資源循環プロセス学講座 │ Sustainable Recycle Process

リサイクル化学分野 Recycling Chemistry

資源・物質循環型社会の実現を目指して
教授

Aim for the realization of a resources-material recycling society

吉岡 敏明

助教

亀田 知人

ギド グラウゼ

Professor

Associate Professor

Assistant Professor

Toshiaki Yoshioka

Tomohito Kameda

Grause Guido

1.Chemical Recycling Techniques for the Production of Benzene and Carbon from Waste PET
Aim of the research is the recovery of chemicals from waste plastics. The pyrolysis of poly（ethylene terephthalate）（PET）leads
mainly to carbon and gases without any economic benefit. Terephthalic acid can be obtained in the presence of steam and used again
for the production of PET. When steam is used in the presence of calcium oxide, high yields of benzene are produced. Benzene is afeedstock for the production of important compounds such as styrene and phenol.
2.Pyrolysis Behavior of High Impact Polystyrene Containing Brominated Flame Retardants
Brominated flame retardants are widely used for electronic equipments. However, since hazardous brominated organic compounds
are formed during the thermal treatment, a good knowledge of the degradation processes is required. Therefore, the pyrolysis behavior of flame retarded high impact polystyrene was investigated.
3.Chemical Modification of PVC by SN2 Substitution
We have examined the advanced dechlorination of poly（vinyl chloride）（PVC）and its chemical modification by nucleophilic substitution. The PVC’s Cl was substituted in solution by several nucleophilic reagents. We developed new polymers with new functionalgroups by substituting Cl groups in order to upgrade PVC during recycling.
4.Fermentative High Efficient Hydrogen Production from Food Waste
In order to achieve a higher energy efficiency in the treatment of biomasses, hydrogen production by fermentation is considered as
an alternative method for disposing organic waste. We have investigated the improvement of the hydrogen recovery efficiency, andhave developed a stable process design for the fermentation of organic wastes.
5.Application of Mg-Al Layered Double Hydroxide（Mg-Al LDH）and its Calcination Product（Mg-Al oxide）for the Waste
Water and Waste Gas Treatment
Mg-Al LDH and Mg-Al oxide can remove various inorganic and organic anions. We have efficiently removed antimony from aqueous solutions and hydrogen chloride from exhaust gases by this process.
6.Metal recovery by the volatilization of their chlorides using PVC as a chlorinating agent
We propose a recycling process, combining the thermal treatment of PVC and the simultaneous separation of metals from wastematerials. In this study, the recovery of metals from waste materials was investigated, applying a chloride volatilization process thatmakes use of hydrogen chloride, released during the degradation of PVC which is already present in the waste as insulating material.
1. 廃棄PETからのベンゼン、カーボン生成
ケミカルリサイクル技術准教授

3. 塩素含有廃プラスチックの湿式脱塩素処理

5-1. アンチモン（Sb）含有排水の処理

プラスチックの一種であるポリ塩化ビニル（PVC）
は熱分解処理のアンチモンはプラスチックの難燃助剤、ポリエステルの重合触際に塩化水素を発し、装置を腐食させるという問題点がある。その媒として有用な物質である。一方、水域でSbはアンチモン酸イオため脱塩素処理の必要があるが、本研究室ではFig.3に示すようなンとして存在し毒性が懸念されているため、工場排水は適切な浄塩素との求核置換反応により、脱塩素と同時に新たな機能を付与化処理を行う必要がある。本研究ではLDHを用いて水溶液中からするアップグレードリサイクルが検討されている。現在は、2価の含のアンチモン処理を検討し、既往の水酸化第二鉄を用いた手法よ硫黄求核体の導入によるPVC主鎖間での架橋構造の形成や、キレーりも除去率、適応範囲の面で優れていることがわかった。これは、

ト試薬の導入による金属捕集能の付与について研究している。

LxDHの有する層状構造及び、ホスト層の正電荷が効果的に作用し、アンチモン酸イオンを規則的にゲスト層に取り込むためである。

5-2. 排ガス中からの塩化水素処理
Fig.3

SN2 reaction of PVC.

4. 食品系廃棄物からの高効率水素発酵
嫌気性水素発酵菌は有機物を分解し、水素を生成する（Fig.4）。
この反応を利用し、生ゴミの発酵処理における効率的水素生成を検討している。本研究室では、特別な種菌の添加なしでも生ごみに付着している細菌群によって水素生成反応が起こることを見出した。また、高基質濃度で水素発酵を行う際に反応器に蓄

ごみ焼却場から発生する塩化水素の処理方法として、MgAl酸化物を用いた循環型プロセスの構築を目的とした研究を行っている（Fig.5）。現在までに量論量2倍のMg-Al酸化物スラリーが10000ppmの塩化水素を99%処理（酸の中和+塩化物イオンの捕捉）し、かつ循環・再生利用可能（濃塩酸の回収+Mg-Al酸化物の再生）であることがわかった。
Waste
incinerator
HCl + H2O
（gaseous）

積する、乳酸からも水素生成が可能であることを見出した。
Mg-Al oxide

2. 臭素系難燃剤含有ポリスチレンの熱分解挙動
Decabromodiphenyloxide（DDO）
は、臭素系難燃剤の一廃プラスチックの熱分解油化は、資源循環利用法の一つとし種である。熱処理によって臭素系有機化合物を生成するため、て注目を集めている。現在までに、PETとCaO及びCa（OH）
2の環境配慮の点から分解挙動を詳細に把握する必要がある。本

混合熱分解によりベンゼンの高選択的回収が可能であり、混合研究では耐衝撃性ポリスチレン（HIPS）に、DDOと難燃助剤でプラスチック（PE、PP、PS、PET）中においても効果があることを熱ある三酸化アンチモンを混練した試料（HIPS/DDO-Sb2O3 ）を報告した。本研究では、流動層反応器を用いて混合プラスチッ

重量-質量同時分析（TG-MS）
した（Fig.2）。結果、分解が二段クの熱分解生成物に及ぼす水蒸気添加及び流動媒体にCaOを階で進行し、前段に多くの臭素系化合物の生成が観察された。

用いた影響を検討した（Fig.1）。 PETによって他のプラスチックのCalcination
Reconstruction

Cl・Mg-Al LDH

New treatment process of hydrogen chloride.

6. PVCを用いた塩化揮発法による金属回収
Simplified biochemical pathways in Clostridium butyricum

分解が阻害されるが、流動媒体にCaOを用いることで、PETの5. 層状複水酸化物（LDH ）を用いた環境浄化によりPETの油化が促進され高いベンゼン収率が得られた。

RecoveryHydrochloricacid
Fig.5

Fig.4

阻害が無くなり、高いガス収率が得られた。さらに水蒸気添加

Treatment

Mg-Al oxide

PVCは燃焼する際に塩化水素（HCl）が発生することから、HClの利用を含めたPVCのリサイクル方法の開発が重要となっている。
また、近年BRICs諸国の急速な発展により鉱物資源の需要が増加しており、都市鉱山のような拡散した状態からの金属の回収が2+
3+
Mg-Al LDHは、Mg（OH）
2のMg の一部がAl で置換された層注目されている。そこで本研究では、配線の被覆材であるPVC状構造を持つ化合物で、ホスト層の正電荷はゲスト層のアニオから発生するHClを用いて、配線スクラップ中の銅線とPVCに安ンが補償している。このアニオンはより電荷密度の大きいアニオ定剤として含まれる金属を塩化揮発法により回収する方法を検討ンと交換可能である。LDHを仮焼すると、ゲスト層のアニオン、し、この方法により金属の回収が可能であることを確認した。

水が放出され、Mg-Al酸化物が生成する。Mg-Al酸化物は水溶液中に添加するとアニオンを取り込み再びLDHとなる。これを構造再生反応という。 LDHのアニオン交換、Mg-Al酸化物の構造
Fig.1 Efsfect of water steam and CaO on pyrolysis products
from 3P+PET（600℃）

3

Coexistence Activity Report 2009

Fig.2

TG-MS profiles of HIPS/DDO-Sb2O3

再生反応を種々の有害物質除去に応用する検討を行っている。

アクティビティレポート 20093