JP3429767B2 - 水系中のハロゲン含有有機化合物含量を低減する方法 - Google Patents

水系中のハロゲン含有有機化合物含量を低減する方法

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、金属触媒の存在下、水素で還元することに
より、水系中のハロゲン含有有機化合物含量を低減する
方法に関する。
先行技術 AOXは、活性炭素上に吸着され得る有機ハロゲン化合
物[アブソーバブル・オーガニック・(X)ハロゲン・
コンパウンズ(absorbable organic(X)halogen comp
ounds;X=フッ素、塩素、臭素、ヨウ素)]の略称であ
る。AOX値は、DIN38409(パート14)に従って決定され
る。AOX化合物の典型的な例は、塩化メチレン、トリク
ロロエチレン、パークロロエチレン、クロロホルム、四
塩化炭素、さらにはPCB、HCH、DDTおよびクロロパラフ
ィンである。
環境上の意識が高まってきているため、廃水処理も、
ますます重要となってきている。AOXは、人類へのその
慢性的な毒性のために、廃水中には望ましくない。加え
て、AOX化合物は持続性があって分解されにくく、生物
濃縮され得、そのことは、環境下での堆積を引き起こ
す。そこで、ドイツでは、廃水のAOX含量が、法的手段
で制限されている[イー・オズワルド(E.Oswald)、
「メタルオベルフレッヘ(Metalloberflche)」1990
年、44、186〜190頁参照]。
極最近の文献において、イー・オズワルド(「メタル
オベルフレッヘ」1990年、44、186〜190頁参照)は、AO
Xを含有する廃水の化学処理に関する3種の特に重要な
方法、すなわち、 a)オゾンによる処理、 b)紫外線照射とH2O2による処理、 c)酸化性または還元性電解処理 を挙げている。これらの方法は、本質的には酸化方法で
ある。酸化方法の変型は、ジェイ・ケイ・ビーティー
(J.K.Beattie)によって記載されている。この変型で
は、有機塩素化化合物を、四酸化ルテニウムにより水性
媒体中で分解し、炭酸塩と塩素を形成する[ピュアー・
アンド・アプライド・ケミストリー(Pure & Appl.Che
m.)1990年、62、1145〜1146頁参照]。
アール・エイー・ミラー(R.A.Miller)によれば、1,
3,5−トリクロロベンゼンのような有機化合物は、4以
下であるべきの酸性pH値において、水性媒体中で酸化さ
れ得る(米国特許第4,212,735号参照)。例えば、酸化
剤として空気を使用することができる。ミラーは、特徴
的な助触媒系として、硝酸イオン、臭素および/または
ヨウ素イオン、および酸化数が2またはそれ以上の遷移
金属の少なくとも1個の遷移金属イオンから成る三元系
を提唱している。好ましいpH範囲は、1以下であり、好
ましい温度は、150℃以上である。
加えて、還元方法も文献に記載されている。ケイ・エ
イチ・スウィーニー(K.H.Sweeny)によれば、溶液を、
中和点またはその近くでFe−Cuのような還元性金属触媒
を含むカラムを通して流すことにより、ハロゲン化農薬
のような持続性のある有機化合物を水系から除去するこ
とができる。
イー・ジー・ベイカー(E.G.Baker)とエル・ジェイ
・シーロック(L.J.Sealock)は、水溶液における塩素
化有機化合物の触媒分解を記載している[レポートPNL
−6491−2;オーダー等DE88−009535号;1998年4月参
照;この書類はエヌ・ティー・アイ・エス(NTIS)−ナ
ショナル・テクニカル・インフォメーション・サーヴィ
ス(National Technical Information Service)を通じ
て入手できる;合衆国政府商務省;さらに、ケミカル・
アブストラクツ(Chem.Abstr.)110[12]中の抄録:101
110f参照]。ベイカー/シーロック法は、300〜400℃の
温度および高圧下で、遷移金属触媒を用いて廃水を処理
することから成る。残念なことに、この方法は、温度と
圧力に関して激しい条件が必要であるという不利益を伴
う。さらに、この著者らは、還元性ニッケルを唯一の効
果的な触媒として記載しているので、他の遷移金属触媒
の全般的な有用性にかなり問題があるように思われる。
総説では、ゲー・デホウスト(G.Dehoust)、ツェー
・エヴェン(C.Ewen)およびアール・ゲンシッケ(R.Ge
nsicke)が、廃棄物処理において問題となる廃棄物とし
て有機ハロゲン含有廃棄物を記載している[「ミュル・
ウント・アプファル(M−11 und Abfall)」1991
年、23、283〜294頁参照]。彼らは、有機ハロゲン化合
物を含有する廃棄物の一処理手段として、水素添加に言
及している。この方法は、有機ハロゲン含有廃棄物の水
素添加反応中に形成した塩素を反応させて、塩化水素を
形成するという原理に基づいている。臭素、フッ素また
はヨウ素含有廃棄物は同じ反応を示す。反応は、以下の
如く図式化することができる。: R−Cl+H2→HCl+R−H (スキーム1) スキーム1中、R−Clは有機塩素化化合物を、H2は水素
を、HClは塩化水素を、およびR−Hは炭化水素を表
す。
本質的には、2種の水素添加法の変型がある。サーモ
クラッキングとしても知られている熱水素添加は、700
〜1,400℃の温度で行われる。いわゆる触媒水素添加
は、固体触媒の存在下で行われる。すなわち、ゲー・デ
ホウストらの文献は、触媒水素添加法を用いて、ハロゲ
ン含有有機廃棄物を処理するという根本的な可能性に、
当業者の注意を引いている。しかしながら、触媒水素添
加がAOX含有廃水のAOX含量の低減にも適するかもしれな
いという点までは、ゲー・デホウストらの文献では触れ
ていない。ポリ塩素化ハロゲン化合物を、パラジウム触
媒の存在下で脱塩化水素化できることに従えば、同様の
ことが、例えばテー・マテ(T.Mathe)らによって与え
られた総ての文献にも当てはまる(ケミカル・アブスト
ラクト、110[10]:81873b参照)。
極最近の研究では、エス・コフェンクリオグル(S.Ko
venklioglu)らは、1,1,2−トリクロロエタンのような
塩素化炭化水素を含有する水系において、触媒として、
炭素上に担持したパラジウムを用いて脱塩化水素化を行
うことができることを見い出した[エー・アイ・シー・
エイチ・イー・ジャーナル(AIChE Journal)1992年、3
8(第7号)、1003〜1012頁参照]。その著者らは、震
盪式オートクレーブ(shaker autoclave)中、大気圧付
近において、室温で触媒の選別を行った。彼らは、ハロ
ゲンを含有する生産物が酸化アルミニウムにはより吸着
され難いためPd/C系を用いる場合よりもPd/Al2O3系を用
いる場合に、脱塩化水素化がはるかに緩慢に進むことを
見い出した。この点について、彼らは、炭素の存在が、
脱塩化水素化の成功を決定づけることを明確に指し示し
ている(上記引用文献中、1003頁)。しかしながら、エ
ス・コフェンクリオグルらの方法は、2つの欠点を有し
ている。すなわち、一方では、脱塩化水素化を、実際上
の観点から(換言すれば、排水のAOX含量を低減するた
めには)非現実的である脱イオン水中で行っており、他
方においては、エス・コフェンクリオグルらは、炭素の
存在(換言すれば、ハロゲン含有炭化水素を吸着する担
体)がこの方法の成功の鍵を握っていることを当業者に
教示している。
最後に、ジェイ・エム・ハーデン(J.M.Harden)およ
びジー・ジー・ラムジー(G.G.Ramsey)は、強塩基とポ
リエチレングリコールとの混合物を用いた触媒性脱塩化
水素化を教示している(ケミカル・アブストラクツ107
[20]:182791s参照)。
発明の説明 先行技術から知られる方法は、全体として極めて不均
質であるように思われ、主に、個々の場合について設計
されている。それゆえに、廃水の重要な話題性の観点か
ら、廃水のAOX含量を低減する、他の取り得る方法が絶
えず必要である。
ここで、驚くべきことに、対応する水系のAOX含量
が、金属イオン触媒の存在下、かつpH値7〜14の範囲に
おいて水素で還元することにより、要求されている高い
程度まで低減され得ることが分かった。本明細書におい
て、金属イオン触媒は、金属の酸化数が0ではない触媒
であると理解される。
したがって、本発明は、金属イオン触媒の存在下、水
素で還元することにより、水系中のハロゲン含有有機化
合物(AOX)含量を低減する方法であって、 i)金属イオン触媒の金属の酸化数が0ではなく、 並びに還元反応を、 ii)pH値7〜14の範囲において、 iii)水系全体に対する触媒濃度0.001〜5重量%で 行う方法に関する。
本発明の方法は、廃水のAOX含量に関して特に制限を
受けない。このことは、本発明の方法が、実際に関連す
る廃水については、AOX含量が0.1〜10,000ppmの範囲の
いずれの水系にも特に適していることを指摘している。
本発明の方法の好ましい一態様において、水素による
還元反応(以下、水素添加反応とも言う。)をpH9〜13
で行う。
基本的に、水素添加反応温度の選択は、本発明の方法
では、特に限定されない。しかしながら、好ましい一態
様において、20〜140℃の範囲の温度で水素添加を行
い、60〜120℃の範囲の温度が特に好ましい。
通常、本発明方法は、水系全体に対して0.001〜5重
量%の量で触媒をAOX含有廃水に添加することにより行
われ、要求されているpH値に達した後、水素添加を行
う。水素添加をバッチで行ってよい。しかしながら、水
素添加を、固定床触媒により、連続式反応器内で行って
もよい。本発明の方法のこの特的の態様は、本発明の方
法が、数秒単位の極短い反応時間でさえも、好ましい結
果(換言すると、AOX含量の明確な減少)を与えるとい
う事実の故に、特に好ましい。このことは、本発明方法
のもう一つの利点である。
本発明の好ましい態様において、金属イオン触媒の基
礎となる金属は、周期律表のVIII族(鉄、コバルト、ニ
ッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウ
ム、イリジウム、白金)からなる群から選ばれる。
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに限
定されるものではない。
実 施 例 廃水の起源 スクラレオール62gと牛脂肪アルコールへのエチレン
オキサイド20モルの付加物[「デヒドール(Dehydol)T
A20」、ヘンケル・コマンディットゲゼルシャフト・ア
ウフ・アクチエン(Henkel KGaA)、デュッセルドル
フ]1.9gを、水350mLに入れて、80℃で攪拌しながら加
熱した。分散液を35〜40℃まで冷却した後、三塩化ルテ
ニウム[25%溶液、デグッサ・アクチエンゲゼルシャフ
ト(Degussa AG)の製品]0.83gと50%KOH水溶液112.5g
を加えた。次いで、13%次亜塩素酸ナトリウム水溶液18
62.5gを入れて、3時間に亙って攪拌した。NaOClを添加
した後、反応混合物を一晩攪拌した。この間に、室温ま
で冷えた。
後処理として、20%硫酸ナトリウム水溶液195mLを水
性混合物に添加して、酸化剤(次亜塩素酸ナトリウム)
を分解した。20℃で15分間攪拌した後、40%硫酸300mL
を加えて、混合物を酸性化した。最後に、有機相を水相
から分離した。
以下、こうして得られた水相を、廃水Iと呼ぶ。これ
は、上述の様に、スクラレオールの酸化反応から発生す
るルテニウムも含有している。DIN38409(パート14)に
従って決定した廃水IのAOX含量は、74ppmであった。
実施例1(B−1) (ルテニウム含有)廃水Iを、アルカリでpH7.0に調
節した後、オートクレーブにおいて、水素圧10バールの
下、100℃で反応させた。12分後、AOX含量は2.4ppmであ
った(表1参照)。
実施例2および3(B−2およびB−3) pH値と反応時間を変えて、実施例1を繰り返した。詳
細は、表1に見い出せる。
比較例(V−1) pH値3.0で(すなわち、本発明の請求の範囲で定義す
る範囲を外れたpH値で)、実施例1を繰り返した。ここ
で、AOX含量は、5.1ppmであることが分かった。この比
較例に基づくパラメーターも、表1にまとめる。
試験結果の論述 本発明の実施例B−1〜B−3では、AOX含量が随分
と低減したことが明確に理解され得る。実施例B−2と
V−1との比較は、特に、pH値が重要なパラメーターで
あることを示している。AOX含量は、pH値3.0で(すなわ
ち酸性媒体中で)5.1ppmの値まで低減したが、pH12.5で
は(すなわちアルカリ媒体中では)、わずか0.1ppmであ
る(換言すれば、50倍近い)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C02F 1/70 C02F 1/58 B01J 23/46 B01J 27/13

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属イオン触媒の存在下、水素で還元する
    ことにより、水系中のハロゲン含有有機化合物(AOX)
    含量を低減する方法であって、 i)金属イオン触媒の金属の酸化数が0ではなく、 かつ還元反応を、 ii)pH値7〜14の範囲において、 iii)水系全体に対する触媒濃度0.001〜5重量%で 行う方法。
  2. 【請求項2】還元をpH9〜13の範囲で行う請求項1に記
    載の方法。
  3. 【請求項3】水系中のAOX化合物含量が0.1〜10,000ppm
    である請求項1または2に記載の方法。
  4. 【請求項4】反応温度を20〜140℃に調節する請求項1
    ないし3のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項5】還元を連続式反応器内で行う請求項1ない
    し4のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項6】金属イオン触媒が基礎とする金属を、周期
    律のVIII族から選択する請求項1ないし5のいずれかに
    記載の方法。
  7. 【請求項7】金属イオン触媒が基礎とする金属がルテニ
    ウムである請求項1ないし6のいずれかに記載の方法。
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