石油化学の循環型経済時代におけるフッ素分析の再考

この循環型アプローチの中心的な柱は、プラスチック廃棄物を有用な原料へと転換することです。高温・高圧下での熱分解を通じて、プラスチックやその他の廃棄物を、廃プラスチック熱分解油（WPPO）および熱分解ガスへと変換することができます。これらはいずれも、化学産業のバリューチェーンに再組み込み可能な貴重な原料です。 このプロセスにより、エネルギーを投入することで廃棄物を新たな原料へと転換することが可能となり、原油や天然ガスへの依存を低減し、長期的にはその依存を解消することさえ可能となる。このような進展は、欧州、インド、東アジアなど、化石燃料の輸入に大きく依存している地域にとって特に有益である。

しかし、原油の代替としてWPPOを使用することには、新たな分析上の課題が伴います。天然石油とは異なり、熱分解油には、プラスチックの最初のライフサイクルで使用された添加物に由来する様々な物質が含まれています。特に重要な元素の一つがフッ素です。 鉱物油にはほとんど含まれていないフッ素ですが、熱分解油中のフッ素濃度は、投入される廃棄物によって大きく変動する可能性があります。たとえ低濃度であっても、フッ素は精製プロセスにおいて触媒毒として作用し、深刻な腐食を引き起こすため、重大な脅威となります。したがって、フッ素含有量を監視し、下流工程を保護するためには、信頼性が高く迅速な分析技術が不可欠です。

従来、フッ素の定量には、実績はあるものの時間がかかる方法である燃焼イオンクロマトグラフィー（CIC）が用いられてきました。 より迅速かつ効率的な分析を求める業界のニーズに応え、熱分解高温燃焼と高分解能連続源分子吸収分光法（MAS）を組み合わせた新しいソリューションが開発されました。 この手法では、WPPO サンプルを水の存在下で高温燃焼させることで、有機マトリックスの複雑さを排除しつつ、フッ素を均一かつ安定した形態で水溶液中に捕捉することができます。 さらにガリウムを添加してフッ化ガリウム分子を生成させ、MASを用いて高感度で検出します。この技術により、標準的な原子吸光分光法（AAS）システムでのフッ素分析が可能となり、従来の装置構成と比較して、設置スペースと運用コストを大幅に削減できます。

この方法は、自己最適化燃焼制御機能を備えた ICprep と、MAS システムとしても、また本格的な AAS システムとしても動作可能な contrAA 800 G という、2 台の相互に補完し合う装置を用いて実現されています。 ICprepにおける制御された燃焼により、専門的な操作知識を必要とせずに、幅広い有機試料の安全かつ完全な酸化が保証されます。さらに、contrAA 800 Gでは同じマトリックス内での金属分析も可能であるため、多くの場合、別途のICP-OESシステムが不要となります。

調査の結果、ICprepとcontrAAを組み合わせたこのアプローチは、確立されたCIC法に匹敵する感度と精度を実現すると同時に、分析時間の短縮によりスループットを大幅に向上させることが示されています。 この新しい手法により、熱分解油中のフッ素をより迅速、確実、かつ効率的にモニタリングできるようになり、循環型原料を石油化学のバリューチェーンに幅広く統合することを支援します。 迅速かつ堅牢なフッ素分析を可能にするこのソリューションは、熱分解油の広範な採用における主要な障壁を取り除き、より持続可能で強靭な未来に向けた業界の道を強化します。