明 細 書 Specification
生ゴミ及び廃材の資源化方法 技術分野 Method of recycling garbage and waste materials
この発明は、 水熱反応(高温高圧の水の存在のもとに行われる物質の合成及び 結晶育成方法)を用いて、 家庭、 食品産業、 農業畜産から排出される生ゴミ、 廃 材、 紙くず、 古紙、繊維化学製品等のセルロース又はグルコースを含む廃棄物か らダルコン酸等の有機物を製造する生ゴミ及び廃材の資源化方法及び、 それによ リ製造された有機物の使用方法に関する。 従来の技術 The present invention uses a hydrothermal reaction (a method of synthesizing and growing crystals in the presence of high-temperature, high-pressure water) to produce garbage, waste materials, and paper waste discharged from the home, food industry, and agricultural and livestock industries. The present invention relates to a method for recycling garbage and waste materials for producing organic matter such as dalconic acid from waste containing cellulose or glucose such as waste paper and fiber chemical products, and a method for using the organic matter produced thereby. Conventional technology
現在、 家庭、食品産業、 農業畜産から排出される生ゴミ、 でんぷん、 糖類、 木 材などの廃材、 紙くず、 古紙、 繊維、 化学繊維等の廃棄物は、主として、焼却、 埋 め立て処理が行われている。 しかしながら、 焼却処理を行うと大型の設備が必要 で、 更にはダイォキシンなどの環境汚染物質や悪臭が発生するという問題があリ、 生ゴミの埋め立て処理を行うには埋め立て地不足の問題がある。 また、 場合によ つては、 そのまま廃棄せず、 コンポストとしてリサイクルする方法も提案されて いるが、 生ゴミを堆肥としてリサイクルする方法は、 処理に時間がかかり、 堆肥 の需要と処理すべき生ゴミ量のアンバランスのために、 資源の再資源化の観点か らみると有効な解決策にはなっていない。 Currently, garbage, starch, sugar, wood, and other waste materials, household waste, waste paper, waste paper, textiles, chemical fibers, and other waste from the household, food industry, and agricultural and livestock industries are mainly incinerated and landfilled. Have been done. However, incineration requires large-scale facilities, and also causes environmental pollutants such as dioxins and odors. In addition, there is a shortage of landfills for landfilling of garbage. In some cases, a method has been proposed in which compost is not directly disposed of but recycled as compost.However, the method of recycling raw garbage as compost takes a long time to process, and the demand for compost and the raw garbage to be processed Due to the imbalance in quantity, it is not an effective solution from the viewpoint of resource recycling.
一方、 ダルコン酸などの有機酸は化学、 食品業界において、 様々な有用物質の 原料として多くの需要をもち、 特に自然環境中で分解される生分解性プラスチッ クの原料として利用できるので、 その生産コストの低減が切望されている。 On the other hand, organic acids such as dalconic acid have a great demand in the chemical and food industries as a raw material for various useful substances, and can be used as a raw material for biodegradable plastics that are degraded in the natural environment. There is a strong need for cost reduction.
グルコースからのダルコン酸の工業的製造は、 従来、 発酵法により行われてい るが、 発酵法は、 発酵に約 1 2時間要し、 生産性が劣るので、 触媒存在下に酸素
で酸化して、 短時間に製造する方法が種々提案されている。 しかし、 この方法の 大部分は、 例えば、 特開昭 5 5— 7 2 3 0号、 特開昭 6 2— 2 2 8 0 9 3号、 特 開平 2— 7 2 1 3 7号、 特公平 3— 7 6 2 9 9号、 特公平 4 - 1 9 9 8 5号の各 公報に見られるごとく貴金属触媒存在下に酸素または酸素含有ガスでアル力リ水 溶液のグルコースを酸化する方法で、 4時間前後でダルコン酸を製造できる。 触媒を用いずに、 グルコースよりダルコン酸を能率よく製造できる方法も報告 されている。 この方法では、 酵素酸化触媒、 グルコース才キシダーゼとカタラー ゼとをグルコース水溶液中に添加して、 酸素または酸素含有ガスを供給しながら 前者によりグルコースのアルデヒド基をカルボキシル基に酸化し、 その酸化の際 に副生する過酸化水素を公社で分解して、 前者が参加されるのを防止し、 前者の 活性化を維持することにより、 酵素反応でダルコン酸を製造している。 The industrial production of dalconic acid from glucose has conventionally been carried out by fermentation, but fermentation requires about 12 hours for fermentation and the productivity is poor. There have been proposed various methods for oxidizing the compound in a short time. However, most of this method is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-23030, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-228103, Japanese Patent Laid-Open No. As shown in the publications of 3—7 6 29 9 and Japanese Patent Publication No. 4-199 9 85, a method of oxidizing glucose in an aqueous solution with oxygen or an oxygen-containing gas in the presence of a noble metal catalyst. Dalconic acid can be produced in about 4 hours. A method has also been reported that can efficiently produce dalconic acid from glucose without using a catalyst. In this method, an enzyme oxidation catalyst, glucose oxidase and catalase are added to an aqueous glucose solution, and the aldehyde group of glucose is oxidized to a carboxyl group by the former while supplying oxygen or an oxygen-containing gas. The public corporation decomposes hydrogen peroxide, a by-product of the process, to prevent the former from participating, and maintain the activation of the former to produce dalconic acid by an enzymatic reaction.
これらの方法では、 酵素を水溶液中に直接添加して分散させた場合、 ダルコン 酸との分離が発酵法の場合のように煩雑で、 また、 カタラーゼでは複製する過酸 化水素によって失活し、 その分解が不十分なため、 反応の経過とともに過酸化水 素濃度が次第に高くなつて、 グルコース才キシダ一ゼを失活させるという問題が めった。 In these methods, when the enzyme is directly added to and dispersed in an aqueous solution, the separation from dalconic acid is complicated as in the case of the fermentation method.In addition, catalase is inactivated by replicating hydrogen peroxide, Due to insufficient decomposition, the concentration of hydrogen peroxide gradually increased over the course of the reaction, causing the problem of inactivating glucose-rich oxidase.
以上のように、 従来のグルコースからのダルコン酸の製造は、 微生物発光、 電 気化学的、 化学的および酵素的(酵素的システムはそれらの供給源である微生物 (群)から分離して用いられている)システムのいずれかとして幅広く分類され得 るプロセスを用いて実施されうる。 これらの方法の中で、 微生物発酵が恐らく最 も広く用いられてきているにもかかわらず、 微生物発酵は、 反応に時間がかかり、 また用いられる発酵微生物にとって必要な処理条件に関連する欠点を含む多くの 欠点を有しており、 その商業的応用性が制限されてきた。 As described above, conventional production of dalconic acid from glucose is based on microbial luminescence, electrochemical, chemical, and enzymatic (enzymatic systems are used by separating them from the microbe (s) that are their source. It can be implemented using processes that can be broadly classified as any of the systems. Despite the most widespread use of microbial fermentation in these methods, microbial fermentation has drawbacks associated with slow reaction times and processing conditions required for the fermenting microorganism used. It has a number of disadvantages, limiting its commercial applicability.
また、 生ごみを原料として、 乳酸ゃコハク酸などの有機酸を製造しょうとする 試みに、 特開平 1 0— 1 7 4 5 9 2に示されるような有機酸の製造方法、 特開平
1 1 - 2 85 3 9 7に示されるような有機廃棄物を原料とする乳酸の製造方法、 特開 2 0 00— 3 1 94 1 9に示されるような生ごみ処理方法に見られるような 菌体発酵を待ちいた資源方法があるが、 これらの方法でも、 製造に時間がかかり、 また大量に処理しょうとすると処理タンクが巨大になりすぎるために、 廃棄物の 資源化技術として工業化するには、 問題があった。 In an attempt to produce an organic acid such as lactic acid-succinic acid using garbage as a raw material, a method for producing an organic acid as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. A method for producing lactic acid using organic waste as a raw material as shown in 11-285397, a method for treating garbage as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-3109419 There are resource methods that have waited for cell fermentation.However, even with these methods, it takes time to manufacture, and when processing large quantities, the processing tank becomes too large. Had a problem.
一方、 湿式法の有機物の処理技術として、 湿式酸化法や超臨界水分解法、 超臨 界水酸化法などがあり、 残渣の無害化技術として、 水熱固化法などがある。 これ らの方法では、 例えば、 特開平 1 0— 0 0 80 6 5に示されるような難破碎性廃 棄物の水熱連続油化装置、 特開平 0 8— 3 3 24 7 9に示されるような有機塩素 廃棄物の分解方法、 特開平 0 6— 2 9 9 1 6 9に示されるようなプラスチックの ガス化などが開示されているが、 水熱反応を用いて、 生ごみなどの廃棄物から有 機酸を製造したという報告はなされていない。 On the other hand, there are wet oxidation methods, supercritical water decomposition methods, supercritical water oxidation methods, etc., as wet processing techniques for organic substances, and hydrothermal solidification methods, etc., as detoxification techniques for residues. In these methods, for example, an apparatus for continuous hydrothermal oiling of hard-to-break waste as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-080805, and a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-332479 is disclosed. A method for decomposing organic chlorine waste, gasification of plastic as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-29169, and the like are disclosed. There were no reports that organic acids were produced from raw materials.
また、 わら、 茎、 さとうきびの絞りかすを石灰で処理して、 牛のいに棲む微生 物を混ぜて無酸素で発酵させ酢酸、 プロピ才ン酸、 酪酸など揮発性脂肪酸のカル シゥ厶塩を製造し、 化学製品の原料として用いる試みも行われている (Chang, V.S.,Burr,B. and Hoi tzapple,M.T. , Apply. Biochem. Biotech. , 63-5, 3- 19, (1997))が、 これらの方法では、 無酸素状態にすることが困難であり、 さら に、 目的物質以外の副生成物が大量に製造されるため、 選択率に問題があり、 ェ 業化しようとすると分離生成にコストがかかるという欠点がある。 In addition, straw, stalks, sugarcane marc are treated with lime, and microbes living in cattle are mixed and fermented under oxygen-free conditions. Attempts have been made to produce and use it as a raw material for chemical products (Chang, VS, Burr, B. and Hoitzapple, MT, Apply.Biochem.Biotech., 63-5, 3-19, (1997)). However, these methods make it difficult to achieve anoxic conditions and produce a large amount of by-products other than the target substance, resulting in poor selectivity. There is a disadvantage that the production is costly.
本発明は上記に鑑み、 生ごみや廃材などの廃棄物から選択的に、 高速かつ高収 率でダルコン酸などの有機酸を製造し、 かつ製造したダルコン酸等の有機酸の有 効利用技術を提供することを目的とするものであリ、 下記の構成からなることを 特徴とするものである。 In view of the above, the present invention is a technology for selectively producing organic acids such as dalconic acid from waste such as garbage and waste materials at high speed and with high yield, and effectively utilizing the produced organic acids such as dalconic acid. The purpose of the present invention is to provide the following and is characterized by the following configuration.
発明の開示 Disclosure of the invention
すなわち、 本発明では、 生ごみや廃材などの廃棄物から、 ダルコン酸等の有機
物を製造する方法において、 炭酸カルシウムなどの無機塩を添加して、 水熱反応 を行うことにより、 原料中に含まれるセルロース、 グルコースを選択的に高速か つ高収率で分解し、 ダルコン酸等の有機酸を製造する方法を提案している。 That is, in the present invention, organic waste such as dalconic acid is removed from waste such as garbage and waste materials. In the method of manufacturing a product, dalconic acid is selectively decomposed at high speed and high yield by decomposing cellulose and glucose contained in raw materials by adding an inorganic salt such as calcium carbonate and conducting a hydrothermal reaction. And other methods for producing organic acids.
また、 本発明の要旨は、 上記方法において、 高温、高圧の水に、 塩酸などの酸 や二酸化炭素などの添加剤を添加することにより、 より高収率でダルコン酸の製 造を行うところにもある。 In addition, the gist of the present invention is that, in the above-described method, dalconic acid is produced with higher yield by adding an acid such as hydrochloric acid or an additive such as carbon dioxide to high-temperature and high-pressure water. There is also.
本発明に使用する添加剤としては、 特に限定されず、 例えば、 炭酸カルシウム、 炭酸マグネシウム、 炭酸バリウム、 炭酸ナトリウム、 酢酸カルシウム、 酢酸ナト リウ厶などの無機塩を発生する物質を用いることができる。 The additives used in the present invention are not particularly limited, and for example, substances that generate inorganic salts such as calcium carbonate, magnesium carbonate, barium carbonate, sodium carbonate, calcium acetate, and sodium acetate can be used.
また本発明に使用する水や二酸化炭素などの高圧流体、 超臨界流体、高圧ガス、 液体ならびにそれらと他の溶媒、 ガスなどの化学種としてはジメチルフオル厶ァ ミドゃテトラヒドラフランとは異なり、 環境への心配がない。 The high-pressure fluids such as water and carbon dioxide, supercritical fluids, high-pressure gases and liquids used in the present invention are different from dimethylformamide-tetrahydrafuran in chemical species such as liquids and other solvents and gases. No worries about
本発明に使用する原料としては、 特に限定されずセルロース、 グルコースの基 本骨格を含有する廃棄物を挙げることができる。 このようなものとして、 例えば、 家庭、 食品産業、 農業畜産から排出される生ごみ、 廃材、 紙くず、 古紙、 繊維、 化学製品等のセルロースまたはグルコースを含む廃棄物のうち少なくとも 1種以 上を含む物質を上げることができる。 The raw material used in the present invention is not particularly limited, and may include waste containing a basic skeleton of cellulose and glucose. This includes, for example, at least one or more of the waste containing cellulose or glucose, such as garbage, waste, waste paper, waste paper, fiber, and chemical products from the household, food industry, and agricultural and livestock. Can raise substances.
本発明の技術的特徴は、 高温、 高圧の水の高い分解性を利用する際、 炭酸カル シゥ厶などの無機塩を添加する点にあり、 これにより、 従来、 ダルコン酸等の有 機酸が製造されると考えられていなかった生ごみなどの廃棄物からダルコン酸等 の有機酸を選択的に高速かっこう収率で製造できることである。 A technical feature of the present invention is that an inorganic salt such as calcium carbonate is added when utilizing the high decomposability of high-temperature, high-pressure water, and thus, organic acids such as dalconic acid have been conventionally used. Organic acids such as dalconic acid can be selectively produced from waste such as garbage, which was not considered to be produced, at high yields.
本発明において、 水熱分解を行う場合の温度は、 3 7 3 Kから 5 2 3 . 1 5 K、 特に 4 7 8 . 1 5 Κないし 4 8 3 . 1 5 Κが、 ダルコン酸のみを効率的に製造でき る点においてこのましい。 In the present invention, the temperature for hydrothermal decomposition is from 37.3 K to 52.3.15 K, especially 47.8.15. To 48.3.15Κ. It is preferable in that it can be manufactured in a special way.
図面の簡単な説明
図 1は本発明により得られるダルコン酸の収率と炭酸カルシウムの添加量の関 係を示す図であリ、 図 2は本発明で得られるダルコン酸の収率と二酸化炭素の添 加量の関係を示す図である。 BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1 is a graph showing the relationship between the yield of dalconic acid obtained by the present invention and the amount of added calcium carbonate, and FIG. 2 is a graph showing the relationship between the yield of dalconic acid obtained by the present invention and the added amount of carbon dioxide. It is a figure showing a relation.
発明を実施するための最良の形態 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
実施例 1 Example 1
攪拌子を入れた反応容器にセルロース含有物の乾燥試料を 0 . 5 g、 添加剤と して炭酸カルシウムを入れ、 その後注射器にて蒸留水を約 3 . O g入れた。 In a reaction vessel containing a stirrer, 0.5 g of a dried sample of the cellulose-containing material and calcium carbonate as an additive were added, and then about 3.0 Og of distilled water was added with a syringe.
反応容器内を窒素置換後、 反応容器をよく振り、 実験試料に水をよく混ぜ、 反 応容器を予熱用塩浴 (低温塩浴)にいれた後、 温度が安定するまで振った。 1分経 過後、 即座に反応用塩浴 (高温塩浴)に入れ、 反応を開始させた。 なお、 この際も、 反応容器を振り続けた。 反応時間になったら取出し、 すぐに水浴に入れ急冷し、 反応を停止させた。 反応容器内部の 3 0 0 . 1 5 Kに下がったら、 反応が終了し たものとみなして反応容器を水浴から取り出した。 After the inside of the reaction vessel was replaced with nitrogen, the reaction vessel was shaken well, water was mixed well with the experimental sample, the reaction vessel was placed in a preheating salt bath (low-temperature salt bath), and then shaken until the temperature was stabilized. After 1 minute, it was immediately placed in a salt bath for reaction (high-temperature salt bath) to start the reaction. At this time, the reaction vessel was continuously shaken. When the reaction time had come, the reaction was taken out, immediately put in a water bath and rapidly cooled to stop the reaction. When the temperature dropped to 30.15 K inside the reaction vessel, the reaction was deemed to have been completed, and the reaction vessel was removed from the water bath.
ビーカーを反応容器の下に準備して、 反応容器をはずし、 内容物をビーカ一に 移しかえた。 この際、 反応容器上層部に吹き上げている反応物を回収するため、 置換用のバルブから蒸留水を流し込み、 回収した。 反応容器内に残っている固体 はミクロスパーテルを用いてビーカーの中に回収し、 蒸留水で洗浄した。 吸引瓶 中の液体をロータリーエバポレー夕にセッ卜した平底フラスコ内に流し込み、 ァ スピれ一他で減圧しながら、 3 3 3 . 1 5 Kにセッ卜した恒温水槽の中で反応液 中の水を飛ばした。 その後平底フラスコの外側はアセトンをかけて湿らせた紙で ふき、 乾燥させた後、 サンプル管に採取した。 A beaker was prepared below the reaction vessel, the reaction vessel was removed, and the contents were transferred to a beaker. At this time, distilled water was poured from a replacement valve to collect the reactant blown up to the upper part of the reaction vessel. The solid remaining in the reaction vessel was collected in a beaker using a microspatula and washed with distilled water. Pour the liquid in the suction bottle into a flat-bottomed flask set in a rotary evaporator, and reduce the pressure in the reaction solution in a constant temperature water tank set at 33. I flew the water. Thereafter, the outside of the flat-bottomed flask was wiped with paper moistened with acetone, dried, and collected in a sample tube.
分解生成物を、 高速液体クロマトグラフィーを用いて定量分析した。 その結果 は、 転化率(%) : 1 0 0、 ダルコン酸収率(%) : 9 0、 副生成物収率(%) : 1 0 であった。 The degradation products were quantitatively analyzed using high performance liquid chromatography. The results were: conversion (%): 100, dalconic acid yield (%): 90, and by-product yield (%): 10
炭酸カルシウムなどの無機塩を含む水熱反応を用いて、 ダルコン酸を選択的に
製造できることが示された。 ダルコン酸以外にも、 リンゴ酸ゃピルビン酸などの 有機酸の生成も確認できた。 また、 反応条件を制御することにより、 生成させる 物質の種類、 濃度を調整することができた。 Selective use of dalconic acid using a hydrothermal reaction involving inorganic salts such as calcium carbonate It was shown that it can be manufactured. In addition to dalconic acid, the formation of organic acids such as malic acid and pyruvate was also confirmed. Also, by controlling the reaction conditions, the type and concentration of the substance to be produced could be adjusted.
実施例 2 Example 2
実施例 1と同様の方法で、 添加剤として炭酸カルシウムを用いて実験を行った。 図 1 に炭酸カルシウムの添加効果を示す。 An experiment was performed in the same manner as in Example 1, except that calcium carbonate was used as an additive. Figure 1 shows the effect of adding calcium carbonate.
炭酸カルシウムの添加量制御にょリ、 ダルコン酸の収率が制御できることが示 された。 図 1からもわかるように、 無機塩の最適添加量は 1 \^ %である。 It was shown that the yield of dalconic acid can be controlled by controlling the amount of calcium carbonate added. As can be seen from FIG. 1, the optimal amount of inorganic salt added is 1%.
実施例 3 Example 3
実施例と同様の方法で、 二酸化炭素を導入して水熱反応を行った。 なお、 添加 剤として炭酸カルシウムを用いた。 図 2に二酸化炭素の添加効果を示す。 Hydrothermal reaction was performed by introducing carbon dioxide in the same manner as in the example. In addition, calcium carbonate was used as an additive. Figure 2 shows the effect of adding carbon dioxide.
背酸化炭素を添加することにより、 ダルコン酸の収率が増加することが示され た。 これにより、 二酸化炭素を導入したほうが、 より効率よくダルコン酸を製造 できることがわかる。 It was shown that the addition of carbon back oxide increased the yield of dalconic acid. This indicates that dalconic acid can be produced more efficiently by introducing carbon dioxide.
実施例 4 Example 4
実施例 1と同様の方法で、 塩酸等の酸を導入して水熱反応を行った結果、 塩酸 を添加することにより、 ダルコン酸を製造できることが確認できた。 これにより、 酸を導入したほうが、 よリ効率よくダルコン酸を製造できることがわかる。 Hydrothermal reaction was conducted by introducing an acid such as hydrochloric acid in the same manner as in Example 1, and as a result, it was confirmed that dalconic acid could be produced by adding hydrochloric acid. This shows that the introduction of an acid can produce dalconic acid more efficiently.
実施例 5 Example 5
本発明で合成したダルコン酸を原料とする、 ポリダルコン酸、 ポリダルコノラ ク卜ン等の製造を行った。 製造した物質は、 茶褐色の固体となり、 ポリダルコン 酸、 ポリダルコノラクトンの生成が確認できた。 Polydalconic acid, polydarconolactone and the like were produced from the dalconic acid synthesized in the present invention as a raw material. The produced substance became a brownish solid, and the production of polydalconic acid and polydarconolactone was confirmed.
本発明によれば、 家庭、 食品産業、 農業畜産から排出される生ごみ、 廃材、 紙 くず、 古紙、 繊維、 化学製品等のセルロース又はグルコースを含む資源から選択 的に高速かつ高収率でダルコン酸等の有機酸を製造することができる。 また、 製
造した有機酸から生分解性プラスチックなどを製造することができる。 さらに、 製造した有機酸は、 洗浄剤、 鑌びとリ剤、 セメント助剤、 歯磨組成物、 現像剤組 成物、 食品添加物、 食品保存料、 口腔洗浄剤の原料に使用することができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the present invention, dalcon is selectively and rapidly and with high yield from resources including cellulose or glucose such as garbage, waste materials, waste paper, waste paper, fiber, and chemical products discharged from the household, food industry, agricultural and livestock. Organic acids such as acids can be produced. Also made Biodegradable plastics and the like can be produced from the produced organic acids. Further, the produced organic acid can be used as a raw material for a cleaning agent, a drier, a cement aid, a dentifrice composition, a developer composition, a food additive, a food preservative, and a mouthwash.