JPH044241B2

JPH044241B2 -

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Publication number: JPH044241B2
Application number: JP15503586A
Authority: JP
Priority date: 1986-07-03
Filing date: 1986-07-03
Publication date: 1992-01-27
Also published as: JPS6311532A

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、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
〔O₂（ ¹△）、O₂（ 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（O₃）の光分解 ●放電（直流、高周波、マイクロウエーブ） ●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（ ¹△）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
（O₃）の発生効率、生成量に問題があり、実用的
な発生方法とはなつていない。

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（H₂O₂）の分解反応によるもので
ある。

過酸化水素（H₂O₂）と次亜塩素酸イオン
（HOCl^-）の反応により発生する酸素は、ほぼ
100％がO₂（ ¹Σ）、O₂（ ¹△）の励起状態のもであ
る。この励起酸素発生方法は現在、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
量論的に示すと次式になる。

H₂O₂＋Cl₂＋2NaOH →O₂（ ¹△、 ¹Σ、 ³Σ）＋2NaCl＋2H₂O 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ー方式
（第２図参照）、及び多数の細管（400本以上）の
壁面に沿つ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
ようにしたウエツトカラム方式（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。

バブラー方式では、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、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
向かつて進む際に、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、ウエツトカラム方式では、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
カラムをできるだ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生過酸化
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
カリ生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つた。

〔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、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
酸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。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）（H₂O₂＋Cl₂＋2NaOH→O₂（ ¹△、 ¹Σ、
³Σ）＋2NaCl＋2H₂O）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ツプを
設けることは好ましい。

霧化器により霧状となつ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、キヤリアガスボンベ１０及びキヤリ
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、溶液排出口７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へフイ
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
もので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、H₂O₂溶液とNaOH溶液は別々に
導入され、霧加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ヤリアーガスの圧力に
よつて制御される。

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、反応溶液の液
面付近で収束し、そのエネルギーによつて反応溶
液の分子間結合を切断することによつて霧化する
ものである。従つて、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（Chemically Pumped Iodine Laser：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O₂（ ¹△）からヨウ素原子へのエネルギー移
乗によつ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つていない
が、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。

以下、本発明を実施例により更に詳しく説明す
る。

（実施例）第１図に示した励起酸素発生装置により、励起
酸素の生成実験を行なつた。

＜反応条件＞ () アルカリ性過酸化水素の水溶液（水酸化ナ
トリウムでPH＝10とした、H₂O₂濃度５重量％
のもの）を、反応溶液供給口１を通して霧化器
５に供給し、500ｍ mol／分の割合で噴出、
霧化させた。

なお、噴出に際して、キヤリアガスボンベ１
０からキヤリアガス（N₂）を20SLM
（Standard Liter per Minute）の割合でキヤ
リアガス供給口２に導入し、前記したアルカリ
性過酸化水素水溶液を随伴させるようにした。

() 一方、塩素ガスは、塩素ガスボンベ１１か
ら塩素ガス供給口３に導入し、噴出口４より
500ｍ mol／分の割合で噴出させた。

() 反応温度は−５℃、反応圧力は5Torrのも
とで行なつた。

＜励起酸素の生成効率＞本発明の方式により、励起効率80％の割合で励
起酸素を生成させることができた。これは、第２
図に示されるバブラー方式や第３図に示されるウ
エツト・カラム方式の励起効率50％と比べ各段に
優れたものであり、極めて失活率の低い方式であ
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、反応前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、従つ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、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図のものはバブラー
方式のものを、第３図のものはウエツト・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：
キヤリアガス供給口、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：キヤリアガスボンベ、１１：塩素
ガスボンベ。

Claims

【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。