FR2791968A1 - Process for the on-site production of ultra-pure hydrogen peroxide for the electronics industry, involves the use of an organometallic complex of cobalt and the reduction of oxygen in an acidic medium - Google Patents
Process for the on-site production of ultra-pure hydrogen peroxide for the electronics industry, involves the use of an organometallic complex of cobalt and the reduction of oxygen in an acidic medium Download PDFInfo
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Abstract
Description
La présente demande de brevet se rapporte à un nouveau procédé deThis patent application relates to a novel method of
préparation de peroxyde d'hydrogène. Aujourd'hui, le procédé le plus cou- preparation of hydrogen peroxide. Today, the most common
ramment utilisé, est un procédé chimique reposant sur l'oxydation de l'anthraquinone (Walton J.H, J. Am. Chem. Soc. (1932), 54, 3228; Filson G. W. et ai, US 2,059,569), couramment appelé "procédé AO". Cette synthèse est réalisée selon le schéma réactionnel suivant: o OH OH X catalyseur -R widely used, is a chemical process based on the oxidation of anthraquinone (Walton JH, J. Am Chem Soc. (1932), 54, 3228; Filson GW et al., US 2,059,569), commonly referred to as "AO method. ". This synthesis is carried out according to the following reaction scheme: OH OH X catalyst -R
+ 02 - < + H202+ 02 - <+ H202
OH O La solution d'alkyl anthraquinone, en général la 2-éthyl anthraquinone, est hydrogénée en présence de catalyseur (Pd sur A1203), dans un solvant organique non miscible à l'eau. L'hydroquinone obtenue, est ensuite oxydée par le dioxygène de l'air en un mélange d'hydroxy hydroperoxydes, qui sont décomposés en peroxyde d'hydrogène et en I'alkyl anthraquinone de départ, The alkyl anthraquinone solution, generally 2-ethyl anthraquinone, is hydrogenated in the presence of a catalyst (Pd on Al 2 O 3) in a water-immiscible organic solvent. The hydroquinone obtained is then oxidized by the dioxygen of the air to a mixture of hydroxy hydroperoxides, which are decomposed into hydrogen peroxide and the starting alkyl anthraquinone.
qui est recyclée. Le peroxyde d'hydrogène formé, est séparé de la phase or- which is recycled. The hydrogen peroxide formed is separated from the gold phase
ganique par extraction à l'eau, la concentration en H202 pouvant atteindre by extraction with water, the concentration of H2O2 being able to reach
47% en poids; la solution aqueuse est concentrée par distillation, afin d'obte- 47% by weight; the aqueous solution is concentrated by distillation in order to obtain
nir les diverses solutions commerciales. Les principaux inconvénients de cette méthode sont liés à ses dangers, à la régénération de la solution et aux coûts élevés de fonctionnement et d'entretien du procédé. On a essayé de remplacer l'hydrogénation catalytique de I'anthraquinone, par une réduction chimique sur un amalgame de sodium (Lynn S. et ai, GB 1, 154,096 et US 3,351,104) ou, the various business solutions. The main disadvantages of this method are related to its hazards, the regeneration of the solution and the high costs of operation and maintenance of the process. Attempts have been made to replace the catalytic hydrogenation of anthraquinone by chemical reduction on sodium amalgam (Lynn S. et al., GB 1, 154,096 and US 3,351,104), or
plus récemment par une réduction électrochimique (Keita B. et ai, J. Electroa- more recently by electrochemical reduction (Keita B. et al., J. Electro
nal. Chem. 1983, 145, 431-437; Schmid lin-Houissoud, A. Thèse de I'Univer- nal. Chem. 1983, 145, 431-437; Schmid lin-Houissoud, A. Thesis of the Univer-
sité de Genève, 1997). Cependant, aucune de ces méthodes n'est industriel- Geneva, 1997). However, none of these methods are industrial
lement satisfaisante. On connaît aussi des procédés de production de pe- satisfactory. Also known are processes for the production of
roxyde d'hydrogène par voie électrochimique. Le premier d'entre eux repose hydrogen oxide electrochemically. The first of them is
sur l'électrolyse de l'acide sulfurique (Meindinger A., Ann. Chem. Pharm. Lieb. on the electrolysis of sulfuric acid (Meindinger A., Ann Chem Chem Pharm Lieb.
1853, 88, 57; Bunsen R. W., Pogg. Ann. 1854, 91, 621; Berthelot, M. C. R. 1878, 86, 71). Un autre repose sur la réduction du dioxygène à deux électrons (Pascal P., dans Nouveau traité de Chimie Minérale; Masson et Cie: 1960 Vol. Tome XIII, 469-596; Tarasevich M. et ai, dans Comprehensive Treatise of Electrochemistry; Plenum Press: New York, 1983; Vol. 7; Divisek J. et ai, J. 1853, 88, 57; Bunsen R. W., Pogg. Ann. 1854, 91, 621; Berthelot, M.CR 1878, 86, 71). Another is based on the reduction of the two-electron dioxygen (Pascal P., in New Treaty of Mineral Chemistry, Masson et Cie: 1960 Vol Volume XIII, 469-596, Tarasevich M. et al, in Comprehensive Treatise of Electrochemistry, Plenum Press: New York, 1983, Vol 7, Divisek J. et al, J.
Electroanal. Chem. 1975, 65, 603), soit mise en oeuvre en milieu acide (Dam- Electroanal. Chem. 1975, 65, 603), is carried out in an acidic medium (Dam.
janovic A. et ai, J. Electrochem. Soc. 1967, 114, 466-472 et J. Electroanal. Janovic A. et al., J. Electrochem. Soc. 1967, 114, 466-472 and J. Electroanal.
Chem. 1967, 15, 163-172; Genshaw M. A. et al. J. Electroanal. Chem. 1967, , 163-172; Taylor R. J. et ai, J. Electroanal. Chem. 1975, 64, 85-94.et J. Electroanal. Chem. 1975, 64, 95-105; Otsuka K. et al, Electrochim. Acta 1990, , 319-322), soit en milieu basique (Paliteiro et al, J. Electroanal. Chem. 1987, 233, 147-159; Morcos I. et ai, Electrochim. Acta 1970, 15, 953-975; Zhang Z. W. et ai, Proc. Electrochem. Soc. 1984, 84, 158-178; Garten V. A. et Chem. 1967, 15, 163-172; Genshaw M.A. et al. J. Electroanal. Chem. 1967, 163-172; Taylor R. J. et al., J. Electroanal. Chem. 1975, 64, 85-94.and J. Electroanal. Chem. 1975, 64, 95-105; Otsuka K. et al, Electrochim. Acta 1990, 319-322) or in a basic medium (Paliteiro et al., J. Electroanal Chem., 1987, 233, 147-159, Morcos I. et al., Electrochim Acta 1970, 15, 953-975; ZW et al., Proc., Electrochem Soc., 1984, 84, 158-178;
ai, Pure Appl. Chem. 1957, 7, 69-76; Kalu E. E. et al. J. Appl. Electrochem. ai, Pure Appl. Chem. 1957, 7, 69-76; Kalu E. E. et al. J. Appl. Electrochem.
1990, 20, 932-940; Oloman C. et ai, J. Appl. Electrochem. 1979, 9, 117123; Stucki S. CH 4,455,203 1984; Kornienko G. V.et ai, Russian J. Appl. Chem. 1996, 69, 229-231; Tatapudi P. et ai, J. Electrochem. Soc. 1993, 140, 55-57; Taylor R. J. et ai, J. Electroanal. Chem. 1975, 64, 63-84). Bien qu'en milieu 1990, 20, 932-940; Oloman C. et al., J. Appl. Electrochem. 1979, 9, 117123; Stucki S. CH 4,455,203 1984; Kornienko G. V. and ai, Russian J. Appl. Chem. 1996, 69, 229-231; Tatapudi P. et al., J. Electrochem. Soc. 1993, 140, 55-57; Taylor R. J. et al., J. Electroanal. Chem. 1975, 64, 63-84). Although in the middle
basique, les résultats les plus prometteurs aient été obtenus, I'instabilité du peroxyde d'hydrogène (Duke F. R. J. Phys. Chem. 1961, 65, 304) et le carac- tère délicat de son extraction, n'ont pas permis de transposer les résultats30 observés au laboratoire, à l'échelle industrielle. Enfin, si la production de pe- the most promising results have been obtained, the instability of hydrogen peroxide (Duke FRJ Phys Chem 1961, 65, 304) and the delicate nature of its extraction have not made it possible to transpose the results30 observed in the laboratory, on an industrial scale. Finally, if the production of
roxyde d'hydrogène par électrocatalyse apparaît de plus en plus performante, la fragilité des différentes électrodes utilisées reste, à ce jour, un paramètre mal maîtrisé (Deronzier A. J., Chim. Phys. Phys.- Chim. Biol. 1996, 93, 611-619; Hydrogen oxide by electrocatalysis appears more and more efficient, the fragility of the various electrodes used remains, to date, a poorly controlled parameter (Deronzier AJ, Chem Phys Phys Phys Chim Biol 1996, 93, 611- 619;
Vork F. T. A., Electrochim. Acta 1990, 35, 135; Degrand C. J., Electroanal. Vork F.T.A., Electrochim. Acta 1990, 35, 135; Degrand C. J., Electroanal.
Chem. 1984, 169, 259-268; Grangaard D. H., US 3,454,477 1969; Kang C. et ai, J. Electroanal. Chem. 1996, 413, 165-174). Compte tenu de l'accroissement des applications de l'eau oxygénée, notamment dans le domaine de l'industrie électronique, il est intéressant de pouvoir produire le peroxyde d'hydrogène Chem. 1984, 169, 259-268; Grangaard D.H., US 3,454,477 1969; Kang C. et al., J. Electroanal. Chem. 1996, 413, 165-174). Given the increasing applications of hydrogen peroxide, particularly in the field of the electronics industry, it is interesting to be able to produce hydrogen peroxide
directement sur son lieu d'utilisation. Toutefois, en raison de coûts de fonction- directly on its place of use. However, because of the costs of
nement élevés, I'installation d'une unité de fabrication fonctionnant selon le procédé à l'anthraquinone n'est pas rentable pour une production annuelle inférieure à vingt mille tonnes et il présente de plus, plusieurs inconvénients majeurs, tels que la dégradation du milieu réactionnel et les problèmes de sécurité. La demanderesse a donc cherché un autre procédé de fabrication de peroxyde d'hydrogène, qui puisse être mis en oeuvre sur site, avec des coûts d'entretiens faibles, tout en conduisant à une solution de peroxyde d'hydrogène de haute pureté. Elle a trouvé qu'un procédé de production de In fact, the installation of a production unit operating with the anthraquinone process is not profitable for an annual production of less than 20 000 tonnes and it also has several major drawbacks, such as environmental degradation. reaction and safety issues. The Applicant has therefore sought another method of manufacturing hydrogen peroxide, which can be implemented on site, with low maintenance costs, while leading to a solution of high purity hydrogen peroxide. She found that a process for the production of
peroxyde d'hydrogène par voie chimique, utilisant des complexes organomé- hydrogen peroxide by chemical means, using organomechanical complexes
talliques, permettait de résoudre les problèmes évoqués ci-dessus. C'est the problems mentioned above. It is
pourquoi l'invention a pour objet un procédé de préparation de peroxyde d'hy- why the subject of the invention is a process for the preparation of hydrogen peroxide
drogène comprenant les étapes suivantes: which comprises the following steps:
a) une étape de réduction du dioxygène en milieu acide avec un com- a) a step of reducing the dioxygen in an acid medium with a compound
plexe organométallique supporté susceptible d'être oxydé, et b) une étape de séparation du complexe organométallique supporté et supported organometallic plexe capable of being oxidized, and b) a step of separating the supported organometallic complex and
oxydé résultant de l'étape a) et du peroxyde d'hydrogène, par extraction so- resulting from step a) and hydrogen peroxide, by
lide/liquide.lide / liquid.
La mise en ceuvre de l'étape a) nécessite l'utilisation de complexes or- The implementation of step a) requires the use of complexes
ganométalliques dont le cation métallique est susceptible de s'oxyder en mi- ganometallic compounds whose metal cation is likely to oxidize in half
lieu acide, en un cation métallique ayant un degré d'oxydation supérieur. acidic site, into a metal cation having a higher degree of oxidation.
La mise en oeuvre de l'étape b) nécessite que le complexe organomé- The implementation of step b) requires that the organomechanical complex
tallique soit adsorbé sur une matrice solide inerte, puis réduit pour former le complexe actif. Comme support inerte, on peut citer, par exemple les résines The aqueous solution is adsorbed on an inert solid matrix and then reduced to form the active complex. As an inert carrier, there may be mentioned, for example, resins
cationiques commerciales, comme la résine DOWEXTM (50WX2-400), consti- cationic resins, such as DOWEXTM resin (50WX2-400),
tuée d'un squelette polystyrènique fonctionnalisé avec des groupes sulfoni- que. La réduction est réalisée par passage d'une solution aqueuse contenant un réducteur chimique tel que tétrahydroborure de sodium (NaBH4). Après lavage du matériau par de l'eau, celui-ci est mis en contact avec une solution killed from a polystyrene skeleton functionalized with sulfonic groups. The reduction is carried out by passing an aqueous solution containing a chemical reductant such as sodium tetrahydroboride (NaBH4). After washing the material with water, it is brought into contact with a solution
aqueuse acide contenant du dioxygène, provoquant ainsi la formation et l'ex- aqueous acid containing oxygen, thus causing the formation and ex-
traction simultanées du peroxyde d'hydrogène. Une solution non miscible à l'eau peut être utilisée pour oxygéner le complexe organométallique; I'eau simultaneous pulling of hydrogen peroxide. A water immiscible solution can be used to oxygenate the organometallic complex; the water
oxygénée formée est ensuite extraite par une faible quantité d'eau Cette mé- formed oxygen is then extracted by a small amount of water.
thode permet d'obtenir des solutions plus concentrées en peroxyde d'hydro- thode makes it possible to obtain more concentrated solutions of hydrogen peroxide.
gène.gene.
Selon un premier mode particulier de la présente invention, le com- According to a first particular embodiment of the present invention, the
plexe organométallique mis en oeuvre à l'étape a) est un complexe de cobalt à l'état d'oxydation (+11). Dans ce cas, la formation de peroxyde d'hydrogène à l'étape a), résulte de l'activation du dioxygène par l'ion cobalt du complexe organométallique immobilisé mis en jeu, selon la réaction suivante: 2 [LCo]2 + 02 + 2 H+ > 2 [LCo]3+ + H202 The organometallic plex implemented in step a) is a complex of cobalt in the oxidation state (+11). In this case, the formation of hydrogen peroxide in step a) results from the activation of the oxygen by the cobalt ion of the immobilized organometallic complex involved, according to the following reaction: 2 [LCo] 2 + O 2 + 2H +> 2 [LCo] 3+ + H202
Une molécule de dioxygène réagit en milieu acide avec deux molécu- A molecule of oxygen reacts in an acidic medium with two molecules.
les de complexe actif de cobalt (+11), pour libérer une molécule de peroxyde d'hydrogène et deux molécules de complexe de cobalt à l'état d'oxydation cobalt active complex (+11), to release a molecule of hydrogen peroxide and two molecules of cobalt complex in the oxidation state
(+111).(111).
Selon un deuxième mode particulier de la présente invention, le ligand organique du complexe organométallique est un polyazamacrocycle, et plus particulièrement un polyazabicylo[6.6.6]eicosane, tel que par exemple, le 1,3,6,8,10,13,16,19-octaazabicyclo[6.6.6]eicosane (ou sépulcrate) ou ses dérivés mono ou poly substitués sur l'un des atomes du cycle, ou le 3,6,10,13,16,19-hexaazabicyclo[6.6.6]eicosane, ou ses dérivés mono ou poly substitués sur l'un des atomes du cycle. A titre d'exemples non limitatifs de complexes organométalliques, on peut citer ceux décrits dans les publications According to a second particular embodiment of the present invention, the organic ligand of the organometallic complex is a polyazamacrocycle, and more particularly a polyazabicyclo [6.6.6] eicosane, such as, for example, 1,3,6,8,10,13, 16,19-octaazabicyclo [6.6.6] eicosane (or sepulecrate) or its mono- or poly-substituted derivatives on one of the ring atoms, or 3,6,10,13,16,19-hexaazabicyclo [6.6.6 ] eicosane, or its mono or poly substituted derivatives on one of the ring atoms. By way of non-limiting examples of organometallic complexes, mention may be made of those described in the publications
suivantes: Sargeson A. M., Pure Appl. Chem. 1984, 56, 1603-1619; Botto- following: Sargeson A.M., Pure Appl. Chem. 1984, 56, 1603-1619; Botto-
mley G. A. et ai, J. Chem. 1994, 47, 143-179; Geue R. J. et ai, J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 5478-5488; Creaser I. I.et ai, J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 5729-5731, et notamment les complexes de formules (1), (2) et (3) suivantes: mley G.A. et al., J. Chem. 1994, 47, 143-179; Geue R. J. et al., J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 5478-5488; Creaser I. I. et al., J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 5729-5731, and in particular the complexes of formulas (1), (2) and (3) below:
N CH <RN CH <R
(HNH NHIN N,H NH Ni NHNH CZtco2C) C co2+ C Co2+ 9 (HNH NHIN N, H NH Ni NHNH CZtco2C) Co2 + C Co2 + 9
NH NH N H NHNHNNH NH N H NHNHN
l(N "'lCH RJl (N '' lCH RJ
(1) (2) (3)(1) (2) (3)
On peut aussi citer les publications suivantes: Behm C. A. et ai, J. Chem. Soc., Chem. Commun 1993, 1844-1846 et. Austr. J. Chem. 1995, 48, 1009-1030, dans lesquelles sont décrits des complexes de sarcophagine The following publications can also be cited: Behm C.A. et al., J. Chem. Soc., Chem. Common 1993, 1844-1846 and. Austr. J. Chem. 1995, 48, 1009-1030, in which sarcophagine complexes are described.
substitués par de longues chaînes carbonées [composés de formule (3)]. substituted by long carbon chains [compounds of formula (3)].
Selon une variante particulière du procédé objet de la présente inven- According to a particular variant of the process which is the subject of the present invention,
tion, le complexe immobilisé de cobalt (+111) résultant des étapes a) et b), est réduit en complexe de cobalt (+11). La formation du complexe actif de cobalt (+11) peut résulter d'une réduction, soit chimique, soit électrochimique du complexe de cobalt à l'état d'oxydation (+111). Selon un mode tout particulier The immobilized cobalt (+111) complex resulting from steps a) and b) is reduced to a cobalt (+11) complex. The formation of the active complex of cobalt (+11) can result from a reduction, either chemical or electrochemical, of the cobalt complex in the oxidation state (+111). According to a particular mode
du procédé tel que décrit précédemment, celui-ci comporte donc les trois éta- of the process as described above, it therefore comprises the three
pes suivantes:following weights:
a) une étape de production de peroxyde d'hydrogène par voie chimi- a) a step of producing hydrogen peroxide chemically
que,than,
b) une étape de séparation du peroxyde d'hydrogène formé et du com- b) a step of separating the formed hydrogen peroxide and the
plexe oxydé, etoxidized plex, and
c) une étape de régénération du complexe actif par réduction chimi- c) a step of regenerating the active complex by chemical reduction;
que, qui est ensuite réutilisé à l'étape a). that, which is then reused in step a).
La figure 1 illustre le cycle réactionnel décrit ci-dessus. Figure 1 illustrates the reaction cycle described above.
Selon un autre aspect de la présente invention, celle-ci a pour objet une installation de production de peroxyde d'hydrogène mettant en oeuvre le procédé tel que décrit précédemment. Une telle installation comprend: - un compartiment d'oxygénation dans lequel est réalisée la réaction de production de peroxyde d'hydrogène, - un compartiment d'extraction dans lequel sont séparés le peroxyde d'hydrogène et le complexe organométallique oxydé, et According to another aspect of the present invention, the subject of the present invention is a plant for producing hydrogen peroxide using the method as described above. Such an installation comprises: an oxygenation compartment in which the hydrogen peroxide production reaction is carried out, an extraction compartment in which the hydrogen peroxide and the oxidized organometallic complex are separated, and
- un compartiment de régénération dans lequel est réalisée la régéné- a regeneration compartment in which the regeneration is carried out
ration du complexe organométallique supporté initial. ration of the initial supported organometallic complex.
La présente invention a aussi pour objet une installation de production de peroxyde d'hydrogène ultra pur, caractérisée en ce qu'elle comprend en aval de The present invention also relates to an ultra pure hydrogen peroxide production plant, characterized in that it comprises downstream of
l'unité de production de peroxyde d'hydrogène telle que définie précédem- the unit for producing hydrogen peroxide as defined above
ment, une unité de purification du peroxyde d'hydrogène, et tout particulière- a purification unit for hydrogen peroxide, and especially
ment une installation, telle que définie précédemment, caractérisée en ce an installation, as defined above, characterized in that
qu'elle est située sur le site d'utilisation de la solution de peroxyde d'hydro- that it is located on the site of use of the solution of hydrogen peroxide
gène ainsi produite et si nécessaire ainsi purifiée, et plus particulièrement sur gene thus produced and if necessary thus purified, and more particularly on
un site production de composants électroniques. Comme installation de puri- a production site of electronic components. As a purification plant
fication, on peut citer par exemple, celles mettant en oeuvre un des procédés décrits dans les publications internationales WO 98/54085, WO 98/54086, for example, those employing one of the processes described in international publications WO 98/54085, WO 98/54086,
WO 98/54087 et WO 98/54088.WO 98/54087 and WO 98/54088.
Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois la limiter. The following examples illustrate the invention without limiting it.
A-Synthèses et caractéristiques principales des complexes A-1- Principe a) Complexe [(Sep)Co]CI3 A-Synthesis and Main Characteristics of Complexes A-1- Principle a) Complex [(Sep) Co] CI3
La méthode de synthèse employée est une modification de celle dé- The method of synthesis used is a modification of that
crite dans les publications suivantes: Creaser I. I.et ai, J. Am. Chem. Soc. 1977, 99, 3181-3182 et. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 6016-6025. Les ions perchlorates ne sont plus utilisés et la purification du complexe se fait sans utilisation de résine échangeuse d'ions. Le complexe est isolé par simple précipitation en milieu éthanolique, avec un rendement de 79 %. Le composé Co(Sep)3+ est donc synthétisé très facilement et en grande quantité à partir du complexe triéthylenediamine de cobalt(Ill) en présence d'ammoniaque et de formaldéhyde selon la réaction suivante: in the following publications: Creaser I. I. et al., J. Am. Chem. Soc. 1977, 99, 3181-3182 and. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 6016-6025. Perchlorate ions are no longer used and purification of the complex is done without the use of ion exchange resin. The complex is isolated by simple precipitation in ethanolic medium, with a yield of 79%. The compound Co (Sep) 3+ is therefore synthesized very easily and in large quantities from the triethylenediamine complex of cobalt (III) in the presence of ammonia and formaldehyde according to the following reaction:
H2 H2 H2 (H2 H2 H2 (
N N N _NH NH NH.N N N NH NH.
C CN ND HCHO, NH3 CN (Co3 NC CN ND HCHO, NH3 CN (Co3 N)
N N N NH NH NHN N NH NH NH
H2H2 H2H2H2 H2
b) Fixation du complexe sur un support solide Le complexe [(Sep)Co]C13 est fixé par simple contact d'une solution b) Fixing the complex on a solid support The [(Sep) Co] C13 complex is fixed by simple contact with a solution
aqueuse le contenant, avec une résine sulfonique DOWEXM (50WX2-400). containing it, with a DOWEXM (50WX2-400) sulfonic resin.
La réaction chimique mise en jeu, est représentée par l'équation suivante: 3 R-SO3H + [(Sep)Co]CI3 > [(Sep)Co]CI3 (R-SO3H)3 The chemical reaction involved is represented by the following equation: R 3 SO 3 H + [(Sep) Co] Cl 3> [(Sep) Co] CI 3 (R-SO 3 H) 3
On obtient un matériau comprenant 1,17 mmoles par gramme de complexe. A material comprising 1.17 mmoles per gram of complex is obtained.
Le matériau obtenu est stable puisque la désorption du complexe organomé- The material obtained is stable since the desorption of the organomechanical complex
tallique, n'est réalisée qu'au moyen d'une solution d'acide chlorhydrique only by means of a solution of hydrochloric acid
concentrée au minimum à 3 mol. I-'. concentrated to a minimum of 3 mol. I- '.
c) Réduction chimique du complexe [(Sep)Co13+ Après fixation du complexe de cobalt(Ill) sur le support solide, celui-ci est réduit par passage sur le matériau, d'une solution aqueuse contenant % en excès de tétrahydroborure de sodium. On observe une décoloration immédiate du matériau, qui est ensuite lavé à l'eau pour éliminer les traces du réducteur A-2-Modes opératoires a) Synthèse de (Sep)CoCI3 c) Chemical reduction of the complex [(Sep) Co13 + After fixing the cobalt complex (III) on the solid support, it is reduced by passing over the material, an aqueous solution containing excess% of sodium tetrahydroboride. Immediate discolouration of the material is observed, which is then washed with water to remove traces of the reducing agent A-2-Procedures a) Synthesis of (Sep) CoCI3
N 73+N 73+
Nil NHNil NH
NHNHNHNHNHNH
( Co),3CI'(Co), 3CI '
NH NH NHNH NH NH
A une suspension contenant 23g (0,31 mol) de carbonate de lithium et 18,2 g (0,05 mol) de complexe de chlorure de triéthylènediamine cobalt (111) dans 125 ml d'eau, sont ajoutés simultanément, goutte à goutte, 166 ml (2,5 mol) d'ammoniac (solution à 27 % dans l'eau) dilués dans 380 ml d'eau et To a suspension containing 23 g (0.31 mol) of lithium carbonate and 18.2 g (0.05 mol) of triethylenediamine cobalt (III) chloride complex in 125 ml of water are added simultaneously, drop by drop. , 166 ml (2.5 mol) of ammonia (27% solution in water) diluted in 380 ml of water and
563 ml (7,5 mol) de formaldéhyde (solution à 37 % dans l'eau). Après 2 heu- 563 ml (7.5 mol) of formaldehyde (37% solution in water). After 2 hours
res d'agitation à température ambiante, le mélange est filtré puis le pH du filtrat est ajusté à 2 par addition d'acide chlorhydrique concentré. La solution est alors étendue avec 4 litres d'éthanol, puis le mélange est maintenu à 5 C pendant 24 heures. Après filtration, le précipité obtenu est dissout dans un minimum d'eau à 60 C, puis 300 ml d'acétone sont ajoutés rapidement sous forte agitation. Le composé attendu est isolé par filtration avec un rendement At room temperature, the mixture is filtered and the pH of the filtrate is adjusted to 2 by addition of concentrated hydrochloric acid. The solution is then extended with 4 liters of ethanol and the mixture is then kept at 5 ° C. for 24 hours. After filtration, the precipitate obtained is dissolved in a minimum of water at 60 ° C., then 300 ml of acetone are rapidly added with vigorous stirring. The expected compound is isolated by filtration with a yield
de78 % (m = 17,6g).of78% (m = 17.6g).
RMN 1H (D20) b (DPPm): 3,1 (m, 12 H, N-CH2-CH2-N); 4,0 (dd, 12 H, 1 H NMR (D 2 O) b (DPPm): 3.1 (m, 12H, N-CH 2 -CH 2 -N); 4.0 (dd, 12H,
N-CH2-N).N-CH2-N).
RMN '3C (D20) ô (ppm): 56,04; 69,63. 1H NMR (D 2 O) δ (ppm): 56.04; 69.63.
Analyse centésimale pour CoC12H3oN8CI_3: Centesimal analysis for CoC12H3oN8CI_3:
calculée: C% 31,9; H% 6,7; N% 24,8. Calculated: C% 31.9; H, 6.7; N% 24.8.
trouvée: C% 31,6; H% 6,9; N% 24,7.found: C% 31.6; H% 6.9; N% 24.7.
b) Fixation du complexe sur une résine DowexM 50 X2-400 Une solution aqueuse de [(Sep)Co]CI3 à 0,1 mole / I, est éluée sur une résine cationique DowexTM 50 X2-400, jusqu'à saturation. Après lavage à l'eau puis à l'éthanol, la poudre orange obtenue est séchée sous pression réduite. L'analyse du matériau met en évidence une concentration 1,17 b) Fixation of the Complex on a DowexM 50 X2-400 Resin An aqueous solution of 0.1 Mole / I [(Sep) Co] CI3 is eluted on a Dowex ™ 50 X2-400 cationic resin until saturation. After washing with water and then with ethanol, the orange powder obtained is dried under reduced pressure. The material analysis highlights a concentration of 1.17
mmoles de complexe par gramme.mmoles of complex per gram.
A-3-Caractéristiques électrochimiques a) Potentiel d'oxvdoréduction Le voltammogramme cyclique du complexe [(Sep)Co]3+ dans KCI (0,1 mol.1') est représenté sur la figure 2 (solvant:eau + 0,2 mol. l'.KCI électrode de travail: carbone vitreux, v = 100mV.s-'). Il est constitué d'une seule vague réversible à - 0,574 V, attribuable à l'oxydoréduction du couple [(Sep)Co]3+' [(Sep)Co]2+. Après plusieurs cycles successifs, I'intensité des signaux, dont le rapport ij/ic est égal à 1, reste inchangée, montrant que le couple [(Sep)Co]3I/[(Sep)Co]2+ est totalement réversible. La nature de l'anion associé A-3-Electrochemical Characteristics a) Oxidation-reduction Potential The cyclic voltammogram of the complex [(Sep) Co] 3+ in KCl (0.1 mol.1 ') is shown in FIG. 2 (solvent: water + 0.2 mol. KCI working electrode: glassy carbon, v = 100mV.s- '). It consists of a single reversible wave at -0.574 V, attributable to the oxidation-reduction of the [(Sep) Co] 3+ '[(Sep) Co] 2+ couple. After several successive cycles, the intensity of the signals, whose ratio ij / ic is equal to 1, remains unchanged, showing that the pair [(Sep) Co] 3I / [(Sep) Co] 2+ is totally reversible. The nature of the associated anion
au complexe ainsi que le pH de la solution, ont peu d'influence sur les pro- complex and the pH of the solution have little influence on the
priétés électroniques du complexe et modifient de manière très peu signifi- electronic properties of the complex and modify very little
cative le potentiel d'oxydoréduction du couple [(Sep)Co]3+/[(Sep)Co]2+. cative the redox potential of the pair [(Sep) Co] 3 + / [(Sep) Co] 2+.
b) Stabilité du complexe Sépulchrate Une étude de stabilité du complexe Sépulchrate a été réalisée; on b) Stability of the Sepulchrate Complex A stability study of the Sepulchrate complex was carried out; we
constate que ce composé présente une stabilité exceptionnelle puisque au- notes that this compound has exceptional stability since
cune dégradation n'est constatée en milieu très acide (HCI 12 M) ou très ba- this degradation is noticeable in a very acidic medium (HCI 12 M) or very low
sique (pH>12). Seule la formation d'une fonction hydroxylamine a été mise en évidence, lorsque le complexe est mis en présence de peroxyde d'hydrogène concentré en milieu fortement basique. Toutefois, cette évolution n'est pas problématique, puisqu'elle n'a lieu que dans des conditions éloignées de (pH> 12). Only the formation of a hydroxylamine function has been demonstrated when the complex is brought into the presence of concentrated hydrogen peroxide in a strongly basic medium. However, this evolution is not problematic, since it takes place only in conditions far from
celles qui sont mises en oeuvre dans le procédé. those which are implemented in the process.
c) Données physico-chimiques du complexe [(SeP)CoCI3 Solvant UV- visible E112(LCO(III)/LCo(II)) (V vs. ECS) (nm) [H (mol'. l.cm3')] HCI (1 mol.I') 344 (116); 474 (106) -0,589 d) Activation du dioxy.ène par le complexe Co(Sep)2+ en phase aqueuse La réduction du dioxygène en peroxyde d'hydrogène par le complexe de cobalt(Il), se fait selon un mécanisme à deux étapes principales (1) et (2) c) Physicochemical data of complex [(SeP) CoCl3 Solvent UV-visible E112 (LCO (III) / LCo (II)) (V vs. ECS) (nm) [H (mole · l.cm3 ')] HCl (1 mol.l ') 344 (116); 474 (106) -0.589 (d) Activation of dioxyene with the Co (Sep) 2+ complex in aqueous phase The reduction of dioxygen into hydrogen peroxide by the cobalt (II) complex is carried out in a two-fold mechanism main stages (1) and (2)
et dont l'un des intermédiaires est une molécule de superoxyde d'hydrogène. and one of whose intermediates is a molecule of hydrogen superoxide.
L'étape (2) étant beaucoup plus rapide, I'excès de dioxygène dans le milieu réactionnel n'est donc pas un paramètre gênant. De plus la réaction, entre le peroxyde d'hydrogène formé et les molécules de complexes de cobalt à l'état d'oxydation +11 qui n'ont pas encore réagi avec le dioxygène, s'avère être une réaction secondaire pour le procédé. Il est donc nécessaire d'avoir un rapport Since step (2) is much faster, the excess of oxygen in the reaction medium is therefore not an annoying parameter. In addition, the reaction between the hydrogen peroxide formed and the cobalt complex molecules in the +11 oxidation state which have not yet reacted with the oxygen proves to be a secondary reaction for the process. It is therefore necessary to have a report
[02]/[H202] aussi élevé que possible afin de minimiser cette réaction parasite. [02] / [H202] as high as possible to minimize this parasitic reaction.
[LCo]2+ + 02 + H+ > [LCo]3+ + HO2 (1) [LCo]2+ + HO2 + H+ > [LCo]3+ + H202 (2) 2 [LCo]2+ + H202 > 2 [Lco]3+ + 2 OH (3) A-4-Tableau récapitulatif des résultats [LCo] 2+ + 02 + H +> [LCo] 3+ + HO2 (1) [LCo] 2+ + HO2 + H +> [LCo] 3+ + H202 (2) 2 [LCo] 2+ + H202> 2 [LCO] 3+ + 2 OH (3) A-4-Summary Table of Results
Phase solide - Complexe (Sep)CoCI3 adsorbé sur résine DOWEX 50X2- Solid phase - CoCI3 complex (Sep) adsorbed on DOWEX 50X2 resin
- Taux de greffage: 1,7 mmol de complexe par gramme de matériau Phase liquide - solution aqueuse d'HCI (0,1 mol/I) saturée en dioxygène - Grafting rate: 1.7 mmol of complex per gram of material Liquid phase - aqueous solution of HCl (0.1 mol / l) saturated with oxygen
([02] = 1,3 mmol/l).([02] = 1.3 mmol / l).
Régénération du - Réduction chimique instantanée par passage d'une solu- Regeneration of - Instant chemical reduction by passage of a solution
complexe tion aqueuse de NaBH4.aqueous NaBH4 complex.
Stabilité du matériau - Solide inerte (complexe inchangé après 5 cycles) solide Résultats - Rendement supérieur à 75% lorsque l'apport de dioxygène Stability of the material - Solid inert (complex unchanged after 5 cycles) solid Results - Yield greater than 75% when the dioxygen contribution
est suffisant.is enough.
Il Avantage de la mé-- Matériau stable thode cycle rapide (formation et extraction de H202 instantanée et simultanée, régénération rapide) It has the advantage of a stable material thode fast cycle (formation and extraction of instantaneous and simultaneous H202, rapid regeneration)
Lors de l'essai réalisé, on a pu vérifier que la solution aqueuse de pe- During the test carried out, it was possible to verify that the aqueous solution of
roxyde d'hydrogène obtenu par le procédé objet de la présente invention ne hydrogen oxide obtained by the process which is the subject of the present invention
contenait aucune des impuretés métalliques contaminant les solutions pro- contained any of the metal impurities contaminating the solutions
duites selon le procédé à I'anthraquinone, à savoir notamment les ions alu- according to the anthraquinone method, namely in particular the aluminum ions
minium, étain ou fer. Ce procédé permet donc de limiter le nombre et la na- minium, tin or iron. This process therefore makes it possible to limit the number and the
ture des étapes de purification ultérieure. subsequent purification steps.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9904458A FR2791968B1 (en) | 1999-04-09 | 1999-04-09 | ON-SITE PROCESS FOR PRODUCING ULTRA-PURE HYDROGEN PEROXIDE FOR THE ELECTRONIC INDUSTRY USING ORGANOMETALLIC COMPLEXES |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9904458A FR2791968B1 (en) | 1999-04-09 | 1999-04-09 | ON-SITE PROCESS FOR PRODUCING ULTRA-PURE HYDROGEN PEROXIDE FOR THE ELECTRONIC INDUSTRY USING ORGANOMETALLIC COMPLEXES |
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| FR2791968B1 FR2791968B1 (en) | 2002-06-28 |
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ID=9544219
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| FR9904458A Expired - Lifetime FR2791968B1 (en) | 1999-04-09 | 1999-04-09 | ON-SITE PROCESS FOR PRODUCING ULTRA-PURE HYDROGEN PEROXIDE FOR THE ELECTRONIC INDUSTRY USING ORGANOMETALLIC COMPLEXES |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2791968B1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0001719A1 (en) * | 1977-10-26 | 1979-05-02 | The Australian National University | Metal complexes, their preparation and production of hydrogen peroxide therewith |
| EP0176446A2 (en) * | 1984-09-24 | 1986-04-02 | Aquanautics Corporation | System for the extraction and utilization of oxygen and other ligands from fluids |
| EP0283751A2 (en) * | 1987-02-25 | 1988-09-28 | AQUANAUTICS CORPORATION (a Californian corporation) | Polyalkylamine complexes for ligand extraction and generation |
-
1999
- 1999-04-09 FR FR9904458A patent/FR2791968B1/en not_active Expired - Lifetime
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| EP0001719A1 (en) * | 1977-10-26 | 1979-05-02 | The Australian National University | Metal complexes, their preparation and production of hydrogen peroxide therewith |
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| EP0283751A2 (en) * | 1987-02-25 | 1988-09-28 | AQUANAUTICS CORPORATION (a Californian corporation) | Polyalkylamine complexes for ligand extraction and generation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2791968B1 (en) | 2002-06-28 |
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