JP4552247B2

JP4552247B2 - 芳香族環を有する有機化合物の分解方法

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Publication number: JP4552247B2
Application number: JP2000006340A
Authority: JP
Inventors: 靖史稲垣
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-01-12
Filing date: 2000-01-12
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2020-01-12
Also published as: US20010007649A1; US20030205453A1; EP1123720A3; CN1319442A; DE60111965T2; EP1123720A2; CN1179768C; JP2001199905A; EP1123720B1; DE60111965D1; US7049475B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、環境に対する負荷が少なく、且つ分解率及び分解量が良好である芳香族環を有する有機化合物の分解方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プラスチックの原料であるビスフェノールＡ、可塑剤としてプラスチックに含まれるフタル酸エステル、廃棄物などの焼却により発生するダイオキシン類、工場及び家庭などから排出される界面活性剤であるノニフェノールなどの有機化合物が、環境ホルモンとなる可能性が高いことが指摘されており、新たな環境問題となっている。
【０００３】
上述した有機化合物は、すでに周辺の大気、水、土壌などにかなりの量が混入されているが、これらの化学物質は、生態系においては非常に分解されにくい。このため、今後も長い期間にわたる水の循環及び食物連鎖などを通じて、世界的に広く拡散されていくことが予想される。このことにより、世界的に大気、水、土壌などの汚染が広まり、人体にも悪影響を及ぼすことが予想される。そこで、上述した有機化合物を浄化するための技術が要求されている。
【０００４】
上述した有機化合物を浄化する方法としては、微生物によって土壌中の有機物を分解するいわゆるバイオリメディエーションと呼ばれる方法、及び超臨界水により水中の有機化合物を分解する方法などが提案され、検討されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バイオリメディエーションは、有機化合物の分解速度が遅いこと、有機化合物の分解が完了するまで微生物や微生物の栄養源などを補給し続ける必要性があること、及び有機化合物の分解が完了した後に微生物の死骸が残留することなどが問題となる。また、超臨界水により水中の有機化合物を分解する方法は、大規模な設備と大量のエネルギーが必要とされ、且つ分解能力が低いために、実用化が困難である。
【０００６】
本発明はこのような従来の実状に鑑みて提案されたものであり、環境に対する負荷が少なく、且つ分解率及び分解量が良好である芳香族環を有する有機化合物の分解方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る芳香族環を有する有機化合物の分解方法は、アスコルビン酸及び／又はアスコルビン酸塩を含有する水溶液に芳香族環を有する有機化合物を混合し、混合溶液に対して酸素を吹き付けることを特徴とする。
【０００８】
アスコルビン酸及びアスコルビン酸塩は、ビタミンＣとして良く知られており、自然界に存在する物質であって有害物ではない。したがって、これらを用いることにより、環境に対して無用な負荷を与えることなく有害な有機化合物を分解することが可能となる。
【０００９】
また、酸素との併用により有機化合物の分解が著しく促進されるため、分解効率の点でも優れた方法と言え、大量の有機化合物の分解にも適する。しかも、分解操作は極めて簡単であり、大規模な設備、大量のエネルギー、及び煩雑な管理などが不要である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下では、分解される有機化合物について例示するが、本発明は、例示する有機化合物の分解に限定されるものではない。
【００１１】
本発明を適用した有機化合物の分解方法は、目的とする有機化合物に対して、アスコルビン酸及び／又はアスコルビン酸塩を酸素と共に作用させる。
【００１２】
このとき、アスコルビン酸及び／又はアスコルビン酸塩と、有機化合物とに対して直接酸素ガスを吹き付けてもよい。しかしながら、有機化合物の分解率及び分解量を上げるには、アスコルビン酸及び／又はアスコルビン酸塩と、有機化合物と共に酸素を溶液中に溶解させる方法や、アスコルビン酸及び／又はアスコルビン酸塩と、有機化合物とが溶解した溶液に対して酸素や空気などが吹き込まれる方法などが好ましい。
【００１３】
また、取り扱いの簡便さを考慮すると、ナトリウム塩などのアスコルビン酸塩を添加することが好ましい。アスコルビン酸及びアスコルビン酸塩は、天然物から抽出されたものであっても合成されたものであってもよい。なお、天然物から抽出されたアスコルビン酸には他の成分が含まれていることがあるが、このことによる問題は特に生じない。
【００１４】
有機化合物に対するアスコルビン酸及びアスコルビン酸塩の添加量は、有機化合物の量及び要求される分解率などにより異なるが、有機化合物の約１／１０００倍から１０００倍であることが好ましく、有機化合物の約１／１００倍から１００倍であることが更に好ましい。
【００１５】
また、ここで用いられる酸素は、酸素ボンベなどからの酸素ガスであっても良く、空気中の酸素であっても良く、溶液中の溶存酸素であっても良い。なお、用いられる酸素の量が多いほど有機化合物の分解率及び分解量が向上する。また、溶液中に酸素を溶存させる場合には、例えば飽和濃度など、酸素の濃度が高いほど有機化合物の分解率及び分解量が向上する。
【００１６】
また、分解のときの温度は、約−２０℃から約１２０℃であることが好ましく、約０℃から６０℃であることが更に好ましく、約２０℃から４０℃であることが最も好ましい。１２０℃より高温となると、有機化合物を分解するためのエネルギーが大量に必要となる。また、−２０℃より低温となると、分解速度が極端に遅くなる。なお、分解のときには、およそｐＨ４からｐＨ１１であることが好ましい。
【００１７】
ここで分解される対象となる有機化合物は特に限定されないが、特に芳香環を有する化合物が分解されやすい。例としては、ノニルフェノール類、ビスフェノールＡ、ダイオキシン類、ポリ塩化ビフェニル類、ポリ臭化ビフェニル類、アルキルベンゼン類、アルキルベンゼン類誘導体、アルキルフェノール類、アルキルフェノール類誘導体、フタル酸エステル、ベンゾフェノン類、ベンゾフェノン類誘導体、安息香酸類、ハロゲン化ベンゼン誘導体、クレゾール、クレゾール誘導体、芳香族アミノ酸（フェニルアラニンなど）、芳香環含有農薬、芳香環含有樹脂（ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＰＥＴ、ＰＣ、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンオキシド低分子量体、ポリフェニレンオキシド誘導体など）、芳香環含有染料、芳香剤などが挙げられる。
【００１８】
なお、上述した有機化合物は、アスコルビン酸及び／又はアスコルビン酸塩と、酸素とによって直接暴露を受けるよりも、有機化合物と、アスコルビン酸及び／又はアスコルビン酸塩と、酸素とを水溶液として水を介して暴露を受けた方が、その分解率及び分解量を増やすことが可能となる。
【００１９】
また、上述した有機化合物が気体中に存在する場合には、気体中の有機化合物を水溶液に溶解させた後に、アスコルビン酸及び／又はアスコルビン酸塩を、酸素と共に作用させることが好ましい。
【００２０】
上述したように、有機化合物に対してアスコルビン酸及び／又はアスコルビン酸塩を酸素と共に作用させることによって、有機化合物が分解される。これにより、分解率及び分解量が良好であり、且つ環境に対する負荷が少ない方法によって、環境に対して有害である有機化合物を分解することが可能となる。また、有機化合物の中でも、特に芳香環をもつものを分解することが可能となる。
【００２１】
また、上述した有機化合物を分解するときには、過酸化水素水、オゾン、アンモニア、無機アルカリ、無機アルカリ塩、無機酸、無機酸塩、ポルフィリン、金属ポルフィリンのいずれかのうち、一種類以上を添加することが好ましい。
【００２２】
なお、上述した物質の添加量は、分解を受ける有機化合物の種類及び濃度、又は分解を受けるときの温度などによって変化するが、アスコルビン酸及び又はアスコルビン酸塩に対して、約１／１００倍から１００倍であることが好ましく、約１／１０倍から１０倍であることがより好ましい。
【００２３】
このように、上述した物質を添加することにより、有機化合物の分解率及び分解量などが増加する。
【００２４】
また、有機化合物を分解するときに、光照射を施すことが好ましい。光照射を施すことにより、有機化合物の分解率及び分解量などが増加する。
【００２５】
以上の説明からも明らかなように、本発明を適用した有機化合物の分解方法によれば、生活排水、工場排水、これらの排水の処理物、海、河川、土壌、排気ガス、ゴミ、コンポストなどの中に含まれる有害な有機化合物を、分解率及び分解量が良好であると共に低エネルギーであり、且つ環境に対する負荷が少ない方法によって分解することが可能となる。また、特に芳香環を有する有機化合物を分解することが可能となる。
【００２６】
このため、廃水処理、ゴミのコンポスト化の促進、土壌の浄化、及び大気の浄化などが可能となり、環境浄化が促進され、地球の環境保全に貢献することが可能となる。
【００２７】
また、分解率及び分解量が良好であるために、大量の有機化合物の分解にも適する。しかも、分解操作が極めて簡単であるために、大規模な設備、大量のエネルギー、煩雑な管理などが不要である。
【００２８】
【実施例】
つぎに、上述した有機化合物の分解方法を適用したときの、有機化合物の分解率及び分解量について、実施例に基づいて説明する。
【００２９】
実施例１
先ず、１０ｍＭの水酸化ナトリウム水溶液に対して、ビスフェノールＡを濃度が２ｍＭとなるように添加して溶解した。次に、この溶液に対して、Ｌ−アスコルビン酸ナトリウムを濃度が１００ｍＭとなるように添加して溶解した。次に、この溶液に対してエアーバブリングを４時間行った。
【００３０】
次に、上述した溶液と、上述した処理を施さないビスフェノールＡ溶液との中にそれぞれ含有される化合物を、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）により検出した。このとき、内部標準液として、水とエタノールとの等量混合液を溶媒とした所定濃度である安息香酸溶液を、それぞれの溶液に対して混合した。
【００３１】
上述した処理を施さないときのビスフェノールＡ溶液をＨＰＬＣによって分析したところ、図１に示すように、安息香酸のピーク１と、ビスフェノールＡのピーク２とが見られた。また、上述した処理を施したときのビスフェノールＡ溶液をＨＰＬＣによって分析したところ、図２に示すように、ビスフェノールＡのピーク２が小さくなっており、ビスフェノールＡの７５％が分解されていることが判明した。
【００３２】
また、安息香酸のピーク１と、ビスフェノールＡのピーク２との他にもピークが見られた。これらのピークは、ビスフェノールＡの分解生成物を示すピークであると考えられる。
【００３３】
実施例２
先ず、水に対してノリルフェノールエチレンオキシド付加物を濃度が５ｍＭとなるように添加して溶解した。なお、ノリルフェノールエチレンオキシド付加物は、界面活性剤の一種である。次に、この溶液に対して、Ｌ−アスコルビン酸ナトリウムを濃度が２０ｍＭとなるように添加して溶解した。次に、この溶液に対してエアーバブリングを６時間行った。このとき、水温を４０℃とした。この結果、ノリルフェノールエチレンオキシド付加物の５２％が分解されていることが判明した。
【００３４】
実施例３
先ず、親水性の有機溶媒に対してドデカブロモジフェニルエーテルを溶解し、これに少量の水を加え、濃度が０．０１ｍＭとなるようにした。次に、この溶液に対して、Ｌ−アスコルビン酸ナトリウムと過酸化水素水とを、濃度が０．０１ｍＭとなるようにそれぞれ添加して溶解した。次に、この溶液に対してエアーバブリングを１２時間行った。このとき、水温を室温とした。この結果、ドデカブロモジフェニルエーテルの６３％が分解されていることが判明した。
【００３５】
実施例４
先ず、親水性の有機溶媒にフタル酸ジエチル水溶液を溶解し、これに少量の水を加え、濃度が０．０５ｍＭとなるようにした。次に、この溶液に対して、Ｌ−アスコルビン酸ナトリウムを濃度が０．０１ｍＭとなるように添加して溶解した。次に、この溶液に対して、高圧水銀ランプによる照射を行いながら、エアーバブリングを６時間行った。このとき、水温を室温とした。この結果、フタル酸ジエチル水溶液の８４％が分解されていることが判明した。
【００３６】
実施例５
先ず、短冊状のポリ乳酸を土壌中に２検体埋め込んだ。一方はそのままとし、他方はＬ−アスコルビン酸ナトリウム水溶液をスプレーした後に、エアーポンプによる土壌中へのエアーバブリングを３日間行った。この結果、Ｌ−アスコルビン酸ナトリウムによる処理を施した短冊状のポリ乳酸は、分解により大きく変形していた。
【００３７】
実施例６
Ｌ−アスコルビン酸を添加して濃度が５０ｐｐｍとなるようにした後に曝気処理を行った汚泥と、無処理の汚泥とに対して、それぞれカチオン凝集剤を添加して脱水処理を行った。なお、この汚泥は、生活排水中の汚泥である。この結果、Ｌ−アスコルビン酸ナトリウムによる処理を施した汚泥においては、無処理の汚泥と比較して、脱水速度が１．５倍であった。また、脱水後のケーキの量は２．５％少なかった。
【００３８】
実施例７
先ず、着色している染色排水に対して、Ｌ−アスコルビン酸ナトリウムと、ポルフィリンマグネシウムとを添加した。このとき、Ｌ−アスコルビン酸ナトリウムは濃度が２０ｐｐｍとなるように添加し、ポルフィリンマグネシウムは濃度が１ｐｐｍとなるように添加した。次に、エアーバブリングを２時間行った。この結果、染色排水における脱色が促進された。
【００３９】
実施例８
先ず、有機体炭素（ＯＣ）の濃度が８０ｐｐｍであり、過酸化水素水の濃度が３０ｐｐｍである半導体工場排水に対して、Ｌ−アスコルビン酸ナトリウムを濃度が５ｐｐｍとなるように添加して溶解した。次に、エアーバブリングを１時間行った。この結果、有機性炭素の濃度と過酸化水素水の濃度とが、それぞれ１０ｐｐｍ以下となった。
【００４０】
実施例９
先ず、家庭用ゴミ処理機に対してＬ−アスコルビン酸ナトリウム水溶液をスプレーにより噴射した。次に、十分にゴミを攪拌し、生ゴミ中に酸素を混入させた。この結果、コンポスト化の速度が従来の２倍となった。
【００４１】
実施例１０
有機化合物に対して超臨界水による分解を施した。このとき、有機化合物の濃度に対して１／１０の濃度であるＬ−アスコルビン酸ナトリウムを添加した。なお、超臨界水中には溶存酸素が存在する。この結果、有機化合物の分解速度が２倍となった。
【００４２】
実施例１１
有機化合物に対して亜臨界水による分解を施した。このとき、有機化合物の濃度に対して１／１０の濃度であるＬ−アスコルビン酸ナトリウムを添加した。なお、亜臨界水中には溶存酸素が存在する。この結果、有機化合物の分解速度が２倍となった。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明を適用した芳香族環を有する有機化合物の分解方法によれば、生活排水、工場排水、これらの排水の処理物、海、河川、土壌、排気ガス、ゴミ、コンポストなどの中に含まれる有機化合物を、分解率及び分解量が良好であり、且つ環境に対する負荷が少ない方法によって分解することが可能となる。このため、廃水処理、及びゴミのコンポスト化の促進、土壌の浄化、排気ガスの浄化などが可能となり、環境浄化が促進され、地球の環境保全に貢献することが可能となる。
【００４４】
また、分解率及び分解量が良好であるために、大量の有機化合物の分解にも適する。しかも、分解操作が極めて簡単であるために、大規模な設備、大量のエネルギー、煩雑な管理などが不要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｌ−アスコルビン酸ナトリウムによる処理を施す前のビスフェノールＡ水溶液中に含まれる成分を示した図である。
【図２】Ｌ−アスコルビン酸ナトリウムによる処理を施した後のビスフェノールＡ水溶液中に含まれる成分を示した図である。
【符号の説明】
１安息香酸のピーク、２ビスフェノールＡのピーク

Claims

アスコルビン酸及び／又はアスコルビン酸塩を含有する水溶液に芳香族環を有する有機化合物を混合し、混合溶液に対して酸素を吹き付けることを特徴とする芳香族環を有する有機化合物の分解方法。
上記芳香族環を有する有機化合物は、ノニルフェノール、ビスフェノールＡ、ダイオキシン類、ポリ塩化ビフェニル、ポリ臭化ビフェニル、アルキルベンゼン、アルキルフェノール、フタル酸エステル、ベンゾフェノン、安息香酸、ハロゲン化ベンゼン、クレゾール、芳香族アミノ酸、芳香環含有農薬、芳香環含有樹脂、芳香環含有染料のいずれか一種若しくは複数種からなることを特徴とする請求項１記載の芳香族環を有する有機化合物の分解方法。
過酸化水素水、オゾン、アンモニア、無機アルカリ、無機アルカリ塩、無機酸、無機酸塩、ポルフィリン、金属ポルフィリンのいずれかのうちの少なくとも一種類を併用することを特徴とする請求項１記載の芳香族環を有する有機化合物の分解方法。
光照射しながら分解を行うことを特徴とする請求項１記載の芳香族環を有する有機化合物の分解方法。
上記芳香族環を有する有機化合物は、ビスフェノールＡ、ノニルフェノールエチレンオキシド、ドデカブロモジフェニルエーテル又はフタル酸ジエチルであることを特徴とする請求項３又は４記載の芳香族環を有する有機化合物の分解方法。