[0001] 本发明涉及以大肠杆菌为代表的微生物的杀菌方法，特别是涉及适合于饮用水、洗涤水、居住空间、车厢、食品用保存设施、水利用设施、室内用品、随身物品的杀菌方法。此外，本发明涉及用于微生物的杀菌的柱和过滤器。本发明还涉及防止微生物的吸入和放出的面罩(mask)。

[0002] 例如，作为感染性、病原性微生物的杀菌方法，通常鼓励加热杀菌方法，但是因为在难以加热处理的情况下、或由于热而产生品质降低等理由，因此加热温度通常受到限制，杀菌效果也自然而然受到限制。代替加热杀菌或与加热杀菌合并地使用次氯酸钠，而且配合次氯酸的除菌水也已市售。

[0003] 此外，作为现有例，在专利文献1中公开了，在微生物(大肠杆菌)的杀菌方法中，以在异硫氰酸烯丙酯的存在下加热温度为60℃以下的方式进行处理的构成。专利文献2中公开了，在水利用设施的微生物的杀菌方法中，使银离子与铜离子、银离子与残留氯、铜离子与残留氯、或银离子与铜离子与残留氯共存的构成。

[0004] 专利文献1：日本特开平11-322521号公报

[0005] 专利文献2：日本特开2007-268402号公报

[0025] 以下，详细地说明本发明。

[0026] 本发明的气体或液体的杀菌方法的特征在于，使含有导入了磺基的无定形碳的材料与气体中或液体中的微生物接触。

[0027] 该含有导入了磺基的无定形碳的材料显示下述性质：显示强的酸性，即使加入到极性溶剂(水、醇、醛、羧酸、酮等)中，也不溶出酸，不会如化学试剂杀菌那样对水质带来影响，即使在空气等气体中也不溶出。

[0028] 作为含有导入了磺基的无定形碳的材料，可以使用例如，以下的碳系固体酸A～C。

[0029] 碳系固体酸A为通过将已被不完全碳化的有机化合物与三氧化硫或含有三氧化硫的磺化剂进行加热处理来缩合和磺化从而获得的固体酸。关于该碳系固体酸A，以前在日本已被申请(日本特愿2009-134096号)。

[0030] 这里，作为有机化合物，可以为废木材、锯屑，优选使用选自苯、蒽、苝、晕苯、或它们的含硫化合物(スルホ化合物)中的至少1种的多环芳香族烃类。此外，还可以使用包含芳香族烃类的重油、硬沥青(pitch)、焦油、地沥青(asphalt)等。以上的有机化合物可以单独使用也可以为两种以上的多种的混合物。已被不完全(中途)碳化的有机化合物是指由包含10～20个芳香族6元环的多环芳香族烃构成的无定形碳，作为一例，为排列了10～20个苯环的状态。例如，通过将有机化合物在200～600℃、优选在300～500℃加热0.5～20小时、优选1～10小时来获得已被不完全碳化的有机化合物。将已被不完全碳化的有机化合物磺化是因为，在这样的有机化合物中碳与氢的键大量残留，在磺化时，磺基结合于该碳与氢的键的部分，因此获得磺基密度更高的固体酸。因此，期望在已被不完全碳化的有机化合物中大量包含碳与氢的键，换句话说，大量包含氢。已被不完全碳化的有机化合物中的氢量在以氢与碳的元素比(H/C，原子比)表示的情况下优选为0.3～1.5，更优选为0.5～1.1。

[0031] 三氧化硫的化学式为SO3，也被称为硫酸酐。在使已被不完全碳化的有机化合物与三氧化硫接触的情况下，在氮气、氩气等非活性气体气流下，或在干燥空气气流下进行对于制造磺基密度高的固体酸来说是重要的。

[0032] 作为含有三氧化硫的磺化剂，可例示发烟硫酸。

[0033] 碳系固体酸B为通过将选自由2～7个芳香环缩合而成的多环芳香族烃中的至少1种在浓硫酸或发烟硫酸中进行加热处理来缩合和磺化从而获得的固体酸。关于该碳系固体酸B，以前在日本已被申请，已成为专利(日本特许40414909号)。关于该碳系固体酸B的性质、制造法等，在该专利公报40414909号中已被记载。

[0034] 这里，作为多环芳香族烃，有萘、蒽、苝和晕苯等，只要至少2个以上的芳香环缩合就能够作为碳系固体酸B的合成原料来使用。已知芳香族烃类在浓硫酸或发烟硫酸中进行缩聚，形成进行了缩合的复杂的多环芳香族烃的无定形材料，随着芳香环数目的增加，其性质变得与石墨接近等。此外，本发明的碳系固体酸包含通过将多环芳香族烃、特别是选自由2～7个芳香环缩合而成的多环芳香族烃中的至少1种在浓硫酸或发烟硫酸中进行加热处理来将多环芳香族烃缩合、磺化而得的稳定的化学结构。

[0035] 通过将多环芳香族烃在浓硫酸或发烟硫酸中进行加热处理来磺化、缩聚，从而获得大量芳香环缩聚而成的磺化多环芳香族烃。但是，在浓硫酸或发烟硫酸中的处理温度低于100℃的情况下，多环芳香族烃的缩聚未充分进行，不能形成包含大量芳香环的多环芳香族烃，因此得不到在极性溶剂中为不溶性的固体酸。另一方面，在处理温度超过450℃时，发生磺基的热分解，因此得不到充分的磺基存在的不溶性的无定形状烃。更优选的处理温度为200℃～350℃。本发明的固体酸催化剂不仅可以将单一的多环芳香族烃作为原料，而且可以将多个多环芳香族烃作为原料来合成。此外，还可以将包含多种多环芳香族烃和饱和烃、不饱和烃的硬沥青、焦油等作为原料来合成。

[0036] 碳系固体酸C为通过将有机化合物在浓硫酸或发烟硫酸中进行加热处理来导入磺基而得的固体酸。关于该碳系固体酸C，在以前已进行国际申请(WO2005/029508)。关于该碳系固体酸C的性质、制造法等，在国际公开公报WO2005/029508中已被记载。

[0037] 这里，作为有机化合物，可以使用芳香族烃类，但也可以使用除此以外的有机化合物，例如，葡萄糖、砂糖(蔗糖)、纤维素那样的糖类、聚乙烯、聚丙烯酰胺那样的合成高分子化合物。芳香族烃类可以为多环芳香族烃类，也可以为单环芳香族烃类，可以使用例如，苯、萘、蒽、苝、晕苯等，优选地，可以使用萘等。有机化合物可以仅使用一种，也可以将两种以上组合使用。此外，不一定需要使用经纯化的有机化合物，可以使用例如，包含芳香族烃类的重油、硬沥青、焦油、地沥青等。

[0038] 在将葡萄糖、纤维素等糖类、合成高分子化合物作为原料时，优选在浓硫酸或发烟硫酸中进行加热处理之前，将这些原料在非活性气体气流中进行加热，使其部分碳化。此时的加热温度通常为200～600℃，处理时间通常为0.5～20小时。部分碳化的状态优选为在加热处理物的粉末X射线衍射图案中检测到半峰宽(2θ)为30°的(002)面的衍射峰那样的状态。

[0039] 在将芳香族烃类、或包含芳香族烃类的重油、硬沥青、焦油、地沥青等作为原料的情况下，优选在浓硫酸或发烟硫酸中加热处理之后，将产物进行真空加热。由此，将过剩的硫酸除去，并且促进产物的碳化、固化，使产物的收率增加。真空排气优选使用排气速度10L/分钟以上、极限压力100托以下的排气装置。优选的加热温度为140～300℃，更优选的温度为200～280℃。该温度时的真空排气的时间通常为2～20小时。

[0040] 该碳系固体酸C具备以下(1)～(3)的特性。

[0041] (1)在13C核磁共振光谱中检测到缩合芳香族碳6元环和结合有磺基的缩合芳香族碳6元环的化学位移；

[0042] (2)在粉末X射线衍射中至少检测到半峰宽(2θ)为5～30°的碳(002)面的衍射峰，另外，检测到的衍射峰可以有除了(002)面以外的衍射峰，优选仅检测到(002)面的衍射峰。

[0043] (3)显示质子传导性。在该情况下，对质子传导率没有特别的限制，优选为0.01～-1 -10.2Scm ，更优选为0.08～0.11Scm (上述质子传导率为在温度80℃、湿度100％的条件下，通过交流阻抗法测定而得的值)。

[0044] 使含有导入了磺基的无定形碳的材料与气体中或液体中的微生物接触的方法没有特别的限定，可以例示以下方法：例如，将作为杀菌对象的气体或液体通过填充有含有导入了磺基的无定形碳的材料的柱的方法、将作为杀菌对象的气体或液体通过担载有含有导入了磺基的无定形碳的材料的过滤器的方法、和将作为杀菌对象的气体或液体与含有导入了磺基的无定形碳的材料进行混合并搅拌的方法等。

[0045] 作为这里使用的柱，可以使用例如下述柱等，所述柱具备：加入作为杀菌对象的气体、液体的流入口，取出杀菌处理后的气体、液体的流出口，填充含有导入了磺基的无定形碳的材料的部分。作为该杀菌用的柱，可以使用用于色谱等的柱。

[0046] 作为过滤器，可以使用例如，具有能够通过气体、液体的微细的孔或空隙，并能够担载含有导入了磺基的无定形碳的材料的过滤器等。具体而言，可以使用担载有含有导入了磺基的无定形碳的材料的织布、无纺布等。织布、无纺布等只要是对酸具有耐性即可任意使用。

[0047] 作为本发明的杀菌方法的用法，可以例示以下那样的用法。将未杀菌水通过上述柱来杀菌，制成饮用水或洗涤水。在居住空间、车厢、食品用保存设施等的换气扇、换气口处设置上述过滤器，防止微生物向室内侵入。将具备上述过滤器的空气净化机设置于居住空间、车厢、食品用保存设施等处来除去室内的微生物。在水池等水利用设施中的水的循环部分设置上述过滤器或上述柱来进行水的杀菌。

[0048] 本发明的杀菌方法还可以在面罩等中利用。即，如果在作为透气性的原材料(例如，织布、无纺布等)且对酸具有耐性的原材料上担载含有导入了磺基的无定形碳的材料，采用该原材料制作面罩，则制成可以防止微生物的吸入、放出的面罩。

[0049] 在本发明中，微生物是指一般被称为微生物的物质，例如，细菌、古细菌、原生生物、真菌类等，而且还包括裸藻那样的具有鞭毛的单细胞真核藻类，此外，还包括病毒。

[0050] 含有导入了磺基的无定形碳的材料的杀菌效果的作用机制目前尚未详细阐明，但该材料具有成为与硫酸相当的强酸部位的磺基，因此认为通过使微生物与该磺基接触，从而发挥杀菌效果。此外认为，该材料由于为碳质因而具有对微生物的吸附性，通过该吸附性来聚集气体或液体中的微生物，有效率地使微生物接触磺基。如上所述，固体酸由于没有如液体酸那样的流动性，因此认为不具有杀菌效果，但认为该含有导入了磺基的无定形碳的材料通过对微生物的吸附性来解决其流动性的问题。

[0051] 此外，在后述的实施例中，仅显示对液体中的微生物的杀菌效果。然而，如果含有导入了磺基的无定形碳的材料的杀菌效果的作用机制如上所述，则认为对气体中的微生物也具有与液体中的微生物同样的杀菌效果。

[0052] 实施例

[0053] 接下来，通过实施例来阐明本发明的杀菌效果。

[0054] (实施例1)

[0055] 在该实施例中，研究了由下述方法制作的碳系固体酸A～C对大肠杆菌的杀菌效果。

[0056] (1)碳系固体酸A的制作

[0057] 作为有机化合物，使用作为市售品的微晶纤维素。将该纤维素20g加入到三口烧瓶中，在氮气气流下，在450℃加热5小时，获得9g的已不完全碳化的物质(以下，将其称为“不完全碳化物”)。通过重复该操作来确保规定重量的不完全碳化物。将这样获得的不完全碳化物20.2g加入到1L容量茄型烧瓶中，安装于旋转蒸发器ROTAVAPOR RE120(ビユツヒ·ラボテクニツク社(BUCHI Labortechnik AG)(瑞士)制)上，将茄型烧瓶加热至60℃并旋转，同时通过真空泵将蒸发器内脱气(0.5kPa)，进行密闭。另一方面，量取三氧化硫(日曹金属化学(株)的制品名“日曹サルフアン”)6.1g至气化用三口烧瓶中。使该三氧化硫从位于旋转蒸发器的冷凝器上部的注入旋塞缓慢地导入到蒸发器内。在导入了三氧化硫之后，一边使茄型烧瓶旋转一边在60℃进行反应2小时。反应后，断开三氧化硫气体导入管线，将蒸发器内的三氧化硫气体用氮气置换。将茄型烧瓶从蒸发器取下，在该茄型烧瓶内添加约500mL的蒸馏水并搅拌10分钟。温度保持为30℃以下。然后，使用亲水性PTFE性过滤器(ミリポア制，オムニポア，孔径10μm)，抽滤出固体成分。作为水洗涤，将固体成分再悬浮于约500mL的蒸馏水中，搅拌10分钟，然后再次过滤。重复该操作直至滤液的pH变得几乎恒定为止，然后在80℃将固体成分干燥1天。然后，作为热水洗涤，将固体成分用约100℃的蒸馏水500mL进行洗涤。重复该操作直至滤液的pH变得几乎恒定为止。热水洗涤后，在80℃将固体成分干燥1天，获得固体酸20.9g。以上的碳系固体酸A的硫含量为
0.94重量％。

[0058] (2)碳系固体酸B的制作

[0059] 碳系固体酸B按照日本特许第4041409号公报的实施例1的记载来制作。具体如下所述。作为多环芳香族烃，使用作为市售品的晕苯(C24H12)。将该晕苯1g加入到100mL的浓硫酸(96％)中并在200℃加热8小时，然后通过在250℃的减压蒸馏来除去过剩的浓硫酸，获得黑色的固体粉末。将该固体粉末用300mL的乙醇进行洗涤，重复该操作直至洗涤后的乙醇中的硫酸为元素分析的检测限度以下为止。所得的碳系固体酸B为黑色粉末，在X射线衍射图案中还不能确认是怎样的结构，而可知为无定形。此外，以上的碳系固体酸B的硫含量为4重量％。

[0060] (3)碳系固体酸C的制作

[0061] 碳系固体酸C按照国际公开：WO2005/029508的说明书的实施例4的记载来制作。具体如下所述。作为有机化合物，使用作为市售品的萘。将该萘20g加入到300mL的96％浓硫酸中，一边向该混合物以30ml/分钟吹入氮气一边在250℃加热15小时，从而获得黑色-2
的液体。一边将该液体采用排气速度50L/分钟、极限压力1×10 托以下的高真空旋转泵进行真空排气，一边在250℃加热5小时，从而进行过剩的浓硫酸的除去和碳化的促进，获得黑色粉末。将该黑色粉末在非活性气流中，在180℃加热12小时，然后采用300mL的蒸馏水进行洗涤，重复该操作直至洗涤后的蒸馏水中的硫酸达到上述的通过使用了闪光燃烧的元素分析计进行的元素分析的检测限度以下为止，从而获得导入了磺基的无定形碳，即碳
13 13
系固体酸。该碳系固体酸，在 C核磁共振光谱中，如果根据 CMAS核磁共振光谱的测定法进行测定，则在130ppm附近出现由缩合芳香族碳6元环引起的化学位移，在140ppm附近出
13
现由结合有磺基的缩合芳香族碳6元环引起的化学位移。该位移为采用 C MAS核磁共振光谱的测定特征性观测到的旋转边带，而不是来源于碳种。此外，在通过X射线分析装置进行的测定中，作为粉末X射线衍射图案，确认了碳(002)面和(004)面的衍射峰。(002)面的衍射峰的半峰宽(2θ)为11°。此外，以上的碳系固体酸C的硫含量为9重量％。

[0062] (4)碳系固体酸A～C对大肠杆菌的杀菌效果

[0063] (a)大肠杆菌使用从独立行政法人制品评价技术基盘机构获得的大肠杆菌(Escherichia coli)NBRC3972。而且，关于试验菌液，将上述大肠杆菌利用营养琼脂平板培养基(日水制药(株)制)在30℃培养1天，将所得的菌体悬浮于灭菌水中，菌数调整为约7
2×10cfu/ml(cfu为菌落形成单位)。

[0064] (b)作为菌数测定用培养基，向SCDLP培养基“ダイゴ”(日本制药(株)制)中添加1.5％的琼脂来制作多个琼脂平板培养基而使用。

[0065] (c)计测操作如下所述。称取0.1g的粉末状的碳系固体酸A至带有硅橡胶塞(シリコセン)的瓶中，在121℃蒸汽灭菌15分钟。在该灭菌处理后，向瓶内添加上述试验菌液2ml，在30℃进行旋转振荡(140rpm)。10分钟后，取样200μl的瓶内的处理液(碳系固体
4
酸A+试验菌液)，立即用灭菌水进行逐级稀释(10～10 倍稀释)。然后，将各稀释菌液的
50μl分别涂抹在上述SCDLP琼脂平板培养基上。涂抹后，在30℃静置培养1～2天，然后利用菌落计数法来测定活菌数。此外，对于碳系固体酸B、C也进行同样地计测。

[0066] (d)此外，作为对照实验，还进行以下那样的实验。在蒸汽灭菌后的带有硅橡胶塞的瓶中加入上述试验菌液2ml，在30℃旋转振荡(140rpm)。10分钟后，取样200μl的瓶内4
的试验菌液，立即用灭菌水进行逐级稀释(10～10 倍稀释)。然后，将各稀释菌液的50μl分别涂抹在上述SCDLP琼脂平板培养基上。然后，在30℃静置培养1～2天后，利用菌落计数法来测定活菌数。

[0067] 表1显示其结果。此外，不进行10分钟的旋转振荡处理，而利用菌落计数法测定试验菌液的活菌数，将该菌数作为处理开始时的活菌数示于表1中。表1中的活菌数为每1ml处理液的值，显示进行各处理实验两次而得的活菌数的平均值。

[0068] 表1

[0069]

[0070] (实施例2)

[0071] 在该实施例中，使用作为裸藻门、原生动物门中的裸藻属的裸藻(euglena)，在以下条件下研究各碳系固体酸A～C的杀菌效果(细胞膜破坏效果)。

[0072] (1)碳系固体酸A～C的制作

[0073] 碳系固体酸A～C与实施例1同样地制作。

[0074] (2)碳系固体酸A～C对裸藻的细胞膜破坏效果

[0075] (a)试验菌使用从(株)ユ一グレナ获得的裸藻(粉末)。该细胞膜破坏效果的确认利用了存在于裸藻细胞内的葡萄糖随着裸藻的破坏而被检测到的现象。

[0076] (b)试验方法如下所述。称取3g的碳系固体酸A、1.5g的上述裸藻、2.5ml的水至烧杯中，在30℃搅拌(400rpm)1小时。然后，通过测定该水溶液中的葡萄糖来判断杀菌效果。作为比较例，代替碳系固体酸而使用强酸性离子交换树脂(Aldrich社制，Amberlyst-15)来同样地实施。此外，对碳系固体酸B、C也同样地进行试验。

[0077] 由以上的试验可知，使用碳系固体酸A的情况下，葡萄糖为53mg，使用碳系固体酸B的情况下，葡萄糖为20mg，使用碳系固体酸C的情况下，葡萄糖为25mg。与此相对，使用强酸性离子交换树脂的情况下，未检测到葡萄糖。

[0078] (实施例3)

[0079] 在该实施例中，研究由下述方法制作的碳系固体酸D对各种微生物的杀菌效果。

[0080] (1)碳系固体酸D的制作

[0081] 在500mL容量三口烧瓶中加入上述不完全碳化物4g、96％浓硫酸100mL和30％发烟硫酸100mL，在氮气气流下，在80℃加热10小时。10小时后，恢复至室温并添加蒸馏水200mL，使用玻璃纤维滤纸，抽滤出固体成分。将固体成分回收并再悬浮于约100℃的蒸馏水
400mL中，加热搅拌30分钟，然后抽滤出固体成分。重复该操作直至滤液的pH变得几乎恒定为止，然后在80℃将固体成分干燥1天。干燥后，与上述同样地将固体成分用约100℃的蒸馏水400mL进行热水洗涤，重复该操作直至滤液的pH变得几乎恒定为止。热水洗涤后，在80℃将固体成分干燥1天，获得固体酸。固体酸D的硫含量为5.1重量％。

[0082] (2)碳系固体酸D对各种微生物的杀菌效果

[0083] (a)作为试验菌，使用从独立行政法人制品评价技术基盘机构获得的恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)NBRC14164、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus subsp.aureus)NBRC12732、萎缩芽孢杆菌(Bacillus atrophaeus)NBRC13721。关于试验菌液，利用在各个SCDLP培养基“ダイゴ”(日本制药(株)制)中添加有1.5％的琼脂的琼脂平板培养基，将各种微生物在30℃(葡萄球菌属微生物的情况下为37℃)培养1天，将所得的菌5 7
体悬浮于灭菌水中，菌数调整为10 ～10cfu/ml(cfu为菌落形成单位)。

[0084] (b)作为菌数测定用培养基，同样地调制多个SCDLP琼脂平板培养基来使用。

[0085] (c)计测操作如下所述。称取0.1g的粉末状的碳系固体酸A至带有硅橡胶塞的瓶中，在121℃蒸汽灭菌15分钟。在该灭菌处理后，向瓶内分别添加上述的各种试验菌液2ml，在30℃进行旋转振荡(140rpm)。10分钟后，取样100μl的瓶内的处理液，立即用灭菌
4
水进行逐级稀释(10～10 倍稀释)。然后，将各稀释菌液的50μl分别涂抹在上述SCDLP琼脂平板培养基上。涂抹后，在30℃(葡萄球菌属微生物的情况下为37℃)静置培养1～
2天，利用菌落计数法来测定活菌数。

[0086] (d)此外，作为对照实验，在蒸汽灭菌后的带有硅橡胶塞的瓶中分别加入上述的各种试验菌液2ml并在30℃旋转振荡(140rpm)，10分钟后，取样100μl的瓶内的试验菌液，与上述同样地利用菌落计数法来测定活菌数。

[0087] 表2显示其结果。此外，不进行10分钟的旋转振荡处理，而利用菌落计数法测定各种试验菌液的活菌数，将该菌数作为处理开始时的活菌数示于表2中。表2中的活菌数为每1ml处理液的值，显示进行各处理实验两次而得的活菌数的平均值。

[0088] 表2

[0089]

[0090] (实施例4)

[0091] 在该实施例中，使用大肠杆菌在以下条件下研究碳系固体酸D的杀菌效果。

[0092] (1)碳系固体酸D的制作

[0093] 碳系固体酸D与实施例3同样地制作。

[0094] (2)碳系固体酸D对大肠杆菌的杀菌效果

[0095] (a)大肠杆菌使用与实施例1同样的大肠杆菌。

[0096] (b)作为菌数测定用培养基，使用胰蛋白胨大豆琼脂培养基〔日水制药(株)制〕。

[0097] (c)计测操作如下所述。称取0.5g的粉末状的碳系固体酸D至蒸汽灭菌后的带有硅橡胶塞的瓶中。向该瓶内添加上述的大肠杆菌液10ml，在25℃进行旋转振荡(140rpm)。3
3小时后，取样100μl的瓶内的处理液，立即用灭菌水进行逐级稀释(10～10 倍稀释)。
然后，将各稀释菌液的50μl分别涂抹在上述胰蛋白胨大豆琼脂平板培养基上。涂抹后，在
30℃静置培养1天，利用菌落计数法来测定活菌数。

[0098] (d)此外，作为对照实验，在蒸汽灭菌后的带有硅橡胶塞的瓶中加入上述的大肠杆菌液10ml并在25℃旋转振荡(140rpm)，3小时后，取样100μl的瓶内的大肠杆菌液，与上