JP2003507185A - イオン性液体をリサイクルする方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 使用済みイオン性液体組成物を処理する方法は、組成物を加熱してその部分分解生成物を生成させることを含む。この生成物を組成物汚染物から分離し、そして分離した生成物を反応体と反応させてイオン性液体を再生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】

本発明は使用済みイオン性液体（ｓｐｅｎｔ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｉｕｉｄｓ
）を処理する方法に関する。以後核燃料の再処理において使用されてきたイオン
性液体に関して言及するであろうが、本発明は原子力工業以外の分野での用途を
包含するイオン性液体技術のすべての分野における用途を有すると理解されるべ
きである。

【０００２】

【発明の背景】

分子状溶媒を含まないイオン性液体は、一連の米国特許（２４４４６３３１、
２４４６３３９、２４４６３５０）においてＨｕｒｌｅｙ及びＷｉｅｒにより最
初に開示された。一般的用語においては、イオン性液体は、室温以下又は室温よ
り僅か上で溶融する、塩、塩の混合物又は、１種又は複数の塩を生成する成分の
混合物である。（本明細書で使用した「塩」という用語は完全に陽イオン及び陰
イオン種からなる構成要素（ｅｎｔｉｔｙ）を意味する）。このような液体は「
イオン性液体」として知られているが、この用語はときには比較的高い温度で溶
融する塩について使用される。本明細書では、「イオン性液体」という用語は、
１００℃までの温度で溶融する塩を指す。

【０００３】 同時係属特許出願ＰＣＴ／ＧＢ９９／００２４６は、使用済み核燃料又は使用
済み核燃料の構成部分をイオン性液体中に溶解して、核分裂性物質を照射済み燃
料の他の成分から実質的に分離することを含んでなる使用済み核燃料を再処理す
る方法を開示している。溶解したウラン又はプルトニウムを回収するための溶媒
抽出又は電気化学的処理のいずれかによる、得られるイオン性液体のその後の処
理も開示されている。

【０００４】 使用済みイオン性液体は、核分裂性物質の外に、ウランと共に溶解した核分裂
生成物も含有する。安定した廃棄物形態への転換に適当な形態において、混合物
からのウランの分離の後、これらの汚染物を除去するための費用節減効果のある
経路の開発に相当な努力が集中されてきた。

【０００５】 汚染物の除去は多数の異なる経路のいずれか１つ又は組み合わせにより達成さ
れうる。プルトニウムの如き選ばれた核分裂生成物は適当な電位の印加により電
気化学的に抽出することができる。この方法の欠点は、特に工業的規模で行われ
る場合に、電解が費用のかかる方法であるということである。

【０００６】 核分裂生成物は、代わりに又は追加的に、有機溶媒の添加によりイオン性液体
から抽出されうる。有機種の添加は、核分裂生成物化合物の沈殿を生じる。沈殿
は、イオン性液体からろ過されそしてか焼されて（ｃａｌｃｉｎｅｄ）熔化（ｖ
ｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ）工程の前に酸化物に転化されうる。次いで清浄化さ
れたイオン性液体を電気精錬装置（ｅｌｅｃｔｒｏｒｅｆｉｎｅｒ）にリサイク
ルすることができる。

【０００７】 燃焼は汚染物を除去するための他の選択であり、この場合使用済みイオン性液
体は２００℃以上の温度に加熱される。この方法の欠点は経済的な点で判断する
ことができる。即ち、イミダゾリウム塩の燃焼は二酸化炭素、水及び窒素酸化物
（ＮＯ_x）の混合物を生成させる。これはイオン性液体をリサイクルさせること
ができずそして実際には分解されることを意味する。

【０００８】 工業における最も重要なコストの１つは必要とする原料のコストであるので、
リサイクリングによりこれらのコストを最小にするのを助ける方法は、明らかに
より実行可能性の高い選択である。

【０００９】

【発明の記述】

本発明に従えば、イオン性液体と汚染物を含んでなる使用済みイオン性液体組
成物を処理する方法であって、該イオン性液体を加熱してその部分分解生成物を
生成させ、該生成物を該汚染物から分離し、そして分離した生成物を反応体と反
応させて該イオン性液体を再生することを含んでなる方法が提供される。

【００１０】 １−メチル−３−エチルイミダゾリウムクロリドを減圧下に加熱すると、イオ
ン性液体は部分的に分解して１−メチルイミジゾール、１−エチルイミジゾール
、クロロメタン及びクロロエタンを与える。最初の実験では、熱分解生成物を２
日間室温で放置しそして再作用させて１，３−ジメチルイミダゾリウムクロリド
、１，３−ジエチルイミダゾリウムクロリド及び１−メチル−３−エチルイミダ
ゾリウムクロリドの混合物を生成させた。これらの結果は驚くべきことである。
何故ならば、熱分解は以前はイオン性液体のリサイクリングの可能性を破壊する
と考えられていたからである。しかしながら、これらの実験に照らしてみると、
イオン性液体の清浄化のための熱分解は今や経済的に実行可能な代替方法である
。

【００１１】 好ましくは、分解生成物は、少なくとも１種の他の分解生成物と共に汚染物か
ら分離される。分離は加熱プロセス中の蒸発により行われる。本発明の１つの態
様では、部分分解生成物は少なくとも１種の他の分解生成物から蒸留により分離
される。

【００１２】 好ましくは、イオン性液体は、２ｍｍＨｇの又は２ｍｍＨｇより低い減圧下に
２００℃〜３００℃又は更に好ましくは２２０℃〜２５０℃の範囲の温度で加熱
される。

【００１３】

【発明の詳細な記述】

使用済みイオン性液体、例えば、１−メチル−３−エチルイミダゾリウムクロ
リドは、核分裂生成物、場合により有機放射線分解生成物で汚染されており、そ
して安定した廃棄物形態に転化するための適当な形態において核分裂生成物を回
収するために処理を必要とするであろう。

【００１４】 本発明に従う方法では、イオン性液体を減圧下に２００℃〜３００℃の範囲内
の温度に加熱する。好ましい態様では、１−メチル−３−エチルイミダゾリウム
を２２０℃〜２５０℃の温度で２ｍｍＨｇ以下の圧力で２〜３時間加熱する。こ
れらの条件は、イオン性液体の部分分解のみを許容し、従ってできるかぎり多く
のイオン性液体の有用な成分化合物の回収を可能とする。部分分解のための条件
は異なる置換基を有するイミダゾリウム塩及びそれらの異なる混合物については
変わるであろうということは理解されるべきである。

【００１５】 イオン性液体の熱分解は、揮発性熱分解生成物を発生させる。１−メチル−３
−エチルイミダゾリウムクロリドの場合には、これらは１−メチルイミジゾール
、１−エチルイミジゾール、クロロメタン及びクロロエタンである。次いでクロ
ロエタンは塩化水素とエテンに分解する。

【００１６】 揮発性生成物はコールドトラップに捕集することができ、そして混合物のその
後の蒸留は成分の分離を可能とする。最も揮発性の成分は塩化水素及びエテンで
ある。塩化水素は水酸化物スクラバーを使用して系からスクラビングすることが
でき、そしてエテンは副生物としてびん詰にするか又は燃焼させることができる
。

【００１７】 １−メチルイミジゾール及び１−エチルイミジゾールは蒸留により分離するこ
とができ、特定のイオン性液体１−メチル−３−エチルイミダゾリウムクロリド
の再生を可能とする。１−メチル−３−エチルイミダゾリウムクロリド、１，３
−ジメチルイミダゾリウムクロリド及び１，３−ジエチルイミダゾリウムクロリ
ドの混合物に関して操作する方法では分離は必要としないことは理解されるべき
である。

【００１８】 特定のイオン性液体１−メチル−３−エチルイミダゾリウムクロリドが必要と
されるならば、分離した１−メチルイミジゾールをクロロエタンと反応させて、
元のイオン性液体１−メチル−３−エチルイミダゾリウムクロリドを再生させる
。いくらかのクロロエタンがその分解により失われるので、新しいクロロエタン
を加えてイオン性液体を完全に再生する。１−エチルイミジゾールをクロロメタ
ンと反応させて、イオン性液体１−メチル−３−エチルイミダゾリウムクロリド
を再生させる。

【００１９】 本発明の好ましい態様では、核分裂生成物残留物をか焼してそれを安定な廃棄
物形態に転化する。別の態様では、核分裂生成物残留物をホウ酸と反応させて、
それを廃棄のための適当な形態に転化する。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１３年１１月９日（２００１．１１．９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ２１Ｆ 9/08 ５１１ Ｇ２１Ｆ 9/08 ５１１Ａ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ， ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ， ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 シード，アール・シー イギリス・カムブリア シーエイ20 １ピ ージー・シースケール・セラフイールドワ ークス・リサーチアンドテクノロジー・ブ リテイツシユ・ニユークリア・ヒユーエル ズ・ピー・エル・シー (72)発明者 セドン，ケネス・リチヤード イギリス・ベルフアスト ビー79 ５エイ ジー・スタンミリスロード・デイビツドケ アビルデイング・クイーンズユニバーシテ イ・ケスターセンター (72)発明者 ピトナー，ダブリユー・アール イギリス・ベルフアスト ビー79 ５エイ ジー・スタンミリスロード・デイビツドケ アビルデイング・クイーンズユニバーシテ イ・ケスターセンター (72)発明者 ルーニー，デイ・ダブリユー イギリス・ベルフアスト ビー79 ５エイ ジー・スタンミリスロード・デイビツドケ アビルデイング・クイーンズユニバーシテ イ・ケスターセンター (72)発明者 ハツター，ジヤステイン・イー イギリス・チエシヤー ダブリユーエイ３ ６エイエス・ウオーリントン・リスリ ー・ブリテイツシユ・ニユークリア・ヒユ ーエルズ・ピー・エル・シー (72)発明者 ウエルトン，テイ イギリス・ロンドン・プリンスコンソート ロード・インペリアルカレツジ・デパート メントオブケミストリー Ｆターム(参考） 4D076 AA15 AA16 AA22 AA24 BA00 BB00 BE00 EA12Z EA14Z FA02 FA04 FA12 HA13

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン性液体と汚染物を含んでなる使用済みイオン性液体組
   成物を処理する方法であって、該イオン性液体を加熱してその部分分解生成物を
   生成させ、該生成物を該汚染物から分離し、そして分離した生成物を反応体と反
   応させて該イオン性液体を再生することを含んでなる方法。
2. 【請求項２】 該部分分解生成物を少なくとも１種の他の分解生成物と共に
   該汚染物から分離する請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 該部分分解生成物を少なくとも１種の他の分解生成物から蒸
   留により分離する請求項２又は３に記載の方法。
4. 【請求項４】 該部分分解生成物を少なくとも１種の他の分解生成物と反応
   させて該イオン性液体を再生する請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 【請求項５】 該分離を加熱プロセス中に蒸発により行う請求項１〜４のい
   ずれかに記載の方法。
6. 【請求項６】 イオン性液体が１−メチル−３−エチルイミダゾリウムクロ
   リドである請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 【請求項７】 部分分解生成物が１−メチルイミジゾール、１−エチルイミ
   ジゾール、クロロメタン及びクロロエタンの混合物である請求項６に記載の方法
   。
8. 【請求項８】 １−メチルイミジゾールをクロロエタンと反応させて１−メ
   チル−３−エチルイミダゾリウムクロリドを再生する請求項７に記載の方法。
9. 【請求項９】 部分分解生成物が１−エチルイミジゾールである請求項５に
   記載の方法。
10. 【請求項１０】 １−エチルイミジゾールをクロロメタンと反応させて１−
    メチル−３−エチルイミダゾリウムクロリドを再生する請求項９に記載の方法。
11. 【請求項１１】 イオン性液体を減圧下に加熱する請求項１〜１０のいずれ
    かに記載の方法。
12. 【請求項１２】 圧力が２ｍｍＨｇであるか又は２ｍｍＨｇより低い請求項
    １１に記載の方法。
13. 【請求項１３】 イオン性液体を２００〜３００℃の温度に加熱する請求項
    １〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 【請求項１４】 イオン性液体を２２０〜２５０℃の温度に加熱する請求項
    １３に記載の方法。
15. 【請求項１５】 イオン性液体の蒸発により生成する揮発性生成物をコール
    ドトラップに捕集する請求項３〜１４のいずれかに記載の方法。
16. 【請求項１６】 該イオン性液体を加熱することにより塩化水素を生成させ
    、そして水酸化物スクラバーを使用して系からスクラビングする請求項１〜１５
    のいずれかに記載の方法。
17. 【請求項１７】 該イオン性液体を加熱することによりエテンを生成させる
    請求項１〜１６のいずれかに記載の方法。
18. 【請求項１８】 該エテンを副生物としてびん詰にするか又は燃焼させる請
    求項１７に記載の方法。
19. 【請求項１９】 請求項１〜１８のいずれかに記載の方法を含む、核燃料の
    再処理及び核分裂生成物で汚染された塩廃棄物の処理方法。
20. 【請求項２０】 核分裂生成物汚染物残留物を分離しそして廃棄前にか焼す
    る請求項１９に記載の方法。
21. 【請求項２１】 核分裂生成物汚染物残留物を廃棄の前にホウ酸と反応させ
    る請求項１９に記載の方法。
22. 【請求項２２】 分解生成物をイオン性液体の再生において使用する、使用
    済みイオン性液体の処理における熱分解の使用。
23. 【請求項２３】 イオン性液体を使用済み核燃料の再処理において使用する
    請求項２３に記載の使用。