JPS6311532A - 励起酸素の発生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、化学反応による励起酸素の発生方法に関する
ものである。

（従来技術） 励起酸素は、その高い活性度のため古くから生化学者の
興味をひいており１種々の有機化学反応に応用されてい
る。さらに近年においては、レーザー技術の発達に伴い
ヨウ素レーザーの駆動源として、注目を集めている。

励起酸素、即ち一重項励起状態の酸素分子〔０２（１Δ
）、０□（１Σ）、　これらはエネルギー準位が準安定
にあり、自然放出寿命は前者が４５分、後者が７〜１２
秒と非常に長い、〕（以下、単に励起酸素ということも
ある）の発生方法として ・直接光励起 ・オゾン（０３）の光分解 ・放電（直流、高周波、マイクロウェーブ）・化学反応 を挙げることができる。このうち全酸素中に占めるｏ２
（１Δ）の割合（励起効率）を２０％以上にすることが
できるということから、化学反応による励起酸素の発生
方法が注目されている。

なお、前記オゾンの光分解による方式においては９０％
以上の励起効率が得られるものの、オゾン（Ｏｌ）の発
生効率、生成量に問題があり、実用的な発生方法とはな
っていない。

化学反応により励起酸素を生成させるには、いくつかの
方法があるが、最も効率の高い化学反応は過酸化水素Ｂ
Ｉ、ｏ２）の分解反応によるものである。

過酸化水素（Ｈ２０２）と次亜塩素酸イオン（ＨＯＣＱ
−）の反応により発生する酸素は、はぼ１００％が０２
（Ｊ：）、　０２（１Δ）　（７）励起状態のもである
。この励起ＷＩ素発生方法は現在、最も一般的に採用さ
れているものであり、実際的には反応速度を高めるため
に（ＰＨ＝１０で最大）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ
）でアルカリ性にした過酸化水素水溶液と塩素ガスを反
応させている。これを化学敬論的に示すと次式になる。

Ｈ２Ｏ２十〇Ｑ２＋２ＮａＯＨ →０２（１Δ、′Σ、３Σ）＋２ＮａＣＱ＋２Ｈ，０前
記化学反応により励起酸素を発生させる方式としては、
アルカリ性過酸化水素水溶液（反応溶液）の下部にガラ
ス粉末圧縮体板（バブラー）を置き、ここから塩素ガス
を吹き込むバブラ一方式（第２図参照）、及び多数の細
管（４００本以上）の壁面に沿ってアルカリ性過酸化水
素水溶液を流すことにより薄い反応溶液の層を形成し、
これに塩素ガスを通じて液層表面で両者を接触反応させ
るようにしたウェットカラム方式（第３図参照）が主流
である。

前記した従来の２方式は、化学反応以外により励起酸素
を得ようとする方式に比べ、圧倒的に高い収率を示す実
用的なものであるが、欠点も有する。

バブラ一方式では、原理上反応溶液を励起酸素発生器内
にため込む方式を採用しているため、反応後の溶液と未
反応の溶液とが分離できない。

即ち、反応溶液の供給と廃液の取出し、及びその連続的
な再生を効率よく行なうことができず、長時間動作に適
さない、さらに励起酸素発生器内にため込まれる反応溶
液の層が厚いため１反応溶液の深部で生成した励起酸素
が反応溶液の表面に向かって進む際に、液相中にて失活
反応を生起し。

励起酸素の生成効率が低下してしまう、一般に励起酸素
の失活率は、気相中より液相中の方が１桁程度大きいた
め、この失活過程は大きな損失となる。

また、ウェットカラム方式では、多数の細管表面に形成
される反応溶液相が薄いため、液相中での失活反応は抑
制されるものの、塩素ガスと反応溶液との接触面積が励
起酸素発生器の空間的占有容積に比して相対的に小さく
なるため装置の大型化がまぬがれない。

また、反応溶液と塩素ガスの気相／液相反応が表面反応
であるため、反応効率を上げるためにはカラムをできる
−たけ細くする必要があり、装置の構造が複雑となる。

（発明が解決しようとする問題点） 前記した従来の励起酸素方式の問題点を克服するために
は、気相／液相反応により励起酸素を高い収率で得るよ
うに塩素ガスとアルカリ性過酸化水素水溶液を高効率で
接触させ、失活反応を抑制するように生成した励起酸素
を液相に極力接触させないようにし、かつ反応後の溶液
を連続的に取出し、再生するために反応前後の溶液が分
離されるよような構造の励起酸素発生装置を開発する必
要がある。

本発明者らは、前記従来方式の問題点に鑑み、鋭意検討
した。その結果噴霧ノズル等によりアルカリ性過酸化水
素水溶液を霧化した後、塩素ガスと反応させた場合、高
反応率、低失活率、かつ長時間動作が容易な励起酸素の
発生方法となることを見い出し、本発明を完成するに至
った。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明を概説すれば１本発明はアルカリ性過酸化水素水
溶液と塩素ガスを反応させることにより励起酸素を発生
させるに際して、前記アルカリ性過酸化水素水溶液を霧
化器により霧状とした後、塩素ガスと接触反応させるこ
とを特徴とする励起ｍ素の発生方法に関するものである
。

以下、図面を用いて本発明になる励起酸素の発生方法の
一実施例について、詳細に説明する。

本発明方法を具体化する励起酸素発生装置の主要部は、
第１図に示されるように、アルカリ性過酸化水素水溶液
を霧状にするための霧化器５と、霧状の反応溶液と反応
する塩素ガスを噴出するための塩素ガス噴出口４と、反
応後の反応溶液から未反応溶液を回収するための溶液分
離装置８とから構成される０図示されていないが、生成
した励起酸素は、励起酸素発生装置の上部から取り出さ
れる。　また、化学反応により生成する水蒸気（Ｈ２Ｏ
）（Ｈ２０２＋ＣＱ、＋２ＮａＯＨ−＋Ｏ，（１Δ。

１Σ、３Σ）　＋　２　Ｎ　ａ　ＣＱ　＋　２　Ｈ２０
）は、やはり生成励起酸素と反応して励起酸素を失活す
るため、励起酸素の発生部になるべく近いところに水蒸
気トラップを設けることは好ましい。

霧化器により霧状となったアルカリ性過酸化水素水溶液
は、塩素ガスと接触される。これにより、反応溶液の霧
粒子と塩素ガスのガス分子が衝突により接触し、励起酸
素の生成反応が促進される。

第１図においては、霧化器として衝突型噴霧ノズルを用
いている。この方式のノズルを用いるとアルカリ性過酸
化水素水溶液程度の粘度を持つ液相でも効率よく霧化す
ることができる。アルカリ性過酸化水素水溶液は、反応
溶液供給口１から霧化器に入り、キャリアガスボンベ１
０及びキャリアガス供給口２から導入されたアルゴンガ
ス等の気体に随伴されて反応溶液噴出口から噴射図中Ａ
点で互いに衝突し霧化される。一方塩素ガスは塩素ガス
ボンベ１１及び塩素ガス供給口３より導入され、第３の
噴出口４より噴出して霧状のアルカリ性過酸化水素水溶
液と反応する。反応後の霧粒子は重力により励起酸素発
生装置の底部６に落ち、溶液排出ロアから溶液分離装置
８へと転送される。溶液分離装置８では、廃液と未反応
溶液とが分離され、廃液は取出し口９から廃棄され、未
反応溶液は再使用のため反応溶液供給口１ヘフイードバ
ツクされる。

第１図においては、反応溶液の霧化器５として、衝突型
噴霧ノズル（アトマイザー・ノズル）を用いているもの
を示したが（ノズル方式）、本発明においては反応溶液
を霧化することができるものあれば特に制限はなく、こ
の他、市販の加湿器用の超音波発生素子（超音波方式）
を用いることができることはいうまでもないことである
。

前記ノズル方式においても、図示されたものとは別の反
応溶液流入口を２個設け、それぞれの入口から流入した
液体がノズルから吹き出すまで互いに混じり合わない様
な構造とすることもできる。

この場合、　Ｈ，Ｏ，溶液とＮ　ａ　ＯＨ溶液は別々に
導入され、Ｓ化の時点で混合される。ノズル方式におい
ては、霧の量が導入される反応溶液の圧力。

または霧粒の直径はキャリアーガスの圧力によって制御
される。

一方、超音波方式は励起酸素発生装置の底に設置した超
音波素子からの超音波が１反応溶液の液面付近で収束し
、そのエネルギーによって反応溶液の分子間結合を切断
することによって霧化するものである。従って１反応溶
液の深さには最適値があり、霧の発生量は素子のパワー
により、また霧粒子の直径は周波数により制御される。

以上のようにして発生された励起酸素は、有機化学反応
などに応用されるものであるが、特に本発明の励起酸素
発生方法は化学励起ヨウ素レーザー　（Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌｌｙ　Ｐｕｍｐｅｄ　Ｉｏｄｉｎｅ　Ｌａ５ｅｒ　：
　ＣＰＩＬ）に有用なものである。

ＣＰＩＬは、化学反応により発生した一重項励起酸素０
２（１Δ）からヨウ素原子へのエネルギー移乗によって
ヨウ素原子の遷移間に逆転分布を形成させ、レーザー動
作を行なう純粋な化学レーザーである。現在まで、この
ＣＰＩＬは連続動作時間が短すぎるという理由から実用
化には至っていないが１本発明になる励起酸素発生方法
は、長時間動作が可能であること、即ちユウ素原子への
エネルギー移乗を長期化することができるものであり、
ＣＰＩＬの実用化に道を開くものである。

〔発明の効果〕

本発明になる励起酸素の発生方法は、アルカリ性過酸化
水素水溶液と塩素ガスとの反応が霧／気相接触反応であ
るため、反応効率が良く、液相中での発生励起酸素の失
活反応がおさえられる。また、反応油後の溶液を励起酸
素発生装置から取出し、効率的に反応後の溶液を連続再
生することができ、従って長時間動作が容易となる。さ
らに、霧粒子の径と数密度を制御することにより１反応
効率の増強と失活率の抑制を最適化することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明において用いられる励起酸素発生装置を
示す、第２図、第３図は従来の励起酸素発生装置を示す
もので、第２図のものはバブラ一方式のものを、第３図
のものはウェット・カラム方式のものを示す。 １：アルカリ性過酸化水素水溶液供給口２：キャリアガ
ス供給口 ３：塩素ガス供給口 ４：塩素ガス噴出口 ５：霧化器（アルカリ性過酸化水素水溶液噴出口） ６：励起酸素発生装置底部 ７：溶液排出口 ８：溶液分離装置 ９：廃液取出し口 １０：キャリアガスボンベ １１：塩素ガスボンベ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アルカリ性過酸化水素水溶液と塩素ガスを反応させ
   ることにより励起酸素を発生させるに際して、前記アル
   カリ性過酸化水素水溶液を霧化器により霧状とした後、
   塩素ガスと接触反応させることを特徴とする励起酸素の
   発生方法。 ２、霧化器がアトマイザー・ノズルを用いたものである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の励起酸素
   の発生方法。 ３、霧化器が超音波素子を用いたものであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の励起酸素の発生方法
   。