マイクロバブル（ファインバブル）の

メカニズム・特性制御と実際応用のポイント

発刊・体裁・価格

発刊　　2015年3月27日　　定価　　69,300円 (税込(消費税10％））
体裁　　B5判　469ページ　　ISBN　978-4-86502-079-3　　　→詳細、申込方法はこちらを参照

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本書のポイント

★未だ解明されていない点も多い、超微細気泡の謎に迫る！
　各種メカニズムに関する最新の知見と各種応用技術を詳述！

●各種発生方式別にみる、気泡発生メカニズムやその特徴・挙動、応用のポイント等を解説！
　～加圧溶解法・エジェクター方式・ベンチュリ管式・ナノ多孔質フィルム・ 超音波方式 等々～

●マイクロバブル・ナノバブル（ファインバブル・ウルトラファインバブル）の発生・合体・消滅・安定化メカニズム、洗浄効果・生物活性効果等の機能発生メカニズムについて考察！

●バブルの物性・特性とその収縮挙動・温度の影響・化学反応・相互作用・中和反応とは！？

●気泡径はどのように測定する？各種法の原理・長短所とその選定法とは？
　粒子挙動・特性評価に向けた各種シミュレーション事例も紹介！

●様々な分野ごとの研究開発・利活用の最新状況や、各分野事情・実状に対応した条件設定の考え方・性能を引き出す方法等、適用のポイントについても解説！
　～ナノ粒子合成・エマルション・晶析・膜ろ過・水処理・光化学反応・洗浄・殺菌・食品・農業・養殖・バブル製剤・美容・船舶・土木・土壌浄化等々～

執筆者一覧（敬称略）

目次

第一章 マイクロバブル（ファインバブル）の発生メカニズムとその設計・制御法

第1節 超高速旋回式
1.マイクロバブルとは何か
2.超高速旋回式マイクロバブル発生装置
　2.1 発生装置と発生原理
　2.2 マイクロバブルの発生機構
　2.3 旋回速度の計測
3.超高速旋回式マイクロバブルの特徴
　3.1 発生頻度分布
　3.2 収縮を起点として生起する物理化学的特性
　3.3 装置の選択基準
4.適用分野と装置の適用問題

第2節 加圧溶解法
1.加圧溶解法の概要と気泡径・数密度の特性
2.気泡発生メカニズム
3.発生後の気泡の時間変化

第3節 エジェクター方式
1.エジェクター方式とは
2.アスピレーター
3.マイクロバブル発生に求められるエジェクター
　3.1 エジェクターの条件
　　3.1.1 安定した径（単分散）の微細気泡が発生できること
　　3.1.2 気泡径を自在に制御できること
　　3.1.3 少ないエネルギー（低圧）で生成できること
　　3.1.4 目詰まりを生じないこと
　　3.1.5 スケールアップが可能であること
　3.2 エジェクター方式を利用した用途別の効果および製品の一例
　　3.2.1 マイクロバブルシャワーヘッド
　　3.2.2 酸化防止用窒素置換ノズル
　　3.2.3 食器洗浄機
　　3.2.4 洗濯機
　　3.2.5 養殖場の酸素供給装置
　　3.2.6 閉鎖水域浄化装置

第4節 ベンチュリ管式マイクロバブル発生装置の流動特性
1.実験装置と実験条件
2.ベンチュリ管内の気泡挙動
3.ベンチュリ管内の流動場
4.流路方向の圧力分布とボイド率分布
5.ベンチュリ管内の音速

第5節 ナノ多孔質フィルムを使ったマイクロナノバブル発生装置
1.気泡発生メカニズム
　1.1 概要
　1.2 使用されるナノ多孔質フィルムについて
　1.3 発生気泡のコントロール
　1.4 装置の性能を活かすための条件設定・使用のポイント
2.ナノ多孔質フィルムを使ったマイクロナノバブル発生装置の特徴
　2.1 気泡発生装置の特徴
　2.2 発生気泡の特性
3.ナノ多孔質を使ったマイクロナノバブル発生装置の用途
　3.1 排水処理設備での利用用途
　3.2 工業用途への利用
　3.3 農業、養殖業での利用用途
　3.4 その他の利用用途
4.今後の展開

第6節 超音波方式
1.超音波を利用したマイクロバブルの生成メカニズム
　1.1 マイクロバブル生成現象
　1.2 界面の時間的挙動と気泡生成メカニズム
2.超音波利用型マイクロバブル発生装置
　2.1 装置概要
　2.2 マイクロバブルの発生状態と放出挙動

第7節 現場に対応した装置作製・設計のポイント～一次産業に向けて～
1.発生方式の特徴
2.各産業での活用における課題点
3.一次産業に対応するポイント
4.一次産業に対応した発生装置開発の事例
　4.1 水産業における事例
　4.2 農産業における事例


第二章 マイクロバブル（ファインバブル）の特性・挙動・機能性
～各種メカニズムとその制御・評価法～

第1節 マイクロバブル（ファインバブル）の発生・合体・消滅・安定化メカニズム
第1項 マイクロバブルの発生・合体・消滅・安定化メカニズム
1.バブル発生の一般的な道すじ
　1.1 蒸気泡の発生
　1.2 ガス気泡の発生
2.発生のメカニズム―核生成理論の概略とバブル発生
3.消滅のメカニズム―発生したバブルの運命
　3.1 バブルの成長
　3.2 バブルの縮小
　3.3 バブルの合体
4.合体のメカニズム―バブル合体に至る条件
5.安定化のメカニズム―表面張力の熱力学とバブル安定性

第2項 ガス過飽和水中における微細気泡の安定化機構
1.気泡溶解の原理
2.気泡曝気によるガス過飽和水の生成
3.バルクナノバブルの存在性
4.超音波洗浄への応用

第2節 マイクロバブル（ファインバブル）の物性・特性-力学特性と化学反応
1.水中における気泡の力学的特性
2.マイクロバブルの収縮挙動
3.マイクロバブルの収縮に及ぼす温度の効果
4.マイクロバブルの化学反応
5.マイクロバブルの具体的化学反応の例

第3節 マイクロバブル（ファインバブル）の機能発生メカニズム-洗浄効果と生物活性効果
1.マイクロバブルによる洗浄効果
　1.1 マイクロバブルを利用した洗浄試験
　1.2 マイクロバブル洗浄のメカニズム
2.マイクロバブルの生物活性作用
　2.1 酵母に及ぼすマイクロバブル効果
　2.2 マイクロバブルを用いたクルマエビの養殖
　2.3 マイクロバブルを用いたノリの養殖
3.マイクロバブルの生物への作用メカニズム
　3.1 マイクロバブルとタンパク質の相互作用
　3.2 マイクロバブルの生理活性作用のメカニズム

第4節 マイクロバブルの物理学的特性
1.マイクロバブル技術の基本
　1.1 マイクロバブルの特徴
　1.2 マイクロバブルの収縮運動
　　1.2.1 限界気泡径
　　1.2.2 可視化装置
　　1.2.3 収縮パターン
　　1.2.4 収縮過程における特徴
　　1.2.5 収縮過程における時間的変動特性
　1.3 気体の溶解度とマイクロバブルの関係
2.窒素マイクロバブルと酸素マイクロバブル
3.マイクロバブルの負電位特性
4.マイクロバブルの発光特性

第5節 マイクロバブル水の物理化学的特性
1.マイクロバブル水の基本的性質
　1.1 マイクロバブル水とは何か
　　1.1.1 マイクロバブル水の定義と分類
　　1.1.2 空気マイクロバブル水
　1.2 各種液体を用いたマイクロバブル水
　　1.2.1 淡水マイクロバブル水と海水マイクロバブル水
　　1.2.2 人工精製水
　　1.2.3 各種汚染水
　　1.2.4 低温水と高温水
　　1.2.5 特殊な液体
　1.3 発生装置の違いによる相異
2.マイクロバブル水の化学的特性
　2.1 発生装置によるマイクロバブル水の相異
　　2.1.1 超高速旋回式装置で製造されるマイクロバブル水
　　2.1.2 加圧溶解式装置で製造されるマイクロバブル水
　2.2 液体の種類によっても異なる
3.生物適応水としてのマイクロバブル水
　3.1 生理活性水としてのマイクロバブル水
4.生理活性現象の観察

第6節 マイクロバブルを利用した気液・中和反応
1.炭酸ガスを用いた気液反応型中和のメリット
2.反応効率に影響を与える因子
3.マイクロバブル型気液混合機
4.実施例

第7節 マイクロバブルの気泡径測定法
1.気泡径計測手法の概要及び分類
2.各種計測手法の原理と特徴
　2.1 直接撮影に基づく方法（画像処理法）
　2.2 散乱光強度に基づく方法（光散乱粒子カウンタ法、レーザ回折・散乱法）
　2.3 散乱光の干渉を利用する方法（位相ドップラ法、干渉画像法）
　2.4 ブラウン運動に基づく方法（ブラウン運動追跡法、動的光散乱法）
　2.5 コールターカウンタ法
　2.6 共振式質量測定法

第8節 シミュレーション
第1項 マイクロバブルの粒子シミュレーション
1.粒子シミュレーションの原理
2.粒子シミュレーションの適用範囲
3.例:マイクロバブルの力学的つりあい
4.例:核生成のシミュレーション
5.例:薄液膜の安定性
6.例:水溶液の表面特性

第2項 マイクロバブル分散液の物性・特性評価シミュレーション
1.単一マイクロバブルの運動方程式
　1.1 並進運動方程式
　1.2 体積運動方程式
2.気泡群としての粘度特性
　2.1 テイラーのエマルジョンの理論
　2.2 ムーニーの高濃度球形分散体モデル
3.全体流動を記述する支配方程式と数値解法
　3.1 混合体としての保存方程式
　3.2 数値計算手順
4.シミュレーションの事例
　4.1 気泡噴流
　4.2 物体まわりのマイクロバブル浮上流


第三章 マイクロバブル（ファインバブル）応用のポイント

第1節 物質製造・化学工学プロセス
第1項 超音波マイクロバブル発生法を利用する金属ナノ粒子の合成
1.超音波マイクロバブルを利用する金属イオンの還元と金属ナノ粒子の生成
2.各種実験条件で生成されるマイクロバブル特性と金属イオン還元反応の関係
　2.1 溶存ガスが還元反応に与える影響
　2.2 添加有機物が還元反応に与える影響
　2.3 超音波強度が還元反応に与える影響
　2.4 超音波周波数が還元反応に与える影響
3.金属ナノ粒子のサイズ制御合成の例（還元速度と粒子サイズの関係）
4.超音波マイクロバブルから発生する物理的作用が粒子の凝集に与える影響
5.金属ナノ粒子の形状制御合成の例（超音波照射時間の影響）

第2項 ファインバブル/ウルトラファインバブルの有機合成・反応への応用
1.はじめに
　1.1 気相が関与する化学反応
2.有機合成用FB/UFB発生装置
3.FB/UFB手法によるアルコールの空気（酸素）酸化反応
　3.1 アルコールの空気（酸素）酸化反応
　3.2 Cu+ / TEMPO触媒系空気酸化反応
　3.3 Fe3+/ NO3? / TEMPO触媒系空気酸化反応
　3.4 Br? / NO2 / TEMPO触媒系空気酸化反応
4.FB/UFB手法による接触水素化反応
　4.1 接触水素化反応の工業的な利用
　4.2 アルケン・アルキンの接触水素化反応
　4.3 芳香族ニトロ化合物の接触水素化反応
5.FB/UFB手法による過酸化水素合成
　5.1 過酸化水素の工業的製法
　5.2 アントラキノン法による過酸化水素合成
　5.3 合成過酸化水素水の直接的利用
6.FB/UFB手法による光酸化反応
　6.1 一重項O2による光酸化反応
　6.2 一重項O2によるγ-terpineneの光酸化的芳香族化
　6.3 一重項O2によるアミンの光酸化的脱水素化ホモカップリング
　6.4 一重項O2によるスルフィドの増感剤フリー光酸化反応
7.FB/UFBの効果
　7.1 有機溶媒中における溶存酸素飽和率
　7.2 有機溶媒中におけるウルトラファインバブルの計測
　7.3 種々の溶媒と気体におけるウルトラファインバブルの計測

第3項 中空マイクロカプセルの製造
1.マイクロバブルを利用した中空マイクロカプセルの製法
2.バブルテンプレート法による中空ポリ乳酸マイクロカプセルの製造
3.Gas/O/W法による中空ポリ乳酸マイクロカプセルの製造

第4項 微細気泡の晶析技術への利活用
1.微細気泡が関与する異相界面に着目した反応場の応用例
2.液相の組成・物性の変化と気泡の微細化効果
　2.1 N2微細気泡を用いた塩化ナトリウムの粒径制御
　2.2 N2微細気泡を用いたグリシンの多形制御
3.供給ガス種の変化と気泡の微細化効果
　3.1 CO2/NH3微細気泡を用いた炭酸カルシウムの多形制御
4.マイクロ波の併用と気泡の微細化効果
　4.1 CO2微細気泡を同伴する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

第5項 マイクロバブル発生装置を利用した界面活性剤を必要としないエマルション技術
1.混合と溶解
2.界面活性剤を必要としないエマルション生成技術への応用
3.SFNEの水和構造からの安定メカニズムの解明

第2節 水処理・水質浄化
第1項 排水処理
1.下水再生利用の現状と課題
2.オゾンマイクロバブルによる下水再生処理
　2.1 マイクロバブルによる消毒・不活化の原理
　2.2 マイクロバブル生成方式
　2.3 下水再生処理フロー
3.下水再生処理システムの実証事例
　3.1 パイロットプラント概要
　3.2 長期実証結果例
　3.3 開発方式の経済性と保守性
　　3.3.1 コストに関する成立性
　　3.3.2 維持管理面に関する成立性
4.今後の適用展開

第2項 水質浄化・汚泥分解
1.ファインバブルを用いたバイオエタノールの製造工程における排水処理
　1.1 実験装置および方法
　1.2 結果および考察
2.ファインバブルを用いた余剰汚泥のオゾン分解
　2.1 実験装置および方法
　2.2 結果および考察

第3項 ファインバブルを利用した膜濾過技術
1.ファインバブルを利用した河川水の膜濾過処理
　1.1 ファインバブル発生器
　1.2 膜濾過装置
　1.3 膜ファウリング抑制効果（気液二相流旋回型）
2.河川水質と膜ファウリング抑制効果の関係（加圧溶解型）
3.ファインバブルによる膜ファウリングの抑制メカニズム

第4項 マイクロバブル存在下における光化学反応プロセス設計
1.マイクロバブル存在下における光照射法 ― 外部照射と内部照射―
2.マイクロバブルを用いた光化学反応で生成する活性酸素種の計測法
3.紫外光照射によるマイクロバブルからのオゾン生成とその環境浄化プロセスへの応用
4.マイクロバブルを用いた光化学反応における無機塩の効果
5.マイクロバブルと酸化チタン光触媒の関係
6.有機化合物の分解におけるマイクロバブルの効果
7.光触媒とマイクロバブルの併用における課題

第3節 洗浄
第1項 ベンチュリ管式マイクロバブル発生装置を用いたノンケミカル洗浄技術
1.ベンチュリ管と洗浄対象
2.ベンチュリ管内の流動挙動と発生気泡径
3.洗浄能力の定量評価
4.洗浄のメカニズム

第2項 洗浄における界面活性剤との混合と相乗効果
1.実験概要
　1.1 人工汚染布
　1.2 洗浄率の算定法
2.洗浄液
　2.1 ファインバブル混合液の洗浄効果

第3項 洗浄における機械的作用との相乗効果
1.実験概要
2.交番流式洗浄
3.交番流式洗浄におけるファインバブル混合液の洗浄効果
4.濡れ性との関係

第4節 超音波との組み合わせによる樹脂・金属の表面改質
1.何が問題か?
2.どのようにして解決するのか?
　2.1 マイクロバブルと超音波の組み合わせ効果1
　2.2 マイクロバブルと超音波の組み合わせ効果2
　2.3 マイクロバブルと超音波の組み合わせ効果3
　2.4 マイクロバブルと超音波の制御
　　2.4.1 超音波伝搬状態の測定・解析技術
　　2.4.2 超音波専用水槽の設計・製造技術
　　2.4.3 液循環技術
3.マイクロバブルと超音波伝搬状態の制御・最適化
4.具体例

第5節 殺菌・消毒
第1項 バイオフィルムへの適用と浸透殺菌効果
1.目的
2.試験
　2.1 酸素微細気泡水の生成および評価
　2.2 バイオフィルムの作成
　2.3 薬剤浸透性の評価
3.試験結果
4.考察

第2項 食品の殺菌・消毒応用
1.低加圧二酸化炭素マイクロバブル（MBCO2）殺菌処理装置の概要
　1.1 MBCO2殺菌装置を開発した経緯
　1.2 バッチ式MBCO2処理装置の殺菌効果
　1.3 2槽式MBCO2処理装置の殺菌効果
2.MBCO2の殺菌メカニズム解析における現状
3.現状における課題

第6節 食品分野
第1項 マイクロバブルが味・香りに及ぼす影響とその評価
1.2槽式MBCO2により殺菌・酵素失活処理した清酒の品質評価
　1.1 清酒の殺菌および酵素失活
　1.2 清酒の官能評価
　1.3 清酒の香気成分
2.2槽式MBCO2により殺菌処理した無ろ過ビールの品質評価
　2.1 ビール酵母の殺菌
　2.2 ビールの官能評価
　2.3 ビールの香気成分
　2.4 その他の成分

第2項 マイクロナノバブル入り食品の開発とその効用
1.食品製造に適したマイクロナノバブルと発生装置
　1.1 食品製造に適したマイクロナノバブルの性質
　1.2 食品製造に適した発生装置
2.食品製造工程での利用例
　2.1 マイクロナノバブル入り食品
　　2.1.1 マイクロナノバブル水を使った食品製造
　　2.1.2 食材へのマイクロナノバブル混入
　　2.1.3 マイクロナノバブル水の浸透性を使った製品開発
　2.2 オゾンマイクロナノバブルの利用
　2.3 その他食品製造工程への利用
3.今後の展開

第7節 農業分野
第1項 農業利用
1.マイクロバブルの農業利用の契機
　1.1 巨大ホテイアオイの出現
　1.2 農業利用の開始と発展
2.マイクロバブル野菜
　2.1 マイクロバブル野菜とは何か
　2.2 マイクロバブル野菜の特徴
3.マイクロバブルの植物活性
　3.1 植物活性に関する定義
　3.2 マイクロバブル水との反応性
　3.3 成長促進の要因
　3.4 味の向上
4.農業利用におけるマイクロバブル技術の役割

第2項 オゾンマイクロバブルによる植物の残留農薬除去および品質評価
1.オゾンマイクロバブルによる柿葉の残留農薬除去効果および品質評価
　1.1 オゾンマイクロバブル処理による柿葉の農薬除去効果
　　1.1.1 フェニトロチオン
　　1.1.2 ベノミル
　1.2 オゾンマイクロバブル処理による柿の葉の品質評価
　　1.2.1 色素
　　1.2.2 破断強度
2.水温の違いがオゾンマイクロバブルによる野菜の留農薬除去効果に及ぼす影響
　2.1 水温の違いが各O3処理における野菜のFT残留率に及ぼす影響
　2.2 オゾンマイクロバブル処理が野菜の品質へ及ぼす影響
　　2.2.1 破断強度
　　2.2.2 色素

第8節 水産分野
第1項 完全閉鎖型陸上養殖システムへの応用 -成長促進効果との関わり-
1.マイクロバブル技術の水産養殖への展開と課題
2.完全閉鎖型陸上養殖システムの構築
3.魚介類の成長促進に最適なマイクロバブル条件の決定-キタムラサキウニを例に-
　3.1 諸条件
　3.2 ウニの成長に最適なマイクロバブル条件、想定される成長促進メカニズム
4.事業展開における課題

第2項 養殖応用
1.閉鎖循環式養殖おけるマイクロバブルの必要性
2.泡沫分離装置
　2.1 原理と特徴
　2.2 泡沫分離装置と気泡（マイクロバブル）供給機
　2.3 泡沫分離装置の性能とマイクロバブル
　2.4 泡沫分離の機能・性能に及ぼす送気量
3.曝気装置

第9節 医療・美容分野
第1項 微小バブル製剤の活用展開と現場ニーズ
1.超音波造影と造影剤
　1.1 超音波造影剤に求められる特性
　1.2 第二世代造影剤
　1.3 第二世代造影剤による超音波診断法
　1.4 第二世代超音波造影剤 Sonazoid
2.超音波セラノスティクス
　2.1 キャビテーションと分子導入
　2.2 超音波セラノスティクスに向けたバブルリポソームの開発と応用
　2.3 固形腫瘍を標的とするバブルリポソームによるセラノスティクス
　2.4 RGD-バブルリポソームによる血栓に対するセラノスティクス
3.超音波セラノスティクスの今後

第2項 マイクロバブルバス―効果と製品設計・展開
1.微細気泡入浴システム
　1.1 バスシステムの微細気泡生成装置の概要
　1.2 温浴効果
　1.3 保湿効果
2.マイクロバブルシャワーの効果
　2.1 マイクロバブルシャワーの概要
　2.2 洗浄効果
3.製品設計の留意点と今後の展開

第3項 血流改善を目的としたマイクロバブル炭酸製剤
1.市販の炭酸スキンケア製剤
2.炭酸ガスの皮膚への供給を高めるためのアプローチ
　2.1 炭酸ガスの浸透促進
　2.2 炭酸ガスの保持
3.炭酸スキンケア製剤への応用

第10節 船舶・海水設備
第1項 船舶の抵抗低減
1.気泡による抵抗低減のメカニズム
2.船舶用のマイクロバブル発生装置
3.船舶抵抗低減への応用例

第2項 海生生物の付着抑制技術
1.海生生物の付着
　1.1 生物被膜
　1.2 付着動物
2.海水中のガス・マイクロバブル
　2.1 気泡径
　2.2 水質影響
3.ガス・マイクロバブルの付着抑制効果
　3.1 空気・窒素・二酸化炭素による比較
　3.2 プレート式熱交換器への適用例
　3.3 CO2マイクロバブルの防汚メカニズム
4.空気マイクロバブル適用の基礎検討
　4.1 マイクロバブルの防汚効果
　4.2 検討方法
　4.3 付着抑制効果
　4.4 応用のポイント

第11節 土木分野
第1項 液状化対策
1.マイクロバブル水注入による液状化対策技術
　1.1 地盤の不飽和化による液状化対策
　1.2 マイクロバブル水注入による飽和度低下効果
　1.3 マイクロバブル水注入液状化対策工法の設計
　1.4 マイクロバブル水注入液状化対策工法の施工方法
2.実地盤での試験施工例
　2.1 試験施工概要
　2.2 マイクロバブル水による空気注入
　2.3 マイクロバブル水注入による飽和度変化

第2項　土壌・地下水浄化・VOC除去
1.浄化の原理と特徴
2.使用するバブル特性とその条件
3.浄化工法の概要
4.適用性試験
　4.1 塩素化VOCを含む地下水
　4.2 燃料油由来のBTEXを含む地下水
5.実サイトでの施工事例
　5.1 ガソリンによる汚染サイト
　5.2 塩素化VOCによる汚染サイト

第12節 その他応用
第1項 染色加工
1.羊毛の防縮加工
2.綿布の漂白
　2.1 水温およびpHの違いによる溶存オゾン濃度の影響
　2.2 オゾン・マイクロバブルによる綿布の漂白
3.染色廃液の処理

第2項 ファインバブルによるディーゼル機関の環境負荷低減
1.使用するバブル特性とその条件
　1.1 エジェクタ式ファインバブル混入器
　1.2 ファインバブルの特性と生成条件
　1.3 粒度分布
　1.4 GC/MS分析
2.ディーゼル機関への適用
　2.1 実験装置
　2.2 インライン型ファインバブル混入装置
　2.3 実験方法
　2.4 燃費への影響
　2.5 ファインバブル燃料によるディーゼル機関の燃費低減メカニズム


第四章　マイクロバブル技術２０年と今後の課題
1.マイクロバブル技術の誕生とその発展
2.マイクロバブル技術の特徴
3.マイクロバブル技術の壁
4.「生成期後期」の課題
　4.1 マイクロバブル発生技術
　4.2 科学的課題
　4.3 技術的課題
5.次の「成長期」に備えて