JP3350572B2 - 第２セリウムイオン含有酸水溶液の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、有用な酸化剤である第
２セリウムイオン含有酸水溶液の製造法に関する。詳し
くは、本発明は、第１セリウムイオン含有酸水溶液を、
陽極と陰極の間に隔膜を有しない無隔膜電解槽を用いて
電解酸化する第２セリウムイオン含有酸水溶液の製造方
法に関する。

【０００２】第２セリウムイオン含有酸水溶液は、２−
メチルナフタレンを２−メチル−１，４−ナフトキノン
（ビタミンＫ₃）に酸化する反応或いは、ナフタレンを
１，４−ナフトキノンに酸化する反応のような芳香族化
合物を対応するキノン類へ酸化する反応；トルエンをベ
ンズアルデヒドに酸化する反応のような芳香族化合物の
置換基を酸化する反応；シクロアルカンを開環させる反
応；オキシムをカルボニル化する反応など種々の有機合
成の分野で酸化反応の酸化剤として用いられる。

【０００３】第２セリウムイオンを用いて有機化合物を
酸化すると第２セリウムイオンは第１セリウムイオンに
還元されるが、工業的には該第１セリウムイオンを回収
し酸化して第２セリウムイオンに再生して再利用する必
要がある。このため有機化合物の酸化反応工程と回収し
た第１セリウムイオンを電気化学的に第２セリウムイオ
ンに酸化して再生する工程とを組み合わせて行う間接電
解法がよく行われる。本発明はかかる間接電解法におい
て第１セリウムイオンを第２セリウムイオンに酸化して
再生する方法として特に有用である。

【０００４】

【従来の技術】従来、第１セリウムイオンを第２セリウ
ムイオンに電解酸化する方法においては、陽極と陰極の
間に隔膜を有する隔膜式電解槽が使用されている（例え
ば特公昭４５−４１５６１号等参照）。これは、隔膜が
ないと、陽極にて一旦生成した第２セリウムイオンの一
部が陰極において再び第１セリウムイオンに還元されて
電流効率が極端に低下するためである。しかしながら隔
膜式電解槽を用いる場合、電解槽の構造が複雑となり、
装置や隔膜の設備費や保守のための費用がかさんだり、
隔膜の電気抵抗により電解電圧が上昇する等の問題があ
る。また、陽極液に有機物が含まれていると有機物が隔
膜を通して陽極液から陰極液に移動して陰極にて還元反
応を受け、その結果、陰極液が着色したり、電流効率が
低下したり電解電圧が上昇するなどの問題も生じる。

【０００５】一方、隔膜を備えていない無隔膜電解槽を
用いる方法も検討されており、陰極の面積を陽極の面積
よりも小さくし陰極の電流密度を陽極より大きくするこ
とにより、陽極で生成した第２セリウムイオンが陰極で
再び還元されるのを防ぎながら、第１セリウムイオンを
第２セリウムイオンに電解酸化する方法が提案されてい
る（例えば米国特許第４６８３０３８号、特開平４−１
３８７９号等）。しかしながら、これらの方法では、陰
極の電流密度を陽極より高くするため、電解電圧が上昇
したり、陰極上に樹脂状の粘着物の析出が起こったり、
電解液中の電流分布が不均一になり易い等の不都合があ
る。これらの不都合を解消するためには激しく攪拌する
必要があるが、この場合には電解特性向上によるコスト
減少よりも動力費の負担が大きくなる。また陰極電流密
度と陽極電流密度の比を大きくするためには、電極の大
きさや形状を大きく変えなければならない等の問題もあ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来提案されている第
１セリウムイオンの酸水溶液を電解酸化して第２セリウ
ムイオンの酸水溶液を製造する方法は、隔膜式電解槽又
は無隔膜電解槽のいずれを使用するとしても、工業的規
模で製造する方法としては種々の問題点を有している。

【０００７】従って、本発明の目的は、無隔膜電解槽を
使用する製法において、経時的な電流効率の低下を惹起
することなく高い電流効率で第２セリウムイオンの酸水
溶液を工業的に有利に製造可能な方法を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、使用済み
の第１セリウムイオンの酸水溶液を無隔膜電解槽を用い
て電解酸化して第２セリウムイオンの酸水溶液を再生す
る方法について種々検討している中で、該第１セリウム
イオンの酸水溶液中に混在する有機化合物が、電解液の
着色や電流効率の低下など種々の好ましくない影響を与
えていることを知見した。そこで、本発明者等は各種有
機物の電解特性に与える影響等について詳細に検討した
結果、特定の複素環化合物を第１セリウムイオンと共存
させると著しく電流効率が改善されるとともに経時的な
電流効率の低下を惹起しないことを見いだし、本発明を
完成するに至った。また、この特定の複素環化合物を共
存させるとフレッシュな第１セリウムイオンの酸水溶液
を電解酸化する際にも高い電流効率で第２セリウムイオ
ンの酸水溶液を製造できることを知見した。

【０００９】かくして、本発明によれば、陽極と陰極の
間に隔膜を有しない無隔膜電解槽を用いて第１セリウム
イオン含有酸水溶液中の第１セリウムイオンを電解酸化
して第２セリウムイオン含有酸水溶液を製造する方法に
おいて、該第１セリウムイオン含有酸水溶液中に、置換
基を有する五員複素単環化合物、置換基を有する六員複
素単環化合物、及び縮合複素多環化合物からなる群から
選択される少なくとも一種の複素環化合物を存在せしめ
ることを特徴とする第２セリウムイオン含有酸水溶液の
製造法が提供される。

【００１０】

【作用】本発明に従って上記の特定の複素環化合物を使
用すると、電解に際して電場がかかった状態で陰極表面
にその化合物自体が安定吸着するか、又は該複素環化合
物の酸化もしくは還元などで新たに生じた有機化合物、
有機化合物イオン等の化学種が陰極表面に安定吸着する
ので、陽極電流密度と陰極電流密度との比を大きく変え
ることなく、陰極と陽極の電流密度が等しい電解条件に
おいてさえも、第２セリウムイオン含有酸水溶液が高い
電流効率で得られるものと推定される。上記化合物自体
及び／又は化学種の陰極表面への安定吸着とは、これら
化合物自体及び／又は化学種が陰極に強固に吸着してい
る状態だけに限られず、化合物自体及び／又は化学種が
陰極表面に単に集合して存在している状態や、電解液中
の化合物自体及び／又は化学種が陰極表面に吸着してい
る化合物自体及び／又は化学種と平衡状態を保ちながら
存在している状態をも包含する。また、これら化合物自
体及び／又は化学種は電解終了にともない陰極表面から
離散しても構わない。なお、本発明において使用する特
定の複素環化合物は、第２セリウムイオン生成の電流効
率低下を防ぐために陽極で生成した第２セリウムイオン
と容易に反応しないものが好ましい。

【００１１】

【具体的説明】以下に本発明を詳しく説明する。

【００１２】本発明において使用する第１セリウムイオ
ン含有酸水溶液としては、第１セリウムイオンを含む硫
酸水溶液又はメタンスルホン酸水溶液が好適であり、例
えば硫酸第１セリウムを含む硫酸水溶液、メタンスルホ
ン酸第１セリウムを含むメタンスルホン酸水溶液、又は
これらの混合物等が挙げられる。また、硝酸第１セリウ
ムを含む硝酸水溶液等も使用することができる。また、
第２セリウムイオン含有酸水溶液（酸成分としてとして
硫酸、メタンスルホン酸、硝酸如きの無機酸を含有す
る）を用いて、２−メチルナフタレンを２−メチル−
１，４−ナフトキノン（ビタミンＫ₃）に酸化する反応
或いは、ナフタレンを１，４−ナフトキノンに酸化する
反応のような芳香族化合物から対応するキノン類へ酸化
する反応において生じる第１セリウムイオン含有酸水溶
液も好適である。

【００１３】酸水溶液中の第１セリウムイオンの濃度
は、あまりに低濃度であると生産性が悪いうえに電流効
率の低下をもたらして工業的に不利となる。従って、
０．０５モル／リットル以上が好ましく、より好ましく
は０．０５〜１０モル／リットルの範囲である。

【００１４】また、酸水溶液中の酸濃度については、使
用する酸の種類に依存するが、一般に酸濃度が低すぎる
と第２セリウムイオンが不安定になり、酸濃度が高すぎ
ると第１セリウムイオンの溶解度が低下したり装置の腐
蝕が生じたりするので不利である。従って、酸水溶液中
の酸濃度は一般的には０．１〜８モル／リットルの範囲
内にあることが望ましい。例えば、酸として、硫酸を用
いた場合には０．１〜２モル／リットルの範囲内、硝酸
を用いた場合には０．１〜５モル／リットルの範囲内、
メタンスルホン酸を用いた場合には１〜８モル／リット
ルの範囲内、にあるのが望ましい。

【００１５】本発明において使用する複素環化合物は、
置換基を有する五員複素単環化合物、置換基を有する六
員複素単環化合物、及び縮合複素多環化合物からなる群
から選択される少なくとも一種の複素環化合物である。
本発明において複素環を構成する異種原子としては窒
素原子、酸素原子が挙げられ、複素環化合物は両原子を
環構造中に同時に有するものであっても構わない。具体
的には五員複素単環としてはフラン環（含酸素複素
環）、ピロール環（含窒素複素環）等が挙げられ、六員
複素単環としてはピリジン環（含窒素複素環）、モルホ
リン環（含窒素及び含酸素環）等が挙げられる。縮合複
素多環としては窒素原子を１〜２個含む２〜３個の縮合
環を有する含窒素複素環やクロマン環等の含酸素複素環
等が挙げられる。

【００１６】五員複素単環化合物又は六員複素単環化合
物が有している置換基としては、置換基を有してもよい
炭素原子数１〜２０のアルキル基、ニトロ基、カルボキ
シル基、炭素原子数１〜４のアシル基、シアノ基、炭素
原子数１〜２０のアルコキシ基及びハロゲン原子からな
る群から選択される少なくとも一種が挙げられる。具体
的には、炭素原子数１〜２０のアルキル基として、例え
ば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピ
ル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ
−オクチル基、イソオクチル基、ｎ−デシル基等が挙げ
られる。これらのアルキル基は塩素、臭素、フッ素原子
等で一部置換されていてもよい。炭素原子数１〜２０の
アルコキシ基として、例えば、メトキシ基、エトキシ
基、ｎ−プロポキシ基、イソプロポキシ基、ｎ−ブトキ
シ基、イソブトキシ基、ｔ−ブトキシ基、ｎ−オクチル
オキシ基、イソオクチルオキシ基、ｎ−デシルオキシ基
等が挙げられる。炭素原子数１〜４のアシル基として、
例えば、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブ
チリル基、イソブチル基等が挙げられる。ハロゲン原子
として、例えば、塩素原子、臭素原子及びフッ素原子が
挙げられる。

【００１７】本発明で使用する含窒素複素環化合物とし
ては、キノリン環等の如き縮合複素環化合物やピリジン
環又はピロール環を有する化合物が好ましい。ピロール
やピリジンは陰極に対する吸着安定性が十分でなく、ピ
リジン環又はピロール環に置換基を有する化合物が好ま
しい。さらに好ましくは分子量が８０以上の化合物であ
る。

【００１８】より具体的には、含窒素複素環化合物とし
てニトロピロール類、Ｎ−メチルピロール等の如き置換
基を有するピロール誘導体；α−，β−又はγ−メチル
ピリジン（α−，β−又はγ−ピコリン）等の如きアル
キル置換ピリジン類、ニコチン酸等の如きピリジンカル
ボン酸類、キノリン酸、シアノピリジン、ｏ−，ｍ−又
はｐ−ジシアノピリジン等の如きシアノピリジン類、等
のピリジン誘導体；キノリン、ニトロキノリン等の如き
キノリン誘導体；イソキノリン；フェナントロリン；フ
ェナントリジン；インドール；カルバゾール；アクリジ
ン；フェナジン等が挙げられる。メチルピリジン類、ピ
リジンカルボン酸類、シアノピリジン類、キノリン酸、
キノリン、イソキノリン、フェナントロリン及びフェナ
ントリジンは陰極への吸着安定性に優れているのでより
好ましい。

【００１９】本発明で使用する含酸素複素環化合物の好
ましいものとして、具体的にはフルフラール、５−ニト
ロ−２−フランカルボン酸、フランカルボン酸或いはベ
ンゾフランのような置換基の結合したフラン環を有する
フラン誘導体が挙げられる。また、クロマン、クロメ
ン、キサンテン、モルホリン等の如きその他の縮合複素
環化合物も使用することができる。

【００２０】本発明で使用する複素環化合物は、陰極に
対する吸着安定性の観点から、８０以上の分子量を有す
るものが好ましい。ただし、複素環化合物の分子量が大
きくなりすぎると一般にセリウム塩を含有する酸水溶液
に対する溶解性が低下するので、より好ましい分子量は
８０〜１０００である。

【００２１】本発明において使用する複素環化合物は、
単独で使用しても二種以上併用してもよい。電解酸化中
に存在させる複素環化合物の濃度は、本発明では使用し
た複素環化合物がそのままあるいは化学種を生成して陰
極表面に安定吸着するため、特別に高くする必要はな
い。ある程度の濃度以上ではその効果に大きな変化はな
く、高すぎれば電解電圧が上昇したりかえって電流効率
が低下する場合もあるため、電解液中の複素環化合物の
濃度は好ましくは１〜１０，０００ｐｐｍより好ましく
は１０〜２，０００ｐｐｍとする。

【００２２】本発明を実施するに際して、使用する複素
環化合物が、蒸発したり第２セリウムイオンと反応した
り電極上で電極反応を起こしたりして、電解進行にとも
ない徐々に消費されるような場合には、本発明の効果を
維持するのに充分な濃度を保持するために適時、または
連続的に電解液に添加すると良い。

【００２３】また、本発明の方法は、フレッシュな第１
セリウムイオン含有酸水溶液に複素環化合物を添加して
使用することが勿論可能ではあるが、実用的には、例え
ば下記のような循環工程において特に好適に適用するこ
とができる。工程１：第１セリウムイオン含有酸水溶液
を、これに複素環化合物を添加して、電解酸化すること
により、複素環化合物を含有する第２セリウムイオン含
有酸水溶液を得る工程。工程２：工程１で得られた複素
環化合物を含有する第２セリウムイオン含有酸水溶液を
酸化剤として用いて各種原料有機化合物を酸化する工
程。工程３：工程２における反応混合物から酸化生成物
を分離することにより、複素環化合物を含有する第１セ
リウムイオン含有酸水溶液を回収する工程。工程４：工
程３で回収された複素環化合物を含有する第１セリウム
イオン含有酸水溶液をそのまま電解酸化して複素環化合
物を含有する第２セリウムイオン含有酸水溶液を得る工
程。

【００２４】本発明を実施するに際して電解温度は特に
限定はされないが、複素環化合物の沸点以下であるのが
好ましく、低すぎると電流効率も低下する。従って、電
解温度は、通常、１０℃から使用複素環化合物の沸点ま
での範囲の温度とする。

【００２５】一般に電流密度が高い場合には、単位電解
槽あたりの生産量を上げることができるが、その反面、
電流効率の低下や電解電圧の上昇をもたらし、また電解
液中の複素環化合物の分解を生じることもある。本発明
を実施するに際して陽極電流密度は好ましくは５〜５０
Ａ／ｄｍ²とするとよい。

【００２６】前述したとおり、一般に無隔膜電解槽を用
いる場合、陰極の面積を陽極の面積よりも小さくして陰
極電流密度を陽極電流密度より大きくすることが行なわ
れている。しかし本発明を実施するに際しては、従来の
方法ほど陰極電流密度と陽極電流密度との比率を大きく
する必要はなく、２倍以下で十分であり、等倍でもよ
い。

【００２７】電解槽内での電解液の電極に対する線速
は、低すぎると電流効率の低下や電解電圧の上昇を招
き、高すぎると電解槽内圧力損失が増加し液漏れ、動力
コスト増等のトラブルが生じるため、好ましくは１〜１
００ｃｍ／ｓｅｃの電解液線速で実施するとよい。

【００２８】本発明において陽極としては、従来の隔膜
法と同様の公知の電極材料が使用される。例えば、イリ
ジウム酸化物被覆チタン、白金−イリジウム酸化物被覆
チタン、二酸化鉛被覆チタン等の如き酸化物被覆電極
や、白金メッキチタン、チタン酸化物、酸化スズ、グラ
ファイト及びグラッシーカーボン等が用いられる。しか
し、有機化合物含有条件下での電流効率や電極耐久性を
考慮すると、鉛、白金、イリジウム、スズ及びタンタル
からなる群から選択される少なくとも１種を含む電極で
あることが好ましい。陰極としても、公知の電極が用い
られるが、特に有機物含有条件下での電流効率や電極耐
久性を考慮するとチタン、チタン酸化物、ジルコニウ
ム、タングステン、タリウム及びタンタルからなる群か
ら選択される少なくとも１種の電極又はそれらを基体と
した電極であることが特に好ましい。

【００２９】電解槽の形式としては、工業的には、一般
にフィルタープレス型電解槽や円筒状電解槽が用いられ
るが、本発明を実施するに当たっては特に限定されな
い。電解液貯槽に第１セリウムイオン含有酸水溶液を仕
込み、外部循環ラインを経て電解槽に通じて電解酸化
し、電解液貯槽内の液が所定の第２セリウムイオン濃度
になるまで電解するバッチ式電解を実施してもよく、第
１セリウムイオン含有酸水溶液を連続的に電解槽に通じ
る連続電解形式を実施してもよい。前者は高い電流効率
で電解できるが電解終了後に電解液の入れ替えが必要と
なり装置及び計装設備が複雑となる。後者は連続操業が
可能となり装置及び計装設備が簡単になり工業的に実施
するのにより有利な方法である。通常、後者は前者に比
べて著しく電流効率が低下する問題があるが、本発明に
おいては高い電流効率が得られる。

【００３０】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。

【００３１】実施例１ 硫酸第１セリウムの硫酸水溶液（第１セリウムイオンを
０．３モル／リットル及び硫酸を遊離酸として１．５モ
ル／リットル含む）１０Ｋｇにβ−ピコリン酸（ニコチ
ン酸）を添加溶解させて得られた溶液（β−ピコリン酸
濃度＝１０００ｐｐｍ）を、下記の条件にてフィルター
プレス型の無隔膜電解セルに循環させて第２セリウムイ
オン濃度が０．１モル／リットルになるまでバッチ電解
酸化を行なった。得られた電流効率は９９％であった。

【００３２】添加複素環化合物：β−ピコリン酸（分子
量＝１２３、濃度＝１０００ｐｐｍ） 電解温度：５０℃ 陽極：白金メッキチタンプレート電極 電流密度１０Ａ／ｄｍ² 陰極：ジルコニウムプレート電極 電流密度１０Ａ／ｄｍ² 電流密度比（陰極／陽極）：１ 線速：３０ｃｍ／ｓｅｃ比較例１ β−ピコリン酸を添加しなかった以外は実施例１と同じ
条件で電解を行った。得られた電流効率は５８％であっ
た。

【００３３】実施例２ 下記のとおり添加複素環化合物、電極材質および電解条
件を変えて実施例１と同様にして電解酸化を行なった。
得られた電流効率は９４％であった。

【００３４】添加複素環化合物：キノリン酸（分子量＝
１６７、濃度＝５００ｐｐｍ） 電解温度：６０℃ 陽極：イリジウム−スズ混合酸化物被覆チタンプレート
電極 電流密度 １０Ａ／ｄｍ² 陰極：タングステンプレート電極 電流密度 １０Ａ／ｄｍ^２ 電流密度比（陰極／陽極）：１ 線速：５０ｃｍ／ｓｅｃ実施例３ 下記のとおり添加複素環化合物、電極材質および電解条
件を変えて実施例１と同様にして電解酸化を行なった。
得られた電流効率は９７％であった。

【００３５】添加有機化合物：β−ピコリン（分子量＝
９３、濃度＝１５００ｐｐｍ） 電解温度：５０℃ 陽極：二酸化鉛被覆チタンプレート電極 電流密度 ３０Ａ／ｄｍ² 陰極：ジルコニウムエキスパンド電極 電流密度 ５０Ａ／ｄｍ² 電流密度比（陰極／陽極）：１．６７ 線速：４０ｃｍ／ｓｅｃ実施例４ 下記のとおり添加複素環化合物、電極材質および電解条
件を変えて実施例１と同様にして電解酸化を行なった。
得られた電流効率は９８％であった。

【００３６】添加複素環化合物：キノリン（分子量＝１
２９、濃度＝３０００ｐｐｍ ） 電解温度：５０℃ 陽極：酸化イリジウム−白金被覆チタンエキスパンド電
極 電流密度 １０Ａ／ｄｍ² 陰極：ジルコニウムエキスパンド電極 電流密度 １０Ａ／ｄｍ² 電流密度比（陰極／陽極）：１ 線速：２０ｃｍ／ｓｅｃ比較例２ 下記のとおり添加複素環化合物、電極材質および電解条
件を変えて実施例１と同様にして電解酸化を行なった。
電流効率は７８％であった。

【００３７】添加複素環化合物：ピリジン（分子量＝７
９、濃度＝１０００ｐｐｍ） 電解温度：５０℃ 陽極：酸化イリジウム被覆チタンプレート電極 電流密度 １０Ａ／ｄｍ² 陰極：タングステンプレート電極 電流密度 １０Ａ／ｄｍ² 電流密度比（陰極／陽極）：１ 線速：２０ｃｍ／ｓｅｃ比較例３ ピリジンを添加しなかった以外は比較例２と同様の条件
で電解を行なった。得られた電流効率は６０％であっ
た。

【００３８】比較例４ ピリジンの濃度を５０，０００ｐｐｍとした以外は比較
例２と同様の条件で電解を行なった。得られた電流効率
は４７％であった。

【００３９】比較例５ ｏ−キシレン（分子量＝１０６、濃度＝１０００ｐｐｍ
を添加した以外は比較例２と同様の条件で電解を行なっ
た。得られた電流効率は５３％であった。

【００４０】実施例５ 下記のとおり添加複素環化合物、電極材質および電解条
件を変えて実施例１と同様にして電解酸化を行なった。
得られた電流効率は９７％であった。

【００４１】添加複素環化合物：イソキノリン（分子量
＝１２９、濃度＝１００ｐｐｍ） 電解温度：４０℃ 陽極：イリジウム−タンタル混合酸化物被覆チタンプレ
ート電極 電流密度：１５Ａ／ｄｍ^２ 陰極：ジルコニウムプレート電極 電流密度 １５Ａ／ｄｍ² 電流密度比（陰極／陽極）：１ 線速：４０ｃｍ／ｓｅｃ実施例６ ２００００ｐｐｍの濃度となるようβ−ピコリン酸を添
加した以外は実施例１と同様にして電解酸化を行った。
得られた電流効率は９１％であった。

【００４２】実施例７ β−ピコリン酸の濃度を５ｐｐｍとした以外は実施例１
と同様の条件で電解を行なった。得られた電流効率は８
０％であった。

【００４３】実施例８ β−ピコリン酸の濃度を１０ｐｐｍとした以外は実施例
１と同様の条件で電解を行なった。得られた電流効率は
９６％であった。

【００４４】実施例９ β−ピコリン酸の濃度を５，０００ｐｐｍとした以外は
実施例１と同様の条件で電解を行なった。得られた電流
効率は９５％であった。

【００４５】実施例１０ 硫酸第２セリウムを含む硫酸第１セリウムの硫酸水溶液
（第１セリウムイオンを０．４モル／リットル、第２セ
リウムイオンを０．２５モル／リットル及び硫酸を遊離
酸として１．０モル／リットル含む）１０Ｋｇに１，１
０−フェナントロリンを添加溶解させて得られた溶液
（１，１０−フェナントロリン濃度＝５０ｐｐｍ）を、
下記の条件にてフィルタープレス型の無隔膜電解セルに
循環させて第２セリウムイオン濃度が０．４５モル／リ
ットルになるまでバッチ電解酸化を行なった。得られた
電流効率は９９％であった。

【００４６】添加複素環化合物：１，１０−フェナント
ロリン（分子量＝１８０、濃度＝５０ｐｐｍ） 電解温度：５０℃ 陽極：白金メッキチタンプレート電極 電流密度１０Ａ／ｄｍ² 陰極：ジルコニウムプレート電極 電流密度１０Ａ／ｄｍ² 電流密度比（陰極／陽極）：１ 線速：３０ｃｍ／ｓｅｃ実施例１１ 下記のとおり添加複素環化合物、電極材質および電解条
件を変えて実施例１０と同様にして電解酸化を行なっ
た。得られた電流効率は８９％であった。

【００４７】添加複素環化合物：フルフラール（分子量
＝９６、濃度＝１０００ｐｐｍ） 電解温度：５０℃ 陽極：二酸化鉛被覆チタンプレート電極 電流密度２０Ａ／ｄｍ² 陰極：タングステンプレート電極（表面一部樹脂被覆） 電流密度３０Ａ／ｄｍ² 電流密度比（陰極／陽極）：１．５ 線速：５０ｃｍ／ｓｅｃ実施例１２ 下記のとおり添加複素環化合物、電極材質および電解条
件を変えて実施例１１と同様にして電解酸化を行なっ
た。得られた電流効率は９８％であった。

【００４８】添加複素環化合物：５−ニトロ−２−フラ
ンカルボン酸（分子量＝１５７、濃度＝１０００ｐｐ
ｍ） 電解温度：５０℃ 陽極：酸化イリジウム被覆チタンプレート電極 電流密度１０Ａ／ｄｍ² 陰極：ジルコニウムプレート電極 電流密度１０Ａ／ｄｍ² 電流密度比（陰極／陽極）：１ 線速：２０ｃｍ／ｓｅｃ実施例１３ 硝酸第１セリウムの硝酸水溶液（第１セリウムイオンを
２．０モル／リットル及び硝酸を遊離酸として１．０モ
ル／リットル含む）１０Ｋｇにフェナントリジンを添加
溶解させて得られた溶液（フェナントリジン濃度＝１０
００ｐｐｍ）を、下記の条件にてフィルタープレス型の
無隔膜電解セルに循環させて第２セリウムイオン濃度が
０．１モル／リットルになるまでバッチ電解酸化を行な
った。得られた電流効率は８８％であった。

【００４９】添加複素環化合物：フェナントリジン（分
子量＝１７９、濃度＝１０００ｐｐｍ） 電解温度：５０℃ 陽極：酸化イリジウム被覆チタンプレート電極 電流密度１０Ａ／ｄｍ² 陰極：ジルコニウムプレート電極 電流密度１０Ａ／ｄｍ² 電流密度比（陰極／陽極）：１ 線速：２０ｃｍ／ｓｅｃ比較例６ フェナントリジンを添加しなかった以外は実施例１３と
同様の条件で電解を行なった。得られた電流効率は４３
％であった。

【００５０】実施例１４ メタンスルホン酸第１セリウムのメタンスルホン酸水溶
液（第１セリウムイオンを１．７モル／リットル及びメ
タンスルホン酸を遊離酸として１．６モル／リットル含
む）１０Ｋｇにシアノピリジンを添加溶解させて得られ
た溶液（シアノピリジン濃度＝１０００ｐｐｍ）を、下
記の条件にてフィルタープレス型の無隔膜電解セルに循
環させて第２セリウムイオン濃度が０．１モル／リット
ルになるまでバッチ電解酸化を行なった。得られた電流
効率は９８％であった。

【００５１】添加複素環化合物：シアノピリジン（分子
量＝１０４、濃度＝１０００ｐｐｍ） 電解温度：５０℃ 陽極：酸化イリジウム被覆チタンプレート電極 電流密度１０Ａ／ｄｍ² 陰極：ジルコニウムプレート電極 電流密度１０Ａ／ｄｍ² 電流密度比（陰極／陽極）：１ 線速：２０ｃｍ／ｓｅｃ比較例７ シアノピリジンを添加しなかった以外は実施例１４と同
様の条件で電解を行なった。得られた電流効率は５７％
であった。

【００５２】実施例１５ 還流冷却器及び撹拌装置を取り付けたガラス製の反応器
に、２−メチルナフタレン２３．７ｇ及びｏ−キシレン
１００ｇを仕込んで撹拌し、溶解させた後、実施例１で
製造した硫酸第１セリウム０．２モル／リットル及び硫
酸第２セリウム０．１モル／リットルを含む酸水溶液１
０リットルを投入し、５０℃で２時間反応させた。反応
終了後、撹拌を停止し、反応液を分離槽に移しｏ−キシ
レン相と水相とを分離した。水相についてはｏ−キシレ
ン１００ｇを用いて抽出して先の溶媒相に加えた。ｏ−
キシレン相及び水相を分析した結果、原料である２−メ
チルナフタレンの転化率は９５％、２−メチル−１，４
−ナフトキノン（ビタミンＫ₃）の選択率は７２％、６
−メチル−１，４−ナフトキノンの選択率は２５％、ｏ
−フタル酸の選択率は２％であった。２−メチルナフタ
レン、２−メチル−１，４−ナフトキノン及び６−メチ
ル−１，４−ナフトキノンはｏ−キシレン相中にのみ存
在し、ｏ−フタル酸は水相中のみに存在した。また、水
相中の硫酸第１セリウムの濃度は０．２９８モル／リッ
トル、硫酸第２セリウムの濃度は０．００２モル／リッ
トル、ｏ−フタル酸の濃度は５３ｐｐｍであり、実施例
１で添加したβ−ピコリン酸の濃度は１０００ｐｐｍの
ままで変化していなかった。この水相１０リットルを実
施例１と同様の条件で電解を行なったところ、実施例１
と同様９９％の電流効率が得られた。

【００５３】実施例１６ 還流冷却器及び撹拌装置を取り付けたガラス製の反応器
に、ナフタレン２１．３ｇ及びｏ−キシレン１００ｇを
仕込んで撹拌し、溶解させた後、実施例２で製造した硫
酸第１セリウム０．２モル／リットル及び硫酸第２セリ
ウム０．１モル／リットルを含む酸水溶液１０リットル
を投入し、５０℃で１時間反応させた。反応終了後、撹
拌を停止し、反応液を分離槽に移しｏ−キシレン相と水
相とを分離した。水相についてはｏ−キシレン１００ｇ
を用いて抽出して先の溶媒相に加えた。ｏ−キシレン相
及び水相を分析した結果、原料であるナフタレンの転化
率は９６％、１，４−ナフトキノンの選択率は９５％、
ｏ−フタル酸の選択率は２％であった。ナフタレン及び
１，４−ナフトキノンはｏ−キシレン相中にのみ存在
し、ｏ−フタル酸は水相中のみに存在した。また、水相
中の硫酸第１セリウムの濃度は０．２９５モル／リット
ル、硫酸第２セリウムの濃度は０．００５モル／リット
ル、ｏ−フタル酸の濃度は５３ｐｐｍであり、実施例２
で添加したキノリン酸の濃度は１０００ｐｐｍのままで
変化していなかった。この水相１０リットルを実施例２
と同様の条件で電解を行なったところ、９５％の電流効
率が得られた。

【００５４】実施例１７ 還流冷却器及び撹拌装置を取り付けたガラス製の反応器
に、１−ニトロナフタレン２８．８ｇ及び実施例１３で
製造した硝酸第１セリウム１．９モル／リットル及び硝
酸第２セリウム０．１モル／リットルを含む酸水溶液１
０リットルを投入し、７０℃として１−ニトロナフタレ
ンを溶解させた後、撹拌し、１時間反応させた。反応終
了後、ニトロベンゼン１００ｇを投入し５分間撹拌した
のち、撹拌を停止し、反応液を分離槽に移しニトロベン
ゼン相と水相とを分離した。水相についてはニトロベン
ゼン１００ｇを用いて抽出して先の溶媒相に加えた。ニ
トロベンゼン相及び水相を分析した結果、原料である１
−ニトロナフタレンの転化率は８０％、５−ニトロ−
１，４−ナフトキノンの選択率は９０％、３−ニトロフ
タル酸の選択率は２％、４−ニトロフタル酸の選択率は
３％、ｏ−フタル酸の選択率は５％であった。１−ニト
ロナフタレン及び５−ニトロ−１，４−ナフトキノンは
ニトロベンゼン相中にのみ存在し、３−ニトロフタル
酸、４−ニトロフタル酸及びｏ−フタル酸は水相中のみ
に存在した。また、水相中の硝酸第１セリウムの濃度は
１．９９６モル／リットル、硝酸第２セリウムの濃度は
０．００４モル／リットル、ｏ−フタル酸の濃度は１１
０ｐｐｍ、３−ニトロフタル酸及び４−ニトロフタル酸
の濃度は合計で１４０ｐｐｍであり、実施例１３で添加
したフェナントリジン濃度は９００ｐｐｍとなってい
た。この水相１０リットルを実施例１３と同様の条件で
電解を行なったところ、８７％の電流効率が得られた。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木津 保彦 兵庫県姫路市網干区興浜字西沖992番地 の１ 株式会社日本触媒 触媒研究所内 (56)参考文献 特開 平４−13879（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−52382（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−114988（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−169394（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C25B 1/00 - 15/08

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陽極と陰極の間に隔膜を有しない無隔膜
   電解槽を用いて第１セリウムイオン含有酸水溶液中の第
   １セリウムイオンを電解酸化して第２セリウムイオン含
   有酸水溶液を製造する方法において、該第１セリウムイ
   オン含有酸水溶液中に、置換基を有する五員複素単環化
   合物、置換基を有する六員複素単環化合物、及び縮合複
   素多環化合物からなる群から選択される少なくとも一種
   の複素環化合物を存在せしめることを特徴とする第２セ
   リウムイオン含有酸水溶液の製造法。
2. 【請求項２】 五員複素単環化合物又は六員複素単環化
   合物が有している置換基が、置換基を有してもよい炭素
   原子数１〜２０のアルキル基、ニトロ基、カルボキシル
   基、炭素原子数１〜４のアシル基、シアノ基、炭素原子
   数１〜２０のアルコキシ基及びハロゲン原子からなる群
   から選択される少なくとも一種である請求項１記載の方
   法。
3. 【請求項３】 複素環化合物が分子量８０以上の含窒素
   複素環化合物である請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】 含窒素複素環化合物がメチルピリジン
   類、ピリジンカルボン酸類、シアノピリジン類、キノリ
   ン酸、キノリン、イソキノリン、フェナントロリン及び
   フェナントリジンからなる群から選択される少なくとも
   一種である請求項３記載の方法。
5. 【請求項５】 複素環化合物がフラン環を有する含酸素
   複素環化合物である請求項１記載の方法。
6. 【請求項６】 含酸素複素環化合物がフルフラール及び
   ５−ニトロ−２−フランカルボン酸からなる群から選択
   される少なくとも一種である請求項５記載の方法。
7. 【請求項７】 酸水溶液中に複素環化合物を１〜１０，
   ０００ｐｐｍの濃度範囲で存在せしめる請求項１記載の
   方法。
8. 【請求項８】 酸水溶液中に第１セリウムイオンを０．
   ０５〜１０モル／リットルの濃度範囲で存在せしめる請
   求項１記載の方法。
9. 【請求項９】 酸水溶液が硫酸水溶液及び／又はメタン
   スルホン酸水溶液である請求項１記載の方法。
10. 【請求項１０】 陽極電流密度が５〜５０Ａ／ｄｍ²の
    範囲であり、陰極電流密度が陽極電流密度の１〜２倍の
    範囲である請求項１記載の方法。
11. 【請求項１１】 第１セリウムイオン含有酸水溶液が、
    第２セリウムイオン含有酸水溶液により有機化合物を酸
    化する反応において生成したものである請求項１記載の
    方法。
12. 【請求項１２】 有機化合物を酸化する反応が２−メチ
    ルナフタレンを２−メチル−１，４−ナフトキノンに酸
    化する反応である請求項１１記載の方法。