(57)【要約】    【課題】  本発明では、酸化剤として酸素を使用することによる急激な圧力や温度上昇を極力抑制した条件、いわゆる穏和な条件で化学物質、とりわけパラジクロロベンゼンやＰＣＢのような難分解性で有害な有機物を無害な物質に酸化できる超臨界水又は亜臨界水及びこれらを使用した有機物の酸化方法を提供することを目的とする。    【解決手段】  酸化剤を含有する超臨界水又は亜臨界水であって、その酸化剤が硝酸塩に由来する物質であることを特徴とする超臨界水又は亜臨界水である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤を含有する超臨界水又は亜臨界水であって、その酸化剤が硝酸塩に由来する物質であることを特徴とする超臨界水又は亜臨界水。
【請求項２】
前記硝酸塩が硝酸ナトリウムであることを特徴とする請求項１記載の超臨界水又は亜臨界水。
【請求項３】
請求項１又は２記載の超臨界水又は亜臨界水を有機物の酸化に使用することを特徴とする有機物の酸化方法。
【請求項４】
請求項１又は２記載の超臨界水又は亜臨界水が、前記有機物と前記硝酸塩を予め水に混合した後、この溶液を超臨界水又は亜臨界水状態にしたものであることを特徴とする請求項３記載の有機物の酸化方法。
【請求項５】
前記有機物を酸化により無害な物質へ分解することを特徴とする請求項３又は４記載の有機物の酸化方法。
【請求項６】
前記有機物を５００℃未満で酸化することを特徴とする請求項３乃至５記載の有機物の酸化方法。
【請求項７】
前記有機物が有機塩素系芳香族化合物であることを特徴とする請求項３乃至６記載の有機物の酸化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学物質を酸化するための酸化剤を含有する超臨界水又は亜臨界水、及びこれらを使用した有機物の酸化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環境問題に対する認識の高まりから、難分解性で有害な化学物質、例えば、ＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニル）、ダイオキシン、ダイオキシン類、放射性同位体分離等で使用されたイオン交換樹脂及び有機塩素系溶剤の処理や処分が地球規模で問題となっている。
【０００３】
中でも廃棄物焼却施設等から排出されるＰＣＢやダイオキシン類の有機物は、環境ホルモンとして大きな影響を与えると言われていることからも明らかなように、極めて深刻な環境汚染を引き起こしている。
【０００４】
このような事情を踏まえて、近年では、難分解性で有害な化学物質、特にＰＣＢ等の有機物を無害化する技術の研究や開発が盛んに行われているが、中でも超臨界水を利用したものが非常に有効な技術として注目されている。
【０００５】
超臨界水を利用した有機物の分解技術は通常、密閉系の処理であり、その代表的なものとしては、超臨界水中で酸素（過酸化水素を加えて発生する酸素も含む）により有機物を燃焼させる、いわゆる超臨界水酸化法と呼ばれるものがある（非特許文献１、２参照）。
【０００６】
この超臨界水酸化法は、ＰＣＢ等の有機塩素系芳香族化合物を燃焼させることにより、該有機塩素系芳香族化合物が有する毒性の軽減を図っている。
【０００７】
前記超臨界水酸化法には、脱塩素化を目的として該有機物を超臨界状態で水酸化ナトリウム等のアルカリ化合物と反応させる方法も知られている（非特許文献３）。
【０００８】
また、一般の産業廃棄物や家庭から生じるゴミの中の多くが、プラスチックに代表される塩化ビニル系の高分子有機化合物によって占められているが、このような有機化合物は、一般的に難燃性である。このため、このような廃棄物のかなりの量が、焼却処分せずにそのまま埋立て処分されている。
【非特許文献１】化学工学会、環境パートナーシップＣＬＵＢ共編  化学工学の進歩３５（廃棄物の処理）、槇書店  Ｐ．２２２−２３０
【非特許文献２】Ｍｏｔｏｎｏｂｕ  ＧＯＴＯ、Ｓａｔｏｓｈｉ  ＫＡＷＡＪＩＲＩ、Ｓｕｐｅｒ  Ｇｒｅｅｎ  ２００２ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、Ｓｕｗｏｎ、Ｋｏｒｅａ、２００２
【非特許文献３】超臨界流体の環境技術  ｐ９０−９１（佐古猛）、株式会社ＮＴＳ出版、１９９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記超臨界水酸化法においては、化学物質を超臨界水中で酸化するにあたり、酸化剤として酸素を使用することに起因する以下の課題があった。
【００１０】
一つ目は、酸素供給源として過酸化水素を使用することによる安全管理上、或いは操作性の課題である。これは、酸化剤である酸素の供給源として過酸化水素を使用すると、分解し易い過酸化水素が過剰に存在するため、その分解で大量の酸素が容易に発生してしまい、急激な圧力上昇を生じて危険だからである。特に、有機物と反応させる場合にあっては、有機物と過酸化水素は超臨界水中においても激しく反応するため、急激な温度上昇も招き易い。その急激な温度上昇に関して、瞬時に温度が千度以上にも上昇するという報告もある（吉澤義男；日本学術振興会未来開拓研究推進事業「革新的未来型エネルギーの生成・変換の方式、材料、システム化」研究プロジェクト平成１４年最終報告書）。このため、その取り扱いも難しい。
【００１１】
二つ目は、超臨界領域よりも温度や圧力が低く、超臨界水反応装置の腐食性を抑制し易い亜臨界領域における前記超臨界水酸化法の適用を考えた場合、その適用が本質的に困難であるという課題である。この課題は、前記超臨界水酸化法では酸素を使用しなければならないこと及び超臨界或いは亜臨界状態においては、反応に関与する物質が均一系であるか否かで反応の進行状態、例えば、反応速度が著しく相異し、一般的に均一系での反応は容易であるが、不均一系では困難であることに起因するものである。即ち、有機物は、通常、超臨界水或いは亜臨界水中で溶解しているが、酸素は、超臨界水中と異なり、亜臨界水中であまり溶解しないため、反応を容易に進めるために必要な均一系での反応が亜臨界水中では極めて起こりにくいからである。
【００１２】
三つ目は、化学物質として塩化物を酸化すると、腐食性に富む物質を生成してしまうという課題である。これは、塩化物を酸化すると、該塩化物の塩素に基づいて塩化物系の酸、例えば塩酸を生成してしまうからである。
【００１３】
その他には、化学物質を燃焼させるために使用する気体酸素を反応容器に封入しておくためのシステムが必要になるという課題がある。気体酸素を反応容器に封入しておくためのシステムが必要になると、装置全体のシステムが複雑で煩雑なものになり易く、経済コストを高める要因になる。
【００１４】
また、前記従来法においては、有機物を酸化することに起因する以下の課題があった。
【００１５】
一つ目は、有機物を超臨界状態で水酸化ナトリウム等のアルカリ化合物と反応させる方法においては、脱塩素化を目的としているために、該有機物を構成するベンゼン環を分解することはできず、ビフェニルのような新たな芳香族系有害物質を大量に生成してしまうという課題である。該有機物とは、一般に有機塩素系芳香族化合物のことである。例えば、ＰＣＢを反応させると、ビフェニルが生成することが知られている。
【００１６】
超臨界水酸化法においては、超臨界水中で酸素を酸化剤として有機物を燃焼させると、通常、煤が発生するという課題がある。煤自体はＰＣＢのような有害物質に属するものではないが、発生した煤が装置に付着すると、装置の整備やメンテナンスに必要な手間やコストの負担増を招く恐れがある。
【００１７】
二つ目は、前記超臨界水酸化法の下で、難分解性で有害な有機物を燃焼させて無害な物質にするためには、５００℃未満の加熱では難しく、より高温での加熱が必要であるという課題である。これは、ＰＣＢやダイオキシン類等の有機塩素系芳香族化合物を酸化により分解する場合、通常、５００℃以上の高温加熱下で行うことからも明らかである。
【００１８】
その他、プラスチックのような有機物を廃棄物として埋立て処分する方法は、土地利用を制限するという課題がある。プラスチック類の埋立て処分は、土地の軟弱を招く恐れもある。また、容積的に大きいものをそのまま埋立て処分しなければならないため、広大な土地が必要である。更に、廃棄物を単に埋めるだけでは、廃棄物の重量は変わらないので、減量することにはならない。
【００１９】
本発明は前記課題を解決するためになされたものである。具体的には、本発明は、超臨界水中での化学物質の酸化にあたり、酸化剤として酸素を使用しなければならないことに起因する課題及び従来法で有機物を酸化することに起因する課題を解決するためになされたものである。
【００２０】
また、産業廃棄物中の有機物を埋立て処分することに起因する課題を解決するためになされたものである。
【００２１】
従って、これらの課題を解決するため、本発明は、酸化剤として酸素を使用することによる急激な圧力や温度上昇を極力抑制した条件、いわゆる穏和な条件で化学物質を酸化できる超臨界水又は亜臨界水、及びこれらを使用した有機物の酸化方法を提供する。
【００２２】
また、本発明は、化学物質の中でもとりわけ、ＰＣＢのような難分解性で有害な有機物を無害な物質に酸化できる超臨界水又は亜臨界水、及びこれらを使用した有機物の酸化方
法を提供する。
【００２３】
また、本発明は、化学物質の中でもとりわけ、塩化ビニルを含む塩化ビニル系の有機物に対して、減容や減量が可能な超臨界水を使用した有機物の酸化方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は、硝酸ナトリウムを酸化剤として含有した水に有機塩素系芳香族化合物であるＰＣＢ（具体的には、その模擬物質であるパラジクロロベンゼン）を混合して、この水を超臨界状態又は亜臨界状態にすると、その分解が急激な圧力や温度上昇が認められないような穏和な条件で進行するという知見と、該ＰＣＢが無害な物質に分解できるという知見に基づいてなされたものである。
【００２５】
本発明の超臨界水又は亜臨界水は、請求項１に記載されているように、酸化剤を含有し、その酸化剤が従来のような酸素ではなく、硝酸塩に由来する物質から構成されることを特徴とするものである。
【００２６】
ここで、硝酸塩に由来する物質とは、硝酸塩を含有する水が超臨界状態又は亜臨界状態にある場合において、該硝酸塩から生じる物質を意味し、その酸化剤が硝酸塩に由来する物質であるとは、前記硝酸塩から生じる物質のうち、酸化力を有し、酸化剤として作用する物質をいう。具体的には、溶液の概念で言うところの硝酸イオンに相当するものであるが、該硝酸イオンから亜硝酸イオンのような酸化剤として作用する物質を生じる場合には該物質も含む。
【００２７】
溶液の概念で言うところの硝酸イオンに相当するものと述べたのは、超臨界状態では、気液臨界点を超えた状態にあるため、液体や気体の概念が厳密には適用できないからである。なお、亜臨界状態も超臨界状態と極めて近い状態にあるため、液体や気体の概念が厳密には適用できない場合もあると考えられる。
【００２８】
硝酸塩に関しては、特に限定するものではなく、例えば、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸カルシウム等があるが、腐食性に富む塩酸のような塩化物系の酸の生成を抑制する観点からは、該塩化物系の酸と塩を形成し易いものが好ましい。
【００２９】
また、本発明は、超臨界水に限定するものではなく、亜臨界水も可能である。その理由は、化学物質、例えばＰＣＢのような有機物は、通常、超臨界状態よりも圧力や温度の低い亜臨界状態の水にも溶解し、また、硝酸ナトリウムを酸化剤として含有した水を亜臨界状態にした場合に生じる硝酸イオンもその水に溶解するため、該有機物と該硝酸イオンを均一系で反応させることができるからである。
【００３０】
なお、該超臨界水又は亜臨界水中での酸化反応は、該亜臨界水中の方が該超臨界水中よりも圧力や温度の低い条件で進行するので、同じ還元物質に対する酸化反応速度は、通常、該亜臨界水中の方が該超臨界水中よりも遅い。
【００３１】
ここで、本発明の超臨界水又は亜臨界水を製造する方法としては、超臨界水又は亜臨界水の状態において、溶液の概念で言うところの硝酸イオンに相当するものが生成し、存在できるものであればよい。一般的には、硝酸塩とともに水に混合して、この溶液を超臨界水又は亜臨界水の状態にすることにより製造するが、超臨界水又は亜臨界水の状態において、溶液の概念で言うところの硝酸イオンに相当するものが存在できればよいので、水を超臨界水又は亜臨界水の状態にして、その状態を維持したまま、硝酸塩を混合する方法も可能である。
【００３２】
従って、本発明の超臨界水又は亜臨界水において、酸化したい物質（以下、還元物質と呼ぶ）が共存する場合にあっては、該還元物質を硝酸塩とともに水に混合して、この溶液を超臨界水又は亜臨界水の状態にする方法の他、該硝酸塩を水に混合した溶液を超臨界水
又は亜臨界水の状態にして、その状態を維持したまま、該還元物質を混合する方法、或いは水を超臨界水又は亜臨界水の状態にして、その状態を維持したまま、該硝酸塩と該還元物質を混合する方法が可能である。
【００３３】
もっとも、超臨界水反応装置の構成や超臨界水又は亜臨界超臨界水における硝酸イオンの安定性等に鑑みると、還元物質を硝酸塩とともに水に混合して、この溶液を超臨界水又は亜臨界水の状態にする方法が好ましい。
【００３４】
なお、超臨界水とは、超臨界状態にある水を意味する。水の臨界状態は、温度を臨界温度の３７４℃に加熱し、圧力を臨界圧力の２２．１ＭＰａにすると達成する。このため、超臨界水とは、具体的には、温度が３７４℃以上に加熱され、圧力が２２．１ＭＰａ以上の状態にある水のことであり、水がこのような状態にあれば、他の物質を含有していても、超臨界水である。
【００３５】
また、亜臨界水は臨界温度よりも低い温度の状態にあり、相図上では液体に属する。本発明では、この臨界温度近傍の液体状態を亜臨界状態と呼ぶ。
【００３６】
本発明の超臨界水又は亜臨界水は、請求項２に記載されているように、酸化剤が酸素ではなく、硝酸塩の一つである硝酸ナトリウムに由来する物質から構成されていることを特徴とするものである。
【００３７】
硝酸ナトリウムに由来する物質とは、硝酸ナトリウムを含有する水が超臨界状態又は亜臨界状態にある場合において、該硝酸ナトリウムから生じる物質を意味し、その酸化剤が硝酸ナトリウムに由来する物質であるとは、前記硝酸ナトリウムから生じる物質のうち、酸化力を有し、酸化剤として作用する物質をいう。具体的には、溶液の概念で言うところの硝酸イオンに相当するものであるが、該硝酸イオンから亜硝酸イオンのような酸化剤として作用する物質を生じる場合には該物質も含む。
【００３８】
本発明の有機物の酸化方法は、請求項３に記載されているように、硝酸塩、例えば、硝酸ナトリウムに由来する物質を酸化剤として含有している超臨界水又は亜臨界水を使用すること、及びこれらを使用して有機物を酸化することから構成される。
【００３９】
硝酸塩、例えば、硝酸ナトリウムに由来する物質を酸化剤として含有している超臨界水又は亜臨界水を使用するとは、従来のように酸素（過酸化水素を発生源とした酸素を利用する場合も含む）を酸化剤として使用するものではないということである。
【００４０】
これらを使用して有機物を酸化するとは、硝酸塩に由来する物質を酸化剤として含有している超臨界水又は亜臨界水中で有機物を酸化するという意味である。
【００４１】
酸化対象となる有機物に関しては、特に限定するものではなく、例えば、廃棄物焼却施設等から排出されるＰＣＢ等の有機塩素系芳香族化合物、放射性同位体分離等で使用されたイオン交換樹脂及び有機塩素系溶剤等があり、中でもＰＣＢのような廃棄物焼却施設等から排出される難分解性で有害な有機塩素系芳香族化合物が代表的である。
【００４２】
本発明の有機物の酸化方法で使用する硝酸塩、例えば、硝酸ナトリウムに由来する物質を酸化剤として含有している超臨界水又は亜臨界水は、請求項４に記載されているように、有機物と硝酸塩、例えば硝酸ナトリウムを予め水に混合した後、この溶液を超臨界水又は亜臨界水状態にすることにより得る。
【００４３】
有機物と硝酸塩、例えば硝酸ナトリウムを予め水に混合した後、この溶液を超臨界水又
は亜臨界水状態にするとしたのは、水を超臨界状態にした後、その状態で有機物と硝酸塩を混合する方法等と区別するためである。
【００４４】
本発明の有機物の酸化方法は、請求項５に記載されているように、硝酸塩、例えば、硝酸ナトリウムに由来する物質を酸化剤として含有している超臨界水又は亜臨界水を使用すること及び該超臨界水又は亜臨界水において有機物を酸化することに加えて、該有機物を無害な物質に分解することから構成される。
【００４５】
無害な物質とは、自然環境に放出しても許容され得る物質をいう。もっとも、その許容され得る物質には、その物質が有害物質であっても、放出される濃度から許容範囲にあると判断できるものも含む。無害な物質の具体例としては、二酸化炭素や窒素等の気体、及び塩化ナトリウム、炭酸水素ナトリウムや亜硝酸ナトリウム等の塩等がある。
【００４６】
なお、本発明において、無害な物質に分解するとは、下記実施形態の一例で使用する測定装置により、分解対象物となる有機物が無害な物質に完全に分解したと判断できる場合の他、一部が無害な物質に分解したと判断できる場合も含むものとする。
【００４７】
本発明の有機物の酸化方法は、請求項６に記載されているように、硝酸塩、例えば、硝酸ナトリウムに由来する物質を酸化剤として含有している超臨界水又は亜臨界水を使用すること及び該超臨界水又は亜臨界水において有機物を酸化することに加えて、該有機物を５００℃未満の温度で酸化することにより構成される。
【００４８】
ここで、超臨界水又は亜臨界水において有機物を酸化することには、該有機物を無害な物質に分解することも含む。
【００４９】
有機物を５００℃未満の温度で酸化するので、例えば、ＰＣＢを酸化する場合、硝酸ナトリウムに由来する物質を酸化剤として含有している超臨界水の温度を４５０℃程度で酸化する。もっとも、反応速度は温度に依存するので、反応速度を遅くすれば、その温度は更に下げることができる。
【００５０】
本発明の有機物の酸化方法は、請求項７に記載されているように、硝酸塩、例えば、硝酸ナトリウムに由来する物質を酸化剤として含有している超臨界水又は亜臨界水を使用すること及び該超臨界水又は亜臨界水において有機物を酸化することに加えて、該有機物を有機塩素系芳香族化合物に特定することにより構成するものである。
【００５１】
ここで、超臨界水又は亜臨界水において有機物を酸化することには、該有機物を無害な物質に分解することや該有機物を５００℃未満の温度で酸化することも含む。
【００５２】
有機塩素系芳香族化合物は、特に限定するものではない。具体例としては、ＰＣＢ，ダイオキシン、ダイオキシン類があげられ、特にＰＣＢが好ましい。
【００５３】
なお、ここでいうダイオキシン類とは、ポリ塩化ジベンゾ−パラ−ジオキシン（ＰＣＤＤ），ポリ塩化ジベンゾフラン（ＰＣＤＦ）の他、コプラナーポリ塩化ビフェニル（コプラナーＰＣＢ）と呼ばれるダイオキシン類似化合物も含む意である。
【発明の効果】
【００５４】
本発明の超臨界水又は亜臨界水によれば、酸化剤として酸素ではなく、硝酸塩に由来する物質を使用するため、以下の効果を奏する。なお、発明を実施するための最良の形態で述べるように、パラジクロロベンゼン（以下、ＰａＣＢと呼ぶ）を使用して得られた効果は、ＰＣＢでも得られると考える。
【００５５】
一つ目の効果は、本発明の超臨界水によれば、有機物との反応性が高い過酸化水素を使用しないため、化学物質を急激な圧力や温度上昇を極力抑制した条件、いわゆる穏和な条件で酸化でき、その結果、安全管理や取り扱いが容易になるというものである。パラジクロロベンゼン（以下、ＰａＣＢと呼ぶ）を例にとると、本発明の超臨界水によれば、急激な圧力や温度上昇をさせることなく、酸化できる。
【００５６】
二つ目の効果は、本発明の亜臨界水によれば、超臨界領域よりも温度や圧力が低く、超臨界水反応装置の腐食性を抑制し易い亜臨界領域で、化学物質、例えばＰａＣＢを酸化できるというものである。このため、超臨界反応装置の腐食性は、超臨界水下で反応させる場合よりも抑制し易く、該超臨界反応装置の材料にステンレス等を使用することが可能になる。
【００５７】
三つ目の効果は、本発明の超臨界水又は亜臨界水によれば、塩化物を酸化することにより生じる腐食性に富む塩化物系の酸の生成を抑制できるというものである。これは、本発明の超臨界水又は亜臨界水が酸化剤として硝酸塩に由来する物質を使用するため、該硝酸塩に由来する物質の酸化による塩素化合物の分解により発生した塩素と該硝酸塩の対イオンが反応して、塩を生成するからである。前記硝酸塩として硝酸ナトリウムを使用し、有機物としてＰａＣＢを使用した場合を例にとると、塩化ナトリウムが生じて、塩酸の生成を抑制することができる。
【００５８】
その他、本発明の超臨界水又は亜臨界水によれば、化学物質を燃焼させるために使用する気体酸素を反応容器に封入する必要がないため、装置全体のシステムが簡略化可能となり、経済コストの低減を図れるという効果を奏する。
【００５９】
また、本発明の超臨界水又は亜臨界水を使用した有機物の酸化方法によれば、酸化対象を有機物に特定し、前記超臨界水又は亜臨界水を使用して酸化するため、以下の効果を奏する。
【００６０】
一つ目の効果は、本発明の硝酸塩として硝酸ナトリウムを酸化剤として含有する超臨界水又は亜臨界水を使用した有機物の酸化方法によれば、該有機物、例えばＰａＣＢやＰＣＢを酸化により無害な物質に分解できるというものである。特に、超臨界水を使用した場合には、完全に無害な物質に分解できた。
【００６１】
また、煤の発生が認められなかったことから、煤の発生を抑制する効果も奏する。
【００６２】
なお、本発明の有機物の酸化方法によれば、使用する超臨界水等を、有機物と硝酸塩を予め水に混合した後、この溶液を超臨界水又は亜臨界水状態にすることにより得ることができる。このため、超臨界水反応装置の構成や操作性を、例えば、水を超臨界状態にした後、有機物と硝酸塩を混合する場合よりも、より簡便で容易なものにすることが可能になる。また、超臨界水又は亜臨界水における溶液の概念で言うところの硝酸イオンは、例えば、水を超臨界状態にした後、有機物と硝酸塩を混合する場合よりも、安定に存在するので、有機物をより効率的に酸化できると期待できる。
【００６３】
二つ目の効果は、本発明の硝酸塩として硝酸ナトリウムを酸化剤として含有する超臨界水又は亜臨界水を使用した有機物の酸化方法によれば、５００℃未満の温度で該有機物を酸化できるというものである。例えば、超臨界水を使用した有機物の酸化方法によれば、有機物としてＰａＣＢやＰＣＢを使用すると、従来法の超臨界水酸化法において必要とされる５００℃よりも低温、具体的には４５０℃の温度でも酸化により、完全に無害な物質に分解できた。また、３５０℃の亜臨界水を使用しても無害な物質に分解できた。
【００６４】
本発明の超臨界水又は亜臨界水、及びこれらを使用した有機物の酸化方法によれば、難分解性で有害な有機塩素系芳香族化合物のダイオキシンやダイオキシン類に対してもＰａＣＢと同様な効果が期待できる。ダイオキシン等は、ＰａＣＢやＰＣＢと同様なベンゼン環や該ベンゼン環に塩素を付加した構造を有するからである。
【００６５】
その他の効果は、本発明の硝酸塩として硝酸ナトリウムを酸化剤として含有する超臨界水又は亜臨界水を使用した有機物の酸化方法によれば、有機物の減容や減量化が可能になるというものである。その理由は、後述するように、塩化ビニル、イオン交換樹脂、又は難燃性ゴム手袋のような有機物に対して本発明の酸化方法を適用すると、適用後の固形残渣重量が、適用前の有機物の重量に比べて減じたからである。
【００６６】
以上より、本発明の超臨界水又は亜臨界水、及びこれらを使用した有機物の酸化方法によれば、超臨界水を利用して化学物質、特に難分解性で有害なものを酸化するにあたり、従来よりも安全管理を本質的に容易に行うことができ、経済コストの低減も図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６７】
本発明の実施形態について詳細に説明する。以下、図面を用い、本発明の実施形態の一例を説明する。
【００６８】
本発明の超臨界水又は亜臨界水は、酸化剤を含有し、その酸化剤が硝酸塩に由来する物質から構成され、超臨界反応装置（耐圧硝子工業株式会社製）を使用して製造した（図１、図２）。
【００６９】
超臨界反応装置（耐圧硝子工業株式会社製）は、図１及び２に示すように、ハステロイＣ２２或いはインコネル６２５の材質からなる内容量１０．６ｍｌの反応容器（４）と、該反応容器（４）を加熱するための４本の棒状ヒーター（１）と、反応容器（４）の内部温度を測定するための上蓋ボルト（３）とから構成され、該上蓋ボルト（２）は、取り付け、取り外し可能となるように設定されていて、ここから試料の出し入れを行うことができるように構成されている。反応容器（４）の内部温度は、容器内温度計（５）を使用して、棒状ヒーター（１）の温度は、棒状ヒーター（６）を使用して測定し、反応容器（４）の内部圧力は圧力センサー（７）を使用して測定した。反応容器（４）はサファイア製の窓（８）を備えており、内部を観察することができる。なお、反応容器（４）は必要に応じてマグネチックスターラーが使用できるように構成されている。
【００７０】
また、超臨界反応装置は、棒状ヒーター（１）で温度を水の臨界温度である３７４℃まで昇温すると、反応容器（４）の内部圧力は２２ＭＰａ以上になり、超臨界に達するように構成されている。
【００７１】
本発明の超臨界水は、３ｍｌの水と１００ｍｇの有機物と４００ｍｇの硝酸塩を反応容器（４）に投入して混合した後、上蓋ボルト（２）を閉めて密閉し、棒状ヒーター（１）で昇温することにより得た。
【００７２】
但し、使用する有機物の取扱いや実験装置の操作上の制約等により、必要に応じて、使用する有機物や硝酸塩の量等を変えた。
【００７３】
有機物としてはパラジクロロベンゼン（ＰａＣＢ）若しくはＰＣＢを使用したが、主にＰａＣＢを使用した。ＰａＣＢは、大学内でのＰＣＢの取り扱い規制が厳しく、その測定・分析が容易ではないという事情から、ＰＣＢの模擬物質として使用したものである。ＰａＣＢは、構造がベンゼン環に塩素を付加した構造を基本構造として備えている点でＰＣＢと共通し、分解も困難であること、また、大学内での取り扱いやその測定・分析がＰＣＢに比べてはるかに容易であることに鑑みて、ＰＣＢの模擬物質として最適な有機塩素系芳香族化合物であると判断した。
【００７４】
硝酸塩としては硝酸ナトリウムを使用した。
昇温温度を４５０℃とした。
この条件下では、臨界温度における圧力は水の量にも依存し、水の量を３ｍｌとしたときの反応容器（４）における内部圧力は、有機物（ＰａＣＢ）が分解すると、３０ＭＰａとなった。
また、試料の攪拌は、試料が流体に均一に分散している限り、前記有機物の分解に影響を与えることはなかった。
【００７５】
本発明の超臨界水を使用した有機物の酸化方法により、有機物が酸化されて無害な物質に分解されたことの確認は、以下のようにして行った。
【００７６】
実験１：有機物が無害な物質に分解されたことの確認（その１）
まず、３ｍｌの水と１００ｍｇの有機物（ＰａＣＢ）と４００ｍｇの硝酸塩（硝酸ナトリウム）を反応容器（４）に投入して混合した後、上蓋ボルト（２）を閉めて密閉し、棒状ヒーター（１）で４５０℃に昇温して得た超臨界水をそのまま２時間加熱し続けた。その後、放冷して、発生した気体の一部をシリンジで抜き取り、その気体成分をＧＣ−ＭＳ（ガスクロマトグラフィー・質量分析装置：島津製  ＴＣＤ−ＧＣ８ＡＰＴ、ＦＩＤ−ＧＣ８ＡＰＦ）で測定分析することにより確認した。
【００７７】
ここで、前記反応容器（４）は、反応容器内で発生する気体成分とその量を正確に測定できるように、直接真空ラインに接合することにより該真空ラインをＧＣ−ＭＳと直結させることも可能である。
【００７８】
具体的には、前記超臨界状態での酸化反応により、前記反応容器（４）で発生した気体を放冷した後、前記反応容器（４）を真空ラインに接続し、ライン内部の減圧とＡｒガスの封入を繰り返した。これは、ライン内部に外部から気体が混入するのを完全に防ぐためである。その後、ラインを真空にし、前記反応容器（４）のバルブを開けて、前記反応容器（４）中の気体をラインへ導いた。ラインに導かれた気体は前記ＧＣ−ＭＳで測定した。
【００７９】
なお、ＧＣ−ＭＳの分析条件は以下の通りである。
Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ：ＰｏｒａｐａｋＱ、Ｃｏｌ．Ｔｅｍｐ．  ６０℃、Ｈｅ  ４８ｍｌ／ｍｉｎ、ＦＩＤ  ８×１０２、
ＣＯ２：Ｓｉｌｉｃａ  Ｇｅｌ、Ｃｏｌ．Ｔｅｍｐ．  ６０℃、Ｈｅ  ３６ｍｌ／ｍｉｎ、ＴＣＤ  １８０ｍＡ、
Ｈ２：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｓｅｉｖｅ  ５Ａ、Ｃｏｌ．Ｔｅｍｐ．  ５０℃、Ａｒ  １５ｍｌ／ｍｉｎ、ＴＣＤ  ６０ｍＡ
有機物としてＰａＣＢを用いたときの測定結果を図３に示す。図３の横軸は質量に相当するが、質量２０、２８、４０、４４に大きなシグナルが表れている。質量４４のシグナルはＣＯ２、質量２８のシグナルはＮ２、質量４０のシグナルはＡｒに対応するものである。
【００８０】
ＮＯｘ（窒素酸化物）に関しては、３０に表れるＮＯのシグナルと４６に表れるＮＯ２のシグナルが認められなかったことから、その発生はないと判断できる。
【００８１】
なお、質量２０に表れるシグナルや質量１２、１４、１６、１８、３２に表れる小さなシグナルは、その質量からＡｒガスに含まれるＮｅ等の不純物と推測されるので、ＮＯｘに関係するものではない。
【００８２】
実験２：有機物が無害な物質に分解されたことの確認（その２）
また、本発明の有機物の酸化方法により生じた反応溶液に対してＮＭＲ測定も行った。ＮＭＲ測定には、日本電子製ＪＮＭ−ＬＡ  ４００ＷＢ  ＮＭＲ装置を使用した。
【００８３】
具体的には、まず、３ｍｌの水と１００ｍｇの有機物（ＰａＣＢ若しくはＰＣＢ）と４００ｍｇの硝酸塩（硝酸ナトリウム）を反応容器（４）に投入して混合した後、上蓋ボルト（２）を閉めて密閉し、棒状ヒーター（１）で４５０℃に昇温して得た超臨界水をそのまま２時間加熱し続けた。その後、放冷してから反応溶液の一部を抜き取り、抜き取った反応溶液に対して重水素化したクロロホルムによる溶媒抽出を施した上で、これをＮＭＲ測定試料として１Ｈ及び１３ＣによるＮＭＲ測定を行った。なお、目視によると、放冷後の反応溶液中に固体残渣は認められなかった。
【００８４】
有機物としてＰａＣＢを用いたときの測定結果を図５に示す。図４には硝酸塩（硝酸ナトリウム）を含有させずに３ｍｌの水と１００ｍｇの有機物（ＰａＣＢ）とを反応容器（４）に投入して混合した後、上蓋ボルト（２）を閉めて密閉し、棒状ヒーター（１）で４５０℃に昇温して得た超臨界水をそのまま２時間加熱し続けた後、反応後の溶液を放冷したときの１Ｈ及び１３ＣによるＮＭＲ測定結果を示す。図４によると、芳香族に由来するピークが、１Ｈ−ＮＭＲでは７ｐｐｍ付近、１３Ｃ−ＮＭＲでは１３０ｐｐｍ付近に表れているが、図５によると、これらのピークが観測されていない。従って、この結果を以って、塩素系芳香族化合物は完全に分解したと判断し、本発明の超臨界水を使用した有機物の酸化方法によれば、芳香族化合物としても存在しないことがわかった。
【００８５】
このときのＮＭＲ測定における積算回数は、１ＨによるＮＭＲ測定については３２回、１３ＣによるＮＭＲ測定については８０００回であった。
【００８６】
なお、前記溶媒抽出方法では、「重水素化したクロロホルムによる溶媒抽出を施した上で、これをＮＭＲ測定試料とした」と記載したが、実際は、クロロホルムによる溶媒抽出のあと、抽出物を蒸発乾固させた物質を重水素化させたアセトンで溶解させ、これをＮＭＲ測定試料とした。この誤記は、ＰａＣＢの分解の判断結果に全く影響を与えないが、試料を溶解させた溶媒のピークが実験結果に表れるため、念のため付記しておく。よって、図４と図５において、１Ｈ−ＮＭＲ測定で認められる２ｐｐｍ付近のピークと、１３Ｃ−ＮＭＲ測定で認められる３０ｐｐｍ付近に認められるピークはアセトンのメチル基に基づくものであり、１３Ｃ−ＮＭＲ測定で認められる２００ｐｐｍ付近のピークは、アセトンのケトン基に基づくピークであると推定される。
【００８７】
一方、Ｍｅｒｋ  Ｌｔｄ．製の重水素化したクロロホルム（重水素の同位体比率が９９．８％のＣＤＣｌ３）による溶媒抽出を施した上で、これをＮＭＲ測定試料とした場合には、アセトンに基づく前記ピークは全く現れず、クロロホルムに基づくピークが、１Ｈ−ＮＭＲでは７ｐｐｍ付近に、１３Ｃ−ＮＭＲでは７７ｐｐｍ付近に観測される。
【００８８】
本実験では、有機物としてＰＣＢを使用した場合も測定したが、芳香族化合物の存在は確認できなかった。
【００８９】
実際に、有機物としてＰＣＢを使用した場合の測定方法及びその結果の一例を示す。
【００９０】
まず、３ｍｌの水と１００ｍｇのＰＣＢと１０００ｍｇの硝酸塩（硝酸ナトリウム）を反応容器（４）に投入して混合した後、上蓋ボルト（２）を閉めて密閉し、棒状ヒーター（１）で４８０℃に昇温して得た超臨界水をそのまま３０分加熱し続けた。その後、放冷してから反応溶液の一部を抜き取り、抜き取った反応溶液に対してＭｅｒｋ  Ｌｔｄ．製の重水素化したクロロホルム（重水素の同位体比率が９９．８％のＣＤＣｌ３）による溶媒抽出を施した上で、これをＮＭＲ測定試料として１Ｈ及び１３ＣによるＮＭＲ測定を行った。その結果を図８に示す。
【００９１】
図７には硝酸塩（硝酸ナトリウム）を含有させずに３ｍｌの水と１０００ｍｇの有機物（ＰＣＢ）とを反応容器（４）に投入して混合した後、上蓋ボルト（２）を閉めて密閉し、棒状ヒーター（１）で４８０℃に昇温して得た超臨界水をそのまま３０分間加熱し続けた後、反応後の溶液を放冷したときの１Ｈ及び１３ＣによるＮＭＲ測定結果を示す。このときの積算回数は、１ＨによるＮＭＲ測定については１００回、１３ＣによるＮＭＲ測定については１５０００回であった。
【００９２】
なお、前述したように、溶媒抽出に使用した重水素化したクロロホルムに由来するピークが、１Ｈ−ＮＭＲでは７ｐｐｍ付近に、１３Ｃ−ＮＭＲでは７７ｐｐｍ付近に観測される（図７又は８の削除したクロロホルムのピークを参照）。そこで、本発明の効果が容易に比較できるように、図７と８では、芳香族に由来するピークと混同しないように、溶媒抽出に使用したクロロホルムのピークを除いて表示した。
【００９３】
図７によると、芳香族に由来する複雑なピークが、１Ｈ−ＮＭＲでは７ｐｐｍ付近、１３Ｃ−ＮＭＲでは１３０ｐｐｍ付近に表れているが、図８によると、これらのピークは観測されない。
【００９４】
従って、これらの結果を以って、塩素系芳香族化合物は完全に分解したと判断し、本発明の超臨界水を使用した有機物の酸化方法によれば、芳香族化合物としても存在しないことがわかった。
【００９５】
なお、硝酸塩の種類を硝酸ナトリウムから亜硝酸ナトリウムへ代えて、前記の硝酸ナトリウムを使用したときの反応条件下で反応させた後、前記の硝酸ナトリウムを使用したときの測定条件下でＮＭＲ測定を行ったが、芳香族化合物の存在を示すピークは観測されなかった。
【００９６】
ここで、有機物としてＰａＣＢを用いた実験により以下のことを確認した。
【００９７】
混合する硝酸塩（硝酸ナトリウム）の量を４００ｍｇ以下に設定しても、硝酸塩（硝酸ナトリウム）が化学当量より多目の場合、芳香族化合物の存在を確認できなかった。
【００９８】
また、反応時間を２時間から１時間としても芳香族化合物の存在を確認できなかったが、３０分にすると、極微量の未反応ＰaＣＢの存在が観測された。
【００９９】
本発明によれば、有機物（ＰａＣＢ若しくはＰＣＢ）を分解した後の溶液中には固体残渣が生じない。このため、超臨界反応装置に関しては、バッチ式の他、フロー式を適用することができる。
【０１００】
実験３：有機物が無害な物質に分解されたことの確認（その３）
更に、粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）装置（Ｒｉｇａｋｕ  ＰＲＮＴ２２００Ｖ／ＰＣ−ＳＶ）を使用して、本発明の有機物の酸化方法によって生じた反応溶液に含まれる成分の同定を行った。
【０１０１】
具体的には、まず、３ｍｌの水と１００ｍｇの有機物（ＰａＣＢ）と４００ｍｇの硝酸塩（硝酸ナトリウム）を反応容器（４）に投入して混合した後、上蓋ボルト（２）を閉めて密閉し、棒状ヒーター（１）で４５０℃に昇温して得た超臨界水をそのまま２時間加熱し続けた。その後、放冷してから反応溶液を蒸発乾固させて、その固体のＸＲＤスペクトルを測定した。有機物としてＰＣＢを使用した場合の結果を図６に示す。図６によると、蒸発乾固した固体は、主成分をＮａＣｌとＮａＮＯ２とし、これにＮａＨＣＯ３を少量含むものであった。
【０１０２】
実験４：有機物が無害な物質に分解されたことの確認（その４）
（気体成分の分析）  本発明の有機物の酸化方法によりＰＣＢが気体成分に含まれていないこと、また有害な気体が生成していないことの確認を行った。具体的には、以下のようにして行った。
【０１０３】
まず、３ｍｌの水と、１００ｍｇのＰＣＢと、１０００ｍｇの硝酸ナトリウムをガス封入型の反応容器（４）内に投入して混合した後、上蓋ボルト（２）を閉めて密閉し、棒状ヒータ（１）で４８０℃に昇温し、３０分間加熱し続けた。その後、反応容器（４）を室温まで放冷した後、ガラスラインに直結したＧＣ−ＭＳ（ガスクロマトグラフィー・質量分析測定装置：島津製  ＴＣＤ−ＧＣ８ＡＰＴ（Ｈ、ＣＯ測定用）、ＦＩＤ−ＧＣ８ＡＰＦ（炭化水素測定用））に接続して、発生した気体の分析を行った。
【０１０４】
なお、ＧＣ−ＭＳの分析条件は以下の通りである。
Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ：ＰｏｒａｐａｋＱ、Ｃｏｌ．Ｔｅｍｐ．  ６０℃、Ｈｅ  ４８ｍｌ／ｍｉｎ、ＦＩＤ  ８×１０２、
ＣＯ２：Ｓｉｌｉｃａ  Ｇｅｌ、Ｃｏｌ．Ｔｅｍｐ．  ６０℃、Ｈｅ  ３６ｍｌ／ｍｉｎ、ＴＣＤ  １８０ｍＡ、
Ｈ２：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｓｅｉｖｅ  ５Ａ、Ｃｏｌ．Ｔｅｍｐ．  ５０℃、Ａｒ  １５ｍｌ／ｍｉｎ、ＴＣＤ  ６０ｍＡ
【０１０５】
その結果、キャリアーガスのアルゴン（質量４０）とその不純物（質量２０）以外には、窒素（質量２８）と二酸化炭素（質量４４）しか観測されなかった。よって、本発明によるＰＣＢの酸化方法は、有害な気体が発生しにくいと判断した。
【０１０６】
（液体成分の確認）  ３ｍｌの水と、１００ｍｇのＰＣＢと、１０００ｍｇの硝酸ナトリウムを超臨界水反応容器（気体捕集用のバルブがついていないだけで、その他は前記のガス封入型反応容器（４）と同じ）に入れ、４８０℃で３０分間反応させた。反応容器を室温まで放冷した後、反応溶液３ｍｌを取り、１．５ｍｌの重水素化クロロホルム（ＣＤＣｌ３）により有機物を抽出した。抽出液の４０μｌをＧＣ−ＭＳ（ガスクロマトグラフィー・質量分析測定装置）に注入し、分析を行った。使用したＧＣ−ＭＳ装置はＳＨＩＭＡＤＺＵ  ＧＣＭＳ−ＱＰ５０００である。
【０１０７】
なお、測定条件は以下の通りである。
気化室温度  ３１０℃、溶媒溶質時間  １分、保持時間  １．０〜１３．５分、測定質量４０〜４００
【０１０８】
ガスクロマトグラムの測定結果を図９に示した。
【０１０９】
図９の横軸は、測定開始からの経過時間を示し、縦軸はピークの強度を示す。
【０１１０】
図９によると、保持時間が１分付近に複雑な小さなピーク、２分前後付近に複雑な大きなピーク、２．３分付近と２．６０分付近に鋭いピークが認められたが、これよりも長い保持時間では、ピークが認められなかった。
【０１１１】
また、これらの３分以内の保持時間で観測されるピークは、それらの保持時間における質量分析の結果から、溶媒（重水素化クロロホルム）若しくは溶媒に含まれる不純物、或いは、ＰＣＢの分解生成物に帰属すると判断した。
【０１１２】
なお、その質量分析の結果によると、ビフェニル（質量１５４）以上の質量では、ピークが認められなかった。
【０１１３】
ＰＣＢのようにクロロホルムよりも揮発性の低い分子のピークは、保持時間が３分以内に表れる溶媒（クロロホルム）のピークよりも遅く現れると予想される。しかし、図９には、保持時間が３分以後になると、全くシグナルが観測されない。
【０１１４】
そこで、本発明方法によりＰＣＢを酸化すると、ＰＣＢは全て分解し、また、その分解によりビフェニルのような有害物質も生成していないと判断した。
【０１１５】
実験５：有機物が無害な物質に分解されたことの確認（その５）
本発明の有機物の酸化方法と超臨界水酸化法を模擬した方法により得られた固形残渣を目視で比較した。
【０１１６】
比較するにあたり、固形残渣を以下のようにして得た。まず、本発明の有機物の酸化方法では、３ｍｌの水と１００ｍｇの有機物（ＰａＣＢ）と４００ｍｇの硝酸塩（硝酸ナトリウム）を反応容器（４）に投入して混合した後、上蓋ボルト（２）を閉めて密閉し、棒状ヒーター（１）で４５０℃に昇温して得た超臨界水をそのまま２時間加熱し続けた。その後、放冷してから反応溶液を、メンブランフィルター（ＳＩＢＡＴＡ  ６１６８−２５１１）を使用して濾過し、乾燥機（ＩｕｃｈｉＤｒｙｉｎｇ  Ｏｖｅｎ  ＤＯ−４５０）を用いて５５℃で乾燥させ、これを本発明の酸化方法により得られる固形残渣と判断した。本発明の酸化方法では、固形残渣は認められなかった。
【０１１７】
一方、超臨界水酸化法を模擬した方法では、１００ｍｇの有機物（ＰａＣＢ）と水酸化ナトリウムと過酸化水素水（関東化学製  特級、３０〜３５ｗｔ％）を全容量が３ｍｌになるように加えた。水酸化ナトリウムはＰａＣＢが分解して発生する塩酸を中和するためにＰａＣＢに対して等量とし、過酸化水素はＰａＣＢの炭素を全て二酸化炭素にするためにＰａＣＢに対して少なくとも３倍当量とした。反応容器（４）に投入して混合した後、上蓋ボルト（２）を閉めて密閉し、棒状ヒーター（１）で４５０℃に昇温して得た超臨界水をそのまま２時間加熱し続けた。その後、放冷してから反応溶液を、前記メンブランフィルターを使用して濾過し、前記乾燥機を用いて乾燥させ、これを超臨界水酸化方法により得られる固形残渣と判断した。この超臨界水酸化方法では、固形残渣として茶色の固形物質が認められた。
【０１１８】
なお、使用した過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）の量は、使用した有機物を完全に酸化するために必要な酸素量を十分に満足するものであり、硝酸ナトリウムを使用した場合に発生する酸素量と同じにした。
【０１１９】
もっとも、本実験で使用した酸化剤（過酸化水素水又は硝酸ナトリウム）の量は、ＰａＣＢの酸化反応と、過酸化水素水又は硝酸ナトリウムからの酸素供給に関する反応が以下の反応式に従うと仮定して、算出したものである。但し、これらの反応式は硝酸イオンの分解に伴って生じる酸素量を見積もるために便宜的に提案したものであり、硝酸ナトリウムの反応が必ずこのように進行するということを意味するものではない。
（ＰａＣＢの酸化反応）
１３ＮａＮＯ３＋Ｃ６Ｈ４Ｃｌ２  →  １３ＮａＮＯ２＋６ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ＋２ＨＣｌ
（過酸化水素水からの酸素供給に関する反応）
Ｈ２Ｏ２  →  Ｈ２Ｏ＋１／２Ｏ２
（硝酸ナトリウムからの酸素供給に関する反応）
ＮａＮＯ３  →  ＮａＮＯ２＋１／２Ｏ２
ＮａＮＯ２＋１／２Ｈ２Ｏ  →  ＮＯ＋ＮａＯＨ＋１／４Ｏ２
ＮＯ  →  １／２Ｎ２＋１／２Ｏ２
なお、反応後、蒸発乾固した後で測定したＸＲＤスペクトル結果によると、硝酸ナトリウムと微量の亜硝酸ナトリウムが観測された。
【０１２０】
実験６：有機物の固形残渣の発生量の確認
本発明の酸化方法と超臨界水酸化法を模擬した方法により、有機物であるポリ塩化ビニルを酸化後に発生する固形残渣量を比較した。
【０１２１】
比較するにあたり、固形残渣を以下のようにして得た。本発明の有機物の酸化方法では、まず、ポリ塩化ビニル（和光製  特級）１５０ｍｇと、硝酸ナトリウム６００ｍｇと、水３ｍｌを反応容器（４）に投入して混合した後、上蓋ボルト（２）を閉めて密閉し、棒状ヒーター（１）で４５０℃に昇温して得た超臨界水をそのまま３０分間加熱し続けた。その後、放冷してから反応溶液を、前記メンブランフィルターを使用して濾過し、前記乾燥機を用いて乾燥させ、このときに得られた固形物を固形残渣と判断した。この固形残渣の重量を分解後に発生する固形残渣量とした。その結果、得られた固形残渣量は３回の試験の平均で１７ｍｇであった。なお、固形残渣以外に粘性のある液体も得られたが、これは油分残渣と判断した。油分残渣は３回の試験の平均で１ｍｇであった。
【０１２２】
なお、使用した６００ｍｇの硝酸ナトリウムから供給される酸素量は、２３ｍｍｏｌで、１５０ｍｇのポリ塩化ビニル(モノマー換算で２．４ｍｍｏｌ)を完全に酸化するために必要な酸素量（１３．２ｍｍｏｌ）を十分満足する量である。
【０１２３】
一方、超臨界水酸化法を模擬した方法では、前記ポリ塩化ビニル１５０ｍｇと、過酸化水素水（関東化学製  特級、３０〜３５ｗｔ％）２．５ｍｌと、２ｍｏｌ／ｌの水酸化ナトリウム水溶液１．５ｍｌを反応容器（４）に投入して混合した後、上蓋ボルト（２）を閉めて密閉し、棒状ヒーター（１）で４５０℃に昇温して得た超臨界水をそのまま３０分間加熱し続けた。その後、放冷してから反応溶液を、前記メンブランフィルターを使用して濾過し、前記乾燥機により乾燥させ、これを超臨界水酸化方法により得られる固形残渣と判断した。この固形残渣の重量を分解後に発生する固形残渣量とした。この結果、得られた固形残渣量は約１５０ｍｇであった。なお、固形残渣以外に粘性のある液体も得られたが、これは油分残渣と判断した。
【０１２４】
超臨界水酸化法を模擬した方法で、水酸化ナトリウム水溶液を加えたのは、反応容器の損傷を防ぐためである。
【０１２５】
また、使用した過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）は、重量百分率が３０〜３５．５％の関東化学製の試薬であり、使用した２．５ｍｌのＨ２Ｏ２量は約２２〜２６ｍｍｏｌであり、１５０ｍｇの塩化ビニル(２．４ｍｍｏｌ)を完全に酸化するために必要な酸素量（Ｏ２換算では６ｍｍｏｌ、酸素原子Ｏ換算では１２ｍｍｏｌ）を十分満足する量である。
【０１２６】
もっとも、本実験で使用した酸化剤の量は、以下の塩化ビニルの酸化反応と、過酸化水素水又は硝酸ナトリウムからの酸素供給に関する反応が以下の反応式に従うと仮定して、算出したものである。但し、これらの反応は硝酸イオンの分解に伴う酸素量を見積もるために便宜的に提案したものであり、硝酸ナトリウムの反応が必ずこのように進行するということを意味するものではない。
（塩化ビニルの酸化反応）
−ＣＨ２ＣＨＣｌ−＋５／２Ｏ２  →  ２ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ＋ＨＣｌ
（過酸化水素水からの酸素供給に関する反応）
Ｈ２Ｏ２  →  Ｈ２Ｏ＋１／２Ｏ２
（硝酸ナトリウムからの酸素供給に関する反応）
ＮａＮＯ３  →  ＮａＮＯ２＋１／２Ｏ２
ＮａＮＯ２＋１／２Ｈ２Ｏ  →  ＮＯ＋ＮａＯＨ＋１／４Ｏ２
ＮＯ  →  １／２Ｎ２＋１／２Ｏ２
ここでは、ポリ塩化ビニルに関して、その単量体（−ＣＨ２ＣＨＣｌ−）で反応式を作成した。
なお、反応後、蒸発乾固した後で測定したＸＲＤスペクトル結果によると、硝酸ナトリウムと微量の亜硝酸ナトリウムが観測された。
【０１２７】
更に、本発明の酸化方法による有機物（ポリ塩化ビニル、イオン交換樹脂、難燃性ゴム）の分解後に残存する固形残渣量を、有機物に対する硝酸ナトリウムの量を変えながら、測定した。このときに使用した硝酸ナトリウムの量は、前記の塩化ビニルの酸化反応の反応式に代表されるように、分解させる有機物を完全にＣＯ２に分解させると仮定し、そのために最低限必要な酸素量を等倍量とした。得られた結果を図１０〜１３の表１〜４に示す。
【０１２８】
なお、使用したイオン交換樹脂はダウケミカル社製（陰イオン交換樹脂：ＤＯＷＥＸ１−Ｘ８、陽イオン交換樹脂：ＤＯＷＥＸ５０Ｗ−Ｘ８)であり、難燃性ゴムは、ＣＨＩＹＯＤＡ  ＴＥＣＨＮＯＬ  ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ（Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ）製のものを使用した。
【０１２９】
以上の結果をまとめると、以下のようになる。
【０１３０】
ＮＭＲ法の測定結果によれば、本発明の有機物の酸化方法によってＰａＣＢ若しくはＰＣＢを酸化すると、塩素系芳香族化合物は無害な物質に分解できた。少なくとも、前記実
施例条件下では、完全に無害な物質に分解でき、芳香族化合物としても存在しない。
【０１３１】
ＸＲＤ法の測定結果によれば、本発明の有機物の酸化方法によってＰａＣＢを酸化すると、ＮａＣｌ、ＮａＮＯ２及びＮａＨＣＯ３が生成する。
【０１３２】
従って、本発明の有機物の酸化方法によりＰａＣＢ（化学式Ｃ６Ｈ４Ｃｌ２）を酸化すると、反応に関与したＮａＮＯ３はＮａＮＯ２へ還元され、ＣＯ２を発生することになる。この事実からＰａＣＢとの反応を基にして化学量論式を考えると、次の（１）式が導かれる。
１３ＮａＮＯ３＋Ｃ６Ｈ４Ｃｌ２→１３ＮａＮＯ２＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ＋２ＨＣｌ（１）
しかし、実際に使用したＮａＮＯ３は４００ｍｇ（４．７１ｍｍｏｌ）であり、ＰａＣＢは１００ｍｇ（０．６８ｍｍｏｌ）であることから、ＮａＮＯ３／ＰａＣＢのモル比は約７となり、（１）式が成立するために必要な１３というモル比よりも極めて小さい。
【０１３３】
また、本発明の有機物の酸化反応によって生成するＮａＨＣＯ３の存在は、反応後の溶液が弱アルカリ性であり、（１）式によると存在するはずのＨＣｌが存在していないことを意味する。
【０１３４】
よって、有機物の酸化反応によって生成するＣＯ２は、ＮａＮＯ２の分解により生じたＮａＯＨと（２）式に従って反応し、ＮａＨＣＯ３を生じていると考えられる。
ＣＯ２＋ＮａＯＨ→ＮａＨＣＯ３          （２）
なお、本発明の有機物の酸化反応によって生成するＮａＣｌの存在は、（１）式によると本来存在するはずのＨＣｌがＮａＣｌへ中和されていることを意味する。
【０１３５】
以上より、本発明の有機物の酸化は、（１）式の過程だけでなく、ＮａＮＯ３がＮａＮＯ２を経てＮ２へと還元される過程でも起きていると考えられる。
【０１３６】
また、発生する気体は、Ｎ２とＮａＯＨにより吸収されなかったＣＯ２である。即ち、本発明の有機物の酸化方法によれば、有機物の酸化により発生するＣＯ２が一部ＮａＯＨに吸収されることを意味する。しかも、有機物の反応に使用されなかったＮａＮＯ２はそのまま反応溶液中に残存することから、ＮａＮＯ２の自己分解によって発生する気体の量もほとんどなく、ＮａＮＯ２の化学当量も有機物との反応に必要な量だけでほぼ足りると考えられる。従って、本発明の有機物の酸化反応過程で生じる圧力上昇は、このような効果を得ることが難しく、有機物との反応で発生するＣＯ２以上に大量の酸素を必要とする超臨界水酸化法と比較して、極めて小さいと判断できる。とりわけ酸素供給源として過酸化水素を用いる超臨界水酸化法と比較すると、過酸化水素の自己分解によるＯ２の発生もかなり多いため、その差は更に大きくなると予想される。
【０１３７】
更に、超臨界水酸化法では、１０数秒で終了する反応が（Ｊ．Ｒ．Ｐｏｒｔｅｌａ，Ｅ．Ｎｅｂｏｔ，Ｅ．Ｍａｒｔｉｎｅｚ  ｄｅ  ｌａ  Ｏｓｓａ，Ｊ．Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｆｌｕｉｄｓ  ２１，１２５−１４５（２００１））、本発明の有機物の酸化法では数１０分程度かかる。
【０１３８】
加えて、前記のように、４５０℃、１時間で完全に分解できたＰａＣＢが、４５０℃、３０分の条件では完全に分解できなかったことから、ＮａＮＯ３とＰａＣＢとの反応過程が拡散律速で起こるような迅速な反応ではないと考えられる。
【０１３９】
以上から、本発明の有機物の酸化反応による酸化反応速度は、超臨界水酸化法に比べて極めて遅く、本発明の有機物の酸化反応における圧力や温度上昇は起こるものの、その上昇速度は、超臨界水酸化法に比べてはるかに小さいと判断できる。
【０１４０】
煤の発生が生じないことは、反応終了後、装置内に煤の発生を示すような固形残渣がなかったことを目視で確認した。
【０１４１】
本発明の亜臨界水は、３ｍｌの水と１００ｍｇの有機物（ＰａＣＢ）と４００ｍｇの硝酸塩（硝酸ナトリウム）を反応容器（４）に投入して混合した後、上蓋ボルト（２）を閉めて密閉し、棒状ヒーター（１）で昇温することにより得た。
【０１４２】
昇温温度は３５０℃とした。
【０１４３】
反応時間は４時間とした。
【０１４４】
本発明の亜臨界水を使用した有機物の酸化方法により、有機物が酸化されて無害な物質に分解されたことの確認は、前記本発明の超臨界水を使用した有機物の酸化方法と同じ分析装置を使用して行った。
【０１４５】
その結果、例えば、ＰａＣＢを使用した場合、ＮＭＲ測定に基づき分解率を計算すると、超臨界水中の場合のように完全ではなかったが、９割以上を分解することができ、その分解生成物が無害な物質に分解されたことを確認できた。
【０１４６】
本発明の有機物の酸化方法と模擬の超臨界水酸化法により、ＰａＣＢを酸化した場合、酸化剤から供給される酸素量が同じであれば、本発明の有機物の酸化方法では、固形残渣物が発生せず、完全に分解するが、模擬の超臨界水酸化法では、固形残渣が発生することがわかった。
【０１４７】
本発明の有機物の酸化方法と模擬した超臨界水酸化法により、塩化ビニルを酸化した場合、酸化剤から供給される酸素量が同じであれば、発生する固形残渣の量は、本発明の有機物の酸化方法の方がはるかに少ないことが確認できた。この結果、本発明の有機物の酸化方法は、塩化ビニルの分解・減量化が可能で、塩化ビニルの減量化に適していることがわかった。
【０１４８】
また、イオン交換樹脂及び難燃性ゴムに関しても、分解・減量化できることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【０１４９】
本発明の超臨界水又は亜臨界水及びこれらを使用した有機物の酸化方法によれば、廃棄物焼却施設等から排出される難分解性のＰＣＢを無害な物質に分解できることから、類似構造を有するダイオキシンやダイオキシン類等への適用も期待できる。また、放射性同位体分離等で使用されたイオン交換樹脂の減容化、有機塩素系溶剤や塩素系プラスチック（例えばポリ塩化ビニル）の分解処理にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】超臨界反応装置の側面図
【図２】超臨界反応装置の上面図
【図３】ＧＣ−ＭＳによる測定結果
【図４】１Ｈ及び１３ＣによるＮＭＲ法による測定結果（硝酸ナトリウム含有なし）
【図５】１Ｈ及び１３ＣによるＮＭＲ法による測定結果（硝酸ナトリウム含有あり）
【図６】ＸＲＤ法による測定結果
【図７】１Ｈ及び１３ＣによるＮＭＲ法による測定結果（有機物；ＰＣＢ、硝酸ナトリウム；含有なし）
【図８】１Ｈ及び１３ＣによるＮＭＲ法による測定結果（有機物；ＰＣＢ、硝酸ナトリウム；含有あり）
【図９】ＧＣ−ＭＳによるガスクロマトグラムの測定結果
【図１０】表１  塩化ビニルを分解したときの残渣量
【図１１】表２  陰イオン交換樹脂を分解したときの残渣量
【図１２】表３  陽イオン交換樹脂を分解したときの残渣量
【図１３】表４  難燃性ゴム手袋を分解したときの残渣量
【符号の説明】
【０１５１】
１  棒状ヒーター
２  上蓋ボルト
３  ジョイント用ボルト
４  反応容器
５  反応容器内温度計
６  ヒーター温度計
７  圧力センサー
８  サファイア製の窓
【図１】
2005066318.tif 000002
【図２】
2005066318.tif 000003
【図３】
2005066318.tif 000004
【図４】
2005066318.tif 000005
【図５】
2005066318.tif 000006
【図６】
2005066318.tif 000007
【図７】
2005066318.tif 000008
【図８】
2005066318.tif 000009
【図９】
2005066318.tif 000010
【図１０】
2005066318.tif 000011
【図１１】
2005066318.tif 000012
【図１２】
2005066318.tif 000013
【図１３】
2005066318.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成16年10月26日(2004.10.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
本発明者等は、前記種々の課題を解決するために鋭意研究した結果、酸化剤として硝酸塩に由来する物質を使うことにより、前記課題をことごとく解決できることを見出し、本発明に到達した。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
すなわち、本発明の要旨とするところは、硝酸塩に由来する物質を含有する超臨界水又は亜臨界水であって、この超臨界水又は亜臨界水を有機物の酸化に使用することを特徴とする有機物の酸化方法にある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
さらに詳細に説明すると、本発明によれば超臨界水中での化学物質の酸化にあたり、酸化剤として酸素を使用しなければならないことに起因する問題や従来法で有機物を酸化することに起因する問題を解決できる。化学物質の中でもとりわけ、ＰＣＢのような難分解性で有害な有機物を無害な物質に酸化できる超臨界水又は亜臨界水、及びこれらを使用した有機物の酸化方法を提供できる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
酸化剤として酸素を使用することによる急激な圧力上昇や温度上昇を極力抑制した条件、いわゆる穏和な条件で化学物質を酸化できる超臨界水又は亜臨界水、及びこれらを使用した有機物の酸化方法を提供できる。例えば、超臨界水酸化法では１０数秒で終了する反応が（Ｊ．Ｒ．Ｐｏｒｔｅｌａ，Ｅ．Ｎｅｂｏｔ，Ｅ．Ｍａｒｔｉｎｅｚ  ｄｅ  ｌａ  Ｏｓｓａ，Ｊ．Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｆｌｕｉｄｓ  ２１，１２５−１４５（２００１））本発明の有機物の酸化法では数１０分程度かかるという穏和な条件である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
また、本発明は、産業廃棄物中の化学物質、とりわけ塩化ビニルを含む塩化ビニル系の有機物に対して、減容や減量が可能な超臨界水を使用した有機物の酸化方法を提供することができ、産業廃棄物を埋立て処分することに起因する問題をも解決することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
二つ目の効果は、本発明の亜臨界水によれば、超臨界領域よりも温度や圧力が低く、超臨界水反応装置の腐食性を抑制し易い亜臨界領域で、化学物質、例えばＰａＣＢを酸化できるというものである。このため、本発明の超臨界反応装置にステンレスのような材料を使用することが可能となる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
まず、３ｍｌの水と１００ｍｇのＰＣＢと１０００ｍｇの硝酸塩（硝酸ナトリウム）を反応容器（４）に投入して混合した後、上蓋ボルト（２）を閉めて密閉し、棒状ヒーター（１）で４８０℃に昇温して得た超臨界水をそのまま３０分加熱し続けた。その後、放冷してから反応溶液の一部を抜き取り、抜き取った反応溶液に対してＭｅｒｋ  Ｌｔｄ．製の重水素化したクロロホルム（重水素の同位体比率が９９．８％のＣＤＣｌ３）による溶媒抽出を施した上で、これをＮＭＲ測定試料として１Ｈ及び１３ＣによるＮＭＲ測定を行った。その結果を図６に示す。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
なお、前述したように、溶媒抽出に使用した重水素化したクロロホルムに由来するピークが、１Ｈ−ＮＭＲでは７ｐｐｍ付近に、１３Ｃ−ＮＭＲでは７７ｐｐｍ付近に観測される（図６又は７の削除したクロロホルムのピークを参照）。そこで、本発明の効果が容易に比較できるように、図６と７では、芳香族に由来するピークと混同しないように、溶媒抽出に使用したクロロホルムのピークを除いて表示した。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９３】
図７によると、芳香族に由来する複雑なピークが、１Ｈ−ＮＭＲでは７ｐｐｍ付近、１３Ｃ−ＮＭＲでは１３０ｐｐｍ付近に表れているが、図６によると、これらのピークは観測されない。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０１】
具体的には、まず、３ｍｌの水と１００ｍｇの有機物（ＰａＣＢ）と４００ｍｇの硝酸塩（硝酸ナトリウム）を反応容器（４）に投入して混合した後、上蓋ボルト（２）を閉めて密閉し、棒状ヒーター（１）で４５０℃に昇温して得た超臨界水をそのまま２時間加熱し続けた。その後、放冷してから反応溶液を蒸発乾固させて、その固体のＸＲＤスペクトルを測定した。有機物としてＰＣＢを使用した場合の結果を図８に示す。図８によると、蒸発乾固した固体は、主成分をＮａＣｌとＮａＮＯ２とし、これにＮａＨＣＯ３を少量含むものであった。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５０】
【図１】超臨界反応装置の側面図
【図２】超臨界反応装置の上面図
【図３】ＧＣ−ＭＳによる測定結果
【図４】１Ｈ及び１３ＣによるＮＭＲ法による測定結果（硝酸ナトリウム含有なし）
【図５】１Ｈ及び１３ＣによるＮＭＲ法による測定結果（硝酸ナトリウム含有あり）
【図６】１Ｈ及び１３ＣによるＮＭＲ法による測定結果（有機物；ＰＣＢ、硝酸ナトリウム；含有あり）
【図７】１Ｈ及び１３ＣによるＮＭＲ法による測定結果（有機物；ＰＣＢ、硝酸ナトリウム；含有なし）
【図８】ＸＲＤ法による測定結果
【図９】ＧＣ−ＭＳによるガスクロマトグラムの測定結果
【図１０】表１  塩化ビニルを分解したときの残渣量
【図１１】表２  陰イオン交換樹脂を分解したときの残渣量
【図１２】表３  陽イオン交換樹脂を分解したときの残渣量
【図１３】表４  難燃性ゴム手袋を分解したときの残渣量
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005066318.tif 000015
【図２】
2005066318.tif 000016
【図３】
2005066318.tif 000017
【図４】
2005066318.tif 000018
【図５】
2005066318.tif 000019
【図６】
2005066318.tif 000020
【図７】
2005066318.tif 000021
【図８】
2005066318.tif 000022
【図９】
2005066318.tif 000023
【図１０】
2005066318.tif 000024
【図１１】
2005066318.tif 000025
【図１２】
2005066318.tif 000026
【図１３】
2005066318.tif 000027