JP4607013B2 - Waste water treatment agent containing inorganic porous catalyst and waste water treatment method using the same - Google Patents

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Description

本発明は、湿式分解触媒に関する。また、本発明は、湿式分解触媒を用いる有機物、特に有機酸を含む排水の無害化方法に関する。  The present invention relates to a wet cracking catalyst. The present invention also relates to a method for detoxifying wastewater containing organic matter, particularly organic acid, using a wet cracking catalyst.

化学工業、食品工場またはめっき工場などから排出される排水には、多量の有機物、特に有機酸が含まれることが多い。有機物を含む排水の放出は、湖沼、河川又は海を栄養過多にして水の富栄養化を起こし、環境汚染の原因になるため、排水に含まれる有機物を分解除去し無害化する必要がある。排水中の有機物を除去する方法としては従来から、焼却処理法、生物処理法、吸着除去法または酸化処理法などが知られており、従来はそれらの何通りかの方法の組み合せで有機物の除去無害化を行っている(非特許文献1)。
燃焼処理法は、排水を処理するのに化石燃料を多量に燃焼させるので、資源を浪費することになり、燃料費等の処理コストが著しく高くなる等の問題を有していた。さらに、燃焼処理法は、燃焼により排出される排ガス等による二次公害が生じる恐れがあり、地球温暖化の原因とされる二酸化炭素、亜硫酸ガス、NOx又はSOx等の排出量が増加するなどの問題があった。
生物処理法は、排水のpH、塩濃度や有機物濃度などの水質変動や共存重金属によって微生物等が死滅してしまったり、重金属で微生物が衰弱するために作用効果が減少したりする。このような問題を回避するために、例えば、処理前に重金属の除去、pH、有機物濃度などの水質調整をせねばならない。排水の希釈または重金属の除去などの水質調整を行うためにはそれに付随して今度は装置や運転が複雑なものとなり、しかも、微生物を利用した分解であるが故に反応速度が低く、結果として生物処理法は広大な敷地面積を必要するという問題がある。さらに、生物処理法を適用すると余剰汚泥を生じ、排水以外に余剰汚泥を処理しなければならないという弊害もあり、必然的に処理コストが高くなるという問題もある。
また、逆浸透膜を用いる方法も理論的には可能であるが、膜自体が高価である上に、処理中に膜の目詰まり現象あり、濃縮された有機物、重金属等を二次処理しなければならないので、現実には実施が困難である。
また、吸着剤を用いた吸着除去法の場合には、例えばその代表例の一つとして活性炭を用いる有機物の吸着除去法がある。この方法は有機物を含む排水に活性炭を加えて、活性炭に有機物を吸着させて除去するものである。しかし、この方法は、濾別した有機物の付着した活性炭の二次処理が必要になるという問題がある。
従来の酸化剤による酸化処理法は、除去率が最大でも50%と低く、以上に述べた他の処理法と併用して用いられるために工業的には有利に実施することははなはだ困難であった。
また、触媒を用いた有機物の湿式酸化処理法が現在提案されているが(特許文献1)、水または水蒸気が触媒毒となったり、あるいは活性が低く、有機物の完全分解が困難で、例えば副生成物であるより低級な有機物が生成されるので、工業的に実施された例はない。
特開2003−10687号公報 平成12年12月20日オーム社発行「水処理技術」、P.64〜67
Wastewater discharged from the chemical industry, food factories or plating factories often contains a large amount of organic substances, especially organic acids. Discharge of wastewater containing organic matter causes over-nutrition of lakes, rivers or seas, causing eutrophication of water and causing environmental pollution. Therefore, it is necessary to decompose and remove organic matter contained in wastewater to make it harmless. Conventionally known methods for removing organic matter in wastewater include incineration methods, biological treatment methods, adsorption removal methods, and oxidation treatment methods. Conventionally, organic materials are removed by a combination of these methods. It is detoxified (Non-Patent Document 1).
The combustion treatment method has a problem in that a large amount of fossil fuel is combusted to treat the waste water, so that resources are wasted and treatment costs such as fuel costs are remarkably increased. In addition, the combustion treatment method may cause secondary pollution due to exhaust gas etc. discharged by combustion, and increases emissions of carbon dioxide, sulfurous acid gas, NOx, SOx, etc., which are the cause of global warming, etc. There was a problem.
In the biological treatment method, microorganisms and the like are killed due to fluctuations in water quality such as pH, salt concentration and organic matter concentration of the waste water and coexisting heavy metals, or the effect of the microorganisms is reduced because the microorganisms are weakened by heavy metals. In order to avoid such a problem, for example, it is necessary to adjust water quality such as removal of heavy metals, pH, and organic matter concentration before the treatment. In order to adjust the water quality, such as diluting wastewater or removing heavy metals, the equipment and operation become complicated this time, and the reaction rate is low because of the decomposition using microorganisms. The treatment method has a problem of requiring a large site area. Furthermore, when the biological treatment method is applied, surplus sludge is generated, and there is a detrimental effect that surplus sludge must be treated in addition to wastewater, which inevitably increases the treatment cost.
Although a method using a reverse osmosis membrane is theoretically possible, the membrane itself is expensive and the membrane is clogged during processing, so concentrated organic substances, heavy metals, etc. must be secondarily treated. In reality, it is difficult to implement.
In the case of the adsorption removal method using an adsorbent, for example, there is an organic substance adsorption removal method using activated carbon as one of representative examples. In this method, activated carbon is added to waste water containing organic matter, and the organic matter is adsorbed and removed by activated carbon. However, this method has a problem that a secondary treatment of the activated carbon to which the organic matter adhered by filtration is necessary is required.
The conventional oxidation treatment method using an oxidizing agent has a removal rate as low as 50% at the maximum, and since it is used in combination with the other treatment methods described above, it is very difficult to implement industrially advantageously. It was.
Further, a wet oxidation method for organic substances using a catalyst has been proposed (Patent Document 1). However, water or water vapor becomes a catalyst poison or has low activity, and it is difficult to completely decompose organic substances. There is no industrially practiced example since lower product organic products are produced.
JP 2003-10687 A December 20, 2000 "Water Treatment Technology", published by Ohm, Inc. 64-67

本発明は、排水中の有機物、特にカルボン酸やオキシカルボン酸等の有機酸の除去効果が優れた湿式分解触媒並びにその触媒を用いる有機物含有排水の無害化方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、無機多孔体にFe又は/及びNiを担持してなる触媒の存在下に排水に含まれている有機物、特に有機酸を湿式分解に付すると、その有機物、特に有機酸の湿式分解が驚くほど促進されることを見出した。本発明者らは、さらに、酸化剤の存在下にC、H及びOからなる有機物と本発明の触媒とを接触させると、前記有機物は二酸化炭素及び水にまで分解できること、有機物が窒素を含有している場合にはNOxにまで分解できること、さらに有機物が硫黄を含有しているとSOxにまで分解できることを知見した。本発明者らは、酸化剤の非存在下に有機物と本発明の触媒とを接触させると有機物が低級炭化水素にクラッキングされることを見出した。
さらに、本発明者らは、有機物含有排水を酸化剤と無機多孔体にFe又は/及びNiを担持してなる有機物湿式分解触媒との存在下に湿式分解すると、排水に含まれる有機物、特に有機酸が効率よく湿式分解されること、その結果として、排水処理にかかるコストを低く抑えることができることを知見し、従って、上記した従来の問題点を一挙に解決することを見出した。
本発明者らは、かかる種々の知見を得た後、さらに検討を重ね、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
(1) 無機多孔体にFe又は/及びNiを担持してなることを特徴とする有機物湿式分解触媒、
(2) 無機多孔体が吸着能を有することを特徴とする前記(1)記載の触媒、
(3) 無機多孔体が、アルミナシリケート、シリカ、ポーラス材料又はアルミナであることを特徴とする前記(1)記載の触媒、
(4) 有機物が有機酸であることを特徴とする前記(1)記載の触媒、
(5) 有機酸がカルボン酸又はオキシカルボン酸であることを特徴とする前記(4)記載の触媒、
(6) 無機多孔体にFe又は/及びNiの金属塩を吸着させ、ついで反応生成物を焼成することを特徴とする有機物湿式分解触媒の製造方法、
(7) 有機物を前記(1)記載の触媒の存在下に湿式分解することを特徴とする有機物の無害化方法、
(8) 排水に含有されている有機物を前記(1)記載の触媒の存在下に湿式分解することを特徴とする排水の無害化方法、
(9) さらに酸化剤の存在下に湿式分解することを特徴とする前記(7)又は(8)に記載の無害化方法、
(10) 有機物が有機酸であり、酸化剤が空気、酸素、過酸化水素又はオゾンであることを特徴とする前記(9)記載の排水の無害化方法、
(11) 加熱又は/及び加圧下で湿式分解することを特徴とする前記(8)記載の排水の無害化方法、
(12) 加熱温度が100℃以上であり、加熱時間が0.1秒間〜1週間であることを特徴とする前記(11)記載の排水の無害化方法、および
(13) 前記(8)記載の無害化方法によって無害化されたことを特徴とする排水、
に関する。
An object of this invention is to provide the detoxification method of the waste_water | drain containing organic substance using the wet decomposition catalyst excellent in the removal effect of the organic matter in waste_water | drain, especially organic acids, such as carboxylic acid and oxycarboxylic acid, and the catalyst.
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have wet-decomposed organic substances, particularly organic acids, contained in wastewater in the presence of a catalyst comprising Fe or / and Ni supported on an inorganic porous material. It has been found that the wet decomposition of organic substances, especially organic acids, is surprisingly accelerated. Further, the present inventors can contact the organic substance composed of C, H and O with the catalyst of the present invention in the presence of an oxidizing agent, so that the organic substance can be decomposed into carbon dioxide and water, and the organic substance contains nitrogen. It has been found that it can be decomposed to NOx when it is, and that it can be decomposed to SOx if the organic substance contains sulfur. The present inventors have found that when an organic substance is brought into contact with the catalyst of the present invention in the absence of an oxidizing agent, the organic substance is cracked into a lower hydrocarbon.
Furthermore, when the present inventors wet-decompose organic matter-containing wastewater in the presence of an oxidizing agent and an organic wet-decomposition catalyst in which Fe or / and Ni is supported on an inorganic porous body, the organic matter contained in the wastewater, particularly organic matter, is obtained. It has been found that the acid can be efficiently wet-decomposed and, as a result, the cost for wastewater treatment can be kept low, and therefore the above-mentioned conventional problems have been solved at once.
After obtaining such various findings, the present inventors have further studied and completed the present invention.
That is, the present invention
(1) An organic wet decomposition catalyst characterized by comprising Fe or / and Ni supported on an inorganic porous material,
(2) The catalyst according to the above (1), wherein the inorganic porous material has an adsorption ability,
(3) The catalyst according to (1), wherein the inorganic porous material is alumina silicate, silica, porous material, or alumina,
(4) The catalyst according to (1), wherein the organic substance is an organic acid,
(5) The catalyst according to (4) above, wherein the organic acid is a carboxylic acid or an oxycarboxylic acid,
(6) A method for producing an organic wet decomposition catalyst, comprising adsorbing a metal salt of Fe or / and Ni to an inorganic porous material, and then firing the reaction product;
(7) A method for detoxifying an organic material, which comprises subjecting the organic material to wet decomposition in the presence of the catalyst according to (1),
(8) A method for detoxifying wastewater, characterized in that organic matter contained in wastewater is wet-decomposed in the presence of the catalyst according to (1),
(9) The detoxification method according to the above (7) or (8), which is further subjected to wet decomposition in the presence of an oxidizing agent.
(10) The method for detoxifying waste water according to (9), wherein the organic substance is an organic acid, and the oxidizing agent is air, oxygen, hydrogen peroxide, or ozone,
(11) The method for detoxifying waste water according to the above (8), characterized by wet decomposition under heating or / and pressurization,
(12) The waste water detoxification method according to (11), wherein the heating temperature is 100 ° C. or higher, and the heating time is 0.1 second to 1 week, and (13) The description (8) Drainage characterized by detoxification by the detoxification method of
About.

第1図は、試験例1、試験例2、比較例4及び比較例9におけるキャピラリー電気泳動分析装置による分析結果を示す。この図から、処理液に含まれていたクエン酸が本発明の処理によって効果的に除去され、副生物の生成も実質的にないことが分かる。Co触媒の場合は、クエン酸が残留しているのみならず、種々の副生物が生成していることが分かる。又、Co−H−モルデナイト触媒の場合は、クエン酸はほぼ消失しているが、種々の生成物が生成していることが分かる。
第2図は、試験例3、試験例4および比較例19のキャピラリー電気泳動分析装置による分析結果を示す。第2図中、3つのデータがあるが、一番上のデータは、比較例19の反応溶液および分析時に添加した酒石酸の吸光度を示し、一番下のデータは試験例4の反応溶液および分析時に添加した酒石酸の吸光度を示し、これら2つのデータの中間に位置するデータは、試験例3の反応溶液および分析時に添加した酒石酸の吸光度を示す。また、第2図中、9分あたりに酒石酸のピークが見られる。なお、試験例3および試験例4の酒石酸のピークは、ほぼ分析時に添加された酒石酸のピークである。
第3図は、試験例5および試験例6におけるキャピラリー電気泳動分析装置による分析結果を示す。図中、1のデータは、反応前のエチレンジアミン四酢酸溶液(以下、EDTAと略す)および試験例5および6の分析時に添加するEDTAの吸光度を示し、2のデータは、試験例5および6の分析時に添加するEDTAのみの吸光度を示す。3のデータは、試験例5の反応溶液および分析時に添加したEDTAの吸光度を示し、4のデータは、試験例6の反応溶液および分析時に添加したEDTAの吸光度を示す。また、第3図中、10分あたりにEDTAのピークが見られる。
FIG. 1 shows the results of analysis by a capillary electrophoresis analyzer in Test Example 1, Test Example 2, Comparative Example 4 and Comparative Example 9. From this figure, it can be seen that the citric acid contained in the treatment liquid is effectively removed by the treatment of the present invention, and there is substantially no production of by-products. In the case of the Co 2 O 3 catalyst, it can be seen that not only citric acid remains but also various by-products are generated. Further, in the case of the Co—H-mordenite catalyst, citric acid is almost lost, but it can be seen that various products are generated.
FIG. 2 shows the analysis results of the capillary electrophoresis analyzers of Test Example 3, Test Example 4 and Comparative Example 19. In FIG. 2, there are three data. The top data shows the reaction solution of Comparative Example 19 and the absorbance of tartaric acid added during the analysis, and the bottom data shows the reaction solution and analysis of Test Example 4. The absorbance of tartaric acid added occasionally is shown, and the data located between these two data shows the absorbance of tartaric acid added in the reaction solution of Test Example 3 and the analysis. Further, in FIG. 2, a tartaric acid peak is observed every 9 minutes. In addition, the peak of tartaric acid in Test Example 3 and Test Example 4 is a peak of tartaric acid added at the time of analysis.
FIG. 3 shows the results of analysis by a capillary electrophoresis analyzer in Test Example 5 and Test Example 6. In the figure, data 1 indicates the absorbance of the ethylenediaminetetraacetic acid solution (hereinafter abbreviated as EDTA) before the reaction and EDTA added during the analysis of Test Examples 5 and 6, and the data 2 indicates the data of Test Examples 5 and 6. The absorbance of only EDTA added at the time of analysis is shown. The data of 3 shows the absorbance of the reaction solution of Test Example 5 and the EDTA added during the analysis, and the data of 4 shows the absorbance of the reaction solution of Test Example 6 and the EDTA added during the analysis. Further, in FIG. 3, an EDTA peak is observed every 10 minutes.

本発明は、無機多孔体にFe又は/及びNiを担持してなることを特徴とする有機物湿式分解触媒である。
本発明に使用される無機多孔体としては、例えば、多孔性無機酸化物等が挙げられ、より具体的には、例えばY型ゼオライト、X型ゼオライト、T型ゼオライト、O型ゼオライト、βゼオライト、ZSM−3、EMT、EMC−2、ZSM−5、ZSM−11、ZSM−18、ZK−5、FSM−16、L型ゼオライト、シャバザイト、オフレタイト、レビナイト、エリオナイト、A型ゼオライト、モルデナイト、クリノプチロライト、ローモンタイト、フィリプサイト、フェリエライト、ワイラカイト、グメリナイト、クライノタイロライト、マザイト、フォージャサイトX、ファージャサイトY、スチルバイト、クリノプチロライト、ヒューランダイト又はTS−1などのゼオライト等のアルミナシリケート(結晶質又は非晶質アルミナシリケート)、アルミナ、CMS、シリカ(MCM−41、FSM−16、KSM−1、KSM−2等)、メソポーラスジルコニア又はヘテロポリ酸セシウム塩等のポーラス材料、シリカ・アルミナ、チタニア、又はアルミナ・チタニア等が挙げられる。また、本発明においては、上記無機多孔体が、例えばクレー、カオリン、バーミキュライト、パーライト又はベントナイト等の粘土鉱物であってもよい。本発明によれば、上記無機多孔体が、アルミナシリケート、シリカ、ポーラス材料又はアルミナであるのが好ましく、ゼオライトであるのがより好ましい。また、上記無機多孔体が吸着能を有するのが好ましく、さらにイオン交換能を有するのがより好ましい。
本発明の触媒は、上記無機多孔体にFe又は/及びNiを担持することで調製される。かかる調製方法は、上記無機多孔体にFe又は/及びNiを担持できさえすればどのような方法であってもよい。例えば、上記無機多孔体とFe又は/及びNiの金属塩とを吸着させる方法などが挙げられる。より具体的には、例えば含浸法又はイオン交換等の公知の吸着手段を用いて担持させる方法などが挙げられる。本発明によれば、このようにして担持させた生成物をさらに焼成するのが好ましい。上記焼成温度は、好ましくは約350℃〜1300℃であり、より好ましくは約450℃〜900℃である。上記焼成時間は、好ましくは約1時間〜1週間であり、より好ましくは約3時間〜12時間であり、最も好ましくは約5時間〜8時間である。
上記Feの金属塩としては、例えば、リン酸鉄、硝酸鉄、硫酸鉄、硫酸アンモニウム鉄、過塩素酸鉄、塩化鉄、クエン酸鉄、クエン酸アンモニウム鉄、シュウ酸鉄、シュウ酸アンモニウム鉄又はエチレンジアミン四酢酸の鉄キレート錯塩などが挙げられる。
上記Niの金属塩としては、例えば、酢酸ニッケル四水塩(Ni(CHCOO)・4HO)、硫酸ニッケル六水塩(NiSO・6HO)、硝酸ニッケル六水塩(Ni(NO・6HO)、塩化ニッケル六水塩(NiCl・6HO)又は塩化ニッケル無水塩(NiCl)等が挙げられる。
Fe又は/及びNiの担持量は、無機多孔体に対して、通常0.01〜50質量%であり、好ましくは0.1〜10質量%であり、より好ましくは0.5〜5質量%である。
本発明の触媒は有機物の湿式分解処理、特に有機物含有排水の湿式分解処理に用いられる。本発明の触媒を有機物含有排水の湿式分解処理に付することで、有機物含有排水を無害化し得る。本発明によれば、上記湿式分解は、水又は水蒸気の存在下での酸化分解又は/及びクラッキングを意味する。
本発明で無害化される排水は、どのような有機物を含んでいてもよく、さらに無機物を含んでいてもよい。上記有機物としては、例えば、有機酸、アルコール、アミン又は炭化水素などが挙げられる。上記無機物としては、例えば、銅、亜鉛、ジルコニウム、銀、カドミウム、錫、ニオブ、アンチモン、ハフニウム、タンタル、水銀、タリウム、ビスマス、クロム、コバルト、セリウム、バナジウム、ルテニウム、タングステン又は鉛等の重金属などが挙げられ、上記無機物はそれらから派生する重金属イオンの形態であってもよい。
上記有機酸としては、例えば、カルボン酸又はオキシカルボン酸等が挙げられ、より具体的には、マレイン酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、カプロン酸、アミノ酸(例えばグリシン又はアスパラギン酸等)、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、ペプタデカン酸、ステアリン酸、アラキン酸、アクリル酸、クロトン酸、2−フロ酸、サリチル酸、コハク酸、アコニット酸、イタコン酸、シトラコン酸、マロン酸、アセトンジカルボン酸、アジピン酸、フマル酸、ニコチン酸、イソニコチン酸、シトラコン酸、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、イミノジ酢酸、プロピオル酸、ゲンチシン酸、バニリン酸、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、メタクリル酸、オレイン酸、カフェイン酸、ベンジル酸、アントラニル酸、グルタル酸、ケイ皮酸、シュウ酸、リンゴ酸、クエン酸、酒石酸、乳酸、グリコール酸、グリオキシル酸、クマル酸又はグルコン酸などが挙げられる。本発明によれば、上記有機酸はフェノール又はナフタレン等を含む。上記有機酸はキレート能力がある有機酸であってよい。
上記アルコールとしては、例えば、脂肪族アルコール、芳香族アルコール、脂環式アルコール、複素環アルコール又は多価アルコール等が挙げられ、より具体的には、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、アリルアルコール、クロチルアルコール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール又はオクタノール等の脂肪族アルコール、ベンジルアルコール又はp−クロル−ベンジルアルコール等の芳香族アルコール、シクロヘキサノール、4−メチル−シクロヘキサノール又はシクロペンタノール等の脂環式アルコール、フルフリルアルコール等の複素環アルコール、又はエチレングリコール又はグリセリン等の多価アルコール等である。
上記アミンとしては、例えば、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、ジメチルエチルアミン、ジメチルプロピルアミン、ジメチルブチルアミン、ジメチルペンチルアミン、ジメチルヘキシルアミン、ジエチルプロピルアミン、ジエチルブチルアミン、ジエチルペンチルアミン、ジエチルヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、メチルシクロヘキシルアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン又はトリエタノールアミン等の脂肪族アミン、又はアニリン、フルオロアニリン、クロロアニリン、ブロモアニリン、ヨードアニリン、ニトロアニリン、キシリジン、メチルアニリン、フルオロメチルアニリン、クロロメチルアニリン、ブロモメチルアニリン、ヨードメチルアニリン、ニトロメチルアニリン、メチルアミノフェノール、トルイルメチルアミン又はキシリルメチルアミン等の芳香族アミンが挙げられる。
上記炭化水素としては、例えばエタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカン又はウンデカン等が挙げられる。
上記排水としては、例えば、化学プラント、電子部品製造設備、食品加工設備、金属加工設備、金属めっき設備、印刷製版設備又は写真設備等の各種産業プラントから排出される排水などが挙げられる。さらに、上記排水は、下水やし尿などの生活排水であってもよいし、環境ホルモン等の有機物を含有している排水であってもよい。
本発明の方法は、酸化剤の存在下に行われてよい。
上記酸化剤としては、例えば空気、酸素、過酸化水素又はオゾンなどが挙げられる。上記酸化剤の添加量は、有機物がカルボン酸又はオキシカルボン酸である場合、好ましくは、すべてのカルボン酸やオキシカルボン酸が二酸化炭素に酸化分解されると仮定して算出される当量の約0.5〜10倍の量であり、より好ましくは約1〜2倍の量であり、最も好ましくは約1〜1.5倍の量である。
本発明においては、湿式分解は水又は水蒸気の存在下で行われ、上記湿式分解が加熱又は/及び加圧下で行われることが好ましい。上記加熱条件は、上記排水又は上記触媒などによって適宜に設定され得るが、好ましくは加熱温度約100℃以上及び加熱時間約0.1秒間以上であり、より好ましくは加熱温度約100〜500℃及び加熱時間約0.1秒間〜1週間であり、最も好ましくは加熱温度約140℃〜180℃及び加熱時間約0.5秒間〜30分間である。上記加圧圧力は、好ましくは約0.1MPa〜10MPaであり、より好ましくは約0.1〜1MPaである。
The present invention is an organic wet decomposition catalyst characterized in that Fe or / and Ni is supported on an inorganic porous material.
Examples of the inorganic porous material used in the present invention include porous inorganic oxides, and more specifically, for example, Y type zeolite, X type zeolite, T type zeolite, O type zeolite, β zeolite, ZSM-3, EMT, EMC-2, ZSM-5, ZSM-11, ZSM-18, ZK-5, FSM-16, L-type zeolite, shabazite, offretite, levinite, erionite, A-type zeolite, mordenite, clino Zeolite such as puchirolite, lomontite, philipsite, ferrierite, wailakite, gmelinite, crinotylolite, mazaite, faujasite X, faujasite Y, stilbite, clinoptilolite, hulandite or TS-1. Alumina silicate such as crystalline or amorphous alumina Silicate), alumina, CMS, silica (MCM-41, FSM-16, KSM-1, KSM-2, etc.), porous materials such as mesoporous zirconia or heteropolyacid cesium salt, silica-alumina, titania, alumina-titania, etc. Is mentioned. In the present invention, the inorganic porous material may be a clay mineral such as clay, kaolin, vermiculite, perlite, or bentonite. According to the present invention, the inorganic porous material is preferably alumina silicate, silica, porous material or alumina, and more preferably zeolite. Moreover, it is preferable that the said inorganic porous body has adsorption capability, and it is more preferable that it has ion exchange capability further.
The catalyst of the present invention is prepared by supporting Fe or / and Ni on the inorganic porous material. Such a preparation method may be any method as long as Fe or / and Ni can be supported on the inorganic porous material. For example, a method of adsorbing the inorganic porous material and a metal salt of Fe or / and Ni can be used. More specifically, for example, a supporting method using a known adsorption means such as an impregnation method or ion exchange may be used. According to the present invention, the product thus supported is preferably further calcined. The firing temperature is preferably about 350 ° C to 1300 ° C, more preferably about 450 ° C to 900 ° C. The firing time is preferably about 1 hour to 1 week, more preferably about 3 hours to 12 hours, and most preferably about 5 hours to 8 hours.
Examples of the metal salt of Fe include, for example, iron phosphate, iron nitrate, iron sulfate, ammonium sulfate iron, iron perchlorate, iron chloride, iron citrate, ammonium iron citrate, iron oxalate, iron iron oxalate, or ethylenediamine Examples thereof include iron chelate complex of tetraacetic acid.
Examples of the metal salt of Ni include nickel acetate tetrahydrate (Ni (CH 3 COO) 2 .4H 2 O), nickel sulfate hexahydrate (NiSO 4 .6H 2 O), nickel nitrate hexahydrate (Ni (NO 3 ) 2 · 6H 2 O), nickel chloride hexahydrate (NiCl · 6H 2 O), nickel chloride anhydrous salt (NiCl 2 ) and the like.
The supported amount of Fe or / and Ni is usually 0.01 to 50% by mass, preferably 0.1 to 10% by mass, more preferably 0.5 to 5% by mass with respect to the inorganic porous body. It is.
The catalyst of the present invention is used for wet decomposition of organic matter, particularly wet decomposition of waste water containing organic matter. By subjecting the catalyst of the present invention to wet decomposition treatment of organic matter-containing wastewater, the organic matter-containing wastewater can be rendered harmless. According to the invention, the above wet cracking means oxidative cracking or / and cracking in the presence of water or steam.
The waste water to be rendered harmless in the present invention may contain any organic substance, and may further contain an inorganic substance. Examples of the organic substance include organic acids, alcohols, amines, and hydrocarbons. Examples of the inorganic substance include heavy metals such as copper, zinc, zirconium, silver, cadmium, tin, niobium, antimony, hafnium, tantalum, mercury, thallium, bismuth, chromium, cobalt, cerium, vanadium, ruthenium, tungsten, and lead. And the inorganic substance may be in the form of heavy metal ions derived therefrom.
Examples of the organic acid include carboxylic acid or oxycarboxylic acid, and more specifically, maleic acid, formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, isobutyric acid, valeric acid, caproic acid, amino acids (for example, glycine). Or aspartic acid), enanthic acid, caprylic acid, pelargonic acid, capric acid, undecylic acid, lauric acid, tridecylic acid, myristic acid, pentadecylic acid, palmitic acid, peptadecanoic acid, stearic acid, arachic acid, acrylic acid, crotonic acid 2-furoic acid, salicylic acid, succinic acid, aconitic acid, itaconic acid, citraconic acid, malonic acid, acetone dicarboxylic acid, adipic acid, fumaric acid, nicotinic acid, isonicotinic acid, citraconic acid, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), Iminodiacetic acid, propiolic acid, gentisic acid, vanillin , Benzoic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, methacrylic acid, oleic acid, caffeic acid, benzylic acid, anthranilic acid, glutaric acid, cinnamic acid, oxalic acid, malic acid, citric acid, tartaric acid, lactic acid, glycol Examples include acid, glyoxylic acid, coumaric acid, and gluconic acid. According to the present invention, the organic acid includes phenol or naphthalene. The organic acid may be an organic acid having a chelating ability.
Examples of the alcohol include aliphatic alcohols, aromatic alcohols, alicyclic alcohols, heterocyclic alcohols and polyhydric alcohols, and more specifically, methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, allyl alcohol. , Aliphatic alcohols such as crotyl alcohol, butanol, pentanol, hexanol or octanol, aromatic alcohols such as benzyl alcohol or p-chloro-benzyl alcohol, fats such as cyclohexanol, 4-methyl-cyclohexanol or cyclopentanol It is a heterocyclic alcohol such as cyclic alcohol or furfuryl alcohol, or a polyhydric alcohol such as ethylene glycol or glycerin.
Examples of the amine include methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, pentylamine, hexylamine, heptylamine, octylamine, nonylamine, decylamine, dimethylamine, diethylamine, dipropylamine, dibutylamine, dipentylamine, and dihexylamine. , Diheptylamine, dioctylamine, dinonylamine, didecylamine, trimethylamine, triethylamine, dimethylethylamine, dimethylpropylamine, dimethylbutylamine, dimethylpentylamine, dimethylhexylamine, diethylpropylamine, diethylbutylamine, diethylpentylamine, diethylhexylamine, cyclohexyl Amine, methylcyclohexylamine, dimethylcyclohexyl An aliphatic amine such as min or triethanolamine, or aniline, fluoroaniline, chloroaniline, bromoaniline, iodoaniline, nitroaniline, xylidine, methylaniline, fluoromethylaniline, chloromethylaniline, bromomethylaniline, iodomethylaniline, Aromatic amines such as nitromethylaniline, methylaminophenol, toluylmethylamine or xylylmethylamine can be mentioned.
Examples of the hydrocarbon include ethane, propane, butane, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, dodecane, and undecane.
Examples of the waste water include waste water discharged from various industrial plants such as chemical plants, electronic component manufacturing equipment, food processing equipment, metal processing equipment, metal plating equipment, printing plate making equipment, and photographic equipment. Furthermore, the waste water may be domestic waste water such as sewage and human waste, or waste water containing organic substances such as environmental hormones.
The method of the present invention may be performed in the presence of an oxidizing agent.
Examples of the oxidizing agent include air, oxygen, hydrogen peroxide, ozone, and the like. When the organic substance is a carboxylic acid or oxycarboxylic acid, the amount of the oxidizing agent is preferably about 0, which is an equivalent amount calculated on the assumption that all carboxylic acids and oxycarboxylic acids are oxidatively decomposed into carbon dioxide. The amount is 5 to 10 times, more preferably about 1 to 2 times, and most preferably about 1 to 1.5 times.
In the present invention, the wet decomposition is preferably performed in the presence of water or steam, and the wet decomposition is preferably performed under heating and / or pressure. The heating conditions can be appropriately set depending on the drainage or the catalyst, but preferably the heating temperature is about 100 ° C. or higher and the heating time is about 0.1 seconds or more, more preferably the heating temperature is about 100 to 500 ° C. and The heating time is about 0.1 seconds to 1 week, and most preferably the heating temperature is about 140 ° C. to 180 ° C. and the heating time is about 0.5 seconds to 30 minutes. The pressurizing pressure is preferably about 0.1 MPa to 10 MPa, more preferably about 0.1 to 1 MPa.

モルデナイト5gに0.01mol/dm塩化ニッケル水溶液0.5dmを加え、3日間80℃にて撹拌した。その溶液を濾過後、5dmのイオン交換水で洗浄し、100℃で一昼夜乾燥させた後800℃で5時間焼成し、Ni−H−モルデナイト触媒を得た。The 0.01 mol / dm 3 aqueous solution of nickel chloride 0.5 dm 3 was added to the mordenite 5g, and stirred for 3 days at 80 ° C.. The solution was filtered, washed with 5 dm 3 ion-exchanged water, dried at 100 ° C. overnight, and calcined at 800 ° C. for 5 hours to obtain a Ni—H-mordenite catalyst.

塩化ニッケル水溶液を塩化鉄(II)水溶液に代えて用いたこと以外、実施例1と同様にしてFe−H−モルデナイト触媒を得た。
(試験例1)
0.1mol/dmのクエン酸アンモニウム溶液10cm、35質量%過酸化水素水2cm及び実施例1の触媒0.2gを、容量30cmのバッチ式オートクレーヴに加え、140℃にて30分間加熱した。反応温度が140℃と、水の沸点より高いため、オートクレーヴを用いた。反応終了後、得られた溶液を濾過により触媒と溶液とを分離した。分離した溶液をキャピラリー電気泳動分析装置(CAPI−3300、大塚電子株式会社製)で分析した。結果を第1表に示す。この分析から、より低級の分解物に変換されていることを確認した。分析結果を第1図に示す。第1図に示すとおり、反応前の98%以上のクエン酸のピークがなくなり、かつ新たな有機酸のピークが見あたらなかった。また、この反応終了後の溶液をH−NMR(株式会社島津製作所製)で分析した結果、カルボキシル基及びヒドロキシル基のピークが見あたらなかった。
(試験例2)
実施例1の触媒を実施例2の触媒に代えて用いたこと以外、試験例1と同様にして分析した。結果を第1表に示す。なお、キャピラリー電気泳動分析の結果を第1図に示す。試験例1と同様に、実施例2の触媒によって、クエン酸がより低級の分解物に変換されていることを確認した。
(比較例1〜17)
実施例1の触媒を、比較例1としてアンバーリスト(Rohm&Haas社製、登録商標)、比較例2としてアンバーライト(Rohm&Haas社製、登録商標)、比較例3としてナフィオン−13(含フッ素系イオン交換樹脂、デュポン社製、登録商標)、比較例4としてナフィオンNR−50(含フッ素系イオン交換樹脂、デュポン社製、登録商標)、比較例5としてH型モルデナイト、比較例6としてFe、比較例7としてWO、比較例8としてNiO、比較例9としてCo、比較例10としてPt/活性炭(和光純薬株式会社製)、比較例11としてPt/Al、比較例12としてCuO、比較例13としてCuCoOx、比較例14としてCo−H−モルデナイト、比較例15としてCu−H−モルデナイト、比較例16としてCuCo−モルデナイト、比較例17としてMn−H−モルデナイトに代えてそれぞれ用いたこと以外、試験例1と同様に試験・評価した。結果を第1表に示す。Pt系の触媒ではオキシカルボン酸が50%に満たない除去率であった。その他の酸化物に関しても同様の結果を得た。タングステンにいたっては金属成分の流失が起こった。なお、比較例4及び比較例9のキャピラリー電気泳動分析装置による分析結果を第1図に示す。

Figure 0004607013
(試験例3)
0.01mol/dmの酒石酸ナトリウムカリウム溶液10cm、35質量%過酸化水素水2cmおよび実施例1の触媒0.2gを、容量30cmのバッチ式オートクレーヴに加え、140℃にて30分間加熱し、反応させた。反応終了後、得られた溶液を濾過することにより触媒と反応溶液とに分離した。分離した反応溶液をキャピラリー電気泳動分析装置(CAPI−3300、大塚電子株式会社製)で分析した。分析は、標準添加法を用いて酒石酸塩を定量することにより行われた。結果を第2表に示す。また、キャピラリー電気泳動分析装置による分析結果を第2図に示す。酒石酸のピークの値を計算したところ100%の酒石酸が消失していた。このことより、これらのNi−H−モルデナイトは酒石酸分解に有効な触媒であることがわかる。また、第2図から、Ni−H−モルデナイトでは酒石酸のピーク以外に何らかの生成物があり、酒石酸が分解し、より低級な炭化水素化合物に変化したことがわかる。
(試験例4)
実施例1の触媒を実施例2の触媒に代えて用いたこと以外、試験例3と同様にして試験・評価した。結果を第2表に示す。また、キャピラリー電気泳動分析装置による分析結果を第2図に示す。試験例3と同様に実施例2の触媒によって酒石酸が分解されたことがわかる。また、第2図に示すとおり実施例2の触媒では他の生成物ができている。このことから、酒石酸が分解し、より低級な炭化水素化合物に変化したことがわかる。
(比較例18および19)
実施例1の触媒を、比較例18としてPt/活性炭(和光純薬株式会社製)、比較例19としてWOに代えてそれぞれ用いたこと以外、試験例3と同様にして試験・評価した。結果を第2表に示す。Pt/活性炭では51.7%、WOでは59.6%の酒石酸が消失していた。また、比較例19のキャピラリー電気泳動分析装置による分析結果を第2図に示す。
Figure 0004607013
(試験例5)
0.05mol/dmのEDTA溶液10cm、35質量%過酸化水素水2cmおよび実施例1の触媒0.2gを、容量30cmのバッチ式オートクレーヴに加え、140℃にて30分間加熱し、反応させた。反応終了後、得られた溶液を濾過することにより、触媒と反応溶液とに分離した。分離した反応溶液をキャピラリー電気泳動分析装置(CAPI−3300、大塚電子株式会社製)で分析した。分析は、標準添加法を用いてEDTAを定量することにより行われた。結果を第3表に示す。なお、キャピラリー電気泳動分析装置による分析結果を第3図に示す。EDTAのピークの値を計算したところ95.8%のEDTAが消失していた。このことより、Ni−H−モルデナイトはEDTA分解に有効な触媒であることがわかる。
(試験例6)
実施例1の触媒を実施例2の触媒に代えて用いた以外、試験例5と同様にして反応および分析した。結果を第3表に示す。また、キャピラリー電気泳動分析装置による分析結果を第3図に示す。試験例5と同様に実施例2の触媒によってEDTAが分解されたことがわかる。
(比較例20)
実施例1の触媒を、比較例20としてPt/活性炭(和光純薬株式会社製)に代えて用いたこと以外、試験例5と同様にして試験・評価した。結果を第3表に示す。Pt/活性炭では35.7%のEDTAが消失していた。
Figure 0004607013
An Fe—H-mordenite catalyst was obtained in the same manner as in Example 1 except that the nickel chloride aqueous solution was used in place of the iron (II) chloride aqueous solution.
(Test Example 1)
The 0.1 mol / dm 3 of ammonium citrate solution 10 cm 3, 35 wt% aqueous hydrogen peroxide 2 cm 3 and a catalyst 0.2g of Example 1, was added batchwise autoclave of capacity 30 cm 3, 30 at 140 ° C. Heated for minutes. Since the reaction temperature was 140 ° C., which was higher than the boiling point of water, an autoclave was used. After completion of the reaction, the resulting solution was filtered to separate the catalyst and the solution. The separated solution was analyzed with a capillary electrophoresis analyzer (CAPI-3300, manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.). The results are shown in Table 1. From this analysis, it was confirmed that the product was converted to a lower decomposition product. The analysis results are shown in FIG. As shown in FIG. 1, the peak of citric acid of 98% or more before the reaction disappeared, and no new organic acid peak was found. Moreover, as a result of analyzing the solution after completion | finish of this reaction by H-NMR (made by Shimadzu Corporation), the peak of the carboxyl group and the hydroxyl group was not found.
(Test Example 2)
Analysis was conducted in the same manner as in Test Example 1 except that the catalyst of Example 1 was used instead of the catalyst of Example 2. The results are shown in Table 1. The results of capillary electrophoresis analysis are shown in FIG. In the same manner as in Test Example 1, it was confirmed that citric acid was converted to a lower decomposition product by the catalyst of Example 2.
(Comparative Examples 1-17)
The catalyst of Example 1 was Amberlyst (Rohm & Haas, registered trademark) as Comparative Example 1, Amberlite (Rohm & Haas, registered trademark) as Comparative Example 2, and Nafion-13 (fluorinated ion exchange as Comparative Example 3). Resin, manufactured by DuPont, registered trademark), Nafion NR-50 (fluorinated ion exchange resin, registered trademark, manufactured by DuPont) as Comparative Example 4, H-type mordenite as Comparative Example 5, Fe 2 O 3 as Comparative Example 6 WO 3 as Comparative Example 7, NiO as Comparative Example 8, Co 2 O 3 as Comparative Example 9, Pt / activated carbon (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as Comparative Example 10, Pt / Al 2 O 3 as Comparative Example 11, Comparative Example 12 is CuO, Comparative Example 13 is CuCoOx, Comparative Example 14 is Co—H-mordenite, and Comparative Example 15 is Cu—H—. Rudenaito, CuCo- mordenite as a comparative example 16, except for using each in place of Mn-H- mordenite as Comparative Example 17, was similarly tested and evaluated as in Test Example 1. The results are shown in Table 1. With the Pt-based catalyst, the removal rate of oxycarboxylic acid was less than 50%. Similar results were obtained for other oxides. In the case of tungsten, metal components were lost. In addition, the analysis result by the capillary electrophoresis analyzer of the comparative example 4 and the comparative example 9 is shown in FIG.
Figure 0004607013
(Test Example 3)
0.01 cm / dm 3 sodium potassium tartrate solution 10 cm 3 , 35% by weight hydrogen peroxide 2 cm 3 and 0.2 g of the catalyst of Example 1 were added to a batch type autoclave with a capacity of 30 cm 3 and added at 30 ° C. Heated for minutes and allowed to react. After completion of the reaction, the resulting solution was filtered to separate the catalyst and the reaction solution. The separated reaction solution was analyzed with a capillary electrophoresis analyzer (CAPI-3300, manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.). Analysis was performed by quantifying tartrate using the standard addition method. The results are shown in Table 2. Further, FIG. 2 shows the analysis result by the capillary electrophoresis analyzer. When the peak value of tartaric acid was calculated, 100% of tartaric acid had disappeared. This shows that these Ni-H-mordenites are effective catalysts for tartaric acid decomposition. In addition, FIG. 2 shows that Ni-H-mordenite has some products other than the tartaric acid peak, and tartaric acid decomposes to become a lower hydrocarbon compound.
(Test Example 4)
Tests and evaluations were performed in the same manner as in Test Example 3 except that the catalyst of Example 1 was used instead of the catalyst of Example 2. The results are shown in Table 2. Further, FIG. 2 shows the analysis result by the capillary electrophoresis analyzer. It can be seen that tartaric acid was decomposed by the catalyst of Example 2 as in Test Example 3. Further, as shown in FIG. 2, other products are formed in the catalyst of Example 2. This indicates that tartaric acid was decomposed and changed to a lower hydrocarbon compound.
(Comparative Examples 18 and 19)
The catalyst of Example 1 was tested and evaluated in the same manner as in Test Example 3 except that Pt / activated carbon (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as Comparative Example 18 and WO 3 was used as Comparative Example 19, respectively. The results are shown in Table 2. 51.7% of tartaric acid was lost in Pt / activated carbon and 59.6% in WO 3 . Moreover, the analysis result by the capillary electrophoresis analyzer of the comparative example 19 is shown in FIG.
Figure 0004607013
(Test Example 5)
Add 0.05 cm / dm 3 of EDTA solution 10 cm 3 , 35 mass% hydrogen peroxide 2 cm 3 and 0.2 g of the catalyst of Example 1 to a batch type autoclave with a capacity of 30 cm 3 and heat at 140 ° C. for 30 minutes. And reacted. After completion of the reaction, the resulting solution was filtered to separate the catalyst and the reaction solution. The separated reaction solution was analyzed with a capillary electrophoresis analyzer (CAPI-3300, manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.). Analysis was performed by quantifying EDTA using the standard addition method. The results are shown in Table 3. FIG. 3 shows the results of analysis using a capillary electrophoresis analyzer. When the peak value of EDTA was calculated, 95.8% of EDTA disappeared. This shows that Ni-H-mordenite is an effective catalyst for EDTA decomposition.
(Test Example 6)
The reaction and analysis were conducted in the same manner as in Test Example 5, except that the catalyst of Example 1 was used instead of the catalyst of Example 2. The results are shown in Table 3. Moreover, the analysis result by a capillary electrophoresis analyzer is shown in FIG. It can be seen that EDTA was decomposed by the catalyst of Example 2 as in Test Example 5.
(Comparative Example 20)
The catalyst of Example 1 was tested and evaluated in the same manner as in Test Example 5 except that Pt / activated carbon (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as Comparative Example 20 instead of Pt / activated carbon. The results are shown in Table 3. With Pt / activated carbon, 35.7% of EDTA disappeared.
Figure 0004607013

本発明の有機物の湿式分解触媒は、有機物、特に有機酸の酸化分解及びクラッキングに対して強い活性を有する。本発明の排水無害化方法は、効果的に排水中の有機物、特に有機酸を分解して除去することができる。  The organic matter wet cracking catalyst of the present invention has strong activity against oxidative decomposition and cracking of organic matter, particularly organic acid. The wastewater detoxification method of the present invention can effectively decompose and remove organic substances in wastewater, particularly organic acids.

Claims (7)

オキシカルボン酸、グリシン、又はEDTAを含む排水用の排水処理剤であって、
アルミナシリケート、シリカ又はアルミナである無機多孔体にFe又は/及びNiの金属塩を吸着させ、ついで焼成することにより製造される有機物湿式分解触媒を含有することを特徴とする排水処理剤。
A wastewater treatment agent for wastewater containing oxycarboxylic acid, glycine, or EDTA,
A wastewater treatment agent characterized by containing an organic wet decomposition catalyst produced by adsorbing a metal salt of Fe or / and Ni to an inorganic porous material made of alumina silicate, silica or alumina, and then firing it.
有機物湿式分解触媒が、アルミナシリケートに塩化鉄又は/及び塩化ニッケルを吸着させ、ついで焼成することにより製造されることを特徴とする請求項に記載の排水処理剤。2. The wastewater treatment agent according to claim 1 , wherein the organic wet cracking catalyst is produced by adsorbing iron chloride and / or nickel chloride to alumina silicate, followed by firing. オキシカルボン酸、グリシン、又はEDTAを含む排水の処理方法であって、請求項1に記載の排水処理剤をオキシカルボン酸、グリシン、又はEDTAを含む排水に添加することを特徴とする排水処理方法。  A wastewater treatment method containing oxycarboxylic acid, glycine, or EDTA, wherein the wastewater treatment agent according to claim 1 is added to wastewater containing oxycarboxylic acid, glycine, or EDTA. . さらに酸化剤を前記排水に添加することを特徴とする請求項に記載の排水処理方法。The wastewater treatment method according to claim 3 , further comprising adding an oxidizing agent to the wastewater. 酸化剤が、空気、酸素、過酸化水素又はオゾンであることを特徴とする請求項に記載の排水処理方法。The wastewater treatment method according to claim 4 , wherein the oxidant is air, oxygen, hydrogen peroxide, or ozone. 排水処理剤添加後の排水を加熱又は/及び加圧することを特徴とする請求項に記載の排水処理方法。The wastewater treatment method according to claim 3 , wherein the wastewater after the wastewater treatment agent is added is heated or / and pressurized. 加熱温度が100℃以上であり、加熱時間が0.1秒間〜1週間であることを特徴とする請求項に記載の排水処理方法。The wastewater treatment method according to claim 6 , wherein the heating temperature is 100 ° C. or higher and the heating time is 0.1 second to 1 week.
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