(57)【要約】【課題】可燃性物質や自己分解性物質を原料とする化学反応、特にレーザ光等を照射して反応を起こす光化学反応を安全に、そして効率的に進行させる方法を提供する。【解決手段】可燃性物質や自己分解性物質と支燃性物質とを原料とする光化学反応場において、定容比熱Ｃｖ（Ｊ／ｍｏｌ・K）＝２１以上であり、且つ前記光化学反応に寄与しない不活性物質を加えることにより、燃焼および爆発を抑制するとともに、効率的に反応を進行させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性物質および／もしくは自己分解性物質と、支燃性物質とを原料とする光化学反応場において、定容比熱Ｃｖ（Ｊ／ｍｏｌ・K）＝２１以上であり、かつ、前記光化学反応に寄与しない不活性物質を加えることにより、燃焼および爆発を抑制しつつ光化学反応を安全に進行させる方法。
【請求項２】
前記自己分解性物質がオゾンもしくは過酸化物の酸素供給体であることを特徴とする請求項１記載の光化学反応を安全に進行させる方法。
【請求項３】
前記不活性物質は、ＰＦＣ、ＨＦＣ  もしくは、Ｎ２Ｏであることを特徴とする請求項１もしくは２記載の光化学反応を安全に進行させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可燃性物質や自己分解性物質を原料とする化学反応、特にレーザ光等を照射して反応を起こす光化学反応を安全に進行させる方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
可燃性物質や自己分解性物質の燃焼または爆発を防止し、安全に取扱えるように、あらかじめ反応に寄与しない不活性物質（以下、「不活性物質」ということがある。）を混合する方法が取られている（特許文献１）。従来、不活性物質としてフロン系・ハロン系の物質が使用されていたが、オゾン層保護の観点から、現在ではフルオロカーボン（ＨＦＣ）等の代替フロンが使用されている。また、ポリフルオロアミンによる可燃性、爆発性の燃焼又は爆発を抑制するための方法も提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００２−１７３４６９号公報
【特許文献２】特開２０００−１７８５６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の従来技術は、可燃性物質や自己分解性物質といった不安定物質の貯蔵、輸送などを念頭に置いたものである。すなわち、燃焼や爆発の防止であれば、不活性物質の添加によって、これら反応しやすい不安定物質を希釈すれば良く、不活性物質は、不安定物質と反応しにくい物質であれば良かった。しかし、光化学反応の場合、光照射によって反応場にエネルギーを与えることになるため、希釈する不活性物質は自己分解性が低いことに加え、分解したとしても、反応場における目的の光化学反応を妨げないことが求められる。
上記のポリフルオロアミンは、燃焼／爆発を抑制するための不活性物質だが、特許文献２には、大気残存期間が短いことが示されており、光化学反応のように密閉系で長期間光照射を行うと、分解することが懸念される。また、ポリフルオロアミンは分子内に窒素を含んでおり、分解生成物が反応の進行を妨げる可能性が高い。
【０００４】
このように、不安定物質の貯蔵、輸送などを念頭に置いた不活性物質による希釈方法に関する研究は行われてきたが、光化学反応を安全に進行させるための研究はほとんど行われていなかった。
そこで、本発明では、これまであまり検討されていなかった、光化学反応を安全に進行させる方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の光化学反応を安全に進行させる方法は、可燃性物質および／もしくは自己分解性物質と、支燃性物質とを原料とする光化学反応場において、定容比熱Ｃｖ（Ｊ／ｍｏｌ・K）＝２１以上であり、かつ、前記光化学反応に寄与しない不活性物質を加えることにより、燃焼および爆発を抑制しつつ反応を進行させることを特徴としている。
また、前記自己分解性物質がオゾンもしくは過酸化物の酸素供給体であることを特徴としている。
さらに、前記不活性物質は、ＰＦＣ、ＨＦＣ、もしくはＮ２Ｏであることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、光化学反応場において、目的の光化学反応に寄与せず、定容比熱が高い物質を添加することにより、反応を阻害せず、光化学反応に伴う熱を吸収することで、反応熱の上昇を効果的に抑制することができ、光化学反応を安全に進めることができるとともに、希釈による反応効率の低下を最小限にとどめることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、本発明を実施するための最良の形態の一例を示す系統図である。
図１のプロセスは、特定の酸素同位体を濃縮する装置であって、所望の酸素同位体を含むオゾンを光反応セル３で選択的に光分解したあと、未分解のオゾンと酸素とを蒸留装置４で分離し、分離した酸素を蒸留装置５で低温蒸留することにより、所望の酸素同位体を含む酸素分子を濃縮するものである。
【０００８】
以下、本プロセスを詳細に説明する。原料１であるオゾンに、不活性物質２としてＰＦＣを予め混合した混合ガス（オゾン分圧１０〜３０ｋＰａ）を光反応セル３に導入する。このとき、オゾンの自己分解を防ぐために、光反応セル内は１００〜２００Ｋ程度の温度まで冷却してあることが望ましい。
【０００９】
光反応セル３において、所望の酸素同位体（例えば18Ｏ）を含むオゾン（16Ｏ16Ｏ18Ｏ、16Ｏ17Ｏ18Ｏ、17Ｏ17Ｏ18Ｏ、16Ｏ18Ｏ18Ｏ、17Ｏ18Ｏ18Ｏ、18Ｏ18Ｏ18Ｏ）のうち、少なくともいずれか１つを選択的に解離させる波長をもつ光を前記混合ガスに照射する。
ここで、オゾンの光分解反応は発熱反応（１４２．７ｋJ／ｍｏｌ）である。光反応セル内の温度が急激に上昇すると、非選択的にオゾンの自己分解が生じ、18Ｏを含まないオゾンも分解されてしまう。このとき、たとえばオゾン、ＰＦＣを１：６の割合で混合したガス（全圧が大気圧であればオゾン分圧約１５ｋＰａ）の場合、ＰＦＣの２００Ｋにおける定容比熱（たとえばＣＦ４）であれば３９Ｊ／ｍｏｌ・Kと高いので、ＰＦＣが反応熱を吸収し、反応セル内の温度が急上昇することを防止できる。このような方法は光反応セル３を外側から冷却するよりも効率が良く、オゾンの自己分解を確実に低減できる。
【００１０】
光反応セル３にてオゾンを光分解したあと、得られた酸素と、未分解のオゾン及びＰＦＣとを分離装置４において分離する。分離装置４から得られた酸素には、解離後の原子の組合せにより、その分子中に18Ｏを含む酸素と含まない酸素が生じるので、これらを蒸留装置５に導入し18Ｏを含む酸素を濃縮する。
【００１１】
分離装置４から排出された未分解のオゾンとＰＦＣは、オゾン分解装置６を通した後、回収装置７にて酸素とＰＦＣとに分離する。この際、回収方法は蒸留および吸着といった方法が使用できる。分離したオゾンは無害化したあと大気に放出し、ＰＦＣは再利用のため不活性物質のラインに戻す。このようなプロセスにすれば、ＰＦＣを大気放出することがないので、環境への影響を最小限に抑えることが出来る。
【００１２】
更に、18Ｏとは異なる酸素同位体、例えば、17Ｏを濃縮したい場合には、図２に示すように、オゾンとＰＦＣとをオゾン分解装置６へ導入する前に、光反応セル１３に導入し、17Ｏを含むオゾンを選択的に解離させる波長を持つ光を照射するようにしても良い。光反応セル１３で、17Ｏを含む酸素と、未分解のオゾン及びＰＦＣとを分離装置１４で分離する。
工業的に有用な17Ｏや18Ｏは、それぞれ天然存在率が０．０３７％、０．２０４％と非常に小さい。同位体は、蒸留における分離係数も小さいので、オゾンの分解効率を出来る限り高めることが非常に有用である。
【００１３】
各種不活性物質の−７３℃および２５℃における定容比熱と、オゾンと混合した場合の爆発下限界を表１に示す。なお、爆発下限界は「到達温度が１０００Ｋに満たないガスは火炎が伝播しない」という知見に基づき、オゾンが全て酸素に分解し、その際発生した熱エネルギーがすべて系の温度上昇に使われるとの仮定において、到達温度が１０００Ｋとなる濃度を表す。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
（比較例）
オゾンの光分解プロセスにおいては、不活性物質として、ＰＦＣの替わりにアルゴン、クリプトン等の希ガスを用いることは適当でない。クリプトンは、オゾンとの混合において爆発下限界が低い。また、アルゴン、クリプトンは定容比熱がともに１２．５Ｊ／ｍｏｌ・Kと小さい。すなわち、これら希ガスを用いると、ＰＦＣを用いた場合より更に希釈しないと、爆発や発熱反応による温度上昇を充分に抑制できない。さらに希釈によってオゾンの分解効率が下がるため、後段の蒸留プロセスにおいて、回収率が下がる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を実施するための最良の形態の一例を示す系統図である。
【図２】本発明を実施するための別の形態を示す系統図である。
【符号の説明】
【００１７】
１・・・原料供給源
２・・・不活性物質供給源
３，１３・・・光反応セル
４，１４・・・分離装置
５・・・蒸留装置
６・・・オゾン分解装置
７・・・回収装置
【図１】
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【図２】
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