JPH0532099B2 - - Google Patents

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JPH0532099B2
JPH0532099B2 JP60100023A JP10002385A JPH0532099B2 JP H0532099 B2 JPH0532099 B2 JP H0532099B2 JP 60100023 A JP60100023 A JP 60100023A JP 10002385 A JP10002385 A JP 10002385A JP H0532099 B2 JPH0532099 B2 JP H0532099B2
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JP
Japan
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activated carbon
reaction
catalyst
sodium sulfide
sodium
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Expired - Lifetime
Application number
JP60100023A
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Japanese (ja)
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JPS61257238A (en
Inventor
Takeo Ono
Munekazu Nakamura
Yoshihiro Ooguchi
Masayuki Suzuki
Hiroichi Hara
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Mitsubishi Paper Mills Ltd
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Mitsubishi Paper Mills Ltd
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Publication of JPH0532099B2 publication Critical patent/JPH0532099B2/ja
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【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔産業上の利用分野〕 本発明は硫化ナトリウム含有水溶液を多硫化物
含有水溶液に変換するための酸化処理方法及びそ
の触媒に関するものである。 本発明は、特にパルプ製造法のクラフト法回収
工程の硫化ナトリウム含有水溶液の酸化反応処理
に利用でき優れた効果を得る。 また、クラフト法回収工程の白液、緑液、弱液
を完全に酸化し、チオ硫酸ナトリウムを含む水酸
化ナトリウム代替品製造法としても利用すること
ができる。 さらに、悪臭ガス(H2S)を発生する硫化ナト
リウムを含む各種アルカリ洗浄液を完全酸化し、
無臭化することができ、公害防止のための廃液処
理にも利用できる。 〔従来技術〕 パルプ製造法としてのクラフト法は、エネルギ
ー及び薬品の回収法が完成していること、針葉
樹、広葉樹、南方材など広範囲の樹種に通用で
き、かつ良質なパルプが生産できること、及び蒸
解時間が短いことなどから、大量生産に適した優
れた方法であることが知られている。しかし、こ
の方法にはサルフアイト法などと比べパルプ収率
が低いという不利な面がある。この理由から、ク
ラフト法に関しパルプ収率を向上させる種々な方
法が従来より検討されてきた。それらの中の一つ
の方法として、Hagglund E〔Svensk
papperstidn 49(9)191(1946)〕の研究以来多硫化
ナトリウムを用いる蒸解が、木材からのパルプ収
率を向上させることが広く知られている。この方
法は、木材中のヘミセルロース末端にあるアルデ
ヒド基を酸化し、安定化することによつて、ヘミ
セルロースのアルカリによる溶出を抑え、蒸解歩
止まりを向上させ収率を上げるものである。この
利点を利用して、多硫化物蒸解法が開発された。
しかし、この方法はナトリウムと硫黄のバランス
繊維が困難であることや、硫黄の添加量がかさ
み、加えて、硫化物による悪臭問題の解決が困難
であつたことなどから、広く採用されるにはいた
らなかつた。そのため、クラフト法においてナト
リウムと硫黄のバランスを変えないで多硫化ナト
リウムを生成する方法がその後種々検討された
(例えばUSP 3216887号、3470061号、3653824
号、特公昭53−25043号公報、特開昭56−149304
号公報等)。これらはいずれも硫化ナトリウムを
酸化する酸化剤等に関するものである。 さらにまた、上記以外で活性炭を触媒として使
用して硫化ナトリウムを酸化する方法も知られて
いる。例えば、吉田(Netsusokutei 8(1)1981、
2−5)らは、硫化ナトリウム水溶液にカーボン
ブラツクを分散して反応を行わせた結果、カーボ
ンブラツクの表面官能基が硫化ナトリウム酸化反
応の促進に関与していることを報告している。 しかし、工業的規模で使用することを考えた場
合、硫化ナトリウム含有水溶液に粉末状活性炭を
添加し、撹拌しながら空気あるいは酸素をバブリ
ングさせながら吹き込み、酸化反応を行わせる方
法は、粉末状活性炭を分離回収し、再使用するこ
とが非常に困難であり、工業的方法ということが
できない。 一方、粉末状活性炭を工業的に使用した場合の
上記欠点を取り除き、かつ硫化ナトリウムを効率
的に酸化することを目的とした方法も提案されて
いる。 即ち、触媒23巻第4号P293〜295(1981年4日
発行)には、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ
エチレン等の非水溶性物質により活性炭を疎水変
し、その疎水化活性炭を用いることにより、活性
炭の分離回収が容易になると同時にその触媒活性
も向上することが記載されている。 また、特公昭50−40395号公報によれば、炭素
あるいは活性炭をポリテトラフルオロエチレン、
ポリエチレン、ポリスチレン、弗化炭素樹脂など
の疎水性物質で部分的に疎水化処理した触媒を用
いて硫化ナトリウム、水硫化ナトリウムから多硫
化ナトリウムと水酸化ナトリウムを製造する方法
について提案されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 一般に、活性炭は高表面積を有し、耐蝕性に優
れ、かつ、電気導電性があることから、前記した
ように、従来より種々な硫化物の酸化用触媒とし
て利用されている。 ここで、硫化ナトリウム水溶液の酸化用触媒に
求められる好ましい条件を検討すると、以下の様
に考えられる。即ち、 (1) 硫化ナトリウムの酸化反応活性が大きいこ
と。 (2) 触媒表面への酸素の供給が十分確保されるこ
と。 (3) 硫化ナトリウムの酸化反応が電子の移動を伴
う酸化還元反応であるため触媒に電気伝導性が
あること。 (4) パルプ蒸解白液を処理する場合、それは強ア
ルカリ性であるため耐アルカリ性であること。 (5) 工業的な使用を考えた場合、触媒の特別な分
離、回収、再生操作を必要としないこと。 (6) 触媒の経済的入手が容易であること。 これらのうち、前記条件3,4及び6に関して
は、従来の活性炭で十分満足され、(5)に関しては
上記の疎水処理した活性炭によつてほぼ解決され
ていた。しかし、疎水処理した活性炭を酸化用触
媒として用いる場合、触媒表面の活性点への酸素
の供給が問題となる。酸素供給を円滑にすうため
には、活性炭に施す疎水処理は部分的なものでな
ければならない。一方その部分疎水処理は特殊で
あり、その部分疎水化効果を均一に発揮させ得る
かは明確でない。さらに、硫化ナトリウムの酸化
反応において、触媒上の反応表面に酸素を十分に
供給させ得る条件の下では、疎水処理は活性炭触
媒表面の活性点を疎水性物質でつぶしてしまうお
それがあり、好ましくなく、前記(1)の点について
は、かえつて阻害することになる。また、疎水化
を部分的に施す場合、疎水性物質量によつては触
媒の外表面さえも被つてしまい、活性炭の細孔内
表面が有効に利用できず、この場合には前記(2)で
示した酸素供給に問題が生ずる。 〔発明の構成〕 本発明によれば、活性炭素繊維からなる水溶液
中の硫化ナトリウムを多硫化ナトリウムに変換さ
せるための硫化ナトリウム含有水溶液の酸化処理
用触媒が提供される。 また、本発明によれば、硫化ナトリウム含有水
溶液を、活性炭素繊維の存在下、空気又は酸素と
接触させて、該水溶液中の硫化ナトリウムを多硫
化ナトリウムに変換させることを特徴とする硫化
ナトリウム含有水溶液の酸化処理方法が提供され
る。 本発明において、硫化ナトリウム含有水溶液の
酸化反応処理用触媒として用いる活性炭素繊維
は、熱硬化性のレーヨン系、PAN(ポリアクリロ
ニトリル)系、フエノール系、あるいは熱可塑性
のPVA(ポリビニルアルコール)系、ピツチ系な
ど種々な原料から製造したものを用いることがで
きる。これらの原料から製造した活性炭素繊維の
非表面積は、原料の種類や賦活の程度によつて異
なるが、反応活性点の数の面から、基本的には大
きなものほど良い。しかし、比表面積を大きくす
るために賦活の都合を大きくした活性炭素繊維は
強度が弱くなる欠点があり、本発明で使用する活
性炭素繊維の比表面積は、300〜2500m2/gの範
囲にあるものが好ましい。 なお、活性炭素繊維の比表面積は、イタリア国
カルロエルバ社製の自動気体吸着装置
Sorptomatic 1800を用いて窒素の等温吸着曲線
を測定し、Cranston−Inkly法によつて算出され
たものである。 本発明に用いる活性炭素繊維は疎水処理をほど
こしていないため、反応状態ではその外表面は硫
化ナトリウムなどの水溶液の膜で被われている。
従つて、触媒活性点への酸素の供給は外表面を被
つた被膜を通して行われる。そのため活性炭素繊
維の外表面積は大きければ大きいほど良い。ここ
で外表面積は、触媒細孔が有する内表面積を含ま
ない触媒の外形上の表面積で繊維の平均太さから
真比重を1.8g/c.c.として計算される。しかし、
外表面積を大きくするとその結果として活性炭素
繊維が細くなり、強度が小さくなるため、工業的
使用上は問題となる。従つて、本発明で使用する
活性炭素繊維の外表面積は0.1〜5m2/g程度の
範囲にあるのが好ましい。 これらの性状をもつ活性炭素繊維の形態は、チ
ヨツプ、ヤーン、フエルト、シート、クロス、マ
ツト状など、使用に応じ適宜選択する。さらに反
応器に充填して使用する場合、そのままの形で使
用することもできるが、これらを更に加工してハ
ニカム状にしたもの、フエルトを円筒状に巻いた
ものなどの形状にして、使用状況に応じた適当な
形状で使用することができる。 本発明で被処理原料として用いる硫化ナトリウ
ム含有水溶液は、硫化ナトリウムを含む各種の水
溶液であることができ、また、この水溶液は二硫
化ナトリウムや水硫化ナトリウム、炭酸塩等の他
の物質を含むことができる。このような水溶液と
しては、例えば、クラフト法回収工程の白液、緑
液、弱液等が挙げられる。 次に、本発明が対象とする硫化ナトリウム含有
水溶液の酸化反応について説明する。この場合、
主な反応は以下に示す多硫化物を生成する酸化還
元反応である主反応1と、チオ硫酸ナトリウムを
生成する副反応2及び3からなつている。 4Na2S+O2+2H2O=2Na2S2+4NaOH (1) 2Na2S+2O2+H2O=Na2S2O3+2NaOH (2) 2Na2S2+3O2=2Na2S2O3 (3) なお、上式において、多硫化ナトリウムを二硫
化ナトリウム(Na2S2)として示したが、一般に
は、Na2Sxの式で表わされ、X=2〜5の範囲
の化合物が存在するものと考えられている。 上記式からわかるように、硫化ナトリウム含有
水溶液を酸化反応処理する場合、多硫化ナトリウ
ムが生成する(1)式の反応と、チオ硫酸ナトリウム
が生成する(2)式の反応とが同時に起こる。また、
生成した多硫化ナトリウムが、更に酸化されたチ
オ硫酸ナトリウムを副生する(3)式の反応も重要で
ある。つまり、硫化ナトリウムの空気又は酸素酸
化によつて多硫化ナトリウムを得るためには、上
記三つの反応うち、(1)式の主反応を進め、(2)と(3)
式の副反応を抑制することが必要である。前記反
応式により有らかなように、硫化ナトリウムに対
する酸素の比が(2)と(3)の式の反応では大きいの
で、反応条件を適切に選ぶことにより、多硫化ナ
トリウムの選択性をある程度増加させることがで
きる。 つまり、相対的に少量の酸素の存在下で(1)式の
主反応を効率良く進めること、及び多硫化ナトリ
ウムが生成した領域では酸素が存在しない状態に
することである。流通式反応管を使用する場合、
このことは、気液の接触を効率的に行うと共に、
高活性触媒の使用によつて可能となる。 上述のことから、本発明では、硫化ナトリウム
含有水溶液と空気又は酸素を接触させる場合の接
触方式は、固定床式反応容器に活性炭素繊維触媒
を充填し、気・液を反応器上部から供給し、接触
させる並流トリクルフローとすることが好まし
い。これは、大きな外表面積を有する活性炭素繊
維触媒に薄い液膜を形成させ、総合的に酸素の供
給をスムーズに行わせるために重要である。器・
液を反応器下部から供給し、液中を空気がバブリ
ングする様な接触方式では、外表面積の大きな活
性炭素繊維を用いたとしても効率的に反応を行わ
せること困難になる。また、前記副反応3に示す
ごとく、多硫化物が酸素と容易に反応し、チオ硫
酸ナトリウムを生成することなどからも反応の後
期に酸素分圧が低くなる並流接触が向流接触より
も好ましい。 次に、活性炭素繊維触媒を充填した固定床式反
応器に、硫化ナトリウム含有水溶液を空気又は酸
素と共に上方から並流的に供給接触させて反応さ
せる場合の好適な酸化還元反応条件について以下
に述べる。 反応は、約50〜150℃の温度範囲で行われる。
クラフト法回収工程の白液及び緑液の温度は一般
に70〜100℃の範囲である。従つて、反応はその
ままの温度で行えば、反応させるために特別な加
熱や冷却を行う必要がなく経済的である。 また、反応圧力条件は、0〜10Kg/cm2・Gの範
囲が好ましい。特に本発明では酸素の供給が活性
炭素繊維触媒の繊維外表面に形成された液膜を通
して行われるため、反応圧力は高い方が好まし
い。しかし、前記に示した様に副反応2によるチ
オ硫酸ナトリウムの生成、あるいは副反応3によ
る多硫化ナトリウムの消滅反応などのために不必
要に反応圧力を高くすることは好ましくない。従
つて、上述の反応圧力条件の範囲が好ましい。 空気又は酸素/液比は、固定床式反応容器入口
基準で約5〜500Nl/lの範囲が好ましい。空気
又は酸素/液比の大小は活性炭素触媒外表面に形
成される液膜の空気(酸素)拡散抵抗の大小を左
右し、この値が大きい程酸素の供給を多くするこ
とができる。しかし、むやみに大きくすることは
副反応の進行が促進され好ましくない。 重量基準の液空間速度は5〜500Hr-1の範囲に
変化させることができる。これは触媒の活性、前
述の反応条件、及び目的とする生成物やその量に
よつて好的な条件を選定する。 〔発明の効果〕 本発明の硫化ナトリウム含有水溶液を空気又は
酸素で酸化する場合の活性炭素繊維触媒、及びそ
の使用方法が前述の従来公知の諸方法に比べて特
に優れている点は以下の通りである。 (1) 活性炭繊維を触媒として使用することによつ
て、触媒外表面積が大きくなり、触媒細孔表面
への酸素の供給が容易となつた。 (2) また、活性炭素繊維の繊維径が細いため、一
般の活性炭に存在する100〜1000Åオーダーの
二次孔、数μmオーダーの三次孔などを酸素が
拡散する必要が無くなり、酸素が活性炭本来の
数10Åオーダーの細孔に直接容易に到達できる
ようになり、その結果、反応が円滑に進行し、
かつ反応生成物も容易に離脱できるようになつ
た。 (3) 疎水処理をほどこさないことによつて活性炭
素繊維の細孔内表面を完全に反応に利用でき、
さらに疎水処理等の前処理が不要となつた。 (4) これら(1)〜(3)の理由により、触媒単位重量当
りの活性を従来より約数倍以上大きくすること
ができた(後記の表−3参照)。 (5) 活性炭素繊維自身は反応によつては変化しな
いので、従来法のキノンを安定化した酸化還元
性樹脂や二酸化マンガンの様に賦活の為の再生
処理を必要としない。 (6) 活性炭素繊維触媒を固定床式反応容器で使用
するため、粉末状活性炭やキノン類添加の場合
の様な反応物との分離操作が不必要となつた。 (7) 活性炭素繊維は成形性が良く、容易に色々な
形状に加工できるので、使用目的に合致した形
状で使用できる。 (8) 活性炭素繊維触媒は高活性なので反応容器へ
の充填密度を小さくすることができる。そのた
め反応器内の空隙部分が多くなり、気・液の流
通抵抗が小さく動力エネルギーコストが安くな
る。 (9) 加えて、クラフト法回収工程の白液、緑液に
含まれる浮遊物(以下SSとする)による反応
器内での閉塞に対しても耐性が非常に大きくな
つている。 (10) 繊維外表面積が大きいため、白液、あるいは
緑液に含まれる炭酸カルシウムや炭酸ナトリウ
ムの析出による触媒活性低下に対して耐性があ
り、かつ、酸による再生も容易となる。 (11) 活性炭素繊維は炭素からできているので化学
的に耐蝕性があり、かつ酸化還元反応に必要な
電気伝導性を有しており、本発明の使用に対し
て優れている。 (12) 活性炭素繊維が繊維の形状をもつので、破砕
炭の様に粉塵を生成する恐れが少ない。 〔実施例〕 以上本発明について説明したが、本発明を更に
詳細に説明するための実施例をもつて以下に説明
する。 実施例 1 直径26mmφ、高さ50cmのガラス製固定床方式反
応器を持つ小型流通式反応装置で各種活性炭素繊
維触媒を用いて反応試験を実施した。反応試験に
用いた調製白液組成と反応試験条件をそれぞれ表
−1及び表−2に示し、触媒活性試験結果を表−
3に示した。なお、触媒の活性は、硫化ナトリウ
ムの減少速度を二次反応として、重量基準液空間
速度で速度定数を計算して示した。また、試験し
た活性炭素繊維の比表面積及び外表面積等の性状
は表−3に示す通りである。
[Industrial Application Field] The present invention relates to an oxidation treatment method for converting a sodium sulfide-containing aqueous solution into a polysulfide-containing aqueous solution and a catalyst thereof. The present invention can be particularly applied to the oxidation reaction treatment of a sodium sulfide-containing aqueous solution in the Kraft method recovery process of pulp manufacturing, and provides excellent effects. It can also be used as a method for producing sodium hydroxide substitutes containing sodium thiosulfate by completely oxidizing white liquor, green liquor, and weak liquor from the Kraft method recovery process. Furthermore, various alkaline cleaning solutions containing sodium sulfide that generate foul-smelling gas (H 2 S) are completely oxidized,
It can be made odorless and can also be used for waste liquid treatment to prevent pollution. [Prior art] The kraft method as a pulp manufacturing method has the following advantages: it has a complete energy and chemical recovery method, it can be applied to a wide range of tree species such as softwood, hardwood, and southern wood, and it can produce high-quality pulp. It is known to be an excellent method suitable for mass production because it takes a short time. However, this method has the disadvantage that the pulp yield is lower than that of the sulfite method. For this reason, various methods for improving the pulp yield with respect to the kraft process have been investigated. As one of them, Hagglund E [Svensk]
It has been widely known since the research of Papperstidn 49(9)191 (1946) that cooking with sodium polysulfide improves the pulp yield from wood. This method oxidizes and stabilizes the aldehyde groups at the ends of hemicellulose in wood, thereby suppressing the elution of hemicellulose by alkali, improving the cooking yield, and increasing the yield. Taking advantage of this advantage, polysulfide cooking methods were developed.
However, this method was not widely adopted because it was difficult to create fibers with a balance of sodium and sulfur, the amount of sulfur added was large, and it was difficult to solve the problem of bad odors caused by sulfides. I didn't need it. Therefore, various methods of producing sodium polysulfide without changing the balance of sodium and sulfur using the Kraft method were subsequently investigated (for example, USP Nos. 3216887, 3470061, 3653824).
No., Special Publication No. 53-25043, Japanese Patent Publication No. 56-149304
Publications, etc.). These all relate to oxidizing agents that oxidize sodium sulfide. Furthermore, methods other than those described above are also known in which sodium sulfide is oxidized using activated carbon as a catalyst. For example, Yoshida (Netsusokutei 8(1)1981,
2-5) reported that the surface functional groups of carbon black were involved in promoting the sodium sulfide oxidation reaction as a result of dispersing carbon black in an aqueous sodium sulfide solution and causing a reaction. However, when considering use on an industrial scale, the method of adding powdered activated carbon to a sodium sulfide-containing aqueous solution and blowing air or oxygen into it while stirring to cause an oxidation reaction is the most effective method. It is very difficult to separate, recover, and reuse it, and it cannot be called an industrial method. On the other hand, a method has also been proposed that aims to eliminate the above-mentioned drawbacks when powdered activated carbon is used industrially and to efficiently oxidize sodium sulfide. That is, in Catalyst Vol. 23, No. 4, P293-295 (published on 4th, 1981), activated carbon is hydrophobically modified with a water-insoluble substance such as polytetrafluoroethylene or polyethylene, and the hydrophobized activated carbon is used to produce activated carbon. It is described that the separation and recovery of the compound becomes easier, and at the same time, the catalytic activity of the compound is improved. Furthermore, according to Japanese Patent Publication No. 50-40395, carbon or activated carbon can be used as polytetrafluoroethylene,
A method has been proposed for producing sodium polysulfide and sodium hydroxide from sodium sulfide and sodium hydrosulfide using a catalyst that has been partially hydrophobized with a hydrophobic substance such as polyethylene, polystyrene, or fluorocarbon resin. [Problems to be Solved by the Invention] In general, activated carbon has a high surface area, excellent corrosion resistance, and electrical conductivity. It is used as. Here, when considering the preferable conditions required for a catalyst for oxidizing an aqueous sodium sulfide solution, the following can be considered. That is, (1) the oxidation reaction activity of sodium sulfide is high; (2) Ensuring sufficient supply of oxygen to the catalyst surface. (3) The catalyst has electrical conductivity because the oxidation reaction of sodium sulfide is a redox reaction that involves the transfer of electrons. (4) When processing pulp cooking white liquor, it must be alkaline resistant as it is strongly alkaline. (5) When considering industrial use, special separation, recovery, and regeneration operations of the catalyst are not required. (6) The catalyst is easily economically available. Among these conditions, conditions 3, 4, and 6 are fully satisfied by conventional activated carbon, and condition (5) is almost solved by the hydrophobically treated activated carbon. However, when hydrophobically treated activated carbon is used as an oxidation catalyst, supply of oxygen to the active sites on the catalyst surface becomes a problem. In order to ensure smooth oxygen supply, the hydrophobic treatment applied to activated carbon must be only partial. On the other hand, the partial hydrophobization treatment is special, and it is not clear whether the partial hydrophobization effect can be uniformly exhibited. Furthermore, in the oxidation reaction of sodium sulfide, under conditions that allow a sufficient supply of oxygen to the reaction surface on the catalyst, hydrophobic treatment is undesirable because it may crush the active sites on the activated carbon catalyst surface with hydrophobic substances. , regarding point (1) above, it would actually be a hindrance. Furthermore, when hydrophobization is applied partially, depending on the amount of hydrophobic substances, even the outer surface of the catalyst may be covered, making it impossible to effectively utilize the inner surface of the pores of the activated carbon. A problem occurs with the oxygen supply shown in . [Configuration of the Invention] According to the present invention, there is provided a catalyst for oxidizing a sodium sulfide-containing aqueous solution for converting sodium sulfide in an aqueous solution made of activated carbon fibers into sodium polysulfide. Further, according to the present invention, the sodium sulfide-containing aqueous solution is brought into contact with air or oxygen in the presence of activated carbon fibers to convert the sodium sulfide in the aqueous solution into sodium polysulfide. A method for oxidizing an aqueous solution is provided. In the present invention, the activated carbon fiber used as a catalyst for the oxidation reaction treatment of an aqueous solution containing sodium sulfide is thermosetting rayon-based, PAN (polyacrylonitrile)-based, phenol-based, thermoplastic PVA (polyvinyl alcohol)-based, or pitch-based. It is possible to use products manufactured from various raw materials such as The non-surface area of activated carbon fibers produced from these raw materials varies depending on the type of raw material and the degree of activation, but from the standpoint of the number of reactive active sites, basically the larger the better. However, activated carbon fibers that have been activated in order to increase their specific surface area have the disadvantage of weak strength, and the specific surface area of the activated carbon fibers used in the present invention is in the range of 300 to 2500 m 2 /g. Preferably. The specific surface area of the activated carbon fiber was measured using an automatic gas adsorption device manufactured by Carlo Erba, Italy.
The nitrogen isothermal adsorption curve was measured using Sorptomatic 1800 and calculated by the Cranston-Inkly method. Since the activated carbon fiber used in the present invention has not been subjected to hydrophobic treatment, its outer surface is covered with a film of an aqueous solution such as sodium sulfide in a reaction state.
Therefore, oxygen is supplied to the catalyst active sites through the coating covering the outer surface. Therefore, the larger the outer surface area of the activated carbon fiber, the better. Here, the outer surface area is the surface area on the outer shape of the catalyst, excluding the inner surface area of the catalyst pores, and is calculated from the average thickness of the fibers with a true specific gravity of 1.8 g/cc. but,
Increasing the outer surface area results in activated carbon fibers becoming thinner and less strong, which poses a problem in industrial use. Therefore, the outer surface area of the activated carbon fiber used in the present invention is preferably in the range of about 0.1 to 5 m 2 /g. The form of the activated carbon fiber having these properties is appropriately selected depending on the use, such as chop, yarn, felt, sheet, cloth, mat, etc. Furthermore, when filling a reactor and using it, it can be used as is, but it can be further processed into a honeycomb shape, felt wrapped into a cylindrical shape, etc. It can be used in any suitable shape. The sodium sulfide-containing aqueous solution used as the raw material to be treated in the present invention can be any of various aqueous solutions containing sodium sulfide, and may also contain other substances such as sodium disulfide, sodium hydrosulfide, and carbonates. I can do it. Examples of such aqueous solutions include white liquor, green liquor, and weak liquor from the Kraft method recovery process. Next, the oxidation reaction of a sodium sulfide-containing aqueous solution, which is the object of the present invention, will be explained. in this case,
The main reactions consist of main reaction 1, which is an oxidation-reduction reaction that produces polysulfides, and side reactions 2 and 3, which produce sodium thiosulfate. 4Na 2 S+O 2 +2H 2 O=2Na 2 S 2 +4NaOH (1) 2Na 2 S+2O 2 +H 2 O=Na 2 S 2 O 3 +2NaOH (2) 2Na 2 S 2 +3O 2 =2Na 2 S 2 O 3 (3) In addition, in the above formula, sodium polysulfide is shown as sodium disulfide (Na 2 S 2 ), but in general, it is represented by the formula Na 2 Sx, and compounds in which X = 2 to 5 exist. It is believed that. As can be seen from the above equation, when a sodium sulfide-containing aqueous solution is subjected to an oxidation reaction, the reaction of equation (1) in which sodium polysulfide is produced and the reaction of equation (2) in which sodium thiosulfate is produced occur simultaneously. Also,
Also important is the reaction of formula (3) in which the produced sodium polysulfide further produces oxidized sodium thiosulfate as a by-product. In other words, in order to obtain sodium polysulfide by oxidizing sodium sulfide with air or oxygen, proceed with the main reaction of equation (1) among the three reactions above, and then proceed with the main reaction of equation (1) and
It is necessary to suppress side reactions of the formula. As is clear from the above reaction equation, the ratio of oxygen to sodium sulfide is large in the reactions of equations (2) and (3), so by appropriately selecting the reaction conditions, the selectivity of sodium polysulfide can be increased to some extent. can be done. In other words, the main reaction of formula (1) must proceed efficiently in the presence of a relatively small amount of oxygen, and the region where sodium polysulfide is produced must be free of oxygen. When using a flow-through reaction tube,
This allows for efficient gas-liquid contact, as well as
This is made possible by the use of highly active catalysts. From the above, in the present invention, the contact method when bringing an aqueous solution containing sodium sulfide into contact with air or oxygen is to fill a fixed bed reaction vessel with an activated carbon fiber catalyst and supply gas/liquid from the top of the reactor. , it is preferable to use a cocurrent trickle flow of contact. This is important in order to form a thin liquid film on the activated carbon fiber catalyst having a large external surface area and to ensure smooth supply of oxygen overall. vessel·
In a contact method in which the liquid is supplied from the bottom of the reactor and air is bubbled through the liquid, it is difficult to carry out the reaction efficiently even if activated carbon fibers with a large external surface area are used. In addition, as shown in Side Reaction 3 above, polysulfides easily react with oxygen to produce sodium thiosulfate, so co-current contact, in which the oxygen partial pressure is lower in the later stages of the reaction, is more effective than counter-current contact. preferable. Next, the preferred redox reaction conditions are described below when a sodium sulfide-containing aqueous solution is fed cocurrently with air or oxygen from above into a fixed bed reactor filled with an activated carbon fiber catalyst. . The reaction is carried out at a temperature range of about 50-150°C.
The temperature of the white liquor and green liquor in the Kraft recovery process generally ranges from 70 to 100°C. Therefore, if the reaction is carried out at the same temperature, there is no need for special heating or cooling for the reaction, which is economical. Moreover, the reaction pressure condition is preferably in the range of 0 to 10 kg/cm 2 ·G. In particular, in the present invention, since oxygen is supplied through the liquid film formed on the outer surface of the fibers of the activated carbon fiber catalyst, the reaction pressure is preferably higher. However, as shown above, it is not preferable to unnecessarily increase the reaction pressure due to the production of sodium thiosulfate in side reaction 2 or the disappearance reaction of sodium polysulfide in side reaction 3. Therefore, the range of reaction pressure conditions described above is preferred. The air or oxygen/liquid ratio is preferably in the range of about 5 to 500 Nl/l based on the fixed bed reactor inlet. The air or oxygen/liquid ratio determines the air (oxygen) diffusion resistance of the liquid film formed on the outer surface of the activated carbon catalyst, and the larger this value, the more oxygen can be supplied. However, unnecessarily increasing the size promotes the progress of side reactions, which is not preferable. The liquid hourly space velocity on a weight basis can be varied in the range of 5 to 500 Hr -1 . Advantageous conditions are selected depending on the activity of the catalyst, the above-mentioned reaction conditions, and the desired product and its amount. [Effects of the Invention] The activated carbon fiber catalyst of the present invention for oxidizing a sodium sulfide-containing aqueous solution with air or oxygen and its method of use are particularly superior to the previously known methods described above as follows. It is. (1) By using activated carbon fibers as a catalyst, the external surface area of the catalyst was increased, making it easier to supply oxygen to the surface of the catalyst pores. (2) In addition, since the fiber diameter of activated carbon fibers is small, there is no need for oxygen to diffuse through secondary pores on the order of 100 to 1000 Å and tertiary pores on the order of several μm that exist in general activated carbon. This allows direct and easy access to pores on the order of 10 Å, and as a result, the reaction proceeds smoothly.
Moreover, the reaction products can now be easily separated. (3) By not applying hydrophobic treatment, the inner surface of the pores of the activated carbon fiber can be completely utilized for the reaction.
Furthermore, pretreatment such as hydrophobic treatment is no longer necessary. (4) For these reasons (1) to (3), the activity per unit weight of the catalyst could be increased by several times or more than that of the conventional catalyst (see Table 3 below). (5) Since the activated carbon fiber itself does not change due to the reaction, there is no need for regeneration treatment for activation as in the case of conventional quinone-stabilized redox resins or manganese dioxide. (6) Since the activated carbon fiber catalyst is used in a fixed bed type reaction vessel, there is no need for separation operations from reactants as in the case of adding powdered activated carbon or quinones. (7) Activated carbon fibers have good moldability and can be easily processed into various shapes, so they can be used in shapes that match the purpose of use. (8) Since the activated carbon fiber catalyst is highly active, the packing density in the reaction vessel can be reduced. Therefore, the number of voids in the reactor increases, the flow resistance of gas and liquid is small, and the power energy cost is reduced. (9) In addition, it is extremely resistant to clogging in the reactor due to suspended solids (hereinafter referred to as SS) contained in the white liquor and green liquor during the Kraft method recovery process. (10) Since the outer surface area of the fibers is large, it is resistant to a decrease in catalytic activity due to the precipitation of calcium carbonate and sodium carbonate contained in white liquor or green liquor, and is also easily regenerated by acid. (11) Since activated carbon fibers are made of carbon, they are chemically resistant to corrosion and have electrical conductivity necessary for redox reactions, making them excellent for use in the present invention. (12) Since activated carbon fiber has a fiber shape, there is less risk of generating dust like crushed charcoal. [Example] The present invention has been described above, and examples for explaining the present invention in further detail will be described below. Example 1 Reaction tests were carried out using various activated carbon fiber catalysts in a small flow reactor having a glass fixed bed reactor with a diameter of 26 mmφ and a height of 50 cm. The prepared white liquor composition and reaction test conditions used in the reaction test are shown in Table-1 and Table-2, respectively, and the catalyst activity test results are shown in Table-2.
Shown in 3. The activity of the catalyst was shown by calculating the rate constant using the weight-based liquid space velocity, with the rate of decrease in sodium sulfide as a secondary reaction. Further, the properties of the tested activated carbon fibers, such as specific surface area and outer surface area, are as shown in Table 3.

【表】【table】

【表】 比較例 1 実施例1と同様にして、PAN系の炭素繊維
(活性化されていない)について反応試験を実施
し、その結果を表−3に示した。 比較例 2 日本カーボン(株)製平均粒子径2.9mmφ粒子活性
炭1Kgに、ポリテトラフルオロエチレン60g含む
エマルジヨン溶液500gを粒状活性炭を撹拌しな
がら混合し含浸した。その後、熱風乾燥機に入
れ、190℃の乾燥温度で水分を乾燥した。この乾
燥品を疎水処理した粒状活性炭触媒として使用
し、実施例1と同じ条件で性能を試験し、その試
験結果を同じく表−3に示した。
[Table] Comparative Example 1 A reaction test was conducted on PAN-based carbon fiber (not activated) in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table-3. Comparative Example 2 500 g of an emulsion solution containing 60 g of polytetrafluoroethylene was mixed and impregnated with 1 kg of activated carbon particles having an average particle diameter of 2.9 mmφ manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd. while stirring the granular activated carbon. After that, it was placed in a hot air dryer and the moisture was dried at a drying temperature of 190°C. This dried product was used as a hydrophobically treated granular activated carbon catalyst, and its performance was tested under the same conditions as in Example 1. The test results are also shown in Table 3.

【表】 前記表−3に示した実施例1及び比較例1と2
の結果から、本発明の活性炭素繊維が従来公知の
疎水処理粒状活性炭触媒、及び同様な形状を有す
る炭素繊維に比べ、触媒活性が著しく優れ、か
つ、本発明の目的とする多硫化物をも効率よく生
成していることがわかり、優れた硫化ナトリウム
酸化反応用触媒といえる。 実施例 2 実施例1の実験No.4で示した活性炭繊維触媒を
用い、各種反応条件での活性を試験した。反応試
験は直径1.25インチ、長さ50cmのステンレス製固
定床反応容器を持つ小型流通式反応装置を用い
て、表−4に示す工場実白液と空気を並流で、ト
リクルフローとして接触させ、各種反応条件での
触媒活性を試験した。その試験結果を表−5にま
とめて示した。なお、活性炭素繊維触媒の反応容
器内への充填量は4.7gであつた。 表−4 (工業実白液組成) Na2S(g/、Na2O換算): 31.4 NaOH(g/、Na2O換算): 74.8 Na2CO3(g/、Na2O換算): 17.6 Na2S2O3(g/、S換算): 3.0 Na2S2O3(g/、S換算): 0.8 SS(wt−ppm): 140
[Table] Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 shown in Table 3 above
The results show that the activated carbon fibers of the present invention have significantly superior catalytic activity compared to conventionally known hydrophobically treated granular activated carbon catalysts and carbon fibers having a similar shape, and can also produce polysulfides, which is the object of the present invention. It was found that the product was produced efficiently, and it can be said to be an excellent catalyst for the sodium sulfide oxidation reaction. Example 2 Using the activated carbon fiber catalyst shown in Experiment No. 4 of Example 1, the activity was tested under various reaction conditions. The reaction test was carried out using a small flow reactor with a stainless steel fixed bed reaction vessel with a diameter of 1.25 inches and a length of 50 cm, in which the factory white liquid shown in Table 4 was brought into contact with air in parallel flow as a trickle flow. Catalytic activity was tested under various reaction conditions. The test results are summarized in Table-5. The amount of activated carbon fiber catalyst charged into the reaction vessel was 4.7 g. Table 4 (Composition of industrial white liquor) Na 2 S (g/, Na 2 O equivalent): 31.4 NaOH (g/, Na 2 O equivalent): 74.8 Na 2 CO 3 (g/, Na 2 O equivalent): 17.6 Na 2 S 2 O 3 (g/, S conversion): 3.0 Na 2 S 2 O 3 (g/, S conversion): 0.8 SS (wt-ppm): 140

【表】 実施例 3 表−4に示した組成の工業白液を濾過し、SS
を10wt−ppmとし、表−2の反応条件で重量基
準の液空間速度を約50とし、実施例2と同一の反
応装置を用いて1000時間の活性寿命試験を実施し
た。第1図に硫化物の生成量と諸理時間との関係
及び第2図に触媒活性と処理時間との関係をそれ
ぞれグラフとして示す。 第1図及び第2図に示した結果から、活性炭素
繊維触媒は長時間にわたり高活性が維持でき、か
つ、多硫化物も安定的に生成できることが判つ
た。また、SS分を含むにもかかわらず触媒充填
層の閉塞も見られなかつた。これらの事実より、
活性炭素繊維触媒が硫化ナトリウムの酸化反応触
媒として非常に優れており、工業触媒として極め
て有効であることがわかる。
[Table] Example 3 Industrial white liquor with the composition shown in Table 4 was filtered and SS
was set at 10 wt-ppm, the weight-based liquid hourly space velocity was set at about 50 under the reaction conditions shown in Table 2, and a 1000-hour active life test was conducted using the same reaction apparatus as in Example 2. FIG. 1 shows the relationship between the amount of sulfide produced and the processing time, and FIG. 2 shows the relationship between the catalyst activity and the treatment time as graphs. From the results shown in FIGS. 1 and 2, it was found that the activated carbon fiber catalyst can maintain high activity over a long period of time and can also stably generate polysulfides. Furthermore, no clogging of the catalyst packed bed was observed despite the presence of SS content. From these facts,
It can be seen that the activated carbon fiber catalyst is an excellent catalyst for the oxidation reaction of sodium sulfide and is extremely effective as an industrial catalyst.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、多硫化物生成量と処理時間との関係
を示すグラフであり、第2図は触媒活性と処理時
間との関係を示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between polysulfide production amount and treatment time, and FIG. 2 is a graph showing the relationship between catalyst activity and treatment time.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 活性炭素繊維からなる水溶液中の硫化ナトリ
ウムを多硫化ナトリウムに変換させるための硫化
ナトリウム含有水溶液の酸化処理用触媒。 2 活性炭素繊維が、比表面積300〜2500m2/g
でかつ外表面積0.1〜5m2/gを有する特許請求
の範囲第1項記載の触媒。 3 硫化ナトリウム含有水溶液を、活性炭素繊維
の存在下、空気又は酸素と接触させて、該水溶液
中の硫化ナトリウムを多硫化ナトリウムに変換さ
せることを特徴とする硫化ナトリウム含有水溶液
の酸化処理方法。 4 活性炭素繊維が、比表面積300〜2500m2/g
で、かつ外表面積0.1〜5m2/gを有する特許請
求の範囲第3項記載の方法。 5 該活性炭素繊維を充填した固定床式反応器
に、該硫化ナトリウム含有水溶液と空気又は酸素
を並流で供給する特許請求の範囲第3項又は第4
項記載の方法。
[Claims] 1. A catalyst for oxidizing a sodium sulfide-containing aqueous solution for converting sodium sulfide in an aqueous solution made of activated carbon fibers into sodium polysulfide. 2 Activated carbon fiber has a specific surface area of 300 to 2500 m 2 /g
The catalyst according to claim 1, which is large in size and has an external surface area of 0.1 to 5 m 2 /g. 3. A method for oxidizing a sodium sulfide-containing aqueous solution, which comprises contacting the sodium sulfide-containing aqueous solution with air or oxygen in the presence of activated carbon fibers to convert the sodium sulfide in the aqueous solution into sodium polysulfide. 4 Activated carbon fiber has a specific surface area of 300 to 2500 m 2 /g
The method according to claim 3, wherein the method has an outer surface area of 0.1 to 5 m 2 /g. 5. Claims 3 or 4 supplying the sodium sulfide-containing aqueous solution and air or oxygen in parallel flow to the fixed bed reactor filled with the activated carbon fibers.
The method described in section.
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