JP2008506614A - 漂白土のダイオキシン濃度の低減方法 - Google Patents

漂白土のダイオキシン濃度の低減方法 Download PDF

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Abstract

化合物の温度を約125℃ないし650℃に加熱することを特徴とする、少なくとも1つのダイオキシンを含んだ生粘土あるいはダイオキシンを含んだ漂白土からなる化合物のダイオキシン濃度の低減方法が開示されている。
【選択図】なし

Description

発明の詳細な説明
漂白土は久しい以前から油および脂肪の浄化に使用されている。漂白土の製造に際しては主に2つの方法が使用され、すなわち多量の酸を添加してスラリプロセスによって行う特にモンモリロナイトを含んだ生粘土等の非自然活性スメクタイトの酸活性化と、少量の酸を使用して無廃水プロセス内で活性化される自然活性生粘土を使用するものである。1番目の方法の問題点は、大量の酸性排水を伴うことである。しかしながらそれによって極めて活性化された漂白土が得られるものである。2番目の方法によって製造された製品の漂白力は殆どの場合幾らか低くなるが、その単純な製造方式によって低コスト化ならびに低環境負荷の生産が可能になる。
製造方法にかかわらず漂白土は主に、食用油および脂肪を精製ならびに浄化するために使用される。漂白土によって製造された製品が食物連鎖の中に投入されるため、これは可能な限り少ない不純物をもって製造する必要がある。使用済みの漂白土が何度も食品産業で使用されるため、食用油内には有害物質を放出しない漂白土についても、可能な限り少ない有害物質で生成する必要がある。
食品内で最も危惧される不純物はダイオキシンとジベンゾフランである。FEDIOL(EU種子破砕および製油加工者連盟)の推奨によれば、漂白土は1ng/kg I−TEQ(毒性等量)未満のダイオキシン/ジベンゾフランしか含有しないものとされている。
ダイオキシンによる環境汚染は広範囲に存在する問題である。最大のダイオキシン生成量は人為的な原因によるものであるが、人類活動に起因するものではない粘土質の深い地層内にもダイオキシンは部分的に存在する。最新の研究によればダイオキシンはこの種の地層の堆積中に生物触媒作用のある2,4,6−トリクロロフェノールの化合物によって生成され、これは有機物質内に存在するフェノールから外因性バクテリアクロロペルオキシダーゼが発達することによって生じ得るものである。この仮定は、人為性のダイオキシンはその低い運動性のため殆ど地表に近い層にのみ含まれるものであるという理論に基づいている。さらに、深い地層内の粘土から生じたダイオキシンの同族体(多様なクロレートの状態を有する異性体)が異常なパターンを有している。通常人為的なダイオキシンに付随しているジベンゾフランの欠如も、異質な生成過程を示唆している。
漂白土の使用方法とダイオキシンの発生源にかかわらず、ダイオキシンの少ないあるいはダイオキシンを含まない粘土あるいは漂白土製品を製造することが課題である。特に、いわゆる自然活性化した生粘土あるいはダイオキシンで汚染された漂白土から、適宜な漂白土を製造することが要望される。本発明の目的はさらに、本発明によって生成された製品においてダイオキシン除去層によって浄化作用あるいは漂白作用の点に関して不利な影響が生じないことを達成することである。
前記の課題は請求項1記載の方法によって解決される。従属請求項には好適な追加構成が定義されている。
従って本発明の対象は、化合物の温度を約125℃ないし650℃に加熱することを特徴とする、少なくとも1つのダイオキシンを含んだ生粘土あるいはダイオキシンを含んだ漂白土からなる化合物のダイオキシン濃度の低減方法である。
好適には、化合物は少なくとも50%、特に少なくとも75%、極めて好適には少なくとも90%生粘土および/または漂白土からなる。極めて好適な構成形態によれば、化合物は主にあるいは完全に生粘土および/または漂白土からなる。
本発明の枠内において生粘土とは自然活性あるいは非自然活性粘土材料であると理解され、ここで従来の機械的あるいは化学的処理工程によって加工される漂白土とは異なって1つの(独立した)活性化工程によって活性化はされない粘土材料も含まれる。同様に、本発明の枠内において漂白土とは、(1つの活性化工程において)活性化された、特に熱処理および/または酸処理によって活性化された粘土材料であると理解される。漂白土と言う概念は当業者において既知であり、その吸収あるいは漂白作用のため特に食用油および脂肪の浄化に使用することができる活性粘土材料を含むものである。
本発明によれば、当業者において知られている全ての自然活性および非自然活性生粘土、ならびに未使用あるいは使用済みの漂白土(すなわち活性化された生粘土)を使用することができ、特に蛇絞石、カオリン、および滑石−葉蝋石族、スメクタイト、バーミキュライト、イライト、および緑泥石、ならびにモンモリロナイト、ノイトロナイト(Neutronit)、サポナイトおよびバーミキュライトあるいはヘクトライト、バイデル石、パリゴルスカイト等の海泡石−パリゴルスカイト族のジオクタヘドラルあるいはトリオクタヘドラルの層状ケイ酸塩、または混合層鉱物を使用することができる。勿論上記の材料のうちの2つあるいはそれ以上の混合物を使用することもできる。同様に、本発明において使用される少なくとも1つのダイオキシンを含んだ生粘土あるいはダイオキシンを含んだ漂白土を有する化合物は、この化合物の使用目的、特にその漂白作用を阻害しないあるいはむしろそれに好影響を与えるさらに別の成分を含むこともできる。
本発明の好適な構成形態によれば、使用される化合物はダイオキシンを含んだ漂白土またはダイオキシンを含んだ生粘土であり、本発明の方法の作用によってダイオキシンが少ない、あるいはダイオキシンを殆ど含まない漂白土あるいは生粘土を製造することができる。
“ダイオキシン(類)”という概念からは塩化ジベンゾダイオキシンと、同様にジベンゾフランを理解することができる。以下の記述において、“ダイオキシン(類)”という概念によってこれらの物質類を示すものとして使用する。
ダイオキシン濃度の低減という概念からは、本発明に係る方法の実施による元の材料に比べた化合物のダイオキシン濃度の低下の全てが理解される。好適には、化合物のダイオキシン濃度は1ng/kg I−TEQ超から1ng/kg I−TEQ未満へ、特に約0.7ng/kg I−TEQ未満へ低減される。
一般的に、高い温度によって活性漂白土の格子構造が破壊されることが知られている。全般的に、本発明において使用される生粘土および漂白土は、高い温度による格子構造の変化によってその使用適性が不都合な影響を受けてしまう材料に関する。意外なことに、約125ないし650℃、好適には約300ないし600℃、特に好適には約410ないし600℃の温度において、使用された原材料(生粘土または漂白土)内に含まれているダイオキシンをこの生粘土あるいは漂白土の使用適性を損なうことなく分解することができた。特に高い温度においてダイオキシン濃度を部分的には測定限界まで低減することができた。約450ないし550℃(600℃)の温度において特に良好な結果が達成された。
さらに意外なことに、加熱工程は一段階でかつ不活性ガス(例えば、窒素あるいは水蒸気等)を使用せずに実施することができ、この簡単な方法によって極めて良好な結果を達成することができた。本発明の極めて好適な構成形態によれば、酸素を含んだガス、特に空気中において実施される。
極めて好適な構成形態によれば、加熱の後に約3.0ないし14重量%、好適には約5.0ないし11重量%、特に好適には7.0ないし10重量%の湿度になるまで再水化が必要に応じて酸活性化と組み合わせて実施され、それによって製品の漂白性能の劣化が驚くほど防止されるものとなる。
一方、加熱工程後の生粘土あるいは漂白土の酸活性化によって極めてダイオキシンが少ないとともに極めて活性な漂白土が得られることが判明した。さらに、多くの場合において酸活性化は加熱の直後、すなわち必要に応じて行われる再水化の前に実施することが好適であることが判明した。
酸活性化は少なくとも1つの水溶性あるいは固形状の有機あるいは無機酸によって行うことができる。自然活性の生粘土あるいは漂白剤を有する化合物が使用される限り、1ないし10重量%の酸で酸処理を行うことが好適である。非自然活性の生粘土を有する化合物が使用される限り、場合によって20ないし70重量%の酸、特に無機酸を使用することが好適である。
加熱工程の後に実施される酸処理(酸活性化)によってむしろ大幅に改善された漂白作用、または吸収あるいは脱色作用が得られる。
一般的に本発明に係る生粘土の活性化は酸を用いた処理によって実施することができる。そのため生粘土を無機あるいは有機酸と接触させる。原則的にここで当業者において知られている任意の粘土の酸処理方法を使用することができ、例えば国際公開第99/02256号パンフレット、米国特許第5008226号明細書、および米国特許第5869415号明細書に記載の方法を使用することができ、それらは本明細書中において参照に組み入れられている。
本発明の好適な構成形態によれば、余剰な酸および活性化の際に発生した塩を洗浄する必要は無い。むしろ、酸を付加した後、酸活性化において一般的なように、洗浄工程は実施せず、処理された生粘土を乾燥させて所要の粒子大に粉砕する。粉砕に際しては大抵の場合典型的な漂白土の粒度に設定される。ここで63μmの目幅の篩上において、乾燥篩い残留物は20ないし40重量%となる。25μmの目幅の篩上においては、乾燥篩い残留物は50ないし65重量%となる。
本発明に係る方法の構成形態において、生粘土の活性化は水性状態で実施される。そのため酸は水溶液の状態で生粘土と接触させる。ここで、まず好適には粉末状に用意される生粘土を水簸する。続いて酸(例えば濃縮された状態の)を付加する。しかしながら、生粘土は直接酸の水溶液内に水簸するか、あるいは酸の水溶液を生粘土上に付加することもできる。好適な構成形態によれば、酸の水溶液は例えば破砕されたあるいは粉末状の(生)粘土上に噴霧し、ここで水分量は可能な限り少量に選定し、例えば濃縮された酸あるいは酸溶液を使用することができる。多くの場合において酸の量は無水生粘土(atro)に対して1ないし10重量%、好適には2ないし6重量%の強酸、特に硫酸等の鉱酸として選択することができる。しかしながらより高い酸の量を使用することもでき、場合によってはそれが利点をもたらすものとなり得る。必要に応じて、余剰な水分を蒸発させ、活性生粘土をその後所要の粒子大に粉砕することができる。好適には、所要の水分含有率まで乾燥させる。通常、得られた漂白土製品の水分含有率は20重量%未満、好適には10重量%未満に選定される。
前述した酸の水溶液あるいは濃縮酸による活性化のために、任意の酸を選択することができる。鉱酸あるいは有機酸の双方、またはそれらの酸の混合物のいずれも使用することができる。塩酸、燐酸、硫酸等の一般的な鉱酸を使用することができ、ここで硫酸がより好適なものとなる。濃縮されたあるいは希釈された酸または酸溶液を使用することができる。有機酸としては例えばクエン酸あるいは蓚酸を使用することができる。より好適なものはクエン酸である。限定的なものではないが、好適には生粘土を酸処理の前にか焼しない。
本発明に係る吸収剤の粒子大あるいは平均粒子大は、活性化された生粘土あるいは漂白土の後の使用に際して精製された製品からの粘土の完全なあるいは容易な分離が可能になるように選定される。本発明の一構成形態によれば、粉末状の生粘土の平均粒子大は10ないし63μmの範囲で選択される。通常粒度は63μmの目幅の篩上で約20ないし40重量%の化合物が滞留し(篩残留物)、25μmの目幅の篩上で約50ないし65重量%の化合物が滞留するように選択される。これは典型的な漂白土の粒度に相当するものである。
前述したように、本発明に係る方法によれば、吸収および漂白能力が驚くほど高く場合によっては従来の高活性漂白土の性能を上回る吸収剤および漂白土製品を簡便かつ低コストに提供することができる。
酸活性化後のか焼は必要ではないが、全く除外されるものでもない。
活性化に使用される酸の量は、一方で(生)粘土の充分な活性化(特に食用油および脂肪の処理における、材料の吸収、漂白および/または脱色作用の観点において)が達成され、他方では過剰な酸の充填が生じないように選択される。付加量は使用される酸の種類、特にその酸性度にも依存する。好適な酸の量は当業者において簡単な実験によって検知することができる。(生)粘土と酸の混錬に際してその他の(固形)成分の存在は通常不可欠なものではないが、全く除外されるものでもない。前述した生粘土あるいは漂白土の酸活性化は本発明に係る加熱工程の前に行うこともできる。
生粘土あるいは漂白土の活性化、特に非自然活性生粘土の活性化に適した無機酸は、塩酸、硫酸および/または燐酸である。
使用されるダイオキシンを含んだ生粘土あるいはダイオキシンを含んだ漂白土は50m/g超の比表面積および約0.1ml/g超の細孔容積を有することが好適であり、これは以下に記述する方法によって測定される。
本発明の別の観点によれば、乾燥した生粘土あるいは漂白土上にダイオキシンが時に現状の分析方法(140℃および80バールにおける有機溶媒を用いた抽出)では判定できない程極めて強力に固定され、従ってダイオキシンが存在しないものと誤って判定されることが判明した。しかしながら、この同じ物質を約3.0ないし14重量%、特に8ないし10重量%の水分含有量に再水化すると、その中に含有されているダイオキシンを再び分析判定することができる。
本発明に係る簡便な方法により驚くほどダイオキシンの少ない漂白土を得ることができ、これは例えば油分または脂質の漂白に際して極めて高い性能を示すものとなる。前述したダイオキシンの少ない漂白土の製造方法と並んで、本発明の別の対象は前述した方法によって製造することができるダイオキシンの少ない漂白土自体である。
本発明の別の対象は、油分および脂質を精製するための前記のダイオキシンの少ない漂白土製品の適用方法である。特に好適には、このダイオキシンの少ない漂白土製品は(植物)油の精製に使用される。このダイオキシンの少ない漂白土製品は、特に脱色、油または脂肪分からのクロロフィルの除去に適している。
以下に記す分析方法を使用した:
表面積: 比表面積はマイクロメトリクス社製の全自動窒素ポロシメータASAP2010タイプを使用してDIN(ドイツ工業規格)66131号に従ってBET法によって測定した。
細孔容積: 細孔容積はCCl法によって測定した(H.A.ベネシ、R.V.ボナー、C.F.リー著、分析化学27版(1955年)、第1963頁参照)。多様な細孔直径範囲に対して細孔容積を測定するために、CClとパラフィンの混合物によって定義されたCCl蒸気圧が設定された。
油分析: 油の色値(ロビボンド法)はAOCS Cc 13b−45に従って測定された。クロロフィルAの測定はAOCS Cc 13d−55に従って行われた。
水分含有率: 105℃における水分含有率がDIN/ISO−787/2の方法を使用して乾燥器内における2時間の乾燥によって測定された。
ダイオキシン分析: ダイオキシン/ジベンゾフランの測定は適宜な研究所において実施された。評価はWHO方法(2002年8月6日付の第45年度EU公報L209/5−L209/14参照)によって行われた。ダイオキシンの分析は下記のように実施された:
試料を8.5重量%の湿度に調整する。特定の試料がその高さの湿度に調節できない場合、空調器内で最も高い湿度に調節する。
次に約30ないし50gの試料に溶媒としてトルエンを有する内標準混合物を添加した後、ASE(高速ソックスレー抽出)によって140℃および80バールにおいて25分間抽出する。抽出物をシリカゲル混合物(22%のNaOHシリカ、中性シリカ、44%のHSOシリカ)上で浄化し、続いて酸化アルミニウムのクロマトグラフィ分離が行われる。
以下に記す回収標準液を付加した後アルミニウム酸塩溶液からの溶出液を窒素流内で所要の最終容積に縮小し、続いて高解像度ガスクロマトグラフィ(低温気化による注入、酸:DBダイオキシン)および高解像度質量分光分析(電子交換イオン化、塩化レベル毎に2イオン(負および内標準))を使用して17個のダイオキシンタイプ(PCDD/PCDF)について測定する。定量化は同位体希釈分析によって行われた。
以下の指標化された13C12内標準物が使用された:
2378−TCDD
12378−PeCDD
123678−HxCDD
1234678−HpCDD
OCDD
2378−TCDF
23478−PeCDF
123678−HxCDF
123789−HxCDF
1234678−HpCDF
OCDF
以下の回収標準物が使用された:
37C14−2378−TCDD
13C12−1234789−HpCDF
以下に記述する説明の目的の例および比較例において次の粘土特性が使用された:
粘土1:
米国ジョージア州地域産出のアタパルジャイトおよびモンモリロナイトからなる天然粘土混合物:
細孔容積: 0.24ml/g
比表面積: 154m/g
ダイオキシン含有率 :6.6ng I−TEQ/kg
粘土2:
メキシコ産連鎖構造粘土(Hormit):
細孔容積: 0.26ml/g
比表面積: 176m/g
ダイオキシン含有率 :5.4ng I−TEQ/kg
粘土3:
HClによって活性化されたモンモリロナイト(漂白土):
細孔容積: 0.35ml/g
比表面積: 244m/g
ダイオキシン含有率 :9.4ng I−TEQ/kg
粘土4:
トルコ産モンモリロナイト:
細孔容積: 0.15ml/g
比表面積: 115m/g
ダイオキシン含有率 :6.5ng I−TEQ/kg
比較例
粘土1からの漂白土の製造
湿った生粘土1を15ないし20重量%の湿度まで乾燥させ、回転粉砕機によって粉砕した後8重量%の最終湿度まで乾燥させる。100gの得られた粉末を309gの水および2.88gのHSO(濃度96%)とビーカ内で完全に混合した。得られた混合物を110℃で9重量%の水分含有量に乾燥させ、続いて典型的な漂白土粒度(乾燥篩い残留物(TSR)>63μ=29%)に粉砕した。
このようにして得られた漂白土のダイオキシン濃度は6.4ng I−TEQ/kgと測定された。
例1
アタパルジャイト/モンモリロナイト(粘土1)からのダイオキシン除去
湿った生粘土1を15ないし20重量%の水分含有率まで乾燥させ、その後回転粉砕機によって粉砕した。得られた粉末を均等に分割し、それぞれを150、300、400、450、500および600℃の温度で1時間処理した。熱処理の後無水状態となっている材料を空調室内で30℃および80%の湿度で8ないし9%の水分含有率まで再水化した。600℃で加熱した試料は、再水化に際して7.7重量%の水分含有率までしか到達しなかった。
以下の表Iに得られた試料のWHO方法によって測定されたダイオキシン濃度が示されている。
Figure 2008506614
表Iによれば、200℃超の温度からダイオキシンが低減され、300℃超の温度からはダイオキシンが大幅に低減され、450℃においてFEDIOLによって推奨された1ng I−TEQ/kgの限界値に到達することが示されている。ここで今一度、この数値は再水化後に始めて測定可能であることに留意すべきである(表Iの右列)。これに対して、乾燥(か焼)し再水化されていない材料(左列)の分析は全て異常に低い数値を示している。
例2
連鎖構造粘土(粘土2)からのダイオキシン除去
原材料(メキシコ産連鎖構造粘土)を例1と同様に処理した。ここで得られたデータを表IIに記した。
Figure 2008506614
表IIによって、300℃超の温度からは大幅なダイオキシンおよびフランの低下が達成され、400℃で1ng I−TEQ/kgを下回ることが示されている。
例3
漂白土(粘土3)からのダイオキシン除去
スラリ処理によって塩酸活性化されたモンモリロナイトからなる原材料を125℃および500℃の温度において例1と同様に処理して分析した。得られたデータを表IIIに記した。
Figure 2008506614
例4
モンモリロナイト(粘土4)からのダイオキシン除去
原材料(モンモリロナイト)を125℃および500℃の温度において例1と同様に処理して分析した。得られたデータを表IVに記した。
Figure 2008506614
例5
硫酸によるアタパルジャイト/モンモリロナイト混合物の活性化による漂白土の製造
500℃でか焼された例1の生成物を水分と混合した後4%のHSOで活性化した。このため100gのか焼された粉末を250gの水分および4.17gのHSO(濃度96%)とビーカ内で完全に混錬した。得られた混合物を110℃で9重量%の水分含有率まで乾燥させ、続いて漂白土粒度に粉砕した(63μmの篩上において乾燥篩い残留物が20ないし40重量%;25μmの篩上において乾燥篩い残留物が50ないし65重量%)。
例6
モンモリロナイト(粘土4)の酸活性化による漂白土の製造
例4の生成物を水および塩酸と混合した。このため100gの500℃の温度下でか焼された粉末を300gの水および112.5gのHCl(濃度32%)と共に丸管内で混合し還流を使用しながら6時間活性化した。懸濁液をろ過し、ろ過ケークを0.1%未満の塩化物含有率まで洗浄し、9.5%の水分含有率まで乾燥させ、続いて漂白土粒度に粉砕した。
適用例
菜種油の漂白
粘性を低下させ酸除去した菜種油を0.73重量%の漂白土によって110℃の温度下および30ミリバールの圧力下で30分間漂白した。その後漂白土をろ過除去し、油の色値をロビボンド法によって51/4″のキュベット内で測定した。表Vに漂白結果が記されている:
Figure 2008506614
表Vにより、例5および例6の本発明に係る製品が比較例の製品と比べてより良好な脱色作用(赤の色値およびクロロフィルA)を有することが示されている。
酸活性化されたスメクタイトの製品タイプ(例3、6およびジュート−ヒェミー社から市販されている高活性漂白土、Tonsil Optimum(登録商標) 210FF)において、本発明に係る方式によって少なくとも従来の技術によるものに匹敵する漂白結果が得られる。

Claims (12)

  1. 化合物を約125℃ないし650℃の温度に加熱することを特徴とする、少なくとも1つのダイオキシンを含んだ生粘土あるいはダイオキシンを含んだ漂白土を有する化合物のダイオキシン濃度の低減方法。
  2. 化合物はダイオキシンを含んだ漂白土またはダイオキシンを含んだ生粘土であることを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 化合物を約300ないし600℃、特に400ないし600℃の温度領域に加熱することを特徴とする請求項1または2記載の方法。
  4. ダイオキシン濃度の低い、少なくとも1つのダイオキシンを含んだ生粘土あるいはダイオキシンを含んだ漂白土を有する化合物を製造するための、請求項1ないし3のいずれかに記載の方法。
  5. 加熱の後に約3.0ないし14重量%、好適には約5.0ないし11重量%、特に好適には7.0ないし10重量%の湿分含有率になるまで再水化を行うことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の方法。
  6. 化合物に対して加熱後、好適には必要に応じて行われる再水化の前に、酸処理を施すことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の方法。
  7. 酸処理は少なくとも1つの有機あるいは無機酸によって行うことを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の方法。
  8. 酸処理は自然活性の生粘土あるいは漂白土において1ないし10重量%の酸で、非自然活性の生粘土においては20ないし70重量%の酸、特に無機酸を使用して行うことを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の方法。
  9. 使用されるダイオキシンを含んだ生粘土あるいはダイオキシンを含んだ漂白土は50m/g超の比表面積および0.1ml/g超の細孔容積を有することを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の方法。
  10. 酸処理に使用する無機酸は塩酸、硫酸および/または燐酸から選択し、酸処理に使用する有機酸はクエン酸および/または蓚酸とすることを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の方法。
  11. 酸処理に際して化合物を加熱後、特に加熱の直後に直接酸と接触させることを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の方法。
  12. 酸処理に際して化合物を加熱後、特に加熱の直後に懸濁物(スラリ)として酸と接触させることを特徴とする請求項1ないし11のいずれかに記載の方法。
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