WO2022244607A1 - 過酸化水素の製造方法 - Google Patents

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WO2022244607A1
WO2022244607A1 PCT/JP2022/018938 JP2022018938W WO2022244607A1 WO 2022244607 A1 WO2022244607 A1 WO 2022244607A1 JP 2022018938 W JP2022018938 W JP 2022018938W WO 2022244607 A1 WO2022244607 A1 WO 2022244607A1
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WO
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hydrogen peroxide
aqueous
group
producing hydrogen
aqueous medium
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PCT/JP2022/018938
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English (en)
French (fr)
Inventor
重成 ▲高▼橋
拓郎 藤原
泰生 森
怜子 坂口
Original Assignee
国立大学法人京都大学
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B15/00Peroxides; Peroxyhydrates; Peroxyacids or salts thereof; Superoxides; Ozonides
    • C01B15/01Hydrogen peroxide
    • C01B15/027Preparation from water
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B15/00Peroxides; Peroxyhydrates; Peroxyacids or salts thereof; Superoxides; Ozonides
    • C01B15/01Hydrogen peroxide
    • C01B15/03Preparation from inorganic peroxy compounds, e.g. from peroxysulfates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/06Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing hydrogen peroxide.
  • the present invention also relates to hydrogen peroxide products.
  • Hydrogen peroxide is used as a disinfectant, bleaching agent, food additive, chemical synthesis, etc., due to its oxidizing power.
  • Demand is also increasing in the electronics industry, such as for etching.
  • An important feature of hydrogen peroxide is that its decomposed products are water and oxygen, and that it is an oxidizing agent with low environmental load. As awareness of environmental considerations increases, the amount of hydrogen peroxide used tends to increase year by year.
  • Hydrogen peroxide has been produced mainly by the anthraquinone method, which uses hydrogen and oxygen as raw materials and utilizes the autoxidation reaction of anthracene derivatives.
  • anthraquinone method which uses hydrogen and oxygen as raw materials and utilizes the autoxidation reaction of anthracene derivatives.
  • organic solvent such as benzene
  • many by-products and deterioration of the catalyst occur, it has a large environmental impact and is disadvantageous in that it requires various separation and regeneration processes.
  • hydrogen is used as a raw material, there is a problem in that the manufacturing cost is high.
  • Patent Document 1 As a method for producing hydrogen peroxide, for example, it has been proposed to use 2-(1-ethylpropyl)anthraquinone in a so-called anthraquinone method that utilizes autoxidation of an anthracene derivative (Patent Document 1). Further, in the method of obtaining hydrogen peroxide by directly reacting hydrogen and oxygen, it is possible to use a noble metal catalyst containing palladium, gold, an oxygen atom and a bromine atom, wherein the oxygen atom and the bromine atom are present on the outermost surface. It has been proposed (Patent Document 2).
  • the object of the present invention is to provide a novel method for producing hydrogen peroxide, and preferably, to provide a method for producing hydrogen peroxide that is favorable in terms of production cost, production efficiency, and environmental load.
  • an object of the present invention is to provide a hydrogen peroxide product that can be produced thereby.
  • the present invention includes the following inventions.
  • a method for producing hydrogen peroxide comprising contacting an aqueous mixture containing water and a radical stabilizer with a non-aqueous medium to produce hydrogen peroxide.
  • the method for producing hydrogen peroxide according to [1] or [2], wherein the non-aqueous medium is gas.
  • [5] The method for producing hydrogen peroxide according to [4], wherein the droplet has a volume of 10 pL or more.
  • [6] The method for producing hydrogen peroxide according to [1] or [2], wherein the non-aqueous medium is a hydrophobic liquid substance.
  • the method for producing hydrogen peroxide according to [6], wherein the contacting includes increasing the interfacial area between the aqueous mixture and the hydrophobic liquid substance by mechanical and/or physical manipulation.
  • the hydrophobic liquid substance is a compound having an alkadienyl group as a hydrophobic group or a compound having a hydrophobic group and a hydrophilic group.
  • the radical stabilizer is capable of generating active species through reaction with radicals derived from water, The method for producing hydrogen peroxide according to any one of [1] to [11], wherein the active species have an action of oxidizing water to produce hydrogen peroxide.
  • [15] The method for producing hydrogen peroxide according to any one of [1] to [14], wherein hydrogen is produced together with hydrogen peroxide.
  • [16] comprising water, a radical stabilizer and hydrogen peroxide; A hydrogen peroxide product, wherein the radical stabilizer has a concentration of 0.3 mmol/L or more.
  • hydrogen peroxide can be produced without voltage application, multi-step processes, discharge of organic solvents, etc., so that it is favorable in terms of production cost, production efficiency, and environmental load. It is possible to provide Additionally, according to the present invention, it is possible to provide a hydrogen peroxide product that can be produced thereby.
  • FIG. 1 shows the gas chromatography spectrum of the gas phase portion measured in Example 2-1.
  • 2 shows the 13 C NMR spectrum of the 99% 13 C-containing sodium hydrogen carbonate aqueous solution measured in Reference Example 1.
  • FIG. 3 shows the electron spin resonance (EPR) spectrum of each sodium bicarbonate aqueous solution measured in Reference Example 2.
  • EPR electron spin resonance
  • the method for producing hydrogen peroxide includes bringing an aqueous mixture containing water and a radical stabilizer into contact with a non-aqueous medium to produce hydrogen peroxide.
  • the "aqueous system” means containing water as a solvent.
  • the content of water (water/solvent) in the solvent of the aqueous mixture is preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, and still more preferably 95% by mass or more, and the upper limit is 100% by mass.
  • the aqueous mixture may contain water and a radical stabilizer, and is preferably an aqueous solution of the radical stabilizer.
  • the radical stabilizer may contribute to the generation of an intermediate (hereinafter simply referred to as "active species") that has the action of oxidizing water to generate hydrogen peroxide, preferably stabilizing the radical. It is preferable that the active species can be formed via a reaction between the agent and radicals derived from water.
  • the radical stabilizer preferably has a resonance structure in its structure, more preferably has a resonance structure involving an oxygen atom, and is further preferably resonance stabilized. . Also, the radical stabilizer is preferably water-soluble.
  • radical stabilizer examples include hydrogen carbonate ions (bicarbonate ions), carbonate ions, ions containing a carboxy group, phosphate ions, monohydrogen phosphate ions, and dihydrogen phosphate ions. It is mentioned as.
  • the concentration of the radical stabilizer in the aqueous mixture is preferably 0.3 mmol/L or more, more preferably 0.5 mmol/L or more, and still more preferably 1 mmol/L or more.
  • the solubility in water of the salt of the stabilizer and its counterion is not more than 1.2 mol/L, preferably 1 mol/L or less, more preferably 700 mmol/L or less.
  • the water-based mixture may consist only of water and a radical stabilizer, or may contain other components.
  • the other components include ions capable of forming salts with the radical stabilizer.
  • Specific examples include alkali metal ions such as sodium ions and potassium ions, alkaline earth ions such as magnesium ions and calcium ions, and similar metal ions.
  • the radical stabilizer and the ions may form a salt.
  • the aqueous mixed solution may contain a solvent miscible with water.
  • Non-aqueous in the non-aqueous medium means that it can form an interface with water, and preferably means that it is hydrophobic.
  • the non-aqueous medium is preferably fluid, more preferably gas and/or liquid.
  • the fluid, gas, and liquid represent the state at the time of contact with the aqueous mixture.
  • the octanol/water partition coefficient (Pow (linear scale)) of the non-aqueous medium is preferably 0.1 or more, more preferably 0.5 or more, still more preferably 1 or more, and the upper limit is 100,000,000. Preferably.
  • the octanol/water partition coefficient can be measured according to JIS Z 7260-107:2000.
  • the gas as the non-aqueous medium is preferably, for example, air; or an inert gas such as nitrogen.
  • an inert gas such as nitrogen.
  • 1 type(s) or 2 or more types can be used.
  • the liquid as the non-aqueous medium is preferably a hydrophobic liquid substance.
  • the hydrophobic liquid substance may be any compound that has a hydrophobic group and is liquid at room temperature (under atmospheric pressure, 25° C.), and a compound that has an alkadienyl group as a hydrophobic group (hereinafter referred to as a “diene compound”). or a compound having a hydrophobic group and a hydrophilic group.
  • a compound that has an alkadienyl group as a hydrophobic group hereinafter referred to as a “diene compound”.
  • a compound having a hydrophobic group and a hydrophilic group Although the mechanism of action is not clear, it is thought that in the hydrophobic liquid substance, the hydrophobic groups are aggregated by hydrophobic interactions, and the hydrophilic groups tend to be arranged on the side of the aqueous mixture. Further, when a ⁇ -conjugated system exists in the hydrophobic group, ⁇ - ⁇ interaction may occur in addition to the hydrophobic interaction, and the hydrophobic group is considered to be more likely to aggregate.
  • alkadienyl group examples include butadienyl group, pentadienyl group, hexadienyl group, heptadienyl group, octadienyl group, nonadienyl group and decadienyl group.
  • the alkadienyl group preferably has 4 to 12 carbon atoms, more preferably 4 to 10 carbon atoms.
  • the diene compound is preferably a conjugated diene compound.
  • hydrophobic group examples include methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group, tridecyl group, butadecyl group, and pentadecyl.
  • linear or branched alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms such as a group, hexadecyl group, heptadecyl group, octadecyl group, nonadecyl group, icosyl group; vinyl group, propenyl group, butenyl group, pentenyl group, hexenyl group, heptenyl octenyl group, nonenyl group, decenyl group, undecenyl group, dodecenyl group, tridecenyl group, butadecenyl group, pentadecenyl group, hexadecenyl group, heptadecenyl group, octadecenyl group, nonadecenyl group, icosenyl group, etc.
  • the hydrophobic group is preferably an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group, or an aralkyl group, more preferably an alkyl group or an aralkyl group.
  • the number of carbon atoms in the hydrophobic group is preferably 1-20, more preferably 1-10.
  • the number of carbon atoms in the aliphatic hydrocarbon group (preferably alkyl group) is more preferably 1-5.
  • the aromatic hydrocarbon group preferably has 6 to 20 carbon atoms, more preferably 6 to 15 carbon atoms, and even more preferably 6 to 12 carbon atoms.
  • the aralkyl group preferably has 7 to 20 carbon atoms, more preferably 7 to 15 carbon atoms, and even more preferably 7 to 10 carbon atoms.
  • hydrophilic group examples include monovalent hydrophilic groups such as a hydroxy group and an amino group; divalent hydrophilic groups such as a carbonyl group, an ether bond, an ester bond, and the like.
  • the hydrophilic group is preferably a monovalent hydrophilic group, more preferably a hydroxy group.
  • the hydrophilic group preferably substitutes a secondary or higher carbon atom of the hydrophobic group.
  • the hydrophobic liquid substance is preferably an alcohol compound having a hydrophobic group and a hydroxy group, more preferably an aliphatic alcohol compound or an aromatic alcohol compound, and an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms and a hydroxy group.
  • Aromatic alcohol compounds in which an aralkyl group having 7 to 15 carbon atoms and a hydroxy group are bonded are preferred, secondary aliphatic alcohol compounds having 1 to 5 carbon atoms; secondary aliphatic alcohol compounds having 7 to 15 carbon atoms; Secondary aromatic alcohol compounds are more preferred, and 2-butanol and 1-phenyl-2-propanol are particularly preferred.
  • the hydroxy group is preferably bonded to the carbon atom at the end opposite to the aromatic ring or the second carbon atom from the end opposite to the aromatic ring.
  • the hydroxy group preferably substitutes the carbon atom at the ⁇ -position or the ⁇ -position with respect to the aromatic ring, and preferably substitutes the carbon atom at the ⁇ -position.
  • hydrophobic liquid substances examples include 1-butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, 2-methyl-2-butanol, 3-methyl-1-butanol, 2-pentanol, 3-pentanol, neopentyl alcohol, 1 -alcohol compounds such as hexanol, 1-heptanol, 1-octanol, 1-phenyl-2-propanol, 1-phenylethyl alcohol and 4-phenyl-2-butanol; ether compounds such as methyl ethyl ether and diethyl ether; methyl ethyl ketone, ketone compounds such as diethyl ketone and cyclohexanone; ester compounds such as triolein and trilinolein; amine compounds such as triethylamine and N,N'-di-sec-butyl-p-phenylenediamine; conjugated diene compounds such as myrcene; alicyclic
  • the water solubility of the hydrophobic liquid substance is preferably 300 g/L or less, more preferably 250 g/L or less, still more preferably 200 g/L or less, and the lower limit is 0 g/L.
  • the boiling point of the non-aqueous medium is normal temperature or higher, preferably 25°C or higher, more preferably 30°C or higher, still more preferably 40°C or higher, and still more preferably 50°C or higher, under atmospheric pressure, for example 600°C.
  • the following are preferable.
  • the molecular weight of the non-aqueous medium is preferably 50 or more, more preferably 60 or more, for example 1,000 or less, more preferably 800 or less.
  • the method for producing hydrogen peroxide includes bringing the aqueous mixture into contact with the non-aqueous medium to produce hydrogen peroxide. As will be described later, an interface is formed by contact between the aqueous mixed solution and the non-aqueous medium, and an intermediate having the action of oxidizing the water to produce hydrogen peroxide is produced due to the contribution of the radical stabilizer. , it is thought that hydrogen peroxide is generated.
  • the contacting of the aqueous mixture with the non-aqueous medium is carried out without decreasing, i.e. keeping substantially constant or increasing, the interfacial area of the interface between the aqueous mixture and the non-aqueous medium. preferably. Radical generation can be maintained by not reducing the interfacial area between the aqueous mixture and the non-aqueous medium. Further, it is more preferable that the contact between the aqueous mixed liquid and the non-aqueous medium includes increasing the interfacial area of the interface between the aqueous mixed liquid and the non-aqueous medium. By increasing the interfacial area between the aqueous mixture and the non-aqueous medium, radical generation can be promoted.
  • the generation of radicals may be assisted by irradiation with light such as UV (ultraviolet rays) in order to further accelerate the generation of radicals.
  • Keeping the interfacial area of the interface between the aqueous mixed solution and the non-aqueous medium constant is, for example, by holding (for example, standing still) droplets of the aqueous mixed solution present in the non-aqueous medium. preferably implemented.
  • droplets are not limited to droplets that can be formed by dropping liquid, and include, for example, bulk liquid stored in a container.
  • Increasing the interfacial area of the interface between the aqueous mixture and the non-aqueous medium includes, for example, forming droplets of the aqueous mixture in the non-aqueous medium; Forming micro-domains of the mixture; preferably performed by bringing the aqueous mixture into contact with the non-aqueous medium and performing mechanical and/or physical manipulation. Formation of minute regions of the non-aqueous medium in the aqueous mixed solution is, for example, bubbling when the non-aqueous medium is gas, injection when the non-aqueous medium is liquid, or the like. It may be carried out by performing an operation of introducing a very small amount of the non-aqueous medium into the medium.
  • the mechanical and/or physical operation may be an operation that directly deforms the interface between the aqueous mixed solution and the non-aqueous medium, such as a stirring operation; , the operation of deforming the interface between the aqueous mixture and the non-aqueous medium by applying an external force to the aqueous mixture and/or the non-aqueous medium.
  • the rotation speed is preferably 1,000 rpm or more, preferably 1,200 rpm or more, and the upper limit may be, for example, 5,000 rpm or less, or 4,000 rpm or less.
  • the temperature at which the aqueous mixed solution and the non-aqueous medium are brought into contact may be any temperature at which the aqueous mixed solution can exist as a liquid, preferably 0 ° C. or higher, more preferably 4 ° C. or higher, For example, it is 80° C. or lower, preferably 75° C. or lower.
  • the contact time between the aqueous mixture and the non-aqueous medium is preferably 30 seconds or longer, more preferably 1 minute or longer, and is, for example, 100 hours or shorter, preferably 80 hours or shorter.
  • the contact between the aqueous mixed solution and the non-aqueous medium can be carried out under atmospheric pressure (for example, 900 to 1,200 hPa, preferably 950 to 1,100 hPa (absolute pressure)).
  • atmospheric pressure for example, 900 to 1,200 hPa, preferably 950 to 1,100 hPa (absolute pressure)
  • the volume ratio of the non-aqueous medium to the aqueous mixed liquid is preferably 0.01 or more, more preferably 0, when the aqueous mixed liquid and the non-aqueous medium are not in contact.
  • the hydrogen peroxide generated by contacting the aqueous mixed solution and the non-aqueous medium can be dissolved in the aqueous mixed solution and recovered as an aqueous mixed solution containing hydrogen peroxide.
  • the presence of hydrogen peroxide generated by contacting the aqueous mixed solution and the non-aqueous medium can be detected, for example, by adding hydrogen peroxide probes to the aqueous mixed solution after the contact, and detecting fluorescence corresponding to each probe. can be confirmed by measuring As the hydrogen peroxide probe, Peroxy green 1(9-(4-methoxy-2-methylphenyl)-6-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane-2- yl)-xanthen-3-one), Oxiselect (manufactured by Cosmo Bio Co., Ltd.), HYDROP-EX (manufactured by Goryo Chemical Co., Ltd.), and the like can be used.
  • the aqueous mixed solution after contact with the non-aqueous medium may be diluted in order to suppress the influence of concentration quenching.
  • the diluent medium for example, phosphate buffered saline or the like can be used.
  • the dilution ratio can be, for example, 1-fold to 1,000-fold or 5-500-fold on a volume basis.
  • the aqueous mixture and the non-aqueous medium are brought into contact to further generate hydrogen.
  • HCO 4 - as an active species is generated by the reaction between C 2 O 6 2- produced by association of 3 - radicals and hydrogen ions.
  • HCO 4 — is more stable than hydroxyl radicals, it is highly reactive and has the action of oxidizing water. It is believed that the reaction between HCO 4 — and water produces hydrogen peroxide.
  • Embodiment 1 when the aqueous mixed liquid and the non-aqueous medium are brought into contact with each other to generate hydrogen peroxide, the contact reduces the interfacial area of the interface between the aqueous mixed liquid and the gaseous non-aqueous medium. It is preferably carried out by increasing and then holding constant. Specifically, it is preferable to form droplets of the aqueous mixed liquid in the gaseous non-aqueous medium and hold the droplets.
  • the formation of the droplets can be carried out, for example, by dropping or spraying the aqueous mixture in the presence of the non-aqueous medium.
  • a substrate may be present in addition to the non-aqueous medium during the dropping or spraying.
  • the base material is preferably a material having a large contact angle with water (aqueous mixed liquid) so as to be able to retain liquid droplets.
  • Glass base material polyvinylidene chloride, polyolefin, vinyl chloride, polystyrene, polyester, etc. can be used.
  • the contact angle of water on the substrate is, for example, 10° or more, preferably 20° or more, more preferably 30° or more, and for example, 150° or less and 120° or less is also acceptable.
  • the contact angle of water can be measured according to JIS R 3257:1999, for example.
  • the volume of the droplet is preferably 10 mL or less, more preferably 5 mL or less, still more preferably 1 mL or less, and preferably 10 pL or more, more preferably 50 pL or more.
  • the volume of the droplet is preferably 700 ⁇ L or less, more preferably 500 ⁇ L or less, preferably 100 nL or more, more preferably 500 nL or more, and even more preferably 1 ⁇ L or more; More preferably 500 nL or less, still more preferably 100 nL or less, still more preferably 10 nL or less, preferably 10 pL or more, more preferably 50 pL or more.
  • the aqueous mixture contains the radical stabilizer, and can generate hydrogen peroxide even when the droplet volume is large and the interfacial area with the non-aqueous medium is large.
  • the shape of the droplets may be, for example, spherical, hemispherical, semi-ellipsoidal, or the like, and may be a shape that spreads on the substrate.
  • the droplet may be stored in a container and may be in contact with the non-aqueous medium only at the upper portion of the droplet.
  • the cross-sectional area of the cross section in a plane parallel to the bottom surface of the container (hereinafter sometimes simply referred to as the "container cross section") is preferably large so that the interfacial area between the droplet and the non-aqueous medium is large. preferable.
  • the volume of the aqueous mixed liquid may be larger than 10 mL according to the cross-sectional area of the cross section of the container so that the surface of the aqueous mixed liquid can exist over the cross section of the container.
  • the volume of the droplet is, for example, the height of the droplet in the container is preferably 1 mm or more, more preferably 2 mm or more, still more preferably 5 mm or more, preferably 10 m or less, more preferably 1 m or less, and further Preferably, the volume may be 50 cm or less.
  • the cross-sectional area of the container is, for example, 10 cm 2 or more, preferably 20 cm 2 or more, and may be 1 m 2 or more, 100 m 2 or more, 1,000 m 2 or more, and optionally 8,000 m 2 or less. It may be 2,000 m 2 or less, 200 m 2 or less, or 1 m 2 or less, or 100 cm 2 or less.
  • the non-aqueous medium is preferably a gas, and examples thereof include air and inert gases such as nitrogen. Although it is an oxidation reaction of water, it is not necessary for the gas to contain oxygen because oxygen does not contribute to the generation of hydrogen peroxide as shown in Chemical Formula 1 above.
  • the entire interface of the droplet may be in contact with the non-aqueous medium, or a portion of the droplet may be in contact with the substrate.
  • the ratio of the interfacial area S of the interface between the droplet and the non-aqueous medium to the volume V of the droplet is preferably is 100 m -1 or more, more preferably 200 m -1 or more, and still more preferably 500 m -1 or more, and may be, for example, 10,000 m -1 or less, 8,000 m -1 or less, or 5,000 m -1 or less. .
  • the volume V of the droplet can be specified according to the conditions at the time of dropping, and when the conditions at the time of dropping are unknown, the weight of the droplet is measured and the density is assumed to be 1 g / cm 3 .
  • the temperature at which the aqueous mixed solution and the non-aqueous medium are brought into contact may be any temperature at which the aqueous mixed solution exists as a liquid. Specifically, the temperature is higher than the freezing point of the aqueous mixed solution. , preferably 0°C or higher, more preferably 4°C or higher, still more preferably 10°C or higher, preferably 90°C or lower, more preferably 80°C or lower, and even more preferably 75°C or lower.
  • the time for contacting the aqueous mixed solution with the non-aqueous medium is preferably 10 minutes or longer, more preferably 30 minutes or longer, still more preferably 1 hour or longer, for example 500 hours or shorter, preferably is 200 hours or less, more preferably 100 hours or less.
  • the amount of hydrogen peroxide generated tends to saturate when the droplet contact time is longer than a certain period of time. From this point of view, it is also acceptable to set the contact time to, for example, 50 hours or less, 30 hours or less, 20 hours or less, or 10 hours or less.
  • the aqueous mixed solution and the non-aqueous medium are preferably contacted at a temperature of 0° C. or higher and 80° C. or lower for 20 minutes or longer and 20 hours or shorter. It is preferable to contact at the temperature for 1 hour or more and 10 hours or less.
  • the pressure when the aqueous mixed solution and the non-aqueous medium are brought into contact is atmospheric pressure, for example, absolute pressure, which is 900 to 1,200 hPa, preferably 950 to 1,100 hPa. preferable.
  • the hydrophobic liquid substance is used as the non-aqueous medium, and the contact is performed between the aqueous mixed solution and the hydrophobic medium. It is preferably carried out by increasing the interfacial area of the interface with the liquid substance. Specifically, it is preferable to increase the interfacial area of the interface between the aqueous mixture and the hydrophobic liquid substance by mechanical and/or physical manipulation. A gaseous non-aqueous medium may coexist when the aqueous mixture and the hydrophobic liquid substance are brought into contact with each other.
  • the volume ratio of the hydrophobic liquid substance to the aqueous mixed solution is preferably It is 0.001 or more, more preferably 0.005 or more, still more preferably 0.01 or more, preferably 100 or less, more preferably 50 or less, still more preferably 30 or less.
  • the temperature at which the aqueous mixed solution and the non-aqueous medium are brought into contact may be a temperature at which the aqueous mixed solution can exist as a liquid, preferably 0° C. or higher, more preferably 4° C. or higher. , for example, 70° C. or lower, preferably 60° C. or lower, more preferably 50° C. or lower.
  • the contact time between the aqueous mixed solution and the non-aqueous medium is preferably 10 seconds or longer, more preferably 20 seconds or longer, still more preferably 30 seconds or longer, and preferably 10 hours or shorter.
  • the contact time is preferably 5 hours or less, more preferably 3 hours or less. In particular, even if the contact time is 5 minutes or less, or 3 minutes or less, hydrogen peroxide can be produced.
  • the pressure at which the aqueous mixture and the non-aqueous medium are brought into contact is atmospheric pressure, for example, an absolute pressure of 900 to 1,200 hPa, preferably 950 to 1,100 hPa. .
  • a hydrogen peroxide product containing water, the radical stabilizer, and hydrogen peroxide, wherein the concentration of the radical stabilizer is 0.3 mmol/L or more, is also included in the technical scope of the present invention.
  • the hydrogen peroxide product can stably produce hydrogen peroxide in a non-aqueous medium such as air.
  • the concentration of the radical stabilizer is preferably 0.3 mmol/L or more, more preferably 0.5 mmol/L or more, still more preferably 1 mmol/L or more in the hydrogen peroxide product, and the radical stabilizer or
  • the solubility in water of the salt of the radical stabilizer and its counterion is not more than 1.2 mol/L, preferably 1 mol/L or less, more preferably 700 mmol/L or less.
  • the concentration of hydrogen peroxide in the hydrogen peroxide product is preferably 0.1 ⁇ mol/L or more, more preferably 1 ⁇ mol/L or more, still more preferably 10 ⁇ mol/L or more, for example 10 mol/L or less, 1 mol/L. It may be 500 mmol/L or less, or 100 mmol/L or less.
  • concentration of hydrogen peroxide can be adjusted by concentration such as distillation or dilution such as adding water.
  • the hydrogen peroxide product may contain other components in addition to water, the radical stabilizer, and hydrogen peroxide.
  • the other components include ions capable of forming salts with the radical stabilizer.
  • ions capable of forming salts with the radical stabilizer include alkali metal ions such as sodium ions and potassium ions, alkaline earth ions such as magnesium ions and calcium ions, and similar metal ions.
  • the radical stabilizer and the ions may form a salt.
  • the aqueous mixture may contain a solvent that is miscible (for example, compatible with) water.
  • a solvent that is miscible for example, compatible with water.
  • the water-miscible solvent include lower alcohols such as ethanol and 2-propanol (especially alcohols having 1 to 4 carbon atoms, preferably 2 to 3 carbon atoms).
  • the hydrogen peroxide product can be suitably used as a disinfectant, bleaching agent, cleaning agent, sterilizing agent, food additive, and the like.
  • Example 1-1 Preparation of Droplets by Dropping Water and sodium hydrogencarbonate were mixed to prepare an aqueous mixture so that the concentration of hydrogencarbonate ions as a radical stabilizer was shown in Table 1.
  • the water-based mixed solution was dropped into a 100 mm cell culture dish (manufactured by Corning) under atmospheric pressure in the air so as to have the volume shown in Table 1 to prepare droplets.
  • the prepared droplets were allowed to stand under the conditions shown in Table 1 to generate hydrogen peroxide.
  • Example 1-2 Formation of droplets by spraying Water and sodium hydrogencarbonate were mixed to prepare an aqueous mixture so that the concentration of hydrogencarbonate ions as a radical stabilizer was shown in Table 1.
  • the water-based mixed solution was sprayed onto plastic wrap in the air under atmospheric pressure using a nebulizer NE-U200 (OMRON) to prepare droplets.
  • the prepared droplets were allowed to stand under the conditions shown in Table 1 to generate hydrogen peroxide.
  • Example 1-3 Preparation of droplets in container
  • water and sodium hydrogencarbonate were mixed so that the concentration of hydrogencarbonate ion as a radical stabilizer was as shown in Table 1.
  • a water-based mixed solution was prepared.
  • water and potassium bicarbonate were mixed to prepare an aqueous mixed solution so that the concentration of bicarbonate ions as a radical stabilizer was shown in Table 1.
  • 6 mL of the water-based mixed solution was added dropwise to a 100 mm cell culture dish (manufactured by Corning) in the air under atmospheric pressure to prepare droplets.
  • the prepared droplets were evenly distributed on the 100 mm cell culture dish.
  • the prepared droplets were allowed to stand under the conditions shown in Table 1 to generate hydrogen peroxide.
  • Peroxy Green 1 (9-(4-methoxy-2-methylphenyl)-6-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane-2-) was used as a hydrogen peroxide probe.
  • yl)-xanthene-3-one OxiSelect (manufactured by Cosmo Bio Co., Ltd.), and HYDROP-EX (manufactured by Goryo Chemical Co., Ltd.), and after contact with a non-aqueous medium, filtration in an aqueous mixed solution Hydrogen oxide concentration was measured.
  • Peroxy Green 1 was added to the aqueous mixed solution after the dilution and pH adjustment so that the concentration was 5 ⁇ mol/L, and the temperature was 37° C. and the CO 2 concentration was 5%. It was allowed to stand under the atmosphere for 24 hours. Thereafter, fluorescence intensity was measured using a spectrophotometer Spark 10M (manufactured by TECAN) with an excitation wavelength of 450 nm and a fluorescence wavelength of 515 nm for detection.
  • a spectrophotometer Spark 10M manufactured by TECAN
  • OxiSelect was added to the water-based mixture after the dilution and pH adjustment according to the manufacturer's protocol, and allowed to stand at room temperature for 30 minutes. Thereafter, fluorescence intensity was measured using a spectrophotometer Spark 10M (manufactured by TECAN) with an excitation wavelength of 550 nm and a fluorescence wavelength of 590 nm for detection.
  • a spectrophotometer Spark 10M manufactured by TECAN
  • HYDROP-EX was added to the water-based mixed liquid after the dilution and pH adjustment so that the concentration was 2 ⁇ mol/L, and the temperature was 37° C. and the CO 2 concentration was 5%. left for 1 hour. Thereafter, fluorescence intensity was measured using a spectrophotometer Spark 10M (manufactured by TECAN) with an excitation wavelength of 490 nm and a fluorescence wavelength of 530 nm for detection.
  • the hydrogen peroxide concentration in each sample was quantified based on the calibration curve prepared for each probe.
  • hydrogen peroxide water was prepared so that the hydrogen peroxide concentrations were 0.1 ⁇ mol/L, 0.3 ⁇ mol/L, 1 ⁇ mol/L, 3 ⁇ mol/L, 10 ⁇ mol/L, 30 ⁇ mol/L, and 100 ⁇ mol/L.
  • a standard sample adjusted to pH 7.6 was prepared using hydrochloric acid. Then, a calibration curve was created by measuring the fluorescence intensity of each standard sample according to the above procedure. It was confirmed that there was no difference in the hydrogen peroxide concentration quantified between the probes.
  • Table 1 shows the hydrogen peroxide concentrations quantified using HYDROP-EX as a probe.
  • Example 2-1 Increasing the interfacial area between the aqueous dispersion and air by shaking
  • An aqueous solution of sodium hydrogen carbonate with a concentration of 0.5 mol/L and 2 mL of air were placed in a gas barrier bag (Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd., volume 100 mL).
  • the mixture was heated to about 50° C. and shaken for 50 minutes using a vortex (MicroMixer E-36 (manufactured by TAITEC Co., Ltd.)).
  • the vibration frequency during shaking was 3,200 rpm.
  • Example 2-2 Increase in interfacial area between aqueous dispersion and hydrophobic liquid substance by shaking ), and shaken under the conditions shown in Tables 2 to 5 using a vortex (MicroMixer E-36 (manufactured by TAITEC Co., Ltd.)). The vibration frequency during shaking was 3,200 rpm.
  • the aqueous phase when 1-phenyl-2-propanol, 1-phenylethyl alcohol and 2-butanol were used was diluted 1,000 times (by volume) with phosphate buffered saline (PBS).
  • PBS phosphate buffered saline
  • hydrochloric acid was used to adjust the pH to 7.6.
  • HYDROP-EX as a hydrogen peroxide probe was added to the aqueous mixed solution after the dilution to a concentration of 2 ⁇ mol/L, and allowed to stand for 1 hour at a temperature of 37° C. in an atmosphere with a CO concentration of 5 %. did. Thereafter, fluorescence intensity was measured using a spectrophotometer Spark 10M (manufactured by TECAN) with an excitation wavelength of 490 nm and a fluorescence wavelength of 530 nm for detection.
  • the hydrogen peroxide concentration in the aqueous mixed solution after contact with the non-aqueous medium was quantified based on the calibration curve.
  • the quantified hydrogen peroxide concentrations are shown in Tables 2-5.
  • hydrophobic liquid substances (1) to (26) represent the following compounds, respectively.
  • Reference Example 1 Positive Control for Detection of Percarbonate Ions (HCO 4 ⁇ )
  • HCO 4 ⁇ As a positive control, 100 ⁇ L of 99% 13 C-containing sodium hydrogen carbonate aqueous solution (concentration: 500 mol/L) and 65 ⁇ L of acetic acid (concentration: 1 mol/L) were mixed. , and 335 ⁇ L of ion-exchanged water to sufficiently generate carbon dioxide, and then 68 ⁇ L of 8.5 mol/L hydrogen peroxide solution was added to prepare a sample containing percarbonate ions (HCO 4 ⁇ ).
  • the final concentration of sodium bicarbonate (final concentration before generating carbon dioxide) was 0.1 mol/L, and the final concentration of acetic acid (final concentration before adding hydrogen peroxide) was 0.1 mol/L. 13 mol/L, and the final concentration of hydrogen peroxide (final concentration after preparation) was 1.0 mol/L.
  • the sample was transferred to a 5 mm NMR tube, cooled on an ice bath at 0° C., and then pH adjusted with sodium phosphate buffer. To lock the solvent, D 2 O was added to a final concentration of 12% by mass, and immediately set to a JEOL JNM-ECZ500R Spectrometer (500 MHz) to measure the 13 C NMR spectrum. The number of accumulations was 1,024, the measurement time was 1-2 hours, and the time from pH adjustment to the first scan was about 5 minutes.
  • Sodium hydrogen carbonate aqueous solution As a measurement sample, 99% 13 C-containing sodium hydrogen carbonate aqueous solution (concentration: 500 mmol/L) and 1-phenyl-2-propanol were mixed at a volume ratio of 1:2 before mixing. Mixed. At ⁇ 20° C., a measurement sample was taken, CD 3 OD was added to a final concentration of 20% by volume to lock the solvent, and the sample was transferred to a 5 mm NMR tube. A JEOL JNM-ECZ600R Spectrometer (600 MHz) was set at ⁇ 20° C. to measure the 13 C NMR spectrum. The cumulative number of times was 200, and the measurement time was 10 minutes. Three measurements were made in the same manner.
  • FIG. 2 shows the 13 C NMR spectrum obtained in the measurement of the sodium bicarbonate aqueous solution taken as the aqueous phase from the mixed solution with 1-phenyl-2-propanol.
  • Reference Example 2 Detection of generation of radical species at interface of aqueous mixture 3,4-dihydro-2,2-dimethyl-2H-pyrrole 1-oxide (DMPO) (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), Fe II) SO 4.7H 2 O and hydrogen peroxide (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were used. 3,4-dihydro-2,2-dimethyl-2H-pyrrole 1-oxide (DMPO) is used in the detection of radicals at the gas-liquid interface between an aqueous solution of sodium bicarbonate as an aqueous mixture and air as a non-aqueous medium.
  • DMPO 3,4-dihydro-2,2-dimethyl-2H-pyrrole 1-oxide
  • a final concentration of 300 mmol/L was used as a spin trapping agent, and an aqueous solution of sodium hydrogen carbonate containing DMPO (sodium hydrogen carbonate concentration of 500 mmol/L) was sprayed onto the plastic wrap using a nebulizer NE-U200 (OMRON). , as droplets.
  • a gas barrier PTS bag manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.
  • incubation was performed at 37° C. in an oxygen-free environment for 4.5 hours, after which the droplets were collected and combined.
  • DMPO 3,4-dihydro-2,2-dimethyl-2H-pyrrole 1-oxide
  • the mixture was placed in a container at a volume ratio of 1:2 before mixing, and shaken for 1 minute using a vortex (MicroMixer E-36 (manufactured by TAITEC Co., Ltd.)).
  • the vibration frequency during shaking was 3,200 rpm.
  • the aqueous phase was subjected to electron spin resonance (ESR) spectroscopy.
  • ESR electron spin resonance
  • Electron spin resonance (EPR) spectra were detected by JES-X320 (manufactured by JEOL RESONANCE Co., Ltd.) at room temperature, and measured using a 5 mm ESR sampletube (SHIGEMI) for the cavity.
  • the measurement conditions were as follows. Center field: 328.000mT sweep width: 5mT Scan time: 2 minutes
  • HCO 4 - As shown in FIG. 2, from the 13 C NMR spectrum measured for the aqueous phase of the mixture of the 99% 13 C-containing sodium hydrogen carbonate aqueous solution and 1-phenyl-2-propanol, HCO 4 - was confirmed to exist in In other words, it was confirmed that hydrogen percarbonate ions (HCO 4 ⁇ ) can be generated by contacting the aqueous mixture with the hydrophobic liquid substance. HCO 4 ⁇ is highly unstable and can normally react immediately with water to produce hydrogen peroxide and bicarbonate ions. However, the 13 C NMR in FIG. 2 suggests that HCO 4 ⁇ is present in high concentration. From this, it is inferred that HCO 4 - is generated due to the contribution of HCO 3 - , and hydrogen peroxide is generated by the action of HCO 4 - .
  • an aqueous solution of sodium hydrogen carbonate as an aqueous mixed solution after being contacted with air as droplets prepared using a nebulizer, and after mixing with 1-phenyl-2-propanol It was confirmed that radical species (H., OH.) derived from water were present in each of the sodium bicarbonate aqueous solutions.
  • the stoichiometric formula of the reaction is the formula shown below. From this, in the above reaction, hydrogen is also generated in addition to hydrogen peroxide, and hydrogen carbonate ions themselves return to hydrogen carbonate ions after hydrogen peroxide is generated, that is, they act catalytically. is inferred and attracts attention.
  • hydrogen peroxide it is possible to provide a novel method for producing hydrogen peroxide.
  • hydrogen peroxide can be produced without voltage application, multistage processes, discharge of organic solvents, etc., so it is favorable in terms of production cost, production efficiency, and environmental load. It is useful as a method for producing hydrogen peroxide.

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Abstract

本発明は、新規な過酸化水素の製造方法の提供を課題とし、好ましくは、製造コストや製造効率、環境負荷の点においても良好である、過酸化水素の製造方法の提供を課題とする。加えて、本発明は、これにより製造可能な、過酸化水素製品の提供を課題とする。本発明は、水とラジカル安定化剤とを含む水系混合液と、非水系媒体とを接触させて過酸化水素を生成する、過酸化水素の製造方法に関する。

Description

過酸化水素の製造方法
 本発明は、過酸化水素の製造方法に関する。また、本発明は、過酸化水素製品にも関する。
 過酸化水素は、酸化力を有することから殺菌剤、漂白剤、食品添加剤、化学合成等に用いられており、さらに、半導体基板等の洗浄、銅/銅合金表面の化学的研磨、電子回路のエッチング等、電子工業においても需要が増加している。さらに、近年では、ロケットや人工衛星の燃料に使われるなど、様々な分野において用いられている。過酸化水素の重要な特徴として、その分解物が水と酸素であり、環境負荷が低い酸化剤である点が挙げられる。環境への配慮の意識が高まるなか、過酸化水素の使用量は、年々増加する傾向にある。
 過酸化水素は、主に、水素と酸素とを原料として用い、アントラセン誘導体の自動酸化反応を利用するアントラキノン法により製造されてきた。しかし、ベンゼンなど大量の有機溶媒の添加を必要とし、また多くの副生成物や触媒の劣化が生じるので、環境負荷が大きく、また、様々な分離工程や再生工程を必要とするなどの不利な点がある。さらに、原料として水素を用いるため、製造コストが高い点で問題である。
 過酸化水素の製造方法としては、例えば、アントラセン誘導体の自動酸化を利用する、いわゆるアントラキノン法において、2-(1-エチルプロピル)アントラキノンを用いることが提案されている(特許文献1)。また、水素と酸素とを直接反応させて過酸化水素を得る方法において、パラジウムと金と酸素原子と臭素原子とを含み、前記酸素原子及び臭素原子が最表面に存在する貴金属触媒を用いることが提案されている(特許文献2)。
特開2019-156661号公報 再表2018/016359号公報
 本発明者らの検討によれば、従来から知られる過酸化水素の合成法では、多段プロセスであること、製造工程において排出される有機溶剤の処理が必要であること、特にアントラキノン法では、副反応により生じたアントラキノンの再生が必要であることなど、製造コストや製造効率、環境負荷の点から問題があり、新規な過酸化水素の製造方法が求められている。
 本発明は、新規な過酸化水素の製造方法の提供を課題とし、好ましくは、製造コストや製造効率、環境負荷の点においても良好である、過酸化水素の製造方法の提供を課題とする。加えて、本発明は、これにより製造可能な、過酸化水素製品の提供を課題とする。
 本発明は、以下の発明を含む。
[1]
 水とラジカル安定化剤とを含む水系混合液と、非水系媒体とを接触させて過酸化水素を生成する、過酸化水素の製造方法。
[2]
 前記接触が、前記水系混合液と前記非水系媒体との界面の界面積を一定に保つこと又は増大させることによって実施される、[1]に記載の過酸化水素の製造方法。
[3]
 前記非水系媒体が気体である、[1]又は[2]に記載の過酸化水素の製造方法。
[4]
 前記接触が、前記気体の存在下にて、前記水系混合液の液滴を形成することによって実施される、[3]に記載の過酸化水素の製造方法。
[5]
 前記液滴が、10pL以上の体積を有する、[4]に記載の過酸化水素の製造方法。
[6]
 前記非水系媒体が疎水性液状物質である、[1]又は[2]に記載の過酸化水素の製造方法。
[7]
 前記接触が、機械的及び/又は物理的操作によって前記水系混合液と前記疎水性液状物質との界面積を増大させることを含む、[6]に記載の過酸化水素の製造方法。
[8]
 前記疎水性液状物質は、疎水性基としてアルカジエニル基を有する化合物又は疎水性基と親水性基とを有する化合物である、[6]又は[7]に記載の過酸化水素の製造方法。
[9]
 前記疎水性液状物質は、芳香族アルコール化合物である、[8]に記載の過酸化水素の製造方法。
[10]
 前記接触前における、前記水系混合液に対する前記疎水性液状物質の体積比が、0.001以上100以下である、[6]~[9]のいずれか1つに記載の過酸化水素の製造方法。
[11]
 80℃以下の温度で、前記接触を行う、[1]~[10]のいずれか1つに記載の過酸化水素の製造方法。
[12]
 前記ラジカル安定化剤は、水に由来するラジカルとの反応を経由して、活性種を生成しうるものであり、
 前記活性種は、水を酸化して過酸化水素を生成する作用を有するものである、[1]~[11]のいずれか1つに記載の過酸化水素の製造方法。
[13]
 前記ラジカル安定化剤が、炭酸水素イオンであり、前記活性種が、過炭酸水素イオンである、[1]~[12]のいずれか1つに記載の過酸化水素の製造方法。
[14]
 前記水系混合液におけるラジカル安定化剤の濃度が、0.3mmol/L以上である、[1]~[13]のいずれか1つに記載の過酸化水素の製造方法。
[15]
 過酸化水素とともに、水素を生成する、[1]~[14]のいずれか1つに記載の過酸化水素の製造方法。
[16]
 水とラジカル安定化剤と過酸化水素とを含み、
 前記ラジカル安定化剤の濃度が、0.3mmol/L以上である、過酸化水素製品。
 本発明によれば、新規な過酸化水素の製造方法を提供することが可能である。好ましくは、電圧の印加や多段プロセス、有機溶剤の排出等を伴うことなく過酸化水素を製造できるため、製造コストや製造効率、環境負荷の点においても良好である、過酸化水素の製造方法を提供することが可能である。加えて、本発明によれば、これにより製造可能な、過酸化水素製品を提供することができる。
図1は、実施例2-1において測定した、気相部分のガスクロマトグラフィスペクトルを表す。 図2は、参考例1において測定した、99%13C含有炭酸水素ナトリウム水溶液の13C NMRスペクトルを表す。 図3は、参考例2において測定した、各炭酸水素ナトリウム水溶液の電子スピン共鳴(EPR)スペクトルを表す。
 前記過酸化水素の製造方法は、水とラジカル安定化剤とを含む水系混合液と、非水系媒体とを接触させて過酸化水素を生成することを含む。
 前記水系とは、水を溶媒として含むことを意味する。前記水系混合液の溶媒中、水の含有率(水/溶媒)は、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上であり、上限は100質量%である。水系混合液は、水とラジカル安定化剤とを含むものであればよく、ラジカル安定化剤の水溶液であることが好ましい。
 前記ラジカル安定化剤は、水を酸化して過酸化水素を生成する作用を有する中間体(以下、単に「活性種」という)の生成に寄与するものであればよく、好ましくは、該ラジカル安定化剤と、水に由来するラジカルとの反応を経由して、前記活性種を形成しうるものであることが好ましい。
 前記ラジカル安定化剤は、その構造中に、共鳴構造を有するものであることが好ましく、酸素原子が関与する共鳴構造を有するものであることがより好ましく、共鳴安定化されていることがさらに好ましい。また、前記ラジカル安定化剤は、水溶性であることが好ましい。
 前記ラジカル安定化剤としては、具体的には、炭酸水素イオン(重炭酸イオン)、炭酸イオン、カルボキシ基を含むイオン、リン酸イオン、リン酸一水素イオン、リン酸二水素イオンなどが好ましいものとして挙げられる。
 前記ラジカル安定化剤の濃度は、前記水系混合液中、好ましくは0.3mmol/L以上、より好ましくは0.5mmol/L以上、さらに好ましくは1mmol/L以上であり、ラジカル安定化剤又はラジカル安定化剤とその対イオンとの塩の水への溶解度以下、例えば1.2mol/L以下、好ましくは1mol/L以下、さらに好ましくは700mmol/L以下である。
 前記水系混合液は、水及びラジカル安定化剤のみからなっていてもよく、それ以外に、その他の成分を含んでいてもよい。前記その他の成分としては、前記ラジカル安定化剤との塩を形成しうるイオン等が挙げられ、具体的には、ナトリウムイオン、カリウムイオン等のアルカリ金属イオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン等のアルカリ土類金属イオンなどが挙げられる。前記水系混合液において、前記ラジカル安定化剤と、前記イオンとは、塩を形成していてもよい。
 前記水系混合液は、水と混和しうる溶媒を含んでいてもよい。
 前記非水系媒体における非水系とは、水との界面を形成しうるものであることを意味し、好ましくは疎水性であることを意味する。前記非水系媒体は、流体であることが好ましく、気体及び/又は液体であることがより好ましい。前記流体、気体、液体は、前記水系混合液との接触時における状態を表すものとする。
 前記非水系媒体のオクタノール/水分配係数(Pow(線形スケール))は、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.5以上、さらに好ましくは1以上であり、上限は100,000,000であることが好ましい。前記オクタノール/水分配係数は、JIS Z 7260-107:2000に準拠して測定することができる。
 前記非水系媒体としての気体は、例えば、空気;又は窒素等の不活性気体であることが好ましい。前記気体としては、1種又は2種以上を用いることができる。
 前記非水系媒体としての液体は、疎水性液状物質であることが好ましい。
 前記疎水性液状物質は、疎水性基を有し、常温(大気圧下、25℃)で液体である化合物であればよく、疎水性基としてアルカジエニル基を有する化合物(以下、「ジエン化合物」という場合がある)であるか、疎水性基及び親水性基を有する化合物であることが好ましい。作用機序は明らかではないが、前記疎水性液状物質においては、疎水性基同士が疎水性相互作用により集合し、親水性基が水系混合液側に配置されやすくなると考えられる。また、疎水性基中にπ共役系が存在する場合、前記疎水性相互作用に加えてπ-π相互作用も生じ得、疎水性基が、より集合しやすくなると考えられる。
 前記アルカジエニル基としては、ブタジエニル基、ペンタジエニル基、ヘキサジエニル基、ヘプタジエニル基、オクタジエニル基、ノナジエニル基、デカジエニル基等が挙げられる。前記アルカジエニル基の炭素数は、好ましくは4~12、より好ましくは4~10である。前記ジエン化合物は、好ましくは共役ジエン化合物である。
 前記疎水性基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、ブタデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基等の炭素数1~20の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基;ビニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基、トリデセニル基、ブタデセニル基、ペンタデセニル基、ヘキサデセニル基、ヘプタデセニル基、オクタデセニル基、ノナデセニル基、イコセニル基等の炭素数2~20の直鎖状又は分岐鎖状アルケニル基;ペンタジエニル基、ヘキサジエニル基、ヘプタジエニル基、オクタジエニル基、ノナジエニル基、デカジエニル基、ウンデカジエニル基、ドデカジエニル基、トリデカジエニル基、ブタデカジエニル基、ペンタデカジエニル基、ヘキサデカジエニル基、ヘプタデカジエニル基、オクタデカジエニル基、ノナデカジエニル基、イコサジエニル基等の炭素数5~20の直鎖状又は分岐鎖状アルカジエニル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等の炭素数6~20の芳香族炭化水素基;前記アルキル基、アルケニル基、アルカジエニル基における水素原子を結合手とした2価の基と、前記芳香族炭化水素基とを組み合わせた炭素数7~20のアラルキル基;フッ素原子基、塩素原子基、臭素原子基、ヨウ素原子基等のハロゲン原子基等が挙げられる。
 前記疎水性基としては、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、アラルキル基が好ましく、アルキル基、アラルキル基がより好ましい。前記疎水性基の炭素数は、1~20が好ましく、1~10がより好ましい。前記脂肪族炭化水素基(好ましくはアルキル基)の炭素数は、1~5がより好ましい。前記芳香族炭化水素基の炭素数は、6~20が好ましく、6~15がより好ましく、6~12がさらに好ましい。前記アラルキル基の炭素数は、7~20が好ましく、7~15がより好ましく、7~10がさらに好ましい。
 前記親水性基としては、ヒドロキシ基、アミノ基等の1価の親水性基;カルボニル基、エーテル結合、エステル結合等の2価の親水性基等が挙げられる。前記親水性基としては、1価の親水性基が好ましく、ヒドロキシ基がより好ましい。
 前記親水性基は、前記疎水性基の第2級以上の炭素原子に置換していることが好ましい。
 なかでも、前記疎水性液状物質は、疎水性基とヒドロキシ基とを有するアルコール化合物が好ましく、脂肪族アルコール化合物、芳香族アルコール化合物がより好ましく、炭素数1~5のアルキル基とヒドロキシ基とが結合した脂肪族アルコールアルコール;炭素数7~15のアラルキル基とヒドロキシ基とが結合した芳香族アルコール化合物が好ましく、炭素数1~5の第2級脂肪族アルコール化合物;炭素数7~15の第2級芳香族アルコール化合物がより好ましく、2-ブタノール、1-フェニル-2-プロパノールが特に好ましい。前記芳香族アルコール化合物において、ヒドロキシ基は、芳香環と反対側の末端の炭素原子又は芳香環と反対側の末端から2番目の炭素原子に結合していることが好ましい。また、前記芳香族アルコール化合物において、ヒドロキシ基は、芳香環からみてα位又はβ位の炭素原子を置換していることが好ましく、β位の炭素原子を置換していることが好ましい。
 前記疎水性液状物質としては、1-ブタノール、2-ブタノール、イソブチルアルコール、2-メチル-2-ブタノール、3-メチル-1-ブタノール、2-ペンタノール、3-ペンタノール、ネオペンチルアルコール、1-ヘキサノール、1-ヘプタノール、1-オクタノール、1-フェニル-2-プロパノール、1-フェニルエチルアルコール、4-フェニル-2-ブタノール等のアルコール化合物;メチルエチルエーテル、ジエチルエーテル等のエーテル化合物;メチルエチルケトン、ジエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン化合物;トリオレイン、トリリノレイン等のエステル化合物;トリエチルアミン、N,N’-ジ-sec-ブチル-p-フェニレンジアミン等のアミン化合物;ブタジエン、イソプレン、ペンタジエン、ジメチルブタジエン、ミルセン等の共役ジエン化合物;リモネン等の脂環式炭化水素化合物;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、スチレン、ナフタレン等の芳香族炭化水素化合物;ジクロロメタン、クロロホルム等のハロゲン置換脂肪族炭化水素化合物などが挙げられる。前記疎水性液状物質としては、1種又は2種以上を用いることができる。
 前記疎水性液状物質の水への溶解度は、好ましくは300g/L以下、より好ましくは250g/L以下、さらに好ましくは200g/L以下であることが好ましく、下限は0g/Lである。
 前記非水系媒体の沸点は、大気圧下において、常温以上であり、好ましくは25℃以上、より好ましくは30℃以上、さらに好ましくは40℃以上、いっそう好ましくは50℃以上であり、例えば600℃以下であることが好ましい。
 前記非水系媒体の分子量は、好ましくは50以上、より好ましくは60以上であり、例えば1,000以下、より好ましくは800以下である。
 前記過酸化水素の製造方法は、前記水系混合液と前記非水系媒体とを接触させて過酸化水素を生成することを含む。後述するように前記水系混合液と前記非水系媒体との接触により界面が形成され、ラジカル安定化剤の寄与により、前記水を酸化して過酸化水素を生成する作用を有する中間体が生成し、過酸化水素が発生するものと考えられる。
 前記水系混合液と前記非水系媒体との接触は、前記水系混合液と前記非水系媒体との界面の界面積を減少させないこと、すなわち、実質的に一定に保つこと又は増大させることによって実施されることが好ましい。前記水系混合液と前記非水系媒体との界面の界面積を減少させないことで、ラジカル発生が維持されうる。また、前記水系混合液と前記非水系媒体との接触において、前記水系混合液と前記非水系媒体との界面の界面積を増大させることが含まれるのがより好ましい。前記水系混合液と前記非水系媒体との界面の界面積を増大させることによって、ラジカル発生がより促進されうる。また、前記水系混合液と前記非水系媒体との接触の実施では、前記水系混合液と前記非水系媒体との界面の界面積を増大させた後に、実質的に一定に保つことも好ましい。さらに、水系混合液と非水系媒体とを接触させる際、ラジカル発生をよりいっそう促進させるために、UV(紫外線)等の光照射によりラジカル発生を補助してもよい。
 前記水系混合液と前記非水系媒体との界面の界面積を一定に保つことは、例えば、前記非水系媒体中に存在する前記水系混合液の液滴を保持(例えば静置)すること等により実施されることが好ましい。本明細書において、液滴は、液体の滴下により形成されうるものに限定されず、例えば、容器内に貯留されたバルク状の液体も包含する概念とする。
 前記水系混合液と前記非水系媒体との界面の界面積を増大させることは、例えば、前記非水系媒体中に前記水系混合液の液滴を形成すること;前記非水系媒体中に前記非水系混合液の微小領域を形成すること;前記水系混合液と前記非水系媒体とを接触させ機械的及び/又は物理的操作を行うことにより実施されることが好ましい。前記水系混合液中に前記非水系媒体の微小領域を形成することは、例えば、前記非水系媒体が気体の場合にはバブリング、前記非水系媒体が液体の場合には注入など、前記水系混合液中に前記非水系媒体を微小量導入する操作を行うことにより実施されてもよい。前記機械的及び/又は物理的操作は、撹拌操作等の、前記水系混合液と前記非水系媒体との界面を直接変形させる操作であってもよく;振とう操作、超音波振動付与操作等の、前記水系混合液及び/又は前記非水系媒体に外力を及ぼすことによって、前記水系混合液と前記非水系媒体との界面を変形させる操作であってもよい。
 前記振とう操作を行う場合、回転数は、例えば1,000rpm以上であることが好ましく、好ましくは1,200rpm以上であり、上限は、例えば5,000rpm以下、4,000rpm以下としてもよい。
 前記水系混合液と前記非水系媒体とを接触させる際の温度は、前記水系混合液が、液体として存在しうる温度であればよく、好ましくは0℃以上、より好ましくは4℃以上であり、例えば80℃以下、好ましくは75℃以下である。
 前記水系混合液と前記非水系媒体とを接触させる時間は、好ましくは30秒以上、より好ましくは1分以上であり、例えば100時間以下、好ましくは80時間以下である。
 前記水系混合液と前記非水系媒体との接触は、大気圧下(例えば、900~1,200hPa、好ましくは950~1,100hPa(絶対圧))で実施することができる。
 前記水系混合液に対する前記非水系媒体の体積比(非水系媒体/水系混合液)は、前記水系混合液と前記非水系媒体とを接触させない状態において、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.05以上、さらに好ましくは0.1以上であり、好ましくは1,000以下、より好ましくは500以下、さらに好ましくは100以下、いっそう好ましくは50以下である。
 前記水系混合液と前記非水系媒体とを接触させることにより生成した過酸化水素は、前記水系混合液に溶解し、過酸化水素を含む水系混合液として回収することができる。
 前記水系混合液と前記非水系媒体とを接触させて生成した過酸化水素の存在は、例えば、前記接触後、前記水系混合液に、過酸化水素のプローブを添加し、各プローブに対応した蛍光を測定することで確認することができる。前記過酸化水素のプローブとしては、Peroxy green 1(9-(4-メトキシ-2-メチルフェニル)-6-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)-キサンテン-3-オン)、Oxiselect(コスモ・バイオ株式会社製)、HYDROP-EX(五稜化薬株式会社製)等を用いることができる。
 前記蛍光を測定する際、濃度消光等の影響を抑制するため、前記非水系媒体との接触後の水系混合液を希釈してもよい。前記希釈媒体としては、例えば、リン酸緩衝食塩水等を用いることができる。希釈倍率は、体積基準で、例えば1倍~1,000倍、5~500倍とすることができる。
 前記過酸化水素の製造方法において、前記水系混合液と前記非水系媒体とを接触させて、さらに水素を生成することが好ましい。
 前記水系混合液と前記非水系媒体との接触により過酸化水素が生成するメカニズムは確定されるものではないが、一例として、前記ラジカル安定化剤として過酸化水素イオンを用いた場合、以下に示されるように推測される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 すなわち、前記水系混合液と前記非水系媒体とを接触させることで、炭酸水素イオンと、ヒドロキシラジカルとの反応によりCO ラジカルが生成し、CO ラジカルとヒドロキシラジカルとの反応;あるいはCO ラジカルの会合により生じたC 2-と水素イオンとの反応により、活性種としてのHCO が生成すると考えられる。HCO は、ヒドロキシラジカルよりも安定であるものの、反応性が高く、水を酸化する作用を有するものであり、HCO と水との反応により、過酸化水素が生成すると考えられる。
 さらに、前記の反応式に基づいて、反応に関与する成分の物質収支を考慮すると、水素が発生することも説明することができる。
 実施態様1として、前記水系混合液と前記非水系媒体とを接触させて過酸化水素を生成する際、前記接触が、前記水系混合液と気体である前記非水系媒体との界面の界面積を増大させた後、一定に保つことによって実施されることが好ましい。具体的には、前記気体である非水系媒体中に、前記水系混合液の液滴を形成し、その液滴を保持することによって実施されることが好ましい。
 前記液滴の形成は、例えば、前記非水系媒体中の存在下、前記水系混合液を滴下又は噴霧することにより実施することができる。前記滴下又は噴霧の際、非水系媒体以外に、基材が存在していてもよい。前記基材としては、液滴を保持可能なように水(水系混合液)との接触角の大きい材料であるのが好ましく、ガラス基材;ポリ塩化ビニリデン、ポリオレフィン、塩化ビニル、ポリスチレン、ポリエステル等の樹脂からなる樹脂基材等を用いることができる。
 前記基材上における水の接触角は、例えば10°以上、好ましくは20°以上、より好ましくは30°以上であり、例えば150°以下、120°以下であることも許容される。前記水の接触角は、例えば、JIS R 3257:1999に準拠して測定することができる。
 前記液滴の体積は、好ましくは10mL以下、より好ましくは5mL以下、さらに好ましくは1mL以下であり、好ましくは10pL以上、より好ましくは50pL以上である。また、前記液滴の体積は、好ましくは700μL以下、より好ましくは500μL以下であって、好ましくは100nL以上、より好ましくは500nL以上、さらに好ましくは1μL以上であってもよく;好ましくは1μL以下、より好ましくは500nL以下、さらに好ましくは100nL以下、いっそう好ましくは10nL以下、好ましくは10pL以上、より好ましくは50pL以上であってもよい。前記水系混合液は、前記ラジカル安定化剤を含んでおり、液滴の体積が大きく、非水系媒体との界面積が大きくとも、過酸化水素を生成することができる。
 なお、前記液滴の形状は、例えば、球状、半球状、半楕円球状等であってよく、基材上に濡れ広がった形状であってもよい。また、前記液滴が容器内に貯留され、液滴の上部でのみ非水系媒体と接している状態であってもよい。この場合、前記液滴と前記非水系媒体との界面積が大きくなるように、容器の底面と平行な平面における断面(以下、単に「容器断面」という場合がある)の断面積が大きいことが好ましい。また、前記容器断面にわたって水系混合液の表面が存在しうるよう、前記容器断面の断面積に応じ、前記水系混合液の体積を10mLより大きくしてもよい。前記液滴の体積は、例えば、容器中における液滴の高さが、好ましくは1mm以上、より好ましくは2mm以上、さらに好ましくは5mm以上であり、好ましくは10m以下、より好ましくは1m以下、さらに好ましくは50cm以下となるような体積であってよい。前記容器断面の断面積は、例えば10cm以上、好ましくは20cm以上であり、場合により1m以上、100m以上、1,000m以上であってもよく、場合により8,000m以下、2,000m以下、200m以下であってよく、1m以下、100cm以下であってもよい。
 実施態様1において、前記非水系媒体としては、気体が好ましく、空気や、窒素等の不活性ガス等が挙げられる。なお、水の酸化反応であるものの、上記化1に示すように酸素は過酸化水素の発生に寄与しないので、気体に酸素が含まれている必要はない。
 実施態様1において、前記液滴は、その界面の全てが前記非水系媒体と接していてもよく、前記液滴の一部が、前記基材と接していてもよい。
 実施態様1において、前記液滴と前記非水系媒体との界面の界面積Sと、前記液滴の体積Vとの比(S/V、以下、「比表面積」という場合がある)は、好ましくは100m-1以上、より好ましくは200m-1以上、さらに好ましくは500m-1以上であり、例えば10,000m-1以下、8,000m-1以下、5,000m-1以下であってもよい。
 前記液滴の体積Vは、滴下時の条件に即して特定することができ、滴下時の条件が不明である場合は、液滴の重量を測定し、密度を1g/cmと仮定して算出することができる。また、前記界面積Sは、液滴の体積Vと、光学顕微鏡等により測定した液滴の半径rとを用いて算出することができる。具体的には、まず液滴の高さhを以下の式を用いて算出した後、
 V=(1/6)πh(3r+h
液滴の半径rと高さhとから、以下の式を用いて界面積Sを算出することができる。
 S=π(r+h
 前記実施態様1において、前記水系混合液と前記非水系媒体とを接触させる温度は、前記水系混合液が液体として存在する温度であればよく、具体的には、前記水系混合液の凝固点より高く、好ましくは、0℃以上、より好ましくは4℃以上、さらに好ましくは10℃以上であり、好ましくは90℃以下、より好ましくは80℃以下、いっそう好ましくは75℃以下である。
 前記実施態様1において、前記水系混合液と前記非水系媒体とを接触させる時間は、好ましくは10分以上、より好ましくは30分以上、さらに好ましくは1時間以上であり、例えば500時間以下、好ましくは200時間以下、より好ましくは100時間以下である。前記実施態様1において、液滴を接触させる時間が一定時間以上になると、過酸化水素の発生量が飽和する傾向にある。この観点からは、接触時間を、例えば50時間以下、30時間以下、20時間以下、10時間以下とすることも許容される。
 前記実施態様1において、前記水系混合液と前記非水系媒体とを、0℃以上、80以下℃以下の温度で20分以上、20時間以下接触させることが好ましく、20℃以上、75℃以下の温度で1時間以上、10時間以下接触させることが好ましい。
 前記実施態様1において、前記水系混合液と前記非水系媒体とを接触させる際の圧力は、大気圧、例えば、絶対圧で、900~1,200hPa、好ましくは950~1,100hPaであることが好ましい。
 実施態様2として、前記水系混合液と前記非水系媒体とを接触させて過酸化水素を生成する際、前記非水系媒体として前記疎水性液状物質を用い、前記接触が、前記水系混合液と疎水性液状物質との界面の界面積を増大させることによって実施されることが好ましい。具体的には、前記水系混合液と前記疎水性液状物質との界面の界面積を、機械的及び/又は物理的操作によって増大させることが好ましい。前記水系混合液と、前記疎水性液状物質とを接触させる際、気体である非水系媒体が共存していてもよい。
 実施態様2において、前記水系混合液に対する前記疎水性液状物質の体積比(疎水性液状物質/水系混合液)は、前記水系混合液と前記非水系媒体とを接触させる前の状態において、好ましくは0.001以上、より好ましくは0.005以上、さらに好ましくは0.01以上であり、好ましくは100以下、より好ましくは50以下、さらに好ましくは30以下である。
 実施態様2において、前記水系混合液と前記非水系媒体とを接触させる温度は、前記水系混合液が、液体として存在しうる温度であればよく、好ましくは0℃以上、より好ましくは4℃以上であり、例えば70℃以下、好ましくは60℃以下、より好ましくは50℃以下である。
 実施態様2において、前記水系混合液と前記非水系媒体とを接触させる時間は、好ましくは10秒以上、より好ましくは20秒以上、さらに好ましくは30秒以上であり、好ましくは10時間以下、より好ましくは5時間以下、さらに好ましくは3時間以下であり、特に、接触時間が5分以下、3分以下であっても過酸化水素を生成することができる。
 実施態様2において、前記水系混合液と前記非水系媒体とを接触させる際の圧力は、大気圧、例えば、絶対圧で、900~1,200hPa、好ましくは950~1,100hPaであることが好ましい。
 水と前記ラジカル安定化剤と過酸化水素とを含み、前記ラジカル安定化剤の濃度が、0.3mmol/L以上である過酸化水素製品も本発明の技術的範囲に包含される。前記過酸化水素製品は、非水系媒体、例えば空気中において、過酸化水素を安定的に生成しうる。
 前記ラジカル安定化剤の濃度は、前記過酸化水素製品中、好ましくは0.3mmol/L以上、より好ましくは0.5mmol/L以上、さらに好ましくは1mmol/L以上であり、ラジカル安定化剤又はラジカル安定化剤とその対イオンとの塩の水への溶解度以下、例えば1.2mol/L以下、好ましくは1mol/L以下、さらに好ましくは700mmol/L以下である。
 過酸化水素の濃度は、前記過酸化水素製品中、好ましくは0.1μmol/L以上、より好ましくは1μmol/L以上、さらに好ましくは10μmol/L以上であり、例えば10mol/L以下、1mol/L以下、500mmol/L以下、100mmol/L以下であってもよい。なお、過酸化水素の濃度は、蒸留などの濃縮、加水などの希釈により調整することが可能である。
 前記過酸化水素製品は、水、前記ラジカル安定化剤及び過酸化水素以外に、その他の成分を含んでいてもよい。前記その他の成分としては、前記ラジカル安定化剤との塩を形成しうるイオン等が挙げられ、具体的には、ナトリウムイオン、カリウムイオン等のアルカリ金属イオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン等のアルカリ土類金属イオンなどが挙げられる。前記水系混合液において、前記ラジカル安定化剤と、前記イオンとは、塩を形成していてもよい。
 前記水系混合液は、水と混和(例えば相溶)しうる溶媒を含んでいてもよい。前記水と混和しうる溶媒としては、エタノール、2-プロパノール等の低級アルコール類(特に、炭素数1~4、好ましくは炭素数2~3のアルコール類)などが挙げられる。
 前記過酸化水素製品は、殺菌剤、漂白剤、洗浄剤、除菌剤、食品添加剤等に好適に用いることができる。
 以下の実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない 
実施例1-1:滴下による液滴作製
 水と炭酸水素ナトリウムとを混合し、ラジカル安定化剤としての炭酸水素イオンが表1に示す濃度となるように水系混合液を調製した。前記水系混合液を、大気圧下、空気中、100mm cell culture dish(Corning製)に、表1に示す体積となるように滴下して液滴(droplet)を作製した。作製した液滴を、表1に示す条件で静置して過酸化水素を生成した。
実施例1-2:噴霧による液滴作製
 水と炭酸水素ナトリウムとを混合し、ラジカル安定化剤としての炭酸水素イオンが表1に示す濃度となるように水系混合液を調製した。前記水系混合液を、大気圧下、空気中、ラップの上にネブライザNE-U200(OMRON)を用いて噴霧し、液滴(droplet)を作製した。作製した液滴を、表1に示す条件で静置して過酸化水素を生成した。
実施例1-3:容器中における液滴作製
 (1)~(4)については、水と炭酸水素ナトリウムとを混合し、ラジカル安定化剤としての炭酸水素イオンが表1に示す濃度となるように水系混合液を調製した。(5)については、水と炭酸水素カリウムとを混合し、ラジカル安定化剤としての炭酸水素イオンが表1に示す濃度となるように水系混合液を調製した。前記水系混合液を、大気圧下、空気中、100mm cell culture dish(Corning製)に、6mL滴下して液滴(droplet)を作製した。作製された液滴は、前記100mm cell culture dish上に、まんべんなく行きわたった状態であった。作製した液滴を、表1に示す条件で静置して過酸化水素を生成した。
[液滴(droplet)の表面積の算出]
 実施例1-1で得られた各液滴(droplet)について、光学顕微鏡を用いて底面の半径rを測定した。各液滴(droplet)の体積Vは、滴下時の条件に基づいて特定した。以下の式に基づいて、液滴(droplet)の高さhを算出し、
 V=(1/6)πh(3r+h
前記半径rと高さhとから、液滴(droplet)と非水系媒体としての空気との界面の界面積Sを算出した。
 S=π(r+h
[過酸化水素量の測定]
 非水系媒体との接触後の水系混合液における過酸化水素濃度を測定することにより、過酸化水素の生成を確認した。実施例、比較例に記載の各条件にて3回以上実施し、各実施により得られた水系混合液について、それぞれ3回以上測定を行った。具体的な測定は、以下のように行った。すなわち、実施例、比較例で得られた静置後の水系混合液を回収し、リン酸緩衝食塩水を用いて、体積基準で10倍又は100倍に希釈した。塩酸を用いてpHを7.6に調整した。その後、過酸化水素のプローブとして、Peroxy Green 1(9-(4-メトキシ-2-メチルフェニル)-6-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)-キサンテン-3-オン)、OxiSelect(コスモ・バイオ株式会社製)、HYDROP-EX(五稜化薬株式会社製)の3種類を用い、非水系媒体との接触後の水系混合液における過酸化水素濃度を測定した。
 Peroxy Green 1を用いた場合については、前記希釈及びpH調整を行った後の水系混合液に、5μmol/Lの濃度となるようにPeroxy Green 1を加え、温度37℃、CO濃度5%の雰囲気下で24時間静置した。その後、分光光度計Spark 10M(TECAN製)を用い、励起波長450nm、検出する蛍光波長515nmとして、蛍光強度を測定した。
 OxiSelectを用いた場合については、前記希釈及びpH調整を行った後の水系混合液に、製造元のプロトコルに従いOxiSelectを加え、室温で30分静置した。その後、分光光度計Spark 10M(TECAN製)を用い、励起波長550nm、検出する蛍光波長590nmとして、蛍光強度を測定した。
 HYDROP-EXを用いた場合については、前記希釈及びpH調整を行った後の水系混合液に、2μmol/Lの濃度となるようにHYDROP-EXを加え、温度37℃、CO濃度5%雰囲気下で1時間静置した。その後、分光光度計Spark 10M(TECAN製)を用い、励起波長490nm、検出する蛍光波長530nmとして、蛍光強度を測定した。
 各試料における過酸化水素濃度は、各プローブについて作成した検量線に基づいて定量した。まず、過酸化水素濃度0.1μmol/L、0.3μmol/L、1μmol/L、3μmol/L、10μmol/L、30μmol/L、100μmol/Lとなるように過酸化水素水を調製し、それぞれ、塩酸を用いてpH7.6とした標準試料を調製した。次いで、上記の操作に従って各標準試料の蛍光強度を測定することによって検量線を作成した。プローブ間で定量された過酸化水素濃度に差異がないことを確認した。
 プローブとしてHYDROP-EXを用いて定量した過酸化水素濃度を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
実施例2-1:振とうによる水系分散液と空気との界面積増大
 濃度0.5mol/Lの炭酸水素ナトリウム水溶液と空気2mLをガスバリアバッグ(三菱ガス化学株式会社製、体積100mL)に入れ、約50℃に加熱しながら50分間、vortex(MicroMixerE-36(株式会社TAITEC製))を用いて振とうした。振とう時の振動数は、3,200rpmとした。
[水素の生成の確認]
 振とう後、前記ガスバリアバッグから気相部分を取り出した。取り出した気相部分を、ガスクロマトグラフィ(GC-2014(株式会社島津製作所製)、検出器:TCD(熱伝導度検出器)、カラム:Shincarbon-ST50/80(長さ6.0m、内径3.0mm)、キャリアガス:アルゴン)を用い、測定した。ガスクロマトグラフィのスペクトルを図1に示す。図1より、水素が生成していることを確認することができる。
実施例2-2:振とうによる水系分散液と疎水性液状物質との界面積増大
 各疎水性液状物質と表2~5に示す濃度の炭酸水素水溶液を、表1に示す混合比(体積基準)となるように容器に入れ、vortex(MicroMixerE-36(株式会社TAITEC製))を用いて、表2~5に示す条件で振とうを行った。振とう時の振動数は、3,200rpmとした。
[過酸化水素量の測定]
 非水系媒体との接触後の水系混合液における過酸化水素濃度を測定することにより、過酸化水素の生成を確認した。具体的には、水系分散液と、疎水性液状物質とを接触させた後、遠心分離して油層を取り除き、水層をリン酸緩衝食塩水(PBS)で、疎水性液状物質として1-フェニル-2-プロパノール、1-フェニルエチルアルコール、2-ブタノールを用いて得られた水相を除き、100倍(体積基準)に希釈した。1-フェニル-2-プロパノール、1-フェニルエチルアルコール、2-ブタノールを用いた場合の水相については、リン酸緩衝食塩水(PBS)で、1,000倍(体積基準)に希釈した。疎水性液状物質として、トリエチルアミンを用いた場合は、塩酸を用い、pHを7.6に調整した。前記希釈を行った後の水系混合液に、2μmol/Lの濃度となるように過酸化水素のプローブとしてのHYDROP-EXを加え、温度37℃、CO濃度5%雰囲気下で1時間静置した。その後、分光光度計Spark 10M(TECAN製)を用い、励起波長490nm、検出する蛍光波長530nmとして、蛍光強度を測定した。
 非水系媒体との接触後の水系混合液における過酸化水素濃度は、前記検量線に基づいて定量した。定量した過酸化水素濃度を表2~5に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 表2~5中、疎水性液状物質(1)~(26)は、それぞれ、以下の化合物を表す。
 (1)1-フェニル-2-プロパノール
 (2)1-フェニルエチルアルコール
 (3)2-ブタノール
 (4)トリエチルアミン
 (5)3-メチル-1-ブタノール
 (6)トリオレイン
 (7)オクタノール
 (8)シクロヘキサノン
 (9)3-ペンタノール
 (10)ミルセン
 (11)イソプレン
 (12)ジエチルエーテル
 (13)2-ペンタノール
 (14)(R)-(+)-リモネン
 (15)エチルベンゼン
 (16)4-フェニル-2-ブタノール
 (17)キシレン
 (18)トリリノレイン
 (19)ベンゼン
 (20)トルエン
 (21)スチレン
 (22)ジクロロメタン
 (23)クロロホルム
 (24)2-ブタノン
 (25)1-ブタノール
 (26)tert-アミルアルコール
 以上より、水とラジカル安定化剤とを含む水系分散液と、非水系媒体とを接触させることにより過酸化水素が生成することを確認できる。
参考例1:過炭酸イオン(HCO )の検出
ポジティブコントロール
 ポジティブコントロールとして、99%13C含有炭酸水素ナトリウム水溶液(濃度500mol/L)を100μLと、酢酸(濃度1mol/L)を65μL混合し、イオン交換水335μLと混合して、二酸化炭素を充分発生させたのちに、8.5mol/Lの過酸化水素水を68μL加えることで過炭酸イオン(HCO )を含む試料を調製した。炭酸水素ナトリウムの終濃度(二酸化炭素を発生させる前の段階における最終的な濃度)は0.1mol/L、酢酸の終濃度(過酸化水素を加える前の段階における最終的な濃度)は0.13mol/L、過酸化水素の終濃度(調製後の最終的な濃度)は、1.0mol/Lであった。この試料を5mmNMR管に移し、0℃の氷浴上で冷やした後に、リン酸ナトリウム緩衝液でpHを調節した。溶媒ロックをかけるために終濃度12質量%となるようにDOを加え、即座にJEOL JNM-ECZ500R Spectrometer(500MHz)にセットし、13C NMRスペクトルを測定した。積算回数は1,024回、測定時間は1~2時間で、pH調節から最初のスキャンまでは約5分間であった。
炭酸水素ナトリウム水溶液
 測定試料として、99%13C含有炭酸水素ナトリウム水溶液(濃度500mmol/L)と、1-フェニル-2-プロパノールとを、混合前の体積比が1:2となるような割合で混合した。-20℃において、測定試料を採取し、溶媒ロックをかけるため終濃度20体積%となるようにCDODを加え、5mmNMR管に移した。-20℃に設定したJEOL JNM-ECZ600R Spectrometer(600MHz)にセットし、13C NMRスペクトルを測定した。積算回数は200回、測定時間は10分であった。同様の方法で、3回測定を行った。
 ポジティブコントロールに基づいてHCO のスペクトルを同定した。1-フェニル-2-プロパノールとの混合液から水相として採取した炭酸水素ナトリウム水溶液の測定において得られた13C NMRスペクトルを、図2に示す。
参考例2:水系混合液の界面におけるラジカル種の生成の検出
 3,4-ジヒドロ-2,2-ジメチル-2H-ピロール 1-オキシド(DMPO)(富士フイルム和光純薬株式会社製)、Fe(II)SO・7HO、過酸化水素(富士フイルム和光純薬株式会社製)を用いた。
 水系混合液としての炭酸水素ナトリウム水溶液と、非水系媒体としての空気との気液界面におけるラジカルの検出においては、3,4-ジヒドロ-2,2-ジメチル-2H-ピロール 1-オキシド(DMPO)を終濃度300mmol/Lとなるように用いてスピントラッピング剤とし、DMPOを含む炭酸水素ナトリウム水溶液(炭酸水素ナトリウム濃度500mmol/L)をラップの上にネブライザNE-U200(OMRON)を用いて噴霧し、液滴(droplet)とした。ガスバリアPTS袋(三菱ガス化学株式会社製)を用い、無酸素環境下37°Cで4.5時間インキュベートし、その後液滴(droplet)を回収してひとつに合わせた。
 また、水系混合液としての炭酸水素ナトリウム水溶液と、非水系媒体としての1-フェニル-2-プロパノールとの界面におけるラジカルの検出においては、3,4-ジヒドロ-2,2-ジメチル-2H-ピロール 1-オキシド(DMPO)を終濃度300mmol/Lとなるように用いてスピントラッピング剤とし、DMPOを含む炭酸水素ナトリウム水溶液(炭酸水素ナトリウム濃度500mmol/L)と1-フェニル-2-プロパノールとを、混合前の体積比が1:2となるような割合で容器に入れ、vortex(MicroMixerE-36(株式会社TAITEC製))を用いて1分間振とうした。振とう時の振動数は、3,200rpmとした。水相を電子スピン共鳴(ESR)スペクトル測定に供した。
 電子スピン共鳴(EPR)スペクトルは、室温においてJES-X320(株式会社JEOL RESONANCE製)で検出し、キャビティには5mm ESR sampletube(SHIGEMI)を使用して測定した。測定条件は、以下の通りとした。
  center field:328.000mT
  sweepwidth:5mT
  scan time:2分
  microwave frequency:9.206GHz
  microwave power:5mW
 前記EPRスペクトルを図3に示す。
 図2に示すように、前記99%13C含有炭酸水素ナトリウム水溶液と1-フェニル-2-プロパノールとの混合液の水相について測定した13C NMRスペクトルから、HCO が、該水相中に存在していることが確認された。つまり、水系混合液と疎水性液状物質との接触により、過炭酸水素イオン(HCO )を生成させることができることが確認できた。HCO は、きわめて不安定であり、通常であれば、即座に水と反応して過酸化水素と炭酸水素イオンを生じうる。ところが、図2の13C NMRからは、HCO が高濃度で存在していることが示唆される。このことから、HCO の寄与によりHCO が生じ、HCO の作用により過酸化水素が生成していると推察される。
 さらに、図3に示すように、ネブライザを用いて作成した液滴(droplet)として空気と接触させた後の水系混合液としての炭酸水素ナトリウム水溶液、1-フェニル-2-プロパノールと混合した後の炭酸水素ナトリウム水溶液のいずれにおいても、水に由来するラジカル種(H・、OH・)がそれぞれ存在していることが確認された。
 これらの結果から、炭酸水素ナトリウム水溶液と、非水系媒体とを接触させることにより過酸化水素及び水素が生成する妥当なメカニズムとして、以下の反応式により示されるメカニズムが成立しうる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 すなわち、炭酸水素イオンと、ヒドロキシラジカルとの反応によりCO ラジカルが生成し、CO ラジカルとヒドロキシラジカルとの反応;あるいはCO ラジカルの会合により生じたC 2-と水素イオンとの反応により、活性種としてのHCO が生成すると考えられる。HCO は、ヒドロキシラジカルよりも安定であるものの、反応性が高く、水を酸化する作用を有するものであり、HCO と水との反応により、過酸化水素が生成すると考えられる。
 さらに、前記反応の量論式は以下に示される式となる。このことから、前記反応において、過酸化水素以外に、水素も発生すること、炭酸水素イオンそれ自身は、過酸化水素生成後に、再び炭酸水素イオンに戻ること、すなわち触媒的に作用していることが推察され、注目される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
 本発明によれば、新規な過酸化水素の製造方法を提供することが可能である。好ましくは、本発明によればは、電圧の印加や多段プロセス、有機溶剤の排出等を伴うことなく過酸化水素を製造できるため、製造コストや製造効率、環境負荷の点においても良好であり、過酸化水素の製造方法として有用である。

Claims (16)

  1.  水とラジカル安定化剤とを含む水系混合液と、非水系媒体とを接触させて過酸化水素を生成する、過酸化水素の製造方法。
  2.  前記接触が、前記水系混合液と前記非水系媒体との界面の界面積を一定に保つこと又は増大させることによって実施される、請求項1に記載の過酸化水素の製造方法。
  3.  前記非水系媒体が気体である、請求項1に記載の過酸化水素の製造方法。
  4.  前記接触が、前記気体の存在下にて、前記水系混合液の液滴を形成することによって実施される、請求項3に記載の過酸化水素の製造方法。
  5.  前記液滴が、10pL以上の体積を有する、請求項4に記載の過酸化水素の製造方法。
  6.  前記非水系媒体が疎水性液状物質である、請求項1に記載の過酸化水素の製造方法。
  7.  前記接触が、機械的及び/又は物理的操作によって前記水系混合液と前記疎水性液状物質との界面積を増大させることを含む、請求項6に記載の過酸化水素の製造方法。
  8.  前記疎水性液状物質は、疎水性基としてアルカジエニル基を有する化合物又は疎水性基と親水性基とを有する化合物である、請求項6に記載の過酸化水素の製造方法。
  9.  前記疎水性液状物質は、芳香族アルコール化合物である、請求項8に記載の過酸化水素の製造方法。
  10.  前記接触前における、前記水系混合液に対する前記疎水性液状物質の体積比が、0.001以上100以下である、請求項6に記載の過酸化水素の製造方法。
  11.  80℃以下の温度で、前記接触を行う、請求項1に記載の過酸化水素の製造方法。
  12.  前記ラジカル安定化剤は、水に由来するラジカルとの反応を経由して、活性種を生成しうるものであり、
     前記活性種は、水を酸化して過酸化水素を生成する作用を有するものである、請求項1に記載の過酸化水素の製造方法。
  13.  前記ラジカル安定化剤が、炭酸水素イオンであり、前記活性種が、過炭酸水素イオンである、請求項1~12のいずれか1項に記載の過酸化水素の製造方法。
  14.  前記水系混合液におけるラジカル安定化剤の濃度が、0.3mmol/L以上である、請求項1に記載の過酸化水素の製造方法。
  15.  過酸化水素とともに、水素を生成する、請求項1に記載の過酸化水素の製造方法。
  16.  水とラジカル安定化剤と過酸化水素とを含み、
     前記ラジカル安定化剤の濃度が、0.3mmol/L以上である、過酸化水素製品。
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