JP2007105059A - Method of decomposing dioxins - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ダイオキシン類の分解方法に関し、詳細には、温和な条件で高分解率でダイオキシン類を分解することが可能なダイオキシン類の分解方法に関する。 The present invention relates to a method for decomposing dioxins, and more particularly to a method for decomposing dioxins capable of decomposing dioxins at a high decomposition rate under mild conditions.
ダイオキシン(ポリクロロジベンゾジオキシン:PCDD)、ポリクロロジベンゾフラン(PCDF)及びコプラナーPCB(本発明ではこれらの3者を総称して「ダイオキシン類」と称する。)は、塩素含有有機化合物を燃焼する過程あるいは塩素を含有する特定の有機化合物の合成過程などにおいて微量副生する。ダイオキシン類は、その毒性の強さのため環境(大気、土壌、水など)の汚染物質の一つとして近年特に問題視されている。 Dioxin (polychlorodibenzodioxin: PCDD), polychlorodibenzofuran (PCDF), and coplanar PCB (in the present invention, these three members are collectively referred to as “dioxins”) are the process of burning chlorine-containing organic compounds or It is produced as a by-product in the synthesis process of specific organic compounds containing chlorine. Dioxins have been regarded as a problem in recent years as one of the pollutants of the environment (air, soil, water, etc.) due to their strong toxicity.
このため、環境汚染対策として、ダイオキシン類で汚染された土壌、燃焼灰などを除去・回収する処理が行われている。また、清掃工場など各種工場からの排水中、廃棄物埋立処分場などで発生する浸出水中、あるいは灰、土などの洗浄排水中に含まれるダイオキシン類の処理も行われているが、根本的な対策として、汚染された物質中のダイオキシン類の分解が必要となる。 For this reason, as a measure against environmental pollution, processing for removing and collecting soil, combustion ash, etc. contaminated with dioxins is performed. In addition, dioxins contained in wastewater from various factories such as cleaning factories, leachate generated at waste landfill sites, and washing wastewater such as ash and soil are also being treated. As a countermeasure, it is necessary to decompose dioxins in polluted substances.
ダイオキシン類は、熱分解するためには80〜900℃以上の高温が必要で、熱的に安定な化合物であり、また化学的にも安定な化合物である。このため、従来、その分解方法が種々検討されているが、いずれも特別な反応条件あるいは特別な薬品類が必要となる。 Dioxins require a high temperature of 80 to 900 ° C. or higher for thermal decomposition, are thermally stable compounds, and are chemically stable compounds. For this reason, various decomposition methods have been studied in the past, but all require special reaction conditions or special chemicals.
例えば、特許文献1には、焼却炉から排出される飛灰及び焼却灰中に含まれるダイオキシン類の分解方法として、特定の含窒素含硫黄化合物(トリメルカプトトリアジンのNa塩など)からなるダイオキシン類の分解剤と、ダイオキシン類とを、200℃〜300℃で3〜60分間接触させる方法が提案されている。しかしながら、この方法は300℃よりも低い温度で接触させることによりダイオキシン類を分解することができる点で優れた方法であるが、ダイオキシン類の分解率が低く、また200℃以上の高温処理を要するため温和な分解処理方法とは言い難い。 For example, Patent Document 1 discloses dioxins composed of specific nitrogen-containing sulfur-containing compounds (such as Na salt of trimercaptotriazine) as a method for decomposing fly ash discharged from an incinerator and dioxins contained in the incineration ash. There has been proposed a method in which a decomposing agent and dioxins are contacted at 200 ° C. to 300 ° C. for 3 to 60 minutes. However, this method is an excellent method in that dioxins can be decomposed by contacting them at a temperature lower than 300 ° C, but the decomposition rate of dioxins is low, and a high temperature treatment of 200 ° C or higher is required. Therefore, it is difficult to say that it is a mild decomposition treatment method.
また、特許文献2には、ゴミ焼却施設や汚泥焼却施設などの排ガス等に含まれるコプラナーPCB類の分解触媒として、酸化チタンに五酸化バナジウムと三酸化タングステンを担持させたハニカム型分解触媒が提案されている。しかしながら、この触媒は排ガス中のダイオキシン類の分解に適用するものであり、分解所要温度も200℃と高い。 Patent Document 2 proposes a honeycomb-type cracking catalyst in which vanadium pentoxide and tungsten trioxide are supported on titanium oxide as a cracking catalyst for coplanar PCBs contained in exhaust gas from garbage incineration facilities and sludge incineration facilities. Has been. However, this catalyst is applied to the decomposition of dioxins in exhaust gas, and the required decomposition temperature is as high as 200 ° C.
また、特許文献3には、還元処理により酸素欠陥が導入された酸化セリウム−酸化ジルコニウム等に、白金等の貴金属を担持した触媒が提案されている。この触媒は、触媒と被処理物との接触温度が0〜100℃であり、十分に低い処理温度で効率よくダイオキシン類を無害化することが可能な触媒とされているが、分解処理後のダイオキシン類の毒性等量は0.097(ng−TEQ/g)と高いものである。 Patent Document 3 proposes a catalyst in which a noble metal such as platinum is supported on cerium oxide-zirconium oxide in which oxygen defects are introduced by reduction treatment. This catalyst has a contact temperature of 0 to 100 ° C. between the catalyst and the material to be treated, and is a catalyst capable of detoxifying dioxins efficiently at a sufficiently low treatment temperature. The toxicity equivalent of dioxins is as high as 0.097 (ng-TEQ / g).
本発明は、前記従来の課題に鑑みてなされたものであり、温和な条件で、かつ高分解率でダイオキシン類を分解することが可能なダイオキシン類の分解方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a method for decomposing dioxins capable of decomposing dioxins under mild conditions and at a high decomposition rate.
本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意検討した結果、ダイオキシン類を含有する被処理物に、水素供与体及びアルカリ化合物を添加して混合液とし、これを特定の触媒に接触させながら、該触媒にマイクロ波を照射することにより、被処理物中のダイオキシン類を温和な条件で無害化できることを見出し、本発明に到達した。 As a result of diligent investigations to solve the above problems, the present inventors have added a hydrogen donor and an alkali compound to an object to be treated containing dioxins to obtain a mixed solution, which is brought into contact with a specific catalyst. The present inventors have found that dioxins in the object to be treated can be rendered harmless under mild conditions by irradiating the catalyst with microwaves, and the present invention has been achieved.
すなわち、本発明は、以下の通りである。
1)ダイオキシン類を含有する被処理物、水素供与体及びアルカリ化合物を混合してなる混合液を、炭素結晶化合物及び担体に金属を担持させた化合物の中から選ばれる少なくとも1種の触媒に接触させながら、該触媒に連続的もしくは断続的にマイクロ波を照射し、前記水素供与体の沸点以下の温度に加熱することを特徴とするダイオキシン類の分解方法、
2)前記混合液を、前記触媒を充填した触媒充填装置に流通させながら、該触媒充填装置にマイクロ波を照射する前記1)に記載のダイオキシン類の分解方法、
3)前記水素供与体が、複素環式化合物、アミン系化合物、アルコール系化合物、ケトン系化合物及び脂環式化合物からなる群から選ばれた少なくとも一つの化合物である前記1)又は2)に記載のダイオキシン類の分解方法、
4)前記水素供与体が、沸点100℃以下のアルコール系化合物である前記1)又は2)に記載のダイオキシン類の分解方法、
5)前記アルカリ化合物が、苛性ソーダ、苛性カリ、ナトリウムアルコキシド、カリウムアルコキシド及び水酸化カルシウムからなる群から選ばれた少なくとも一つの化合物である前記1)〜4)のいずれかに記載のダイオキシン類の分解方法、
6)前記触媒が、パラジウム担持炭素化合物である前記1)〜5)のいずれかに記載のダイオキシン類の分解方法、
7)前記ダイオキシン類が、ポリクロロジベンゾフラン(PCDF)である前記1)〜6)のいずれかに記載のダイオキシン類の分解方法、及び、
8)前記の被処理物が、焼却灰、土壌、難分解性有機ハロゲン化合物又はそれらを含有する油・水である前記1)〜7)のいずれかに記載のダイオキシン類の分解方法。
That is, the present invention is as follows.
1) A mixed liquid obtained by mixing an object to be treated containing dioxins, a hydrogen donor, and an alkali compound is brought into contact with at least one catalyst selected from a carbon crystal compound and a metal-supported compound. A method for decomposing dioxins, wherein the catalyst is irradiated with microwaves continuously or intermittently and heated to a temperature below the boiling point of the hydrogen donor,
2) The method for decomposing dioxins according to 1) above, wherein the catalyst mixture is irradiated with microwaves while the mixed solution is circulated through the catalyst filler filled with the catalyst.
3) The hydrogen donor is at least one compound selected from the group consisting of a heterocyclic compound, an amine compound, an alcohol compound, a ketone compound and an alicyclic compound, as described in 1) or 2) above. Decomposition method of dioxins,
4) The method for decomposing dioxins according to 1) or 2), wherein the hydrogen donor is an alcohol compound having a boiling point of 100 ° C. or lower,
5) The method for decomposing dioxins according to any one of 1) to 4), wherein the alkali compound is at least one compound selected from the group consisting of caustic soda, caustic potash, sodium alkoxide, potassium alkoxide, and calcium hydroxide. ,
6) The method for decomposing dioxins according to any one of 1) to 5), wherein the catalyst is a palladium-supported carbon compound,
7) The method for decomposing dioxins according to any one of 1) to 6), wherein the dioxins are polychlorodibenzofuran (PCDF), and
8) The method for decomposing dioxins according to any one of 1) to 7), wherein the object to be treated is incinerated ash, soil, a hardly decomposable organic halogen compound, or oil / water containing them.
本発明によれば、ダイオキシン類を含有する被処理物、水素供与体及びアルカリ化合物の混合液を、触媒充填装置に流通させる手段などによって触媒と接触させながら、該触媒にマイクロ波を照射し、低温にて反応させることにより、混合液中のダイオキシン類を高分解率で分解することができる。しかも、高温高圧反応容器を必要とすることなく、外部から水素及び熱を供給することなく、温和な条件でダイオキシン類を分解することができるので、分解所要エネルギーを低減でき、副反応生成物が生成する可能性が極めて低い。 According to the present invention, microwaves are irradiated to the catalyst while contacting the catalyst by a means such as circulating the mixture of the object to be processed, dioxins, hydrogen donor and alkali compound through the catalyst filling device, etc. By reacting at a low temperature, dioxins in the mixed solution can be decomposed at a high decomposition rate. In addition, dioxins can be decomposed under mild conditions without the need for a high-temperature and high-pressure reaction vessel and without supplying hydrogen and heat from the outside, so that the energy required for decomposition can be reduced and side reaction products can be produced. Very unlikely to generate.
また、本発明の方法を、ポリ塩化ビフェニール(PCB)中のダイオキシン類の分解に適用することにより、PCBを高分解率で分解することができると共に、共存するダイオキシン類、特にポリクロロジベンゾフラン(PCDF)を高分解率で無害化することができる。 Further, by applying the method of the present invention to the decomposition of dioxins in polychlorinated biphenyls (PCB), PCBs can be decomposed at a high decomposition rate, and coexisting dioxins, particularly polychlorodibenzofuran (PCDF). ) Can be rendered harmless with a high decomposition rate.
本発明のダイオキシン類の分解方法は、ダイオキシン類を含有する被処理物、水素供与体及びアルカリ化合物を混合してなる混合液を、炭素結晶化合物及び担体に金属を担持させた化合物の中から選ばれる少なくとも1種の触媒に接触させながら、該触媒に連続的もしくは断続的にマイクロ波を照射し、前記水素供与体の沸点以下の温度に加熱して反応させることを特徴とするものである。 In the method for decomposing dioxins according to the present invention, a mixed liquid obtained by mixing an object to be treated containing dioxins, a hydrogen donor and an alkali compound is selected from a carbon crystal compound and a compound in which a metal is supported on a carrier. The catalyst is irradiated with microwaves continuously or intermittently while being brought into contact with at least one kind of catalyst, and heated to a temperature not higher than the boiling point of the hydrogen donor for reaction.
上記のダイオキシン類を含有する被処理物としては、焼却灰、土壌、PCB等の難分解性有機ハロゲン化合物、又はこれらを含有する水・油等を挙げることができ、固体、液体のいずれであってもよい。油としては、電気絶縁油、熱媒体用の油、潤滑油、固体中に含まれる有機ハロゲン化合物を抽出した鉱油等が挙げられる。 Examples of the object to be treated containing dioxins include incinerated ash, soil, hard-to-decompose organic halogen compounds such as PCB, water / oil containing these, and the like, either solid or liquid. May be. Examples of the oil include an electrical insulating oil, a heat medium oil, a lubricating oil, and a mineral oil extracted from an organic halogen compound contained in a solid.
本発明で用いる水素供与体としては、例えば、複素環式化合物、アミン系化合物、アルコール系化合物、ケトン系化合物、及び脂環式化合物等の有機系水素供与体等が挙げられる。これらの化合物の中でも、安全性の観点より、アルコール系化合物、ケトン系化合物、脂環式化合物が好ましく、特に、安全性が高く、低コストで入手可能であり、しかも反応制御が容易で、芳香族ハロゲン化合物の分解効率が高い点より、アルコール系化合物が好ましい。これらの水素供与体は、単独で又は二種以上を任意に組合わせて使用することができる。ここで、「水素供与体」とは、分解対象化合物から発生したラジカルに対して、水素原子を供与することができる化合物を意味する。 Examples of the hydrogen donor used in the present invention include organic hydrogen donors such as heterocyclic compounds, amine compounds, alcohol compounds, ketone compounds, and alicyclic compounds. Among these compounds, alcohol compounds, ketone compounds, and alicyclic compounds are preferable from the viewpoint of safety. In particular, they are highly safe, can be obtained at low cost, are easily controlled in reaction, and are aromatic. Alcohol compounds are preferred from the viewpoint of high decomposition efficiency of the group halogen compounds. These hydrogen donors can be used alone or in any combination of two or more. Here, the “hydrogen donor” means a compound that can donate a hydrogen atom to a radical generated from a decomposition target compound.
前記のアルコール系化合物としては、脂肪族アルコール、芳香族アルコールのいずれであってもよく、直鎖又は分岐鎖を有する一価アルコールや多価アルコールを用いることができる。アルコール系化合物の炭素数は1〜12の範囲が好ましく、より好ましくは2〜9の範囲、さらに好ましくは3〜6の範囲である。前記アルコール系化合物の具体例としては、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、n−ブタノール、s−ブタノール、t−ブタノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノール、1−ヘプタノール、2−ヘプタノール、3−ヘプタノール、1−オクタノール、2−オクタノール等の脂肪族アルコール、シクロプロピルアルコール、シクロブチルアルコール、シクロペンチルアルコール、シクロヘキシルアルコール、シクロヘプチルアルコール、シクロオクチルアルコール等の脂環式アルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、デカリンジオール等の多価アルコール等が挙げられる。 The alcohol compound may be either an aliphatic alcohol or an aromatic alcohol, and a monohydric alcohol or a polyhydric alcohol having a linear or branched chain can be used. The carbon number of the alcohol compound is preferably in the range of 1 to 12, more preferably in the range of 2 to 9, and still more preferably in the range of 3 to 6. Specific examples of the alcohol compound include, for example, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, n-butanol, s-butanol, t-butanol, 1-pentanol, 2-pentanol, and 3-pentanol. 1-hexanol, 2-hexanol, 3-hexanol, 1-heptanol, 2-heptanol, 3-heptanol, 1-octanol, 2-octanol and other aliphatic alcohols, cyclopropyl alcohol, cyclobutyl alcohol, cyclopentyl alcohol, cyclohexyl Examples thereof include alicyclic alcohols such as alcohol, cycloheptyl alcohol and cyclooctyl alcohol, and polyhydric alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol and decalin diol.
アルコール系化合物のなかでも、沸点100℃以下のアルコールが好ましく、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、t−ブタノール等を挙げることができる。これらのアルコール系化合物は、安全性が高く、低コストで入手可能であり、しかも反応制御が容易で、ダイオキシン類の分解効率が高い点より、好ましい。また、比較的低沸点のアルコールを使用することにより、反応温度を低く維持しながら分解効率を高めることができ、副反応生成物の生成を抑制できる利点がある。 Among alcohol compounds, alcohols having a boiling point of 100 ° C. or less are preferable, and examples thereof include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, t-butanol and the like. These alcohol compounds are preferable because they are highly safe, can be obtained at low cost, can be easily controlled, and have high decomposition efficiency of dioxins. In addition, the use of alcohol having a relatively low boiling point is advantageous in that the decomposition efficiency can be increased while maintaining the reaction temperature low, and the production of side reaction products can be suppressed.
また、前記のアルコールは、その沸点が後述する反応温度よりも高いものを選択することが、取扱性の観点より好ましい。 Moreover, it is preferable from a viewpoint of handleability to select the said alcohol whose boiling point is higher than the reaction temperature mentioned later.
本発明で用いるアルカリ化合物としては、ダイオキシン類の分解反応を促進しうるものであれば制限なく使用することができるが、脱塩素化効率を高める観点より、NaOH、KOH、ナトリウムアルコキシド、カリウムアルコキシド、水酸化カルシウム等が好ましく用いられる。中でも、コストやハンドリング性の観点より、NaOH又はKOHが特に好ましい。アルカリ化合物は、単独で又は2種以上を任意に組合わせて使用することができる。 The alkali compound used in the present invention can be used without limitation as long as it can promote the decomposition reaction of dioxins, but from the viewpoint of increasing the dechlorination efficiency, NaOH, KOH, sodium alkoxide, potassium alkoxide, Calcium hydroxide or the like is preferably used. Among these, NaOH or KOH is particularly preferable from the viewpoints of cost and handling properties. An alkali compound can be used individually or in combination of 2 or more types.
本発明で用いる触媒としては、炭素結晶化合物及び担体に金属を担持させた化合物の中から選ばれる少なくとも1種であり、ダイオキシン類の分解反応を促進しうるものであれば制限なく使用することができ、その種類は特に限定されない。無機系触媒は触媒寿命が長く、かつ、アルカリ化合物存在下でも安定であるため、有機系触媒よりも好ましい。前記の触媒は、アルカリ性雰囲気で安全性が高く、マイクロ波に対して高活性を示すと考えられることから好適に用いることができるが、特に担体に金属を担持させた化合物が好ましい。前記の担体としては、活性炭やグラファイト等の炭素、シリカゲル、アルミナやゼオライト等の金属酸化物や複合金属酸化物、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタアクリレート等の樹脂などが挙げられる。これらの触媒は、単独で又は2種以上を任意に組合わせて使用することができる。 The catalyst used in the present invention is at least one selected from a carbon crystal compound and a compound having a metal supported on a carrier, and can be used without limitation as long as it can promote the decomposition reaction of dioxins. The type is not particularly limited. An inorganic catalyst is preferable to an organic catalyst because it has a long catalyst life and is stable even in the presence of an alkali compound. The catalyst can be suitably used because it is considered to be highly safe in an alkaline atmosphere and exhibit high activity against microwaves, and a compound in which a metal is supported on a carrier is particularly preferable. Examples of the carrier include carbon such as activated carbon and graphite, metal oxides such as silica gel, alumina and zeolite, and composite metal oxides, resins such as polyethylene, polystyrene, polycarbonate, and polymethyl methacrylate. These catalysts can be used individually or in combination of 2 or more types.
ここで、前記の炭素結晶化合物としては、グラファイト、カーボンナノチューブ(金属を含むものと含まないものの双方が含まれる)、フラーレン等が挙げられる。 Here, examples of the carbon crystal compound include graphite, carbon nanotubes (both including and not including metal), fullerene, and the like.
また、前記の金属担持酸化物及び金属担持複合酸化物は、金属を担持した酸化物、複合酸化物であれば制限なく用いることができ、その金属担持量及び金属の種類は、上記の金属担持炭素化合物と同様である。金属担持酸化物の具体例としては 例えば、Pd/TiO2(パラジウム担持2酸化チタン)等が挙げられる。金属担持複合酸化物の具体例としては、例えば、Pd/SiO2・Al2O3(パラジウム担持シリカ−アルミナ)等が挙げられる。 The metal-supported oxide and metal-supported composite oxide can be used without limitation as long as they are metal-supported oxides and composite oxides. It is the same as the carbon compound. Specific examples of the metal-supported oxide include Pd / TiO 2 (palladium-supported titanium dioxide). Specific examples of the metal-supported composite oxide include Pd / SiO 2 .Al 2 O 3 (palladium-supported silica-alumina).
上記の触媒のなかでも、マイクロ波吸収性が高く、分解効率が良好で、アルカリ性雰囲気で安全性が高い点より、炭素担体に金属を担持させた金属担持炭素化合物が最も好ましい。 Among the above catalysts, a metal-supported carbon compound in which a metal is supported on a carbon support is most preferred from the viewpoints of high microwave absorption, good decomposition efficiency, and high safety in an alkaline atmosphere.
前記の金属担持炭素化合物としては、金属を担持した炭素化合物であれば制限なく用いることができ、その金属担持量は、触媒全量に対して1〜20質量%、より好ましくは5〜10質量%であるのがよい。担持される金属としては、例えば、鉄、銀、白金、ルテニウム、パラジウム、ロジウム等が挙げられ、脱塩素化効率を高める観点より、パラジウム、ルテニウム、白金が好ましく、パラジウムがより好ましい。金属担持炭素化合物の具体例としては、例えば、Pd/C(パラジウム担持炭素化合物)、Ru/C(ルテニウム担持炭素化合物)、Pt/C(白金担持炭素化合物)等が挙げられる。 As said metal carrying | support carbon compound, if it is a carbon compound which carry | supported the metal, it can be used without a restriction | limiting, The metal carrying amount is 1-20 mass% with respect to the catalyst whole quantity, More preferably, it is 5-10 mass%. It is good to be. Examples of the supported metal include iron, silver, platinum, ruthenium, palladium, rhodium, and the like. From the viewpoint of increasing the dechlorination efficiency, palladium, ruthenium, and platinum are preferable, and palladium is more preferable. Specific examples of the metal-supported carbon compound include Pd / C (palladium-supported carbon compound), Ru / C (ruthenium-supported carbon compound), and Pt / C (platinum-supported carbon compound).
本発明で用いる触媒は、粒状のものでもハニカム状のものでもよい。粒状の場合はメッシュ等で固定する必要があり、その場合の粒子径は75μm〜10mmが好ましい。10mmを超える場合は比表面積が不足し、75μm未満の場合はメッシュが詰まりやすい。より好ましくは150μm〜5mmが望ましい。触媒粒子は、できるだけ粒子径のそろったものがよい。 The catalyst used in the present invention may be granular or honeycomb-shaped. In the case of granular, it is necessary to fix with a mesh or the like. When it exceeds 10 mm, the specific surface area is insufficient, and when it is less than 75 μm, the mesh is easily clogged. More preferably, it is 150 μm to 5 mm. The catalyst particles should have the same particle size as possible.
本発明のダイオキシン類の分解方法において、混合液を得る場合、ダイオキシン類を含有する被処理物と、水素供与体と、アルカリ化合物とを常法により混合する。混合液の中に不溶性物質(固体状、微粒子状など)が存在する場合は、触媒充填装置内を流通させる際に詰りを生じさせるおそれがあるため、ストレーナー等により不溶性物質を除去した後に触媒充填装置に導入することが好ましい。 In the method for decomposing dioxins of the present invention, when a mixed solution is obtained, an object to be treated containing dioxins, a hydrogen donor, and an alkali compound are mixed by a conventional method. If there are insoluble substances (solid, fine particles, etc.) in the mixed solution, there is a risk of clogging when circulating in the catalyst filling device. It is preferably introduced into the apparatus.
上記の混合液において、アルカリ化合物/水素供与体の混合割合(モル比)は、好ましくは0.005〜0.1/1、より好ましくは0.01〜0.1/1である。水素供与体の割合が少なすぎる場合は分解反応が進まなくなり、一方、水素供与体の割合が多すぎる場合は分解反応は進むが、実用上意味がなく経済性にも劣る。アルカリ化合物と水素供与体は、予め両者をプレミクスし、アルカリ化合物を水素供与体に溶解させたものを用いることもできる。 In the above mixed solution, the mixing ratio (molar ratio) of alkali compound / hydrogen donor is preferably 0.005 to 0.1 / 1, more preferably 0.01 to 0.1 / 1. When the proportion of the hydrogen donor is too small, the decomposition reaction does not proceed. On the other hand, when the proportion of the hydrogen donor is too large, the decomposition reaction proceeds, but it has no practical meaning and is not economical. As the alkali compound and the hydrogen donor, those obtained by premixing both in advance and dissolving the alkali compound in the hydrogen donor can also be used.
また、アルカリ化合物は、分解効率を高める観点より、混合液中の有機ハロゲン化合物から脱離する塩素の当量以上使用することが好ましい。アルカリ化合物/有機ハロゲン化合物の割合(モル比)は、好ましくは1.0以上、より好ましくは1.0〜1.5である。アルカリ化合物が少なすぎる場合は脱塩素化反応が進まなくなり、一方、アルカリ化合物が多すぎる場合は反応系の攪拌混合が難しくなる。 In addition, the alkali compound is preferably used in an amount equal to or greater than that of chlorine desorbed from the organic halogen compound in the mixed solution from the viewpoint of increasing the decomposition efficiency. The ratio (molar ratio) of the alkali compound / organic halogen compound is preferably 1.0 or more, more preferably 1.0 to 1.5. When the amount of the alkali compound is too small, the dechlorination reaction does not proceed. On the other hand, when the amount of the alkali compound is too large, stirring and mixing of the reaction system becomes difficult.
反応系中の触媒の量は、混合液全質量に対する質量比として、0.005〜0.2とするのが好ましく、より好ましくは0.01〜0.15、さらに好ましくは0.05〜0.1であるのがよい。触媒量が少なすぎる場合は、水素発生量が少なくなるため分解が進行し難くなり、一方、触媒量が多すぎる場合は経済性に劣る。さらに、触媒を反応系に添加した場合、反応系の攪拌混合が難しくなる。 The amount of the catalyst in the reaction system is preferably 0.005 to 0.2, more preferably 0.01 to 0.15, still more preferably 0.05 to 0 as a mass ratio with respect to the total mass of the mixed solution. .1 should be good. When the amount of catalyst is too small, the amount of hydrogen generation is small and decomposition is difficult to proceed. On the other hand, when the amount of catalyst is too large, the economy is poor. Furthermore, when a catalyst is added to the reaction system, stirring and mixing of the reaction system becomes difficult.
混合液を触媒と接触させる場合、混合液中に所定量の触媒を添加して攪拌する方法、触媒を充填した触媒充填装置に混合液を流通させる方法、などを採用することができる。混合液を触媒と多頻度で接触させることが可能で、分解後の触媒回収も容易である点より、触媒を充填してなる触媒充填装置に混合液を流通させる方法が好ましい。 When the mixed solution is brought into contact with the catalyst, a method of adding a predetermined amount of catalyst to the mixed solution and stirring, a method of circulating the mixed solution through a catalyst filling device filled with the catalyst, or the like can be employed. From the viewpoint that the mixed solution can be frequently contacted with the catalyst and the catalyst can be easily recovered after decomposition, a method in which the mixed solution is circulated through a catalyst filling device filled with the catalyst is preferable.
マイクロ波の照射位置は、反応系中の触媒に照射されている状態であれば特に限定されないが、触媒活性をできるだけ高めて分解を促進する点より、触媒充填装置内の触媒に向けて照射するのが好ましい。 The irradiation position of the microwave is not particularly limited as long as the catalyst in the reaction system is irradiated. However, the irradiation is directed toward the catalyst in the catalyst filling device from the viewpoint of promoting the decomposition by increasing the catalytic activity as much as possible. Is preferred.
本発明においては、触媒充填装置に照射するマイクロ波の出力や周波数、照射方法は、特に限定されるものではなく、反応温度が所定の範囲に保持できるよう電気的に制御すればよい。出力が低すぎる場合は水素発生量が少なくなり、出力が高すぎる場合はマイクロ波の利用率が悪くなるため、電気的に制御しながら10W〜20kWの範囲とするのが望ましい。マイクロ波の周波数は1〜300GHzが望ましい。1GHz未満又は300GHzを超える周波数範囲では、触媒や水素供与体の加熱が不十分となる。マイクロ波の照射は連続照射、間欠照射のいずれの方法であってもよいが、電気的に制御しながら連続照射するのが好ましい。マイクロ波装置としては、マグネトロン等のマイクロ波発生器を用いた装置や、固体素子を用いたマイクロ波発振器等を適宜用いることができる。 In the present invention, the output, frequency, and irradiation method of the microwave applied to the catalyst filling device are not particularly limited, and may be electrically controlled so that the reaction temperature can be maintained within a predetermined range. When the output is too low, the amount of hydrogen generation is reduced, and when the output is too high, the utilization rate of the microwave is deteriorated. Therefore, it is desirable to set the range of 10 W to 20 kW while being electrically controlled. The microwave frequency is preferably 1 to 300 GHz. In the frequency range below 1 GHz or above 300 GHz, the catalyst and the hydrogen donor are not sufficiently heated. Microwave irradiation may be either continuous irradiation or intermittent irradiation, but it is preferable to perform continuous irradiation while being electrically controlled. As the microwave device, a device using a microwave generator such as a magnetron, a microwave oscillator using a solid element, or the like can be used as appropriate.
照射時間及び照射停止時間は、反応に供する被処理物の種類、水素供与体、又は反応触媒等に応じて適宜に決定することができ、分解反応が十分進行するまで行えばよい。 The irradiation time and the irradiation stop time can be appropriately determined according to the type of the object to be treated, the hydrogen donor, the reaction catalyst, or the like, and may be performed until the decomposition reaction sufficiently proceeds.
反応の雰囲気は不活性ガス中で行うことが、望ましくない副反応が起きないので、より好ましい。但し、被処理物の処理環境によっては不活性ガスの調達が困難な場合もあり得るため、自然雰囲気中で反応を行うこともできる。 The reaction atmosphere is more preferably carried out in an inert gas because undesirable side reactions do not occur. However, since it may be difficult to procure an inert gas depending on the processing environment of the object to be processed, the reaction can be performed in a natural atmosphere.
反応温度は、用いる水素供与体の沸点以下の温度であればよく、特に限定されないが、50〜200℃が好ましく、特に10〜80℃とするのが好ましい。反応温度が10℃未満では分解反応が不十分となる。一方、80℃を超える場合は分解反応は十分進むが、副生物が生成し易くなり、また経済性にも劣るものとなる。副反応生成物の抑制とダイオキシン類分解速度のバランスを図る観点からは、さらに好ましくは30〜80℃で、かつ、アルコールの沸点よりも10℃以上(好ましくは20℃以上)低温で反応させるのがよい。 The reaction temperature is not particularly limited as long as it is equal to or lower than the boiling point of the hydrogen donor to be used, but is preferably 50 to 200 ° C, and particularly preferably 10 to 80 ° C. When the reaction temperature is less than 10 ° C., the decomposition reaction becomes insufficient. On the other hand, when the temperature exceeds 80 ° C., the decomposition reaction proceeds sufficiently, but by-products are easily generated, and the economy is inferior. From the viewpoint of balancing the suppression of side reaction products and the decomposition rate of dioxins, the reaction is more preferably performed at 30 to 80 ° C. and at a temperature lower than the boiling point of the alcohol by 10 ° C. or more (preferably 20 ° C. or more). Is good.
本発明の分解処理に用いた触媒は、再生処理を施した後、他の被処理物の処理に再使用してもよい。触媒の再生処理は公知の方法で行えばよく、例えば、アセトンや低級アルコール等の有機溶剤を用い、10〜80℃で触媒を洗浄することにより、再生することができる。洗浄時間に限定はなく、吸着した有機ハロゲン化合物の脱着状況に応じて適宜決定すればよい。 The catalyst used in the decomposition treatment of the present invention may be reused for the treatment of other objects to be treated after the regeneration treatment. The regeneration process of the catalyst may be performed by a known method. For example, the catalyst can be regenerated by washing the catalyst at 10 to 80 ° C. using an organic solvent such as acetone or a lower alcohol. There is no limitation on the washing time, and it may be appropriately determined according to the desorption status of the adsorbed organic halogen compound.
本発明のダイオキシン類の分解方法によれば、反応系に外部から水素ガスを吹き込んだ場合と同等もしくはそれ以上の速い速度でダイオキシン類が分解し、被処理物がPCBである場合は、PCBそのものが分解し脱塩素化される。その機構は明らかではないが、アルカリ化合物から提供されるアルカリ金属ラジカルがダイオキシン類の分解反応を促し、そこに水素供与体からの水素ラジカルが入り込むものと考えられる。 According to the method for decomposing dioxins of the present invention, when the dioxins are decomposed at a speed equivalent to or faster than that when hydrogen gas is blown into the reaction system from the outside, and the object to be treated is PCB, the PCB itself Is decomposed and dechlorinated. Although the mechanism is not clear, it is considered that the alkali metal radical provided from the alkali compound promotes the decomposition reaction of dioxins, and the hydrogen radical from the hydrogen donor enters therein.
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。 EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited only to a following example.
実施例1(PCB中に含まれるダイオキシン類の分解試験)
四国計測工業(株)製の簡易型マイクロ波反応装置温度制御タイプZMW−024型を用いて実験した。五つ口フラスコの五つ口の4つをマイクロ波反応装置内のカラムへの液相供給口、戻り口、窒素導入用口、サンプリング口として利用し、中央の口にジムロート冷却管を設けて反応生成物を反応系外へ取り出すようにした。
Example 1 (Decomposition test of dioxins contained in PCB)
Experiments were performed using a simple microwave reactor temperature control type ZMW-024 manufactured by Shikoku Keiki Kogyo Co., Ltd. Four of the five-necked flasks are used as a liquid phase supply port, return port, nitrogen introduction port, and sampling port to the column in the microwave reactor, and a Dimroth condenser is provided at the center port. The reaction product was taken out of the reaction system.
表1に示した量のダイオキシン類を含有するPCB(鐘淵化学(株)製KC−1000(5塩化ビフェニール(KC−500)/トリクロロベンゼンの6/4(質量比)の混合物)1.5mlと、KOHフレーク 2.45g及び和光純薬製イソプロピルアルコール 150mlを3000rpmのホモミキサーで20分攪拌し混液にしたものとを、内容量200mlの上記五つ口フラスコに導入した。これらを導入した後に、窒素ガスでフラスコ内部を置換した後、フラスコ内をマグネチックスターラーで攪拌しながら、フラスコ内の混合溶液を10ml/minでマイクロ波反応装置内のカラムへ供給し、装置内を循環させた。カラムには粒状活性炭(商品名:ダイヤホープ008)にパラジウム(Pd)を5%担持した触媒(平均粒径1mm程度)12gを内蔵しており、カラム表面が60℃一定になるように、周波数2.45GHz、出力40〜60Wのマイクロ波を電気的に制御しながら10時間照射した。反応中も窒素ガスを50ml/minで流した。 PCB containing dioxins in the amount shown in Table 1 (KC-1000 manufactured by Kaneka Chemical Co., Ltd. (biphenyl pentachloride (KC-500) / mixture of 6/4 (mass ratio) of trichlorobenzene)) 1.5 ml Then, 2.45 g of KOH flakes and 150 ml of isopropyl alcohol manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., which were mixed for 20 minutes with a 3000 rpm homomixer, were introduced into the above five-necked flask having an internal volume of 200 ml. After replacing the inside of the flask with nitrogen gas, the mixed solution in the flask was supplied to the column in the microwave reactor at 10 ml / min while the inside of the flask was stirred with a magnetic stirrer, and the inside of the apparatus was circulated. The column has a granular activated carbon (trade name: Diahop 008) and a catalyst (average particle diameter of 1) supporting 5% palladium (Pd). It was irradiated for 10 hours while electrically controlling microwaves with a frequency of 2.45 GHz and an output of 40-60 W so that the column surface was kept constant at 60 ° C. Nitrogen gas was also used during the reaction. At a flow rate of 50 ml / min.
(ダイオキシン類の測定方法)
反応前後の溶液10μlを、SGE製のBPX−DXN−1(0.15mmID)およびBPX−DXN−2(0.15mmID)をカラムとする、ヒューレット パッカード社製のガスクロマトグラフィー質量分析計(GC/MS)HP6800シリーズにかけ、カラム温度160℃〜300℃で測定した。ダイオキシンの同定は、標準クロマトグラムを作成し、各出現ピークの内標準物質に対する相対保持時間、2つのモニターチャンネルにおけるピーク面積比およびクロマトグラムのパターンと、測定の結果得られたクロマトグラムを比較して行った。ダイオキシン濃度は、あらかじめ作成した検量線を用い、ピーク面積から求めた。
(Measurement method of dioxins)
10 μl of the solution before and after the reaction was subjected to a gas chromatography mass spectrometer (GC / GC) manufactured by Hewlett-Packard Co. using BPX-DXN-1 (0.15 mmID) and BPX-DXN-2 (0.15 mmID) manufactured by SGE as columns. MS) Measured at a column temperature of 160 ° C. to 300 ° C. by applying to HP6800 series. To identify dioxins, create a standard chromatogram, compare the relative retention time of each appearing peak with respect to the internal standard, compare the peak area ratio and chromatogram pattern in the two monitor channels with the chromatogram obtained as a result of the measurement. I went. The dioxin concentration was determined from the peak area using a calibration curve prepared in advance.
分解処理前及び処理後の、処理液中のダイオキシン類及びPCBの濃度を表1に示す。 Table 1 shows the concentrations of dioxins and PCB in the treatment liquid before and after the decomposition treatment.
表1に示すように、本発明の方法によれば、ダイオキシン類(特にポリクロロジベンゾフラン(PCDF))を温和な条件で無害化できることが確認できた。同時に、PCBを99.999%以上分解させることができた。 As shown in Table 1, according to the method of the present invention, it was confirmed that dioxins (particularly polychlorodibenzofuran (PCDF)) can be rendered harmless under mild conditions. At the same time, PCB could be decomposed by 99.999% or more.
Claims (8)
The method for decomposing dioxins according to any one of claims 1 to 7, wherein the object to be treated is incinerated ash, soil, a hardly decomposable organic halogen compound, or oil / water containing them.
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