JP2016056031A - Method for producing greigite by solid-gas reaction - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固気反応によるGreigiteの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing Greigite by a solid-gas reaction.
Greigiteは、グライガイト又はグレイジャイト(誤発音和名による通称)とも称される化合物である。Greigiteは、Fe(III)2Fe(II)S4の組成式で表される混合原子価硫化鉄であって、フェリ磁性を有する。Greigiteは、その結晶の1/4セル構造が(FeS2)2(Fe4S4)で表わされるように、その内部に生命にとって必須な[4Fe4S]クラスター様の構造を有する。このため、Greigiteは、地球生命の化学進化に深くかかわった鉱物の1つと認識されている(非特許文献1及び2)。[4Fe4S]クラスターは、電子伝達成分としてだけでなく、酵素の活性中心として(非特許文献3)、或いは翻訳制御因子(非特許文献4)、転写制御因子(非特許文献5)、又はラジカル利用タンパク質(非特許文献6及び7)の構成要素として、重要な機能を担っている。 Greigite is a compound that is also referred to as Greigite or Greigite (common name by mispronunciation Japanese name). Greigite is a mixed-valence iron sulfide represented by the composition formula of Fe (III) 2 Fe (II) S 4 and has ferrimagnetism. Greigite has a [4Fe4S] cluster-like structure that is essential for life, as shown in (FeS 2 ) 2 (Fe 4 S 4 ). For this reason, Greigite is recognized as one of the minerals deeply involved in the chemical evolution of Earth life (Non-patent Documents 1 and 2). The [4Fe4S] cluster is not only used as an electron transfer component, but also as an enzyme active center (Non-Patent Document 3), or a translation control factor (Non-Patent Document 4), a transcriptional control factor (Non-Patent Document 5), or a radical utilization It plays an important function as a component of proteins (Non-Patent Documents 6 and 7).
Greigiteは、フェリ磁性を有する。このため、Greigiteは、磁界変化を付与されることにより、発熱する。このような特性から、Greigiteは、がん患者に投与することでその体内のがん部分に送達し、磁界変化で誘導される熱によってがん細胞を死滅させる、ハイパーサーミア(温熱療法)の熱源として有望視されている(非特許文献8)。 Greigite has ferrimagnetism. For this reason, Greigite generates heat by being given a magnetic field change. Because of these characteristics, Greigite is delivered to cancer in the body by being administered to cancer patients, and is used as a heat source for hyperthermia (thermotherapy), which kills cancer cells by heat induced by magnetic field changes. Promising (Non-Patent Document 8).
現在、鉄剤及び鉄サプリメントの有効成分として使用される鉄は可溶性である。このため、鉄剤及び鉄サプリメントを過剰に摂取すると、活性酸素を発生させる危険性が指摘されている。これに対し、Greigiteは、結晶構造を有することから難溶性であり、活性酸素を発生させ難い。また、Greigiteは、代替医療の1つであるアーユルヴェーダセラピーに用いられる、インド黒塩の構成成分としても知られており、薬効が期待される。 Currently, iron used as an active ingredient in iron agents and iron supplements is soluble. For this reason, the danger of generating active oxygen is pointed out when an iron agent and an iron supplement are ingested excessively. On the other hand, Greigite is hardly soluble because it has a crystal structure, and it is difficult to generate active oxygen. Greigite is also known as a component of Indian black salt used in Ayurvedic therapy, one of the alternative medicines, and is expected to have medicinal properties.
Greigiteは、前記のような様々な用途に適用されることが期待されている。それ故、Greigiteの大量生産法が開発されれば、将来的に、医薬品、サプリメント又は食品の有効成分としてGreigiteが有用になる可能性がある。 Greigite is expected to be applied to various uses as described above. Therefore, if a mass production method of Greigite is developed, Greigite may become useful as an active ingredient of pharmaceuticals, supplements or foods in the future.
Greigiteの製造方法として、様々な化学的合成方法が知られている(非特許文献9〜13)。例えば、非特許文献9は、二価の鉄塩と硫化水素とを100℃以下の溶液中で反応させる方法を記載する。非特許文献10は、二価の鉄塩とポリスルフィドとを100℃以下の溶液中で反応させる方法を記載する。非特許文献11は、高温真空装置を用いて、250℃以上の温度で鉄蒸気と硫化亜鉛とを反応させてGreigiteを合成する方法を記載する。 Various chemical synthesis methods are known as a production method of Greigite (Non-Patent Documents 9 to 13). For example, Non-Patent Document 9 describes a method of reacting a divalent iron salt and hydrogen sulfide in a solution of 100 ° C. or lower. Non-Patent Document 10 describes a method of reacting a divalent iron salt and a polysulfide in a solution of 100 ° C. or lower. Non-Patent Document 11 describes a method of synthesizing Greigite by reacting iron vapor and zinc sulfide at a temperature of 250 ° C. or higher using a high-temperature vacuum apparatus.
Greigiteの製造方法として、生物学的合成方法も知られている。例えば、非特許文献14は、走磁性細菌による細胞内合成による方法を、非特許文献15は、硫酸還元菌による細胞外合成による方法を、それぞれ記載する。 A biological synthesis method is also known as a production method of Greigite. For example, Non-Patent Document 14 describes a method based on intracellular synthesis using magnetotactic bacteria, and Non-Patent Document 15 describes a method based on extracellular synthesis using sulfate-reducing bacteria.
従来技術のGreigiteの製造方法には、いくつかの課題が存在した。例えば、非特許文献10〜13に記載の方法では、通常、Greigiteを得るために、還元鉄(二価鉄)を使用することから、15時間〜数日間の時間が必要となる。非特許文献9に記載の方法では、約15分間と比較的短時間でGreigiteが得られたが、当該方法では、毒性の高い硫化水素ガスが使用される。このため、非特許文献9に記載の方法では、安全管理を厳格に行う必要がある。 There were several problems with the prior art Greigite manufacturing method. For example, in the methods described in Non-Patent Documents 10 to 13, since reduced iron (divalent iron) is usually used to obtain Greigite, it takes 15 hours to several days. In the method described in Non-Patent Document 9, Greigite was obtained in a relatively short time of about 15 minutes, but in this method, highly toxic hydrogen sulfide gas is used. For this reason, the method described in Non-Patent Document 9 requires strict safety management.
ポリスルフィド又は硫化水素を硫黄原料として用いる従来技術のGreigiteの製造方法では、反応の進行に伴い、Mackinawite(マッキノーウィト、Fe(II)S)、Greigite、及びPyrite(パイライト、Fe(II)S2)が順次形成される(非特許文献12及び13)。前記反応において、Mackinawiteの全量がGreigiteに変換される前に、GreigiteがPyriteに変換される(非特許文献13)。このため、Mackinawiteを経由してGreigiteが形成される従来技術のGreigiteの製造方法では、Greigiteのみを得ることは困難である。また、得られたGreigiteを、Pyrite等を含む反応混合物から、効率的に精製及び単離する手段は知られていない。 In the prior art Greigite production method using polysulfide or hydrogen sulfide as a sulfur raw material, Mackinawite (Mackinawite, Fe (II) S), Greigite, and Pyrite (Pyrite, Fe (II) S 2 ) as the reaction proceeds. ) Are sequentially formed (Non-Patent Documents 12 and 13). In the reaction, Greigite is converted to Pyrite before the entire amount of Mackinawite is converted to Greigite (Non-patent Document 13). For this reason, it is difficult to obtain only Greigite by the prior art Greigite manufacturing method in which Greigite is formed via Mackinawite. In addition, there is no known means for efficiently purifying and isolating the obtained Greigite from a reaction mixture containing Pyrite or the like.
また、生物学的合成方法によるGreigiteの製造方法の場合、Greigite生成反応の反応速度は、使用される菌の生育速度に依存することから、2週間以上の長時間を要する(非特許文献14及び15)。 In addition, in the case of a production method of Greigite by a biological synthesis method, the reaction rate of the Greigite production reaction depends on the growth rate of the bacteria used, and therefore requires a long time of 2 weeks or more (Non-Patent Document 14 and 15).
前記課題に鑑み、本発明は、Greigiteを安全且つ迅速に製造する手段を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide means for manufacturing Greigite safely and quickly.
本発明者らは、前記課題を解決するための手段を種々検討した結果、密閉された反応系で硫化水素と鉄原料とを固気反応させることにより、Greigiteを合成できることを見出した。本発明者らは、前記知見に基づき本発明を完成した。 As a result of various studies on means for solving the above problems, the present inventors have found that Greigite can be synthesized by solid-gas reaction between hydrogen sulfide and an iron raw material in a sealed reaction system. Based on the above findings, the present inventors have completed the present invention.
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
(1) 密閉された反応系で硫化水素と鉄原料とを固気反応させて、Greigiteを形成させるGreigite形成工程を含む、Greigiteの製造方法。
(2) 前記鉄原料が、酸化鉄を含有する、前記(1)に記載の方法。
(3) 前記酸化鉄が、Hematite、アモルファスFeO(OH)、Goethite、Lepidocrocite及びMagnetiteからなる群より選択される1種以上の酸化鉄である、前記(2)に記載の方法。
(4) 前記酸化鉄が、Hematite及びアモルファスFeO(OH)からなる群より選択される1種以上の酸化鉄である、前記(3)に記載の方法。
(5) 密閉された反応系で硫化物と酸とを反応させて、硫化水素を形成させる硫化水素形成工程をさらに含む、前記(1)〜(4)のいずれかに記載の方法。
(6) 前記硫化物が、硫化ナトリウム及び硫化カリウムからなる群より選択される1種以上のアルカリ金属硫化物である、前記(5)に記載の方法。
(7) 前記酸が、硫酸、塩酸、酢酸、ギ酸、硝酸及び臭化水素酸からなる群より選択される1種以上の酸である、前記(5)又は(6)に記載の方法。
(8) 前記酸が、硫酸である、前記(7)に記載の方法。
That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) A method for producing Greigite, which includes a Greigite forming step of forming Greigite by solid-gas reaction between hydrogen sulfide and an iron raw material in a sealed reaction system.
(2) The method according to (1), wherein the iron raw material contains iron oxide.
(3) The method according to (2), wherein the iron oxide is at least one iron oxide selected from the group consisting of Hematite, amorphous FeO (OH), Goethite, Lepidocrocite, and Magnetite.
(4) The method according to (3), wherein the iron oxide is at least one iron oxide selected from the group consisting of Hematite and amorphous FeO (OH).
(5) The method according to any one of (1) to (4), further comprising a hydrogen sulfide forming step of reacting a sulfide with an acid in a sealed reaction system to form hydrogen sulfide.
(6) The method according to (5), wherein the sulfide is one or more alkali metal sulfides selected from the group consisting of sodium sulfide and potassium sulfide.
(7) The method according to (5) or (6), wherein the acid is one or more acids selected from the group consisting of sulfuric acid, hydrochloric acid, acetic acid, formic acid, nitric acid, and hydrobromic acid.
(8) The method according to (7), wherein the acid is sulfuric acid.
本発明により、Greigiteを安全且つ迅速に製造する手段を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a means for producing Greigite safely and rapidly.
前記以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
<1:Greigite>
Greigiteは、Fe(III)2Fe(II)S4の組成式で表される混合原子価硫化鉄であって、フェリ磁性を有する。Greigiteの同定は、限定するものではないが、例えば、X線回折(XRD)を測定して、得られたXRDスペクトルデータを、Powder Diffraction File(商標)のような公知のデータベースと比較することにより、実施することができる。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
<1: Greigite>
Greigite is a mixed-valence iron sulfide represented by the composition formula of Fe (III) 2 Fe (II) S 4 and has ferrimagnetism. Greigite identification includes, but is not limited to, for example, by measuring X-ray diffraction (XRD) and comparing the resulting XRD spectral data with a known database such as the Powder Diffraction File ™. Can be implemented.
本発明の方法によって製造されるGreigiteは、医薬品、サプリメント又は食品の有効成分として使用できる可能性がある。本発明の方法によって製造されるGreigiteは、例えば、がん患者に投与することでその体内のがん部分に送達し、磁界変化で誘導される熱によってがん細胞を死滅させる、ハイパーサーミア(温熱療法)の熱源として使用できる可能性がある。本発明の方法によって製造されるGreigiteが温熱療法の熱源として使用し得ることは、例えば、以下の手順で誘導加熱試験を実施することにより、確認することができる。Greigiteの粉末を水に入れ、その周囲を包囲するように配置されたコイルに交流を通電する。これにより、コイルの周囲に磁界変化を形成し、該磁界変化によってGreigiteに渦電流を発生させる。発生した渦電流によってGreigiteの周囲の水の温度が上昇するので、この水の温度変化(温度上昇)を測定する。 Greigite produced by the method of the present invention may be used as an active ingredient in pharmaceuticals, supplements or foods. The Greigite produced by the method of the present invention is, for example, hyperthermia (thermotherapy) that is delivered to a cancer part in the body by being administered to a cancer patient, and kills cancer cells by heat induced by a magnetic field change. ) May be used as a heat source. The fact that Greigite produced by the method of the present invention can be used as a heat source for thermotherapy can be confirmed, for example, by performing an induction heating test according to the following procedure. Greigite powder is put in water, and an alternating current is passed through a coil arranged to surround it. Thereby, a magnetic field change is formed around the coil, and an eddy current is generated in Greigite by the magnetic field change. Since the temperature of the water around Greigite rises due to the generated eddy current, the temperature change (temperature rise) of this water is measured.
<2:Greigiteの製造方法>
本発明は、Greigiteの製造方法に関する。本発明の方法は、Greigite形成工程を含むことが必要である。以下、本発明の各工程について、詳細に説明する。
<2: Greigite manufacturing method>
The present invention relates to a method for producing Greigite. The method of the present invention needs to include a Greigite forming step. Hereafter, each process of this invention is demonstrated in detail.
[2-1:Greigite形成工程]
本工程は、密閉された反応系で硫黄原料と鉄原料とを固気反応させることが必要である。本明細書において、「固気反応(solid-gas反応)」は、固体と気体との間において進行する反応を意味する。本工程により、硫黄原料と鉄原料とを固気反応させて、Greigiteを形成させることができる。
[2-1: Greigite formation process]
This step requires a solid-gas reaction between the sulfur raw material and the iron raw material in a sealed reaction system. In the present specification, the “solid-gas reaction” means a reaction that proceeds between a solid and a gas. Through this step, the sulfur raw material and the iron raw material can be subjected to a solid-gas reaction to form Greigite.
本工程において使用される硫黄原料は、硫化水素であることが必要である。硫化水素は、1気圧における沸点が-60.7℃であることから、常温及び常圧で気体である。それ故、硫化水素を用いることにより、以下において説明する鉄原料との間で固気反応を進行させることができる。これにより、Greigiteを迅速に形成させることができる。 The sulfur raw material used in this step needs to be hydrogen sulfide. Since hydrogen sulfide has a boiling point of -60.7 ° C. at 1 atm, it is a gas at normal temperature and normal pressure. Therefore, by using hydrogen sulfide, a solid-gas reaction can proceed with the iron raw material described below. Thereby, Greigite can be formed rapidly.
本工程において使用される硫化水素は、予め調製されたものを購入等して入手してもよく、以下において説明する硫化水素形成工程を実施することにより、都度調製してもよい。いずれの場合も、本工程の実施形態に包含される。硫化水素は、硫化水素形成工程を実施することにより、都度調製することが好ましい。本実施形態の場合、硫化水素形成工程の後、該硫化水素形成工程と同一の密閉された反応系で本工程を実施することにより、硫化水素形成工程及び本工程を連続的に実施することが好ましい。これにより、毒性の高い硫化水素が反応系外に漏出することを実質的に回避して、より安全にGreigiteを形成させることができる。また、密閉された反応系に硫化水素が充満することにより、反応系の酸素と硫化水素とを反応させて、該反応系を完全嫌気条件にすることができる。 The hydrogen sulfide used in this step may be obtained by purchasing one prepared in advance, or may be prepared each time by carrying out a hydrogen sulfide forming step described below. Either case is included in the embodiment of this step. Hydrogen sulfide is preferably prepared each time by carrying out a hydrogen sulfide forming step. In the case of the present embodiment, after the hydrogen sulfide formation step, the hydrogen sulfide formation step and this step can be continuously performed by performing this step in the same sealed reaction system as the hydrogen sulfide formation step. preferable. Thus, Greigite can be formed more safely by substantially avoiding leakage of highly toxic hydrogen sulfide from the reaction system. Moreover, by filling the sealed reaction system with hydrogen sulfide, the reaction system can be brought into a completely anaerobic condition by reacting oxygen and hydrogen sulfide in the reaction system.
本工程において使用される鉄原料は、通常は、固体形態である。鉄原料は、粉末形態であることが好ましく、実質的に均一な粉末形態であることがより好ましい。固体形態の鉄原料を用いることにより、硫化水素との間で固気反応を進行させることができる。これにより、Greigiteを迅速に形成させることができる。また、実質的に均一な粉末形態の鉄原料を用いることにより、Greigiteの純度を向上させることができる。 The iron raw material used in this step is usually in a solid form. The iron raw material is preferably in a powder form, and more preferably in a substantially uniform powder form. By using a solid form iron raw material, a solid-gas reaction can proceed with hydrogen sulfide. Thereby, Greigite can be formed rapidly. Moreover, the purity of Greigite can be improved by using an iron raw material in a substantially uniform powder form.
本工程において使用される鉄原料は、予め調製されたものを購入等して入手してもよく、当該技術分野で公知の方法により、都度調製してもよい。いずれの場合も、本工程の実施形態に包含される。例えば、粉末形態の鉄原料は、所望の鉄原料を調製した後、得られた生成物を乾燥及び粉砕することにより、調製することができる。前記調製において、鉄原料の生成物の乾燥は、該鉄原料が酸化鉄の場合、空気下で、該鉄原料が還元鉄の場合、完全嫌気条件下で、それぞれ実施することが好ましい。また、鉄原料の生成物の乾燥は、20℃以上、例えば、20〜60℃、好ましくは30〜50℃の範囲の温度で実施することが好ましい。 The iron raw material used in this step may be obtained by purchasing one prepared in advance, or may be prepared each time by a method known in the technical field. Either case is included in the embodiment of this step. For example, an iron raw material in powder form can be prepared by preparing a desired iron raw material and then drying and pulverizing the obtained product. In the preparation, drying of the iron raw material product is preferably performed under air when the iron raw material is iron oxide and under completely anaerobic conditions when the iron raw material is reduced iron. Moreover, it is preferable to dry the product of the iron raw material at a temperature in the range of 20 ° C. or higher, for example, 20 to 60 ° C., preferably 30 to 50 ° C.
本発明者らは、酸化鉄を含有する鉄原料を用いることにより、鉄原料からGreigiteの合成に必要となる酸化力が供給されて、Greigite生成反応が迅速に進行することを見いだした。本発明の方法が前記のような特性を有する理由は、以下のように説明することができる。なお、本発明は、以下の作用・原理に限定されるものではない。酸化鉄として、例えばHematite(ヘマタイト、α型酸化鉄(III)、α-Fe2O3)を使用する場合、下記反応式(I)で表される固気反応により、Hematiteが硫化水素により還元されて、アモルファスFeS(アモルファス硫化鉄)が形成される。形成されたアモルファスFeSは、下記反応式(II)で表される固気反応により、残存するHematite及び硫化水素とさらに反応して、Greigiteが形成される。反応式(I)及び(II)を併せて、Hematite及び硫化水素からGreigiteを形成させる全反応を、下記反応式(III)に示す。反応式(III)で表される反応は、例えば、本工程の反応中間体としてアモルファスFeSが生成すること、生成物に酸化数0の硫黄が存在しないこと、生成物に水素が存在すること等を確認することにより支持される。反応中間体中のアモルファスFeSの存在は、例えば、Fe(II)及びサルファイドの定量、並びにXRD測定により、また生成物中の酸化数0の硫黄の非存在は、例えば、XRDを測定することにより、確認することができる。水素の存在は、例えば、当該技術分野で通常使用される水素検出器等の検出手段により、確認することができる。
Fe2O3 + 3H2S → 2FeS + H2O + SO2 + 2H2 (I)
Fe2O3 + FeS + 3H2S → Fe3S4 + 3H2O (II)
3Fe2O3 + 9H2S → 2Fe3S4 + 7H2O + SO2 + 2H2 (III)
The present inventors have found that by using an iron raw material containing iron oxide, the oxidizing power necessary for the synthesis of Greigite is supplied from the iron raw material, and the Greigite production reaction proceeds rapidly. The reason why the method of the present invention has the above-described characteristics can be explained as follows. Note that the present invention is not limited to the following actions and principles. When Hematite (hematite, α-type iron oxide (III), α-Fe 2 O 3 ) is used as the iron oxide, for example, Hematite is reduced by hydrogen sulfide by a solid-gas reaction represented by the following reaction formula (I). As a result, amorphous FeS (amorphous iron sulfide) is formed. The formed amorphous FeS further reacts with the remaining Hematite and hydrogen sulfide by a solid-gas reaction represented by the following reaction formula (II) to form Greigite. The total reaction for forming Greigite from Hematite and hydrogen sulfide together with Reaction Formulas (I) and (II) is shown in the following Reaction Formula (III). The reaction represented by the reaction formula (III) includes, for example, the production of amorphous FeS as a reaction intermediate in this step, the absence of sulfur with oxidation number 0 in the product, the presence of hydrogen in the product, etc. It is supported by confirming. The presence of amorphous FeS in the reaction intermediate is determined, for example, by determination of Fe (II) and sulfide, and XRD measurement, and the absence of sulfur with oxidation number 0 in the product, for example, by measuring XRD. Can be confirmed. The presence of hydrogen can be confirmed, for example, by detection means such as a hydrogen detector usually used in the art.
Fe 2 O 3 + 3H 2 S → 2FeS + H 2 O + SO 2 + 2H 2 (I)
Fe 2 O 3 + FeS + 3H 2 S → Fe 3 S 4 + 3H 2 O (II)
3Fe 2 O 3 + 9H 2 S → 2Fe 3 S 4 + 7H 2 O + SO 2 + 2H 2 (III)
前記鉄原料は、酸化鉄(三価鉄)又は還元鉄(二価鉄)を含有することが好ましく、酸化鉄を含有することがより好ましく、酸化鉄のみからなることがさらに好ましい。前記鉄原料が酸化鉄を含有する場合、該酸化鉄は、Hematite、アモルファスFeO(OH)(アモルファス酸化水酸化鉄(III))、Goethite(ゲータイト、α型酸化水酸化鉄(III)、α-FeO(OH),)、Lepidocrocite(レピドクロサイト、γ型酸化水酸化鉄(III)、γ-FeO(OH))及びMagnetite(マグネタイト、磁鉄鉱、Fe3O4)からなる群より選択される1種以上の酸化鉄であることが好ましく、Hematite及びアモルファスFeO(OH)からなる群より選択される1種以上の酸化鉄であることがより好ましい。Hematiteを含有する鉄原料を使用する場合、Mackinawiteを経由する従来技術のGreigiteの製造方法と比較して、Mackinawiteを実質的に形成することなく、迅速にGreigiteを得ることができる。なお、本工程において、Mackinawiteを実質的に形成していないことは、例えば、反応中間体又は生成物のXRDを測定することにより、確認することができる。前記鉄原料が還元鉄を含有する場合、該還元鉄は、アモルファスFeSであることが好ましい。前記鉄原料は、予め調製されたものを購入等して入手してもよく、当該技術分野で公知の方法により、自ら調製してもよい。いずれの場合も、本工程の実施形態に包含される。酸化鉄を含有する鉄原料は、以下において説明する気相中及び液相中のいずれの固気反応の実施形態でも使用することができる。還元鉄を含有する鉄原料は、気相中の固気反応の実施形態で使用することができる。酸化鉄を含有する鉄原料を用いることにより、鉄原料からGreigiteの合成に必要となる酸化力を供給することができる。また、鉄原料は、酸素原子以外の陰イオンを実質的に含有しないことが好ましい。鉄原料が酸素原子以外の陰イオンを含有する場合、目的とするGreigiteが形成されない可能性がある。それ故、前記のような酸化鉄を鉄原料として用いることにより、鉄原料から酸化力を供給して、目的とするGreigiteを合成することができる。 The iron raw material preferably contains iron oxide (trivalent iron) or reduced iron (divalent iron), more preferably contains iron oxide, and more preferably consists only of iron oxide. When the iron raw material contains iron oxide, the iron oxide includes Hematite, amorphous FeO (OH) (amorphous iron oxide hydroxide (III)), Goethite (goethite, α-type iron oxide hydroxide (III), α- 1 selected from the group consisting of FeO (OH),), Lepidocrocite (repidocrocite, γ-type iron oxide hydroxide (III), γ-FeO (OH)) and Magnetite (magnetite, magnetite, Fe 3 O 4 ) One or more types of iron oxide are preferable, and one or more types of iron oxide selected from the group consisting of Hematite and amorphous FeO (OH) are more preferable. When using an iron raw material containing Hematite, Greigite can be obtained rapidly without substantially forming Mackinawite, as compared with the prior art Greigite manufacturing method via Mackinawite. In addition, it can confirm that Mackinawite is not substantially formed in this process, for example by measuring XRD of a reaction intermediate or a product. When the iron raw material contains reduced iron, the reduced iron is preferably amorphous FeS. The iron raw material may be obtained by purchasing a material prepared in advance, or may be prepared by a method known in the art. Either case is included in the embodiment of this step. The iron raw material containing iron oxide can be used in any of the solid-gas reaction embodiments in the gas phase and in the liquid phase described below. Iron raw materials containing reduced iron can be used in embodiments of solid-gas reactions in the gas phase. By using the iron raw material containing iron oxide, it is possible to supply the oxidizing power necessary for the synthesis of Greigite from the iron raw material. Moreover, it is preferable that an iron raw material does not contain anions other than an oxygen atom substantially. When the iron raw material contains an anion other than an oxygen atom, the target Greigite may not be formed. Therefore, by using iron oxide as described above as an iron raw material, it is possible to synthesize target Greigite by supplying oxidizing power from the iron raw material.
本工程において使用される硫化水素及び鉄原料の比は、硫黄と鉄とのモル比として、10:1〜1:1の範囲であることが好ましく、5:1〜1.5:1の範囲であることがより好ましく、3:1〜1.5:1の範囲であることがさらに好ましい。前記比で硫化水素及び鉄原料を固気反応させることにより、Greigiteを得ることができる。 The ratio of hydrogen sulfide and iron raw material used in this step is preferably in the range of 10: 1 to 1: 1 as the molar ratio of sulfur and iron, and is in the range of 5: 1 to 1.5: 1. It is more preferable that the ratio is in the range of 3: 1 to 1.5: 1. Greigite can be obtained by subjecting hydrogen sulfide and the iron raw material to a solid-gas reaction at the above ratio.
本工程は、密閉された反応系で実施されることが必要である。本発明者らは、密閉された反応系で硫化水素と鉄原料とを固気反応させることにより、Greigiteが迅速に形成されることを見いだした。本工程において使用される硫化水素は、反応系の酸素と反応する。このため、密閉された反応系で本工程を実施する場合、本工程の開始時点で、反応系に酸素分子(O2)が存在していても、使用される硫化水素の量を適切に調整することにより、Greigiteの形成が確認される時点で、反応系に実質的に酸素分子が存在しない条件を達成することができる。本明細書において、反応系に実質的に酸素分子が存在しない条件を、「完全嫌気条件」と記載する場合がある。本工程において、反応系の気相は、例えば、窒素、ヘリウム又はアルゴンのような1種以上の不活性気体を主成分として含有することが望ましく、場合により、水素又は二酸化炭素のような1種以上の他の気体をさらなる成分として含有してもよい。この場合、前記不活性気体は、反応系の気相全体に対する該不活性気体の総和として50〜100体積%、好ましくは60〜100体積%、より好ましくは80〜100体積%の濃度である。また、前記他の気体は、反応系の気相全体に対する該他の気体の総和として0〜50体積%、好ましくは0〜40体積%、より好ましくは0〜20体積%の濃度である。本工程を密閉された反応系で実施することにより、密閉された反応系に充満した硫化水素が反応系中の酸素と反応して、該反応系を完全嫌気条件にすることができる。これにより、鉄原料の酸化力を反応の駆動力として、Greigiteを迅速に形成させることができる。 This step needs to be performed in a sealed reaction system. The present inventors have found that Greigite is rapidly formed by causing a solid-gas reaction between hydrogen sulfide and an iron raw material in a sealed reaction system. Hydrogen sulfide used in this step reacts with oxygen in the reaction system. For this reason, when this step is performed in a sealed reaction system, the amount of hydrogen sulfide used is appropriately adjusted even if oxygen molecules (O 2 ) are present in the reaction system at the start of this step. By doing so, when the formation of Greigite is confirmed, a condition in which oxygen molecules are not substantially present in the reaction system can be achieved. In the present specification, a condition in which oxygen molecules are not substantially present in the reaction system may be referred to as “complete anaerobic condition”. In this step, the gas phase of the reaction system preferably contains one or more inert gases such as nitrogen, helium or argon as a main component, and optionally one kind such as hydrogen or carbon dioxide. You may contain the above other gas as a further component. In this case, the inert gas has a concentration of 50 to 100% by volume, preferably 60 to 100% by volume, more preferably 80 to 100% by volume, as a sum of the inert gas with respect to the entire gas phase of the reaction system. The other gas has a concentration of 0 to 50% by volume, preferably 0 to 40% by volume, more preferably 0 to 20% by volume, as the sum of the other gases with respect to the entire gas phase of the reaction system. By carrying out this step in a sealed reaction system, hydrogen sulfide filled in the sealed reaction system reacts with oxygen in the reaction system, and the reaction system can be brought into a completely anaerobic condition. Thereby, Greigite can be rapidly formed using the oxidizing power of the iron raw material as a driving force for the reaction.
本工程が、以下において説明する硫化水素形成工程の後、連続的に実施される場合、本工程は、硫化水素形成工程で使用される反応系と同一の密閉された反応系で連続的に実施することが好ましい。この場合、本工程において使用される鉄原料は、硫化水素形成工程において、該硫化水素形成工程で使用される密閉された反応系に予め投入されることが好ましい。これにより、密閉された反応系を開放することなく、硫化水素形成工程及びGreigite形成工程を連続的に実施することができる。本工程において使用される密閉された反応系としては、限定するものではないが、例えば、嫌気ワークステーション又はブチルゴム栓及びアルミシール等で密栓したセラム瓶を挙げることができる。前記密閉された反応系で本工程を実施することにより、密閉された反応系に充満した硫化水素が反応系の酸素と反応して、該反応系を完全嫌気条件にすることができる。これにより、完全嫌気条件下で固気反応を進行させることができる。また、毒性の高い硫化水素が反応系外に漏出することを実質的に回避して、安全にGreigiteを形成させることができる。 When this process is carried out continuously after the hydrogen sulfide formation process described below, this process is carried out continuously in the same sealed reaction system as the reaction system used in the hydrogen sulfide formation process. It is preferable to do. In this case, it is preferable that the iron raw material used in this step is charged in advance into the sealed reaction system used in the hydrogen sulfide forming step in the hydrogen sulfide forming step. Thereby, the hydrogen sulfide formation process and the Greigite formation process can be continuously performed without opening the sealed reaction system. Examples of the sealed reaction system used in this step include, but are not limited to, an anaerobic workstation or a serum bottle sealed with a butyl rubber stopper and an aluminum seal. By carrying out this step in the sealed reaction system, hydrogen sulfide filled in the sealed reaction system reacts with oxygen in the reaction system, so that the reaction system can be brought into a completely anaerobic condition. Thereby, solid-gas reaction can be advanced under completely anaerobic conditions. Further, Greigite can be safely formed by substantially avoiding leakage of highly toxic hydrogen sulfide out of the reaction system.
本工程において、鉄原料は、そのままの状態で、硫化水素と接触させることにより固気反応させてもよく、液体媒体中に存在する状態で、硫化水素と接触させることにより固気反応させてもよい。いずれの場合も、本工程の実施形態に包含される。本明細書において、前者の実施形態を、「気相中の固気反応」と、後者の実施形態を、「液相中の固気反応」と、それぞれ記載する場合がある。前記液体媒体としては、限定するものではないが、例えば、水を挙げることができる。前記液体媒体は、場合により、不活性塩類等の本工程の反応に関与しない1種以上の成分を含有していてもよい。気相中の固気反応の実施形態の場合、鉄原料がそのままの状態、すなわち、液体媒体中に存在しない状態であればよい。気相中の固気反応のある実施形態においては、場合により、反応系に液体媒体が存在していてもよい。例えば、本工程が、以下において説明する硫化水素形成工程の後、連続的に実施される場合、反応系に該硫化水素形成工程の反応媒体が存在する場合がある。このような場合であっても、鉄原料が、硫化水素形成工程の反応媒体と実質的に接触しない状態で反応系に存在する限り、気相中の固気反応の実施形態に包含される。前記実施形態の場合、例えば、硫化水素形成工程の反応媒体を有する容器とは別個の容器に入れる等の手段によって、鉄原料及び硫化水素形成工程の反応媒体を別々に反応系に投入することが好ましい。これにより、鉄原料を、硫化水素形成工程の反応媒体と実質的に接触させることなく、硫化水素と固気反応させることができる。液相中の固気反応の実施形態の場合、鉄原料は、液体媒体中に実質的に溶解していない状態で存在する。本発明において、「鉄原料が液体媒体中に実質的に溶解していない状態」は、使用される鉄原料の総質量に対して、例えば90〜100質量%、好ましくは95〜100質量%、より好ましくは98〜100質量%の範囲の鉄原料が、液体媒体中に溶解せずに固体形態(例えば、液体媒体中に懸濁された状態)で存在することを意味する。また、液相中の固気反応の実施形態の場合、硫化水素は、液体媒体中において、気体である硫化水素(H2S)と硫化水素イオン(HS-)との平衡状態で存在する。このため、液相中の固気反応の実施形態の場合、液体媒体中に実質的に溶解していない鉄原料は、該液体媒体中に溶存する硫化水素と接触して、固気反応が進行する。例えば、本工程が、以下において説明する硫化水素形成工程の後、連続的に実施される場合、鉄原料を、反応系に存在する該硫化水素形成工程の反応媒体中に実質的に溶解していない状態で、予め反応系に投入することが好ましい。これにより、硫化水素形成工程の後、形成された硫化水素と液体媒体中に存在する鉄原料とを直ちに固気反応させることができる。本工程において使用される鉄原料が酸化鉄を含有する場合、本工程は、気相中及び液相中のいずれの固気反応の実施形態でもよい。本工程において使用される鉄原料が還元鉄を含有する場合、本工程は、気相中の固気反応の実施形態であることが好ましい。本工程は、気相中の固気反応の実施形態であることがより好ましい。このような実施形態で本工程を実施することにより、より迅速にGreigiteを得ることができる。 In this step, the iron raw material may be allowed to undergo a solid-gas reaction by being brought into contact with hydrogen sulfide as it is, or may be caused to undergo a solid-gas reaction by being brought into contact with hydrogen sulfide in a state existing in the liquid medium. Good. Either case is included in the embodiment of this step. In the present specification, the former embodiment may be described as “solid-gas reaction in the gas phase”, and the latter embodiment may be described as “solid-gas reaction in the liquid phase”. Examples of the liquid medium include, but are not limited to, water. The liquid medium may optionally contain one or more components that do not participate in the reaction of this step, such as inert salts. In the case of the solid-gas reaction embodiment in the gas phase, the iron raw material may be in a state as it is, that is, in a state where it does not exist in the liquid medium. In embodiments with solid-gas reactions in the gas phase, a liquid medium may optionally be present in the reaction system. For example, when this step is continuously performed after the hydrogen sulfide forming step described below, the reaction medium for the hydrogen sulfide forming step may exist in the reaction system. Even in such a case, as long as the iron raw material is present in the reaction system in a state where it is not substantially in contact with the reaction medium in the hydrogen sulfide formation step, it is included in the embodiment of the solid-gas reaction in the gas phase. In the case of the embodiment, for example, the iron raw material and the reaction medium for the hydrogen sulfide formation step may be separately charged into the reaction system by means such as putting in a container separate from the container having the reaction medium for the hydrogen sulfide formation step. preferable. As a result, the iron raw material can be solid-gas reacted with hydrogen sulfide without substantially contacting the reaction medium in the hydrogen sulfide forming step. In the case of the solid-gas reaction embodiment in the liquid phase, the iron source is present in a substantially undissolved state in the liquid medium. In the present invention, the “state in which the iron raw material is not substantially dissolved in the liquid medium” is, for example, 90 to 100% by mass, preferably 95 to 100% by mass, based on the total mass of the iron raw material used. More preferably, it means that the iron raw material in the range of 98 to 100% by mass does not dissolve in the liquid medium but exists in a solid form (for example, suspended in the liquid medium). In the case of the solid-gas reaction embodiment in the liquid phase, hydrogen sulfide exists in an equilibrium state between gaseous hydrogen sulfide (H 2 S) and hydrogen sulfide ions (HS − ) in the liquid medium. Therefore, in the case of the solid-gas reaction embodiment in the liquid phase, the iron raw material that is not substantially dissolved in the liquid medium comes into contact with the hydrogen sulfide dissolved in the liquid medium, and the solid-gas reaction proceeds. To do. For example, when this step is continuously performed after the hydrogen sulfide forming step described below, the iron raw material is substantially dissolved in the reaction medium of the hydrogen sulfide forming step present in the reaction system. It is preferable to put it into the reaction system in advance in the absence of the above. Thereby, after the hydrogen sulfide forming step, the formed hydrogen sulfide and the iron raw material existing in the liquid medium can be immediately solid-gas reacted. When the iron raw material used in this step contains iron oxide, this step may be any solid-gas reaction embodiment in the gas phase and in the liquid phase. When the iron raw material used in this step contains reduced iron, this step is preferably an embodiment of a solid-gas reaction in the gas phase. This step is more preferably an embodiment of a solid-gas reaction in the gas phase. By implementing this step in such an embodiment, Greigite can be obtained more rapidly.
本工程において、硫化水素と鉄原料とを固気反応させる条件は、使用される硫化水素及び鉄原料の種類及び/又は量等に基づき、当業者が適宜設定することができる。例えば、反応時間は、1分間以上であることが好ましく、1分間〜72時間の範囲であることがより好ましく、1分間〜24時間の範囲であることがさらに好ましく、1分間〜5時間の範囲であることが特に好ましい。反応温度は、20℃以上であることが好ましく、20〜150℃の範囲であることがより好ましく、40〜130℃の範囲であることがさらに好ましく、50〜90℃の範囲であることが特に好ましい。通常は、使用される硫化水素の濃度が高い、且つ/又は反応温度が高い程、反応時間を短縮することができる。例えば、反応温度が40〜130℃の範囲の場合、反応時間は、1分間〜72時間の範囲、好ましくは1分間〜24時間の範囲、より好ましくは1分間〜5時間の範囲である。反応温度が50〜90℃の範囲の場合、反応時間は、1分間〜24時間の範囲、好ましくは1分間〜5時間の範囲である。本工程が液相中の固気反応の実施形態の場合、液体媒体のpHは、1.0〜6.1の範囲であることが好ましく、3.0〜6.0の範囲であることがより好ましく、5.4〜5.9の範囲であることが特に好ましい。反応時間及び/又は反応温度を前記下限値以上とすることにより、Greigiteを短時間で形成させることができる。反応時間及び/又は反応温度を前記上限値以下とすることにより、Pyriteのような副生成物の形成を最小にして、Greigiteを得ることができる。pHを6未満とすることにより、硫化水素と硫化水素イオンとの平衡を硫化水素に傾けることができる(Snoeyink VL, Jenkins D. Water Chemistry. New York,: John Wiley & Sons, 1980)。これにより、鉄原料と硫化水素との固気反応の進行を促進させることができる。なお、本工程が、以下において説明する硫化水素形成工程の後、連続的に実施される場合、前記反応時間は、硫化水素形成工程の開始時点から本工程の終了時点までの全反応時間を意味する。 In this step, conditions for solid-gas reaction between hydrogen sulfide and the iron raw material can be appropriately set by those skilled in the art based on the type and / or amount of the hydrogen sulfide and iron raw material used. For example, the reaction time is preferably 1 minute or more, more preferably in the range of 1 minute to 72 hours, further preferably in the range of 1 minute to 24 hours, and in the range of 1 minute to 5 hours. It is particularly preferred that The reaction temperature is preferably 20 ° C. or higher, more preferably in the range of 20 to 150 ° C., further preferably in the range of 40 to 130 ° C., and particularly preferably in the range of 50 to 90 ° C. preferable. Usually, the higher the concentration of hydrogen sulfide used and / or the higher the reaction temperature, the shorter the reaction time. For example, when the reaction temperature is in the range of 40 to 130 ° C., the reaction time is in the range of 1 minute to 72 hours, preferably in the range of 1 minute to 24 hours, and more preferably in the range of 1 minute to 5 hours. When the reaction temperature is in the range of 50 to 90 ° C., the reaction time is in the range of 1 minute to 24 hours, preferably in the range of 1 minute to 5 hours. When this step is an embodiment of a solid-gas reaction in a liquid phase, the pH of the liquid medium is preferably in the range of 1.0 to 6.1, more preferably in the range of 3.0 to 6.0, and in the range of 5.4 to 5.9. It is particularly preferred that Greigite can be formed in a short time by setting the reaction time and / or reaction temperature to the lower limit value or more. By setting the reaction time and / or the reaction temperature to the upper limit value or less, formation of by-products such as Pyrite can be minimized and Greigite can be obtained. By making the pH less than 6, the equilibrium between hydrogen sulfide and hydrogen sulfide ions can be tilted to hydrogen sulfide (Snoeyink VL, Jenkins D. Water Chemistry. New York ,: John Wiley & Sons, 1980). Thereby, the progress of the solid-gas reaction between the iron raw material and hydrogen sulfide can be promoted. When this step is continuously performed after the hydrogen sulfide formation step described below, the reaction time means the total reaction time from the start of the hydrogen sulfide formation step to the end of the step. To do.
[2-2:硫化水素形成工程]
本発明の方法は、場合により、密閉された反応系で硫化物と酸とを反応させて、硫化水素を形成させる硫化水素形成工程を含んでもよい。
[2-2: Hydrogen sulfide formation process]
The method of the present invention may optionally include a hydrogen sulfide formation step in which sulfide and acid are reacted in a sealed reaction system to form hydrogen sulfide.
本工程において使用される密閉された反応系は、前記で説明したものと同一であることが好ましい。前記密閉された反応系を用いて本工程を実施することにより、毒性の高い硫化水素が反応系外に漏出することを実質的に回避しつつ、硫化水素を形成させることができる。これにより、より安全にGreigiteを形成させることができる。 The sealed reaction system used in this step is preferably the same as described above. By carrying out this step using the sealed reaction system, hydrogen sulfide can be formed while substantially avoiding leakage of highly toxic hydrogen sulfide out of the reaction system. Thereby, Greigite can be formed more safely.
本工程において使用される密閉された反応系の気相を構成する成分は、硫化物と酸との反応を実質的に阻害しないものであれば特に限定されない。反応系の気相を構成する成分は、例えば、空気でよい。或いは、反応系の気相は、前記で説明したGreigite形成工程の反応系の気相と同様の成分を含有してもよい。前記成分を含有する密閉された反応系を用いて本工程を実施することにより、密閉された反応系に充満した硫化水素が反応系の酸素と反応して、該反応系を完全嫌気条件にすることができる。 The component constituting the gas phase of the sealed reaction system used in this step is not particularly limited as long as it does not substantially inhibit the reaction between the sulfide and the acid. The component constituting the gas phase of the reaction system may be air, for example. Alternatively, the gas phase of the reaction system may contain the same components as the gas phase of the reaction system in the Greigite forming step described above. By carrying out this step using a sealed reaction system containing the above components, hydrogen sulfide filled in the sealed reaction system reacts with the oxygen in the reaction system to bring the reaction system to a completely anaerobic condition. be able to.
前記硫化物は、アルカリ金属硫化物であることが好ましく、硫化ナトリウム及び硫化カリウムからなる群より選択される1種以上のアルカリ金属硫化物であることがより好ましく、硫化ナトリウムであることがさらに好ましい。前記硫化物を用いて本工程を実施することにより、毒性の高い硫化水素が反応系外に漏出することを実質的に回避し、密閉された反応系で硫化水素を形成させることができる。これにより、より安全にGreigiteを形成させることができる。 The sulfide is preferably an alkali metal sulfide, more preferably one or more alkali metal sulfides selected from the group consisting of sodium sulfide and potassium sulfide, and further preferably sodium sulfide. . By carrying out this step using the sulfide, it is possible to substantially avoid leakage of highly toxic hydrogen sulfide out of the reaction system, and hydrogen sulfide can be formed in a sealed reaction system. Thereby, Greigite can be formed more safely.
前記酸は、硫酸、塩酸、酢酸、ギ酸、硝酸及び臭化水素酸からなる群より選択される1種以上の酸であることが好ましく、硫酸であることがより好ましい。前記で説明したGreigite形成工程が気相中の実施形態の場合、前記酸のいずれを使用してもよい。前記で説明したGreigite形成工程が液相中の実施形態の場合、該液相にギ酸、硝酸又は臭化水素酸が存在すると、鉄原料との間で望ましくない副反応が進行する可能性がある。このため、Greigite形成工程が液相中の実施形態の場合、使用される酸は、硫酸、塩酸及び酢酸からなる群より選択される1種以上の酸であることが好ましい。前記酸を用いて本工程を実施することにより、毒性の高い硫化水素が反応系外に漏出することを実質的に回避し、密閉された反応系で硫化水素を形成させることができる。これにより、より安全にGreigiteを形成させることができる。 The acid is preferably at least one acid selected from the group consisting of sulfuric acid, hydrochloric acid, acetic acid, formic acid, nitric acid and hydrobromic acid, and more preferably sulfuric acid. If the Greigite formation step described above is an embodiment in the gas phase, any of the acids may be used. In the case where the Greigite formation step described above is an embodiment in a liquid phase, if formic acid, nitric acid or hydrobromic acid is present in the liquid phase, an undesirable side reaction may proceed with the iron raw material. . For this reason, when the Greigite forming step is an embodiment in a liquid phase, the acid used is preferably one or more acids selected from the group consisting of sulfuric acid, hydrochloric acid and acetic acid. By carrying out this step using the acid, hydrogen sulfide having high toxicity can be substantially avoided from leaking out of the reaction system, and hydrogen sulfide can be formed in a sealed reaction system. Thereby, Greigite can be formed more safely.
本工程において、硫化物と酸とを液体媒体中で反応させることが好ましい。前記液体媒体は、水であることが好ましい。前記液体媒体は、場合により、不活性塩類等の本工程の反応に関与しない1種以上の成分を含有していてもよい。硫化物と酸とを含有する水溶液中で両物質を反応させる場合、本工程は、例えば、密閉された反応系で、硫化物及び酸のいずれか一方を含有する水溶液に、他方の物質又はその水溶液を加えることにより、実施することができる。密閉された反応系で、硫化物を含有する水溶液に、酸又はその水溶液を加えることにより、実施することが好ましい。前記の態様で本工程を実施することにより、硫化水素を安全に形成させることができる。 In this step, it is preferable to react sulfide and acid in a liquid medium. The liquid medium is preferably water. The liquid medium may optionally contain one or more components that do not participate in the reaction of this step, such as inert salts. In the case where both substances are reacted in an aqueous solution containing sulfide and acid, this step is performed, for example, in a sealed reaction system in an aqueous solution containing either sulfide or acid, and the other substance or its This can be done by adding an aqueous solution. It is preferable to carry out by adding an acid or an aqueous solution thereof to an aqueous solution containing sulfide in a sealed reaction system. By carrying out this step in the above-described manner, hydrogen sulfide can be formed safely.
本工程において、硫化物と酸とを反応させる条件は、使用される硫化物及び酸の種類及び/又は量等に基づき、当業者が適宜設定することができる。例えば、反応時間は、1分間以上であることが好ましく、1分間〜72時間の範囲であることがより好ましく、1分間〜24時間の範囲であることがさらに好ましく、1分間〜5時間の範囲であることが特に好ましい。反応温度は、20℃以上であることが好ましく、20〜150℃の範囲であることがより好ましく、40〜130℃の範囲であることがさらに好ましく、50〜90℃の範囲であることが特に好ましい。通常は、使用される硫化物及び酸の量が多い、且つ/又は反応温度が高い程、反応時間を短縮することができる。例えば、反応温度が40〜130℃の範囲の場合、反応時間は、1分間〜72時間の範囲、好ましくは1分間〜24時間の範囲、より好ましくは1分間〜5時間の範囲である。反応温度が50〜90℃の範囲の場合、反応時間は、1分間〜24時間の範囲、好ましくは1分間〜5時間の範囲である。本工程が、硫化物と酸とを液体媒体中で反応させる実施形態の場合、液体媒体のpHは、1.0〜6.1の範囲であることが好ましく、3.0〜6.0の範囲であることがより好ましく、5.4〜5.9の範囲であることが特に好ましい。反応温度を前記下限値以上とすることにより、硫化水素を短時間で形成させて、反応時間を短縮することができる。pHを6未満とすることにより、硫化水素と硫化水素イオンとの平衡を硫化水素に傾けることができる(Snoeyink VL, Jenkins D. Water Chemistry. New York,: John Wiley & Sons, 1980)。これにより、Greigite形成工程における反応に使用される硫化水素の量を増加させることができる。なお、Greigite形成工程が、本工程の後、連続的に実施される場合、前記反応時間は、本工程の開始時点からGreigite形成工程の終了時点までの全反応時間を意味する。 In this step, conditions for reacting the sulfide with the acid can be appropriately set by those skilled in the art based on the type and / or amount of the sulfide and acid used. For example, the reaction time is preferably 1 minute or more, more preferably in the range of 1 minute to 72 hours, further preferably in the range of 1 minute to 24 hours, and in the range of 1 minute to 5 hours. It is particularly preferred that The reaction temperature is preferably 20 ° C. or higher, more preferably in the range of 20 to 150 ° C., further preferably in the range of 40 to 130 ° C., and particularly preferably in the range of 50 to 90 ° C. preferable. Usually, the greater the amount of sulfide and acid used and / or the higher the reaction temperature, the shorter the reaction time. For example, when the reaction temperature is in the range of 40 to 130 ° C., the reaction time is in the range of 1 minute to 72 hours, preferably in the range of 1 minute to 24 hours, and more preferably in the range of 1 minute to 5 hours. When the reaction temperature is in the range of 50 to 90 ° C., the reaction time is in the range of 1 minute to 24 hours, preferably in the range of 1 minute to 5 hours. When the present step is an embodiment in which a sulfide and an acid are reacted in a liquid medium, the pH of the liquid medium is preferably in the range of 1.0 to 6.1, more preferably in the range of 3.0 to 6.0, A range of 5.4 to 5.9 is particularly preferable. By setting the reaction temperature to the lower limit value or more, hydrogen sulfide can be formed in a short time and the reaction time can be shortened. By making the pH less than 6, the equilibrium between hydrogen sulfide and hydrogen sulfide ions can be tilted to hydrogen sulfide (Snoeyink VL, Jenkins D. Water Chemistry. New York ,: John Wiley & Sons, 1980). Thereby, the amount of hydrogen sulfide used for the reaction in the Greigite formation step can be increased. When the Greigite formation step is continuously performed after this step, the reaction time means the total reaction time from the start point of this step to the end point of the Greigite formation step.
以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to these examples.
<I:鉄原料の調製>
Hematite(純度≧99.9%、粒径≦0.3 μm;高純度化学研究所、埼玉)は、40℃で乾燥後、反応に供した。アモルファスFeO(OH)は、文献(Lovley DR, Phillips EJP (1986) Organic matter mineralization with reduction of ferric iron in anaerobic sediments. Appl Environ Microbiol 51:683-689)に記載の方法で調製した後、蒸留水で6回洗浄し、室温で送風乾燥後、乳鉢ですりつぶした。アモルファスFeSは、文献(Brock TD, O'Dea K (1977) Amorphous ferrous sulfide as a reducing agent for culture of anaerobes. Appl Environ Microbiol 33:254-256)に記載の方法で調製した後、嫌気水(N2バブリングによって調製した)で6回洗浄し、嫌気ワークステーション内(気相、N2:H2:CO2 = 80:10:10)で送風乾燥後、乳鉢ですりつぶした。アモルファスFeO(OH)及びアモルファスFeSは、乾燥前には不均一性は認められなかったが、乾燥により固化が生じ、不均一性が視認された。
<I: Preparation of iron raw material>
Hematite (purity ≧ 99.9%, particle size ≦ 0.3 μm; High Purity Chemical Laboratory, Saitama) was dried at 40 ° C. and subjected to the reaction. Amorphous FeO (OH) was prepared by the method described in the literature (Lovley DR, Phillips EJP (1986) Organic matter mineralization with reduction of ferric iron in anaerobic sediments. Appl Environ Microbiol 51: 683-689) and then with distilled water. It was washed 6 times, blown and dried at room temperature, and then ground in a mortar. Amorphous FeS is prepared by the method described in the literature (Brock TD, O'Dea K (1977) Amorphous ferrous sulfide as a reducing agent for culture of anaerobes. Appl Environ Microbiol 33: 254-256) and then anaerobic water (N Washed 6 times with 2 bubbling), blown and dried in an anaerobic workstation (gas phase, N 2 : H 2 : CO 2 = 80: 10: 10) and ground in a mortar. As for amorphous FeO (OH) and amorphous FeS, non-uniformity was not recognized before drying, but solidification occurred due to drying, and the non-uniformity was visually recognized.
<II:Greigiteの合成>
[II-1:実施例1:気相中の固気反応]
Hematiteを鉄原料として用いて、気相中の固気反応を実施した。嫌気ワークステーション内(気相、N2:H2:CO2 (80:10:10))において、68 ml容のセラム瓶に、1 mlの1 M 硫化ナトリウム(Na2S)水溶液(pH未調整)を入れた。前記セラム瓶に、0.63 mmolの鉄(Fe)を含むHematiteの乾燥粉末を入れた小試験管(外径 10 mm, 長さ50 mm)を入れた。前記セラム瓶を、ブチルゴム栓及びアルミシールで密封した後、気相をアルゴン(Ar)に置換した。次いで、注射器を用いて、0.6 mlの2 M硫酸を1 M 硫化ナトリウム水溶液に注入することにより、下記反応式(IV):
Na2S + H2SO4 → Na2SO4 + H2S (IV)
に基づき、セラム瓶内に硫化水素ガスを発生させた(図1)。セラム瓶を80℃で所定時間保温することにより、硫化水素ガスとHematiteの乾燥粉末とを反応させた。反応終了後、セラム瓶のブチルゴム栓を開け、pH試験紙を用いて、反応溶液のpHを測定したところ、pHは約5.6であった。比較のため、1 M硫化ナトリウム水溶液及び2 M硫酸を前記と同じ体積比で6倍量混合してpHメータでpHを測定したところ、pH 5.6であった。
<II: Synthesis of Greigite>
[II-1: Example 1: Solid-gas reaction in gas phase]
A solid-gas reaction in the gas phase was performed using Hematite as an iron raw material. Inside an anaerobic workstation (gas phase, N 2 : H 2 : CO 2 (80:10:10)) into a 68 ml serum bottle, 1 ml of 1 M sodium sulfide (Na 2 S) aqueous solution (not pH) Adjustment). A small test tube (outer diameter 10 mm,
Na 2 S + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + H 2 S (IV)
Based on this, hydrogen sulfide gas was generated in the serum bottle (Fig. 1). By keeping the serum bottle at 80 ° C. for a predetermined time, the hydrogen sulfide gas and the dry powder of Hematite were reacted. After completion of the reaction, the butyl rubber stopper of the serum bottle was opened, and the pH of the reaction solution was measured using a pH test paper. The pH was about 5.6. For comparison, 1 M sodium sulfide aqueous solution and 2 M sulfuric acid were mixed in 6 times the same volume ratio as described above, and the pH was measured with a pH meter to be pH 5.6.
[II-2:実施例2:液相中の固気反応]
Hematiteを鉄原料として用いて、液相中の固気反応を実施した。実施例1において、Hematiteの乾燥粉末を1 M 硫化ナトリウム水溶液に直接懸濁して、液相中の固気反応条件に変更した他は、前記と同様の手順及び条件で、Greigiteを合成した。
[II-2: Example 2: Solid-gas reaction in liquid phase]
Hematite was used as an iron raw material to carry out a solid-gas reaction in the liquid phase. In Example 1, Greigite was synthesized in the same procedure and conditions as described above except that the dry powder of Hematite was directly suspended in a 1 M aqueous sodium sulfide solution and changed to solid-gas reaction conditions in the liquid phase.
[II-3:実施例3:液相中の固気反応]
アモルファスFeO(OH)を鉄原料として用いて、液相中の固気反応を実施した。前記の通り、アモルファスFeO(OH)は、乾燥すると固化により不均一となった。このため、本反応においては、乾燥前の標品を用いた。実施例2において、HematiteをアモルファスFeO(OH)に変更した他は、前記と同様の手順及び条件で、Greigiteを合成した。
[II-3: Example 3: Solid-gas reaction in liquid phase]
Using amorphous FeO (OH) as an iron raw material, a solid-gas reaction in a liquid phase was performed. As described above, amorphous FeO (OH) became non-uniform due to solidification when dried. For this reason, the sample before drying was used in this reaction. Greigite was synthesized in the same procedure and conditions as described above except that Hematite was changed to amorphous FeO (OH) in Example 2.
[II-4:実施例4:還元鉄を鉄原料とする気相中の固気反応]
還元鉄(二価鉄)であるアモルファスFeSを鉄原料として用いて、気相中の固気反応を実施した。実施例1において、HematiteをアモルファスFeSの乾燥粉末に変更した他は、前記と同様の手順及び条件で、Greigiteを合成した。
[II-4: Example 4: Solid-gas reaction in the gas phase using reduced iron as an iron raw material]
A solid-gas reaction in the gas phase was performed using amorphous FeS, which is reduced iron (divalent iron), as an iron raw material. Greigite was synthesized in the same procedure and conditions as described above except that Hematite was changed to a dry powder of amorphous FeS in Example 1.
[II-5:実施例5:気相中の固気反応における反応時間及び反応温度の関係]
Hematite(和光純薬工業製)を鉄原料として用いて、気相中の固気反応を実施した。嫌気ワークステーション内(気相、N2)において、68 ml容のセラム瓶に、1 mlの1 M 硫化ナトリウム水溶液(pH未調整)を入れた。前記セラム瓶に、0.63 mmolの鉄を含むHematiteの乾燥粉末を入れた小試験管(外径 10 mm, 長さ50 mm)を入れた。前記セラム瓶を、ブチルゴム栓及びアルミシールで密封した後、気相をアルゴンに置換した。次いで、注射器を用いて、0.6 mlの2 M硫酸を1 M 硫化ナトリウム水溶液に滴下することにより、セラム瓶内に硫化水素ガスを発生させた。セラム瓶を、20、40、60、80又は130℃で、所定時間保温することにより、硫化水素ガスとHematiteの乾燥粉末とを反応させた。反応終了後、セラム瓶のブチルゴム栓を開け、pH試験紙を用いて、反応溶液のpHを測定したところ、pHは約5.6であった。比較のため、1 M硫化ナトリウム水溶液及び2 M硫酸を前記と同じ体積比で6倍量混合してpHメータでpHを測定したところ、pH 5.6であった。反応終了後、生成物に磁石を接近させて、生成物が磁石に引き寄せられるかを指標にGreigite形成を確認した。
[II-5: Example 5: Relationship between reaction time and reaction temperature in solid-gas reaction in the gas phase]
A solid-gas reaction in the gas phase was performed using Hematite (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) as an iron raw material. In an anaerobic workstation (gas phase, N 2 ), 1 ml of 1 M aqueous sodium sulfide solution (pH unadjusted) was placed in a 68 ml serum bottle. A small test tube (outer diameter 10 mm,
[II-6:比較例1:還元鉄を鉄原料とする液相中の固気反応]
還元鉄(二価鉄)であるアモルファスFeSを鉄原料として用いて、液相中の固気反応を実施した。前記の通り、アモルファスFeSは、乾燥すると固化により不均一となった。このため、本反応においては、乾燥前の標品を用いた。実施例2において、HematiteをアモルファスFeSに変更した他は、前記と同様の手順及び条件で反応を実施した。
[II-6: Comparative Example 1: Solid-gas reaction in a liquid phase using reduced iron as an iron raw material]
A solid-gas reaction in a liquid phase was performed using amorphous FeS, which is reduced iron (divalent iron), as an iron raw material. As described above, amorphous FeS became non-uniform due to solidification when dried. For this reason, the sample before drying was used in this reaction. In Example 2, the reaction was carried out in the same procedure and conditions as above except that Hematite was changed to amorphous FeS.
<III:Greigiteの特性>
[III-1:X線結晶構造解析]
実施例1〜4及び比較例1の生成物の試料を、シリコン無反射ホルダー(SanyuShoko, 東京)に載せた。乾燥試料は、そのままの状態で、水分を含む試料は、空気を捕捉しないように真空グリース及びポリイミドフィルム(Nilaco、東京)で被覆した状態で、測定に用いた。粉末X線回折装置(Ultima IV;Rigaku、東京)を、加速電圧=40 kV、電流値=30 mAで作動させた。CuKα線を試料に照射し、2θ=15〜60°の範囲で、0.02°ごとに、それぞれの角度で2秒間かけて回折線の強度を測定した。得られたXRDスペクトルを、Powder Diffraction File(商標)のデータベースと比較して、鉱物を同定した。
<III: Characteristics of Greigite>
[III-1: X-ray crystal structure analysis]
Samples of the products of Examples 1-4 and Comparative Example 1 were placed on a silicon non-reflective holder (SanyuShoko, Tokyo). The dried sample was used as it was, and the sample containing water was used for the measurement while being covered with vacuum grease and a polyimide film (Nilaco, Tokyo) so as not to trap air. A powder X-ray diffractometer (Ultima IV; Rigaku, Tokyo) was operated at an acceleration voltage = 40 kV and a current value = 30 mA. The sample was irradiated with CuK α- ray, and the intensity of the diffraction line was measured for 2 seconds at each angle in the range of 2θ = 15-60 ° every 0.02 °. The resulting XRD spectra were compared to the Powder Diffraction File ™ database to identify minerals.
[III-2:誘導加熱試験]
Greigite合成に使用した小試験管(0.63 mmolのGreigiteに相当する実施例1〜3の生成物の試料を含む)に0.5 mlの水を入れた。前記小試験管を、該小試験管を包囲するように配置された専用コイルの中央部に設置した(図2)。誘導加熱装置(SPW900/56 (900 kHz, 5.6 kW電源);S A Japan Incorporated)を用いて、コイルに交流を通電することで磁界変化を形成させた。この磁界変化によって、試料に渦電流を発生させて、発熱させた。シース熱電対を用いて、発熱後の水温を測定した。各試料において、水温が46℃(がん治療のためのハイパーサーミアに使用される最高温度に相当する)に達するまでの時間を測定した。
[III-2: Induction heating test]
A small test tube used for Greigite synthesis (containing a sample of the products of Examples 1-3 corresponding to 0.63 mmol Greigite) was charged with 0.5 ml of water. The small test tube was placed in the center of a dedicated coil arranged to surround the small test tube (FIG. 2). Using an induction heating device (SPW900 / 56 (900 kHz, 5.6 kW power supply); SA Japan Incorporated), a magnetic field change was formed by applying an alternating current to the coil. Due to this magnetic field change, an eddy current was generated in the sample to generate heat. The water temperature after heat generation was measured using a sheath thermocouple. In each sample, the time until the water temperature reached 46 ° C. (corresponding to the highest temperature used for hyperthermia for cancer treatment) was measured.
<IV:結果>
[IV-1:Greigiteの合成]
固体及び気体の間の反応(固気反応)の反応速度は、通常は、固体表面の気体分子の密度(濃度)によって決定される。しかしながら、純粋な硫化水素の標品の入手及び/又は使用が法令により制限されていることから、硫化水素ガスの定量は一般に困難である。このため、本実施例においては、生成した硫化水素の濃度を、使用した硫化ナトリウム及び硫酸の濃度及び体積に基づき算出した。
<IV: Results>
[IV-1: Synthesis of Greigite]
The reaction rate of a reaction between a solid and a gas (solid-gas reaction) is usually determined by the density (concentration) of gas molecules on the surface of the solid. However, the quantification of hydrogen sulfide gas is generally difficult because the provision and / or use of pure hydrogen sulfide preparations is restricted by law. For this reason, in the present Example, the density | concentration of the produced | generated hydrogen sulfide was computed based on the density | concentration and volume of the used sodium sulfide and sulfuric acid.
実施例1においては、1 mlの1 M硫化ナトリウム水溶液及び0.6 mlの2 M 硫酸によって発生し得る量(1 mmol)の硫化水素を使用した。前記条件下で気相中の固気反応を15分間行った場合、未反応のHematiteに加えて、生成したGrigite及びPyriteが検出されたが、Mackinawiteは検出されなかった(図3(a))。反応時間を30分間又は1時間に延長した場合、Hematiteが消失して、Pyriteが増加したが、Mackinawiteは依然として検出されなかった(図3(b)及び(c))。この結果から、本発明の方法によるGreigite合成は、例えば非特許文献10に記載の二価鉄及びポリスルフィドからのGreigite合成と比較して、反応速度が約30倍速く、且つMackinawiteのような不要な中間体を経由することなく進行するという有利な特徴を有することが示された。実施例1に記載した以外の硫化水素の量の反応条件下においても、反応時間を変化させることにより、実施例1と同様にGreigiteが生成した。 In Example 1, an amount (1 mmol) of hydrogen sulfide that can be generated by 1 ml of 1 M aqueous sodium sulfide solution and 0.6 ml of 2 M sulfuric acid was used. When a solid-gas reaction in the gas phase was carried out for 15 minutes under the above conditions, the produced Grigite and Pyrite were detected in addition to unreacted Hematite, but Mackinawite was not detected (FIG. 3 (a)). . When the reaction time was extended to 30 minutes or 1 hour, Hematite disappeared and Pyrite increased, but Mackinawite was still not detected (FIGS. 3 (b) and (c)). From this result, Greigite synthesis by the method of the present invention is about 30 times faster than Greigite synthesis from divalent iron and polysulfide described in Non-Patent Document 10, for example, and unnecessary reaction like Mackinawite. It has been shown to have the advantageous feature of proceeding without going through an intermediate. Greigite was produced in the same manner as in Example 1 by changing the reaction time even under the reaction conditions of the amount of hydrogen sulfide other than those described in Example 1.
実施例2の場合、Hematiteを1 M硫化ナトリウム水溶液中に懸濁して、液相中で固気反応を実施した。30分間の反応時間の場合、鉄原料である未反応のHematiteが主成分であり、Greigiteの生成が僅かに確認されたものの、Pyriteは検出されなかった(図4)。気相中の固気反応における同一反応時間の結果(実施例1、図3(b))との比較から、液相中の固気反応は、気相中の固気反応に比べて反応が非常に遅いことが示された。この結果から、Greigite合成反応に関与するスルフィド分子種は、硫化水素であることが強く示唆された。液相中では、硫化水素は、気体である硫化水素と硫化水素イオンとの平衡状態で存在する。また、本実施例の反応溶液のpHであるpH 5.6付近では、硫化水素と硫化水素イオンとの平衡は、硫化水素に大きく傾いていることから、スルフィドは主に硫化水素として存在することが知られている(Snoeyink VL, Jenkins D. Water Chemistry. New York,: John Wiley & Sons, 1980)。このため、実施例2の液相中の固気反応においても、溶液中に溶存する硫化水素がHematiteと反応した結果、Greigiteが生成したと推測される。 In the case of Example 2, Hematite was suspended in 1 M sodium sulfide aqueous solution, and a solid-gas reaction was performed in the liquid phase. In the case of a reaction time of 30 minutes, unreacted Hematite, which is an iron raw material, was the main component, and although formation of Greigite was slightly confirmed, Pyrite was not detected (FIG. 4). From the comparison with the results of the same reaction time in the solid-gas reaction in the gas phase (Example 1, Fig. 3 (b)), the solid-gas reaction in the liquid phase is more effective than the solid-gas reaction in the gas phase. It was shown to be very slow. This result strongly suggested that the sulfide molecular species involved in the Greigite synthesis reaction was hydrogen sulfide. In the liquid phase, hydrogen sulfide exists in an equilibrium state between gaseous hydrogen sulfide and hydrogen sulfide ions. In addition, in the vicinity of pH 5.6, which is the pH of the reaction solution of this example, the equilibrium between hydrogen sulfide and hydrogen sulfide ions is greatly inclined to hydrogen sulfide, so that it is known that sulfide mainly exists as hydrogen sulfide. (Snoeyink VL, Jenkins D. Water Chemistry. New York ,: John Wiley & Sons, 1980). For this reason, also in the solid-gas reaction in the liquid phase of Example 2, it is presumed that Greigite was generated as a result of the reaction of hydrogen sulfide dissolved in the solution with Hematite.
実施例3において、アモルファス酸化鉄は、1 M硫化ナトリウム水溶液中に懸濁した時点で黒色化した。この結果から、硫化鉄の形成が示唆された。その後、1 M硫化ナトリウム水溶液に硫酸を加え、1時間反応させた結果、主成分としてGreigiteが、副成分として若干量のMackinawiteが、それぞれ生成した(図5)。黒色化(硫化鉄形成が示唆される)及びMackinawiteの生成の結果から、還元鉄(二価鉄)を経由する公知のGreigite生成反応の進行が予想されるかも知れない。前記予想が正しい場合、アモルファスFeSを鉄原料として用いることにより、反応速度の向上が期待できる。しかしながら、実施例4において、アモルファスFeSを鉄原料として用いて気相中の固気反応を実施した場合、Greigiteが検出されるまでに144時間の反応時間を必要とした(図6)。また、Mackinawite及びPyriteも検出された。他方、比較例1において、アモルファスFeSを鉄原料として用いて、144時間に亘って液相中の固気反応を実施した場合、Mackinawiteのみが検出され、Greigiteは検出されなかった(図7)。実施例3及び4、並びに比較例1の結果から、本発明の方法によるGreigite合成は、還元鉄(二価鉄)を経由する公知のGreigite生成反応とは異なる反応経路で進行することが示唆された。このような考察は、還元鉄(二価鉄)を経由するGreigite生成反応の進行には酸化力が必要であるという知見と矛盾しない(非特許文献9)。例えば、実施例3の場合、アモルファスFeO(OH)の表面は、形成された硫化鉄で被覆されたものの、硫化鉄の被覆層の下層に残存するアモルファスFeO(OH)が、酸化力を供給したと推測される。以上の結果から、本発明の方法によるGreigite合成においては、鉄原料として、酸化力を有する酸化鉄を使用することが好ましいことが示唆された。 In Example 3, the amorphous iron oxide was blackened when suspended in a 1 M aqueous sodium sulfide solution. This result suggested the formation of iron sulfide. After that, sulfuric acid was added to 1 M sodium sulfide aqueous solution and reacted for 1 hour. As a result, Greigite was produced as the main component and a small amount of Mackinawite was produced as the subcomponent (FIG. 5). The progress of the known Greigite formation reaction via reduced iron (divalent iron) may be expected from the results of blackening (implying iron sulfide formation) and Mackinawite formation. When the above prediction is correct, the reaction rate can be improved by using amorphous FeS as an iron raw material. However, in Example 4, when a solid-gas reaction in a gas phase was performed using amorphous FeS as an iron raw material, a reaction time of 144 hours was required until Greigite was detected (FIG. 6). Mackinawite and Pyrite were also detected. On the other hand, in Comparative Example 1, when the solid-gas reaction in the liquid phase was carried out for 144 hours using amorphous FeS as the iron raw material, only Mackinawite was detected and Greigite was not detected (FIG. 7). The results of Examples 3 and 4 and Comparative Example 1 suggest that Greigite synthesis by the method of the present invention proceeds through a reaction route different from the known Greigite formation reaction via reduced iron (divalent iron). It was. Such consideration is consistent with the finding that oxidation power is required for the progress of the Greigite formation reaction via reduced iron (divalent iron) (Non-patent Document 9). For example, in the case of Example 3, the surface of amorphous FeO (OH) was covered with the formed iron sulfide, but the amorphous FeO (OH) remaining in the lower layer of the iron sulfide coating layer supplied the oxidizing power. It is guessed. From the above results, it was suggested that in the Greigite synthesis by the method of the present invention, it is preferable to use iron oxide having oxidizing power as an iron raw material.
実施例5において、硫化水素形成反応及びGreigite形成反応の反応温度及び反応時間と形成されたGreigiteの量との関係を表1に示す。表中、反応時間は、硫化水素形成反応の開始時点からGreigite形成反応の終了時点までの全反応時間を表す。「-」は、色は黒色であるが磁石に引き寄せられなかった生成物を、「+」は、上部のみが磁石に引き寄せられた生成物を、「++」は、全体が磁石に弱く引き寄せられた生成物を、「+++」は、全体が磁石に強く引き寄せられた生成物を、それぞれ表す。Greigiteは、フェリ磁性を有する化合物であることから、「-」は、Greigiteが形成されなかったことを、「+」は、Greigiteの形成が僅かに確認され始めたことを、「++」は、Greigiteの形成が確認されたことを、「+++」は、Greigiteの形成が明確に確認されたことを、それぞれ意味する。空欄は、対応する反応温度及び反応時間において実験を実施していないことを表す。
表1に示すように、反応温度が20℃の範囲の場合、24時間でGreigiteの形成が僅かに確認され始め、64時間の反応時間経過後には、Greigiteの形成が明確に確認された。これに対し、反応温度を60℃に上昇させた場合、0.5時間の反応時間経過後には、すでにGreigiteの形成が確認され始め、2時間の反応時間経過後にはGreigiteの形成が明確に確認された。反応温度をさらに上昇させた場合、Greigiteが形成されるまでの反応時間がより短縮された。 As shown in Table 1, when the reaction temperature was in the range of 20 ° C., the formation of Greigite started to be slightly confirmed in 24 hours, and after 64 hours of reaction time, the formation of Greigite was clearly confirmed. On the other hand, when the reaction temperature was raised to 60 ° C., the formation of Greigite started to be confirmed after the reaction time of 0.5 hour, and the formation of Greigite was clearly confirmed after the reaction time of 2 hours. . When the reaction temperature was further increased, the reaction time until Greigite was formed was further shortened.
本実施例のGreigite合成において、Hematite及びアモルファス酸化鉄は、密閉された反応系で、鉄原料として使用されると同時に、合成に必要となる酸化力の供給物質としても使用された。Hematite/Fe(II)の標準酸化還元電位は、-0.287 mVである(Kappler A, Straub KL (2005) Geomicrobiological cycling of iron. Rev Mineral Geochem 59:85-108)。このように、Hematiteは、還元されにくいことから、硫化水素存在下であっても酸化力を保持し得たと推測される。 In the Greigite synthesis of this example, Hematite and amorphous iron oxide were used as a raw material for iron in a sealed reaction system, and at the same time, used as a supply substance for the oxidizing power necessary for the synthesis. The standard redox potential of Hematite / Fe (II) is -0.287 mV (Kappler A, Straub KL (2005) Geomicrobiological cycling of iron. Rev Mineral Geochem 59: 85-108). As described above, since Hematite is difficult to be reduced, it is presumed that the oxidizing power could be maintained even in the presence of hydrogen sulfide.
還元鉄(二価鉄)を経由する公知のGreigite生成反応の環境は、嫌気的環境ではあったが、密閉環境ではなかった(非特許文献9)。このような反応条件下では、微量存在する酸素が、Greigite生成反応に関与し得る。例えば、非特許文献9に記載の反応では、密閉された容器中で反応が行われなかった。このため、二価鉄の硫化水素バブリング処理により、空気中の酸素から酸化力が供給されて、Greigiteが合成できたと推測される。しかしながら、このような反応条件では、常に一定の酸化力が供給されるわけではない。このため、Greigite生成法として特筆されていず、また操作には硫化水素の毒性による危険性が伴う。これに対し、実施例1〜3及び5のGreigite合成は、酸化力を有する酸化鉄を鉄原料として用いて、密閉された反応系で実施された。このため、Greigiteを安全且つ迅速に製造できたと推測される。 The environment of the known Greigite production reaction via reduced iron (divalent iron) was an anaerobic environment, but was not an enclosed environment (Non-patent Document 9). Under such reaction conditions, trace amounts of oxygen can participate in the Greigite production reaction. For example, in the reaction described in Non-Patent Document 9, the reaction was not performed in a sealed container. For this reason, it is speculated that Greigite could be synthesized by supplying oxidizing power from oxygen in the air by hydrogen sulfide bubbling treatment of divalent iron. However, under such reaction conditions, a constant oxidizing power is not always supplied. For this reason, it is not specially noted as a Greigite production method, and the operation involves a danger due to the toxicity of hydrogen sulfide. In contrast, the Greigite synthesis of Examples 1 to 3 and 5 was carried out in a sealed reaction system using iron oxide having oxidizing power as an iron raw material. For this reason, it is estimated that Greigite could be manufactured safely and quickly.
[IV-2:Greigiteによる誘導加熱]
実施例1で調製されたGreigite(反応時間:30分)及び実施例3で調製されたGreigite(反応時間:1時間)の粉末を、0.5 mlの水に懸濁して、誘導加熱試験を実施した。その結果、実施例1及び3のいずれの方法で調製されたGreigiteとも、1分以内に46℃にまで水温を上昇させた。
[IV-2: Induction heating by Greigite]
The induction heating test was performed by suspending the powder of Greigite (reaction time: 30 minutes) prepared in Example 1 and Greigite (reaction time: 1 hour) prepared in Example 3 in 0.5 ml of water. . As a result, the water temperature was increased to 46 ° C. within 1 minute with Greigite prepared by any of the methods of Examples 1 and 3.
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Publication number | Publication date |
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JP6518919B2 (en) | 2019-05-29 |
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