JP2010514664A - 安定な酸化型殺生物剤の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、安定なクロラミンを生成する生成方法に関する。この方法によって、濃縮塩素源および濃縮アミン源を使用し、生成中に撹拌しながら、安定なクロラミンを生成することが可能となった。この方法は、少なくともｐＨ５、最も好適には少なくともｐＨ７またはそれ以上のクロラミンを生成する。
【選択図】なし

Description

著作権の注意
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本発明は、殺生物剤成分として使用する安定なクロラミンの生成に関する。本発明は、クロラミンの生成、保存および輸送を可能とする安定な形態でクロラミンを生成する方法を開示する。本発明は、急激に分解されない殺生物剤として、水処理システムや多種多様なその他の処理システムでクロラミンを使用できるように、安定かつ機能的なクロラミンを生成する方法を示す。

本明細書に記載される本発明は、殺生物剤制御因子の生成に関する。本発明のベースは、反応物の組成物および濃縮反応物を用いた生成条件であり、２つの液体溶液を天然の化学形態から、改良した殺生物剤特性を有する別の形態に変換する。

世界中に多種多様の工業用水システムがある。化学的機構および生物学的プロセスが所望の成果を得るために実行可能なように、工業用水システムが存在する。付着物は、現在利用可能な最もよい水処理プログラムを用いて処理される工業用水システムにも均等に生じる可能性がある。この特許出願の目的において、「付着（ｆｏｕｌｉｎｇ）」は、「表面上の有機または無機材料の堆積」として定義される。

工業用水システムに微生物付着制御のための処理がなされない場合は、システムには重度に堆積される。付着は、工業用水システムに負の影響を及ぼす。例えば、厳しいミネラルスケール（無機材料）が水接触面に構築され、微生物の成長には理想的環境である。

付着は、空気伝達および風邪伝達による汚染物質堆積および水によって形成される汚染物質堆積、水の汚れ、プロセスリークおよび他の因子を含む各種機構によって生じる。進展が認められる場合、このシステムには、運転効率の低下、時期尚早の装置故障、生産性の低下、製品の品質低下、および、微生物付着に関連した健康関連リスクの上昇の可能性がある。

さらに、付着は、微生物汚染物質に起因しておこる場合がある。工業用水システム中の微生物汚染物質源は多数有り、限定するものではないが、空気伝達汚染、水のメークアップ（ｗａｔｅｒ ｍａｋｅ−ｕｐ）、プロセスリークおよび不適切に洗浄された設備、を含んでもよい。これらの微生物は、工業用水システムの湿潤または半湿潤表面の上に微生物コミュニティを構築することができる。これらの微生物のポピュレーションが、バルク水中にあると、９９％以上の微生物は、水中に、バイオフィルムの形態で、全ての表面に存在するであろう。

微生物から分泌されたエキソポリメリック物質は、微生物コミュニティが表面で展開するとき、バイオフィルムの形態を促進する。これらのバイオフィルムは、栄養素を濃縮する手段を構築して増殖に対する保護を提供する、複合体生態系（ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ）である。バイオフィルムは、スケール、腐食および他の付着プロセスを加速させることができる。バイオフィルムは、システムの効率の低減に影響を及ぼすだけでなく、病原体バクテリアを含むおそれのある微生物の増殖環境を提供する。従って、バイオフィルムおよびその他の付着プロセスが低減され、可能な限り最大限に、プロセス効率を最大化して、水伝達病原体から健康関連リスクを最小限にすることが重要である。

いくつかの因子は、生物学的付着の問題に影響を及ぼし、その拡張範囲を決定する。水温、水ｐＨ；有機および無機栄養分、好気性または嫌気性条件などの増殖条件、および、日光などのあり、なしは、重要な役割を果たす。さらに、これらの因子は、どのような微生物の種類が水システムに存在する可能性があるか、判定するのに役立つ。

上述したように、生物学的付着は、望ましくないプロセス干渉を生じさせるおそれがあり、従って、制御しなければならない。多種多様なアプローチは、工業プロセスにおける生物学的付着の制御に利用されている。最も一般的に使用されている方法は、処理水に殺生物剤化合物を加えることである。加えられた殺生物剤は、天然において、酸化型または非酸化型でもよい。経済および環境問題など、いくつかの異なる因子のために、酸化型の殺生物剤が好ましい。塩素ガス、次亜塩素酸、臭素由来殺生物剤、および、他の酸化型殺生物剤など、酸化型殺生物剤は、工業用水システムの処置に幅広く使用される。

酸化型殺生物剤の効率を規定する因子の１つは、「塩素要求量」または酸化型殺生物剤要求量を構成する水マトリックス内成分の存在である。「塩素要求量」は、水中の物質によって、還元されるか、あるいは、不活性形態の塩素に変換される塩素量として規定される。塩素消費物質は、限定するものではないが、微生物、有機分子、アンモニアおよびアミノ誘導体、硫化物、シアン化物、酸化可能なカチオン、パルプリグニン、スターチ、糖、オイル、スケールおよび腐食インヒビタなどの水処理添加物など、を含む。水中およびバイオフィルム中での微生物の増殖は、水の塩素要求量および処理されるシステムの塩素要求量に影響を与える。従来の酸化型殺生物剤は、重スライム（ｈｅａｖｙ ｓｌｉｍｅ）など、高塩素要求量を含む水中では非効率的であることがわかっている。

通常、クロラミンは、塩素などの酸化型殺生物剤に対する高い要求量がある条件、あるいは、「酸化型」殺生物剤の残留から利益を得る条件下で使用される。家庭用水システムは、クロラミンで処理されることが多くなっている。一般的にクロラミンは、遊離塩素が、水に存在するアンモニアまたは水に加えられたアンモニアと反応するときに形成される。クロラミンを生産する多種多様の方法が開示されている。塩素と窒素源との間の反応の重要な所定のパラメータが、生成された殺生物剤化合物の安定性および効率を決定する。前述した方法は、いずれかの反応物の希釈液のプリフォーメーションに依存しており、これらを混合してクロラミン溶液を生成する。反応物は、アンモニウム塩（硫酸塩、臭化物または塩化物）の形態のアミン源、および、ガス状またはアルカリ土類金属（ＮａまたはＣａ）と結合したＣｌ−提供体（ｄｏｎａｒ）（塩素提供体）、である。さらに、上述した方法は、高ｐＨでの反応物の添加、または、腐食性（ｃａｕｓｔｉｃ）溶液の個別添加による、反応混合液のｐＨの調製に依存している。従って、生成されたこのような消毒剤（ｄｉｓｉｎｆｅｃｔａｎｔ）は、この消毒剤が急速に分解してしまうので、処理すべきシステムに即時に供給されなければならない。消毒溶液は、処理されるシステムの外側で作成され、次いで、処理するための水溶液システムに供給される。生物学的付着を制御するための液体を生成する上述の方法において、殺生物剤の活性成分が、化学的に不安定であり、急速に分解され、ｐＨが急激に低下するという重大な問題が生じた。このような殺生物剤成分の急速な劣化は、効率面での低下につながる。殺生物剤の活性成分のｐＨは、殺生物剤成分の急速な分解によって、けっして８．０を超えることがないことも観察された（米国特許第５，９７６，３８６号参照）。

本発明は以下の重要な側面を開示する：
１．「より安定な」消毒剤溶液を生成する反応物の組成物、
２．「より安定な」形態の殺生物剤組成物を生成する条件、および、
３．上記消毒剤を生成するプロセス。

本発明は、安定なクロラミンを生成する方法に関し、濃縮塩素源は、濃縮アミン源と混合され、ｐＨが５以上の安定なクロラミンを生成するように撹拌される。本発明の塩素源は、アルキル土類金属を含み、塩素の好適な供給源は、次亜塩素酸ナトリウムまたは次亜塩素酸カルシウムであり、アミン供給源は、好ましくは、硫酸アンモニウム（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４または水酸化アンモニウムＮＨ_４ＯＨである。

本発明の方法は、反応媒体を具え、塩素源とアミン源との反応が生じ、クロラミンを形成する。反応媒体は、液体であり、好ましくは水である。本発明の生成物は、安定なクロラミンである。

本発明は、安定なクロラミンを生成する方法に関し、濃縮塩素源は、反応媒体を有する濃縮アミン源と混合され、ｐＨ７またはそれ以上の安定なクロラミンを生成するように撹拌される。

実施例
上述した内容は、本発明を実施する方法を例示することを意図しており、本発明を限定するものではない以下の実施例を参照することでより理解されるであろう。

実施例１
生成されたクロラミン溶液の生成および安定性を理解する実験において、次亜塩素酸塩、（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４およびＮＨ_４ＯＨを調製し、クロラミン生成に使用した。調製された次亜塩素酸溶液を、別々に試験して、希釈液から予想されるように、遊離塩素として約１１０ｐｐｍを含むことが発見された。生成されたクロラミンの量は、遊離塩素および生成物の総Ｃｌ_２を測定することによって評価した。実験結果は、クロラミンへの１００％変換（総Ｃｌ_２）が観察されたことを示した。さらに、（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４およびＮＨ_４ＯＨを用いて生成した生成物のｐＨは、７以上である。

生成されたクロラミン溶液を暗所で保持し、１日後に分析した。遊離Ｃｌ_２および総Ｃｌ_２を再度測定し、クロラミン溶液の安定性を理解し、５０ｍｌチューブの密閉空間（ｃｌｏｓｅｄ ｓｐａｃｅ）において生成および保持される。データを、生成時間データと比較し、総Ｃｌ_２レベルのロスは、溶液からクロラミンのロスの測定値だった。（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４、または、ＮＨ_４ＯＨ由来のアミンで生成されたクロラミン生成物は、１日後、それぞれ、７．７％および５．９％、わずかに分解したことを示した。観察した結果、臭化アンモニウム（ＮＨ_４Ｂｒ）由来のアミンで生成されたクロラミン溶液は、１日後、９０％以上のロス／分解を示した。

本明細書に記載された好適な実施例に対する各種変形および修正は、当分野の当業者には明らかであることを理解されたい。このような変更および修正は、本発明の意図および範囲から逸脱せず、かつ意図した利点を縮小することなく行われる。従って、このような変更および修正は、添付の請求の範囲によってカバーされる。

Claims (16)

1. 安定なクロラミンを生成する方法において、濃縮塩素源は、濃縮アミン源と混合され、ｐＨが５以上の安定なクロラミンを生成するように撹拌されることを特徴とする方法。
2. 前記塩素源がアルカリ土類金属を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記アミン源が硫酸アンモニウムであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記アミン源が水酸化アンモニウムであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 反応媒体をさらに具え、前記塩素源と前記アミン源の反応が生じ、クロラミンを形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記反応媒体が液体であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記反応媒体が水であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
8. 前記安定なクロラミンのｐＨが７またはそれ以上であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記塩素源が次亜塩素酸ナトリウムまたは次亜塩素酸カルシウムであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
10. 安定なクロラミンを生成する方法において、濃縮塩素源が、反応媒体とともに、濃縮アミン源と混合され、ｐＨ７またはそれ以上の安定なクロラミンを生成するように撹拌されることを特徴とする方法。
11. 前記塩素源がアルカリ土類金属を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記塩素源が次亜塩素酸ナトリウムまたは次亜塩素酸カルシウムであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記アミン源が硫酸アンモニウムであることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
14. 前記アミン源が水酸化アンモニウムであることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
15. 前記反応媒体が液体であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
16. 前記反応媒体が水であることを特徴とする請求項１５に記載の方法。