide, metal boride, and metal silicide.
[0016]
When the conductive substrate is made of an electrochemically dissolved or corroded material such as iron, aluminum, copper, zinc, magnesium and their alloys, stainless steel, etc., the conductive substrate is formed on the surface in contact with the metal material. It is preferable to provide an insulating resin coating layer, an insulating resin film layer, an insulating inorganic layer such as alumina or titania silicon oxide, or a valve metal such as titanium, niobium or tantalum between the conductive layer. . The layers made of these materials may be formed as a single layer or two or more layers. In particular, the conductive substrate is made of a corrosion-resistant conductive substrate and porous platinum on a part or all of the surface of the corrosion-resistant conductive substrate, or the porous platinum and the porous platinum are three-dimensionally formed. A coating layer composed of a metal oxide supported on the substrate, and a conductive base material, in which the conductive base material is dispersed and coated to such an extent that the surface of the corrosion-resistant conductive base material is partially exposed. An intermediate layer made of platinum and a mixed metal oxide comprising at least one or more metal oxides and / or valve metal oxides covering at least an exposed portion of the surface of the corrosion-resistant conductive substrate; It is preferable to use an outer layer composed of a mixed metal oxide layer made of at least one metal oxide selected from noble metal oxides and valve metal oxides.
[0017]
The shape of the conductive substrate is not particularly limited, and can efficiently adsorb aquatic organisms and directly or indirectly contact them to apply a potential, and can perform the above (4) decomposition cleaning reactivation step If it is.
[0018]
The antifouling device of the present invention is provided with a counter electrode so as not to contact the conductive substrate. It is preferable that the counter electrode base material can be the same as that of the conductive base material, but it can be appropriately selected and can be appropriately selected depending on the physical properties and shape of the surface to be protected.
[0019]
The conductive base material and the counter electrode are connected to the power supply device by lead wires. This power supply device is a device that supplies a direct current between a conductive base material and a counter electrode, and has a function of converting polarity. In addition, if there are only a few organisms that live in water or seawater to the extent that antifouling can be maintained simply by carrying out the above (1) sterilization step, a constant current generator (galvanostat) may be used. .
[0020]
In addition to the above configuration, a reference electrode may be used as necessary, or a constant potential or a constant current may be applied to the conductive substrate using a potentiostat or a galvanostat.
The reference electrode, the potentiostat, and the galvanostat that can be used are not particularly limited as long as a predetermined potential can be applied to the conductive substrate or a constant current can flow. In particular, it is preferable to implement a DC power supply device to which voltage control or current control and timing control means are added.
Moreover, as for the electrode arrangement | positioning which forms an electrolytic cell, the installation position of a counter electrode is not limited with respect to a working electrode. The reference electrode is preferably installed in the vicinity of the working electrode, but the reference electrode should not be used when the current value when the antifouling effect is manifested between the conductive substrate and the counter electrode is clear. There is no problem.
[0021]
The electrolytic solution that can be treated according to the present invention is not particularly limited as long as it is water containing aquatic organisms. Examples include seawater, river water, lake water, tap water, drinking water, and various buffer solutions. Also, the target organism is not particularly limited as long as it is an organism present in the water.
[0022]
[Action]
The present invention relates to an electrochemical antifouling method using a direct electron transfer reaction between a conductive substrate and a living organism, and an apparatus using this method, wherein the conductive substrate is a part or all of its antifouling surface. Is composed of at least a single metal oxide, mixed metal oxide or composite metal oxide selected from platinum and / or metal oxide, so that (1) sterilization step, (2) desorption step, (3) washing In each step of the reduction step and (4) decomposition cleaning reactivation step, the applied potential and the application time are appropriately set, and can be periodically applied in any order and frequency depending on the situation. In addition to minimizing the contamination of water and seawater due to water, maintaining and improving the function of the conductive substrate, which is the surface to be protected, as an electrode, the electrochemical antifouling effect of the conductive substrate to be protected over a long period of time And obtain it stably.
[0023]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
<Device Example 1>
FIG. 1 is a schematic view of an apparatus used in the following examples.
In the test tank 6, a conductive substrate 3, a reference electrode 4, and a counter electrode 5 are disposed. The potentiostat 2 is individually connected to each of the conductive substrate 3, the reference electrode 4, and the counter electrode 5. The test tank 6 contains sterilized seawater, and a stirrer 8 and a stirring bar 7 are disposed at the bottom thereof. The reference electrode 4 was a saturated sweet potato electrode (SCE), and the counter electrode 5 was an electrode formed of a conductive material.
The controller 1 outputs an instruction value of the applied potential to the reference electrode 4 of the conductive base material 3 in an analog manner, and the potentiostat 2 causes the potential of the conductive base material 3 to the reference electrode 4 to be an analog input value. The voltage is output to the conductive substrate 3 and the counter electrode 5. In order to change the potential, the control unit 1 outputs an analog output of the indication value of the applied potential with a time resolution of at least 100 Hz, preferably 1 kHz or more. Furthermore, the potentiostat 2 responds to the analog input value of the potential accordingly with a response performance of at least 100 Hz, preferably 1 kHz or more.
The control unit 1 includes a circuit configured by a CPU, an input / output port, a digital / analog converter, and a memory (not shown) such as a ROM or a RAM. A control program and a timing chart for control to be described later are incorporated in the ROM, and the CPU converts the potential indication value into an analog value by a digital / analog converter according to the control program and the timing chart, and outputs the result to the potentiostat 2. . By using a one-chip computer incorporating the above-described components in the control unit 1, the overall circuit configuration can be simplified and made inexpensive.
[0024]
Next, the potential control timing chart shown in FIGS. 2 to 6 will be described in detail. In the timing chart, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the indicated value of the potential with respect to the reference electrode 4 of the conductive substrate 3. Here, a combination of the following four types of steps (six potential application steps) is explicitly illustrated as a timing chart, but other steps depending on how to apply a potential are not specifically excluded.
(1) (Sterilization step) Positive potential application step (T1) that does not generate an electrochemical product: A step of applying a positive potential lower than the positive potential side electrolysis
(2) (Desorption step) Negative potential application step (T2) that does not generate electrochemical products or amplitude potential application step (T3) in a negative potential region that does not generate electrochemical products: Both steps are negative A negative potential higher than the potential side electrolytic product generation potential 10 is applied. In the amplitude potential application step (T3), the applied potential is changed almost continuously. Depending on the responsiveness of the system, it is possible to give a potential changed in a trapezoidal wave instead of a triangular wave as the indication potential.
(3) (Washing reduction step) A negative potential applying step (T4) for generating an electrochemical product, or an amplitude potential applying step in a negative potential region where an electrochemical product is generated and / or a negative potential region where no electrochemical product is generated ( T5): In both steps, a negative potential lower than the negative potential side electrolysis product generation potential 10 is applied.
(4) (Decomposition cleaning reactivation step) Positive potential application step (T6) for generating an electrochemical product: A positive potential higher than the positive side electrolysis
In the potential application pattern shown in the timing chart of FIG. 2, the positive potential application step (T1) that does not generate an electrochemical product and the positive potential application step (T6) that generates an electrochemical product are alternately repeated. The application potential and application period of each process can be determined appropriately according to the case. For example, a pattern in which a plurality of different potential values are applied in the positive potential application process (T1) that does not generate an electrochemical product can be created. It is.
In the potential application pattern shown in the timing chart of FIG. 3, a positive potential application step (T1) that does not generate an electrochemical product, a negative potential application step (T2) that does not generate an electrochemical product, and an electrochemical product. The positive potential applying step (T6) for generating is alternately repeated. The applied potential and the application period in each step can be appropriately determined according to circumstances, and the order and frequency are also arbitrary. For example, a positive potential application step (T1) that does not generate an electrochemical product and a negative potential application step (T2) that does not generate an electrochemical product are alternately repeated a certain number of times, and then an electrochemical product is generated. A pattern of applying the positive potential applying step (T6) can be created.
In the potential application pattern shown in the timing chart of FIG. 4, a positive potential application step (T1) that does not generate an electrochemical product, an amplitude potential application step (T3) in a negative potential region that does not generate an electrochemical product, and The positive potential application step (T6) for generating the electrochemical product is repeated alternately. The applied potential and the application period in each step can be appropriately determined according to circumstances, and the order and frequency are also arbitrary. The amplitude and change rate of the potential in the amplitude potential application step (T3) in the negative potential region where no electrochemical product is generated should be set within a range in which the controller 1 can output, although it depends on the responsiveness of the system. Can do. As in FIG. 3, for example, a positive potential applying step (T1) that does not generate an electrochemical product and an amplitude potential applying step (T3) in a negative potential region that does not generate an electrochemical product are alternately repeated a certain number of times. Then, it is also possible to create a pattern in which a positive potential applying step (T6) for generating an electrochemical product is applied.
[0025]
In the potential application pattern shown in the timing chart of FIG. 5, a positive potential application step (T1) that does not generate an electrochemical product, a negative potential application step (T2) that does not generate an electrochemical product, and an electrochemical product The negative potential applying step (T4) to be generated and the positive potential applying step (T6) to generate the electrochemical product are alternately repeated. The applied potential and the application period in each step can be appropriately determined according to circumstances, and the order and frequency are also arbitrary. For example, a positive potential application step (T1) that does not generate an electrochemical product and a negative potential application step (T2) that does not generate an electrochemical product are alternately repeated a certain number of times, and then an electrochemical product is generated. A pattern of applying a negative potential applying step (T4) and a positive potential applying step (T6) for generating an electrochemical product can be created.
In the potential application pattern shown in the timing chart of FIG. 6, a positive potential application step (T1) that does not generate an electrochemical product, a negative potential region that generates an electrochemical product, and / or an amplitude in a negative potential region that does not generate an electrochemical product. The potential application step (T5) and the positive potential application step (T6) for generating an electrochemical product are alternately repeated. The applied potential and the application period in each step can be appropriately determined according to circumstances, and the order and frequency are also arbitrary. The amplitude and change rate of the potential in the amplitude potential application step (T5) in the negative potential region where the electrochemical product is generated / not generated are set in a range that can be output by the control unit 1 depending on the response of the system. can do. For example, a positive potential application step (T1) that does not generate an electrochemical product and an amplitude potential application step (T5) in a negative potential region that does or does not generate an electrochemical product are repeated a certain number of times, and thereafter A pattern of applying a positive potential applying step (T6) for generating an electrochemical product can be created.
[0026]
<Preparation of conductive substrate>
The preparation procedure of the conductive materials 1 to 24 used in the examples is shown below.
Conductive substrate 1
A titanium substrate (equivalent to JIS type 2, t1 × w100 × L100 mm) is degreased with trichlene and washed, and then the surface layer is dissolved and washed in a 12% by weight hydrogen fluoride aqueous solution for 5 minutes to make the surface oxide film uniform, and then 70 Immerse in a weight% sulfuric acid aqueous solution at 120 ° C. for 1 minute and a half, homogenize the oxide film and form a TiHx film, and then after quenching, rinse in an argon gas stream and then rinsed rapidly in a 1% by weight ammonium fluoride aqueous solution. The TiHx film was soaked for 2 minutes in order to achieve uniform and stable growth, and was lifted and washed with water.
After water washing, dinitrodiaminoplatinum containing 5 g / L of platinum (Pt (NHThree)2(NO2)2) In a sulfuric acid aqueous solution and adjusted to a pH of about 2 at 50 ° C., 2 A / dm.2Was plated for about 20 minutes to form a 2 micron platinum plating layer. In order to protect the TiHx formation film in the plating process, nitrogen gas is aerated in the plating bath and stirred by gas-liquid stirring to remove dissolved oxygen and prevent the oxygen generated at the anode from contacting the titanium substrate. I tried to do it.
The platinum-plated titanium substrate thus obtained was heat-treated at 250 ° C. for 2 hours in a vacuum to decompose and remove the TiHx film.
Next, heating was performed at 380 ° C. for 1 hour in the atmosphere, and finally, the substrate was air-cooled to obtain a conductive substrate 1.
[0027]
Conductive substrate 2
A titanium substrate (corresponding to JIS type 2, t1 × w100 × L100 mm) was washed with alcohol, treated in an 8 wt% HF solution at 20 ° C. for 2 minutes, washed with water and dried.
Next, 250 g of a powder obtained by weighing commercially available titanium powder and palladium powder to 65:35 (weight ratio) was mixed with a V-type mixer for 1 hour. Insert 24g of mixed powder into each carbon die having 10 holes with a diameter of 10mm, fix both ends with carbon punches, and discharge plasma sintering machine (DR.SINTER) manufactured by Sumitomo Coal Mining Co., Ltd. Installed at a predetermined position inside, about 350 kgf / cm2The sintering was performed under the conditions of a pulse application voltage of 4 V, a pulse application current of 3500 A, a sintering temperature of 800 ° C., and a sintering time of 5 minutes. Thereafter, surface polishing was performed to obtain a 65 wt% Ti—Pd discharge coating electrode having a diameter of about 10 mm and a length of 50 mm.
Subsequently, the titanium substrate from which the oxide film was removed was used as a cathode, and discharge coating was performed for 10 minutes in a glove box substituted with argon using a 65 wt% Ti—Pd electrode. Thereafter, the titanium base material subjected to electric discharge machining was cut into t1 × 10 × 10 mm with a fine cutter. When an elemental analysis of the cross section of the titanium base material subjected to electric discharge machining was performed with EPMA (electroprobe micro analyzer), an alloy of titanium and palladium was confirmed. Moreover, when the component analysis by the comparative measurement with a discharge electrode was performed for the surface of electric discharge machining using the fluorescent X-ray analyzer, it was confirmed that the discharge electrode component was coat | covered. The thickness of the titanium and palladium alloy layer was 30 to 50 microns.
A butanol solution of chlorinated iridium acid and an ethanol solution of tantalum chloride are mixed, and a coating solution containing 4.6 g / l of iridium (Ir) and 50.0 g / l of tantalum (Ta) (molar mixing ratio: 8Ir-92Ta) is prepared. Prepare 1cm with micropipette2After weighing 3.0 μl per unit and applying it on the titanium and alloy layer of the titanium substrate on which the palladium alloy layer was formed as described above, it was vacuum-dried at room temperature for 30 minutes, and further in the atmosphere of 500 ° C. Baked for 10 minutes. This process was repeated three times.
Next, in order to obtain an outer layer, a butanol solution of chloroiridate and an ethanol solution of tantalum chloride were mixed, and iridium (Ir) 50.0 g / l and tantalum (Ta) 20.2 g / l (molar mixing ratio: 70 Ir-30Ta). ) Was prepared, and then the same process as described above was repeated 8 times using this coating liquid to obtain a conductive substrate 2.
[0028]
Conductive substrate 3
A titanium substrate (corresponding to JIS type 2, t1 × w100 × L100 mm) was degreased and washed with trichlene and then treated with a 10 wt% oxalic acid aqueous solution at 90 ° C. for 20 minutes. Subsequently, the titanium substrate was taken out from the oxalic acid aqueous solution, sprayed with cold water in a nitrogen atmosphere, rapidly cooled, and then dried under reduced pressure at room temperature.
Next, after chloroplatinic acid was dissolved in butanol to prepare a coating solution containing a platinum concentration of 50 g / l, the solution was applied onto the titanium substrate obtained above with a brush, dried at room temperature under reduced pressure, and further subjected to reduced pressure. Baked at 450 ° C. for 10 minutes. By repeating the coating-drying-firing process 30 times, the platinum coating amount is 1 cm.2About 1.6 mg of platinum coating layer was formed per unit.
Subsequently, an acidic aqueous solution of rhodium nitrate adjusted to a rhodium concentration of 50 g / l (metal conversion) and a nitric acid concentration of 95 g / l was mixed with ethanol to prepare a coating solution containing a rhodium concentration of 25 g / l (metal conversion). 1cm of the coating solution with a micropipette22.7 μl per unit was weighed, applied to the substrate, dried under reduced pressure at room temperature for 30 minutes, and further baked in air at 600 ° C. for 10 minutes. This coating-drying-firing process is repeated 5 times, and the platinum coating layer is 1 cm in terms of rhodium.20.4 mg of rhodium oxide coating layer was formed per unit. Further, an acidic aqueous solution of palladium nitrate adjusted to a palladium concentration of 100 g / l (metal conversion) and a nitric acid concentration of 445 g / l and ethanol were mixed to prepare a coating solution containing a rhodium concentration of 25 g / l (metal conversion). Using this coating solution, the same coating-drying-firing process as described above was repeated 11 times, and 1 cm in terms of palladium on the rhodium oxide layer.2A conductive oxide substrate 3 was formed by forming 0.8 mg of a palladium oxide layer per unit.
[0029]
Conductive substrate 4
Titanium substrate (equivalent to JIS type 2, t1 × w100 × L100mm) is degreased and washed with trichlorethylene, then treated in an 8 wt% hydrogen fluoride aqueous solution at 20 ° C for 2 minutes, then in a 60 wt% sulfuric acid aqueous solution at 120 ° C for 3 minutes Processed. Next, the titanium substrate was taken out of the sulfuric acid aqueous solution, and cooled rapidly by spraying cold water in a nitrogen atmosphere. Further, it was immersed in a 0.3 wt% hydrogen fluoride aqueous solution at 20 ° C. for 2 minutes and then washed with water.
After washing with water, dinitrodiaminoplatinum (Pt (NHThree)2(NO2)2) In a platinum solution with a platinum content of 5 g / l, a pH of about 2, and a temperature of 50 ° C.2Plating for about 6 minutes at an apparent density of 16 g / cmThreeThe electrodeposition amount is 1.7 mg / cm2A porous platinum coating layer was formed on a titanium substrate. Thus, the titanium base material provided with the porous platinum coating layer was heat-treated in the atmosphere at 400 ° C. for 1 hour.
Next, dinitrodiaminoplatinum (Pt (NH) adjusted to a platinum concentration of 50 g / l.Three)2(NO2)2The aqueous nitric acid solution was heated to 80 ° C. and concentrated to a platinum concentration of about 300 g / l and then dissolved in butanol to prepare solution-1 containing a platinum concentration of 100 g / l, and further adjusted to an iridium concentration of 42 g / l. A butanol chloride iridate solution (solution-2) was prepared, and equal amounts of both solutions were mixed to prepare a solution having a platinum to iridium molar ratio of 7: 3.
This solution was weighed by 2.5 μl with a micropipette, allowed to penetrate the porous platinum coating layer, dried at room temperature for 30 minutes, and further baked in air at 550 ° C. for 10 minutes. This infiltration-drying-firing process is repeated three times, and platinum and iridium oxide are 0.5 mg / cm each on the porous platinum coating layer.2And 0.21 mg / cm2An iridium oxide-platinum composite made of (metal conversion) was carried to form a conductive substrate 4.
[0030]
Conductive substrate 5
Titanium substrate (equivalent to JIS type 2, t1 × w100 × L100mm) is degreased and washed with trichlorethylene, then treated in an 8 wt% hydrogen fluoride aqueous solution at 20 ° C for 2 minutes, and then in a 60 wt% sulfuric acid aqueous solution at 120 ° C for 3 minutes. Processed. Next, the titanium substrate was taken out of the sulfuric acid aqueous solution, and cooled rapidly by spraying cold water in a nitrogen atmosphere. Further, it was immersed in a 0.3 wt% hydrogen fluoride aqueous solution at 20 ° C. for 2 minutes and then washed with water.
After washing with water, dinitrodiaminoplatinum (Pt (NHThree)2(NO2)2) In a platinum solution with a platinum content of 5 g / l, a pH of about 2, and a temperature of 50 ° C.2Plating for about 6 minutes at an apparent density of 16 g / cmThreeThe electrodeposition amount is 1.7 mg / cm2A porous platinum coating layer was formed on a titanium substrate.
Thus, the titanium base material provided with the porous platinum coating layer was heat-treated in the atmosphere at 400 ° C. for 1 hour.
Next, a rhodium nitrate aqueous solution adjusted to a rhodium concentration of 50 g / l (metal conversion) and a nitric acid concentration of 95 g / l and ethanol were mixed to prepare a coating solution containing a rhodium concentration of 25 g / l (metal conversion). 1 cm of this solution with a micropipette22.7 μl per unit was weighed, applied to the porous platinum coating layer, dried at room temperature for 30 minutes, and further baked in the atmosphere at 600 ° C. for 10 minutes. This coating-drying-firing process is repeated 5 times, and the porous platinum coating layer is 1 cm in terms of rhodium.2A rhodium oxide layer consisting of 0.4 mg per unit was formed.
Then, a palladium nitrate aqueous solution adjusted to a palladium concentration of 100 g / l (metal conversion) and a nitric acid concentration of 445 g / l and ethanol were mixed to prepare a solution containing a palladium concentration of 25 g / l (metal conversion), and further a rhodium concentration of 50 g / l. l (metal conversion) and a rhodium nitrate aqueous solution adjusted to a nitric acid concentration of 95 g / l were added and mixed to prepare a coating solution containing palladium nitrate and rhodium nitrate with a palladium to rhodium molar ratio (metal conversion) of 20: 1. To do. Using this coating solution, the coating-drying-firing process was repeated 8 times in the same manner as described above, and 1 cm in terms of metal2The conductive base material on which an oxide coating layer containing 0.6 mg of palladium oxide and 0.03 mg of rhodium oxide was formed was designated 5.
[0031]
Conductive substrate 6
Titanium substrate (equivalent to JIS type 2, t1 × w100 × L100mm) is degreased and washed with trichlorethylene, then treated in an 8 wt% hydrogen fluoride aqueous solution at 20 ° C for 2 minutes, and then in a 60 wt% sulfuric acid aqueous solution at 120 ° C for 3 minutes. Processed. Next, the titanium substrate was taken out of the sulfuric acid aqueous solution, and cooled rapidly by spraying cold water in a nitrogen atmosphere. Further, it was immersed in a 0.3 wt% hydrogen fluoride aqueous solution at 20 ° C. for 2 minutes and then washed with water.
After washing with water, dinitrodiaminoplatinum (Pt (NHThree)2(NO2)2Is dissolved in a sulfuric acid aqueous solution and 15 mA / cm in a platinum plating solution in which the platinum content is adjusted to 5 g / l, pH is about 2, and the temperature is 50 ° C.2Was plated for about 50 seconds to disperse and deposit platinum. Dispersion coverage is 1 g / mThreeMet. At this time, the platinum coverage on the titanium substrate was about 40%.
Thus, the titanium substrate on which platinum was dispersedly coated was heat-treated in the atmosphere at 40 ° C. for 1 hour.
Next, a butanol solution of chloroiridic acid and an ethanol solution of tantalum chloride are mixed to prepare a coating solution containing iridium (Ir) 13.0 g / l and tantalum (Ta) 50.0 g / l (metal conversion), 1 cm with a micropipette22.7 μl per unit was weighed and applied onto a titanium substrate coated with platinum prepared as described above, and then vacuum-dried at room temperature for 30 minutes and further baked in air at 500 ° C. for 10 minutes. This process was repeated twice.
Next, in order to obtain an outer layer, a solution containing iridium (Ir) 50.0 g / l and tantalum (Ta) 20.0 g / l (metal conversion) mixed with a butanol solution of chloroiridate and an ethanol solution of tantalum chloride. After preparing the liquid, the same process as described above was repeated 8 times using this coating liquid to obtain a conductive substrate 6.
[0032]
Conductive substrate 7
A titanium plate (corresponding to JIS 2 type, t1 × w100 × L100 mm) was polished with sandpaper to remove surface stains, further immersed in an organic solvent and washed with an ultrasonic cleaner. 260 g / l cobalt nitrate hexahydrate (Co (NOThree )2 ・ 6H2O) An aqueous solution was applied to the surface. After coating, the film was dried for 20 to 30 minutes, and then subjected to heat activation treatment with a gas burner. This was designated as conductive substrate 7.
[0033]
Conductive substrate 8
Titanium was sprayed under the following conditions using a low-temperature spraying device (PC250iDEX, manufactured by Arctechno Co., Ltd.). As the titanium, a pure titanium wire having a diameter of 1.3 mm was used. High frequency of 40kHz, voltage is 14V, feed speed of titanium wire is 5.2m / min, air cooled to 11 ° C is 8kg / cm2A 200 μm titanium sprayed coating was coated on a cement plate (50 × 300 × 300 mm) whose surface was blasted with a pressure of The titanium spray coating had a pale yellow color tone.
Next, 260 g / l cobalt nitrate hexahydrate (Co (NOThree )2 ・ 6H2O) aqueous solution and 18 g / l iridium chloride (IrClFour・ H2An aqueous solution to which O) was added was applied. After coating, the film was dried for 20 to 30 minutes, and then the film was heated and dried with a gas flame to obtain a conductive substrate 8.
[0034]
A titanium plate (corresponding to JIS 2 type, t1 × w100 × L100 mm) was polished with sandpaper to remove surface stains, further immersed in an organic solvent and washed with an ultrasonic cleaner. 260 g / l manganese nitrate hexahydrate (Mn (NOThree )2 ・ 6H2O) The solution was applied to the surface. After coating, the film was dried for 20 to 30 minutes, and then subjected to heat activation treatment with a gas burner. This was designated as
[0035]
A titanium plate (corresponding to JIS type 2, t1 × w100 × L100 mm) was immersed in an organic solvent and washed with an ultrasonic cleaner. Next, a titanium plate is placed in the physical vapor deposition apparatus, evacuated to 0.13 mPa, etched for 5 minutes in argon plasma, and injected with methane gas until the degree of vacuum drops to 1.3 Pa. A zirconium nitride film having a thickness of 1 μm was formed by a ting method.
Next, a rhodium nitrate aqueous solution adjusted to a rhodium concentration of 50 g / l (metal conversion) and a nitric acid concentration of 95 g / l and ethanol were mixed to prepare a coating solution containing a rhodium concentration of 25 g / l (metal conversion). 1 cm of this solution with a micropipette22.7 μl per unit was weighed, applied to the zirconium nitride layer, dried at room temperature for 30 minutes, and further baked in the atmosphere at 600 ° C. for 10 minutes. This coating-drying-firing process is repeated 5 times, and the zirconium nitride layer is 1 cm in terms of rhodium.2A rhodium oxide layer consisting of 0.4 mg per unit was formed as the
[0036]
Conductive substrate 11
A titanium plate (corresponding to JIS type 2, t1 × w100 × L100 mm) was immersed in an organic solvent and washed with an ultrasonic cleaner. Next, a titanium plate was placed in the physical vapor deposition apparatus and evacuated to 0.13 mPa. The titanium plate was etched in argon plasma for 5 minutes, and nitrogen gas was injected until the degree of vacuum decreased to 1.3 Pa. A nitride compound film made of titanium nitride and zirconium nitride was formed to 1 μm by an ion plating method.
Next, a rhodium nitrate aqueous solution adjusted to a rhodium concentration of 50 g / l (metal conversion) and a nitric acid concentration of 95 g / l and ethanol were mixed to prepare a coating solution containing a rhodium concentration of 25 g / l (metal conversion). 1 cm of this solution with a micropipette22.7 μl per unit was weighed and applied to a nitride compound film layer composed of titanium nitride and zirconium nitride, then dried at room temperature for 30 minutes, and further baked in air at 600 ° C. for 10 minutes. This coating-drying-firing process is repeated 5 times, and a nitride compound coating layer composed of titanium nitride and zirconium nitride is applied to 1 cm in terms of rhodium.2A rhodium oxide layer consisting of 0.4 mg per unit was formed as a conductive substrate 11.
[0037]
Conductive substrate 12
A tantalum plate (30 × 50 × 1 mm) was immersed in an organic solvent and washed with an ultrasonic cleaner. The cleaned tantalum plate was placed in a muffle furnace, nitrogen gas was introduced into the muffle furnace at 1 L / min, and treated at 900 ° C. for 1 hour to form a tantalum nitride film on the tantalum plate.
Next, a rhodium nitrate aqueous solution adjusted to a rhodium concentration of 50 g / l (metal conversion) and a nitric acid concentration of 95 g / l and ethanol were mixed to prepare a coating solution containing a rhodium concentration of 25 g / l (metal conversion). 1 cm of this solution with a micropipette22.7 μL per unit was weighed and applied to the tantalum nitride layer, then dried at room temperature for 30 minutes, and further baked in air at 600 ° C. for 10 minutes. This coating-drying-firing process is repeated 5 times, and the tantalum nitride layer is 1 cm in terms of rhodium.2A rhodium oxide layer consisting of 0.4 mg per unit was formed as a conductive substrate 12.
[0038]
Conductive substrate 13
Titanium was sprayed under the following conditions using a low-temperature spraying device (PC250iDEX, manufactured by Arctechno Co., Ltd.). As the titanium, a pure titanium wire having a diameter of 1.3 mm was used. High frequency of 40kHz, voltage is 14V, feed speed of titanium wire is 5.2m / min, air cooled to 11 ° C is 8kg / cm2A 200 μm titanium sprayed coating was coated on a cement plate (50 × 300 × 300 mm) whose surface was blasted with a pressure of The titanium spray coating had a pale yellow color tone.
Next, 260 g / l manganese nitrate hexahydrate (Mn (NOThree )2 ・ 6H2 O) aqueous solution and 18 g / l iridium chloride (IrClFour ・ H2An aqueous solution to which O) was added was applied. After coating, the film was dried for 20 to 30 minutes, and then the film was heated and dried with a gas flame to obtain a conductive substrate 13.
[0039]
Conductive substrate 14
Titanium was sprayed under the following conditions using a low-temperature spraying device (PC250iDEX, manufactured by Arctechno Co., Ltd.). As the titanium, a pure titanium wire having a diameter of 1.3 mm was used. High frequency of 40kHz, voltage is 14V, feed speed of titanium wire is 5.2m / min, air cooled to 11 ° C is 8kg / cm2A 200 μm titanium sprayed coating was coated on a cement plate (50 × 300 × 300 mm) whose surface was blasted with a pressure of The titanium spray coating had a pale yellow color tone.
Next, the titanium spray-coated cement board was degreased and washed with trichlorethylene, treated in an aqueous 8 wt% hydrogen fluoride solution at 20 ° C. for 2 minutes, and then treated in an aqueous 60 wt% sulfuric acid solution at 120 ° C. for 3 minutes. Next, the titanium sprayed coating-coated cement plate was taken out from the sulfuric acid aqueous solution and rapidly cooled by spraying cold water in a nitrogen atmosphere. Further, it was immersed in a 0.3 wt% hydrogen fluoride aqueous solution at 20 ° C. for 2 minutes and then washed with water.
After washing with water, dinitrodiaminoplatinum (Pt (NHThree)2(NO2)2) In a platinum solution with a platinum content of 5 g / l, a pH of about 2, and a temperature of 50 ° C.2Plating for about 6 minutes at an apparent density of 16 g / cmThreeThe electrodeposition amount is 1.7 mg / cm2The porous platinum coating layer was formed on a titanium spray coating coated cement board.
The titanium spray-coated cement board thus provided with the porous platinum coating layer was heat-treated in the atmosphere at 400 ° C. for 1 hour.
Next, a rhodium nitrate aqueous solution adjusted to a rhodium concentration of 50 g / l (metal conversion) and a nitric acid concentration of 95 g / l and ethanol were mixed to prepare a coating solution containing a rhodium concentration of 25 g / l (metal conversion). 1 cm of this solution with a micropipette22.7 μl per unit was weighed, applied to the porous platinum coating layer, dried at room temperature for 30 minutes, and further baked in air at 600 ° C. for 10 minutes. This coating-drying-firing process is repeated 5 times, and the porous platinum coating layer is 1 cm in terms of rhodium.2A rhodium oxide layer consisting of 0.4 mg per unit was formed.
Then, a palladium nitrate aqueous solution adjusted to a palladium concentration of 100 g / l (metal conversion) and a nitric acid concentration of 445 g / l and ethanol were mixed to prepare a solution containing a palladium concentration of 25 g / l (metal conversion), and further a rhodium concentration of 50 g / l. l (metal conversion) and a rhodium nitrate aqueous solution adjusted to a nitric acid concentration of 95 g / l were added and mixed to prepare a coating solution containing palladium nitrate and rhodium nitrate with a palladium to rhodium molar ratio (metal conversion) of 20: 1. To do. Using this coating solution, the coating-drying-firing process was repeated 8 times in the same manner as described above, and 1 cm in terms of metal2An oxide coating layer containing 0.6 mg of palladium oxide and 0.03 mg of rhodium oxide was formed to form a conductive substrate 14.
[0040]
Conductive substrate 15
What added 5 weight% of isocyanate hardening agent (Nippon Polyurethane Co., Ltd. coronate L) to polyester adhesive (the product made by Toa Gosei Co., Ltd., PES360SK) on the surface of a stainless steel plate (30x50x1mm). After applying by a spray method, it was dried at 100 ° C. for 5 minutes.
Next, a 50 μm thick polyester resin film (Lintec Co., Ltd.) was laminated as an insulating resin film by thermocompression bonding. Next, the polyester-based adhesive used for bonding the polyester resin film onto the stainless steel substrate was coated on the polyester resin film under the same conditions and dried. Next, it laminated | stacked on the polyester resin film by heat-pressing the electroconductive sheet which consists of 0.1 mm titanium foil. The stainless steel side of this titanium foil coated stainless steel plate is protected with resist ink, degreased with trichlene, washed, then the surface layer is dissolved and washed in a 12% hydrogen fluoride aqueous solution for 5 minutes, and the surface oxide film is made uniform. Next, it was immersed in a 70% by weight sulfuric acid aqueous solution at 120 ° C. for 1 minute and a half to homogenize the oxide film and form a TiHx film, and then washed with quenching water in an argon gas stream and then washed with 1% by weight ammonium fluoride. The TiHx film was immersed in an aqueous solution for 2 minutes to achieve uniform and stable growth, and was lifted and washed with water.
After washing with water, dinitrodiaminoplatinum containing 5 g / l of platinum (Pt (NHThree)2(NO2)2) Dissolved in sulfuric acid and adjusted to a pH of about 2 at 50 ° C., 2 A / dm2After plating for about 20 minutes, a 2 micron platinum plating layer was obtained. In the plating process, in order to protect the TiHx formation film, nitrogen gas is aerated in the plating bath, gas-liquid stirring is performed to remove dissolved oxygen, and contact between the oxygen generated at the anode and the titanium substrate is prevented by the diaphragm. I did it.
The thus obtained platinum-plated titanium substrate was heat-treated at 250 ° C. for 2 hours in a vacuum to decompose and remove the TiHx film.
Further, an acidic aqueous solution of rhodium nitrate adjusted to a rhodium concentration of 50 g / l (metal conversion) and a nitric acid concentration of 95 g / l was mixed with ethanol to prepare a coating solution containing a rhodium concentration of 25 g / l (metal conversion). 1cm of the coating solution with a micropipette22.7 μl per unit was weighed, applied to the substrate, dried under reduced pressure at room temperature for 30 minutes, and then baked in the atmosphere for 10 minutes with a burner so that the outermost surface was 600 ° C. This coating-drying-firing process is repeated 5 times, and the platinum coating layer is 1 cm in terms of rhodium.20.4 mg of rhodium oxide coating layer was formed per unit. Further, an acidic aqueous solution of palladium nitrate adjusted to a palladium concentration of 100 g / l (metal conversion) and a nitric acid concentration of 445 g / l and ethanol were mixed to prepare a coating solution containing a rhodium concentration of 25 g / l (metal conversion). Using this coating solution, the same coating-drying-firing process as described above was repeated 11 times, and 1 cm in terms of palladium on the rhodium oxide layer.2A 0.8 mg palladium oxide layer was formed per conductive substrate 15.
[0041]
The surface of the stainless steel plate (SUS316, 30 × 50 × 5 mm) was roughened with emery paper (No. 100). Next, 5 parts by weight of an isocyanate curing agent (manufactured by Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd., Coronate L) and a solvent (toluene and methyl ethyl ketone are 8: 2) to a polyester adhesive (manufactured by Toa Gosei Co., Ltd., PES · 360S30). 100 parts by weight) was added and mixed with sufficient stirring. The adhesive was applied to the roughened stainless steel surface by a spray method, and then dried at 80 ° C. for 10 minutes. Next, a cloth woven from glass fibers (manufactured by Unitika Glass Fiber Co., Ltd., H201M104F) is placed on a stainless steel plate coated with an adhesive, and 200 ° C., 10 kg / cm.2And pressure-bonded for 2 minutes. Next, titanium was sprayed under the following conditions using a low-temperature spraying device (Arc Techno Co., Ltd., PC250iDEX). In addition, the titanium used the pure titanium wire with a diameter of 1.3 mm. The voltage is 14V, the feed speed of titanium wire is 5.2m / min, and the air pressure is 8kg / cm2A 200 μm titanium nitride sprayed coating was formed by spraying titanium on a stainless steel plate on which glass fiber cloths were laminated.
Next, the stainless steel side of the titanium spray coating coated stainless steel plate is protected with a resist ink, degreased and washed with trichlorethylene, treated in an 8 wt% hydrogen fluoride aqueous solution at 20 ° C. for 2 minutes, and then 60 wt% sulfuric acid at 120 ° C. Treated in aqueous solution for 3 minutes. Subsequently, the titanium sprayed coating-coated stainless steel plate was taken out from the sulfuric acid aqueous solution and rapidly cooled by spraying cold water in a nitrogen atmosphere. Further, it was immersed in a 0.3 wt% hydrogen fluoride aqueous solution at 20 ° C. for 2 minutes and then washed with water.
After washing with water, dinitrodiaminoplatinum (Pt (NHThree)2(NO2)2) In a sulfuric acid solution and 30 mA / cm in a platinum plating solution with a platinum content of 5 g / l, a pH of about 2 and a temperature adjusted to 50 ° C.2Plating for about 6 minutes at an apparent density of 16 g / cmThreeThe electrodeposition amount is 1.7 mg / cm2The porous platinum coating layer was formed on a titanium spray coating coated stainless steel plate.
The titanium spray-coated stainless steel plate provided with the porous platinum coating layer in this way was heat-treated in the atmosphere at 400 ° C. for 1 hour.
Next, a rhodium nitrate aqueous solution adjusted to a rhodium concentration of 50 g / l (metal conversion) and a nitric acid concentration of 95 g / l and ethanol were mixed to prepare a coating solution containing a rhodium concentration of 25 g / l (metal conversion). 1 cm of this solution with a micropipette22.7 μl per unit was weighed, applied to the porous platinum coating layer, dried at room temperature for 30 minutes, and further baked in the atmosphere at 600 ° C. for 10 minutes. This coating-drying-firing process is repeated 5 times, and the porous platinum coating layer is 1 cm in terms of rhodium.2A rhodium oxide layer consisting of 0.4 mg per unit was formed.
Then, a palladium nitrate aqueous solution adjusted to a palladium concentration of 100 g / l (metal conversion) and a nitric acid concentration of 445 g / l and ethanol were mixed to prepare a solution containing a palladium concentration of 25 g / l (metal conversion), and further a rhodium concentration of 50 g / l. l (metal conversion) and a rhodium nitrate aqueous solution adjusted to a nitric acid concentration of 95 g / l were added and mixed to prepare a coating solution containing palladium nitrate and rhodium nitrate with a palladium to rhodium molar ratio (metal conversion) of 20: 1. To do. Using this coating solution, the coating-drying-firing process was repeated 8 times in the same manner as described above, and 1 cm in terms of metal2An oxide coating layer containing 0.6 mg of palladium oxide and 0.03 mg of rhodium oxide was formed to form a
[0042]
Conductive substrate 17
A stainless steel plate (30 × 50 × 1 mm) was immersed in an organic solvent and washed with an ultrasonic cleaner. Next, a titanium plate was placed in the physical vapor deposition apparatus and evacuated to 0.13 mPa. The stainless steel plate was etched in argon plasma for 5 minutes to form a titanium layer having a thickness of 2 μm. Thereafter, nitrogen gas was injected to 1.3 Pa until the degree of vacuum decreased, and a titanium nitride film was formed to 1 μm by an ion plating method.
Next, a rhodium nitrate aqueous solution adjusted to a rhodium concentration of 50 g / l (metal conversion) and a nitric acid concentration of 95 g / l and ethanol were mixed to prepare a coating solution containing a rhodium concentration of 25 g / l (metal conversion). 1 cm of this solution with a micropipette22.7 μL per unit was weighed, applied to the titanium nitride layer, dried at room temperature for 30 minutes, and further baked in air at 600 ° C. for 10 minutes. This coating-drying-firing process is repeated 5 times, and the titanium nitride layer is 1 cm in terms of rhodium.2A rhodium oxide layer consisting of 0.4 mg per unit was formed as a conductive substrate 17.
[0043]
Conductive substrate 18
A glass fiber reinforced plastic (FRP) plate (30 × 50 × 5 mm) was immersed in alcohol and washed with an ultrasonic cleaner. Next, a glass fiber reinforced plastic (FRP) plate was placed in the physical vapor deposition apparatus and evacuated to 0.13 mPa. The glass fiber reinforced plastic (FRP) plate was etched in argon plasma for 5 minutes, and then argon gas was injected to 1.3 Pa until the degree of vacuum was lowered to form a titanium film of 50 μm by sputtering.
Next, the titanium-coated glass fiber reinforced plastic (FRP) plate is degreased with trichlene and washed, and then the surface layer is dissolved and washed in a 12 wt% hydrogen fluoride aqueous solution for 5 minutes to make the surface oxide film uniform, and then 70 Immerse in a weight% sulfuric acid aqueous solution at 120 ° C. for 1 minute and a half, homogenize the oxide film and form a TiHx film, and then after quenching, rinse in an argon gas stream and then rinsed rapidly in a 1% by weight ammonium fluoride aqueous solution. The TiHx film was soaked for 2 minutes in order to achieve uniform and stable growth, and the TiHx film was lifted and washed with water.
After washing with water, dinitrodiaminoplatinum containing 5 g / l of platinum (Pt (NHThree)2(NO2)2) Dissolved in sulfuric acid and adjusted to a pH of about 2 at a temperature of 50 ° C. and a current density of 2 A / dm.2After plating for about 20 minutes, a 2 micron platinum plating layer was obtained. In order to protect the TiHx formation film in the plating process, nitrogen gas is aerated in the plating bath, gas-liquid stirring is performed to remove dissolved oxygen, and oxygen generated at the anode is prevented from coming into contact with the titanium substrate. I made it.
The thus obtained platinum-plated titanium substrate was heat-treated at 250 ° C. for 2 hours in a vacuum to decompose and remove the TiHx film.
Next, an acidic aqueous solution of rhodium nitrate adjusted to a rhodium concentration of 50 g / l (metal conversion) and a nitric acid concentration of 95 g / l and ethanol were mixed to prepare a coating solution containing a rhodium concentration of 25 g / l (metal conversion). . 1cm of the coating solution with a micropipette22.7 μl per unit was weighed, applied to the substrate, dried under reduced pressure at room temperature for 30 minutes, and further baked in air for 10 minutes so that the outermost surface reached 600 ° C. with a burner. This coating-drying-firing process is repeated 5 times, and the platinum coating layer is 1 cm in terms of rhodium.20.4 mg of rhodium oxide coating layer was formed per unit. Further, an acidic aqueous solution of palladium nitrate adjusted to a palladium concentration of 100 g / l (metal conversion) and a nitric acid concentration of 445 g / l and ethanol were mixed to prepare a coating solution containing a rhodium concentration of 25 g / l (metal conversion). Using this coating solution, the same coating-drying-firing process as described above was repeated 11 times, and 1 cm in terms of palladium on the rhodium oxide layer.2A 0.8 mg palladium oxide layer was formed per conductive substrate 18.
[0044]
Conductive substrate 19
An aluminum plate (30 × 50 × 1 mm) was etched for 30 seconds in a 5% by weight sodium hydroxide aqueous solution at a temperature of 50 ° C. and then immersed in a 30% by weight nitric acid aqueous solution for 1 minute. Thereafter, 1.5 A / dm in a 15 wt% aqueous sulfuric acid solution.2The porous oxide film having a thickness of 24 μm was formed by anodizing at a current density of 60 minutes. Next, an aluminum plate with a porous oxide film formed thereon is immersed as an anode in an anionic electrodeposition coating (manufactured by Honey Kasei Co., Ltd.), a voltage of 180 V is applied for 3 minutes, followed by washing with water at 180 ° C. for 30 minutes. An insulating resin layer was formed on the porous oxide film by heating and drying. Next, an aluminum plate on which an insulating resin layer was formed was placed in a physical vapor deposition apparatus, and vacuuming was performed to 1.3 mPa. Thereafter, etching was performed in argon plasma for 5 minutes to form a titanium layer having a thickness of 2 μm, and then nitrogen gas was injected to 1.3 Pa until the degree of vacuum was reduced to form a titanium nitride film having a thickness of 1 μm by an ion plating method.
Next, a rhodium nitrate aqueous solution adjusted to a rhodium concentration of 50 g / l (metal conversion) and a nitric acid concentration of 95 g / l and ethanol were mixed to prepare a coating solution containing a rhodium concentration of 25 g / l (metal conversion). 1 cm of this solution with a micropipette22.7 μl per unit was weighed, applied to the titanium nitride layer, dried at room temperature for 30 minutes, and further baked in the atmosphere at 600 ° C. for 10 minutes. This coating-drying-firing process is repeated 5 times, and the titanium nitride layer is 1 cm in terms of rhodium.2A rhodium oxide layer consisting of 0.4 mg per unit was formed as a conductive substrate 19.
[0045]
Conductive substrate 20
Titanium was sprayed under the following conditions using a low-temperature spraying device (PC250iDEX, manufactured by Arctechno Co., Ltd.). As the titanium, a pure titanium wire having a diameter of 1.3 mm was used. High frequency of 40kHz, voltage is 14V, feed speed of titanium wire is 5.2m / min, air cooled to 11 ° C is 8kg / cm2A 200 μm titanium sprayed coating was coated on a cement plate (50 × 300 × 300 mm) whose surface was blasted with a pressure of The titanium spray coating had a pale yellow color tone. This was designated as conductive substrate 20.
[0046]
Conductive substrate 21
The surface of a glass fiber reinforced plastic (FRP) plate (30 × 50 × 5 mm) was roughened with emery paper (No. 100). Next, 5 parts by weight of an isocyanate-based curing agent (manufactured by Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd., Coronate L) to a polyester-based adhesive (manufactured by Toa Gosei Co., Ltd., PES360S30) and a solvent (toluene and methyl ethyl ketone in a capacity of 8: 2) 100 parts by weight of the mixture) was added and sufficiently stirred and mixed. The adhesive was applied to the surface of the roughened glass fiber reinforced plastic (FRP) plate by a spray method, and then dried at 80 ° C. for 10 minutes. Next, a cloth woven with glass fiber (manufactured by Unitika Glass Fiber Co., Ltd., H201M104F) is placed on a glass fiber reinforced plastic (FRP) plate coated with an adhesive, and the temperature is 200 ° C., 10 kg / cm.2And pressure-bonded for 2 minutes. Next, titanium was sprayed under the following conditions using a low-temperature spraying device (Arc Techno Co., Ltd., PC250iDEX). In addition, the titanium used the pure titanium wire with a diameter of 1.3 mm. Voltage is 14V, Titanium wire feed speed is 5.2m / min, Air pressure is 8kg / cm2A 200 μm titanium nitride spray coating was formed by spraying titanium on a glass fiber reinforced plastic (FRP) plate on which glass fiber cloths were laminated. This was used as the conductive substrate 21.
[0047]
Conductive substrate 22
A titanium substrate (corresponding to JIS 2 types, t1 × w100 × L100 mm) was degreased and washed with trichloroethylene, and this was used as the conductive base material 22.
[0048]
Conductive substrate 23
A stainless steel plate (30 × 50 × 1 mm) was immersed in an organic solvent and washed with an ultrasonic cleaner. Next, a titanium plate was placed in the physical vapor deposition apparatus and evacuated to 0.13 mPa. The stainless steel plate was etched in argon plasma for 5 minutes to form a titanium layer having a thickness of 2 μm. Thereafter, nitrogen gas was injected to 1.3 Pa until the degree of vacuum decreased, and a titanium nitride film was formed to 1 μm by an ion plating method. This was used as the conductive substrate 23.
[0049]
Conductive substrate 24
An aluminum plate (30 × 50 × 1 mm) was etched in a 5 wt% sodium hydroxide aqueous solution at 50 ° C. for 30 seconds, and then immersed in a 30 wt% nitric acid aqueous solution for 1 minute. Thereafter, 1.5 A / dm in a 15 wt% aqueous sulfuric acid solution.2The porous oxide film having a thickness of 24 μm was formed by anodizing at a current density of 60 minutes. Next, an aluminum plate with a porous oxide film formed thereon is immersed as an anode in an anionic electrodeposition coating (manufactured by Honey Kasei Co., Ltd.), a voltage of 180 V is applied for 3 minutes, followed by washing with water at 180 ° C. for 30 minutes. An insulating resin layer was formed on the porous oxide film by heating and drying. Next, an aluminum plate on which an insulating resin layer was formed was placed in a physical vapor deposition apparatus, and vacuuming was performed to 1.3 mPa. Thereafter, etching was performed in argon plasma for 5 minutes to form a titanium layer having a thickness of 2 μm, and then nitrogen gas was injected to 1.3 Pa until the degree of vacuum was reduced to form a titanium nitride film having a thickness of 1 μm by an ion plating method. This was used as the conductive substrate 24.
[0050]
<Preparation of microorganism suspension>
After primary culture of marine-adherent bacterium Vibrio alginoliticus (ATCC 17749) at 30 ° C. in Marine broth (Marine broth) 2216 (manufactured by DIFCO Laboratories), 100 μl was collected and cultured in a 25 ml centrifuge tube (marine). Broth was aerobically cultured at 15 ° C. and 150 rpm for 2 hours. The cultured cells are collected by centrifugation, washed with sterilized seawater, suspended in sterilized seawater, counted with a hematite meter, and 1 × 107A cell suspension having a concentration of cel 1 / ml was prepared.
[0051]
<Microbe adhesion to conductive substrate and potential application>
The conductive substrate was immersed in a suspension stirred at 200 rpm for 90 minutes at room temperature to allow the bacterial cells to adhere to the surface of the conductive substrate. It was immersed in sterilized seawater contained in the test tank 6, and various potentials were applied while stirring the sterilized seawater at a stirring speed of 200 rpm. As the potential application condition, each pattern shown in FIGS. Further, the potential of T1 was 0.9 V vs Ag / AgCl and applied for 60 minutes. The potential of T2 was −0.6 V vs Ag / AgCl and applied for 30 minutes. The potential of T3 was −0.3 V to −0.6 V vs Ag / AgCl, applied for 30 minutes, and the potential was amplified at intervals of 2 minutes. The potential of T4 was −1.4 V vs. Ag / AgCl and applied for 60 minutes. The potential of T5 was −0.3 V to −1.4 V vs. Ag / AgCl, applied for 60 minutes, and the potential was amplified at intervals of 2 minutes. The potential of T6 was applied at 1.6 V vs Ag / AgCl for 5 minutes.
[0052]
<Evaluation of sterilization of microorganisms and determination of effects of each process>
For the confirmation of the bactericidal effect, the removal of dead attached microorganisms, and the determination of the cleaning effect, 2 of Propidium Iodide (hereinafter abbreviated as PI) and 4,6-diamidino-2-phenylindole (hereinafter abbreviated as DAPI) This was performed by the double staining method. PI and DAPI are microorganisms that adhere to nucleic acid of microorganisms due to the difference in the permeability of microorganisms to the cell membrane. Those that show blue fluorescence are live cells, and those that show red fluorescence are dead cells. in use. Further, by comparing the abundance of the sterilized microorganisms emitting red fluorescence on the surface of the conductive substrate, the detachment of the scale and the organic matter and the cleaning function were determined.
Microorganism staining is performed by washing a conductive substrate to which a potential is applied with sterilized seawater, and adhering bacterial cells on the conductive substrate with 250 μg / ml aqueous solution of PI and 30 μl each of DAPI20 μg / ml aqueous solution (adjusted before staining). Drip. After that, bacteria that adsorbed to the conductive film before applying the potential were irradiated with ultraviolet excitation light, and under the observation of a fluorescence microscope, those showing blue fluorescence were viable cells and those showing red fluorescence were dead cells. The number of dead cells relative to the number of cells was evaluated.
In the determination, ○ indicates a sterilization rate of 80% or more, Δ indicates a sterilization rate of 20 to 80%, and X indicates less than 20%.
In the potential application patterns shown in FIGS. 2 to 6, the sterilizing effect of the microorganisms was determined after completing the T1 step.
The determinations of the detachment steps T2 and T3 are as follows: the attached organism amount after applying the potential is a decrease ratio from the T1 step after the sterilization determination. Shown as less than 30%.
The determination of the T4, T5, and T6 steps was determined based on the state of each pattern before the T4, T5, and T6 steps and the presence or absence of dead cells after each step.
In order to determine the superiority of the test results, various times were applied for the potential application time and the applied voltage. Therefore, it is desirable to give priority to the result of considering the test result with a completely low potential in a short time as a whole, and is not limited to this example.
Hereinafter, the effect is shown based on an Example about the electroconductive base materials 1-24 in each process of the electric potential application pattern shown to FIGS.
[0053]
Example 1
In Device Example 1, the conductive substrates 1 to 24 were used as the conductive substrate, and an experiment was performed using the potential application pattern shown in FIG. The results are shown in Table 1.
In the T1 step, 0.9VvsAg / AgCl was applied for 60 minutes to determine the bactericidal efficiency. The number of dead cells attached only in the T1 step and the presence or absence of dead cells regarded as organic matter attached after applying the T6 step to 1.6 V vs. Ag / AgCl for 5 minutes were analyzed for cleaning. The effect was judged.
[0054]
[Table 1]
[0055]
In the determination of the bactericidal effect, ◯ indicates a sterilization rate of 80% or more, Δ indicates a sterilization rate of 20 to 80%, and x indicates less than 20%. Moreover, what can confirm that the disinfection rate exceeded 80% even for a short time was described by (double-circle). It should be noted that this was not performed for all the substrates.
The degradation cleaning effect indicates the presence or absence of adherent dead cells, ◯ indicates a cleaning rate of 80% or more, Δ indicates a cleaning rate of 20 to 80%, and X indicates a cleaning rate of less than 20%. Moreover, the thing which confirmed that the washing | cleaning rate exceeded 80% even for a short time was described with (double-circle). It should be noted that this was not performed for all the substrates.
[0056]
Example 2
In the apparatus example 1, the said conductive base materials 1-24 were used as a conductive base material, and it experimented by the electric potential application pattern shown to FIG. The results are shown in Table 2.
Since the bactericidal effect showed substantially the same bactericidal efficiency as in Example 1, 0.9VvsAg / AgCl was applied for 30 minutes in the T1 process, and dead and live bacteria were mixed and adhered conductive groups. The material was adjusted. Thereafter, the T2 potential in the potential application pattern shown in FIG. 3 is −0.6 V vs Ag / AgCl, and applied for 30 minutes, and the potential of the potential application pattern T3 shown in FIG. 4 is −0.3 V to −0.6 V vs Ag / AgCl was applied for 30 minutes and the potential was oscillated at 2 minute intervals. Before and after the T2 step and T3 step at that time, the number of detached microorganisms was compared with the number of attached microorganisms, which is the sum of dead bacteria and viable bacteria, and the reduction ratio was determined to determine the detachment effect.
[0057]
[Table 2]
[0058]
As for the reduction rate, ◯ is shown as 70% or more, Δ is shown as 30 to 70%, and x is less than 30%. Moreover, the thing which confirmed that the reduction rate exceeded 80% even for a short time was described with (double-circle). In addition, the washing | cleaning effect could be confirmed with all the electroconductive base materials which implemented T6 process after that, and the washing | cleaning acceleration effect by the combination was expectable.
[0059]
Example 3
In the apparatus example 1, the said conductive base materials 1-24 were used as a conductive base material, and it experimented by the electric potential application pattern shown in FIG. The results are shown in Table 3.
Since the bactericidal effect showed substantially the same bactericidal efficiency as in Example 1, 0.9VvsAg / AgCl was applied for 30 minutes in the T1 process, and dead and live bacteria were mixed and adhered conductive groups. The material was adjusted. Thereafter, the T2 potential was -0.6 V vs Ag / AgCl and applied for 30 minutes. Next, the electric setting of T4 in the potential application pattern shown in FIG. 5 was set to -1.4 V vs Ag / AgCl for 60 minutes. Further, the potential setting of T5 in the potential application pattern shown in FIG. 6 was applied from -0.3 V to -1.4 V vs Ag / AgCl for 60 minutes, and the potential was amplified at intervals of 2 minutes. Before and after the T4 and T5 steps, the degradation and cleaning effect was determined by the presence or absence of dead cells regarded as attached organic matter.
[0060]
[Table 3]
[0061]
The degradation cleaning effect indicates the presence or absence of adherent dead cells, ◯ indicates a cleaning rate of 80% or more, Δ indicates a cleaning rate of 20 to 80%, and X indicates a cleaning rate of less than 20%. Moreover, the thing which confirmed that the washing | cleaning rate exceeded 80% even for a short time was described with (double-circle). It should be noted that this was not performed for all the substrates. Moreover, when T6 process was implemented after that, almost perfect washing | cleaning effect could be confirmed with all the electroconductive base materials in a short time, and the washing | cleaning acceleration effect by the combination was expectable.
[0062]
<Confirmation of product (chlorine, oxygen) generation>
About the
As a result, generation of chlorine was confirmed when noble metal oxide was present on the surface of the conductive substrate 1, 5, 6, 11. In addition, in the conductive base material, oxides such as 7, 9, and 22 and bulk metals, oxygen generation accompanying water decomposition was confirmed, indicating the existence of a radical generation process.
[0063]
<Verification of reactivation of conductive substrate>
Taking the conductive substrate 5 as an example,
(A) An unused conductive substrate 5 to which no potential is applied,
(B) 1.0 Vvs. Ag / AgCl, conductive substrate 5 applied for 100 hours,
(C) 1.0 Vvs. After applying Ag / AgCl for 100 hours, -1.4 Vvs. Using the conductive substrate 5 applied with Ag / AgCl for 30 minutes, the generation of chlorine as electrode activity was measured. The measuring method was the same as the chlorine measuring method.
As a result, it was confirmed that (A) and (C) generated substantially the same amount of chlorine. However, (B) was inferior to (A) and (C) in the reaction of chlorine generation. This is 1.0 Vvs. This is probably because the electrode surface was oxidized by applying Ag / AgCl for 100 hours to reduce the chlorine generation efficiency. Therefore, although detailed examination is required for the conductive material, the conductive substrate can be reactivated by applying a negative potential at least at T2, T3, T4, and T5.
Moreover, in the electroconductive base material 1, it is confirmed as a reduction | decrease in the amount of reaction current that platinum oxide is reduced and platinum elution occurs by application of a negative potential. However, by making them T1 and T6 steps again, they showed stable conductivity and were reactivated. Therefore, it is necessary to compare the performance of each process by various combinations depending on the substance present on the surface of the conductive substrate, and to stabilize the antifouling effect for a long period of time.
[0064]
<Verification of confirmation of reactivation of conductive substrate by controlling oxide formation and its reduction disappearance by scanning probe microscope>
Using the conductive substrate 22 as a representative example, the electrode surface when a potential was applied in accordance with the timing chart of FIG. 5 was observed with a scanning probe microscope (manufactured by Seiko Instruments Inc., SPI3800N). The application condition is that T1 is 0.9 Vvs. Ag / AgCl, 90 minutes, T2 -0.6 Vvs. Ag / AgCl, 45 minutes, T4 -1.4 Vvs. Ag / AgCl, 120 minutes. The sample was subjected to surface state observation of a new electrode to which no potential was applied, an electrode at the end of T1 application, and an electrode at the end of T4 application.
As a result, the unevenness accompanying the oxide film growth was observed at the end of T1, but the unevenness disappeared in the sample after the end of T4 and returned to almost the same state as the electrode surface to which no potential was applied. From this, it was found that the oxide film formed by applying a positive potential was restored to the same level as a new electrode surface to which no potential was applied by applying a low negative potential.
[0065]
【The invention's effect】
According to the electrochemical antifouling method according to the present invention, while maintaining and improving the function as an electrode of the conductive substrate that is the antifouling surface, the electrochemical antifouling effect of the antifouling conductive substrate is prolonged. In addition, the degree of freedom regarding the desorption step and the washing step can be increased. And the apparatus based on this electrochemical antifouling method is very useful because it can be reactivated to reproduce the antifouling effect for a long time without cost such as replacement of the conductive substrate. Device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of an apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is a timing chart of potential control.
FIG. 3 is a timing chart of potential control.
FIG. 4 is a timing chart of potential control.
FIG. 5 is a timing chart of potential control.
FIG. 6 is a timing chart of potential control.
[Explanation of symbols]
1 Control unit
2 Potentiostat
3 Conductive substrate
4 Reference pole
5 Counter electrode
6 Test tank
7 Stir bar
8 Stirrer
9 Positive potential electrolysis product generation potential
10 Negative potential electrolysis product generation potential
T1 Positive potential application process that does not generate electrochemical products
T2 Negative potential application process that does not generate electrochemical products
T3 Amplitude potential application process in the negative potential region where no electrochemical product is generated
T4 Negative potential application process for generating electrochemical products
T5 Amplitude potential application step in the negative potential region that generates / does not generate electrochemical products
T6 Positive potential application process for generating electrochemical products
Claims (9)
A)白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウムから選ばれた白金族金属
B)白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウム、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、マンガン、コバルト、スズ、アンチモンの酸化物から選ばれた単一金属酸化物又は混合金属酸化物又は複合金属酸化物
前記電源により、少なくとも前記導電性基材に電解液中から電気化学的に生成物を発生させない正電位を印加し、前記導電性基材表面に直接または間接的に接触する水生生物の増殖を抑制することを特徴とする電気化学的防汚方法。It consists of at least a conductive substrate, a counter electrode, and a power source that applies a voltage between the conductive substrate and the counter electrode, and is an electrochemical device that utilizes a direct electron transfer reaction between the conductive substrate and a living organism. In the antifouling method, the conductive base material comprises at least a part of the antifouling surface consisting of at least A) and B)
A) Platinum group metal selected from platinum, ruthenium, rhodium, palladium and iridium
B) Single metal oxide or mixed metal oxide or composite metal oxide selected from oxides of platinum, ruthenium, rhodium, palladium, iridium, titanium, zirconium, niobium, tantalum, manganese, cobalt, tin, and antimony < An aquatic organism that directly or indirectly contacts the surface of the conductive substrate by applying a positive potential that does not generate an electrochemical product from the electrolyte in at least the conductive substrate by the power source. An electrochemical antifouling method characterized by suppressing proliferation.
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