JP2018154540A - Manufacturing method of hydrogen peroxide - Google Patents

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暢之 間瀬
Nobuyuki Mase
暢之 間瀬
高木 斗志彦
Toshihiko Takagi
斗志彦 高木
弘明 玉谷
Hiroaki Tamaya
玉谷  弘明
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Shizuoka University NUC
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Yamamoto Chemicals Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means capable of manufacturing hydrogen peroxide as a form of hydrogen peroxide water at relatively high concentration at low cost, simply and at high efficiency.SOLUTION: There is provided a manufacturing method of a hydrogen peroxide-containing solution, including (a) a step for preparing an organic solvent solution of amylanthrahydroquinone in a container 1, in which the organic solvent is immiscible with water; (b) a step for oxidizing the amylanthrahydroquinone in the solution 1 to amylanthraquinone by continuously injecting an oxygen gas with a fine bubble 2 form to the solution under ordinary pressure and maintaining a state that the fine bubbles of the oxygen gas are dispersed in the solution 1; (c) a step for stopping injection of the oxygen gas, adding water into the container and mixing the same with the solution; (d) a step for standing a mixture in the container and separating the same into 2 layers, which are an organic solvent phase and a water phase; and (e) a step for recovering the water phase from the container.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、過酸化水素の合成方法に関し、アミルアントラキノンを使用したファインバブル技術を利用することにより、過酸化水素を必要時に必要量を製造〔オンサイト製造〕するのに適した、過酸化水素の簡便で効率的な製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for synthesizing hydrogen peroxide. By utilizing a fine bubble technique using amylanthraquinone, the present invention relates to a hydrogen peroxide suitable for producing a necessary amount (on-site production) of hydrogen peroxide when necessary. The present invention relates to a simple and efficient production method.

過酸化水素(H)は、酸素よりも酸化還元電位が高く、幅広い基質を酸化することができ、工業的には、漂白、排水処理、消毒、洗浄の用途で主に使用されている。酸化反応に用いたときの過酸化水素の共生成物は水のみであるから、無害であり、環境に負荷をかけず、また反応試薬として有効酸素割合が高いという利点も有する。 Hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) has a higher redox potential than oxygen, can oxidize a wide range of substrates, and is industrially used primarily in bleaching, wastewater treatment, disinfection, and cleaning applications. Yes. Since the co-product of hydrogen peroxide when used in the oxidation reaction is only water, it is harmless, does not place a burden on the environment, and has an advantage that the effective oxygen ratio is high as a reaction reagent.

過酸化水素の工業的製造は、主としてアントラキノン法によっている。この方法は、アントラヒドロキノンが酸素ガスによりアントラキノンへと自動酸化される性質を利用し、対反応として起こる酸素の還元による過酸化水素発生を利用したものである。アントラキノン法では、具体的には、アントラヒドロキノンを有機溶媒溶液中、例えば30〜60℃の温度で、常圧(1気圧)の酸素ガスと接触させてアントラキノンへと自動酸化させる際に酸素が還元されて生ずる過酸化水素を水で抽出し、次いでこれを減圧蒸留することにより、高濃度(約30 w/v%の水溶液)の過酸化水素水の形で過酸化水素が製造される。水による抽出後に有機溶媒中に残存するアントラキノンは、加圧及び加熱下(例えば4気圧、40〜50℃)での接触水素化反応によりアントラヒドロキノンへと再生され、過酸化水素の製造に再利用される。このように、工業製品としての過酸化水素の製造は、耐圧容器を必要とし、加熱・加圧の工程や抽出・減圧蒸留の工程を含み、また発生した副生成物の除去工程を含むなど、多段階のプロセスよりなる。   The industrial production of hydrogen peroxide is mainly based on the anthraquinone method. This method utilizes the property that anthrahydroquinone is auto-oxidized to anthraquinone by oxygen gas, and utilizes the generation of hydrogen peroxide by the reduction of oxygen that occurs as a counter reaction. Specifically, in the anthraquinone method, oxygen is reduced when anthrahydroquinone is auto-oxidized to anthraquinone in an organic solvent solution at a temperature of 30 to 60 ° C., for example, by contacting with an atmospheric pressure (1 atm) oxygen gas. The resulting hydrogen peroxide is extracted with water and then distilled under reduced pressure to produce hydrogen peroxide in the form of a high concentration (approximately 30 w / v% aqueous solution) of hydrogen peroxide. Anthraquinone remaining in the organic solvent after extraction with water is regenerated to anthrahydroquinone by catalytic hydrogenation under pressure and heating (for example, 4 atm, 40-50 ° C.) and reused for the production of hydrogen peroxide. Is done. As described above, the production of hydrogen peroxide as an industrial product requires a pressure vessel, includes a heating / pressurizing step and an extraction / vacuum distillation step, and includes a generated by-product removing step. It consists of a multi-step process.

アントラキノン法の改良として、触媒としての貴金属−黒を含有する過酸化水素製造用アントラキノン法の水素化循環系の作動溶液から、触媒不含の作動溶液を分離する方法が知られている(特許文献1)。この方法は、特定のセラミック製フィルターカートリッジを使用し、フィルターの閉塞を起こすことなしに触媒の除去を可能にするものである。   As an improvement of the anthraquinone method, a method of separating a catalyst-free working solution from a working solution of a hydrogenation circulation system of an anthraquinone method for producing hydrogen peroxide containing noble metal-black as a catalyst is known (Patent Literature). 1). This method uses a specific ceramic filter cartridge and allows catalyst removal without filter clogging.

アントラキノン法の改良として、有機作動溶液、酸素含有ガス及び水性抽出溶媒を一つの同一反応器に供給し、三相の混合体を形成させることにより、酸化と抽出を同一領域で行い、次いで反応器から出た反応液を相分離させて過酸化水素水溶液を回収するものであり、複数の反応器を一連に繋いで酸化反応を行わせることにより、生成される過酸化水素水溶液の濃度コントロールを可能にしたものが知られている(特許文献2)。   As an improvement to the anthraquinone method, an organic working solution, an oxygen-containing gas and an aqueous extraction solvent are fed into one and the same reactor to form a three-phase mixture, so that oxidation and extraction are performed in the same region, and then the reactor The hydrogen peroxide aqueous solution is recovered by phase-separating the reaction solution from the reactor, and the concentration of the aqueous hydrogen peroxide solution produced can be controlled by connecting multiple reactors in series to perform an oxidation reaction. This is known (Patent Document 2).

現在、工業用には、過酸化水素は30w/v%の水溶液(過酸化水素水)として生産・販売されている。過酸化水素は分解性であり、酸化力が強く、消防法により危険物第6類(酸化性液体)に指定されており、大量に保有することにはリスクが伴う。このため、その製造施設の設置及び管理、運営にはコストがかかる。過酸化水素は環境に優しい優れた酸化剤として、より広範な種々の用途が考えられてはいるが、安全面確保に伴うコストの高さが、多方面に過酸化水素の工業的利用を拡張する上での大きな足枷となっており、これまでのところ工業的酸化剤としての使用は、限定的な用途に止まっている。   Currently, for industrial use, hydrogen peroxide is produced and sold as a 30 w / v% aqueous solution (hydrogen peroxide solution). Hydrogen peroxide is degradable and has strong oxidizing power, and is designated as a hazardous material class 6 (oxidizing liquid) by the Fire Service Act. For this reason, installation, management, and operation of the manufacturing facility are costly. Although hydrogen peroxide is an excellent environmentally friendly oxidizer, a wider variety of applications are being considered, but the high cost associated with ensuring safety extends the industrial use of hydrogen peroxide in many ways. The use as an industrial oxidant has so far been limited to limited applications.

従って、より低コストで工業的に過酸化水素を利用できることに対する潜在的需要がある。   Therefore, there is a potential demand for the ability to use hydrogen peroxide industrially at a lower cost.

他方、アントラキノン法により過酸化水素を生成させ直接に酸化反応に用いることを開示した計算化学による文献が知られている(非特許文献1)。この文献では、アントラキノン法で生成させた過酸化水素を抽出し、メタノールを添加し、混合物を、アンモニアのシクロヘキサン溶液と混合してアンモキシデーションを行い、生成物を取り出し、これをアンモニアとシクロヘキサンオキシムへと分離することで、シクロヘキサンオキシムを製造できることが記載されている。但し、計算によるシミュレーションであり、実験的データはない。   On the other hand, a literature based on computational chemistry that discloses that hydrogen peroxide is generated by the anthraquinone method and used directly in the oxidation reaction is known (Non-Patent Document 1). In this document, hydrogen peroxide generated by the anthraquinone method is extracted, methanol is added, the mixture is mixed with a cyclohexane solution of ammonia, the ammoxidation is performed, the product is taken out, and the ammonia and cyclohexane oxime are extracted. It is described that cyclohexane oxime can be produced by separating the solution into the above. However, it is a simulation by calculation and there is no experimental data.

また、2−エチルアントラキノンを接触水素化して生成させた2−エチルアントラヒドロキノンを含む有機層を、そのまま次の反応(自動酸化による2−エチルアントラキノンの再生と過酸化水素の生成)に利用することが知られている(非特許文献2)。   Moreover, the organic layer containing 2-ethylanthrahydroquinone produced by catalytic hydrogenation of 2-ethylanthraquinone is used as it is for the next reaction (regeneration of 2-ethylanthraquinone by auto-oxidation and production of hydrogen peroxide). Is known (Non-Patent Document 2).

2−エチルアントラキノンを含有する溶液をマイクロリアクター中に流しつつ、マイクロリアクター内において、水素を含んだガスを濾過膜を介しファインバブルの形で溶液中に導入し、ファインバブルを分散させた溶液を固定化された触媒のカラムに導入して2−エチルアントラヒドロキノンへと還元する方法が知られている(非特許文献3)。   While flowing a solution containing 2-ethylanthraquinone into the microreactor, a gas containing hydrogen was introduced into the solution in the form of fine bubbles through the filtration membrane in the microreactor, and the solution in which the fine bubbles were dispersed was obtained. There is known a method of introducing into an immobilized catalyst column and reducing to 2-ethylanthrahydroquinone (Non-patent Document 3).

過酸化水素含有水溶液の製造方法であって、アルキル基が,炭素数1〜4個のアルキル基であるアルキルアントラヒドロキノンの有機溶媒溶液を容器内に準備するステップであって、該有機溶媒が水と非混和性のものであるステップと、該溶液に、常圧下に、酸素ガスをファインバブルの形で連続注入して該溶液中に酸素ガスのファインバブルが分散された状態を維持することにより、該溶液中の該アルキル基が,炭素数1〜4個のアルキル基であるアルキルアントラヒドロキノンをアルキル基が,炭素数1〜4個のアルキル基であるアルキルアントラキノンへと酸化させるステップと、酸素ガスの注入を停止し、該容器内に水を加えて該溶液と混合するステップと、該容器内の混合物を静置し有機溶媒相と水相とを2層に分離させるステップと、該容器から水相を回収するステップとを含んでなる、製造方法よりされた過酸化水素含有水溶液の濃度が3%と低いことが知られている(特許文献3)。   A method for producing a hydrogen peroxide-containing aqueous solution, comprising preparing an organic solvent solution of an alkylanthrahydroquinone in which an alkyl group is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms in a container, wherein the organic solvent is water A step of being immiscible with the solution, and continuously injecting oxygen gas in the form of fine bubbles under normal pressure into the solution to maintain a state in which the fine bubbles of oxygen gas are dispersed in the solution. Oxidizing the alkyl anthrahydroquinone in which the alkyl group in the solution is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms into an alkyl anthraquinone in which the alkyl group is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms; Stopping the gas injection, adding water into the vessel and mixing with the solution, and allowing the mixture in the vessel to stand to separate the organic solvent phase and the aqueous phase into two layers. If, comprising the step of recovering the aqueous phase from the container, it is known concentrations of hydrogen peroxide-containing aqueous solution is from production method 3 percent less (Patent Document 3).

過酸化水素を利用する工業施設で製造するのであれば、運送のコストが生じない。従って、過酸化水素の工業的利用を拡げるには、アミルアントラキノンを使用したファインバブル技術を利用することにより、特別の施設を要しない高い濃度の過酸化水素水を、これを利用する施設自体において必要な時に必要な量だけ、低コストで高率的に製造できるようにすることが望ましい。
If it is manufactured in an industrial facility that uses hydrogen peroxide, there is no transportation cost. Therefore, in order to expand the industrial use of hydrogen peroxide, by using fine bubble technology using amylanthraquinone, high concentration hydrogen peroxide water that does not require special facilities can be used in the facilities themselves. It is desirable to be able to manufacture at a low cost and at a high rate in the required amount when needed.

特開平7−330311号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-330311 特開平8−325003号公報JP-A-8-322003 特開2015−20940号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-20940

T. Liu et al., Ind. Eng. Chem.Res.,Vol.43, p.166-172(2004)T. Liu et al., Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 43, p.166-172 (2004) N.Zhou et al.,Applied Catalysis A: General 250,p.239-245(2003)N. Zhou et al., Applied Catalysis A: General 250, p.239-245 (2003) J. Tan et al.,AIChE Journal,Vol.58,No.5, p.1326-1335(2012)J. Tan et al., AIChE Journal, Vol.58, No.5, p.1326-1335 (2012)

上記背景において、本発明の目的は、アミルアントラキノンを使用したファインバブル技術を利用することにより、過酸化水素を製造(オンサイト製造)でき、比較的高濃度の過酸化水素水の形で、低コスト、簡便且つ高率的にそのような製造が行える手段を提供することである。   In the above background, the object of the present invention is to produce hydrogen peroxide (on-site production) by utilizing the fine bubble technology using amylanthraquinone, and in the form of a relatively high concentration hydrogen peroxide water, It is to provide a means capable of such manufacture at a low cost, in a simple and high rate.

本発明者は、アントラキノン法における有機作動溶液を酸化及び還元する各反応において、それぞれ反応に用いる酸素ガス及び水素ガスを、1μmより小さい粒径を有する微細な気泡(ファインバブル)の形で有機作動溶液中に供給することにより、常温・常圧において、非常に効率的かつ安全にアントラキノン法の酸化・還元を実施でき、酸化後の有機作動溶液からの過酸化水素の水による抽出で非常に高い収率で過酸化水素水が得られることを見出した。以下に示す本発明は、これらの発見に基づき完成されたものである。   In the reaction of oxidizing and reducing the organic working solution in the anthraquinone method, the present inventor operates the oxygen gas and hydrogen gas used in the reaction in the form of fine bubbles (fine bubbles) having a particle diameter smaller than 1 μm. By supplying it into the solution, oxidation and reduction of the anthraquinone method can be carried out very efficiently and safely at normal temperature and normal pressure, and extraction with hydrogen peroxide from the organic working solution after oxidation is very high. It was found that hydrogen peroxide water was obtained in a yield. The present invention shown below has been completed based on these findings.

1.過酸化水素含有水溶液の製造方法であって、
(a)アミルアントラヒドロキノンの有機溶媒溶液を容器内に準備するステップであって、該有機溶媒が水と非混和性のものであるステップと、
(b)該溶液に、常圧下に、酸素ガスをファインバブルの形で連続注入して該溶液中に酸素ガスのファインバブルが分散された状態を維持することにより、該溶液中の該アミルアントラヒドロキノンをアミルアントラキノンへと酸化させるステップと、
(c)酸素ガスの注入を停止し、該容器内に水を加えて該溶液と混合するステップと、
(d)該容器内の混合物を静置し有機溶媒相と水相とを2層に分離させるステップと、
(e)該容器から水相を回収するステップとを含んでなる、製造方法。
2.ステップ(a)におけるアミルアントラヒドロキノンの有機溶媒溶液が、該容器内に入れられた対応するアミルアントラキノンの有機溶媒溶液に、常圧下に、水素ガスをファインバブルの形で連続注入して該有機溶媒相中に水素ガスのファインバブルが分散された状態を維持しつつ、該有機溶媒相を、該容器外に配置された接触還元触媒に通して該容器との間で循環させて、該容器内の該有機溶媒相中の該アミルアントラキノンをアミルアントラヒドロキノンへと還元することにより準備されたものである、上記1の製造方法。
3.ステップ(e)を行った後に該容器中に残された該有機溶媒相に、常圧下に、水素ガスをファインバブルの形で連続注入して該有機溶媒相中に水素ガスのファインバブルが分散された状態を維持しつつ、該有機溶媒相を、該容器外に配置された接触還元触媒に通して該容器との間で循環させて、該容器内の該有機溶媒相中の該アミルアントラキノンをアミルアントラヒドロキノンへと還元することにより、該アミルアントラヒドロキノンの有機溶媒溶液を該容器内に再生させるものであるステップ(f)を更に含んでなることを特徴とする、上記1又は2の製造方法。
4.ステップ(b)〜(f)が1回以上反復されるものである、上記3の製造方法。
5.該ファインバブルが、5nm以上1000 nm未満の粒子径を有する泡の個数が、泡の全個数の90%以上のものであることを特徴とする、上記1〜4の何れかの製造方法。
6.該アミル基が、アントラヒドロキノンの2位の炭素に結合しているものである、請求項1〜5の何れかの製造方法。
7.該アミルアントラヒドロキノンが、2−(1、1−ジメチルプロピル)アントラヒドロキノン、2−(1、2−ジメチルプロピル)アントラヒドロキノン、あるいは2−(1、1−ジメチルプロピル)アントラヒドロキノンと2−(1、2−ジメチルプロピル)アントラヒドロキノンの混合物である、請求項1〜6の何れかの製造方法。
8.該有機溶媒が、炭素数8〜10のアルコールと置換基を有する芳香族炭化水素との混合溶媒である、請求項1〜7の何れかの製造方法。
9.該置換基を有する芳香族炭化水素が、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼンである、請求項1〜8の何れかの製造方法。
1. A method for producing a hydrogen peroxide-containing aqueous solution,
(A) preparing an organic solvent solution of amylanthrahydroquinone in a container, wherein the organic solvent is immiscible with water;
(B) Continuously injecting oxygen gas into the solution in the form of fine bubbles under normal pressure to maintain a state in which the fine bubbles of oxygen gas are dispersed in the solution, whereby the amyl anthra in the solution Oxidizing hydroquinone to amylanthraquinone;
(C) stopping the injection of oxygen gas, adding water into the vessel and mixing with the solution;
(D) allowing the mixture in the container to stand to separate the organic solvent phase and the aqueous phase into two layers;
(E) recovering the aqueous phase from the container.
2. The organic solvent solution of amyl anthrahydroquinone in step (a) is continuously injected into the corresponding organic solvent solution of amyl anthraquinone in the vessel under fine pressure in the form of fine bubbles. While maintaining the state in which fine bubbles of hydrogen gas are dispersed in the phase, the organic solvent phase is circulated between the container through the catalytic reduction catalyst disposed outside the container, The production method according to 1 above, which is prepared by reducing the amylanthraquinone in the organic solvent phase to amylanthrahydroquinone.
3. The hydrogen gas fine bubbles are dispersed in the organic solvent phase by continuously injecting hydrogen gas into the organic solvent phase remaining in the vessel after performing step (e) under normal pressure in the form of fine bubbles. The organic solvent phase is circulated between the container through the catalytic reduction catalyst disposed outside the container while maintaining the maintained state, and the amylanthraquinone in the organic solvent phase in the container is circulated. The production of 1 or 2 above, further comprising the step (f) of regenerating the organic solvent solution of amylanthrahydroquinone into the container by reducing amylanthrahydroquinone to amylanthrahydroquinone Method.
4). The production method according to 3 above, wherein steps (b) to (f) are repeated one or more times.
5. 5. The production method according to any one of 1 to 4 above, wherein the number of bubbles having a particle diameter of 5 nm or more and less than 1000 nm is 90% or more of the total number of bubbles.
6). The production method according to any one of claims 1 to 5, wherein the amyl group is bonded to the 2-position carbon of anthrahydroquinone.
7). The amylanthrahydroquinone is 2- (1,1-dimethylpropyl) anthrahydroquinone, 2- (1,2-dimethylpropyl) anthrahydroquinone, or 2- (1,1-dimethylpropyl) anthrahydroquinone and 2- (1 , 2-Dimethylpropyl) anthrahydroquinone.
8). The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the organic solvent is a mixed solvent of an alcohol having 8 to 10 carbon atoms and an aromatic hydrocarbon having a substituent.
9. The production method according to any one of claims 1 to 8, wherein the aromatic hydrocarbon having a substituent is toluene, xylene, or trimethylbenzene.

本発明によれば、耐圧容器を必要とせず、過酸化水素を利用しようとする施設において簡単な設備のみを用い、常温・常圧で、アミルアントラキノンを使用したファインバブル技術を利用することにより、比較的高濃度の過酸化水素水の形で、必要な量だけ随時効率よく製造することが可能となる。オンサイト製造では運送に起因するコストも生じない。また本発明によれば、用いるガスの利用率が非常に高いため、ガスの消費量を最小限に抑えることができる。
従って、本発明によれば、これまでコスト高を理由に他の酸化剤が使用されてきた産業分野にも、過酸化水素の利用を広げることができ、環境に対する負荷を低減させることができる。また、本発明によれば、過酸化水素を利用する工業施設において、必要時にオンサイト製造して直ちに使用することが可能であることから、過酸化水素水を貯蔵しておくことが不要となり、過酸化水素へ安定化剤(硝酸、リン酸等)の添加も不要となるため、過酸化水素水を使用して製造される製品へのそれらの不純物の混入防止が可能となる。
According to the present invention, without using a pressure vessel, using only simple equipment in a facility that intends to use hydrogen peroxide, by utilizing fine bubble technology using amylanthraquinone at room temperature and normal pressure, In the form of a relatively high concentration hydrogen peroxide solution, it becomes possible to efficiently produce the required amount as needed. On-site manufacturing does not incur costs due to transportation. Further, according to the present invention, since the utilization rate of the gas used is very high, the gas consumption can be minimized.
Therefore, according to the present invention, the use of hydrogen peroxide can be extended to industrial fields where other oxidizing agents have been used for reasons of high cost, and the burden on the environment can be reduced. In addition, according to the present invention, in an industrial facility that uses hydrogen peroxide, it is possible to immediately use it after on-site production when necessary, so it becomes unnecessary to store hydrogen peroxide water, Since it is not necessary to add a stabilizer (nitric acid, phosphoric acid, etc.) to hydrogen peroxide, it becomes possible to prevent these impurities from being mixed into products manufactured using hydrogen peroxide water.

図1は、本発明で使用する装置の一例の概要図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an example of an apparatus used in the present invention. 図2は、上記装置における、作動溶液中のアミルアントラキノンを還元するステップでの流体の流れを示す概要図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a flow of fluid in the step of reducing amylanthraquinone in the working solution in the above apparatus. 図3は、上記装置における、作動溶液中のアミルアントラヒドロキノンを酸化するステップでの流体の流れを示す概要図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a fluid flow in the step of oxidizing amylanthrahydroquinone in the working solution in the above-described apparatus. 図4は、上記装置における、作動溶液から過酸化水素を抽出するステップでの流体の流れを示す概要図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a fluid flow in the step of extracting hydrogen peroxide from the working solution in the above-described apparatus.

本明細書において、「ファインバブル」とは、液体中の気体の微細な泡であって、泡の全個数に対して、5nm以上1000nm未満の粒子径を有する泡の個数が90%以上であるものをいい、好ましくは、50〜500 nmの粒子径を有する泡の個数が90%以上であるものを、更に好ましくは、50〜400 nmの粒子径を有する泡の個数が90%以上であるものをいう。   In this specification, “fine bubbles” are fine bubbles of gas in a liquid, and the number of bubbles having a particle diameter of 5 nm or more and less than 1000 nm is 90% or more with respect to the total number of bubbles. The number of bubbles having a particle diameter of 50 to 500 nm is preferably 90% or more, more preferably the number of bubbles having a particle diameter of 50 to 400 nm is 90% or more. Say things.

本発明において、作動溶液の酸化反応及び還元反応は、加温下(例えば約40℃)に行ってもよいが、その必要はなく、単に室温(例えば10〜25℃等)にて十分に行うことができる。   In the present invention, the oxidation reaction and reduction reaction of the working solution may be performed under heating (for example, about 40 ° C.), but it is not necessary, and it is sufficiently performed only at room temperature (for example, 10 to 25 ° C.). be able to.

作動溶液の調製に用いられる有機溶媒としては、アミルアントラキノン及びアミルアントラヒドロキノンを溶解させることができ、それらとファインバブルとの間の円滑な酸化・還元反応を妨げず、生じた過酸化水素を溶解させ、水とは混和しない有機溶媒が用いられる。そのような性質を有する有機溶媒であれば適宜選択して使用することができる。好ましい有機溶媒例としては、炭素数8〜10の脂肪族アルコールやリン酸エステルと、該置換基を有する芳香族炭化水素との混合溶媒が挙げられ、例えば、炭素数8〜10の脂肪族アルコールとして、1−オクタノール、2−オクタノール、2−エチルヘキサノール、1−ノナノール、2−ノナノール、イソノナノール、1−デカノール、2−デカノール等、リン酸エステルとして、トリス−エチルヘキシルリン酸、トリオクチルリン酸等、該置換基を有する芳香族炭化水素として、トルエン、キシレン、ブチルベンゼン、トリメチルベンゼン等である。   As the organic solvent used for preparing the working solution, amylanthraquinone and amylanthrahydroquinone can be dissolved, and the generated hydrogen peroxide is dissolved without disturbing the smooth oxidation / reduction reaction between them and fine bubbles. An organic solvent that is immiscible with water is used. Any organic solvent having such properties can be appropriately selected and used. Examples of preferable organic solvents include a mixed solvent of an aliphatic alcohol or phosphate ester having 8 to 10 carbon atoms and an aromatic hydrocarbon having the substituent, for example, an aliphatic alcohol having 8 to 10 carbon atoms. 1-octanol, 2-octanol, 2-ethylhexanol, 1-nonanol, 2-nonanol, isononanol, 1-decanol, 2-decanol, etc., phosphate ester, tris-ethylhexyl phosphate, trioctyl phosphate, etc. The aromatic hydrocarbon having the substituent is toluene, xylene, butylbenzene, trimethylbenzene or the like.

作動溶液中のアミルアントラキノン又はアミルアントラヒドロキノンの濃度は、これら両化合物が完全に溶解した状態を維持できる濃度である限り、特に限定はなく、その範囲内で適宜設定することができる。例えば、2−(1,1−ジメチルプロピル)アントラキノン(2−(1,1−ジメチルプロピル)アントラヒドロキノン)をイソノナノールとトリメチルベンゼンとの混合溶媒に溶解させてなる作動溶液の場合、適した溶質濃度の一例は、0.75mol/L(208.8g/L)であるが、これに限られない。   The concentration of amylanthraquinone or amylanthrahydroquinone in the working solution is not particularly limited as long as it is a concentration capable of maintaining the state in which these both compounds are completely dissolved, and can be appropriately set within the range. For example, in the case of a working solution obtained by dissolving 2- (1,1-dimethylpropyl) anthraquinone (2- (1,1-dimethylpropyl) anthrahydroquinone) in a mixed solvent of isononanol and trimethylbenzene, a suitable solute concentration is used. One example is 0.75 mol / L (208.8 g / L), but is not limited thereto.

2−アミルアントラキノンの2−アミルアントラヒドロキノンへの還元には、アントラキノン法において周知の接触水素化触媒を適宜選択して用いてよい。好ましい触媒の一例は、Pd触媒である。本発明において、アルミナ粒子に担持された0.5 wt%Pd触媒を用いることができるが、これに限られない。   For reduction of 2-amylanthraquinone to 2-amylanthrahydroquinone, a well-known catalytic hydrogenation catalyst may be appropriately selected and used in the anthraquinone method. An example of a preferred catalyst is a Pd catalyst. In the present invention, a 0.5 wt% Pd catalyst supported on alumina particles can be used, but is not limited thereto.

作動溶媒の酸化反応及び還元反応の時間の長さは、作動溶液中の2−アミルアントラキノン量、及び作動溶液に対するファインバブルの時間あたり添加量に応じて、適宜設定すればよい。これは、作動溶液の酸化反応時には、例えば作動溶液の少量をサンプリングして過酸化水素濃度を定量することで行うことができ、作動溶液の還元反応時には、例えば、作動溶液の少量をサンプリングして2−アミルアントラヒドロキノン濃度を測定することにより行うことができる。還元反応は2〜4時間、酸化反応は1.5〜4時間等とすることができるが、これに限られない。   What is necessary is just to set suitably the length of time of the oxidation reaction of a working solvent, and the reductive reaction according to the amount of 2-amylanthraquinone in a working solution, and the addition amount per time of the fine bubble with respect to a working solution. This can be done by, for example, sampling a small amount of the working solution and quantifying the hydrogen peroxide concentration during the oxidation reaction of the working solution, and by sampling a small amount of the working solution, for example, during the reduction reaction of the working solution. This can be done by measuring the 2-amylanthrahydroquinone concentration. The reduction reaction may be 2 to 4 hours, the oxidation reaction may be 1.5 to 4 hours, but is not limited thereto.

作動溶液に対するファインバブルの形態でのガス(水素又は酸素)の添加速度は適宜であってよいが、通常は、1分あたり作動溶液の1/30(体積/体積)付近に設定するのが好ましい。それにより、添加したガスが特に無駄なく反応に利用できるため、反応効率がより高まるからである。
The rate of addition of gas (hydrogen or oxygen) in the form of fine bubbles to the working solution may be appropriate, but it is usually preferable to set it near 1/30 (volume / volume) of the working solution per minute. . This is because the added gas can be used for the reaction without any waste, and the reaction efficiency is further increased.

以下、実施例を参照して本発明を更に詳細に説明するが、本発明が実施例に限定されることは意図しない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail with reference to an Example, this invention is not intended to be limited to an Example.

〔過酸化水素製造装置の構成〕
図1に、本発明を実施するための装置の一例の概要図を示す。図において、1は作動溶液用容器(100mLデュランビン)であり、2はファインバブル発生装置、3は流量制御装置、4は内部にアルミナ球状担持Pd触媒を収容した接触水素化触媒固定管、5は三方コックである。ファインバブル発生装置2と三方コック5とはパイプ6で連結されており、三方コック5からは、パイプ7が直接に作動溶液用容器1内へ延び、またパイプ9が間に接触水素化触媒固定管4を介して作動溶液用容器1内へ延びている。作動溶液用容器1からはファインバブル発生装置2へとパイプ8が延びている。流量制御装置3には、行わせる酸化反応、還元反応のそれぞれに応じて、酸素ガス又は水素ガスが供給される。流量制御装置3は、使用者に調節される所定の流量で、ファインバブル発生装置2へとガスを供給するように構成されている。ファインバブル発生装置2は、作動溶液用容器1内の液体をパイプ8を通して吸引し、水素ガス又は酸素ガスをファインバブルの形でこれに加えてから、三方コック5に向けて液体を吐出するように構成されている。
[Configuration of hydrogen peroxide production equipment]
FIG. 1 shows a schematic diagram of an example of an apparatus for carrying out the present invention. In the figure, 1 is a working solution container (100 mL durambin), 2 is a fine bubble generator, 3 is a flow control device, 4 is a catalytic hydrogenation catalyst fixing tube containing an alumina spherically supported Pd catalyst inside, 5 Is a three-way cook. The fine bubble generator 2 and the three-way cock 5 are connected by a pipe 6. From the three-way cock 5, a pipe 7 directly extends into the working solution container 1, and a pipe 9 is fixed between the contact hydrogenation catalyst. It extends through the tube 4 into the working solution container 1. A pipe 8 extends from the working solution container 1 to the fine bubble generator 2. The flow rate control device 3 is supplied with oxygen gas or hydrogen gas in accordance with the oxidation reaction and the reduction reaction to be performed. The flow control device 3 is configured to supply gas to the fine bubble generating device 2 at a predetermined flow rate adjusted by the user. The fine bubble generating device 2 sucks the liquid in the working solution container 1 through the pipe 8, adds hydrogen gas or oxygen gas in the form of fine bubbles, and then discharges the liquid toward the three-way cock 5. It is configured.

液体に加えるのが水素ガスの場合すなわち作動溶液の還元反応を行う場合には、三方コックは、パイプ9(接触水素化触媒側)に対して開き、パイプ7に対しては閉じておくように、手で操作される(図2)。また液体に加えるのが酸素ガスの場合すなわち作動溶液の酸化反応を行う場合には、三方コック5は、パイプ7に対して開き、パイプ9(触媒側)に対しては閉じておくように操作される(図3)。装置は、酸化反応後に作動溶液から過酸化水素を水で抽出するときに抽出装置として使用することもでき、その場合、作動溶液用容器は抽出容器として機能し、これに抽出用の水が加えられ、三方コックがパイプ7に対して開いた状態で、ファインバブル発生装置へのガス供給を遮断してファインバブル発生装置が、循環・撹拌装置として運転され(図4)、それにより作動溶液と水とを激しく撹拌・混合することができる。   When hydrogen gas is added to the liquid, that is, when the reduction reaction of the working solution is performed, the three-way cock is opened with respect to the pipe 9 (catalytic hydrogenation catalyst side) and closed with respect to the pipe 7. It is operated by hand (FIG. 2). When oxygen gas is added to the liquid, that is, when an oxidation reaction of the working solution is performed, the three-way cock 5 is operated so as to be opened with respect to the pipe 7 and closed with respect to the pipe 9 (catalyst side). (FIG. 3). The device can also be used as an extraction device when hydrogen peroxide is extracted from the working solution with water after the oxidation reaction, in which case the working solution container functions as an extraction vessel, to which extraction water is added. With the three-way cock open to the pipe 7, the gas supply to the fine bubble generator is shut off and the fine bubble generator is operated as a circulation / stirring device (FIG. 4). Stir and mix vigorously with water.

ファインバブル発生装置2としては、ファインバブル発生装置MA3FS〔株式会社アスプ〕を用いた。ファインバブル発生装置は、液体にガスを注入し、ガス/液体混合物の流れにスタティックミキサーで剪断力を加えて液体の分割を繰り返すことで、液体中ファインバブルを作り出す機能を有する。   As the fine bubble generating device 2, a fine bubble generating device MA3FS [Asp Corporation] was used. The fine bubble generator has a function of creating fine bubbles in a liquid by injecting a gas into the liquid and applying a shearing force to the flow of the gas / liquid mixture with a static mixer to repeatedly divide the liquid.

作動溶液用容器1内には、作動溶液が収容されている。作動溶液は、過酸化水素製造サイクルのステージに応じて、2−アミルアントラキノン又は2−アミルアントラヒドロキノンを含有する有機溶媒溶液であり、本実施例では、2−(1,1−ジメチルプロピル)アントラキノン又はその還元体である2−(1,1−ジメチルプロピル)アントラヒドロキノンを含有する有機溶媒溶液、2−(1,2−ジメチルプロピル)アントラキノン又はその還元体である2−(1,2−ジメチルプロピル)アントラヒドロキノンを含有する有機溶媒溶液、2−(1,1−ジメチルプロピル)アントラキノンと2−(1,2−ジメチルプロピル)アントラキノンの混合物又はその還元体である2−(1,1−ジメチルプロピル)アントラヒドロキノンと2−(1,2−ジメチルプロピル)アントラヒドロキノンの混合物を含有する有機溶媒溶液、である。有機溶媒としては、本実施例では、イソノナノールとトリメチルベンゼンの混合溶媒を用いた。   A working solution is accommodated in the working solution container 1. The working solution is an organic solvent solution containing 2-amylanthraquinone or 2-amylanthrahydroquinone, depending on the stage of the hydrogen peroxide production cycle, and in this example, 2- (1,1-dimethylpropyl) anthraquinone. Alternatively, an organic solvent solution containing 2- (1,1-dimethylpropyl) anthrahydroquinone, which is a reduced form thereof, 2- (1,2-dimethylpropyl) anthraquinone, or 2- (1,2-dimethyl, which is a reduced form thereof. 2- (1,1-dimethyl) which is an organic solvent solution containing propyl) anthrahydroquinone, a mixture of 2- (1,1-dimethylpropyl) anthraquinone and 2- (1,2-dimethylpropyl) anthraquinone, or a reduced product thereof Propyl) anthrahydroquinone and 2- (1,2-dimethylpropyl) anthrahydroquino The organic solvent solution containing a mixture of a. As the organic solvent, a mixed solvent of isononanol and trimethylbenzene was used in this example.

〔バブル粒子径の測定〕
ファインバブル発生装置により形成される泡の粒子径はナノ粒子測定装置(NanoSight、日本カンタム・デザイン(株))により行った。測定条件は次のとおりとした。
・溶媒:イソノナノールとトリメチルベンゼンの混合溶媒
・気体:空気
・ファインバブル吐出圧力:0〜1.0MPa
・液体流量:112mL/分
・気体流量:3mL/分
測定の結果、測定し得た最少サイズ3nmの粒子径から泡の存在が確認された。形成された泡は実質上全数(100%)が5〜500nmの粒子径を有しており、50〜400nmの粒子径を有する泡が泡の全個数の95%を優に超えている。
[Measurement of bubble particle size]
The particle size of the foam formed by the fine bubble generator was measured by a nanoparticle measuring device (NanoSight, Nippon Quantum Design Co., Ltd.). The measurement conditions were as follows.
・ Solvent: Mixed solvent of isononanol and trimethylbenzene ・ Gas: Air ・ Fine bubble discharge pressure: 0 to 1.0 MPa
-Liquid flow rate: 112 mL / min-Gas flow rate: 3 mL / min As a result of the measurement, the presence of bubbles was confirmed from the particle size of the minimum size of 3 nm that could be measured. The total number of bubbles formed (100%) has a particle size of 5 to 500 nm, and the bubbles having a particle size of 50 to 400 nm are well over 95% of the total number of bubbles.

〔過酸化水素の定量〕
製造された過酸化水素含有水中の過酸化水素の定量は、0.02M の過マンガン酸カリウム水溶液を用いて、常法により行った。
[Quantification of hydrogen peroxide]
The amount of hydrogen peroxide in the produced hydrogen peroxide-containing water was determined by a conventional method using a 0.02M potassium permanganate aqueous solution.

〔実施例1〕
作動溶液用容器内に、撹拌子、イソノナノールとトリメチルベンゼンの混合溶媒(100mL)及び2−(1,1−ジメチルプロピル)アントラキノン(0.75mol/L)を加え、撹拌して、イソノナノールとトリメチルベンゼンの混合溶媒に2−(1,1−ジメチルプロピル)アントラキノンを溶解させることにより作動溶液を調製した。アルミナ球状担持Pd触媒(2重量%Pd/Al、2〜4 mm、 2−(1,1−ジメチルプロピル)アントラキノン量に対し3.4mol%)を触媒固定管(フィルターサイズ:7μm)に詰め、ファインバブル発生装置をイソノナノールとトリメチルベンゼンの混合溶媒で洗浄した後、三方コックをパイプ9に対して(従って接触水素化触媒を通る側に)開いておき、水素ガスボンベを流量制御装置に接続させた状態にし、ファインバブル発生装置の吐出口ニードルバルブにおけるファインバブルの吐出圧力は0〜0.6MPa、液体流量は約130mL/分、及び水素ガス流量は5mL/分に、それぞれ設定して、40℃にて装置を起動させ4時間稼働させた。こうして、作動溶液を、作動溶液用容器、ファインバブル発生装置、及び接触水素化触媒固定管の間で循環させることにより、2−(1,1−ジメチルプロピル)アントラキノンの2−(1,1−ジメチルプロピル)アントラヒドロキノンへの還元反応(接触水素化)を行わせた。
[Example 1]
In a working solution container, a stir bar, a mixed solvent of isononanol and trimethylbenzene (100 mL) and 2- (1,1-dimethylpropyl) anthraquinone (0.75 mol / L) are added and stirred, and isononanol and trimethylbenzene are stirred. A working solution was prepared by dissolving 2- (1,1-dimethylpropyl) anthraquinone in the mixed solvent. A spherical catalyst-supported Pd catalyst (2 wt% Pd / Al 2 O 3 , 2 to 4 mm, 3.4 mol% with respect to the amount of 2- (1,1-dimethylpropyl) anthraquinone) as a catalyst fixing tube (filter size: 7 μm) After the fine bubble generator is washed with a mixed solvent of isononanol and trimethylbenzene, the three-way cock is opened with respect to the pipe 9 (and therefore on the side passing through the catalytic hydrogenation catalyst), and the hydrogen gas cylinder is connected to the flow control device. In the connected state, the fine bubble discharge pressure at the discharge needle needle valve of the fine bubble generator is set to 0 to 0.6 MPa, the liquid flow rate is about 130 mL / min, and the hydrogen gas flow rate is set to 5 mL / min. The apparatus was started at 40 ° C. and operated for 4 hours. In this way, by circulating the working solution between the working solution container, the fine bubble generator, and the catalytic hydrogenation catalyst fixing tube, 2- (1,1-dimethylpropyl) anthraquinone 2- (1,1- A reduction reaction (catalytic hydrogenation) to (dimethylpropyl) anthrahydroquinone was carried out.

装置を止め、三方コックを切り替え、触媒固定管側に残留する作動溶液を作動溶液用容器に戻し、酸素ガスボンベを流量制御装置に接続させた状態にして、40℃にて装置を起動させた。ファインバブル発生装置のニードルバルブでの吐出圧力は0〜0.6MPa、液体流量は約130mL/分、酸素ガス流量は5mL/分にそれぞれ設定して装置を4時間稼働させ、溶液を、作動溶液用容器とファインバブル発生装置との間で循環させることにより、2−(1,1−ジメチルプロピル)アントラヒドロキノンの2−(1,1−ジメチルプロピル)アントラキノンへの酸化反応及びこれと対をなす酸素の過酸化水素への還元反応を行わせた。装置を止め、作動溶液用容器に蒸留水5mLを添加した。ファインバブル発生装置におけるガス流を遮断した状態で装置を起動させ、作動溶液用容器とファインバブル発生装置との間で作動溶液と水とを循環させて混合・撹拌することにより過酸化水素を水相に抽出した。装置を停止させ、作動溶液用容器内の液を静置させると、明瞭な界面をもって油相と水相とが分離し、油相から水相を容易に分離して取り出すことができた。作動溶液用容器に再び5mL の蒸留水を添加して上記と同様に油相中に残存する過酸化水素を水槽に抽出した。抽出操作を同様にもう一度繰り返し油相中に残存する過酸化水素を水槽に抽出した。これら3回の抽出液を合わせて(15mL)分析の結果、水相の過酸化水素濃度は10.6重量%であり、使用した2−(1,1−ジメチルプロピル)アントラキノンのモル量に対する過酸化水素の収率は62%であることが判明した。   The apparatus was stopped, the three-way cock was switched, the working solution remaining on the catalyst fixing pipe side was returned to the working solution container, and the apparatus was started at 40 ° C. with the oxygen gas cylinder connected to the flow control device. Fine bubble generator needle valve discharge pressure is 0-0.6MPa, liquid flow rate is set at about 130mL / min, oxygen gas flow rate is set at 5mL / min. Of 2- (1,1-dimethylpropyl) anthrahydroquinone to 2- (1,1-dimethylpropyl) anthraquinone and paired with this by circulating between the container and the fine bubble generator A reduction reaction of oxygen to hydrogen peroxide was performed. The apparatus was stopped and 5 mL of distilled water was added to the working solution container. The apparatus is started with the gas flow in the fine bubble generator shut off, and the hydrogen peroxide is removed by mixing and stirring the working solution and water between the working solution container and the fine bubble generator. Extracted into phase. When the apparatus was stopped and the liquid in the working solution container was allowed to stand, the oil phase and the water phase separated with a clear interface, and the water phase could be easily separated and removed from the oil phase. 5 mL of distilled water was again added to the working solution container, and hydrogen peroxide remaining in the oil phase was extracted into a water tank in the same manner as described above. The extraction operation was repeated once again to extract hydrogen peroxide remaining in the oil phase into a water tank. These three extracts were combined (15 mL), and as a result of the analysis, the hydrogen peroxide concentration in the aqueous phase was 10.6% by weight, and the excess relative to the molar amount of 2- (1,1-dimethylpropyl) anthraquinone used. The yield of hydrogen oxide was found to be 62%.

〔実施例2〕
2−(1,1−ジメチルプロピル)アントラキノンを2−(1,2−ジメチルプロピル)アントラキノンとした以外は実施例1と同様にして、過酸化水素水を製造した。分析の結果、過酸化水素濃度は10.6重量%、使用した2−(1,2−ジメチルプロピル)アントラキノンのモル量に対する過酸化水素の収率は62%であった。
[Example 2]
A hydrogen peroxide solution was produced in the same manner as in Example 1 except that 2- (1,1-dimethylpropyl) anthraquinone was changed to 2- (1,2-dimethylpropyl) anthraquinone. As a result of the analysis, the hydrogen peroxide concentration was 10.6% by weight, and the yield of hydrogen peroxide relative to the molar amount of 2- (1,2-dimethylpropyl) anthraquinone used was 62%.

〔実施例3〕
2−(1,1−ジメチルプロピル)アントラキノンを2−(1,1−ジメチルプロピル)アントラキノンと2−(1,2−ジメチルプロピル)アントラキノンの混合物とした以外は実施例1と同様にして、過酸化水素水を製造した。分析の結果、過酸化水素濃度は10.6重量%、使用した1,1−ジメチルプロピルアントラキノンと1,2−ジメチルプロピルアントラキノンの混合物のモル量に対する過酸化水素の収率は62%であった。
Example 3
In the same manner as in Example 1 except that 2- (1,1-dimethylpropyl) anthraquinone was changed to a mixture of 2- (1,1-dimethylpropyl) anthraquinone and 2- (1,2-dimethylpropyl) anthraquinone. Hydrogen oxide water was produced. As a result of the analysis, the hydrogen peroxide concentration was 10.6% by weight, and the yield of hydrogen peroxide was 62% with respect to the molar amount of the mixture of 1,1-dimethylpropylanthraquinone and 1,2-dimethylpropylanthraquinone used. .

〔比較例1〕
使用するアントラキノンを2−エチルアントラキノン、作動溶液を構成する溶媒を酢酸エチル、アルミナ球状担持Pd触媒の使用量を2−エチルアントラキノン量に対して2.5mol%、抽出回数2回とした以外は実施例1と同様にして,過酸化水素水を製造した。分析の結果,過酸化水素濃度は2.5重量%,使用した2−エチルアントラキノンのモル量に対する過酸化水素の収率は59%であった。
[Comparative Example 1]
Implemented except that the anthraquinone used was 2-ethylanthraquinone, the solvent constituting the working solution was ethyl acetate, the amount of the alumina spherical supported Pd catalyst was 2.5 mol% with respect to the amount of 2-ethylanthraquinone, and the number of extractions was twice. In the same manner as in Example 1, hydrogen peroxide water was produced. As a result of the analysis, the hydrogen peroxide concentration was 2.5% by weight, and the yield of hydrogen peroxide relative to the molar amount of 2-ethylanthraquinone used was 59%.

〔比較例2〕
作動溶液の還元反応の時間を4時間とした以外は比較例1と同様にして,過酸化水素水を製造した。分析の結果,過酸化水素濃度は2.6重量%,使用した2−エチルアントラキノンのモル量に対する過酸化水素の収率は63%であった。
[Comparative Example 2]
A hydrogen peroxide solution was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the time of the reduction reaction of the working solution was 4 hours. As a result of analysis, the hydrogen peroxide concentration was 2.6% by weight, and the yield of hydrogen peroxide relative to the molar amount of 2-ethylanthraquinone used was 63%.

〔比較例3〕
作動溶液の還元反応の時間を3時間、酸化反応の時間を1.5時間とした以外は比較例1と同様にして、過酸化水素水を製造した。分析の結果、過酸化水素濃度は3.0重量%、使用した2−エチルアントラキノンのモル量に対する過酸化水素の収率は70%であった。
[Comparative Example 3]
A hydrogen peroxide solution was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the reduction time of the working solution was 3 hours and the oxidation reaction time was 1.5 hours. As a result of analysis, the hydrogen peroxide concentration was 3.0% by weight, and the yield of hydrogen peroxide relative to the molar amount of 2-ethylanthraquinone used was 70%.

〔比較例4〕
作動溶液の還元反応の時間を4時間とした以外は比較例1と同様にして、過酸化水素水を製造した。分析の結果、過酸化水素濃度は3.2重量%、使用した2−エチルアントラキノンのモル量に対する収率は75%であった。
[Comparative Example 4]
A hydrogen peroxide solution was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the reduction time of the working solution was 4 hours. As a result of analysis, the hydrogen peroxide concentration was 3.2% by weight, and the yield relative to the molar amount of 2-ethylanthraquinone used was 75%.

〔比較例5〕
アルミナ球状担持Pd触媒の使用量を2−エチルアントラキノン量に対し2.6mol%、作動溶液の還元反応の時間を3時間、酸化反応の時間を1.5時間とした以外は比較例1と同様にして過酸化水素水を製造した。分析の結果、過酸化水素濃度は3.1重量%、使用した2−エチルアントラキノンのモル量に対する過酸化水素の収率は72%であった。
[Comparative Example 5]
Comparative Example 1 except that the amount of the alumina spherical supported Pd catalyst was 2.6 mol% with respect to the amount of 2-ethylanthraquinone, the reduction time of the working solution was 3 hours, and the oxidation reaction time was 1.5 hours. Thus, hydrogen peroxide water was produced. As a result of analysis, the hydrogen peroxide concentration was 3.1% by weight, and the yield of hydrogen peroxide relative to the molar amount of 2-ethylanthraquinone used was 72%.

〔比較例6〕
ファインバブル発生装置は用いず、作動溶液用容器中で比較例1と同様の作動溶液を調製し、比較例1で用いたのと同量のアルミナ球状担持Pd触媒を作動溶液用容器中の作動溶液に直接投入し、作動溶液用容器に接続した水素ガス入りバルーンにより作動溶液の上方の空間にほぼ常圧の水素ガスを供給してこれを満たした状態として、30℃にて2時間又は4時間の還元反応を行わせ、次いで、作動溶液用容器の蓋を開け、触媒を除去した後、酸素ガス入りバルーンにより作動溶液の上方の空間にほぼ常圧の酸素ガスを供給してこれを満たした状態として、30℃にて2時間の酸化反応を行わせた。作動溶液用容器に蒸留水を加えて水溶性成分を抽出して分析したが、何れも過酸化水素の生成は認められなかった。
[Comparative Example 6]
A working solution similar to that of Comparative Example 1 was prepared in a working solution container without using a fine bubble generator, and the same amount of the spherical alumina-supported Pd catalyst used in Comparative Example 1 was operated in the working solution container. Directly charged into the solution, hydrogen gas containing hydrogen gas connected to the working solution container is supplied to fill the space above the working solution with hydrogen gas at almost normal pressure, and this is filled for 2 hours at 30 ° C. or 4 hours. Then, the working solution container is opened, the catalyst is removed, the oxygen solution is supplied to the space above the working solution by a balloon containing oxygen gas, and then filled. In this state, an oxidation reaction was performed at 30 ° C. for 2 hours. Distilled water was added to the working solution container to extract and analyze water-soluble components, but no hydrogen peroxide was produced.

〔比較例7〕
ファインバブル発生装置は用いず、作動溶液用容器中で実施例1と同様の作動溶液を調製し、比較例1で用いたのと同量のアルミナ球状担持Pd触媒を作動溶液用容器中の作動溶液に直接投入し、作動溶液用容器に接続した水素ガス入りバルーンに繋いだチューブ先端に取り付けた市販のセラミックフィルターを通して、作動溶液の中央〜下方に水素ガスを持続的にバブリング(5mL/分)した状態で、30℃にて2時間又は4時間の還元反応を行わせ、次いで、作動溶液用容器の蓋を開け、触媒を除去した後、酸素ガス入りバルーンに繋いだチューブ先端のセラミックフィルターを通して作動溶液の中央〜下方に酸素ガスを持続的にバブリング(5mL/分)した状態で、30℃にて2時間の酸化反応を行わせた。作動溶液用容器に蒸留水を加えて水溶性成分を抽出して分析したが、何れも過酸化水素の生成は認められなかった。
[Comparative Example 7]
A working solution similar to that of Example 1 was prepared in a working solution container without using a fine bubble generator, and the same amount of the spherical alumina-supported Pd catalyst used in Comparative Example 1 was operated in the working solution container. Hydrogen gas is continuously bubbled from the center to the bottom of the working solution (5 mL / min) through a commercially available ceramic filter attached to the tube tip connected to a balloon containing hydrogen gas connected to the working solution container. In this state, the reduction reaction is performed at 30 ° C. for 2 hours or 4 hours, and then the lid of the working solution container is opened, the catalyst is removed, and then passed through a ceramic filter at the tip of the tube connected to a balloon containing oxygen gas. In a state where oxygen gas was continuously bubbled (5 mL / min) from the center to the bottom of the working solution, an oxidation reaction was performed at 30 ° C. for 2 hours. Distilled water was added to the working solution container to extract and analyze water-soluble components, but no hydrogen peroxide was produced.

本発明は、低コストの過酸化水素オンサイト合成を可能にする点で、また、それにより過酸化水素の新たな工業的用途の開発を促すことができる点でも、有用である。   The present invention is useful in that it enables low-cost hydrogen peroxide on-site synthesis, and thereby facilitates the development of new industrial applications for hydrogen peroxide.

1 作動溶液容器
2 ファインバブル発生装置
3 流量制御装置
4 接触水素化触媒固定管
5 三方コック
6〜9 パイプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Working solution container 2 Fine bubble generator 3 Flow control device 4 Catalytic hydrogenation catalyst fixed pipe 5 Three-way cock 6-9 Pipe

Claims (9)

過酸化水素含有水溶液の製造方法であって、
(a)アミルアントラヒドロキノンの有機溶媒溶液を容器内に準備するステップであって、該有機溶媒が水と非混和性のものであるステップと、
(b)該溶液に、常圧下に、酸素ガスをファインバブルの形で連続注入して該溶液中に酸素ガスのファインバブルが分散された状態を維持することにより、該溶液中の該アミルアントラヒドロキノンをアミルアントラキノンへと酸化させるステップと、
(c)酸素ガスの注入を停止し、該容器内に水を加えて該溶液と混合するステップと、
(d)該容器内の混合物を静置し有機溶媒相と水相とを2層に分離させるステップと、
(e)該容器から水相を回収するステップとを含んでなる、
製造方法。
A method for producing a hydrogen peroxide-containing aqueous solution,
(A) preparing an organic solvent solution of amylanthrahydroquinone in a container, wherein the organic solvent is immiscible with water;
(B) Continuously injecting oxygen gas into the solution in the form of fine bubbles under normal pressure to maintain a state in which the fine bubbles of oxygen gas are dispersed in the solution, whereby the amyl anthra in the solution Oxidizing hydroquinone to amylanthraquinone;
(C) stopping the injection of oxygen gas, adding water into the vessel and mixing with the solution;
(D) allowing the mixture in the container to stand to separate the organic solvent phase and the aqueous phase into two layers;
(E) recovering the aqueous phase from the vessel.
Production method.
ステップ(a)におけるアミルアントラヒドロキノンの有機溶媒溶液が、該容器内に入れられた対応するアミルアントラキノンの有機溶媒溶液に、常圧下に、水素ガスをファインバブルの形で連続注入して該有機溶媒相中に水素ガスのファインバブルが分散された状態を維持しつつ、該有機溶媒相を、該容器外に配置された接触還元触媒に通して該容器との間で循環させて、該容器内の該有機溶媒相中の該アミルアントラキノンをアミルアントラヒドロキノンへと還元することにより準備されたものである、請求項1の製造方法。   The organic solvent solution of amyl anthrahydroquinone in step (a) is continuously injected into the corresponding organic solvent solution of amyl anthraquinone in the vessel under fine pressure in the form of fine bubbles. While maintaining the state in which fine bubbles of hydrogen gas are dispersed in the phase, the organic solvent phase is circulated between the container through the catalytic reduction catalyst disposed outside the container, The process according to claim 1, which is prepared by reducing the amylanthraquinone in the organic solvent phase to amylanthrahydroquinone. ステップ(e)を行った後に該容器中に残された該有機溶媒相に、常圧下に、水素ガスをファインバブルの形で連続注入して該有機溶媒相中に水素ガスのファインバブルが分散された状態を維持しつつ、該有機溶媒相を、該容器外に配置された接触還元触媒に通して該容器との間で循環させて、該容器内の該有機溶媒相中の該アミルアントラキノンをアミルアントラヒドロキノンへと還元することにより、該アミルアントラヒドロキノンの有機溶媒溶液を該容器内に再生させるものであるステップ(f)を更に含んでなることを特徴とする、請求項1又は2の製造方法。   The hydrogen gas fine bubbles are dispersed in the organic solvent phase by continuously injecting hydrogen gas into the organic solvent phase remaining in the vessel after performing step (e) under normal pressure in the form of fine bubbles. The organic solvent phase is circulated between the container through the catalytic reduction catalyst disposed outside the container while maintaining the maintained state, and the amylanthraquinone in the organic solvent phase in the container is circulated. The method according to claim 1, further comprising the step (f) of regenerating the organic solvent solution of amylanthrahydroquinone into the container by reducing amylanthrahydroquinone to amylanthrahydroquinone. Production method. ステップ(b)〜(f)が1回以上反復されるものである、請求項3の製造方法。   The manufacturing method according to claim 3, wherein steps (b) to (f) are repeated one or more times. 該ファインバブルが、5nm以上1000 nm未満の粒子径を有する泡の個数が、泡の全個数の90%以上のものであることを特徴とする、請求項1〜4の何れかの製造方法。   The production method according to any one of claims 1 to 4, wherein the fine bubbles have 90% or more of the total number of bubbles having a particle diameter of 5 nm or more and less than 1000 nm. 該アミル基が、アントラヒドロキノンの2位の炭素に結合しているものである、請求項1〜5の何れかの製造方法。   The production method according to any one of claims 1 to 5, wherein the amyl group is bonded to the 2-position carbon of anthrahydroquinone. 該アミルアントラヒドロキノンが、2−(1,1−ジメチルプロピル)アントラヒドロキノン、2−(1,2−ジメチルプロピル)アントラヒドロキノン、あるいは2−(1,1−ジメチルプロピル)アントラヒドロキノンと2−(1,2−ジメチルプロピル)アントラヒドロキノンの混合物である、請求項1〜6の何れかの製造方法。   The amylanthrahydroquinone is 2- (1,1-dimethylpropyl) anthrahydroquinone, 2- (1,2-dimethylpropyl) anthrahydroquinone, or 2- (1,1-dimethylpropyl) anthrahydroquinone and 2- (1 , 2-Dimethylpropyl) anthrahydroquinone. The production method according to claim 1, which is a mixture of anthrahydroquinone. 該有機溶媒が、炭素数8〜10のアルコールと置換基を有する芳香族炭化水素との混合溶媒である、請求項1〜7の何れかの製造方法。   The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the organic solvent is a mixed solvent of an alcohol having 8 to 10 carbon atoms and an aromatic hydrocarbon having a substituent. 該置換基を有する芳香族炭化水素が、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼンである、請求項1〜8の何れかの製造方法。

The production method according to any one of claims 1 to 8, wherein the aromatic hydrocarbon having a substituent is toluene, xylene, or trimethylbenzene.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111071994A (en) * 2019-12-25 2020-04-28 山东新龙集团有限公司 Fluidized hydrogenation process for preparing hydrogen peroxide by anthraquinone method
CN113479850A (en) * 2021-07-16 2021-10-08 南京延长反应技术研究院有限公司 Tower type enhanced oxidation system and method for preparing hydrogen peroxide
WO2023102759A1 (en) * 2021-12-08 2023-06-15 Solvay Sa A composition comprising 2-amylenyl-anthraquinones, preparation method and its use thereof

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