JP3816502B2 - 超臨界水又は亜臨界水を使用した有機物の酸化方法 - Google Patents
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Description
化学工学会、環境パートナーシップCLUB共編 化学工学の進歩35(廃棄物の処理)、槇書店 P.222−230 Motonobu GOTO、Satoshi KAWAJIRI、Super Green 2002proceedings、Suwon、Korea、2002 超臨界流体の環境技術 p90−91(佐古猛)、株式会社NTS出版、1999
又は亜臨界水の状態にして、その状態を維持したまま、該還元物質を混合する方法、或いは水を超臨界水又は亜臨界水の状態にして、その状態を維持したまま、該硝酸塩と該還元物質を混合する方法が可能である。
は亜臨界水状態にするとしたのは、水を超臨界状態にした後、その状態で有機物と硝酸塩を混合する方法等と区別するためである。
昇温温度を450℃とした。
この条件下では、臨界温度における圧力は水の量にも依存し、水の量を3mlとしたときの反応容器(4)における内部圧力は、有機物(PaCB)が分解すると、30MPaとなった。
また、試料の攪拌は、試料が流体に均一に分散している限り、前記有機物の分解に影響を与えることはなかった。
まず、3mlの水と100mgの有機物(PaCB)と400mgの硝酸塩(硝酸ナトリウム)を反応容器(4)に投入して混合した後、上蓋ボルト(2)を閉めて密閉し、棒状ヒーター(1)で450℃に昇温して得た超臨界水をそのまま2時間加熱し続けた。その後、放冷して、発生した気体の一部をシリンジで抜き取り、その気体成分をGC−MS(ガスクロマトグラフィー・質量分析装置:島津製 TCD−GC8APT、FID−GC8APF)で測定分析することにより確認した。
Hydrocarbon:PorapakQ、Col.Temp. 60℃、He 48ml/min、FID 8×102、
CO2:Silica Gel、Col.Temp. 60℃、He 36ml/min、TCD 180mA、
H2:Molecular seive 5A、Col.Temp. 50℃、Ar 15ml/min、TCD 60mA
有機物としてPaCBを用いたときの測定結果を図3に示す。図3の横軸は質量に相当するが、質量20、28、40、44に大きなシグナルが表れている。質量44のシグナルはCO2、質量28のシグナルはN2、質量40のシグナルはArに対応するものである。
また、本発明の有機物の酸化方法により生じた反応溶液に対してNMR測定も行った。NMR測定には、日本電子製JNM−LA 400WB NMR装置を使用した。
更に、粉末X線回折(XRD)装置(Rigaku PRNT2200V/PC−SV)を使用して、本発明の有機物の酸化方法によって生じた反応溶液に含まれる成分の同定を行った。
(気体成分の分析) 本発明の有機物の酸化方法によりPCBが気体成分に含まれていないこと、また有害な気体が生成していないことの確認を行った。具体的には、以下のようにして行った。
Hydrocarbon:PorapakQ、Col.Temp. 60℃、He 48ml/min、FID 8×102、
CO2:Silica Gel、Col.Temp. 60℃、He 36ml/min、TCD 180mA、
H2:Molecular seive 5A、Col.Temp. 50℃、Ar 15ml/min、TCD 60mA
気化室温度 310℃、溶媒溶質時間 1分、保持時間 1.0〜13.5分、測定質量40〜400
本発明の有機物の酸化方法と超臨界水酸化法を模擬した方法により得られた固形残渣を目視で比較した。
(PaCBの酸化反応)
13NaNO3+C6H4Cl2 → 13NaNO2+6CO2+H2O+2HCl
(過酸化水素水からの酸素供給に関する反応)
H2O2 → H2O+1/2O2
(硝酸ナトリウムからの酸素供給に関する反応)
NaNO3 → NaNO2+1/2O2
NaNO2+1/2H2O → NO+NaOH+1/4O2
NO → 1/2N2+1/2O2
なお、反応後、蒸発乾固した後で測定したXRDスペクトル結果によると、硝酸ナトリウムと微量の亜硝酸ナトリウムが観測された。
本発明の酸化方法と超臨界水酸化法を模擬した方法により、有機物であるポリ塩化ビニルを酸化後に発生する固形残渣量を比較した。
(塩化ビニルの酸化反応)
−CH2CHCl−+5/2O2 → 2CO2+H2O+HCl
(過酸化水素水からの酸素供給に関する反応)
H2O2 → H2O+1/2O2
(硝酸ナトリウムからの酸素供給に関する反応)
NaNO3 → NaNO2+1/2O2
NaNO2+1/2H2O → NO+NaOH+1/4O2
NO → 1/2N2+1/2O2
ここでは、ポリ塩化ビニルに関して、その単量体(−CH2CHCl−)で反応式を作成した。
なお、反応後、蒸発乾固した後で測定したXRDスペクトル結果によると、硝酸ナトリウムと微量の亜硝酸ナトリウムが観測された。
施例条件下では、完全に無害な物質に分解でき、芳香族化合物としても存在しない。
13NaNO3+C6H4Cl2→13NaNO2+CO2+H2O+2HCl(1)
しかし、実際に使用したNaNO3は400mg(4.71mmol)であり、PaCBは100mg(0.68mmol)であることから、NaNO3/PaCBのモル比は約7となり、(1)式が成立するために必要な13というモル比よりも極めて小さい。
CO2+NaOH→NaHCO3 (2)
なお、本発明の有機物の酸化反応によって生成するNaClの存在は、(1)式によると本来存在するはずのHClがNaClへ中和されていることを意味する。
2 上蓋ボルト
3 ジョイント用ボルト
4 反応容器
5 反応容器内温度計
6 ヒーター温度計
7 圧力センサー
8 サファイア製の窓
Claims (3)
- 超臨界水又は亜臨界水を使用した有機物の酸化反応において、酸化剤として有機物が分解する際生成する腐食性を有する酸と結合し、中和する働きを有するプラスイオンを系内に放出する硝酸塩を含有する超臨界水又は亜臨界水を使用して、500℃未満の温度でステンレス製反応装置にて有機物を酸化することを特徴とする有機物の酸化方法。
- 前記有機物と前記硝酸塩を予め水に混合した後、この溶液を超臨界水又は亜臨界水状態にしたものであることを特徴とする請求項1記載の有機物の酸化方法。
- 前記有機物が有機塩素系芳香族化合物であることを特徴とする請求項1記載の有機物の酸化方法。
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