JP2010235454A - Method of recovering and reusing n-oxyl compound - Google Patents

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Shoichi Miyawaki
正一 宮脇
Shiho Katsukawa
志穂 勝川
Yutaka Abe
裕 阿部
Yuko Iijima
夕子 飯嶋
Akira Isogai
明 磯貝
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of simply and efficiently recovering an N-oxyl compound at a low cost from waste water after the oxidation treatment of a cellulose-based raw material containing inorganic salts, a water soluble organic substance, the N-oxyl compound and the like. <P>SOLUTION: The waste water produced in oxidizing a cellulose-based raw material in the presence of an N-oxyl compound and a bromide and/or an iodide with the use of an oxidizing agent is brought into contact with a supercritical carbon dioxide fluid to extract the N-oxyl compound from the waste water. The extracted N-oxyl compound can be also reused in the oxidation of the cellulose-based raw material. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、N−オキシル化合物をセルロース酸化触媒として利用する酸化セルロース製造工程で発生した排水中から高価なN−オキシル化合物を効率良く回収・再利用する方法に関する。   The present invention relates to a method for efficiently recovering and reusing an expensive N-oxyl compound from wastewater generated in an oxidized cellulose production process using an N-oxyl compound as a cellulose oxidation catalyst.

セルロース系原料を触媒量のN−オキシル化合物と塩素系酸化剤共存下で処理することでセルロースの一級水酸基をカルボキシル基およびアルデヒド基へと酸化できることが知られている(非特許文献1)。   It is known that a primary hydroxyl group of cellulose can be oxidized into a carboxyl group and an aldehyde group by treating a cellulose-based raw material in the presence of a catalytic amount of an N-oxyl compound and a chlorine-based oxidant (Non-patent Document 1).

この酸化セルロース製造技術に用いられる触媒であるN−オキシル化合物は、非常に高価であるため、反応終了後の排水から回収して再利用することが望ましい。しかしながら、排水からN−オキシル化合物を回収して再利用する方法については、これまで報告されていない。   The N-oxyl compound, which is a catalyst used in this oxidized cellulose production technology, is very expensive, so it is desirable to recover and reuse it from the waste water after completion of the reaction. However, a method for recovering and reusing N-oxyl compounds from wastewater has not been reported so far.

Saito, T., et al., Cellulose Commun., 14 (2), 62 (2007)Saito, T., et al., Cellulose Commun., 14 (2), 62 (2007)

N−オキシル化合物のように水および有機溶媒両方に溶解する両親媒性で揮発性が低く、低分子量の有機分子触媒を回収する一般的な方法としては、抽出や吸着などが考えられる。しかしながら、ヘキサンなどの有機溶剤による液液抽出では、抽出処理後の排水へ溶剤が残留するため、環境面での懸念があり、また、有機溶剤を回収するための別工程が必要となるためコストもかかる。また、疎水性合成樹脂などを用いて触媒を選択的に吸着・回収する方法では、樹脂表面に吸着した触媒を脱着する際に有機溶剤を用いるため、先の液液抽出同様、環境面に懸念があり、コストもかかる。   As a general method for recovering a low molecular weight organic molecular catalyst which is amphiphilic and low in volatility dissolved in both water and an organic solvent, such as an N-oxyl compound, extraction and adsorption can be considered. However, liquid-liquid extraction using an organic solvent such as hexane causes environmental concerns because the solvent remains in the wastewater after the extraction process, and requires a separate process for recovering the organic solvent. It also takes. In addition, the method of selectively adsorbing and recovering a catalyst using a hydrophobic synthetic resin or the like uses an organic solvent when desorbing the catalyst adsorbed on the resin surface. And costly.

別の方法として、排水中に含まれる触媒以外の成分、例えば無機塩類などを、イオン交換樹脂を充填した脱塩塔などを用いて除去することにより、触媒を濃縮して再利用することが考えられる。しかしながら、この方法では、イオン交換樹脂の再生を行なう際に、多量の無機イオン類、再生薬品、及び有機成分を含む排液が生じ、別途排液を処理するための工程が必要となるため、手間と経費がかかる。   As another method, it may be possible to concentrate and reuse the catalyst by removing components other than the catalyst contained in the wastewater, such as inorganic salts, using a desalting tower filled with an ion exchange resin. It is done. However, in this method, when regenerating the ion exchange resin, a large amount of inorganic ions, regenerative chemicals, and drainage containing organic components are generated, and a separate process for treating the drainage is required. It takes time and money.

以上のことを鑑み、本発明は、無機塩類、水溶性有機物、及びN−オキシル化合物などを含有するセルロース系原料の酸化処理後の排水から、N−オキシル化合物を、低コストで簡便に、効率良く回収する方法を提供することを目的とする。   In view of the above, the present invention provides an N-oxyl compound from a wastewater after oxidation treatment of a cellulose-based raw material containing inorganic salts, a water-soluble organic substance, an N-oxyl compound, etc., at low cost, simply and efficiently. The object is to provide a method of recovering well.

本発明者らは、鋭意検討した結果、セルロース系原料の酸化処理後の排水を、超臨界二酸化炭素流体と接触させて超臨界二酸化炭素流体中にN−オキシル化合物を抽出することにより、効率的かつ簡便にN−オキシル化合物を回収できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies, the inventors of the present invention made efficient by extracting the N-oxyl compound into the supercritical carbon dioxide fluid by contacting the wastewater after the oxidation treatment of the cellulosic raw material with the supercritical carbon dioxide fluid. And it discovered that N-oxyl compound could be collect | recovered easily and came to complete this invention.

本発明では、超臨界二酸化炭素流体をN−オキシル化合物を含む排水に接触させることにより、高価なN−オキシル化合物を選択的に回収することができる。使用される二酸化炭素は、もともと自然界に存在し、安全でかつ経済的な物質である。また、二酸化炭素が超臨界状態に変化する温度及び圧力、すなわち臨界点は、比較的低温かつ低圧であるため、簡便に超臨界状態を得ることができる。   In the present invention, the expensive N-oxyl compound can be selectively recovered by bringing the supercritical carbon dioxide fluid into contact with the waste water containing the N-oxyl compound. The carbon dioxide used is a safe and economical substance that originally exists in nature. Further, since the temperature and pressure at which carbon dioxide changes to a supercritical state, that is, the critical point is relatively low temperature and low pressure, the supercritical state can be easily obtained.

水に溶存した有機物質を超臨界二酸化炭素流体を用いて抽出することはこれまでにも行なわれてきたが、この技術を採用してセルロース系原料の酸化により生じる排水から実際にN−オキシル化合物を抽出したのは、本願が初めてである。セルロース系原料の酸化の際に用いられるN−オキシル化合物は、安定なラジカルを生じる化合物の一種ではあるが、これまで超臨界二酸化炭素流体により抽出されてきた一般的な有機物質に比べれば、極めて不安定な物質であるため、超臨界二酸化炭素流体での処理時に分解し、あるいは排水中の他の成分と反応することにより変性することが懸念され、また、酸化触媒としての能力を失うのではないかと予想された。本発明の超臨界二酸化炭素流体による抽出処理によって、未変性で触媒能のあるN−オキシル化合物を回収できたことは、非常に意外な結果であった。   Extraction of organic substances dissolved in water using supercritical carbon dioxide fluid has been performed so far, but this technology is used to actually extract N-oxyl compounds from wastewater generated by oxidation of cellulosic raw materials. This is the first time that has been extracted. The N-oxyl compound used in the oxidation of cellulosic raw materials is a kind of compound that generates stable radicals, but it is extremely different from general organic substances that have been extracted with supercritical carbon dioxide fluids so far. Because it is an unstable substance, there is a concern that it will be decomposed during processing with supercritical carbon dioxide fluid or modified by reacting with other components in wastewater, and it will lose its ability as an oxidation catalyst. I was expected. It was a surprising result that an unmodified and catalytic N-oxyl compound could be recovered by the extraction process using the supercritical carbon dioxide fluid of the present invention.

本発明は、N−オキシル化合物を用いたセルロース系原料の酸化により生じる排水からN−オキシル化合物を回収し、再利用する方法であって、臭化物及び/またはヨウ化物、塩化ナトリウム、酸化剤、パルプ由来の水溶性多糖類などを不純物として含有するN−オキシル化合物を、超臨界二酸化炭素と接触させることにより、該超臨界二酸化炭素中にN−オキシル化合物を抽出することを特徴とするものである。   The present invention is a method for recovering and reusing an N-oxyl compound from wastewater generated by oxidation of a cellulosic raw material using an N-oxyl compound, and comprising bromide and / or iodide, sodium chloride, an oxidizing agent, pulp The N-oxyl compound containing a water-soluble polysaccharide derived therefrom as an impurity is brought into contact with the supercritical carbon dioxide, thereby extracting the N-oxyl compound into the supercritical carbon dioxide. .

(N−オキシル化合物を用いたセルロース系原料の酸化)
本発明において、超臨界二酸化炭素流体と接触させる排水としては、N−オキシル化合物、並びに臭化物及び/またはヨウ化物の存在下で、酸化剤を用いセルロース系原料を酸化する反応から生じた排水を用いることができる。
(Oxidation of cellulosic material using N-oxyl compound)
In the present invention, as wastewater to be brought into contact with the supercritical carbon dioxide fluid, wastewater generated from a reaction of oxidizing a cellulosic raw material using an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and bromide and / or iodide is used. be able to.

セルロース系原料の酸化の際に用いられ、かつ本発明により抽出することのできるN−オキシル化合物としては、下記一般式(式1)で示される物質が挙げられる。   Examples of the N-oxyl compound that is used in the oxidation of the cellulosic raw material and can be extracted according to the present invention include substances represented by the following general formula (formula 1).

Figure 2010235454
Figure 2010235454

(式1中、R1〜R4は同一又は異なる炭素数1〜4程度のアルキル基を示す。)
式1で表される化合物のうち、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−オキシラジカル(以下TEMPOと称する)及び4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−オキシラジカル(以下、4−ヒドロキシTEMPOと称する)を発生する化合物が好ましい。また、下記式2〜4のいずれかで表されるN−オキシル化合物のラジカル、すなわち、4−ヒドロキシTEMPOの水酸基をアルコールでエーテル化、またはカルボン酸若しくはスルホン酸でエステル化し、適度な疎水性を付与した4−ヒドロキシTEMPO誘導体は、安価であり、かつ均一な酸化セルロースを得ることができるため、セルロース系原料の酸化に好ましく用いることができ、また、本発明の方法により効率よく回収することができる。
(In Formula 1, R 1 to R 4 represent the same or different alkyl groups having about 1 to 4 carbon atoms.)
Among the compounds represented by Formula 1, 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-oxy radical (hereinafter referred to as TEMPO) and 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-1 A compound that generates a piperidine-oxy radical (hereinafter referred to as 4-hydroxy TEMPO) is preferable. In addition, the radical of the N-oxyl compound represented by any one of the following formulas 2 to 4, that is, the hydroxyl group of 4-hydroxy TEMPO is etherified with alcohol, or esterified with carboxylic acid or sulfonic acid, and has an appropriate hydrophobicity. The imparted 4-hydroxy TEMPO derivative is inexpensive and can obtain uniform oxidized cellulose, so that it can be preferably used for oxidation of cellulosic raw materials, and can be efficiently recovered by the method of the present invention. it can.

Figure 2010235454
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Figure 2010235454
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Figure 2010235454
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(式2〜4中、Rは炭素数4以下の直鎖又は分岐状炭素鎖である。)
さらに、下記式5で表されるN−オキシル化合物のラジカル、すなわち、アザアダマンタン型ニトロキシラジカルも、4−ヒドロキシTEMPO誘導体と同様の理由から、好ましい。
(In formulas 2 to 4, R is a linear or branched carbon chain having 4 or less carbon atoms.)
Further, a radical of an N-oxyl compound represented by the following formula 5, that is, an azaadamantane type nitroxy radical is also preferable for the same reason as the 4-hydroxy TEMPO derivative.

Figure 2010235454
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(式5中、R5及びR6は、同一又は異なる水素又はC1〜C6の直鎖若しくは分岐鎖アルキル基を示す。)
セルロース系原料の酸化の際に用いられるN−オキシル化合物の使用量は、一般的に、絶乾1gのセルロース系原料に対して、0.01〜10mmol、好ましくは0.01〜1mmol、さらに好ましくは0.05〜0.5mmol程度である。
(In Formula 5, R 5 and R 6 represent the same or different hydrogen or a C 1 to C 6 linear or branched alkyl group.)
The amount of the N-oxyl compound used in the oxidation of the cellulosic material is generally 0.01 to 10 mmol, preferably 0.01 to 1 mmol, more preferably with respect to 1 g of the cellulosic material. Is about 0.05 to 0.5 mmol.

セルロース系原料の酸化の際に用いられる臭化物またはヨウ化物としては、水中で解離してイオン化可能な化合物、例えば、臭化アルカリ金属やヨウ化アルカリ金属などが挙げられる。臭化物またはヨウ化物は、一般的に、絶乾1gのセルロース系原料に対して、0.1〜100mmol、好ましくは0.1〜10mmol、さらに好ましくは0.5〜5mmol程度の量で用いられる。   Examples of the bromide or iodide used in oxidizing the cellulosic material include compounds that can be dissociated and ionized in water, such as alkali metal bromide and alkali metal iodide. In general, bromide or iodide is used in an amount of about 0.1 to 100 mmol, preferably 0.1 to 10 mmol, and more preferably about 0.5 to 5 mmol with respect to 1 g of cellulosic raw material.

セルロース系原料の酸化の際に用いられる酸化剤としては、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸またはそれらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物などが挙げられる。中でも、安価で環境負荷の少ない次亜塩素酸ナトリウムが、生産コストの観点から、特に好ましく用いられる。酸化剤は、一般的に、絶乾1gのセルロース系原料に対して、0.5〜500mmol、好ましくは0.5〜50mmol、さらに好ましくは2.5〜25mmol程度の量で用いられる。   Examples of the oxidizing agent used in oxidizing the cellulosic raw material include halogen, hypohalous acid, halous acid, perhalogen acid or salts thereof, halogen oxide, peroxide and the like. Among these, sodium hypochlorite, which is inexpensive and has a low environmental load, is particularly preferably used from the viewpoint of production cost. The oxidizing agent is generally used in an amount of about 0.5 to 500 mmol, preferably 0.5 to 50 mmol, and more preferably about 2.5 to 25 mmol with respect to 1 g of the absolutely dry cellulosic raw material.

N−オキシル化合物、並びに臭化物及び/またはヨウ化物の存在下で酸化剤を用いて酸化されるセルロース系原料としては、特に限定されないが、各種木材由来のクラフトパルプ又はサルファイトパルプ、それらを高圧ホモジナイザーやミル等で粉砕した粉末セルロース、あるいはそれらを酸加水分解などの化学処理により精製した微結晶セルロース粉末などが用いられる他、ケナフ、麻、イネ、バカス、竹等の植物が用いられることもある。このうち、漂白済みクラフトパルプ、漂白済みサルファイトパルプ、粉末セルロース、または微結晶セルロース粉末は、量産化やコストの観点から好ましく用いられる。   Cellulosic raw materials that are oxidized using an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and bromide and / or iodide are not particularly limited. In addition to powdered cellulose pulverized with a slab or mill, or microcrystalline cellulose powder purified by chemical treatment such as acid hydrolysis, plants such as kenaf, hemp, rice, bacus, bamboo, etc. may be used. . Among these, bleached kraft pulp, bleached sulfite pulp, powdered cellulose, or microcrystalline cellulose powder is preferably used from the viewpoint of mass production and cost.

N−オキシル化合物、並びに臭化物及び/またはヨウ化物の存在下で酸化剤を用いて行なわれるセルロース系原料の酸化は、一般的に、15〜30℃程度の室温で、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液を添加することにより、反応液のpHを9〜12、好ましくは10〜11程度に維持しながら、0.5〜4時間程度の反応時間で行なわれる。   The oxidation of the cellulosic raw material performed using an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and bromide and / or iodide is generally alkaline, such as an aqueous sodium hydroxide solution, at a room temperature of about 15 to 30 ° C. By adding the solution, the reaction is carried out at a reaction time of about 0.5 to 4 hours while maintaining the pH of the reaction solution at 9 to 12, preferably about 10 to 11.

得られた酸化パルプにおけるカルボキシル基量は、酸化パルプの0.5質量%スラリーを60ml調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定し、電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a)から、下式を用いて算出することができる。   The amount of carboxyl groups in the resulting oxidized pulp was prepared by adding 60 ml of a 0.5% by mass slurry of oxidized pulp, adding 0.1M hydrochloric acid aqueous solution to pH 2.5, and then dropping 0.05N aqueous sodium hydroxide solution dropwise. Then, the electrical conductivity is measured until the pH reaches 11, and the amount of sodium hydroxide consumed in the neutralization step of the weak acid whose change in electrical conductivity is gradual can be calculated using the following equation. it can.

カルボキシル基量[mmol/gパルプ]= a[ml]× 0.05/酸化パルプ質量[g]
(セルロース系原料の酸化の際に生じる排水)
本発明では、上記のN−オキシル化合物、並びに臭化物及び/またはヨウ化物の存在下で、酸化剤を用いてセルロース系原料を酸化した際に発生した排水から、N−オキシル化合物を回収する。この排水は、セルロース系原料の酸化反応を終了した後に、反応液を濾過するなどして、酸化されたセルロースを取り除くことにより、得ることができる。
Amount of carboxyl group [mmol / g pulp] = a [ml] × 0.05 / oxidized pulp mass [g]
(Drainage generated during oxidation of cellulosic materials)
In this invention, an N-oxyl compound is collect | recovered from the waste_water | drain generate | occur | produced when oxidizing a cellulose raw material using an oxidizing agent in presence of said N-oxyl compound and bromide and / or iodide. This drainage can be obtained by removing the oxidized cellulose by, for example, filtering the reaction solution after the oxidation reaction of the cellulose-based raw material is completed.

上記のN−オキシル化合物、並びに臭化物及び/またはヨウ化物の存在下で、酸化剤を用いてセルロース系原料を酸化した際に発生した排水には、N−オキシル化合物の他に、臭化物及び/またはヨウ化物、塩化ナトリウム、酸化剤、パルプ由来の水溶性多糖類などの不純物が含まれると考えられる。   In addition to the N-oxyl compound, bromine and / or in addition to the N-oxyl compound, the wastewater generated when the cellulosic material is oxidized with an oxidizing agent in the presence of the N-oxyl compound and bromide and / or iodide. Impurities such as iodide, sodium chloride, oxidant, and pulp-derived water-soluble polysaccharide are considered to be contained.

(超臨界二酸化炭素流体による排水の処理)
本発明において超臨界二酸化炭素流体(超臨界二酸化炭素とも呼ぶ)とは、超臨界状態にある二酸化炭素、すなわち、温度31.1℃以上かつ圧力7.38MPa以上の条件下にある二酸化炭素を指す。
(Treatment of wastewater with supercritical carbon dioxide fluid)
In the present invention, the supercritical carbon dioxide fluid (also referred to as supercritical carbon dioxide) refers to carbon dioxide in a supercritical state, that is, carbon dioxide under a temperature of 31.1 ° C. or higher and a pressure of 7.38 MPa or higher. .

本発明では、上記セルロース系原料の酸化により生じた排水を超臨界二酸化炭素流体に接触させることにより、超臨界二酸化炭素流体中に、N−オキシル化合物を抽出する。本発明の方法によりN−オキシル化合物を効率良く回収できる理由について、詳細は不明であるが、超臨界二酸化炭素はN−オキシル化合物の良溶媒のひとつであるヘキサンと同程度の極性を有しており、かつ、排水中に拡散し易く、排水と均一に混合し易いため、排水中に溶存するN−オキシル化合物を効率良くかつ優先的に抽出すると推察される。   In the present invention, the N-oxyl compound is extracted from the supercritical carbon dioxide fluid by bringing wastewater generated by the oxidation of the cellulose-based raw material into contact with the supercritical carbon dioxide fluid. The reason why the N-oxyl compound can be efficiently recovered by the method of the present invention is unknown in detail, but supercritical carbon dioxide has the same degree of polarity as hexane, which is one of the good solvents for the N-oxyl compound. In addition, it is presumed that the N-oxyl compound dissolved in the wastewater is extracted efficiently and preferentially because it easily diffuses into the wastewater and easily mixes with the wastewater.

本発明は、水溶性の無機物質および高分子物質とN−オキシル化合物との超臨界二酸化炭素に対する溶解度の違いを利用してN−オキシル化合物を選択的に抽出し、再利用することを特徴としている。超臨界点付近の超臨界二酸化炭素を用いると、N−オキシル化合物を効率よく抽出できるので好ましい。例えば、超臨界二酸化炭素の圧力は、8〜50MPaが好ましく、10〜20MPaがより好ましい。また、接触温度は、35〜95℃が好ましく、40℃〜80℃がより好ましい。   The present invention is characterized in that the N-oxyl compound is selectively extracted and reused by utilizing the difference in solubility in supercritical carbon dioxide between the water-soluble inorganic substance and polymer substance and the N-oxyl compound. Yes. It is preferable to use supercritical carbon dioxide near the supercritical point because the N-oxyl compound can be extracted efficiently. For example, the pressure of supercritical carbon dioxide is preferably 8 to 50 MPa, and more preferably 10 to 20 MPa. The contact temperature is preferably 35 to 95 ° C, more preferably 40 to 80 ° C.

排水と超臨界二酸化炭素との接触処理は、ステンレス製の抽出容器などに排水を入れ、超臨界二酸化炭素を供給して排水と接触させることなどにより行なうことができる。超臨界二酸化炭素による処理の条件は任意に設定することができる。また、超臨界二酸化炭素による処理は、バッチ式で行なっても連続式で行ってもよく、適宜選択すればよい。   The contact treatment between the waste water and the supercritical carbon dioxide can be performed by putting the waste water into an extraction vessel made of stainless steel, etc., supplying supercritical carbon dioxide and bringing it into contact with the waste water. The conditions for the treatment with supercritical carbon dioxide can be arbitrarily set. Further, the treatment with supercritical carbon dioxide may be performed batchwise or continuously, and may be appropriately selected.

上記の接触処理の後、二酸化炭素の圧力を常圧に戻すことにより、N−オキシル化合物を含有する抽出液を得ることができる。   After the above contact treatment, the extract containing the N-oxyl compound can be obtained by returning the pressure of carbon dioxide to normal pressure.

(N−オキシル化合物の再利用)
本発明により、超臨界二酸化炭素を用いて抽出・回収されたN−オキシル化合物を含む抽出液は、無機塩類や高分子物質といった不純物の濃度が低く、また、酸化触媒能を保持しているN−オキシル化合物を比較的高濃度で含んでいるため、セルロース系原料の酸化における酸化触媒の全部又は一部として、N−オキシル化合物の更なる精製・抽出などの操作を特に行なうことなく、そのまま再利用することができる。
(Reuse of N-oxyl compounds)
According to the present invention, an extract containing an N-oxyl compound extracted and recovered using supercritical carbon dioxide has a low concentration of impurities such as inorganic salts and polymer substances, and also retains oxidation catalytic ability. -Since the oxyl compound is contained at a relatively high concentration, it can be directly reused as a whole or a part of the oxidation catalyst in the oxidation of the cellulosic raw material without any further purification / extraction operation of the N-oxyl compound. Can be used.

次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、以下の実施例は、本発明の好適な例を具体的に説明したものであり、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。   Next, the present invention will be specifically described based on examples. The following examples are specific examples of the present invention, and the present invention is not limited to these examples. Is not to be done.

(セルロース系原料の酸化)
針葉樹由来の漂白済み未叩解サルファイトパルプ(日本製紙ケミカル社、カルボキシル基量:0.003mmol/g)5g(絶乾)を2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシラジカル(TEMPO)78mg(0.5mmol)と臭化ナトリウム754mg(7mmol)を溶解した水溶液500mlに加え、パルプが均一に分散するまで攪拌した。次いで、次亜塩素酸ナトリウム水溶液(2mol/l)12.5mlを添加した後、0.5N塩酸水溶液でpHを10.3に調整し、酸化反応を開始した。反応中は系内のpHは低下するが、0.5N水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整しながら2時間反応させた。ガラスフィルターを用いて酸化パルプを濾別した。酸化パルプのカルボキシル基量は1.35mmol/gであった。
(Oxidation of cellulosic materials)
Bleached unbeaten sulfite pulp (Nippon Paper Chemical Co., Ltd., carboxyl group content: 0.003 mmol / g) 5 g (absolutely dried) derived from coniferous tree is 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxy The solution was added to 500 ml of an aqueous solution in which 78 mg (0.5 mmol) of radical (TEMPO) and 754 mg (7 mmol) of sodium bromide were dissolved, and stirred until the pulp was uniformly dispersed. Subsequently, 12.5 ml of an aqueous sodium hypochlorite solution (2 mol / l) was added, and then the pH was adjusted to 10.3 with a 0.5N aqueous hydrochloric acid solution to start the oxidation reaction. During the reaction, the pH in the system was lowered, but a 0.5N sodium hydroxide aqueous solution was successively added and reacted for 2 hours while adjusting the pH to 10. The oxidized pulp was filtered off using a glass filter. The carboxyl group content of the oxidized pulp was 1.35 mmol / g.

酸化パルプを濾別した後の濾液を以下の実施例においてTEMPOを含む排水として用いた。   The filtrate after separating the oxidized pulp was used as wastewater containing TEMPO in the following examples.

1000mlのステンレス製抽出容器に前記排水500mlを入れ、40℃に加温した後、二酸化炭素を供給して20MPaまで加圧し、超臨界状態とした。排水と超臨界二酸化炭素とを同条件下で2時間接触させた後、超臨界二酸化炭素流体を回収した。二酸化炭素の圧力を常圧に戻し、得られた抽出液中のTEMPOの量を高速液体クロマトグラフィーで定量した(カラム:Nucleosil C-18〔15cm〕、溶離液:アセトニトリル/水=30/70、流速1.5ml/min、検出波長240nm)。また、ステンレス製容器に残る排水中のTEMPOの量を同様に測定した。その結果、TEMPOの回収率(すなわち、排水中に含まれていたTEMPOのうち、抽出液中に抽出されたTEMPOの割合)は82%であった。   500 ml of the waste water was put into a 1000 ml stainless steel extraction vessel and heated to 40 ° C., then carbon dioxide was supplied and pressurized to 20 MPa to obtain a supercritical state. After contacting the wastewater and supercritical carbon dioxide for 2 hours under the same conditions, the supercritical carbon dioxide fluid was recovered. The pressure of carbon dioxide was returned to normal pressure, and the amount of TEMPO in the obtained extract was quantified by high performance liquid chromatography (column: Nucleosil C-18 [15 cm], eluent: acetonitrile / water = 30/70, (Flow rate 1.5 ml / min, detection wavelength 240 nm). Further, the amount of TEMPO in the waste water remaining in the stainless steel container was measured in the same manner. As a result, the recovery rate of TEMPO (that is, the ratio of TEMPO extracted in the extract from the TEMPO contained in the waste water) was 82%.

排水と超臨界二酸化炭素との接触を80℃で行なった以外は実施例1と同様にしてTEMPOを抽出した。TEMPOの回収率は87%であった。   TEMPO was extracted in the same manner as in Example 1 except that the contact between the waste water and supercritical carbon dioxide was performed at 80 ° C. The recovery rate of TEMPO was 87%.

臭化ナトリウム754mg(7mmol)を溶解した水溶液500mlに、実施例1で回収したTEMPOを含む抽出液50ml(0.42mmolのTEMPOを含有する)を加え、ここに、針葉樹由来の漂白済みの未叩解サルファイトパルプ(日本製紙ケミカル社製、カルボキシル基量:0.003mmol/g)5g(絶乾)を加えて、パルプが均一に分散するまで攪拌した。次いで、2M次亜塩素酸ナトリウム水溶液を12.5ml(25mmol)添加した後、0.5N塩酸水溶液でpHを10.3に調整し、酸化反応を開始した。反応中、系内のpHは低下するが、0.5N水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整しながら、2時間反応させた。反応終了後、パルプをガラスフィルターで濾別し、十分に水洗して酸化パルプを得た。酸化パルプのカルボキシル基量は1.11mmol/gであった。   50 ml of an extract containing TEMPO recovered in Example 1 (containing 0.42 mmol of TEMPO) was added to 500 ml of an aqueous solution in which 754 mg (7 mmol) of sodium bromide was dissolved. 5 g (absolutely dry) of sulfite pulp (manufactured by Nippon Paper Chemical Co., Ltd., carboxyl group amount: 0.003 mmol / g) was added and stirred until the pulp was uniformly dispersed. Next, 12.5 ml (25 mmol) of 2M aqueous sodium hypochlorite solution was added, and then the pH was adjusted to 10.3 with 0.5N aqueous hydrochloric acid solution to start the oxidation reaction. During the reaction, the pH in the system was lowered, but a 0.5N sodium hydroxide aqueous solution was sequentially added and reacted for 2 hours while adjusting the pH to 10. After completion of the reaction, the pulp was filtered off with a glass filter and sufficiently washed with water to obtain oxidized pulp. The amount of carboxyl groups in the oxidized pulp was 1.11 mmol / g.

実施例1で回収したTEMPOを含む抽出液の代わりに、実施例2で回収したTEMPOを含む抽出液(0.44mmolのTEMPOに相当する)を用いた以外は実施例3と同様の操作を行ない、酸化パルプを得た。酸化パルプのカルボキシル基量は、1.23mmol/gであった。   The same operation as in Example 3 was performed except that the extract containing TEMPO recovered in Example 2 (corresponding to 0.44 mmol of TEMPO) was used instead of the extract containing TEMPO recovered in Example 1. An oxidized pulp was obtained. The amount of carboxyl groups in the oxidized pulp was 1.23 mmol / g.

Claims (4)

(1)N−オキシル化合物、及び(2)臭化物、ヨウ化物若しくはこれらの混合物からなる群から選択される化合物の存在下で、酸化剤を用いセルロース系原料を酸化する際に発生した排水からN−オキシル化合物を回収する方法であって、排水を超臨界二酸化炭素流体に接触させることにより排水からN−オキシル化合物を抽出することを特徴とするN−オキシル化合物の回収方法。 (1) N-oxyl compound, and (2) N from wastewater generated when oxidizing a cellulosic raw material using an oxidizing agent in the presence of a compound selected from the group consisting of bromide, iodide or a mixture thereof. -A method for recovering an oxyl compound, wherein the N-oxyl compound is extracted from wastewater by bringing the wastewater into contact with a supercritical carbon dioxide fluid. 排水と超臨界二酸化炭素流体との接触が、8〜50MPaの圧力下及び35〜95℃の温度下で行なわれる、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the contact between the waste water and the supercritical carbon dioxide fluid is performed under a pressure of 8 to 50 MPa and a temperature of 35 to 95 ° C. 抽出されるN−オキシル化合物が、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシラジカル(TEMPO)を発生する化合物、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシラジカル(4−ヒドロキシTEMPO)を発生する化合物、4−ヒドロキシTEMPOの水酸基をエーテル化もしくはエステル化して得られる4−ヒドロキシTEMPO誘導体を発生する化合物、又はアザアダマンタン型ニトロキシラジカルを発生する化合物、或いはそれらの混合物である、請求項1又は2に記載の方法。 Extracted N-oxyl compound generates 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxy radical (TEMPO), 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl A compound that generates a 1-piperidine-N-oxy radical (4-hydroxy TEMPO), a compound that generates a 4-hydroxy TEMPO derivative obtained by etherification or esterification of a hydroxyl group of 4-hydroxy TEMPO, or an azaadamantane type nitro The method according to claim 1, wherein the compound is a compound that generates a xyl radical, or a mixture thereof. (1)N−オキシル化合物、及び、(2)臭化物、ヨウ化物若しくはこれらの混合物からなる群から選択される化合物の存在下で、酸化剤を用いセルロース系原料を酸化する反応において、該N−オキシル化合物の全部又は一部として、請求項1〜3のいずれかに記載の方法により回収されたN−オキシル化合物を用いることを特徴とする、N−オキシル化合物の再利用方法。 In the reaction of oxidizing a cellulosic raw material using an oxidizing agent in the presence of (1) an N-oxyl compound and (2) a compound selected from the group consisting of bromide, iodide or a mixture thereof, the N- A method for reusing an N-oxyl compound, wherein the N-oxyl compound recovered by the method according to any one of claims 1 to 3 is used as all or part of the oxyl compound.
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