JP5224629B2

JP5224629B2 - 油と水を分離するための改良法

Info

Publication number: JP5224629B2
Application number: JP2002516209A
Authority: JP
Inventors: アケイ，ガリプ; ビツカース，ジヨン
Original assignee: ユニバーシテイ・オブ・ニユーキヤツスル
Priority date: 2000-07-29
Filing date: 2001-07-30
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2021-07-30
Also published as: GB0018573D0; AU2001276472A1; JP2004504940A; EP1307402A2; US20050045564A1; US7780854B2; ATE556033T1; WO2002010070A2; US8177985B2; US20110124747A1; EP1307402B1

Description

（技術分野）
本発明は、特に高分子材料が油／水型エマルジョン（水中油型および油中水型エマルジョンを含む）に及ぼす作用により、油と水を分離する方法に関する。

油と水の分離は確立された方法であるが、しかしこの方法にはある種の限界がある。例えば北海の原油は典型的には80％が水である泡沫エマルジョンとして海底堆積物から抽出され、そして他の不純物状金属イオンおよび望ましくない有機化合物を含み得る。存在する任意の表面活性剤の性質、油の粘度、分散した水の相容積およびその液滴サイズによっては、現在の方法は油相と水相とを分離することができない可能性がある。また既知の方法はほとんどが陸上での操作に基づくことを意図し、したがって海底さらには石油掘削用プラットフォームでの分離には、空間の利用性ならびに海底または地面に掘った穴の条件で操作することができる十分に頑丈な技術に関する困難が存在する。油抽出の環境的影響および資本および運転経費は、油と水の海底分離により低減させることができる。海底分離はさらに、油が石油掘削用プラットフォームに到達する時間までに原油（crude）温度は急激に下がり、これにより油と水の分離の容易さは下がるので、プラットフォームに油を送液する前の高い原油温度により分離法を強化するという利点も有する。油／水の分離を生成した水処理と統合することは、原油抽出の環境的影響を下げることができ、ならびに原油生産の資本および運転経費を下げることができる。

油／水エマルジョンの解乳化および分離が必要な他の産業には、医薬品の製造、化学品の製造、バイオテクノロジー、核燃料サイクル産業およびその他多数を含む。

種々の解乳化および分離法が提案された。幾つかのエマルジョンはそれらを単に静置することにより分離できるが、これは一般に許容できないほどの長時間を要し、場合によっては数年かかることもある。回転または遠心分離はこの方法をスピードアップすることができるが、一般にはそれほど大きくはない。

本発明の第１の観点に従い、油／水エマルジョンの解乳化および／または分離法を提供し、ここでエマルジョンを、重合した高内部相エマルジョン(polyHIPE)材料と接触させる。

本発明の第２の観点に従い、油／水型エマルジョンを解乳化および／または分離するための重合した高内部相エマルジョン(polyHIPE)材料の使用を提供する。

疑問を避けるために、本明細書で使用する「水」という表現はすべての水性系を包含し、「油」は水性系と非混和性のすべてを包含し、そして「油／水エマルジョン」とは水中油型および油中水型エマルジョンおよび他の同様なエマルジョンを包含する。

polyHIPE材料はエマルジョンを分離した後に回収し、そして再使用することができる。エマルジョンを安定化する傾向がある任意の固有の表面活性材料（有機カルボキシレート、アスファルテン、ホスフェート、オキシド等のような）の除去に加えて、polyHIPE材料は水性相から金属イオン（ナノ−サイズの有機-金属性クラスターを含む）および残留する炭化水素も除去する。炭化水素（アルキルフェノールを含む）濃度の減少は、疎水性状態のpolyHIPE材料の使用によりさらに強化することができ（約0.5ppmのレベルまで）、この材料もまた回収され、そして化学的に処理して出発の疎水性材料を再度得ることができる。したがって油−水分離法は、環境へ影響を殆んど及ぼすことなく例えば海へ廃棄することができる生成水の浄化（残留炭化水素および金属イオンの両方が除去される）を組み込むことができる。

本発明の第３の観点に従い、油／水型エマルジョンの連続的な解乳化および／または分離法を提供し、ここでエマルジョンを、重合した高内部相エマルジョン(polyHIPE)材料と接触させ、そして：電場の適用、熱の適用、圧力の適用、流れが誘導する転相、遠心分離および回転面を横断する通過から成る群から選択される少なくとも１つのさらなる処理に供する。

本発明の第４の観点に従い、油／水型エマルジョンを解乳化および／または分離するための装置を提供し、この装置はエマルジョンを受け取るのに適合し、そして重合した高内部相エマルジョン(polyHIPE)材料から作られるか、または含む部品を含有する。

組み込まれた解乳化および水浄化方法は、既存の分離技法を使用することにより達成することができる（ハイドロサイクロンの形で）。しかし沖合の油−水分離および水の浄化のためには、空間の利用性および原油の供給源への接近の問題を取り扱うために新規な強化された方法が必要である（すなわち、海底または地面に掘った穴での分離および浄化が望ましい）。これは連続する解乳化および浄化法を使用する方法を強化することにより達成できる。強化された解乳化は、流れが誘導する転相現象を利用することにより達成できる。このために、新規な回転ディスク接触器（原油−水および解乳化剤接触器）が提案され、ここで幾つかの他の解乳化の場（流れの場、電場および圧力のような）を重ねることができる。これらの系の最終的な目的は、海底または地面に掘った穴での分離および必要ならば水の浄化を展開することである。

したがって本発明は２つの重要な問題を取り扱う：原油抽出の環境的影響の低減、ならびに供給源で生成水を除去し、そして表面活性種を除去することによる掘削技術およびそれに続く下流の操作の簡素化である。

polyHIPE材料は、連続する相がエマルジョンの重合性成分を含む高内部相エマルジョン（HIPE）の重合により得られる。polyHIPE材料は微細孔質性の高い多孔性構造を有し、そして粒子、粉末、繊維（中空繊維を含む）、モノリス構造（成形された分離モジュールまたは外殻−管型構造のような）または中空繊維膜を含む膜および交差流濾過形状における膜の形態で生成される。典型的なpolyHIPEポリマーでは、重合成分としてスチレンまたはスチレン／2-エチルヘキシルアクリレート(2-EHA)を使用するが、他の成分、例えばスチレン−ジビニルベンゼンも当該技術分野で周知であるように使用することができる。polyHIPE材料は一般に最初は疎水性であるが、例えば硫酸と接触させることによりスルホン化して親水性にすることができる。したがってそのようなスルホン化polyHIPE材料はイオン交換媒体として使用することができ、これは従来のイオン交換樹脂と比較してそれらの高い開放孔構造により大変高いイオン交換率を有する。

種々のpolyHIPE材料およびそれらの製造法が、欧州特許出願公開第0 060 138号明細書に記載され、その全開示を引用により本出願に編入する。欧州特許出願公開第0 060 138号明細書のpolyHIPE材料は、むしろスポンジのように作用して液体を保持するそれらの能力という意味で検討されているにすぎない。

本出願人が調査した幾つかのpolyHIPE材料およびそれらの調製法は、Akay,G.Bhumgara,Z and Wakeman,R.J、自己−支持型多孔チャンネル濾過モジュール：調製、特性および性能（Self-supported Porous Channel Filtration Modules:Preparartion,Proerties and Performance）、Chem Eng Res Design 73(1995)783-796に詳細に記載され、その全開示は引用により本出願に編入する。

本出願人により調査されたpolyHIPE材料の気孔容積は98％もの高さであり、そして孔サイズは例えば本出願人の国際公開第00/34454号明細書（この全開示は引用により本出願に編入する）に記載されているように、数百マイクロメーターからそれらの端数に正確に制御することができる。

本発明で使用するために適するpolyHIPE材料は、HIPEの油相で使用するモノマーの種類および比率に依存して弾性または剛性であることができ、そしてそれらは疎水性または親水性であることができる。

適当なpolyHIPEポリマーは国際公開第00/34454号明細書に詳細に記載されている方法を使用することにより調製することができる。polyHIPEポリマーの具体的な特性は、適切な製造技術により広い範囲から選択することができ、したがって比較的簡単に具体的な用途に合わせることができる。解乳化および分離すべきエマルジョン中に存在する表面活性剤の系に依存して、３種類のpolyHIPEポリマーを使用することができる。
１．疎水性（主にスチレンに基づくホモーまたはコポリマー）−これは以下のイオン性コポリマーを得るために変性することができる基本的ポリマーである。
２．アニオン性／非−イオン性（各グループの程度を変化させることができる）。
３．カチオン性／非−イオン性（各グループの程度を変化させることができる）。

これらの微細孔性ポリマーはバルクで、または粉末または粒状で得ることができる。ポリマーの内部構造も、孔サイズ、内部連結する穴のサイズ、通常は５〜20％であるポリマーの相容積およびナノ−サイズであることができる壁の２次的な多孔性を制御することにより調整することができる。

ポリマーの孔サイズ（Ｄ）は、0.5μm＜Ｄ＜500μmの範囲であることができるが、孔サイズ（Ｄ）に対する内部連結したサイズ（ｄ）の比率は、０＜（ｄ／Ｄ＜

［外１］

油／水エマルジョンを解乳化するために、必要なすべてはエマルジョンを適当なpolyHIPEポリマーと接触させることである。ポリマーは粉末または粒状で加えることができ、この場合１キログラムのエマルジョンあたり0.3ｇの添加が効果的であると判明したが、１キログラムのエマルジョンあたり0.05ｇ〜５ｇのポリマー範囲も効果的であり、そして１キログラムのエマルジョンあたり0.1ｇ〜１ｇのポリマー範囲が特に有利である。驚くべきことには本出願人は、より大量のポリマーの添加は解乳化および分離法をスローダウンさせる傾向があることを見出した。これは過剰なポリマーがエマルジョンから水を吸収しすぎるからであると考えられる。

油／水相の同時の解乳化および分離は、エマルジョンを疎水性または親水性表面と接触させ、続いて解乳化ゾーンから油および水を除去することにより行うことができる。解乳化は電場をかけることにより強化することができ、ここで水滴−水滴接触が強化されて融合、続いて重力下での分離に導く。両方の場合で、目的とする相は分散された液滴であり、ここで液滴の融合が促進される。

ある態様では、本発明の徹底的な解乳化法はまず最初にエマルジョン中に存在する表面活性材料を除去することを目的とし、これにより不安定化させる。この表面活性種の選択的除去を達成するためには、分子的規模で互いに接近している疎水性および親水性部位の両方を有するpolyHIPEポリマーを使用することが有利である。表面活性種を固定化するために、微細孔性のpolyHIPEポリマーの「活性」な表面領域は高く、しかも接近できなければならない。さらに出願人による最近の研究では、polyHIPEポリマーの微細孔中の表面活性相の挙動は、それらのバルクな挙動と比べて顕著に異なり、これが何故特定の種類の微細孔性polyHIPE材料が油／水分離の強化に大変効果的であるのかを説明していると考えられる。同じ化学構造を有する非細孔性ポリマーは、いかなる分離も起こさない。

微細孔性polyHIPEポリマーは毛細管圧により内部に流れを生成するという幾つかの証拠がある。この流れの効果は転相に導き、これはAkay,G.Chem Eng Sci.,53(1998)203-223（その全開示は引用により本出願に編入する）により検討されているようにエマルジョンにおける流れが誘導する転相と呼ばれる。転相中、エマルジョンは同時に連続して活性化される状態を通って行き、そしてこれがpolyHIPEポリマーの親水性および疎水性領域の存在下で相分離を起こさせることができる。したがってエマルジョンがpolyHIPE部品、例えば膜、充填床、中空繊維等を通るようにした連続流の解乳化法を使用することにより、さらに分離を強化することが可能である。

連続する油−水分離法では、多くの既知の油−水分離法を本発明の第１の観点の解乳化法と組み合わせて連続する強化された方法を得ることができる。既知の油−水分離法には：（i）電場強化、（ii）コントロールデフォーメーションダイナミックミキサー(Control Deformation Dynamic Mixer:CDDM)法、（iii）流れが誘導する転相、（iv）高い周囲圧および温度、ならびに（v）油−水分離中の油（原油を含む）の分留を含む。

この強化された連続法の中核は、Akay et al.により国際公開第96/20270号明細書（この全開示は引用により本出願に編入する）に記載されたCDDM技法である。CDDMはさらに改良されて、電場およびその場で流れが誘導する転相、微細孔性polyHIPE解乳化剤の存在下で解乳化および相の解放（phase disengagement）を適用するための設備を有する。解乳化がさらに強化される時、流れが誘導する転相は極めて小さい油滴の形成を起こすべきでない。したがってCDDMのフロージオメトリー(flow geometry)は、微細孔性polyHIPE解乳化剤の存在下で転相を達成するために重要である。

polyHIPE解乳化剤の効力は、エマルジョンの種類（ほぼ油相の粘度による）に依存するので、油−水分離工程で油を分留することが可能となり得る。すべての場合で、粉末化または粒状の解乳化剤を原油エマルジョンと、粉末または粒子を有機相（例えば軽質原油）中に分散することにより高圧下混合することができる。解乳化剤の注入は、プロセス流れの中の幾つかの適当な点で行うことができる。

本発明の態様は、核エネルギーおよび再処理産業における界面クラド(interfacial crud:IFC)の解乳化に特に適している。

使用済み核燃料の再処理では、核分裂性材料、主にウランおよびプルトニウムの回収は溶媒抽出により行われる。既存の方法の中で、最も広く使用されているのはＰＵＲＥＸ法または熱的な酸化物再処理（THORP）であり、これらは使用済み燃料を３Ｍ〜６Ｍの硝酸に溶解する。溶解した重金属は、有機溶媒、通常はノルマルパラフィン炭化水素（希釈剤）、n‐ドデカンまたは無臭灯油（OK:他のアルカンC_nH_2n+1;９＜ｎ＜12を含む主にドデカン）中で30％（容量による）のトリ−n‐ブチルホスフェート（TBP:抽出剤）を使用して抽出する。

PUREX法では、抽出剤および希釈剤の両方が表面活性材料を含む放射線分解生成物に次第に分解され、これば次いでエマルジョンを形成する。これらのエマルジョンは、抽出剤および希釈剤混合物を静置する時に確認することができ、有機相と水性相との間の界面にエマルジョンが現れる。これらのエマルジョンは界面クラド（IFC）と呼ばれ、コロイド状の固体も含み得る。IFCは油中水型または水中油型エマルジョンのいずれかであると考えられるが、油中-（水中油）型および／または水中-（油中水）型のような多相エマルジョンでも有り得る。生成したIFCの量が少なくなる傾向でも、これは物質移動の低下および抽出および輸送装置の詰まりにより核分裂性生成物の抽出においては問題を引き起こす。したがってPUREX法の効果的な運転には、IFCの生成を防ぎ、または生成したIFCを分解することが望ましい。IFCは溶媒抽出法の前またはその最中にすくい取るかまたは除去し、そして解乳化および／またはエマルジョン分離を行う場合は別の容器等に取ることができる。あるいはIFCの解乳化および／またはエマルジョン分離は、溶媒抽出法と同時に行うことができる。

本発明の第５の観点に従い、核燃料の再処理中に生成する界面クラドエマルジョンの解乳化および／または分離法を提供し、ここでエマルジョンを、重合した高内部相エマルジョン（polyHIPE）材料と接触させる。

本発明の第６の観点に従い、核燃料の再処理中に生成する界面クラドエマルジョンを解乳化および／または分離するための重合した高内部相エマルジョン（polyHIPE）材料の使用を提供する。

本発明の第７の観点に従い、核燃料の再処理中に生成する界面クラドエマルジョンを連続的に解乳化および／または分離するための方法を提供し、ここでエマルジョンを、重合した高内部相エマルジョン（polyHIPE）材料と接触させ、そして：電場の適用、熱の適用、圧力の適用、流れが誘導する転相、遠心分離および回転面を横断する通過から成る群がら選択される少なくとも１つのさらなる処理に供する。

本発明の第８の観点に従い、核燃料の再処理中に生成する界面クラドエマルジョンを解乳化および／または分離するための装置を提供し、この装置はエマルジヨンを受け取るのに適合し、そして重合した高内部相エマルジョン（polyHIPE）材料から作られるか、または含む部品を含有する。

これらの使用ならびに本発明の前述の観点に適するpolyHIPE材料は、最高９８％の気孔容積を有することができ、そして孔サイズは数百マイクロメートルからマイクロメートルの端数の範囲である。polyHIPE材料は油相中で使用するモノマーの種類および比率に依存して弾性または剛性であることができる。polyHIPE材料は疎水性または親水性でよい。１つの好適な態様では、剛性のpolyHIPE材料を調製するための高内部相エマルジョンの連続する油相は、架橋剤としてジビニルベンゼン（DVB）を含むスチレンと油中水型乳化剤（表面活性剤）Span80との混合物から作られる。典型的な油相組成物はスチレン78％、ジビニルベンゼン８％およびSpan80 14％（すべて容積による）である。弾性polyHIPE材料では、油相はスチレン15％、2-エチルヘキシルアクリレート（2-EHA）60％、ジビニルベンゼン10％およびSpan80 15％（すべて容積による）を含んで成り得る。分散した水性相は、二重に蒸留した水中に重合開始剤である過硫酸カリウム（0.5質量％）溶液を含んで成ることができる。

典型的なpolyHIPE材料を調製するために、90:10（容積による）の水性対油相比になるまで十分量の水性相を約10分間にわたり撹拌している油相に投与してＨＩPEを生成させる。HIPEはさらなる時間、例えば20分間撹絆した後、金型等に注入される。次いでHIPEは60℃のオーブン中で一晩重合させてpolyHIPEとすることができ、そして乾燥した後、適当なサイズの片（例えば1ｃｍの立方体）に切断される。polyHIPE片はイソプロピルアルコール等および水で洗浄して表面活性剤を除き、そして再度乾燥する。

polyHIPEは親水性となるようにスルホン化することができる。polyHIPE片を種々のスルホン化度にするように、20〜90℃の温度で98％（質量による）の濃硫酸に時間を変えて浸すことができる。次いで片は洗浄して過剰な酸を除き、そして乾燥した後、スルホン化度を測定するために滴定分析にかけることができる。滴定はスルホン化polyHIPEが、存在する任意の架橋ポリスチレン鎖のベンゼン環に-SO₃H⁺基が結合した時に酸性となるために可能である。スルホン化度が-SO₃H⁺基を保持できるポリマー構造中の利用できるベンゼン環の割合として表されるならば、これは滴定分析により測定することができる。したがってpolyHIPE材料の親水性はスルホン化度を調整することにより、任意の特定の用途に合わせることができる。

スルホン化中、polyHIPE材料の内部細孔構造は酸により腐食され、孔の拡大および既存の気泡壁内に新たなより小さい細孔の生成に導く。

さらにpolyHIPE材料のアルカリ塩はスルホン化法の後にアルカリ水溶液との接触により調製することができる点に注目されたい。これは-SO₃H⁺基中のプロトンとアルカリの正に荷電したイオン種との間の交換を引き起こす。

polyHIPE材料のナトリウム塩（中和polyHIPE）は、polyHIPEサンプルを例えば２Ｍ水酸化ナトリウムに浸すことにより調製することができる。

IFCはバッチまたは連続様式のいずれかで本発明の方法により解乳化することができる。

本発明の第９の観点に従い、油／水型エマルジョンの解乳化および／または分離法を提供し、この方法は：
i）エマルジョンを回転表面反応槽の回転面に供給し；
ii）連続的に流動している薄いフィルムとして溶液を回転面に広げるのに十分な速度で回転面が回転するように、回転表面反応槽を操作し；
iii）エマルジョンを解乳化および／または分離させるように、回転面上のエマルジョンを、重合した高内部相エマルジョン（polyHIPE）材料と接触させる、工程を含んで成る。

解乳化または分離したエマルジョンからの分離した水性および有機相は、polyHIPE材料のように回転面の周辺から振り落とし、そして回収することができる。polyHIPE材料は加工し、そして再使用することができる。

エマルジョンは原油エマルジョン、界面クラドまたは任意の他の種類のエマルジョンでよい。

本発明のこの観点での使用に適する回転表面反応槽は、本出願人の同時係属国際出願であるPCT/GBOO/00519、PCT/GBOO/00521、PCT/GBOO/523、PCT/GBOO/524;PCT/GBOO/00526およびPCT/GBO1/00634号明細書に記載されており、これらの全開示は引用により本出願に編入する。回転表面反応槽は、回転ディスク反応槽、回転コーン反応槽および上記特許出願で検討されている他の形状の反応槽の形態でよい。

本発明をより良く理解し、そして本発明をどのように行うことができるかを示すために、例として図１から２１を含んでなる添付図面に言及する。

固定した内部微細構造を有するが、化学および／または固体表面特性を変動させた粉末化polyHIPE解乳化剤を使用したバッチ実験を、原油エマルジョンに関して行った。これらの実験では、２種類のエマルジョンを使用する。（１）第１種類のエマルジョンは、固有の表面活性剤に加えてナノ−サイズの有機−金属性粒子を含む。（２）第２種類のエマルジョンは、さらに表面活性剤を含むかまたは含まない原油に基づく。（１）では、乳化の動力学および解乳化のメカニズムも詳細に調査した。（２）では、乳化のメカニズムは詳細に調査しないが、高圧下での解乳化を調査した。

高度に安定な水／油エマルジョン（50％水）を、工業界で与えられた配合を使用して調製した。このエマルジョンは有機−金属性のナノ−粒子および乳化工程中に生成した固有の表面活性剤により安定化されている。これらのエマルジョンは数年間安定である。アニオン性（酸形態またはＮａ−塩のいずれか）の微細孔性polyHIPEポリマー粒子をこのエマルジョンに加えた時、エマルジョンは静置することにより分離し、数分内（典型的には５分）に３層を与える。最上の層は有機相であり、底の層は水性相である。中間層はエマルジョンに依存して非破壊エマルジョンおよび／またはpolyHIPEポリマー粒子を含むことができる。これらの粒子を分析した時、それらは細孔内に凝集物を生成する有機−金属性粒子で密に満たされていることが分かる。分離効率はエマルジョンおよび微細孔性polyHIPEポリマーの化学組成に依存して100％に達することができる。効果的な解乳化には１グラムのエマルジョンあたり〜５×10^-4グラムのポリマーが必要である。分離した系中のpolyHIPE解乳化剤の位置は、必要に応じて制御することができる解乳化剤の密度に依存する。

数種の原油中水エマルジョンを、２種類の新たな原油（NorskHydro）を使用して調製した。水性層は28.1g/リットルのNaCl;0.45g/リットルのCaCl₂;および５g/リットルのMgCl₂・6H₂Oを含んだ。少なくとも５日間、安定なエマルジョンを得るために、必要ならば非イオン性およびアニオン性表面活性剤の両方を加えた。しかし原油の種類に依存して、幾つかのエマルジョンは乳化剤を加えなくても数カ月は安定である。

これらエマルジョン（これらは５日内に分離する）の幾つかの分離力学を、CO₂の不存在または存在下で200バールの静圧を使用して研究した。圧力は３倍まで分離速度を加速するが、CO₂の存在には有意な効果が無いことが示された。しかし４日以内に〜80％分離に達した後は分離速度はかなり落ちた。

原油中水エマルジョンの分離効率に及ぼす電場の効果も試験した。電場（２kV/cmで）は高度に安定なエマルジョン（３カ月以上安定）には効果が無かったが、静置４日以内に80％分離をもたらすサンプルに関しては、20分後に約50％の分離を与えた。

解乳化に親水性の微細孔性polyHIPEポリマーを使用した場合、さらに高度に安定なエマルジョンさえ完全に分離した。解乳化は殆んど瞬間的であり、そして10０％に達すると判明し、そして重力下で相の解放が起こった。相の解放は解乳化後に周知技術を使用することにより強化することができた。相分離の効率は、温度の上昇および油相の粘度低下に伴い上昇した。この方法の分離効率は、１グラムのエマルジョンあたり〜３×10^-4グラム未満の添加剤であった。

polyHIPE解乳化剤を用いた油−水分離では、２層を生成した。底の層は濾過により分離し、そして再使用できるpolyHIPE解乳化剤も含んだ。すべてのpolyHIPE解乳化剤は正確な密度分別を確保することにより、最終的には水性相中に位置することが可能であった。

本技術の別の重要な観点は、水性相中の残留総有機炭素（TOC）も、大気圧での重力分離に比べて７の因子だけ減少したことであった。

解乳化剤として使用するために後に回収され、そして化学的に変化して親水性体を生成する疎水性の微細孔性polyHIPEポリマーを用いて水性相を処理することにより、TOCはさらに有意なレベルまで低下させることができた。疎水性の解乳化剤の表面化学は、水中に残留する油からより多くの毒性の成分を除去するために選択率を上げるように変えることができた。さらに重金属イオンも解乳化工程中に減少した。したがって水性相は海に廃棄することができた。以下の表では種々の処理後のTOCおよび金属イオン濃度（MgおよびCa）を与える。

IFCの解乳化および／または分離に関して、モデルIFCを調製し、そしてバッチおよび連続様式の両方で解乳化に供した。

バッチ様式の解乳化は、50ml容量のメスシリンダー中で行った。モデルIFCサンプルの予め定めた容積を、十分に振盪した保存ボトルからシリンダー（これを以降管と呼ぶ）に取り、そして一晩静置した。水性相（存在する場合）、エマルジョン（IFC）および有機相（存在する場合）の容積は、内容物を２分間ボルテックスジェネレータで振盪する前に記録した。これらの容積を初期の相容積とした。次いで予め定めた質量のpolyHIPE材料を管に加え、そしてさらに２分間振盪した。最後の振盪後、測定した分離曲線がプラトーに達するまで３相の容積を予め定めた間隔で一定時間記録した。これらの容積を最終相容積とした。初期および最終値を使用して：

のように定める解乳化容量、Ｄを算出した。ここでＶ _aqは水性相の容積であり、そしてＭ _PHPはPHP粒子の質量である。添え字iおよびlは、それぞれ初期および最終を表す。解乳化容量を算出するに際し水性相の容積を使用する理由は、ほぼいつもpolyHIPE粒子ならびに有機相を含むIFC相の容積を使用するよりも、解乳化容量をより正確に決定することが容易であるからである。

原料のIFCおよび解乳化後に残るIFCのサンプルは、x-線を含むエネルギー分散分析（EDAX）装置（オックスフォードISISシステム）を備えた走査型電子顕微鏡により分析した。polyHIPE粒子の幾つかを試験管から取り出し、そして同じ分析に供した。幾つかの解乳化試験は第１解乳化試験から残るIFCを用いて行った。ここでもIFCおよびpolyHIPE粒子の両方をSEM/EDAXにより分析した。SEM/EDAX分析に使用したIFCおよびpolyHIPE粒子のサンプルは、それらをすべての液体含量が除去されるまで60℃のオーブンで乾燥させることにより調製した。

分解した溶媒ならびに消費された水性相を清浄化するために、異なる種類のpolyHIPE材料および数種の他の市販されているイオン交換樹脂および吸着体（一覧については表２を参照されたい）を使用することにより実験を行った。予め定めた容積の分解した溶媒ならびに消費された水性相を別の試験管に取り、これに予め定めた量の浄化剤を加えた。管を予め定めた期間振盪し、そして次いで予め定めた時間静置した。すべての固体が管の底に沈殿した時、管中の液体をそれらの色についてそれらの出発時の色と比較して視覚的に分析した。液体相のアリコートは、それらの重金属（主にPd）、-COOHおよびTOC含量について化学的に分析した。

剛性および弾性polyHIPE材料の両方を調製し、そして剛性polyHIPEに関する典型的な顕微鏡写真を図１に示す。この図はpolyHIPE材料の気孔構造を示し、主な気泡は気泡壁のより小さい窓により内部連結している。スルホン化polyHIPE材料はスルホン化度を変動させながら調製した。表３にスルホン化試験の結果をまとめる。スルホン化度はpolyHIPE材料の粒子サイズ、温度および時間の関数であるように思われる。最高96％のスルホン化度が、これらの因子を変えることにより得られた。図２は典型的なスルホン化polyHIPE材料の顕微鏡写真を示す。スルホン化中、polyHIPE構造は酸により腐食されることが分かる。これは既存の細孔の拡大および気泡壁内に新たなより小さい細孔の生成に導く。

剛性polyHIPEの立方体を、外部力または圧力無しで２日間、IFCに浸した。これらのpolyHIPEサンプルをSEMにより分析した。顕微鏡写真ではIFCがpolyHIPE材料の細孔を通り、材料が固体粒子および恐らく表面活性的な溶解した分解生成物も保持できることが示された。幾つかの典型的な顕微鏡写真を図３ａおよび３ｂに示す。

1000μm±250μmサイズの剛性な疎水性polyHIPE粒子を用いた試験管解乳化試験は、polyHIPEがIFCを成功裏に分解できたことを証明した。幾つかの典型的なＩＦＣ型の典型的な結果を表４ならびに図４に示す。

結果は：

［外２］

・0.07＜M_PHP/V_T＜0.12については不十分な分離が起こる。
・M_PHP/V_T ＞0.12については充分な分離が起こる。
・0.15より高いM_PHP/V_Tについては有機相が残らない。
と要約することができる（M_PHP：グラムでのPHPの質量およびV_T：管に取った原料のIFCのcm³での出発容積）。

M_PHP/V_T＝0.15について、幾つかの管の内容物を分液漏斗に取り、そして重力下での漏斗からの廃液をメスシリンダーに集めた。polyHIPEの気泡構造から放出された有機相は観察されず、そしてpolyHIPE粒子が最上部で懸濁したすべての液体は実際には水性相であった。真空をかけた時、その水性相に関して少容積の有機相も放出された。1.0gのpolyHIPEと混合した18ml容積の異なる種類のIFCを用いた特定の試験について、３相の容積、すなわち水性、有機および固体（polyHIPEおよび吸着した材料）はそれぞれ10ml（56％）、1.5ml（８％）および6.5ml（36％）と測定された。これをスルホン化polyHIPEおよび0.45μmの細孔サイズの膜の分離性能と比較して、図５に概略的に示す。図から比較的低い真空下で、入手可能な有機相のわずか27％（5.5mlの中の1.5ml）がpolyHIPEの気泡構造から放出されることが明らかである。漏斗の廃液側の真空（または漏斗側の圧力）レベルがさらに上昇すると、入手可能なすべての有機相を抽出することが可能であると期待される。これは加圧−濾過組合せ装置によっても達成できる。

解乳化に使用した幾つかのpolyHIPE片を漏斗から取り出し、そしてエタノール続いて水で洗浄した。乾燥後、それらをSEMにより分析し、そして典型的な顕微鏡写真を図６に示す。図３の顕微鏡写真により示される沈積と比較して、図６の顕微鏡写真に示されるpolyHIPEの気泡中にはほんのわずかな沈積しかない。これは適当で廉価な溶媒洗浄手順により、polyHIPEを再生することが可能であることを示している。次いで固体も適当な方法により洗浄液体から分離することができる。

1000μm±250μmサイズの粒子に切断したpolyHIPEの剛性な親水性スルホン化ナトリウム塩を用いた試験管解乳化試験では、親水性polyHIPEがIFCを成功裏に分解できたことが証明された。しかし疎水性polyHIPEとは対照的に、より少量のpolyHIPE材料を使用するほど分離は良好であった。polyHIPEの0.03ｇのスルホン化ナトリウム塩と混合した18mlのIFCを用いた特定の試験について、３相の容積、すなわち水性、有機および固体（polyHIPEおよび吸着した材料）はそれぞれ9.5ml（53％）、1.5ml（８％）および7ml（39％）と測定された。これは未処理polyHIPEおよび0.45μmの細孔サイズの膜の分離性能と比較して、図５に概略的に示す。分離した時、沈殿物の中には水性相中に生じるpolyHIPEの粉末が見られた。これらの沈殿物は主に管の底に位置したが、中には水性相中に懸濁したままのものもあった。

典型的なＩＦＣを用いた試験の典型的な組から得た結果を、表５ならびに図７に示す。これは：
・0.034＜M_PHP/V_T ＜0.15については、剛性な親水性polyHIPEはすべてを吸収し、分離は起こらない。
・0.008＜M_PHP/V_T＜0.034については分離は起こらず、いくらかの遊離有機相が最上部に残る。
・M_PHP/V_T＜0.008については分離が起こる。この分離は小さい比率ほど良い。
・M_PHP/V_T＝0.001については充分な分離が起こり、そしてM_PHP/V_Tが下がるほど良くなる。とまとめられる。

水性相中の沈殿物、残るIFCおよびIFC相に位置するpolyHIPE粒子は、SEM/EDAXを使用して分析した。

図８および９はそれぞれ、沈殿物の典型的な顕微鏡写真およびEDAXスペクトルを示す。これらの顕微鏡写真は小さい粒子材料がpolyHIPEの気泡構造中にトラップされる一方、より大きな粒子は表面上に蓄積したことを示す。これらの大きな粒子は（１）polyHIPEにより吸収され、そしてpolyHIPEと共に沈殿したIFC粒子、（２）および／またはpolyHIPEには吸収されないが、polyHIPEがIFCを解乳化した時に、水性相の形成をもたらすIFC粒子であり得る。図８ａの顕微鏡写真により示される全領域のEDAXスペクトルを図９ａに与え、そしてpolyHIPE気泡中にトラップされた１つのIFC粒子のEDAXスペクトルを図９ｂに与える。これらの両方が沈殿物中のパラジウムの存在を示す。

図１０ａおよび１０ｂは、IFC中に残るpolyHIPE粒子の典型的な顕微鏡写真を示す。顕微鏡写真からはこれらのpolyHIPE粒子が極めて小さな空隙率しか持たないので、IFC固体を吸収することはできないことが分かる。水性相より軽ければ、それらは解乳化後に残るIFC相中に位置する。

残るIFC固体の幾つかの別のサンプルを水、エタノール、およびジクロロメタン続いてヘキサンで洗浄して、固体上に残り得るTBPおよびOK残渣を除去し、そして乾燥させた。これらの洗浄した残る固体は、SEM/EDAXにより、ならびにそれらのＣ、Ｈ、Ｎ、PdおよびＰ含量に関しては化学的方法により分析した。幾つかの典型的な顕微鏡写真およびＸ-線スペクトルを、水で洗浄したサンプルについて図１１ａおよび１２ａに、エタノールで洗浄したサンプルについては図１１ｂおよび１２ｂに、そしてジクロロメタンおよびヘキサンで洗浄したサンプルについては図１１ｃおよび１２ｃに与える。これら同じサンプルに関する化学的分析を表６に与え、ならびに図１３に示す。元のIFCに関しては顕微鏡写真は残るIFC固体が鋭い縁のディスク−形状の粒子状態であることも示す。これらの粒子は個々の粒子として、かつ／または凝集物を形成するかのいずれかでここでも大量に残る。図１２のEDAXスペクトルは、残るIFC中のパラジウムの存在を示す。

変性していないpolyHIPEおよびpolyHIPEのスルホン化ナトリウム塩の両方、ならびにこの２つの組み合わせを使用することにより、第１の解乳化試験から残るIFCの解乳化を調査するために幾つかの詳細な解乳化試験を行った。これらの試験では両種類のIFCならびにpolyHIPE質量／IFC容積の比率を変えた。変性していないpolyHIPEはさらなる解乳化を引き起こさず、そしてpolyHIPE自体はいかなる変化も受けなかったことが観察された。一方polyHIPEのスルホン化ナトリウム塩は、さらに相の分離を引き起こすことなく残るIFCを吸収するように思われた。
第１の解乳化とは対照的に、polyHIPEのスルホン化ナトリウム塩の粒子の色は、IFCが暗い茶一黒色になるように変化した。これらのpolyHIPE粒子のスルホン化ナトリウム塩を、SEM/EDAXを使用することにより分析した。図１４はこれらpolyHIPE粒子のスルホン化ナトリウム塩の典型的な顕微鏡写真を示す。これらpolyHIPE粒子のスルホン化ナトリウム塩の気泡壁および細孔は、最初に吸収されたものよりも小さく見える極めて微小のIFC固体がひどく張り付いていた。さらにこれら粒子はより丸く、おそらく無定形の有機物の存在を示している。これらの結果は、IFCを安定化する特定の作用剤のみを除くことによりpolyHIPEが部分的にIFCを解乳化することができることを示す。polyHIPEのスルホン化ナトリウム塩による最初の部分的解乳化後に残るIFCの解乳化のために、他の手段が開発されなければならないかもしない。

IFCからの幾つかの極めて微細な粒子が、再一解乳化後の有機相内のpolyHIPE層の最上部に残った。これらの微細な粒子は管をわずかに動かすことにより溶媒相に容易に分散した。それらはまた、SEM/EDAXを使用して分析し、そして典型的な顕微鏡写真およびEDAXスペクトルをそれぞれ図１５および１６に示す。ここで顕微鏡写真では、元のIFC粒子のディスク−状形状が観察されず、そして微細なIFC粒子が丸い縁をもつ大きな粒子に凝集することが示される。図１６ａはPdに比べて高められたＰピークを示す。図１６ｂは注目すべき低いPdおよびＰピークを示すが、顕著なナトリウムピークはこれが主な有機材料であることを示す。図１５ａの顕微鏡写真全領域のEDAXスペクトル（すなわち図１６ａ）は大量のパラジウムの存在を示し、一方同じ顕微鏡写真の明るい領域のスペクトル（すなわち１６ｂ）は、極めて少ないパラジウムを示す。顕微鏡写真の暗い領域のスペクトルも大量のパラジウムを示したが、全領域よりは少ないナトリウムを示した。これおよび明るい白色は、IFCが分解産物のパラジウム錯体から形成されるだけでなく、他の成分を含むことを示す。したがってIFC中の固体は実際には有機物質の存在により２種類に分別され得る。

polyHIPEのスルホン化ナトリウム塩の粒子サイズが解乳化に及ぼす効果を、M_pHP/V_T=2.34mg/リットルについて調査した。結果を表７に示す。

より大きな粒子がより小さい粒子よりもわずかに良く機能すると思われる。水性相中の沈殿物の量は、調査したすべてのpolyHIPE粒子について同じサイズと思われ、そしてそれらは同じ外観を有した。沈殿物の総量および懸濁した沈殿物の量は、粒子サイズが下がると少なくなった。この考察は沈殿物がpolyHIPE粒子だけではなく、むしろpolyHIPE粒子と解乳化の固体生成物との混合物であるかもしれないことを示唆した。これは上記と同量のpolyHIPE粒子を水性（15ml)および有機相(15ml)のみの混合物と混合することにより確認した。polyHIPE粒子が管中の液体と接触するとすぐに、内部ストレスを誘導する示差膨張の結果としてより一層小さい粒子に砕けることが観察された。これらのpolyHIPE粒子および解乳化後に沈殿したものは同じ外観を有し、沈殿物がpolyHIPE粒子であったことを示した。解乳化後の沈殿物とは対照的に、ここでのより小さい粒子は、水性相の最上部に位置した。解乳化後に粒子が管の底へ沈殿する理由は、粒子がそれらの気泡構造中でIFC固体と結合する時、より重くなるからである。

polyHIPEのスルホン化度はその親水性を表す。スルホン化度が解乳化に及ぼす効果を、IFCの種類およびM_PHP/V_T（グラム／リットルで）の比率を変動させて、1000±250μmサイズのpolyHIPE粒子のスルホン化ナトリウム塩を用いて調査した。典型的な種類のIFCに関する結果を表８に示す。スルホン化度は解乳化に重要であり、そして解乳化の性能は解乳化能がスルホン化度を上げても変化せずに留まる特定の点を越えるまでスルホン化度を上げることにより上昇すると思われる。このデータは図１７のグラフに示す（三角記号）。スルホン化度の効果に関するさらに幾つかの試験を異なる種類のIFCおよびM_PHP/V_Tを変動して行った。結果を表９および１０に与え、ならびに図１７に示す。一定のスルホン化度のスルホン化polyHIPEの解乳化能は、IFCの種類に依存して変動すると思われる。スルホン化度が大きくなるとpolyHIPEはより親水性となり、そしてその気泡構造内により大容積の水性相を保持する。すなわち実質的により少量の遊離水性相が分離し、そして分離能はM_PHP/V_Tの比率が上昇するほど低下する。

解乳化に及ぼすスルホン化polyHIPEの中和効果を、1000±250μmサイズのpolyHIPE粒子のスルホン化ナトリウム塩およびM_S-PHP-Na／V_T=mg／リットルを用いて異なるスルホン化度について調査した。結果を表１１に示す。中和の効果はこの表における解乳化容量（Ｄ）の値を表８のスルホン化polyHIPEの値と比較することにより評価することができる。これらの表の精査により、中和がスルホン化polyHIPEの解乳化性能に有意な影響を及ぼさないことが示される。

最初の混合から後の混合までに経過した時間の効果を、この期間中にpolyHIPEのスルホン化ナトリウム塩の質量（M_PHP）を変動させて調査した。結果を図１８に示す。図から最初にM_PHP＝0.03ｇでは分離が起こらないが、時間が経過するとすべての中で最も高い分離を生じる。0.1＞M_PHP＞0.03では、初期に分離した水性相の容積はM_PHPではあまり変化しない。これはその定義により（上記の式を参照にされたい）、分離容量がより少ないM_PHPでより高いことを意味する。25日後、後の振盪は各質量のpolyHIPEについて分離した水性相の容積に有意な変化を引き起こさないと思われる。上記のpolyHIPEのスルホン化ナトリウム塩の解乳化性能は、非−スルホン化PHPの場合のようにIFCの種類に依存して変化するだけでなく（図１７）、最初の混合後に経過した時間にも依存することが観察された（図１８）。早い分離を必要とする場合、図１９に示すようにより高いスルホン化度（40〜80％）の少量のpolyHIPEのスルホン化ナトリウム塩がより良く機能すると思われる。しかし分離時間を問題にしない場合、より良い分離性能は少ないスルホン化度のpolyHIPEのスルホン化ナトリウム塩とIFCとの混合物をより長時間静置することにより達成され得る。これらの結果は最大の分離性能に重要な因子が、（i）IFCの性質、（ii）スルホン化度、（iii）polyHIPEのスルホン化ナトリウム塩の質量、および（iv）polyHIPEのスルホン化ナトリウム塩とIFCの最初の接触から経過した時間であることを示す。これらの因子は分離に相互に作用しながら影響することに注目されたい；すなわちそれらは相互依存性である。

剛性な親水性および剛性な疎水性polyHIPEの混合物が解乳化容量に及ぼす効果を、剛性な疎水性polyHIPEの質量を変動させながら（０〜1.06ｇ）、質量を固定したpolyHIPEのスルホン化ナトリウム塩（0.06ｇ）について調査した。結果を図２０に示す。第１週については、疎水性polyHIPEの添加が分離性能をわずかに下げる。しかしさらに時間が経過すると、1.06ｇの疎水性polyHIPEの添加については、分離がその第１日目の分離ならびに疎水性polyHIPEの無添加の場合と比べて劇的に低下する（93％）。分離におけるわずかな改良（11％）は、疎水性polyHIPEの無添加の場合に対して0.3ｇの疎水性PHPの添加で３週目に観察される。この結果はバッチ様式の解乳化において、剛性な親水性および剛性な疎水性polyHIPEの混合物は分離性能において有意な改良を引き起こさないが、剛性な疎水性polyHIPEの質量が特定の限界を越えると劇的な低下をもたらし得ることを示す。

調製した弾性PHPは主に疎水性で、そしてわずかに親水性の表面特性を示す。
弾性PHPを用いては２、３の試験を行っただけである。結果は弾性PHPがわずか16.7mg/mlのM_PHP/V_T値について解乳化容量Ｄ＝10ml/グラムを与えることができたことを示し、これは剛性な疎水性PHP(M_PHP/V_T=83mg/mlについてＤ＝0.04ml/g）の解乳化容量よりもはるかに良い。しかし弾性PHPの性能は、わずか1mg/mlのM_PHP/V_T値について解乳化容量Ｄ＝533ml/gを与える親水性PHPよりも悪かった。
これは弾性PHPの親水性が元の剛性PHPよりも高いが、スルホン化した剛性PHPよりも小さいという事実によると考えられる。

弾性polyHIPE粒子を、60℃のオーブン中で濃硫酸（98容積％）中に一晩維持した。それらを洗浄して酸を除き、そしてIFCの解乳化に使用し、これは元と同じ解乳化容量を与えた（上記段落を参照されたい）。この硫酸処理した弾性polyHIPEを次いで室温で一晩、２M NaOHに維持した。それらはまた、それらの解乳化容量についても試験した。結果はそれらがM_PHP/V_T=16.7mg/mlについてＤ＝1ml/gの解乳化容量を与えることができたことを示し、これは元の弾性polyHIPEおよびそのスルホン化形態の解乳化容量より10倍小さかった。

異なる方法による連続様式の解乳化について、疎水性polyHIPE粒子を使用することにより幾つかの簡単な試験を行った：（ｉ）polyHIPEの充填床にIFCをぜん動ポンプを用いて通す；および（ii）分液漏斗申にpolyHIPEを充填した床の最上面にIFCを加え、そして比較的低い真空下で排水させる。両方法は水性相の分離を引き起こすには効果的であると思われた。しかしpolyHIPEの疎水性の表面特性によりそれほど多くの溶媒相は分離しなかった。分液漏斗を用いた典型的な試験については、IFC中に存在するすべての水性相の84％を分離することが可能であったが、溶媒相中の水性相はわずか18％であった。

分解した溶媒相ならびに消費した水性相の処理を、試験管を使用してバッチ様式で試みた。多数のイオン交換樹脂ならびに異なる種類のpolyHIPEを含む数種の吸着体を試験した。得られた結果を表２にまとめる。表２に与える結果は、物理的考察を網羅するだけである。イオン交換樹脂の中には（Amberlite IRC-718、Amberlite IRA-900）、分解した溶媒相および消費された水性相中の両方に優れた脱色を生じるものもあった。幾つかの典型的な結果を図２１に示す。これらサンプルのEDAXおよび化学的分析では、PdおよびPが溶媒および水性相の両方でこれらの樹脂により劇的に低下したことを示した。イオン交換樹脂は分解した溶媒相および消費された水性相の両方の処理に有望であると思われる。

Claims

油／水型エマルジョンを、重合した高内部相エマルジョン(polyHIPE)材料と接触させることからなる、油／水型エマルジョンの解乳化方法であって、該PolyHIPE材料は気孔容積が最高９８％で孔サイズ（Ｄ）が０．５μｍ≦Ｄ≦５００μｍの範囲である微細孔質性の高い気孔性構造を有する粉末または粒子であり、１キログラムの該油／水型エマルジョンあたり０．０５ｇ〜５ｇの該PolyHIPE材料を接触させることを特徴とする方法。
油／水型エマルジョンを解乳化するための重合化した高内部相エマルジョン(polyHIPE)材料の使用であって、該油／水型エマルジョンを該PolyHIPE材料と接触させることからなり、該PolyHIPE材料は気孔容積が最高９８％で孔サイズ（Ｄ）が０．５μｍ≦Ｄ≦５００μｍの範囲である微細孔質性の高い気孔性構造を有する粉末または粒子であり、１キログラムの該油／水型エマルジョンあたり０．０５ｇ〜５ｇの該PolyHIPE材料を接触させることを特徴とする使用。
油／水型エマルジョンを、重合した高内部相エマルジョン(polyHIPE)材料と接触させ、そして：電場の適用、熱の適用、圧力の適用、流れが誘導する転相、遠心分離および回転面を横断する通過から成る群から選択される少なくとも１つのさらなる処理に供する、請求項１に記載の油／水型エマルジョンの連続的な解乳化方法。
請求項１に記載の油／水型エマルジョンの解乳化方法であって：
i）エマルジョンを回転表面反応槽の回転面に供給し；
ii）連続的に流動している薄いフィルムとして溶液を回転面に広げるのに十分な速度で回転面が回転するように、回転表面反応槽を操作し；
iii）エマルジョンを解乳化させるように、回転面上のエマルジョンを、重合した高内部
相エマルジョン(polyHIPE)材料と接触させる、
工程を含んで成る方法。
油／水型エマルジョンが原油エマルジョンである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法または使用。
油／水型エマルジョンが界面クラド（IFC）である、請求項１ないし
４のいずれか１項に記載の方法または使用。
polyHIPE材料が硬質polyHIPE材料である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法または使用。
polyHIPE材料が弾性polyHIPE材料である、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法または使用。
polyHIPE材料が疎水性polyHIPE材料である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法または使用。
polyHIPE材料が親水性polyHIPE材料である、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法または使用。
polyHIPE材料がスルホン化polyHIPE材料である、請求項１０に記載の方法または使用。
polyHIPE材料がpolyHIPE材料のスルホン化アルカリ塩である、請求項１１に記載の方法または使用。
polyHIPE材料がpolyHIPE材料のスルホン化ナトリウム塩である、請求項１１または１２に記載の方法または使用。
polyHIPE材料が油／水型エマルジョンの解乳化後に回収され、そして再使用される、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法または使用。