JP2014131785A - Alkaline cleaning method of nitrogen-containing organic compound - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、窒素含有有機化合物のアルカリ洗浄法に関する。すなわち、窒素を含有した難分解性の有機化合物を洗浄分解処理する、アルカリ洗浄法に関する。 The present invention relates to an alkali cleaning method for nitrogen-containing organic compounds. That is, the present invention relates to an alkali cleaning method for cleaning and decomposing a hardly decomposable organic compound containing nitrogen.
《技術的背景》
各種の廃水や下水等には、様々な難分解性の有機化合物が含有されていることが多々あり、その悪影響が懸念されている。
すなわち、廃水や下水,これらが流入する河川水,湖水,地下水,下水処理場流入水,下水処理場放流水,浄水場取入水、等々については最近、難分解性の有機化合物の残留,混入,検出が、相次いで報告されている。
特に、病院等の医療機関,工場,研究所等からの廃水や下水,その他の水環境中に含有された難分解性の有機化合物、例えば水環境残留の医薬品や化学品については、人体,生態系,環境等への悪影響が懸念され始めており、社会問題化することもあり、その無害化処理ニーズが高まっている。
《Technical background》
Various waste water and sewage often contain various persistent organic compounds, and there are concerns about their adverse effects.
In other words, wastewater and sewage, river water, lake water, groundwater, sewage treatment plant inflow water, sewage treatment plant effluent water, water treatment plant intake water, etc., which have recently been introduced, Detection has been reported one after another.
In particular, in the case of wastewater and sewage from medical institutions such as hospitals, factories and laboratories, and other persistent organic compounds contained in the water environment, such as pharmaceuticals and chemicals remaining in the water environment, There is a growing concern about adverse effects on systems, the environment, etc., which may become social problems, and the need for detoxification treatment is increasing.
《従来技術》
これらに対し、有効な処理技術,浄化技術として、OHラジカル酸化分解法が提案,採用されている。代表的にはフェントン法が、提案,採用されている。
フェントン法は、過酸化水素と鉄塩にてOHラジカルつまりヒドロキシラジカル(・OH)を生成して、難分解性の有機化合物を酸化分解処理する。そしてフェントン法は、従来より実施されている他のこの種処理技術,浄化技術、例えば微生物処理法,熱処理法,廃業廃棄物処理法等に比し、効率,確実性,コスト等に優れており、高い評価を得ている。
<Conventional technology>
On the other hand, an OH radical oxidative decomposition method has been proposed and adopted as an effective treatment technique and purification technique. Typically, the Fenton method has been proposed and adopted.
The Fenton method generates OH radicals, that is, hydroxy radicals (.OH) with hydrogen peroxide and an iron salt, and oxidatively decomposes a hardly decomposable organic compound. The Fenton method is superior in efficiency, certainty, cost, etc. compared to other conventional treatment technologies and purification technologies such as microbial treatment methods, heat treatment methods, and waste disposal methods. , Have gained high reputation.
《従来技術の課題》
ところで、フェントン法等のOHラジカル酸化分解法については、次の課題が指摘されていた。
OHラジカルは、周知のとおり最強の活性酸素と評されており、強力な酸化力,電子奪取力,分解力,浄化処理力を有している。しかしながら、窒素を含有した有機化合物に関しては、難分解であるという問題が指摘されていた。
特に、残留医薬品のカルバマゼピン,エテンザミドや、ポリペプチド(蛋白質等)、残留化学品のアセトアミド,ジメチルホルムアミド(DMF),N−メチルピロリドン、等のアミド化合物については、フェントン法等のOHラジカルをもってしても、分解処理,浄化処理が困難視されている状況にある。
《Prior art issues》
By the way, the following subject was pointed out about OH radical oxidative decomposition methods, such as the Fenton method.
As is well known, the OH radical is described as the strongest active oxygen, and has a strong oxidizing power, electron scavenging power, decomposing power, and purification power. However, it has been pointed out that organic compounds containing nitrogen are difficult to decompose.
In particular, amide compounds such as residual pharmaceuticals such as carbamazepine and etenzamide, polypeptides (proteins, etc.), residual chemicals such as acetamide, dimethylformamide (DMF), N-methylpyrrolidone have OH radicals such as the Fenton method. However, the decomposition and purification processes are considered difficult.
《その原因について》
その原因については、次のように推論される。窒素含有有機化合物であるアミド化合物は、アンモニア又はアミンとカルボン酸との脱水縮合化合物である。
そしてアミド化合物では、カルボン酸由来のカルボニル基(>C=O)において、その二重結合のπ分子軌道の対電子を欠く空軌道(対電子受容体)が、アミン等由来の窒素原子(N)の非共有対電子であるローンペア(対電子供与体)を、引き合って引き寄せている。空軌道にローンペアが干渉している。
これにより、同π分子軌道の被占軌道(対電子充填)の対電子が、電気陰性度の高い酸素原子(O)側に大きく寄ってしまっている。つまりアミド化合物の場合、カルボニル基のπ分子軌道が解消されかかっている。
このようなアミド化合物の場合、OHラジカルは、(アミン等との接合がない)通常のカルボニル基の場合のように、そのπ分子軌道の被占軌道の対電子に干渉することが、できなくなる。OHラジカルは、対電子の一方の1電子を奪う形で被占軌道の炭素原子(C)側に、取り付くことができなくなる。
因に、通常のカルボニル基の場合は、残された対電子の他方に、カルボニル基の炭素原子の他の2組ある結合対電子から1電子を引き抜き、都合2電子として、新たなカルボニル基が再生されることになる。
しかしながら、このようなOHラジカルによる酸化分解の通常サイクル、つまりカルボニル基(>C=O)やカルボキシル基(−COOH)の生成,消滅の繰返しサイクルが、前述したように、アミド化合物の場合は窒素のローンペアの存在により、妨害されるようになる。最終的に炭酸ガス(CO2)と水(H2O)に帰すこの通常サイクルの基本となるカルボニル基そしてそのπ分子軌道が解消しかかっており、OHラジカルによる酸化分解は阻止される。
アミド化合物については、このような理由により、OHラジカルでは浄化処理困難と推論される。
About the cause
The cause is inferred as follows. The amide compound which is a nitrogen-containing organic compound is a dehydration condensation compound of ammonia or an amine and a carboxylic acid.
In the amide compound, in the carbonyl group derived from carboxylic acid (> C═O), the vacant orbital (counter electron acceptor) lacking the counter-electron of the π molecular orbital of the double bond is a nitrogen atom (N Loan pairs (anti-electron donors) that are non-shared counter-electrons are attracted to each other. The loan pair is interfering with the empty orbit.
As a result, the counter-electrons of the occupied orbitals (packing with electrons) of the same π molecular orbitals are greatly shifted to the oxygen atom (O) side having a high electronegativity. That is, in the case of an amide compound, the π molecular orbital of the carbonyl group is about to be eliminated.
In the case of such an amide compound, the OH radical cannot interfere with the counter-electron of the occupied orbital of the π molecular orbital as in the case of a normal carbonyl group (without bonding with an amine or the like). . The OH radical cannot be attached to the carbon atom (C) side of the occupied orbit in the form of taking one electron of the counter electron.
In the case of a normal carbonyl group, one electron is drawn out from the other two pairs of bonded pair electrons of the carbon atom of the carbonyl group to the other of the remaining counter electrons, and a new carbonyl group is formed as convenient two electrons. Will be played.
However, as described above, the normal cycle of oxidative decomposition by OH radicals, that is, the cycle of generating and annihilating carbonyl groups (> C═O) and carboxyl groups (—COOH) is nitrogen in the case of amide compounds. Being hampered by the presence of a loan pair. Finally, the carbonyl group and its π molecular orbital, which are the basis of this normal cycle, attributed to carbon dioxide (CO 2 ) and water (H 2 O) are about to disappear, and oxidative decomposition by OH radicals is prevented.
For amide compounds, it is inferred that purification treatment is difficult with OH radicals for these reasons.
《本発明について》
本発明の窒素含有有機化合物のアルカリ洗浄法(アルカリ浴法)は、このような実情に鑑み、上記従来技術の課題を解決すべくなされたものである。
そして本発明は、第1に、アミド化合物等の窒素を含有した難分解性の有機化合物を、洗浄分解処理可能であると共に、第2に、しかもこれが、簡単容易かつ確実に実現される、窒素含有有機化合物のアルカリ洗浄法を提案することを、目的とする。
<< About the present invention >>
The alkali cleaning method (alkaline bath method) of the nitrogen-containing organic compound of the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the prior art in view of such circumstances.
In the present invention, firstly, it is possible to wash and decompose a hard-to-decompose organic compound containing nitrogen such as an amide compound, and secondly, this is simply and easily realized with certainty. The object is to propose an alkali cleaning method for organic compounds.
《各請求項について》
このような課題を解決する本発明の技術的手段は、特許請求の範囲に記載したように、次のとおりである。
まず、請求項1については、次のとおり。
請求項1の窒素含有有機化合物のアルカリ洗浄法は、窒素を含有した難分解性の有機化合物が、アルカリ水溶液中において高速強力な攪拌剪断力付与により、洗浄分解処理されること、を特徴とする。
請求項2については、次のとおり。
請求項2の窒素含有有機化合物のアルカリ洗浄法では、請求項1において、界面活性マシンが使用される。
該界面活性マシンは、円筒ドラム内に形成された攪拌室内に、高速強力回転する円板状の攪拌板が設けられると共に、該攪拌板の板面に攪拌翼が凸設されている。そして、該有機化合物のアルカリ水溶液が、該界面活性マシン内を入口から出口へと流れること、を特徴とする。
請求項3については、次のとおり。
請求項3の窒素含有有機化合物のアルカリ洗浄法では、請求項2において、該有機化合物はアミド化合物よりなる。
そして、アセトアミド,ジメチルホルムアミド(DMF),カルバマゼピン,ホルムアミド,ベンズアミド,エテンザミド,N−メチルピロリドン,ポリペプチドの中から、選択されること、を特徴とする。
<About each claim>
The technical means of the present invention for solving such a problem is as follows, as described in the claims.
First,
The alkali cleaning method for a nitrogen-containing organic compound according to
About
In the alkali cleaning method of the nitrogen-containing organic compound according to
In the surface-active machine, a disc-shaped stirring plate that rotates at high speed and powerful is provided in a stirring chamber formed in a cylindrical drum, and stirring blades are provided on the plate surface of the stirring plate. Then, the alkaline aqueous solution of the organic compound flows in the surface active machine from the inlet to the outlet.
About
In the alkali cleaning method for a nitrogen-containing organic compound according to
It is characterized by being selected from acetamide, dimethylformamide (DMF), carbamazepine, formamide, benzamide, etenzamide, N-methylpyrrolidone, and polypeptide.
請求項4については、次のとおり。
請求項4の窒素含有有機化合物のアルカリ洗浄法では、請求項3において、該界面活性マシンは、加熱維持される該有機化合物のアルカリ水溶液について、該攪拌板の高速強力回転により、まず、その界面エネルギーを過渡的に高めるに足る攪拌剪断力の付与機能を発揮する。もって、該有機化合物のカルボニル基(>C=O)への水酸イオン(OH−)の付加促進機能を発揮すること、を特徴とする。
請求項5については、次のとおり。
請求項5の窒素含有有機化合物のアルカリ洗浄法では、請求項4において、該有機化合物のカルボニル基(>C=O)のπ分子軌道について、対電子を欠く空軌道の炭素原子(C)側に、水酸イオン(OH−)が付加する反応と、該有機化合物の窒素原子(N)の非共有電子対であるローンペア側に、電離水域の水素イオン(H+)が配位する反応と、該有機化合物のカルボカチオン(C+)化した炭素原子に、水酸イオン(OH−)が付加する反応とが、少なくとも進行すること、を特徴とする。
請求項6については、次のとおり。
請求項6の窒素含有有機化合物のアルカリ洗浄法では、請求項5において、該アルカリ水溶液は、水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液よりなること、を特徴とする。
請求項7については、次のとおり。
請求項7の窒素含有有機化合物のアルカリ洗浄法では、請求項6において、該有機化合物は、アンモニア(NH3)等のアミン部を遊離した後、カルボニル基の再生を経由する。そして最終的には、少なくとも炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)化されること、を特徴とする。
About
In the alkali cleaning method for a nitrogen-containing organic compound according to
About
In the alkali cleaning method for a nitrogen-containing organic compound according to
About
The method for alkaline cleaning of a nitrogen-containing organic compound according to
About
In the alkali cleaning method for a nitrogen-containing organic compound according to
請求項8については、次のとおり。
請求項8の窒素含有有機化合物のアルカリ洗浄法では、請求項3において、このアルカリ洗浄法は、酸化分解法の前処理として実施される。
そして該有機化合物について、該酸化分解法の阻害要因が解消される。もって事後の該酸化分解法では、該有機化合物の残基が酸化分解されること、を特徴とする。
請求項9については、次のとおり。
請求項9の窒素含有有機化合物のアルカリ洗浄法では、請求項8において、該酸化分解法はフェントン法よりなる。
そして、該有機化合物の残基を含有した被処理水に対し、過酸化水素と2価の鉄イオンとpH調整剤とが添加されて、OHラジカル(・OH)が生成される。もって該OHラジカルが該残基を酸化分解すること、を特徴とする。
About
In the alkali cleaning method for a nitrogen-containing organic compound according to
And the obstructive factor of this oxidative decomposition method is eliminated about this organic compound. Therefore, the subsequent oxidative decomposition method is characterized in that the residue of the organic compound is oxidatively decomposed.
About
In the alkali cleaning method for a nitrogen-containing organic compound according to
Then, hydrogen peroxide, divalent iron ions, and a pH adjuster are added to the water to be treated containing the residue of the organic compound, and OH radicals (.OH) are generated. Thus, the OH radical is characterized by oxidative decomposition of the residue.
《作用等について》
本発明は、このような手段よりなるので、次のようになる。
(1)窒素含有有機化合物のアルカリ水溶液、具体的には、アミド化合物の水酸化ナトリウム水溶液が、界面活性マシンに投入される。
(2)界面活性マシンは、高速で強力な攪拌剪断力を付与し、窒素含有有機化合物は、界面エネルギーが過渡的に高められる。
(3)もって洗浄分解処理が実施され、次に記載した反応が進行して、界面エネルギーが鎮静化,安定化される。
(4)すなわちアミド化合物について、次の反応が順に進行する。カルボニル基のπ分子軌道の空軌道に、水酸イオンが付加する反応。窒素原子の非共有電子対であるローンペアに、電離水域の水素イオンが配位する反応(もってアミン部が遊離する)。遊離切断後の本体部残基のカルボカチオン化した炭素原子に、水酸イオンが付加する反応。
(5)アミド化合物は、このような反応が柱となると共に、これらに連鎖する反応が加わり、もってカルボニル基の再生を経由した後、最終的には、少なくとも炭酸水素ナトリウム化される。
(6)ところで、このような本発明のアルカリ洗浄法は、OHラジカル酸化分解法の前処理として、実施されることも多い。すなわちアルカリ洗浄法により、阻害要因となっていたアミド構造を崩壊,解消された後、酸化分解対象となった最終残基について、OHラジカル酸化分解法が適用される場合も多い。
(7)例えば、カルバマゼピン,エテンザミド,N−メチルピロリ,ポリペプチド等のアミド化合物の最終残基が、これに該当する。OHラジカル酸化分解法としては、フェントン法が代表的である。
(8)さてそこで本発明は、次の効果を発揮する。
<About the action>
Since the present invention comprises such means, the following is achieved.
(1) An alkaline aqueous solution of a nitrogen-containing organic compound, specifically, an aqueous sodium hydroxide solution of an amide compound is charged into a surface active machine.
(2) The surface active machine imparts a strong stirring shear force at high speed, and the nitrogen-containing organic compound has a transient increase in interfacial energy.
(3) Accordingly, the cleaning and decomposition treatment is performed, and the reaction described below proceeds, so that the interfacial energy is sedated and stabilized.
(4) That is, the following reaction proceeds in order for the amide compound. A reaction in which a hydroxide ion is added to an empty orbit of the π molecular orbital of a carbonyl group. A reaction in which hydrogen ions in the ionized water region coordinate with a loan pair, which is an unshared electron pair of nitrogen atoms (the amine part is liberated). Reaction in which a hydroxide ion is added to the carbocationized carbon atom of the main body residue after free cleavage.
(5) In the amide compound, such a reaction becomes a pillar, and a reaction linked to these is added, and after passing through regeneration of the carbonyl group, finally, at least sodium hydrogencarbonate is formed.
(6) By the way, the alkali cleaning method of the present invention is often implemented as a pretreatment of the OH radical oxidative decomposition method. That is, in many cases, the OH radical oxidative decomposition method is applied to the final residue to be subjected to oxidative decomposition after the amide structure that has been an inhibiting factor is destroyed and eliminated by the alkali cleaning method.
(7) For example, the final residue of an amide compound such as carbamazepine, ethenamide, N-methylpyrrole, polypeptide, and the like corresponds to this. A representative example of the OH radical oxidative decomposition method is the Fenton method.
(8) The present invention exhibits the following effects.
《第1の効果》
第1に、アミド化合物等、窒素を含有した難分解性の有機化合物を、洗浄分解処理可能である。
本発明の窒素含有化合物のアルカリ洗浄法では、アミド化合物について、カルボニル基への水酸イオン付加、カルボカチオン化した炭素原子への水酸イオンの付加、窒素原子のローンペアへの水素イオンの配位、その他の反応が進行する。
もってアミド化合物は、アミド構造が崩壊,解消,系外化せしめられ、例えばアンモニア(→アンモニウムイオン)等のアミン部を遊離すると共に、炭酸水素ナトリウム(重曹)等に分解処理されてしまう。アミン部は、吸着繊維法,結晶晶析分離法等により容易に処理可能であり、炭酸水素ナトリウムも、無機物として膜分離法,結晶晶析法等より容易に処理可能である。
なお、残基が存した場合は、フェントン法等のOHラジカル酸化分解法により、二酸化炭素や水等に分解処理される(この場合、本発明は酸化分解法の前処理となる)。
このように、前述したこの種従来技術では分解処理困難、難分解であるとされていたアミド化合物等の窒素含有有機化合物は、本発明のアルカリ洗浄法により、洗浄分解処理されるようになる。
<< First effect >>
First, it is possible to wash and decompose a hard-to-decompose organic compound containing nitrogen such as an amide compound.
In the alkaline washing method of the nitrogen-containing compound of the present invention, for an amide compound, addition of a hydroxide ion to a carbonyl group, addition of a hydroxide ion to a carbocationized carbon atom, distribution of a hydrogen ion to a loan pair of nitrogen atoms. And other reactions proceed.
As a result, the amide structure is disintegrated, eliminated, and externalized, and, for example, an amine moiety such as ammonia (→ ammonium ion) is liberated and decomposed into sodium bicarbonate (bicarbonate) and the like. The amine portion can be easily treated by an adsorption fiber method, a crystal crystallization separation method, or the like, and sodium hydrogen carbonate can be easily treated as an inorganic substance by a membrane separation method, a crystal crystallization method, or the like.
In addition, when a residue exists, it decomposes | disassembles into a carbon dioxide, water, etc. by OH radical oxidative decomposition methods, such as the Fenton method (in this case, this invention becomes pre-processing of an oxidative decomposition method).
As described above, nitrogen-containing organic compounds such as amide compounds, which have been difficult to decompose and difficult to decompose in this kind of conventional technology, are cleaned and decomposed by the alkali cleaning method of the present invention.
《第2の効果》
第2に、しかもこれは、簡単容易かつ確実に実現可能される。本発明の窒素含有有機化合物のアルカリ洗浄法は、界面活性マシンを使用し、高速で強力な攪拌剪断力付与により界面エネルギーを過渡的に高めることにより、アミド化合物のカルボニル基への水酸イオンの付加反応を始め、付加反応や配位反応が所期の通り促進,進行せしめられる。
本発明のアルカリ洗浄法は、界面活性マシンを採用したことにより、前述したこの種従来技術に比し、より確実かつ効率的にしかもコスト面にも優れつつ、難分解性のアミド化合物等の窒素含有有機化合物の洗浄分解処理が実現される。
このように、この種従来技術に存した課題がすべて解決される等、本発明の発揮する効果は、顕著にして大なるものがある。
<< Second effect >>
Secondly, this is simple, easy and reliable. The alkali cleaning method of the nitrogen-containing organic compound of the present invention uses a surface active machine to transiently increase the interfacial energy by applying a high-speed and strong stirring shear force, thereby allowing hydroxide ions to carbonyl groups of the amide compound. In addition to addition reactions, addition reactions and coordination reactions are promoted and advanced as expected.
The alkali cleaning method of the present invention employs a surface-active machine, so that it is more reliable and efficient than the above-described conventional technology, and is excellent in cost, while being nitrogen such as a hardly decomposable amide compound. A cleaning decomposition treatment of the organic compound contained is realized.
As described above, the effects exerted by the present invention are remarkably large, such as all the problems existing in this type of prior art are solved.
以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。
《アミド化合物について》
本発明のアルカリ洗浄法は、窒素を含有した難分解性の有機化合物を、洗浄分解処理する。そこでまず、窒素含有有機化合物の代表例であるアミド化合物について、説明する。
アミド化合物は、アンモニア(NH3)、又はアミン(第3アミン,≡N)(第2アミン,>NH)(第1アミン,−NH2)と、カルボン酸(−COOH)との脱水縮合体よりなる。
例えば、アセトアミド(CH3CONH2),ジメチルホルムアミド(DMF,HCON(CH3)2),ホルムアミド(HCONH2),ベンズアミド(C6H5CONH2),カルバマゼピン,エテンザミド,N−メチルピロリドン,ポリペプチド,その他のペプチド等が、本発明の対象として例示される。
ポリペプチドは、α−アミノ酸の脱水縮合重合体であり、蛋白質がその代表例である。又、ポリアミド、例えば6,6ナイロン繊維等のポリアミド系合成繊維も、本発明の対象となる。
カルバマゼピン,エテンザミド等は、水環境残留,難分解性医薬品として知られている。アセトアミド,ジメチルホルムアミド(DMF),N−メチルピロリドンは、水環境残留,難分解性化学品として知られている。
アミド化合物については、以上のとおり。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail.
About amide compounds
In the alkali cleaning method of the present invention, a hard-to-decompose organic compound containing nitrogen is subjected to a cleaning and decomposition treatment. First, an amide compound that is a typical example of a nitrogen-containing organic compound will be described.
The amide compound is a dehydration condensation product of ammonia (NH 3 ) or amine (tertiary amine, ≡N) (secondary amine,> NH) (primary amine, —NH 2 ) and carboxylic acid (—COOH). It becomes more.
For example, acetamide (CH 3 CONH 2 ), dimethylformamide (DMF, HCON (CH 3 ) 2 ), formamide (HCONH 2 ), benzamide (C 6 H 5 CONH 2 ), carbamazepine, etenzamid, N-methylpyrrolidone, polypeptide , Other peptides and the like are exemplified as the subject of the present invention.
Polypeptide is a dehydration condensation polymer of α-amino acid, and protein is a typical example. Polyamide-based synthetic fibers such as polyamide, for example, 6,6 nylon fibers, are also an object of the present invention.
Carbamazepine, etenzamide, etc. are known as water environment residues and persistent pharmaceuticals. Acetamide, dimethylformamide (DMF), and N-methylpyrrolidone are known as chemicals that remain in the water environment and are hardly decomposable.
The amide compound is as described above.
《界面活性マシン1について》
次に、界面活性マシン1について、図1を参照して説明する。本発明のアルカリ洗浄処理方法では、難分解性の窒素含有有機化合物であるアミド化合物が、アルカリ水溶液中において高速強力な攪拌剪断力付与により、洗浄分解処理される。
そこで、まず界面活性マシン1について、説明する。界面活性マシン1は、円筒ドラム2内に形成された攪拌室3内に、高速強力回転可能な円板状の攪拌板4が設けられると共に、攪拌板4の板面に攪拌翼5が凸設されている。そして、処理対象の溶質たる窒素含有有機化合物が、溶媒のアルカリ水溶液と共に、界面活性マシン1の入口6から出口7へと流れる。
<< Surface-
Next, the surface
First, the surface
このような界面活性マシン1について、更に詳述する。界面活性マシン1の入口6と出口7を備えて横設された円筒ドラム2内には、円板環状のバッフル仕切板8が、水平軸方向に等間隔を存しつつ複数個列設されており、各仕切板8にて分割形成された間隔が、それぞれ攪拌室3となっている。
そして、各仕切板8の中央連通穴9を貫遊して、軸方向にシャフト10が設けられている。シャフト10には、各攪拌室3毎に、シャフト穴付の円板リング状の攪拌板4が外嵌密着されており、各攪拌板4の前後両面には、略弧状,帯状の攪拌翼5がそれぞれ凸設されている。シャフト10は、減速機11,モータ12に接続されている。
そこで、上流側の攪拌室3から下流側の攪拌室3へと流れるアミド化合物のアルカリ水溶液は、モータ12にて、各攪拌板4そして攪拌翼5が高速強力回転されることにより、高速で強力な攪拌剪断力が付与される。
なお、図示の界面活性マシン1は、円筒ドラム2内に複数の攪拌室3が分割形成されているが、これによらず、円筒ドラム2内に攪拌室3そして攪拌翼5付の攪拌板4が、1セットのみ設けられたバッチ式の界面活性マシン1も、勿論可能である。
Such a surface
A
Accordingly, the alkaline aqueous solution of the amide compound that flows from the
In the illustrated surface
界面活性マシン1は、攪拌板4そして攪拌翼5に関し、300rpm以上〜900rpm以下程度の攪拌回転数にて、溶液単位量あたり50kW/m3以上〜150kW/m3以下の攪拌剪断力(単位動力)となるように、攪拌を実施する。もって、アミド化合物のアルカリ水溶液に対し、高速で強力な攪拌剪断力を付与する。
上記数値については、次のとおり。それぞれ、上記下限の限界値未満の場合は、アミド化合物の洗浄分解処理が不確実化する(後述する界面エネルギーの過渡的高まりが、不足する)。これに対し、上記上限の限界値を越える場合は、動力ロスが過大となりランニングコストが嵩むと共に、機械的性能耐力にも問題が生じる。
代表的には、700rpm以上〜800rpm以下程度の攪拌回転数で、80kW/m3以上〜90kW/m3以下程度の攪拌剪断力(単位動力)で実施される。
The above figures are as follows. In each case, when the value is less than the lower limit, the amide compound is uncertainly washed and decomposed (the transient increase in the interfacial energy described below is insufficient). On the other hand, when the above upper limit is exceeded, the power loss becomes excessive, the running cost increases, and a problem arises in the mechanical performance resistance.
Typically, a stirring rotational speed of the extent or ~800rpm less 700 rpm, carried out at 80 kW / m 3 or more ~90kW / m 3 or less extent stirring shearing force (unit power).
アルカリ水溶液としては、濃度3%程度の水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液が、代表的に添加される。
そしてアミド化合物は、アルカリ水溶液に対し、5%以上〜30%以下の濃度(重量%)となるように、界面活性マシン1に投入,供給される。通常は、先にアルカリ水溶液が投入され、後からアミド化合物が投入される。
この濃度条件については、次のとおり。上記下限の限界値未満の場合は、アミド化合物の洗浄分解処理が不確実化する(界面エネルギーの過渡的高まりが、不足する)。これに対し、上記上限の限界値を超える場合は、機械的性能耐力に問題が生じ、攪拌板4,攪拌翼5,モータ12等の回転に支障が生じる。代表的には、10重量%程度の濃度とされる。
図中、13は、例えばスチーム等を使用した加熱手段である。この加熱手段13は、円筒ドラム2外表面を覆うように外設されており、内部の攪拌室3を、80℃以上〜95℃以下の温度条件に加熱維持する。代表的には、85℃以上〜90℃以下程度に加熱維持する。もって熱エネルギーを付与し、吸熱反応である洗浄分解処理を促進させる。洗浄分解処理時間は、例えば5分以上〜10分以下程度である。
界面活性マシン1の構成等については、以上のとおり。
As the alkaline aqueous solution, a sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution having a concentration of about 3% is typically added.
And an amide compound is thrown in and supplied to the surface
The concentration conditions are as follows. When the value is less than the lower limit, the amide compound is uncertainly washed and decomposed (the transient increase in interfacial energy is insufficient). On the other hand, when the upper limit value is exceeded, a problem arises in the mechanical performance strength, and the rotation of the stirring
In the figure,
The configuration of the surface
《界面活性マシン1の機能(界面エネルギーの過渡的向上)》
次に、界面活性マシン1の機能について、図1を参照して説明する。界面活性マシン1は、本発明のアルカリ洗浄法において、まず、次の機能を発揮する。
すなわち界面活性マシン1は、加熱維持される窒素含有有機化合物であるアミド化合物のアルカリ水溶液について、攪拌板4の高速強力回転により、まず、その界面エネルギーを過渡的に高めるに足る攪拌剪断力付与機能を発揮する。
<< Function of surface-active machine 1 (transient improvement of interfacial energy) >>
Next, the function of the surface
That is, the surface-
このような界面活性マシン1の機能について、更に詳述する。界面活性マシン1内では、攪拌翼5付の攪拌板4が高速強力回転する。もって、アミド化合物とアルカリ水溶液は、攪拌板4,攪拌翼5,円筒ドラム2内面,仕切板8等に、強制的に接触,衝突せしめられ、瞬間的に発生する高速かつ強力な攪拌剪断力場に晒される。
そこでまず、溶質である結晶固体や液体よりなるアミド化合物は、溶媒である水酸イオン(OH−)過多かつ水素イオン(H+)随伴惹起の温水よりなるアルカリ水溶液に、十分に混合され溶解せしめられる。
これと共に、界面エネルギーが向上せしめられる。アミド化合物とアルカリ水溶液との界面では、剪断面,活性面,摩擦エネルギーの形成,拡大,増大に伴い、界面エネルギーが過渡的に向上せしめられる。界面活性マシン1は、このようにまず、界面エネルギーを過渡的に向上せしめるに足る、高速で強力な攪拌剪断力付与機能を発揮する。
脱水縮合体であるアミド化合物は、脱水縮合が熱力学的自然性向であり、その逆反応である加水分解,アルカリ洗浄分解には、外系からのエネルギーを必要とする。上述した界面エネルギーの向上や、前述した加熱手段13による熱エネルギーの付与は、その一環である。
界面活性マシン1の機能(界面エネルギーの過渡的向上)については、以上のとおり。
The function of such a surface-
Therefore, first, an amide compound composed of a crystalline solid or liquid as a solute is sufficiently mixed and dissolved in an alkaline aqueous solution composed of warm water that is accompanied by an excess of hydroxide ions (OH − ) and hydrogen ions (H + ) as solvents. It is done.
At the same time, the interfacial energy is improved. At the interface between the amide compound and the aqueous alkali solution, the interfacial energy is transiently improved as the shear surface, active surface, and friction energy are formed, expanded, and increased. Thus, the surface-
The amide compound which is a dehydration condensate is more suitable for thermodynamic natural nature, and dehydration condensation requires energy from the external system for hydrolysis and alkali washing decomposition, which are the reverse reactions. The improvement of the interfacial energy described above and the application of thermal energy by the heating means 13 described above are part of that.
The function of the surface active machine 1 (transient improvement of the interfacial energy) is as described above.
《界面活性マシン1の機能(洗浄分解処理)》
次に、界面活性マシン1の機能に基づく、窒素含有有機化合物であるアミド化合物の洗浄分解処理について、説明する。
界面活性マシン1は、上述したように攪拌剪断力付与機能に基づき、まず、界面エネルギーを過渡的に向上せしめる。それから、所定の付加反応,配位反応,連鎖反応等の促進機能を発揮する。
もってアミド化合物とアルカリ水溶液である水酸化ナトリウム(NaOH)間において、次に記載する所定の付加反応,配位反応,連鎖反応等が、熱力学的自然性向に沿って促進され、もって前述により高まっていた界面エネルギーが、鎮静化,安定化される。
そしてアミド化合物は、アミン部を遊離した後、最終的には少なくとも炭酸水素ナトリウム化される。
<< Function of surface-active machine 1 (cleaning and decomposing process) >>
Next, cleaning and decomposing treatment of the amide compound that is a nitrogen-containing organic compound based on the function of the surface
As described above, the surface-
Therefore, between the amide compound and sodium hydroxide (NaOH), which is an alkaline aqueous solution, the following predetermined addition reaction, coordination reaction, chain reaction, etc. are promoted in line with the thermodynamic natural tendency and thus increased as described above. The interfacial energy that has been sedated is stabilized and stabilized.
The amide compound is finally converted to at least sodium bicarbonate after liberating the amine moiety.
このようなアルカリ洗浄分解処理について、その反応の概略は次のとおり(反応の詳細は、後述する実施例において詳述する)。
界面活性マシン1内では、まず、反応スタート用の重要反応として、アミド化合物のカルボニル基(>C=O)のπ分子軌道について、対電子を欠く空軌道の炭素原子(C)側に、水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液の水酸イオン(OH−)が、付加する。
すると次の反応として、アミド化合物の窒素原子(N)の非共有電子対であるローンペア側に、電離水域の水素イオン(H+)が配位し、もって、例えばアンモニア(NH3),ジメチルアミン((CH3)2NH),メチルアミン(NH2CH3),又は水酸化アンモニウム(安水,NH4OH)等のアミン部が、遊離する。
それから、遊離,切断後の本体部残基についての反応として、カルボカチオン(C+)化した炭素原子に、水酸イオン(OH−)が付加する。
アミド化合物は、このようなエレクトロンニュートラル化反応が柱となると共に、これらの反応に連鎖する切断,遊離,拡散,その他の各種連鎖反応が加わり、最終的には、少なくとも炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)に分解処理されるに至る。
なお途中で、カルボニル基の再生反応を経由する。又、最終的な切断残基側に随伴した対電子への反応として、電離水域の水素イオン(H+)が配位する反応が加わることも多い。
界面活性マシン1の機能(アルカリ洗浄分解処理)については、以上のとおり。
The outline of the reaction of such alkali cleaning and decomposition treatment is as follows (details of the reaction will be described in the examples described later).
In the surface
Then, as the next reaction, the hydrogen ion (H + ) in the ionized water region is coordinated to the loan pair side, which is the unshared electron pair of the nitrogen atom (N) of the amide compound, and thus, for example, ammonia (NH 3 ), dimethyl Amine moieties such as amine ((CH 3 ) 2 NH), methylamine (NH 2 CH 3 ), or ammonium hydroxide (anhydrous, NH 4 OH) are liberated.
Then, a hydroxide ion (OH − ) is added to the carbocation (C + ) -converted carbon atom as a reaction for the free and cleaved main body residue.
In the amide compound, such an electron neutralization reaction becomes a pillar, and cleavage, liberation, diffusion, and other various chain reactions are added to these reactions, and finally, at least sodium bicarbonate (NaHCO 3 ). To be decomposed.
On the way, it goes through a carbonyl group regeneration reaction. In addition, as a reaction to the counter electron accompanying the final cleavage residue side, a reaction in which hydrogen ions (H + ) in the ionized water region coordinate is often added.
The function of the surface active machine 1 (alkali cleaning decomposition treatment) is as described above.
《作用等》
本発明の窒素含有有機化合物のアルカリ洗浄法は、以上説明したように構成されている。そこで、以下のようになる。
(1)窒素含有有機化合物のアルカリ水溶液が、加熱手段13付の界面活性マシン1に投入される。
具体的には、アセトアミド,ジメチルホルムアミド(DMF),ホルムアミド,ベンズアミド,カルバマゼピン,エテンザミド,N−メチルピロリドン,又はポリペプチド(蛋白質等)など、アミド化合物の水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液が、界面活性マシン1に投入される。
《Action etc.》
The alkali cleaning method of the nitrogen-containing organic compound of the present invention is configured as described above. Therefore, it becomes as follows.
(1) An alkaline aqueous solution of a nitrogen-containing organic compound is put into the surface
Specifically, an aqueous solution of sodium hydroxide (NaOH) of an amide compound such as acetamide, dimethylformamide (DMF), formamide, benzamide, carbamazepine, etenzamide, N-methylpyrrolidone, or a polypeptide (protein, etc.) is a surface active machine. 1
(2)界面活性マシン1は、高速で強力な攪拌剪断力を付与可能であり、界面エネルギーを過渡的に高めるに足る攪拌剪断力付与機能を、発揮する。
そこで、アミド化合物とアルカリ水溶液は、界面が活性化され界面エネルギーが過渡的に向上する。これと共に、加熱手段13により熱エネルギーも付与される。
(2) The surface
Therefore, the interface between the amide compound and the alkaline aqueous solution is activated and the interface energy is transiently improved. At the same time, thermal energy is also applied by the heating means 13.
(3)もって界面活性マシン1では、アルカリ洗浄分解処理が実施され、次の(4)および(5)に記載した所期の付加反応,配位反応,これらに連鎖する反応等が順に進行して、高まっていた界面エネルギーが鎮静化,安定化される。
(3) Thus, the surface-
(4)すなわち界面活性マシン1では、アミド化合物について、次の反応が進行する。まず、カルボニル基(>C=O)のπ分子軌道の空軌道に、水酸イオン(OH−)が付加する。
次に、窒素原子(N)の非共有電子対であるローンペアに、電離水域の水素イオン(H+)が配位する。もって例えば、アンモニア(NH3),ジメチルアミン((CH3)2NH),メチルアミン(NH2CH3),又は水酸化アンモニウム(安水,NH4OH)等のアミン部が遊離する(なお、これらはOHラジカル酸化分解法により酸化分解可能である)。
それから、遊離切断後の本体部残基への反応として、カルボカチオン(C+)化した炭素原子に、水酸イオン(OH−)が付加する。
(4) That is, in the surface
Next, hydrogen ions (H + ) in the ionized water region are coordinated to loan pairs that are unshared electron pairs of nitrogen atoms (N). Thus, for example, an amine moiety such as ammonia (NH 3 ), dimethylamine ((CH 3 ) 2 NH), methylamine (NH 2 CH 3 ), or ammonium hydroxide (anhydrous, NH 4 OH) is liberated (note that These can be oxidatively decomposed by the OH radical oxidative decomposition method).
Then, as a reaction to the main body residue after free cleavage, a hydroxide ion (OH − ) is added to the carbocation (C + ) -converted carbon atom.
(5)アミド化合物は、このような反応が柱となると共に、これらの反応に連鎖する反応が加わり、もって途中でカルボニル基の再生反応を経由した後、最終的には、少なくともアミド化合物は炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)化されてしまう。
なお、最終的な切断残基側に随伴した対電子への反応として、電離水域の水素イオン(H+)が配位する反応が加わることも多い。
(5) In the amide compound, such a reaction becomes a pillar, and a chain reaction is added to these reactions. After passing through a carbonyl group regeneration reaction, at least the amide compound is finally carbonated. It will be converted to sodium hydride (NaHCO 3 ).
In addition, as a reaction to the counter electron accompanying the final cleaved residue, a reaction in which hydrogen ions (H + ) in the ionized water region are coordinated is often added.
(6)ところで、このような本発明のアルカリ洗浄法は、OHラジカル酸化分解法の前処理として、実施されることも多い。
すなわち、上述したアルカリ洗浄法により、アミド構造が崩壊,系外化せしめられ、アミン部が分離,遊離するので、OHラジカル酸化分解法の阻害要因(従来技術の課題の原因として、前述した所を参照)は、解消される。
そこで、アルカリ洗浄法を実施した後も、更に酸化分解対象となる最終残基が残留した場合は、OHラジカル酸化分解法により、このような最終残基は酸化分解される。
(6) By the way, the alkali cleaning method of the present invention is often implemented as a pretreatment of the OH radical oxidative decomposition method.
In other words, the amide structure is collapsed and externalized by the alkali washing method described above, and the amine part is separated and liberated. Therefore, the OH radical oxidative decomposition method is a factor that inhibits the OH radical oxidative decomposition method. Reference) is resolved.
Therefore, even after the alkali cleaning method is performed, if the final residue to be oxidatively decomposed remains, such a final residue is oxidatively decomposed by the OH radical oxidative decomposition method.
(7)例えば、アミド化合物のカルバマゼピンの場合の最終残基(芳香環に連なる第2アミン)、エテンザミドの場合の最終残基(遊離ベンゼン環、具体的にはフェニルメチルエーテル)、N−メチルピロリドンの場合の最終残基(プロピルアルコール)、ポリペプチドの場合の最終残基(アルコール)等が、これに該当する。 (7) For example, the final residue (second amine linked to the aromatic ring) in the case of amide compound carbamazepine, the final residue (free benzene ring, specifically phenylmethyl ether) in the case of ethenamide, N-methylpyrrolidone This corresponds to the final residue (propyl alcohol) in the case of, the final residue (alcohol) in the case of a polypeptide, and the like.
(8)なお、OHラジカル酸化分解法としては、光触媒法,オゾン光酸化法も存在するが、フェントン法が代表的である。フェントン法では、上記最終残基を含有した被処理水に対し、過酸化水素と2価の鉄イオンとpH調整剤とが添加されて、OHラジカル(・OH)が生成され、生成されたOHラジカルが、上記最終残基を酸化分解する。
本発明の作用等については、以上のとおり。
(8) As the OH radical oxidative decomposition method, there are a photocatalytic method and an ozone photooxidation method, but the Fenton method is typical. In the Fenton method, hydrogen peroxide, divalent iron ions, and a pH adjuster are added to the water to be treated containing the final residue to generate OH radicals (.OH), and the generated OH A radical oxidatively degrades the final residue.
The operation of the present invention is as described above.
以下、本発明に係る窒素含有有機化合物のアルカリ洗浄法の実施例について、図2,図3も参照して説明する。
この実施例では、アミド化合物のジメチルホルムアミド(DMF)について、アルカリ洗浄反応のプロセスステップを、論理的に検証する。
下記化1は、ジメチルホルムアミドの構造式の模式図である。化2は、ステップ(1)〜(4)の説明に供し、構造式の模式図である。
Examples of the alkali cleaning method for nitrogen-containing organic compounds according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
In this example, the process steps of the alkaline wash reaction are logically verified for the amide compound dimethylformamide (DMF).
The following
まず、上記化2のプロセスステップについて、説明する。最初に、上記化1に示したジメチルホルムアミドについて、上記化2中や図2中のステップ(1)に示したように、カルボニル基のπ分子軌道の空軌道に、水酸イオンが付加する。
すなわち、ジメチルホルムアミドのアミド構造は、カルボニル基の炭素原子に第3アミンが共有結合で接続してなる。
そして、そのカルボニル基(>C=O)の二重結合のπ分子軌道において、実質的にルイス酸である空軌道(対電子受容体)に対し、アルカリ水溶液である水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液,電離水域中に、多量,過剰に存する水酸イオン(OH−)が、ルイス塩基(対電子供与体)として、付加する。当該軌道への寄与率の高い炭素原子(C)側に、付加する。
First, the process steps of
That is, the amide structure of dimethylformamide is formed by covalently connecting a tertiary amine to a carbon atom of a carbonyl group.
Then, in the π molecular orbital of the double bond of the carbonyl group (> C═O), a sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution that is an alkaline aqueous solution is substantially free from a vacant orbital (counter electron acceptor) that is a Lewis acid. , A large amount and excess of hydroxide ions (OH − ) are added to the ionized water region as a Lewis base (counter-electron donor). It is added to the carbon atom (C) side having a high contribution rate to the orbit.
すると、上記化2中や図2中のステップ(2)に示したように、カルボニル基では、そのπ分子軌道の被占軌道の対電子が移動し、酸素原子端がアニオン化する。
すなわち、前述したステップ(1)での水酸イオンの付加により、ジメチルホルムアミドのカルボニル基では、空軌道と共に消滅するπ分子軌道の被占軌道(有対電子)上の対電子が、瞬時に被占軌道を解消すべく、当該軌道への寄与率の高い酸素原子(O)端に移動し、酸素原子(O)端をアニオン化する。
このようにカルボニル基のπ分子軌道は、空軌道のみならずπ軌道も共に解消,消滅し、化学構造が変化する。
そして、上記化2中や図2中のステップ(3)に示したように、上述によりアニオン化した酸素原子(O)端が、ナトリウムイオン(Na+)を引き寄せる。すなわち、ジメチルホルムアミドのカルボニル基のアニオン化した酸素原子端が、水酸化ナトリウム水溶液中のカチオンであるナトリウムイオンを引き寄せる。
Then, as shown in the
That is, due to the addition of hydroxide ions in step (1) described above, in the carbonyl group of dimethylformamide, the counter electrons on the occupied orbitals (paired electrons) of the π molecular orbitals that disappear together with the empty orbitals are instantaneously covered. In order to eliminate the occupied orbit, the oxygen atom (O) end moves to the end of the oxygen atom (O) having a high contribution rate to the orbit, and the oxygen atom (O) end is anionized.
In this way, the π molecular orbitals of the carbonyl group dissolve and disappear together with not only the empty orbitals but also the chemical structure.
Then, as shown in the
これと共に、上記化2中や図2中のステップ(4)に示したように、アミンの窒素原子のローンペアに、電離水域の水素イオンが配位する。上記ステップ(1),(2)でカルボニル基が解消,消滅したので、ローンペアは、非局在化せず正常に局在し独立性を回復しており、水素イオンが配位可能である。
すなわち、強力なアルカリ水溶液である水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液では、多量の水酸イオン(OH−)により、その対として水分子の電離により、水素イオン(プロトン,H+)が随伴,惹起,供給される。
そして水素イオンは、図示例のジメチルホルムアミドの場合は、第3アミン(−N<)の窒素原子のローンペア(非共有電子対)に対し、取付いて配位結合する。
At the same time, as shown in the
That is, in a sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution that is a strong alkaline aqueous solution, hydrogen ions (protons, H + ) are accompanied and caused by a large amount of hydroxide ions (OH − ) and ionization of water molecules as a pair. Supplied.
In the case of dimethylformamide in the illustrated example, the hydrogen ion is attached and coordinate-bonded to a loan pair (unshared electron pair) of a nitrogen atom of a tertiary amine (-N <).
それから、洗浄分解のプロセスは、前記化2のプロセスステップから、上記化3のプロセスステップへと進む。化3は、ステップ(5)〜(7)の説明に供し、構造式の模式図である。
そしてまず、上記化3中や図2中のステップ(5)に示したように、窒素原子3価に基づき、アミン部が遊離する。
すなわち、ジメチルホルムアミドにおいて、前記ステップ(4)で前述した水素イオンの窒素原子への配位結合は、共有結合化する。そして窒素原子は、自己の原子価である3価を満たし維持するため、隣接する炭素原子との結合を切り、結合対電子を自己に保持して、(前記ステップ(4)で失われたローンペアの代わりの)新たなローンペアとする。もって自身は、ジメチルアミン((CH3)2NH)として遊離する。
なお、実施例のジメチルホルムアミドではない他のアミド化合物の場合は、例えば、アンモニア(NH3),メチルアミン(NH2CH3),水酸化アンモニウム(安水,NH4OH)等として遊離するが、いずれにしてもアミン部が、本体部の炭素原子側から遊離する。
Then, the cleaning and decomposition process proceeds from the
First, as shown in the
That is, in dimethylformamide, the coordinate bond to the nitrogen atom of the hydrogen ion described above in step (4) is covalently bonded. In order to satisfy and maintain the trivalence that is the valence of the nitrogen atom, the nitrogen atom breaks the bond with the adjacent carbon atom and holds the bond pair electron in the self (the loan lost in the step (4)). A new loan pair (instead of a pair). As such, it liberates as dimethylamine ((CH 3 ) 2 NH).
In the case of other amide compounds other than the dimethylformamide of the examples, for example, they are liberated as ammonia (NH 3 ), methylamine (NH 2 CH 3 ), ammonium hydroxide (anhydrous, NH 4 OH), etc. In any case, the amine part is liberated from the carbon atom side of the main body part.
このようにして、上記化3中や図2中のステップ(6)に示したように、C−N結合は切断される。ジメチルホルムアミドの炭素原子と窒素原子間の結合は、切断される。
もって、上記化3中や図2中のステップ(7)に示したように、上記切断に伴い、炭素原子がカルボカチオン(C+)化する。
すなわち、ジメチルホルムアミド本体部の炭素原子(C)側は、上記ステップ(5),(6)のジメチルアミン((CH3)2NH)等のアミン部の遊離,切断に伴い、結合対電子をアミン部側の窒素原子(N)に奪われる。もって当該炭素原子は、カルボカチオン(C+)化する。
In this way, the C—N bond is broken as shown in the
Therefore, as shown in the
That is, the carbon atom (C) side of the dimethylformamide main body portion is bonded to electrons with the liberation and cleavage of the amine portion such as dimethylamine ((CH 3 ) 2 NH) in the above steps (5) and (6). Deprived of the nitrogen atom (N) on the amine side. Thus, the carbon atom is converted to a carbocation (C + ).
それから、洗浄分離のプロセスは、前記化3のプロセスステップから、上記化4のプロセスステップへと進む。化4は、ステップ(8)〜(10)の説明に供し、構造式の模式図である。
そしてまず、上記化4中や図2のステップ(8)に示したように、カルボカチオン(C+)に、水酸イオン(OH−)が付加する。
すなわち、アミン部が遊離した本体部側では、前記ステップ(7)によりカルボカチオン(C+)化した炭素原子に、アルカリ水溶液つまり水酸化ナトリウム水溶液中に多量に存するアニオンの水酸イオン(OH−)が、付加する。
その結果、本体部側では、炭素原子(C)に付く水酸基(−OH)が2当量化する。前記ステップ(1)で付加していた1モルに加え、このステップ(8)での付加により、計2モルになる。
Then, the washing and separation process proceeds from the process step of
First, as shown in
That is, on the main body part side where the amine part is liberated, the anion hydroxide ion (OH −) present in a large amount in the alkaline aqueous solution, that is, the sodium hydroxide aqueous solution, is converted into the carbocation (C + ) carbon atom formed in the step (7). ) Is added.
As a result, on the main body side, the hydroxyl group (—OH) attached to the carbon atom (C) becomes 2 equivalents. In addition to 1 mole added in step (1), the addition in step (8) results in a total of 2 moles.
そこで、上記化4中や図2中のステップ(9)へと進み、本体部では、炭素原子の水酸基2当量から、水分子1モルが遊離する。すなわち、同一炭素原子に水酸基2モルが付くことになり、熱力学的自然性向に基づき、水分子1モルが遊離する。
その結果、上記化4中や図2中のステップ(10)に示したように、カルボニル基(>C=O)が生成される。新たなカルボニル基が、再生されたことになる。
Therefore, the process proceeds to the
As a result, a carbonyl group (> C═O) is generated as shown in the
しかる後、洗浄分解のプロセスは、前記化4のプロセスステップから、上記化5のプロセスステップへと進む。化5は、ステップ(11)〜(13)の説明に供し、構造式の模式図である。
そしてまず、上記化5や図3中のステップ(11)に示したように、前記ステップ(10)で生成された新カルボニル基(>C=O)のπ分子の空軌道に、水酸イオン(OH−)が付加する。このステップ(11)の付加反応については、前記ステップ(1)で説明した所に準じるので、その説明は省略する。
すると、上記化5中や図3中のステップ(12)に示したように、新カルボニル基では、そのπ分子軌道の被占軌道(有対電子)の対電子が移動し、酸素原子(O)端がアニオン化する。このステップ(12)の対電子移動については、前記ステップ(2)で説明した所に準じるので、その説明は省略する。
そして、上記化5中や図3中のステップ(13)に示したように、上述によりアニオン化した酸素原子(O)端が、ナトリウムイオン(Na+)を引き寄せる。このステップ(13)の引き寄せ反応については、前記ステップ(3)で説明した所に準じるので、その説明は省略する。
Thereafter, the cleaning / decomposing process proceeds from the
First, as shown in the
Then, as shown in the
Then, as shown in the
それから、洗浄分解のプロセスは、前記化5のプロセスステップから、上記化6のプロセスステップへと進む。化6は、ステップ(14),(15)の説明に供し、構造式の模式図である。
そしてまず、上記化6中や図3中のステップ(14)に示したように、一方の「−O−+Na+」の「Na+」が拡散する。すなわち、前記ステップ(13)の結果、過渡的に炭素原子(C)に連なる「−O−+Na+」が2当量でき、炭素原子を中心に干渉(共鳴)し合う。もって安定を求めて、一方のナトリウムイオンが遊離,拡散する。
Then, the cleaning and decomposition process proceeds from the
The first, as shown in step (14) in the
そして、上記化6中や図3中のステップ(15)に示したように、アニオン化した酸素原子(O−)の解消により、カルボニル基(>C=O)が再々生される。
すなわち、前記ステップ(14)で、カチオンのナトリウムイオン(Na+)を遊離,拡散せしめたアニオンの酸素原子(O−)は、アニオンを解消すべく電子が移動して、炭素原子(C)と2重結合化を図る。もって、新たなカルボニル基が再々生される。
Then, as shown in the
That is, in the step (14), the oxygen atom (O − ) of the anion that has liberated and diffused the cation sodium ion (Na + ) has been moved by an electron to eliminate the anion, and the carbon atom (C) A double bond is intended. Thus, a new carbonyl group is regenerated.
そして、洗浄分解のプロセスは、前記化6のプロセスステップから、上記化7のプロセスステップへと進む。化7は、ステップ(16)〜(20)の説明に供し、構造式の模式図である。
そしてまず、上記化7中や図3中のステップ(16)に示したように、炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)が生成されるに至る。
すなわち、前記ステップ(15)において、アニオン化した酸素原子(O−)のアニオン解消に伴い、新たにカルボニル基(CO)が生成される。これにより炭素原子(C)は、自己の原子価である4価を満たし維持するため、相対的に結合力の弱い水素原子(H)との接続を切る。
その結果、本体部は全体として、炭酸水素ナトリウム化される。ナトリウムイオン(Na+)+炭酸水素イオン(HCO3 −)→炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)。
Then, the cleaning / decomposing process proceeds from the
First, as shown in the
That is, in step (15), a new carbonyl group (CO) is generated as the anion of the anionized oxygen atom (O − ) is eliminated. As a result, the carbon atom (C) is disconnected from the hydrogen atom (H) having a relatively weak bonding force in order to satisfy and maintain the tetravalence of its own valence.
As a result, the main body is entirely converted to sodium bicarbonate. Sodium ion (Na + ) + bicarbonate ion (HCO 3 − ) → sodium bicarbonate (NaHCO 3 ).
他方、上記化7中や図3中のステップ(17)に示したように、炭素原子の原子価である4価に基づき切断された側の最終残基には、化7中や図3中のステップ(18)に示したように、対電子が随伴する。実施例のジメチルホルムアミドの場合、切断された結合部側の最終残基は水素原子(H)よりなり、この水素原子に、炭素原子との間の結合対電子が付与されて随伴する。
すると実施例の場合は、化7中や図3中のステップ(19)に示したように、このように切断されると共に対電子を担持した水素原子は、その対電子に、電離水域の水素イオン(H+)が配位する。そして、化7中や図3中のステップ(20)に示したように、最終残基が水素(H2)化される。
なお、実施例のジメチルホルムアミドではない他のアミド化合物の場合は、最終残基側が、水素イオンの配位により、例えばメタン(CH4)化されるケースもある。又、OHラジカル酸化分解法の対象となり得る、アルコールや遊離ベンゼン環等に最終残基化されるケースもある。
実施例については、以上のとおり。
On the other hand, as shown in the
Then, in the case of the example, as shown in the
In the case of other amide compounds that are not dimethylformamide in the examples, the final residue side may be converted to, for example, methane (CH 4 ) by coordination of hydrogen ions. In addition, there are cases where the final residue is formed into an alcohol, a free benzene ring, or the like, which can be an object of the OH radical oxidative decomposition method.
About an Example, it is as above.
1 界面活性マシン
2 円筒ドラム
3 攪拌室
4 攪拌板
5 攪拌翼
6 入口
7 出口
8 仕切板
9 中央連通穴
10 シャフト
11 減速機
12 モータ
13 加熱手段
DESCRIPTION OF
Claims (9)
該有機化合物のアルカリ水溶液が、該界面活性マシン内を入口から出口へと流れること、を特徴とする、窒素含有有機化合物のアルカリ洗浄法。 In claim 1, a surface active machine is used, and the surface active machine is provided with a disk-shaped stir plate rotating at high speed and powerful in a stir chamber formed in a cylindrical drum. A stirring blade is projected on the plate surface,
An alkali cleaning method for a nitrogen-containing organic compound, characterized in that an aqueous alkali solution of the organic compound flows in the surface active machine from an inlet to an outlet.
まず、その界面エネルギーを過渡的に高めるに足る攪拌剪断力の付与機能を発揮し、もって、該有機化合物のカルボニル基(>C=O)への水酸イオン(OH−)の付加促進機能を発揮すること、を特徴とする、窒素含有有機化合物のアルカリ洗浄法。 The surface active machine according to claim 3, wherein the organic compound to be heated and maintained is subjected to high-speed and powerful rotation of the stirring plate for the alkaline aqueous solution of the organic compound.
First, it exerts a function of imparting a stirring shear force sufficient to transiently increase the interfacial energy, and thus has a function of promoting the addition of hydroxide ions (OH − ) to the carbonyl group (> C═O) of the organic compound. An alkaline cleaning method for nitrogen-containing organic compounds, characterized by
該有機化合物の窒素原子(N)の非共有電子対であるローンペア側に、電離水域の水素イオン(H+)が配位する反応と、
該有機化合物のカルボカチオン(C+)化した炭素原子に、水酸イオン(OH−)が付加する反応とが、少なくとも進行することを特徴とする、窒素含有有機化合物のアルカリ洗浄法。 5. The reaction of adding a hydroxide ion (OH − ) to the carbon atom (C) side of a vacant orbital lacking a counter electron with respect to the π molecular orbital of the carbonyl group (> C═O) of the organic compound according to claim 4. ,
A reaction in which a hydrogen ion (H + ) in an ionized water region is coordinated to a loan pair side that is an unshared electron pair of a nitrogen atom (N) of the organic compound;
An alkali cleaning method for a nitrogen-containing organic compound, characterized in that at least a reaction in which a hydroxide ion (OH − ) is added to a carbocation (C + ) carbon atom of the organic compound proceeds.
最終的には少なくとも炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)化されること、を特徴とする、窒素含有有機化合物のアルカリ洗浄法。 The organic compound according to claim 6, wherein the organic compound liberates an amine moiety such as ammonia (NH 3 ) and then regenerates the carbonyl group.
An alkali cleaning method for a nitrogen-containing organic compound, characterized in that it is finally converted to at least sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ).
もって事後の該酸化分解法では、該有機化合物の残基が酸化分解されること、を特徴とする、窒素含有有機化合物のアルカリ洗浄法。 In claim 3, the alkali cleaning method is carried out as a pretreatment of the oxidative decomposition method, and the inhibiting factor of the oxidative decomposition method is eliminated for the organic compound,
Thus, in the subsequent oxidative decomposition method, a residue of the organic compound is oxidatively decomposed, and the alkali cleaning method for a nitrogen-containing organic compound is characterized.
もって該OHラジカルが該残基を酸化分解すること、を特徴とする、窒素含有有機化合物のアルカリ洗浄法。 9. The oxidative decomposition method according to claim 8, comprising a Fenton method, wherein hydrogen peroxide, divalent iron ions, and a pH adjuster are added to water to be treated containing the residue of the organic compound, and OH Radical (.OH) is generated,
A method for alkali cleaning a nitrogen-containing organic compound, wherein the OH radical oxidatively decomposes the residue.
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