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マイクロバブル・ナノバブルの最新技術 II

  • The Latest Technology on Microbubbles and Nanobubbles II
★ 医療・食品分野から環境分野まで幅広く注目を集めるマイクロ・ナノバブルについて,その基礎特性と応用展開を解説!
★ マイクロ・ナノバブルの研究を大きく左右する発生装置や計測・分析装置に関して,応用事例や特徴を各メーカーが詳述!
★ 前書から3年,マイクロ・ナノバブルの研究や実用化への足跡を辿る1冊として!!

商品コード: T0744

  • 監修: 柘植秀樹
  • 発行日: 2010年5月
  • 価格(税込): 70,200 円
  • 体裁: B5判,257ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0244-7

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  • 加圧溶解方式,二相流旋回方式,ゼータ電位測定,土壌・地下水の原位置浄化対策,地盤液状化対策,洗浄技術,反応晶析技術,水耕培養,流体抵抗低減,オゾンナノバブル水

刊行にあたって

 1994年頃,大成博文教授(徳山高専)がμm(マイクロメーター)オーダーのマイクロバブルの発生装置を開発し,1990年代後半に広島のカキ,北海道のホタテ,三重の真珠の養殖に利用し,成長促進に効果が見られ,一躍マイクロバブルが脚光を浴びるようになった。
 マイクロバブルは気泡が小さいことによる気泡表面積の増大以外にも,通常出会うmm(ミリメーター)オーダーのミリバブルにはない生理活性効果などを有している。2007年9月に発刊された本書の初版本では,マイクロバブルの特性,マイクロバブルの発生法,気泡径測定法,マイクロバブルの圧壊,ソノケミストリー,マイクロバブルの生理活性,マイクロバブル・ナノバブルの応用(環境分野,産業分野,工業分野,食品分野,農業分野,水産分野,医療分野,流体力学分野,日常生活分野),マイクロバブル・ナノバブルの今後の発展について,ご専門の方々にご執筆いただいた。
 今回,本改訂版「マイクロバブル・ナノバブルの最新技術 II」を作成するに当たり,以下の点を考慮した。
 すなわち,基礎編ではこの3年間で改良発展しているマイクロバブル・ナノバブルの発生装置や計測・分析装置について,メーカーの方々に詳しい情報をご提供いただいた。また,応用編(マイクロバブル)では環境分野(水処理,水質浄化,地盤液状化対策),産業分野(洗浄,燃費低減,微粒子凝集抑制),工業分野(ガス吸収,固液分離,晶析,中空カプセル),食品分野,農業・水産・畜産分野(水耕栽培,環境保全型農畜水産業),医療分野(生理活性,医用超音波,造影超音波診断),流体力学分野(流体抵抗)についての着実な進展を,さらに応用編(ナノバブル)では医療分野への応用が積極的に進められている,ナノバブルウォーター,酸素ナノバブルの抗炎症作用,歯周治療など最新の研究についてご執筆いただいた。
 本改訂版を初版本と併せてご利用いただければ,マイクロバブル・ナノバブルの研究や実用化への足跡がお分かりいただけると思われる。
 本書を作成するに当たり産業技術総合研究所の高橋正好博士にご協力をいただいた。厚く御礼を申し上げる。
(「はじめに」より一部抜粋)

2010年5月  慶應義塾大学 理工学部 名誉教授 柘植秀樹

著者一覧

柘植秀樹   慶應義塾大学 理工学部 名誉教授
江口俊彦   (株)オーラテック 代表取締役社長
武 靖久   (株)ニクニ 営業部 Mixingプロジェクト
髙橋孝輔   (株)資源開発研究所 取締役
高橋正光   ローヤル電機(株) 新規事業部 本部長
松本 修   (株)アクアエアー 代表取締役
山本 孝   (有)バイ・クリーン 代表者
功刀資彰   京都大学大学院 工学研究科 原子核工学専攻 教授 
米本幸弘   東京理科大学 基礎工学部 電子応用工学科 助教 
吉田有香   (株)IHI 基盤技術研究所 応用理学研究部 
河口紀仁   (株)IHI 基盤技術研究所 応用理学研究部 主任研究員 
久保田伸彦  (株)IHI 基盤技術研究所 応用理学研究部 部長 
丸山 充   (株)島津製作所 分析計測事業部 応用技術部 主任
楊 逸明   ベックマン・コールター(株) ライフサイエンス アプリケーション&マーケティング統括部門 課長
中嶋一博   シスメックス(株) 科学計測事業部 東京アプリケーション係長
山川啓介   日本カンタム・デザイン(株) 先端技術部 プロダクトマネージャ
入江文子   日本カンタム・デザイン(株) 先端技術部 アプリケーションスペシャリスト
大宅雄一郎  (株)西日本流体技研 研究開発部 研究員
安木政史   西華産業(株) 東京営業第二本部 第三部光学計測グループ 部長代理
香田 忍   名古屋大学大学院 工学研究科 物質制御工学専攻 教授
李  攀   (独)産業技術総合研究所 環境管理技術研究部門 研究員
高橋正好   (独)産業技術総合研究所 環境管理技術研究部門 主任研究員 
道奥康治   神戸大学大学院 工学研究科 市民工学専攻 教授
日野成雄   DOWAエコシステム(株) ジオテック事業部 課長
永尾浩一   佐藤工業(株) 技術研究所 研究員
末政直晃   東京都市大学 工学部 都市工学科 教授
明石達生   国土交通省 国土技術政策総合研究所 都市計画研究室長
宮本 誠   (株)サムスン横浜研究所 DA Lab. EH Group Group長
中武靖仁   久留米工業高等専門学校 機械工学科 准教授
渡邉孝司   久留米工業大学 工学部 交通機械工学科 教授
竹内真一   桐蔭横浜大学 医用工学部 臨床工学科 教授
内田武吉   (独)産業技術総合研究所 計測標準研究部門 音響振動科 音響超音波標準研究室 研究員
安田啓司   名古屋大学大学院 工学研究科 准教授
坂東芳行   日本リファイン(株) 研究開発室 執行役員
寺坂宏一   慶應義塾大学 理工学部 応用化学科 教授
尾上 薫   千葉工業大学 工学部 生命環境科学科 教授
松本真和   千葉工業大学 講師(非常勤)
幕田寿典   山形大学大学院 理工学研究科 助教 
大宮司啓文  東京大学大学院 新領域創成科学研究科 准教授 
竹村文男   (独)産業技術総合研究所 エネルギー技術研究部門 主任研究員
許 晴怡   (独)農業・食品産業技術総合研究機構 食品総合研究所 食品工学研究領域 流通工学ユニット 農研機構特別研究員 
中村宣貴   (独)農業・食品産業技術総合研究機構 食品総合研究所 食品工学研究領域 流通工学ユニット 主任研究員 
椎名武夫   (独)農業・食品産業技術総合研究機構 食品総合研究所 食品工学研究領域 流通工学ユニット ユニット長 
玉置雅彦   明治大学 農学部 教授
堤 裕昭   熊本県立大学 環境共生学部 環境資源学科 教授
梨子木久恒   (株)多自然テクノワークス 代表取締役
岡嶋研二   名古屋市立大学大学院 医学研究科 展開医科学分野 教授 
原田直明   名古屋市立大学大学院 医学研究科 展開医科学分野 准教授 
梅村晋一郎  東北大学大学院 医工学研究科 教授
森安史典   東京医科大学 内科学第四講座 主任教授
児玉良明   (独)海上技術安全研究所 流体設計系 CFD研究開発センター 上席研究員 
眞野喜洋   東京医科歯科大学 医学部附属病院 高気圧治療部 名誉教授
北條行弘   自治医科大学 循環器内科 講師
荒川真一   東京医科歯科大学 歯学部附属病院 維持系診療科 歯周病外来 助教 
和泉雄一   東京医科歯科大学大学院 医歯学総合研究科 歯周病学分野 教授

目次

【基礎編】
第1章 マイクロバブルの特性

第2章 マイクロバブルの発生・分析
1. 総論
1.1 液の流動を伴う場合
1.1.1 旋回液流式
1.1.2 スタティックミキサー式
1.1.3 エジェクター式
1.1.4 ベンチュリー式
1.1.5 加圧溶解式
1.2 液の流動を伴わない場合
1.2.1 細孔式
1.2.2 回転式
1.2.3 超音波式
1.2.4 蒸気凝縮式
1.2.5 電気分解式
1.3 マイクロバブルの大きさの測定法
1.3.1 可視化法
1.3.2 レーザー回折・散乱法
1.3.3 コールター・カウンター法(細孔電気抵抗法)
1.3.4 動的光散乱法

2. マイクロバブルとナノバブルの生成およびその存在
2.1 はじめに
2.2 加圧溶解方式によるMB、NBの生成
2.3 ナノバブルの生成
2.3.1 ナノバブルの寿命
2.3.2 ナノバブルの可能性
2.4 おわりに

3. 発生装置
3.1 渦流ターボミキサーを用いたマイクロバブルの生成と応用
3.1.1 はじめに
3.1.2 渦流ターボミキサー(KTM)とは?
3.1.3 加圧溶解方式によるマイクロバブル製造方法
3.1.4 加圧溶解方式を用いたマイクロバブルの応用例
3.2 加圧溶解型高濃度マイクロバブル発生システムとその応用製品
3.2.1 はじめに
3.2.2 加圧溶解型マイクロバブル発生装置
3.2.3 加圧溶解型高濃度マイクロバブル発生装置の応用
3.2.4 おわりに
3.3 シャフト型二相流旋回方式マイクロバブル発生装置
3.3.1 装置の概要
3.3.2 開発の経緯
3.3.3 シャフト型装置の特長
3.3.4 装置設計の留意点
3.3.5 適用実績
3.3.6 今後の開発展開について
3.4 二相流旋回方式マイクロバブル発生装置
3.4.1 開発コンセプト
3.4.2 気泡の発生方式
3.4.3 構造上の特徴
3.4.4 発生装置の特徴
3.4.5 発生装置の外観形状・寸法
3.4.6 気泡発生装置の動作状況
3.4.7 用途事例
3.4.8 気泡発生装置の性能について
3.4.9 エビ養殖場におけるマイクロバブルの発生試験
3.5 YJ型マイクロバブル発生装置
3.5.1 開発の背景および経緯
3.5.2 YJシステムとは
3.5.3 YJシステムの構成
3.5.4 YJシステムの特徴
3.5.5 YJ システムの用途
3.5.6 採用事例
3.5.7 基礎データ

4. 計測・分析
4.1 マイクロバブルの合一・反発挙動シミュレーション
4.1.1 はじめに
4.1.2 界面の電気的効果と物質移動
4.1.3 気泡の合一・反発挙動のモデリングとシミュレーション
4.2 マイクロバブルのゼータ電位による物性評価
4.2.1 はじめに
4.2.2 マイクロバブルの測定とゼータ電位の算出
4.2.3 おわりに
4.3 レーザ回折・散乱法
4.3.1 はじめに
4.3.2 測定原理および装置構成
4.3.3 測定例
4.3.4 測定上の留意点
4.3.5 今後の展望
4.4 電気的検知帯法(コールター・カウンター法)
4.4.1 概要
4.4.2 原理
4.4.3 校正定数
4.4.4 校正粒子の選択
4.4.5 サンプル測定
4.4.6 測定結果の表示と統計解析
4.4.7 測定上の注意事項
4.4.8 おわりに
4.5 ナノバブルの粒子径、ゼータ電位測定
4.5.1 はじめに
4.5.2 粒子径測定
4.5.3 ゼータ電位測定
4.5.4 ナノバブル測定
4.6 NanoSightを用いたナノバブルの粒度分布測定と計数の可能性
4.6.1 はじめに
4.6.2 ナノサイトLMシリーズとは
4.6.3 測定原理・手法
4.6.4 ナノサイトLMシリーズを用いたナノバブル測定
4.6.5 おわりに
4.7 音響式気泡径分布計測装置(ABS)の原理と応用
4.7.1 はじめに
4.7.2 ABSの基本原理
4.7.3 ABSの応用例:小型回流水槽内の気泡径分布計測
4.7.4 まとめ
4.8 可視化画像流速計測システム
4.8.1 はじめに
4.8.2 PIV(Particle Image Velocimetry)の基本原理
4.8.3 PIVシステム
4.8.4 さまざまなPIVシステム

第3章 ソノケミストリー―超音波により発生する気泡と化学反応場の可視化―
1. はじめに
2. 超音波キャビテーションの可視化
3. 超音波流動場
3.1 音響流
3.2 速度分布
4. 超音波流動場に対する撹拌効果
5. 超ソノケミカル効率に対する流動場の影響
6. おわりに

【応用編:マイクロバブル】
第1章 環境分野
1. 水処理におけるマイクロバブルの応用
1.1 はじめに
1.2 実験内容
1.2.1 マイクロバブルの圧壊によるフリーラジカル発生および銅の触媒効果
1.2.2 フェノールの分解実験
1.2.3 マイクロバブルの強制圧壊反応のメカニズム解析
1.3 まとめ

2. マイクロバブル曝気を用いた陸水域の水質浄化技術
2.1 はじめに
2.2 ダム貯水池における富栄養化と水質対策
2.3 貯水池の深層曝気
2.4 廃棄物堆積層の浸出する汚濁水の浄化
2.4.1 背景と実験概要
2.4.2 室内実験による検討
2.4.3 実機貯留池での水質浄化実験
2.5 おわりに

3. マイクロバブル・オゾン工法による土壌・地下水の原位置浄化対策
3.1 はじめに
3.2 マイクロバブル・オゾン工法について
3.2.1 オゾンによる汚染物質の分解反応
3.2.2 マイクロバブル・オゾン工法による汚染土壌・地下水の浄化方法
3.3 オゾン溶解水によるVOCsの分解性評価
3.3.1 はじめに
3.3.2 試験方法
3.3.3 試験結果および考察
3.4 オゾン浸透試験
3.4.1 はじめに
3.4.2 試験方法
3.4.3 試験結果と考察
3.5 まとめ

4. マイクロバブル水による地盤液状化対策
4.1 概要
4.2 液状化対策事例(大型土槽実験)
4.2.1 実験概要
4.2.2 マイクロバブル水注入
4.2.3 加振実験
4.2.4 まとめ

第2章 産業分野
1. マイクロバブル洗浄技術
1.1 はじめに
1.2 従来の洗浄方法の課題とマイクロバブル洗浄の狙い
1.3 環境にやさしい添加剤による高密度マイクロバブルの生成
1.4 マイクロバブルによる油汚れの除去原理
1.5 マイクロバブル洗浄システムとその特長
1.6 マイクロバブルの洗浄効果
1.7 実用化検証
1.8 おわりに

2. 微細気泡軽油の特性とディーゼル機関の燃費低減―エジェクタ式と加圧溶解式の比較―
2.1 はじめに
2.2 微細気泡軽油の物理化学的特性
2.3 ディーゼル機関の燃費低減
2.4 まとめ

3. 音響キャビテーションバブルを用いたナノダイヤモンド微粒子の凝集抑制技術
3.1 はじめに
3.2 超音波と音響キャビテーションおよびキャビテーションバブル
3.3 ナノダイヤモンド微粒子
3.4 超音波によるナノダイヤモンド微粒子の凝集抑制
3.4.1 超音波照射装置と水槽内の音場
3.4.2 ナノダイヤモンド微粒子の凝集抑制(解凝集と表面改質)
3.5 おわりに

第3章 工業分野
1. 総論
1.1 はじめに
1.2 工業分野へのマイクロバブルの応用
1.3 マイクロバブルを分散させたエアリフト気泡塔の開発
1.4 おわりに

2. ガス吸収操作および固液分離操作への応用
2.1 はじめに
2.2 マイクロバブルのガス吸収装置への応用
2.2.1 総括物質移動容量係数による評価
2.2.2 ガスホールドアップの比較
2.2.3 ガス吸収性能の比較
2.2.4 所要動力に対する評価
2.3 マイクロバブルの固液分離装置への応用
2.4 おわりに

3. 微細な気-液界面に生じる濃度不均一場を用いた反応晶析技術の開発
3.1 はじめに
3.2 微細気泡が関与する異相界面反応に着目した新規反応場の体系
3.3 [1]の系に対する応用技術―CO2/NH3微細気泡を用いた炭酸カルシウムの多形制御―
3.3.1 気泡発生装置および操作条件
3.3.2 CO2/NH3微細気泡の供給において結晶多形に対する水溶液pHの依存性は
3.3.3 水溶液pHが一定下での気泡供給条件(平均気泡径、CO2/NH3モル比)の影響とは
3.4 [3]の系に対する応用技術―CO2/N2微細気泡を含むリチウム塩水溶液へのマイクロ波照射による炭酸リチウムナノ粒子の製造―
3.4.1 マイクロ波照射装置および操作条件は
3.4.2 ナノ粒子の製造に及ぼす微細気泡供給とマイクロ波照射の複合効果は
3.4.3 マイクロ波照射下でのナノ粒子生成に対する昇温速度と平均気泡径の影響とは
3.5 おわりに

4. マイクロバブルを用いた中空マイクロカプセル調製法
4.1 はじめに
4.2 In-situ重合法による中空マイクロカプセルの生成(メラミンホルムアルデヒド樹脂)
4.3 液中乾燥法による中空マイクロカプセルの生成(ポリ乳酸)
4.4 おわりに

第4章 食品分野
1. はじめに
2. MNBの作製条件と作製されるMNBの特性
2.1 製造方法のバブルの物性への影響
2.2 添加剤のMNBの作製および物性への影響
2.3 食品製造等におけるMNBの可能性
3. 食品関連分野におけるMNB利用技術の開発動向
3.1 溶存酸素濃度の管理
3.2 分離・分解
3.3 殺菌・洗浄
4. おわりに

第5章 農業・水産・畜産分野
1. オゾンマイクロバブルを用いた水耕培養液の殺菌および青果物の残留農薬除去
1.1 はじめに
1.2 実験1 オゾンマイクロバブルを用いた水耕培養液の殺菌
1.2.1 水耕装置を用いた植物病原菌の殺菌
1.2.2 オゾンマイクロバブル発生回数がフザリウム菌の殺菌およびレタスの生育に及ぼす影響
1.2.3 オゾンマイクロバブルが水耕装置でのフザリウム菌の殺菌およびレタスの生育に及ぼす影響
1.3 実験2 オゾンマイクロバブルを用いた青果物の残留農薬除去

2. 水産分野へのマイクロバブルの応用
2.1 装置を使用する時間帯
2.2 装置の電源
2.3 マイクロバブル発生装置による溶存酸素濃度の制御能力
2.3.1 マイクロバブルを付加しなかった場合
2.3.2 マイクロバブルを暗条件時に付加した場合
2.4 マイクロバブル発生装置の利用にあたっての経済収支

3. 環境保全型農畜水産業へ―マイクロ・ナノバブル新技術を提案する―
3.1 はじめに
3.2 弊社の技術と特徴
3.2.1 特徴
3.2.2 弊社の技術 
3.3 農業用水の現状とナノバブル水
3.3.1 処理水の特長
3.3.2 作物の生育に及ぼすナノバブル水の影響解析
3.4 水産業の現状とコンソーシアムにおける実験
3.4.1 コンソーシアム(平成15年10月~平成20年3月)
3.4.2 実験生簀のマダイに起きた変化
3.5 畜産におけるマイクロナノバブルの活用
3.6 食料自給率を高める技術
3.7 ナノバブルDBON、多流量直結タイプ、その他の使用例
3.7.1 使用例
3.7.2 共同研究
3.8 今後の展望
3.8.1 農業生産
3.8.2 高品質、多収穫
3.8.3 畜産
3.8.4 水産
3.8.5 食品
3.8.6 環境
3.8.7 おわりに

第6章 医療分野
1. マイクロバブルの生理活性―その発現機序と医療への応用―
1.1 はじめに
1.2 インスリン様成長因子-Iとは
1.3 IGF-Iの産生制御機構
1.3.1 成長ホルモン
1.3.2 知覚神経
1.4 IGF-Iと温泉
1.5 MBによるIGF-I産生
1.6 MBの医療への応用:どのような効果とメリットが期待できるか?
1.7 おわりに

2. 医用超音波におけるマイクロバブル
2.1 医用超音波におけるマイクロバブルの特徴
2.2 マイクロバブルの超音波応答とその医療応用
2.3 マイクロバブルに内包される気体の影響
2.4 マイクロバブルの超音波応答の非線形性
2.5 反転パルス法による非線形成分の抽出
2.6 マイクロバブルによる超音波加熱の促進
2.7 むすび

3. マイクロバブルを使った造影超音波診断
3.1 はじめに
3.2 造影剤
3.2.1 超音波造影剤の種類
3.2.2 Sonazoidの薬理動態
3.2.3 Sonazoidの副作用
3.3 映像モード
3.3.1 原理
3.4 読影の実際
3.4.1 ダイナミックスタディー
3.4.2 Kupfferイメージ
3.4.3 肝腫瘍の鑑別診断
3.5 まとめ

第7章 流体力学分野―船の流体抵抗低減
1. はじめに
2. バブルによる摩擦抵抗低減効果のメカニズム
3. 摩擦抵抗低減効果の下流方向の持続性
4. 青雲丸を用いたバブル実船実験
5. セメント運搬船を用いたバブル実船実験
6. 実用化への道

【応用編:ナノバブル】
第1章 ナノバブルとは
1. はじめに
2. ナノバブルの安定化メカニズム
3. ナノバブルの計測方法
3.1 動的光散乱光度計による測定
3.2 電子スピン共鳴法(ESR)による計測
4. おわりに

第2章 医療分野
1. ナノバブルウオーターの医療応用
1.1 はじめに
1.2 ナノの有する強力な組織保存能
1.3 殺菌、修復、再生能
1.4 ナノによるhomeostasis

2. 酸素ナノバブルの抗炎症作用―培養血管内皮および平滑筋細胞における効果―
2.1 はじめに
2.2 培養血管内皮細胞での実験
2.3 血管平滑筋の増殖作用に対する作用
2.4 今後の課題

3. オゾンナノバブル水の歯周治療への応用
3.1 はじめに
3.2 歯周炎とは
3.3 オゾンナノバブル水の歯周治療への応用
3.4 細菌学的考察
3.5 おわりに
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