JP2003190963A - Ion exchanger and electric demineralizer - Google Patents
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- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆる電気式脱
塩装置に用いるに適するイオン交換体及び電気式脱塩装
置に関するものである。特に、水の解離を持続させ得る
電気式脱塩装置用イオン交換体、特に電気式脱塩装置用
イオン交換不織布及びイオン伝導スペーサとして最適な
電気式脱塩装置用イオン交換体、及び電気式脱塩装置の
電圧上昇を抑制し、低電圧で運転可能な電気式脱塩装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion exchanger suitable for use in a so-called electric desalination apparatus and an electric desalination apparatus. In particular, an ion exchanger for an electric desalination device capable of sustaining the dissociation of water, particularly an ion exchange nonwoven fabric for an electric desalination device and an ion exchanger for an electric desalination device which is optimal as an ion conductive spacer, and an electric deionization device. The present invention relates to an electric desalination device that can suppress a voltage rise of a salt device and can be operated at a low voltage.
【0002】[0002]
【従来の技術】電気式脱塩装置とは、陽極及び陰極の間
にカチオン交換膜及びアニオン交換膜を配列して濃縮室
及び脱塩室を交互に形成し、電位勾配を駆動源として、
脱塩室内において被処理液体中のイオンをイオン交換膜
を通して濃縮室へと移動・分離させることによって、液
体中のイオン成分を除去するものである。2. Description of the Related Art An electric demineralizer is a cation exchange membrane and anion exchange membrane arranged between an anode and a cathode to alternately form a concentrating chamber and a desalting chamber, using a potential gradient as a driving source.
In the desalination chamber, the ions in the liquid to be treated are moved and separated through the ion exchange membrane to the concentration chamber to remove the ionic components in the liquid.
【0003】図1に典型的な電気式脱塩装置の概念を示
す。図1に示す電気式脱塩装置は、陰極(−)と陽極
(+)の間に、アニオン交換膜A、カチオン交換膜Cが
交互に配列されて、脱塩室及び濃縮室が形成されてい
る。このアニオン交換膜とカチオン交換膜との交互配列
を更に繰り返すことにより、複数の脱塩室が並列に形成
される。必要に応じて、脱塩室や濃縮室内にはイオン交
換体が充填されて、これにより室内でのイオンの移動が
促進される。また、両端の陽極及び陰極に接する区画は
一般に陽極室及び陰極室と称される。これら極室は、最
も電極側の濃縮室が極室として用いられる場合もある
し、あるいは、最も電極側の濃縮室の更に電極側に更に
イオン交換膜を配置して独立して極室を形成する場合も
ある。前者の場合には、最も陰極側のイオン交換膜はカ
チオン交換膜、最も陽極側のイオン交換膜はアニオン交
換膜であり、後者の場合には、最も陰極側のイオン交換
膜はアニオン交換膜、最も陰極側のイオン交換膜はカチ
オン交換膜である。ここで、極室は、直流電流により印
加される電流の電子を授受するという機能を果たす。こ
のような電気式脱塩装置の運転においては、陽極及び陰
極に電圧を印加すると共に、脱塩室、濃縮室、両極室に
水が供給される。濃縮室に供給される水は濃縮水、脱塩
室に供給される水は被処理水と称される。このように被
処理水及び濃縮水を脱塩室及び濃縮室にそれぞれ導入す
ると、水中のカチオン及びアニオンはそれぞれ陰極側及
び陽極側に引かれるが、イオン交換膜が同種のイオンの
みを選択的に透過するため、被処理水中のカチオン(C
a2+、Na+、Mg2+、H+など)は、カチオン交
換膜Cを通して陰極側の濃縮室へ、またアニオン(Cl
−、SO4 2−、HSiO3 −、CO3 2−、HCO3
−、OH−など)は、アニオン交換膜Aを通して陽極側
の濃縮室へ移動する。一方、濃縮室から脱塩室へのアニ
オンの移動及び濃縮室から脱塩室へのカチオンの移動
は、イオン交換膜の異種イオン遮断性のために阻止され
る。この結果、脱塩室からは、イオン濃度の低められた
脱塩水が得られ、濃縮室からは、イオン濃度の高められ
た濃縮水が得られる。FIG. 1 shows the concept of a typical electric desalination apparatus. In the electric desalination apparatus shown in FIG. 1, an anion exchange membrane A and a cation exchange membrane C are alternately arranged between a cathode (−) and an anode (+) to form a desalination chamber and a concentration chamber. There is. By further repeating the alternating arrangement of the anion exchange membrane and the cation exchange membrane, a plurality of desalting chambers are formed in parallel. If necessary, the desalting chamber or the concentration chamber is filled with an ion exchanger to promote the movement of ions inside the chamber. Further, the compartments in contact with the anode and the cathode at both ends are generally called an anode chamber and a cathode chamber. Of these polar chambers, the most concentrated chamber on the electrode side may be used as the polar chamber, or an ion exchange membrane may be arranged further on the electrode side of the most concentrated chamber on the electrode side to form an independent polar chamber. In some cases. In the former case, the ion exchange membrane on the most cathode side is a cation exchange membrane, the ion exchange membrane on the most anode side is an anion exchange membrane, and in the latter case, the ion exchange membrane on the most cathode side is an anion exchange membrane, The ion exchange membrane closest to the cathode is a cation exchange membrane. Here, the polar chamber has a function of exchanging electrons of a current applied by a direct current. In the operation of such an electric deionization apparatus, a voltage is applied to the anode and the cathode, and water is supplied to the deionization chamber, the concentration chamber, and the bipolar chamber. The water supplied to the concentrating chamber is called concentrated water, and the water supplied to the desalting chamber is called treated water. In this way, when the water to be treated and the concentrated water are introduced into the desalting chamber and the concentrating chamber, respectively, the cations and anions in the water are drawn to the cathode side and the anode side, respectively, but the ion exchange membrane selectively selects only ions of the same kind. Since it permeates, cations (C
a 2+ , Na + , Mg 2+ , H +, etc. pass through the cation exchange membrane C to the concentrating chamber on the cathode side, and the anion (Cl
− , SO 4 2− , HSiO 3 − , CO 3 2− , HCO 3
− , OH −, etc.) move to the concentration chamber on the anode side through the anion exchange membrane A. On the other hand, the movement of anions from the concentration chamber to the desalting chamber and the movement of cations from the concentration chamber to the desalting chamber are blocked by the foreign ion blocking property of the ion exchange membrane. As a result, demineralized water with a reduced ion concentration is obtained from the demineralizing chamber, and concentrated water with an increased ion concentration is obtained from the concentrating chamber.
【0004】このような電気式脱塩装置によれば、被処
理水として例えばRO(逆浸透)処理水相当の不純物の
少ない水を用いることで、脱塩水として、さらに純度の
高い純水が得られる。最近では、例えば半導体製造用超
純水など、より高度な超純水が要求されるようになっ
た。そこで、電気式脱塩装置においては、脱塩室及び/
又は濃縮室にイオン交換体としてカチオン交換樹脂ビー
ズとアニオン交換樹脂ビーズとを混合して充填すること
により、これらの室内におけるイオンの移動を促進させ
るという方法が採用されていた。さらに、イオン交換体
として、脱塩室及び/又は濃縮室内において、カチオン
交換膜側にカチオン交換繊維材料(不織布など)を、ア
ニオン交換膜側にアニオン交換繊維材料を、それぞれ向
かい合わせて配置したり、これらイオン交換繊維材料の
間にスペーサもしくはイオン伝導性を付与したイオン伝
導スペーサを充填するという方法も提案されている(PC
T/JP99/01391 国際公報WO99/48820参照)。According to such an electric desalination apparatus, pure water having a higher purity can be obtained as desalted water by using, as the water to be treated, water having a small amount of impurities corresponding to RO (reverse osmosis) treated water. To be Recently, more advanced ultrapure water such as ultrapure water for semiconductor manufacturing has been required. Therefore, in the electric desalination device,
Alternatively, a method has been adopted in which the concentration chamber is mixed with cation exchange resin beads and anion exchange resin beads as an ion exchanger and filled to promote the movement of ions in these chambers. Further, as an ion exchanger, in a desalting chamber and / or a concentrating chamber, a cation exchange fiber material (nonwoven fabric or the like) may be disposed on the cation exchange membrane side, and an anion exchange fiber material may be disposed on the anion exchange membrane side. , A method of filling spacers or ion-conducting spacers having ion-conductivity between these ion-exchange fiber materials has also been proposed (PC
T / JP99 / 01391 International Publication WO99 / 48820).
【0005】このような方式の電気式脱塩装置において
は、イオン交換体を充填した脱塩室及び/又は濃縮室内
において、カチオン交換基とアニオン交換基とが接触す
る部位が存在する。特に脱塩室内においては、図2
(a)に示すように、水の解離(H2O→H++O
H−)が起こり、この水の解離(水解)によって生成す
るH+イオン及びOH−イオンによって脱塩室内のイオ
ン交換体が連続的に効率よく再生されることにより、高
純度な超純水を得ることが可能になった。これは、脱塩
室及び/又は濃縮室内のカチオン交換繊維材料とアニオ
ン交換繊維材料との間にスペーサ又はイオン伝導スペー
サを配置することによって、連続的なカチオン交換体充
填層及びアニオン交換体充填層を形成することにより、
イオンが両電極側に通過しやすくなったため、カチオン
交換体とアニオン交換体との接触部位で、局部的に官能
基の対イオンが不足し、この不足した対イオンを補償す
べく水を解離させて、カチオン交換基及びアニオン交換
基にH+イオン及びOH−イオンを供給するようになる
こと、また、カチオン交換基及びアニオン交換基が数Å
〜数十Åの距離で近接していると、その間に強力な電場
が発生し、水が分極し解離しやすくなり、再結合するこ
となくイオン交換体を再生することに起因すると考えら
れる。また、水だけでなくアルコールなどの非電解質に
おいても、強力な電場により分極及び解離したアニオン
及びカチオンとなることで官能基に吸着し、除去するこ
とが可能となると考えられる。In the electric desalination apparatus of such a system, there is a site where the cation exchange group and the anion exchange group come into contact with each other in the deionization chamber and / or the concentration chamber filled with the ion exchanger. Especially in the desalting chamber, as shown in FIG.
As shown in (a), water dissociation (H 2 O → H + + O
H − ) occurs, and H + ions and OH − ions generated by the dissociation (hydrolysis) of this water continuously and efficiently regenerate the ion exchanger in the desalination chamber, thereby producing high-purity ultrapure water. It has become possible to obtain. This is achieved by arranging spacers or ion-conducting spacers between the cation-exchange fiber material and the anion-exchange fiber material in the desalting chamber and / or the concentrating chamber so that a continuous cation-exchanger packed layer and an anion-exchanger packed bed are formed. By forming
Since the ions easily passed to both electrodes, the counterion of the functional group was locally insufficient at the contact site between the cation exchanger and the anion exchanger, and water was dissociated to compensate for this insufficient counterion. To supply H + ions and OH − ions to the cation exchange group and the anion exchange group, and the number of cation exchange groups and the anion exchange groups is several Å.
It is considered that when they are close to each other at a distance of tens of Å, a strong electric field is generated between them, water is easily polarized and dissociated, and the ion exchanger is regenerated without recombination. Further, it is considered that not only water but also non-electrolytes such as alcohol can be adsorbed to the functional group and removed by becoming anions and cations polarized and dissociated by a strong electric field.
【0006】しかしこのような構成の電気式脱塩装置に
おいても、長時間の運転によって運転電圧が上昇してし
まうという問題が生じた。すなわち、図2(b)に示す
ように、水の解離部位、すなわちカチオン交換基とアニ
オン交換基との接触部位において発生する電場が、カチ
オン交換基とアニオン交換基とを互いに引き寄せてイオ
ン結合を形成させると、H+イオン及びOH−イオンと
結合するフリーのイオン交換基が減少すると共に、接触
部位における電場が弱まってしまう。すると、水を解離
するエネルギーが不足し、カチオン交換基とアニオン交
換基との間での水の解離が起こりにくくなり、イオン交
換体の再生能力が低下する。イオン交換体の再生能力を
維持するためには、更に外部から電気エネルギーを供給
して強力な電場を与える必要があり、結果的に運転電圧
の上昇を引き起こすと考えられる。However, even in the electric desalination apparatus having such a structure, there arises a problem that the operating voltage increases due to long-term operation. That is, as shown in FIG. 2B, the electric field generated at the dissociation site of water, that is, the contact site between the cation exchange group and the anion exchange group attracts the cation exchange group and the anion exchange group to each other to form an ionic bond. When formed, free ion-exchange groups that bind to H + and OH − ions are reduced and the electric field at the contact site is weakened. Then, the energy for dissociating water is insufficient, water is less likely to dissociate between the cation exchange group and the anion exchange group, and the regeneration ability of the ion exchanger is reduced. In order to maintain the regeneration ability of the ion exchanger, it is necessary to further supply electric energy from the outside to give a strong electric field, and as a result, it is considered that the operating voltage rises.
【0007】要するに、従来の電気式脱塩装置に用いて
いるイオン交換体においては、長期の使用に伴い、イオ
ン交換基相互の直接的な接触により結合が進み、イオン
交換能が低下してしまい、このイオン交換能の低下を補
完すべく外部からの高い電圧の印加が必要になり、省資
源型・省エネルギー型という電気式脱塩装置の利点が損
なわれるという問題があった。[0007] In short, in the ion exchanger used in the conventional electric desalting apparatus, the bond is promoted by direct contact between the ion exchange groups and the ion exchange ability is deteriorated with long-term use. However, there has been a problem that it is necessary to apply a high voltage from the outside in order to compensate for this decrease in ion exchange capacity, and the advantages of the resource-saving and energy-saving electric desalination apparatus are impaired.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、電
気式脱塩装置の長時間運転時にあっても、脱塩室及び/
又は濃縮室におけるイオン交換体のイオン交換基相互の
直接的な接触を防止し、水の解離を阻害することなく、
運転電圧を低く維持することができる電気式脱塩装置用
イオン交換体及び該イオン交換体を配置してなる電気式
脱塩装置を提供することを目的とする。Therefore, according to the present invention, even when the electric desalination apparatus is operated for a long time, the desalination chamber and / or
Or, to prevent direct contact between the ion-exchange groups of the ion-exchanger in the concentration chamber, without inhibiting the dissociation of water,
It is an object of the present invention to provide an ion exchanger for an electric desalination apparatus capable of maintaining a low operating voltage and an electric desalination apparatus in which the ion exchanger is arranged.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するべくなされたもので、脱塩室及び/又は濃縮室に
おけるアニオン交換基とカチオン交換基との間に、粒径
の大きな粉末イオン交換樹脂を位置づけることによっ
て、アニオン交換基とカチオン交換基との間の距離を大
きくして、両者の直接的な接触を阻害し、両者の結合を
低減させ、両者の間での水の解離を長期的に継続させる
ように構成したことを特徴とする。The present invention has been made to solve the above problems, and a powder having a large particle size between the anion exchange group and the cation exchange group in the desalting chamber and / or the concentrating chamber. By positioning the ion-exchange resin, the distance between the anion-exchange group and the cation-exchange group is increased to prevent direct contact between the two and reduce the bond between the two, resulting in dissociation of water between the two. Is configured to be continued for a long time.
【0010】すなわち、本発明によれば、陽極と陰極と
の間に、カチオン交換膜及びアニオン交換膜を少なくと
も一部交互に配設して脱塩室と濃縮室とが形成されてい
る電気式脱塩装置の該脱塩室及び/又は濃縮室に配置さ
れるイオン交換体において、該イオン交換体は、カチオ
ン又はアニオンのいずれか一方の電荷を有するイオン交
換基を有し、さらに該イオン交換基と反対の電荷を有す
る粉末イオン交換樹脂が導入されていることを特徴とす
る電気式脱塩装置用イオン交換体、並びにこの電気式脱
塩装置用イオン交換体を脱塩室及び/又は濃縮室に配置
してなる電気式脱塩装置が提供される。なお、本発明に
係る電気式脱塩装置においては、イオン交換体、特に、
本発明に係る電気式脱塩装置用イオン交換体は、少なく
とも脱塩室内に配置されていることがより好ましい。That is, according to the present invention, an electric system in which a cation exchange membrane and an anion exchange membrane are alternately arranged at least partially between the anode and the cathode to form a desalination chamber and a concentration chamber. In the ion exchanger arranged in the desalting chamber and / or the concentrating chamber of the desalting apparatus, the ion exchanger has an ion exchange group having a charge of either cation or anion, and further the ion exchange A powder ion exchange resin having an electric charge opposite to that of the base is introduced, and an ion exchanger for an electric desalination apparatus, and the ion exchanger for the electric desalination apparatus are desalted and / or concentrated. There is provided an electric desalination device arranged in a chamber. Incidentally, in the electric desalination apparatus according to the present invention, an ion exchanger, in particular,
The ion exchanger for an electric desalination apparatus according to the present invention is more preferably arranged at least in the desalination chamber.
【0011】本発明のイオン交換体は、少なくとも1種
のイオン交換基を有するものであれば、その形状や寸法
並びに形成材料は特に制限されないが、例えば、ビー
ズ、不織布や織布等の繊維系基材、或いは斜交網等のス
ペーサー基材などの基材に少なくとも1種のイオン交換
基を導入し、さらに粉末イオン交換樹脂を導入したも
の、例えば、イオン交換不織布、イオン交換織布、イオ
ン交換ネット、イオン交換斜交網、イオン交換膜などか
らなるイオン交換体を好ましく挙げることができる。The ion exchanger of the present invention is not particularly limited in shape and size and forming material as long as it has at least one kind of ion exchange group. For example, a fiber system such as beads, non-woven fabric or woven fabric. Introducing at least one ion-exchange group into a base material or a base material such as a spacer base material such as a diagonal net, and further introducing a powder ion-exchange resin, for example, an ion-exchange nonwoven fabric, an ion-exchange woven fabric, or an ion Preferable examples are ion exchangers composed of exchange nets, diagonal exchange networks, ion exchange membranes and the like.
【0012】本発明のイオン交換体に基材として用いる
ことのできるイオン交換樹脂ビーズとしては、当該技術
において公知の、ポリスチレンをジビニルベンゼンで架
橋したビーズなどを基材樹脂として用いて製造したもの
を用いることができる。例えば、スルホン基を有する強
酸性カチオン交換樹脂を製造する場合には、上記の基材
樹脂を硫酸やクロロスルホン酸のようなスルホン化剤で
処理してスルホン化を行い、基材にスルホン基を導入す
ることによって、強酸性カチオン交換樹脂を得る。ま
た、例えば4級アンモニウム基を有する強塩基性アニオ
ン交換樹脂を製造する場合には、基材樹脂をクロロメチ
ル化処理した後、トリメチルアミンのような3級アミン
を反応させて4級アンモニウム化を行うことにより、強
塩基性アニオン交換樹脂を得る。このような製造方法は
当該技術分野において公知であり、またこのような手法
によって製造されたイオン交換樹脂ビーズは、例えば、
カチオン交換樹脂として、Dowex MONOSPHERE 650C(ダ
ウケミカル)、Amberlite IR-120B(ローム&ハー
ス)、アニオン交換樹脂として、Dowex MONOSPHERE 550
A(ダウケミカル:粒径590μm)、Amberlite IRA-400
(ローム&ハース)などの商品名で市販されている。As the ion-exchange resin beads which can be used as a base material for the ion exchanger of the present invention, those which are known in the art and which are produced by using beads obtained by crosslinking polystyrene with divinylbenzene as a base material resin are used. Can be used. For example, in the case of producing a strongly acidic cation exchange resin having a sulfone group, the above-mentioned base resin is treated with a sulfonating agent such as sulfuric acid or chlorosulfonic acid to be sulfonated, so that the base has a sulfone group. By introducing, a strongly acidic cation exchange resin is obtained. Further, for example, in the case of producing a strongly basic anion exchange resin having a quaternary ammonium group, the base resin is subjected to chloromethylation treatment, and then a tertiary amine such as trimethylamine is reacted to perform quaternary ammoniumation. As a result, a strongly basic anion exchange resin is obtained. Such production methods are known in the art, and ion exchange resin beads produced by such a method are, for example,
Dowex MONOSPHERE 650C (Dow Chemical), Amberlite IR-120B (Rohm & Haas) as cation exchange resin, Dowex MONOSPHERE 550 as anion exchange resin
A (Dow Chemical: Particle size 590 μm), Amberlite IRA-400
It is marketed under the product names such as (Rohm & Haas).
【0013】また、繊維系基材としては、ポリエチレ
ン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系高分子など
の一種の高分子から構成される単繊維であってもよく、
また軸芯と鞘部とが異なる高分子から構成される複合繊
維であってもよい。用いることのできる複合繊維の例と
しては、ポリオレフィン系高分子、例えばポリエチレン
を鞘成分とし、鞘成分として用いたもの以外の高分子、
例えばポリプロピレンを芯成分とした芯鞘構造の複合繊
維が挙げられる。これら繊維系材料は、その厚さが0.1
〜1.0mm、目付が10〜100g/m2、空隙率が50〜98%、繊維
径が10〜70μmの範囲であるのが、良好で安定な処理水
質を得るために好ましく、特に後述するグラフト重合体
側鎖を形成する場合に好ましい。なお、基材として繊維
系基材を用いる場合には、ビーズ基材を用いる場合と比
較して、ビーズの緊密充填の必要性、ビーズの緊密充填
ゆえの脱塩室及び/又は濃縮室内への高い流入圧力の保
持の必要性、ビーズの形状ゆえの偏在のおそれ、ビーズ
の均一混合の必要性、ビーズ充填空隙率の制御の必要性
などを排除することができるので、本発明においては、
より好ましい。Further, the fibrous base material may be a single fiber composed of one kind of polymer such as polyolefin polymer such as polyethylene and polypropylene,
Further, it may be a composite fiber composed of polymers having different axial cores and sheaths. Examples of the conjugate fiber that can be used, polyolefin-based polymer, for example, polyethylene as a sheath component, a polymer other than those used as the sheath component,
For example, a composite fiber having a core-sheath structure containing polypropylene as a core component can be mentioned. These fibrous materials have a thickness of 0.1
~ 1.0 mm, the basis weight is 10 ~ 100 g / m 2 , the porosity is 50 ~ 98%, the fiber diameter is preferably in the range of 10 ~ 70 μm in order to obtain good and stable treated water quality, especially the graft described below. Preferred when forming a polymer side chain. When a fibrous base material is used as the base material, compared to the case where a bead base material is used, the need for close packing of beads, the desalting chamber and / or the concentrating chamber due to the close packing of beads Since it is possible to eliminate the necessity of maintaining a high inflow pressure, the fear of uneven distribution due to the shape of the beads, the need for uniform mixing of the beads, the need for controlling the bead filling porosity, etc., in the present invention,
More preferable.
【0014】また、スペーサ基材としては、ポリオレフ
ィン系高分子製樹脂、例えば、従来電気透析層において
使用されていたポリエチレン製の斜交網(ネット)を好
ましく挙げることができる。スペーサ基材は、その厚さ
が0.5〜2.0mm、ピッチが1.0〜10mm、繊維径が0.1〜1.0m
mの範囲であるのが、良好で安定な処理水質を得るため
に好ましく、特に後述するグラフト重合体側鎖を形成す
る場合に好ましい。なお、基材としてスペーサ基材を用
いる場合には、電気式脱塩装置に配置して使用する際に
被処理水を分散して流しやすくするので、運転電圧の上
昇を著しく軽減させることができると同時に、有機炭素
系(TOC)成分の溶出もないので、好ましい。As the spacer base material, a polyolefin polymer resin, for example, a polyethylene cross net which has been conventionally used in an electrodialysis layer can be preferably mentioned. The spacer base material has a thickness of 0.5 to 2.0 mm, a pitch of 1.0 to 10 mm, and a fiber diameter of 0.1 to 1.0 m.
The range of m is preferable in order to obtain good and stable treated water quality, and is particularly preferable in the case of forming a side chain of the graft polymer described later. When a spacer base material is used as the base material, the water to be treated can be dispersed and flowed easily when the spacer base material is placed in an electric desalination apparatus and used, so that an increase in operating voltage can be significantly reduced. At the same time, there is no elution of organic carbon (TOC) components, which is preferable.
【0015】本発明のイオン交換体に導入することがで
きるイオン交換基としては、特に限定されることなく種
々のカチオン交換基又はアニオン交換基を用いることが
できる。例えば、カチオン交換基としては、スルホン基
などの強酸性カチオン交換基、リン酸基などの中酸性カ
チオン交換基、カルボキシル基などの弱酸性カチオン交
換基、アニオン交換基としては、第1級〜第3級アミノ
基などの弱塩基性アニオン交換基、トリメチルアンモニ
ウム基、トリエチルアンモニウム基、ジメチルエタノー
ルアンモニウム基などの第4級アンモニウム基などの強
塩基性アニオン交換基を用いることができる。The ion exchange group that can be introduced into the ion exchanger of the present invention is not particularly limited, and various cation exchange groups or anion exchange groups can be used. For example, as a cation exchange group, a strong acidic cation exchange group such as a sulfone group, a medium acidic cation exchange group such as a phosphate group, a weak acidic cation exchange group such as a carboxyl group, and an anion exchange group include primary to primary A weakly basic anion exchange group such as a tertiary amino group and a strongly basic anion exchange group such as a quaternary ammonium group such as a trimethylammonium group, a triethylammonium group and a dimethylethanolammonium group can be used.
【0016】本発明の電気式脱塩装置用イオン交換体
は、上述の各種イオン交換基を、グラフト重合法により
基材に形成されたグラフト重合体側鎖に、導入して形成
されていることが好ましい。すなわち、上述の各種イオ
ン交換基を有するモノマーを用いてグラフト重合、好ま
しくは放射線グラフト重合を行うか、又はこれらのイオ
ン交換基に転換可能な基を有する重合性モノマーを用い
てグラフト重合を行った後に当該基をイオン交換基に転
換することによって、繊維系基材又はスペーサ基材に導
入することができる。この目的で用いることのできるイ
オン交換基を有するモノマーとしては、アクリル酸(AA
c)、メタクリル酸、スチレンスルホン酸ナトリウム(S
SS)、メタクリルスルホン酸ナトリウム、アリルスルホ
ン酸ナトリウム、ビニルスルホン酸ナトリウム、ビニル
ベンジルトリメチルアンモニウムクロライド(VBTA
C)、ジエチルアミノエチルメタクリレート(DMAEM
A)、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド(DMAPA
A)などを挙げることができる。例えば、スチレンスル
ホン酸ナトリウムをモノマーとして用いて放射線グラフ
ト重合を行うことにより、基材に直接、強酸性カチオン
交換基であるスルホン基を導入することができ、また、
ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライドをモ
ノマーとして用いて放射線グラフト重合を行うことによ
り、基材に直接、強塩基性アニオン交換基である第4級
アンモニウム基を導入することができる。また、イオン
交換基に転換可能な基を有するモノマーとしては、アク
リロニトリル、アクロレイン、ビニルピリジン、スチレ
ン、クロロメチルスチレン、メタクリル酸グリシジル
(GMA)などが挙げられる。例えば、メタクリル酸グリ
シジルを放射線グラフト重合によって基材に導入し、次
に亜硫酸ナトリウムなどのスルホン化剤を反応させるこ
とによって強酸性カチオン交換基であるスルホン基を導
入したり、又はクロロメチルスチレンをグラフト重合し
た後に、基材をトリメチルアミン水溶液に浸漬して4級
アンモニウム化を行うことによって、強塩基性アニオン
交換基である第4級アンモニウム基を基材に導入するこ
とができる。The ion exchanger for an electric desalination apparatus of the present invention is formed by introducing the above-mentioned various ion exchange groups into a side chain of a graft polymer formed on a substrate by a graft polymerization method. preferable. That is, graft polymerization was carried out using the above-mentioned monomers having various ion exchange groups, preferably radiation graft polymerization, or graft polymerization was carried out using polymerizable monomers having groups convertible to these ion exchange groups. It can be introduced into the fibrous base material or the spacer base material by subsequently converting the group into an ion exchange group. A monomer having an ion exchange group that can be used for this purpose is acrylic acid (AA
c), methacrylic acid, sodium styrenesulfonate (S
SS), sodium methacryl sulfonate, sodium allyl sulfonate, sodium vinyl sulfonate, vinyl benzyl trimethyl ammonium chloride (VBTA
C), diethylaminoethyl methacrylate (DMAEM
A), dimethylaminopropyl acrylamide (DMAPA
A) etc. can be mentioned. For example, by performing radiation graft polymerization using sodium styrene sulfonate as a monomer, a sulfonic acid group that is a strongly acidic cation exchange group can be directly introduced into the base material,
By carrying out radiation graft polymerization using vinylbenzyltrimethylammonium chloride as a monomer, a quaternary ammonium group which is a strongly basic anion exchange group can be directly introduced into the substrate. Examples of the monomer having a group that can be converted into an ion exchange group include acrylonitrile, acrolein, vinylpyridine, styrene, chloromethylstyrene, glycidyl methacrylate (GMA) and the like. For example, glycidyl methacrylate is introduced into a substrate by radiation-induced graft polymerization, and then a sulfonating group that is a strongly acidic cation exchange group is introduced by reacting with a sulfonating agent such as sodium sulfite, or chloromethylstyrene is grafted. After the polymerization, the base material is immersed in an aqueous trimethylamine solution for quaternary ammonium conversion, whereby a quaternary ammonium group which is a strongly basic anion exchange group can be introduced into the base material.
【0017】なお、上述の放射線グラフト重合法とは、
高分子基材に放射線を照射してラジカルを形成させ、こ
れにモノマーを反応させることによってモノマーを基材
中に導入する技法である。放射線グラフト重合法に用い
ることができる放射線としては、α線、β線、ガンマ
線、電子線、紫外線等を挙げることができるが、本発明
においてはガンマ線や電子線を好ましく用いる。放射線
グラフト重合法には、グラフト基材に予め放射線を照射
した後、グラフトモノマーと接触させて反応させる前照
射グラフト重合法と、基材とモノマーの共存下に放射線
を照射する同時照射グラフト重合法とがあるが、本発明
においては、いずれの方法も用いることができる。ま
た、モノマーと基材との接触方法により、モノマー溶液
に基材を浸漬させたまま重合を行う液相グラフト重合
法、モノマーの蒸気に基材を接触させて重合を行う気相
グラフト重合法、基材をモノマー溶液に浸漬した後でモ
ノマー溶液から取り出して気相中で反応を行わせる含浸
気相グラフト重合法などを挙げることができるが、いず
れの方法も本発明において用いることができる。The above-mentioned radiation graft polymerization method is
It is a technique of introducing a monomer into a substrate by irradiating a polymer substrate with a radiation to form a radical and reacting the radical with the monomer. Examples of radiation that can be used in the radiation graft polymerization method include α rays, β rays, gamma rays, electron rays, and ultraviolet rays. In the present invention, gamma rays and electron rays are preferably used. The radiation graft polymerization method includes a pre-irradiation graft polymerization method in which a graft base material is previously irradiated with radiation and then brought into contact with a graft monomer to react, and a simultaneous irradiation graft polymerization method in which radiation is irradiated in the coexistence of the base material and the monomer. However, any method can be used in the present invention. Further, by the method of contacting the monomer and the base material, a liquid phase graft polymerization method in which the base material is immersed in the monomer solution to perform polymerization, a gas phase graft polymerization method in which the base material is brought into contact with the vapor of the monomer to perform polymerization, An example is an impregnated gas phase graft polymerization method in which the substrate is soaked in the monomer solution and then taken out from the monomer solution to carry out the reaction in the gas phase. Any method can be used in the present invention.
【0018】本発明の電気式脱塩装置用イオン交換体
は、上述のイオン交換基とは反対の電荷を有する粉末イ
オン交換樹脂が、さらに導入されてなるものである。基
材に導入されるイオン交換基がカチオン交換基の場合に
は、さらに導入することができる粉末イオン交換樹脂と
して、4級アンモニウム基、3級アミノ基、2級アミノ
基又は1級アミノ基を好ましく挙げることができ、基材
に導入されるイオン交換基がアニオン交換基の場合に
は、さらに導入することができる粉末イオン交換樹脂と
して、カルボキシル基、スルホン基を好ましく挙げるこ
とができる。The ion exchanger for an electric desalination apparatus of the present invention further comprises a powder ion exchange resin having an electric charge opposite to that of the above-mentioned ion exchange group. When the ion exchange group introduced into the base material is a cation exchange group, a quaternary ammonium group, a tertiary amino group, a secondary amino group or a primary amino group can be further introduced as a powder ion exchange resin which can be introduced. When the ion exchange group introduced into the substrate is an anion exchange group, the powder ion exchange resin which can be further introduced is preferably a carboxyl group or a sulfone group.
【0019】本発明の電気式脱塩装置用イオン交換体に
導入することができる粉末イオン交換樹脂としては、粒
径10〜200μmの粉末、顆粒などを挙げることができる。
粒径が上記範囲内にある粉末イオン交換樹脂を導入する
ことにより、強酸性及び強塩基性イオン交換基同士のイ
オン結合を阻害する程度の立体障害となり得、且つ異な
る電荷のイオン交換体間の接触部位に水の解離を阻害し
ない程度の電場を維持することができる。このような粉
末イオン交換樹脂としては、特に制限なく市販されてい
る粉末イオン交換樹脂を用いることができ、例えば、粒
径60μmのダウケミカルから製造販売されている「PD-
1」などを挙げることができる。The powder ion exchange resin which can be introduced into the ion exchanger for an electric desalination apparatus of the present invention includes powders and granules having a particle size of 10 to 200 μm.
By introducing a powder ion exchange resin having a particle size within the above range, steric hindrance may be caused to the extent of inhibiting ionic bonds between strongly acidic and strongly basic ion exchange groups, and between ion exchangers having different charges. It is possible to maintain an electric field at the contact site that does not hinder the dissociation of water. As such a powder ion exchange resin, a commercially available powder ion exchange resin can be used without particular limitation, and for example, “PD- which is manufactured and sold by Dow Chemical Co., Ltd. having a particle size of 60 μm.
1 ”and the like.
【0020】本発明の電気式脱塩装置用イオン交換体に
おいて、上述の各種粉末イオン交換樹脂は、該粉末イオ
ン交換樹脂を導入していない未導入イオン交換体を粉末
イオン交換樹脂懸濁液に接触させることにより、少なく
ともイオン交換体の表面に添着させて導入することがで
きる。未導入イオン交換体への粉末イオン交換樹脂の添
着は、例えば、上述の各種粉末イオン交換樹脂を5%水
酸化ナトリウム水溶液又は5%塩酸水溶液で再生し、再
生した粉末イオン交換樹脂を水に懸濁させて、濃度5〜
20ppmの粉末イオン交換樹脂懸濁液を調製し、この粉末
イオン交換樹脂懸濁液中に未導入イオン交換体を浸漬さ
せるなどして10〜60秒間接触させることによって行うこ
とができる。In the ion exchanger for an electric desalination apparatus of the present invention, the various powder ion exchange resins described above are prepared by converting an unintroduced ion exchanger into which no powder ion exchange resin has been introduced into a powder ion exchange resin suspension. By bringing them into contact with each other, they can be introduced by being attached to at least the surface of the ion exchanger. The impregnation of the powder ion-exchange resin onto the unintroduced ion exchanger is carried out, for example, by regenerating the above-mentioned various powder ion-exchange resins with a 5% sodium hydroxide aqueous solution or a 5% hydrochloric acid aqueous solution, and suspending the regenerated powder ion-exchange resin in water. Make it turbid and the concentration is 5
This can be carried out by preparing a 20 ppm powder ion-exchange resin suspension and contacting the powder ion-exchange resin suspension with the unintroduced ion exchanger for 10 to 60 seconds.
【0021】本発明の電気式脱塩装置用イオン交換体に
おいて、導入される粉末イオン交換樹脂の量は、導入イ
オン交換体の全イオン交換容量の0.001%〜0.01%とな
る量であることが好ましい。粉末イオン交換樹脂の導入
量を0.001%以上となる量にすることにより、アニオン
交換基とカチオン交換基との直接的な接触を十分に阻害
することができ、運転電圧の顕著な上昇を抑えることが
できる。一方、粉末イオン交換樹脂の導入量を0.01%以
下となる量にすることにより、イオン交換体としてのイ
オン交換機能を低下させず、粉末イオン交換樹脂の脱落
もない。In the ion exchanger for an electric desalination apparatus of the present invention, the amount of the powdered ion exchange resin introduced should be 0.001% to 0.01% of the total ion exchange capacity of the introduced ion exchanger. preferable. By setting the amount of the powdered ion exchange resin to be 0.001% or more, it is possible to sufficiently prevent the direct contact between the anion exchange group and the cation exchange group, and suppress a remarkable increase in the operating voltage. You can On the other hand, by setting the amount of the powder ion exchange resin to be 0.01% or less, the ion exchange function of the ion exchanger is not deteriorated and the powder ion exchange resin is not dropped.
【0022】また、本発明の電気式脱塩装置用イオン交
換体において、粉末イオン交換樹脂の添着は、未導入イ
オン交換体の表面になされていればよい。次に、本発明
の電気式脱塩装置用イオン交換体の作用効果について説
明する。一般的な電気式脱塩装置においては、脱塩室及
び/又は濃縮室に配置されたイオン交換体が、反対符号
の電荷を有するイオン交換体又はイオン交換膜との接触
部において、カチオン交換基とアニオン交換基との間で
水の解離が生じることで、この水の解離によって発生す
るH+及びOH−によってカチオン交換体及びアニオン
交換体が再生されることにより、長時間の運転を可能に
している。この水の解離を生じさせるためには、脱塩室
及び/又は濃縮室に配置されたカチオン交換体とアニオ
ン交換体の少なくとも一方は、強酸性カチオン交換体又
は強塩基性アニオン交換体であることが好ましい。特
に、強酸性カチオン交換体及び強塩基性アニオン交換体
の組合せで用いることが好ましい。これは、カチオン交
換体とアニオン交換体との間で生じる水の解離が、強酸
性カチオン交換基と強塩基性アニオン交換基との間にお
ける強力な電場の発生でより良好に生じるからである。
しかし、この場合、両者の接触部において、図2(b)
に模式的に示し、下記に化学反応式で示すように、カチ
オン交換基とアニオン交換基とにより生じる強力な電場
の力で互いに強く引き合い、カチオン交換基とアニオン
交換基とのイオン結合が進み、長時間の運転後には、カ
チオン交換基及びアニオン交換基の電荷が消失し、接触
部位での電場が消失し、H+イオン及びOH−イオンの
解離が阻害されることになる。In the ion exchanger for an electric desalination apparatus of the present invention, the powder ion exchange resin may be impregnated on the surface of the unintroduced ion exchanger. Next, the function and effect of the ion exchanger for an electric desalination apparatus of the present invention will be described. In a general electric desalination apparatus, an ion exchanger disposed in a desalting chamber and / or a concentrating chamber has a cation exchange group at a contact portion with an ion exchanger or an ion exchange membrane having charges of opposite signs. Water is dissociated between the cation exchanger and the anion exchange group, and H + and OH − generated by the dissociation of water regenerates the cation exchanger and the anion exchanger, thereby enabling long-term operation. ing. In order to cause the dissociation of water, at least one of the cation exchanger and the anion exchanger arranged in the desalting chamber and / or the concentrating chamber must be a strongly acidic cation exchanger or a strongly basic anion exchanger. Is preferred. In particular, it is preferable to use a combination of a strongly acidic cation exchanger and a strongly basic anion exchanger. This is because the water dissociation that occurs between the cation exchanger and the anion exchanger occurs better due to the strong electric field generated between the strongly acidic cation exchange group and the strongly basic anion exchange group.
However, in this case, at the contact portion between the two, FIG.
As shown in the chemical reaction formula below, the cation exchange group and the anion exchange group are strongly attracted to each other by the strong electric field force, and the ionic bond between the cation exchange group and the anion exchange group proceeds, After long-term operation, the charges of the cation exchange group and the anion exchange group disappear, the electric field at the contact site disappears, and dissociation of H + and OH − ions is hindered.
【0023】[0023]
【化1】 [Chemical 1]
【0024】なお、水の解離部は、例えば、脱塩室及び
/又は濃縮室内に、カチオン交換膜側にカチオン交換繊
維材料を、アニオン交換膜側にアニオン交換繊維材料
を、それぞれ向かい合わせて配置する場合には、カチオ
ン交換繊維材料とアニオン交換繊維材料との接触部に生
じる。さらに、脱塩室及び/又は濃縮室内において、カ
チオン交換膜側に配置したカチオン交換繊維材料と、ア
ニオン交換膜側に配置したアニオン交換繊維材料との間
に、イオン伝導性を付与したイオン伝導スペーサを配置
する場合には、両者のイオン交換繊維材料及びそれと反
対符号の電荷を有するイオン伝導スペーサとの接触部、
すなわちカチオン交換繊維材料とアニオン伝導スペーサ
との接触部、又はアニオン交換繊維材料とカチオン伝導
スペーサとの接触部に生じる。さらに、両者のイオン交
換繊維材料の間にアニオン伝導スペーサ及びカチオン伝
導スペーサを配置する場合には、アニオン伝導スペーサ
とカチオン伝導スペーサとの接触部に生じる。The water dissociation section is arranged, for example, in the desalting chamber and / or the concentrating chamber with the cation exchange fiber material facing the cation exchange membrane and the anion exchange fiber material facing the anion exchange membrane. When it occurs, it occurs at the contact portion between the cation exchange fiber material and the anion exchange fiber material. Further, in the desalting chamber and / or the concentrating chamber, an ion conductive spacer provided with ion conductivity between the cation exchange fiber material arranged on the cation exchange membrane side and the anion exchange fiber material arranged on the anion exchange membrane side. When arranging, the contact portion between both ion-exchange fiber materials and the ion-conducting spacer having a charge of the opposite sign,
That is, it occurs at the contact portion between the cation exchange fiber material and the anion conducting spacer or at the contact portion between the anion exchange fiber material and the cation conducting spacer. Furthermore, when the anion-conducting spacer and the cation-conducting spacer are arranged between the two ion-exchange fiber materials, they occur at the contact portion between the anion-conducting spacer and the cation-conducting spacer.
【0025】本発明のイオン交換体は、カチオン又はア
ニオンのいずれか一方の電荷を有するイオン交換基を有
し、さらに該イオン交換基と反対の電荷を有する粉末イ
オン交換樹脂が導入されていることを特徴とするので、
イオン交換基と比較して粒径の大きな粉末イオン交換樹
脂が、対向するカチオン交換基とアニオン交換基との間
に介在することになり、これが物理的な立体障害となっ
て、カチオン交換基とアニオン交換基との直接的な接触
及びこの接触に起因する結合を阻害する。ここで、本発
明の電気式脱塩装置陽イオン交換体の作用効果について
より詳細に説明するために、図3にカチオン交換体を模
式的に示して説明する。The ion exchanger of the present invention has an ion exchange group having a cation or anion charge, and a powder ion exchange resin having an opposite charge to the ion exchange group is introduced. Since,
A powder ion exchange resin having a larger particle size than that of the ion exchange group will be interposed between the cation exchange group and the anion exchange group which face each other. Inhibits direct contact with anion exchange groups and binding resulting from this contact. Here, in order to explain the action and effect of the cation exchanger of the electric desalination apparatus of the present invention in more detail, a cation exchanger is schematically shown in FIG. 3 and described.
【0026】図3に示す本発明の電気式脱塩装置用イオ
ン交換体は、基材として不織布を用い、各繊維には放射
線グラフト重合法によりグラフト重合鎖が形成されてい
る。各繊維は、そのグラフト重合鎖上にイオン交換基と
してスルホン基(-SO3 2-)を有している。そして、粉末
イオン交換樹脂として3級アミノ基を有する粉末イオン
交換樹脂が導入されている。ここで、粉末イオン交換樹
脂の粒径は、イオン交換基の粒径に比較して非常に大き
いので、粉末イオン交換樹脂は、少なくともイオン交換
体の表面に担持されることになる。これにより、図3に
示すイオン交換体としてのカチオン交換体をアニオン交
換体と隣接させて用いても、アニオン交換体のイオン交
換基と、図3に示すカチオン交換体のイオン交換基であ
るスルホン基と、の間で、粉末イオン交換樹脂が物理的
な立体障害として担持されているため、両方のイオン交
換体のイオン交換基間の接触が物理的に少なくなる。こ
のため、両方のイオン交換体のイオン交換基間でのイオ
ン結合の形成が抑制され、水の解離が起こりにくくなる
という問題が解消される。その結果、電気式脱塩装置の
運転電圧が長期間の運転によって上昇するという問題点
が緩和される。In the ion exchanger for an electric desalination apparatus of the present invention shown in FIG. 3, a non-woven fabric is used as a base material, and a graft polymer chain is formed on each fiber by a radiation graft polymerization method. Each fiber has a sulfone group (—SO 3 2− ) as an ion exchange group on its graft polymerized chain. Then, a powder ion exchange resin having a tertiary amino group is introduced as the powder ion exchange resin. Here, since the particle size of the powder ion exchange resin is much larger than the particle size of the ion exchange group, the powder ion exchange resin is supported on at least the surface of the ion exchanger. As a result, even when the cation exchanger as the ion exchanger shown in FIG. 3 is used adjacent to the anion exchanger, the ion exchange group of the anion exchanger and the sulfone which is the ion exchange group of the cation exchanger shown in FIG. 3 are used. Since the powder ion exchange resin is supported as a physical steric hindrance between the group and the group, the contact between the ion exchange groups of both ion exchangers is physically reduced. Therefore, the formation of ionic bonds between the ion exchange groups of both ion exchangers is suppressed, and the problem that water dissociation is less likely to occur is solved. As a result, the problem that the operating voltage of the electric desalination apparatus increases due to long-term operation is alleviated.
【0027】このような本発明の所望の効果を奏させる
ためには、粉末イオン交換樹脂は、少なくとも他方のイ
オン交換体との接触面に導入されていればよく、本発明
のイオン交換体の全面に亘って導入されている必要はな
いことになる。例えば、図3に示す例で説明すると、ア
ニオン交換体(本発明のイオン交換体であると否とを問
わない)と接触する面にのみ導入されていれば他面には
導入されていなくてもよい。In order to obtain the desired effects of the present invention, the powder ion exchange resin may be introduced into at least the contact surface with the other ion exchanger, and the ion exchange resin of the present invention can be used. It does not need to be introduced all over. For example, referring to the example shown in FIG. 3, if it is introduced only on the surface which comes into contact with the anion exchanger (whether or not it is the ion exchanger of the present invention), it is not introduced on the other surface. Good.
【0028】尚、上記より明らかなように、本発明にお
いて「粉末イオン交換樹脂を導入する」とは、粉末イオ
ン交換樹脂のイオン性官能基と、イオン交換体のイオン
交換基と、の間のイオン結合によって、粉末イオン交換
樹脂をイオン交換基上に担持又は添着させることを意味
する。As is clear from the above, in the present invention, "introducing the powder ion-exchange resin" means that the ionic functional group of the powder ion-exchange resin and the ion-exchange group of the ion-exchanger are present. This means that the powder ion exchange resin is supported or attached on the ion exchange group by ionic bond.
【0029】そして、更に、本発明によれば、陽極と陰
極との間にカチオン交換膜及びアニオン交換膜を少なく
とも一部交互に配設して脱塩室と濃縮室とが形成されて
おり、上記脱塩室及び/又は濃縮室に上述の本発明のイ
オン交換体を配置してなる電気式脱塩装置が提供され
る。Further, according to the present invention, at least a part of the cation exchange membrane and the anion exchange membrane are alternately arranged between the anode and the cathode to form the desalination chamber and the concentration chamber, There is provided an electric desalination apparatus in which the ion exchanger of the present invention is arranged in the desalination chamber and / or the concentration chamber.
【0030】電気式脱塩装置を構成するイオン交換膜と
しては、通常市販されているイオン交換膜を制限なく用
いることができ、カチオン交換膜として例えば、NEOSEP
TA CMX(トクヤマソーダ)等、アニオン交換膜としては
例えばNEOSEPTA AMX(トクヤマソーダ)等を使用するこ
とができる。As the ion exchange membrane constituting the electric desalting apparatus, a commercially available ion exchange membrane can be used without limitation. As the cation exchange membrane, for example, NEOSEP can be used.
As the anion exchange membrane such as TA CMX (Tokuyama soda), NEOSEPTA AMX (Tokuyama soda) or the like can be used.
【0031】本発明の電気式脱塩装置においては、脱塩
室及び/又は濃縮室、好ましくは少なくとも脱塩室に、
上述の本発明の電気式脱塩装置用イオン交換体が配置さ
れている。本発明のイオン交換体の配置態様としては、
脱塩室及び/又は濃縮室に、それぞれ少なくとも1枚の
アニオン交換体及び及びカチオン交換体を対向配置させ
る態様が好ましく挙げられ、この態様としては、イオン
交換体として繊維系基材を用いたイオン交換繊維材料の
みを対向配置させる態様、イオン交換体としてこれらイ
オン交換繊維材料に加えて、これら対向配置したイオン
交換繊維材料の間にスペーサ基材を用いたイオン伝導ス
ペーサをさらに配置させる態様などがある。いずれの態
様の場合にも、脱塩室及び/又は濃縮室のアニオン交換
膜側にアニオン交換体を、カチオン交換膜側にカチオン
交換体を配置することが、イオン移動の観点から好まし
い。さらに、イオン伝導機能を有さないスペーサを、対
向配置させたイオン交換体の間に、さらに配置させても
よい。In the electric desalination apparatus of the present invention, a desalting chamber and / or a concentrating chamber, preferably at least a desalting chamber,
The above-mentioned ion exchanger for an electric desalination apparatus of the present invention is arranged. As the arrangement mode of the ion exchanger of the present invention,
Preferred is a mode in which at least one sheet of anion exchanger and / or cation exchanger is arranged facing each other in the desalting chamber and / or the concentrating chamber. In this mode, ions using a fiber-based substrate as the ion exchanger are mentioned. A mode in which only the exchange fiber materials are arranged opposite to each other, a mode in which, in addition to these ion exchange fiber materials as ion exchangers, an ion conductive spacer using a spacer base material is further arranged between the ion exchange fiber materials opposed to each other, etc. is there. In any case, it is preferable from the viewpoint of ion transfer to dispose the anion exchanger on the anion exchange membrane side and the cation exchanger on the cation exchange membrane side of the desalting chamber and / or the concentrating chamber. Further, spacers having no ion conducting function may be further arranged between the ion exchangers arranged to face each other.
【0032】また、脱塩室及び/又は濃縮室に配置する
イオン交換体は、本発明の粉末イオン交換樹脂をさらに
導入してなる電気式脱塩装置用イオン交換体を用いてい
れば、単独でも、公知の別のイオン交換体との組合せで
もよい。例えば、上述のように繊維系基材を用いたイオ
ン交換体とスペーサ基材を用いたイオン交換体とを配置
する場合には、これらのうち少なくとも1のイオン交換
体が本発明の粉末イオン交換樹脂をさらに導入してなる
電気式脱塩装置用イオン交換体であればよい。The ion exchanger to be placed in the desalting chamber and / or the concentrating chamber may be a single ion exchanger if an ion exchanger for an electric desalination apparatus further containing the powder ion exchange resin of the present invention is used. However, it may be combined with another known ion exchanger. For example, when arranging the ion exchanger using the fibrous base material and the ion exchanger using the spacer base material as described above, at least one ion exchanger among them is the powder ion exchange material of the present invention. Any ion exchanger for an electric desalination device in which a resin is further introduced may be used.
【0033】本発明の粉末イオン交換樹脂をさらに導入
してなる電気式脱塩装置用イオン交換体と組み合わせて
用いることができる別のイオン交換体としては、例え
ば、イオン交換繊維材料及び/又はイオン伝導スペーサ
などを好ましく挙げることができる。なかでも、織布、
不織布などの繊維材料を用いてシート状基材を形成し、
このシート状基材にイオン交換基を導入して形成された
イオン交換繊維材料、又はネットなどの基材にイオン交
換基を導入して形成されたイオン伝導スペーサを別のイ
オン交換体として好ましく用いることができる。このよ
うなイオン交換繊維材料やイオン伝導スペーサを使用す
る場合には、イオン交換樹脂ビーズを使用する場合に比
較してシリカなどの弱電解質や、アルコールや他の有機
薬品など有機炭素系(TOC)成分を含むイオンを良好に
除去することができるという利点がある。As another ion exchanger which can be used in combination with the ion exchanger for an electric desalination apparatus further incorporating the powder ion exchange resin of the present invention, for example, an ion exchange fiber material and / or an ion can be used. Preferable examples include conductive spacers. Among them, woven cloth,
Form a sheet-shaped substrate using a fibrous material such as non-woven fabric,
An ion-exchange fiber material formed by introducing an ion-exchange group into the sheet-shaped substrate, or an ion-conducting spacer formed by introducing the ion-exchange group into a substrate such as a net is preferably used as another ion-exchanger. be able to. When using such ion-exchange fiber materials and ion-conducting spacers, weak electrolytes such as silica, organic carbon-based (TOC) substances such as alcohol and other organic chemicals are used as compared with the case of using ion-exchange resin beads. There is an advantage that the ions containing the components can be satisfactorily removed.
【0034】さらに、本発明の電気式脱塩装置用イオン
交換体と組み合わせて用いることができる別のイオン交
換体としては、強酸性カチオン交換基であるスルホン基
を有するカチオン交換体、並びに、強塩基性アニオン交
換基である第4級アンモニウム基を有するアニオン交換
体を用いることが好ましい。これは、イオン交換体の再
生に必要なH+イオン及びOH−イオンを生成するカチ
オン交換体とアニオン交換体との接触部における水の解
離が、強酸性カチオン交換基と強塩基性アニオン交換基
との間でより良好に生じることに加えて、イオンを吸着
除去する能力が非常に高いからである。Further, as another ion exchanger which can be used in combination with the ion exchanger for an electric desalination apparatus of the present invention, a cation exchanger having a sulfone group which is a strongly acidic cation exchange group, and a strong cation exchanger It is preferable to use an anion exchanger having a quaternary ammonium group which is a basic anion exchange group. This is because the water dissociation at the contact portion between the cation exchanger and the anion exchanger, which generate H + ions and OH − ions necessary for regeneration of the ion exchanger, is caused by the strongly acidic cation exchange group and the strongly basic anion exchange group. The reason is that the ability to adsorb and remove ions is very high, in addition to the better occurrence between
【0035】また、上述のようにイオン伝導スペーサを
用いる場合には、被処理水が乱流を起こしながら分散し
て流れやすいこと、スペーサとイオン交換体とが十分に
密着することができること、溶出物や粒子の発生が少な
いこと、圧力損失が少ないこと等の条件を満たすイオン
伝導スペーサであることが好ましい。イオン伝導スペー
サーの形状、寸法は適宜設定することができるが、これ
らの条件をすべて良好に満たすものとして、上述したス
ペーサー基材としての斜交網を基材として用いたもの挙
げることができる。処理流量を大きくすることができ、
圧力損失が小さい好ましい網の全厚としては、0.3〜1.5
mmを挙げることができ、全体としてこの範囲内であれば
非常に肉薄のスペーサを複数枚用いることもできる。When the ion conductive spacer is used as described above, the water to be treated tends to disperse and flow while causing a turbulent flow, the spacer and the ion exchanger can be sufficiently adhered, and elution It is preferable that the ion-conducting spacer satisfies the conditions such as less generation of substances and particles and less pressure loss. The shape and size of the ion-conducting spacer can be set as appropriate, and as a material that satisfies all of these conditions satisfactorily, there can be mentioned one using the above-mentioned oblique mesh as a spacer base material as a base material. The processing flow rate can be increased,
The preferred total net thickness with low pressure loss is 0.3-1.5
mm can be mentioned, and it is also possible to use a plurality of very thin spacers within this range as a whole.
【0036】複数枚のイオン伝導スペーサを用いる場合
には、繊維系基材を用いたアニオン交換体側にアニオン
伝導スペーサを配設し、繊維系基材を用いたカチオン交
換体側にカチオン伝導スペーサを配設することが好まし
い。しかし、イオン伝導スペーサの配置はこれに限定さ
れるものではなく、被処理水の水質に依存して変動し、
繊維系基材を用いたアニオン及びカチオン交換体間に、
アニオン伝導スペーサ又はカチオン伝導スペーサのみ
を、複数枚、配設してもよい。そして、この際用いる各
伝導スペーサーは、本発明に係る粉末イオン交換樹脂が
さらに導入された本発明のイオン交換体としてのイオン
伝導スペーサーでも、また通常公知のイオン伝導スペー
サーでもよい。When using a plurality of ion-conducting spacers, the anion-conducting spacer is arranged on the side of the anion exchanger using the fibrous base material, and the cation-conducting spacer is arranged on the side of the cation exchanger using the fibrous base material. It is preferable to install it. However, the arrangement of the ion-conducting spacers is not limited to this, and changes depending on the quality of the water to be treated,
Between anion and cation exchangers using fiber-based materials,
A plurality of anion conductive spacers or cation conductive spacers may be arranged. Then, each conductive spacer used in this case may be an ion conductive spacer as the ion exchanger of the present invention into which the powder ion exchange resin of the present invention is further introduced, or a commonly known ion conductive spacer.
【0037】上述のように本発明の電気式脱塩装置にお
いてイオン交換体の配置、即ち、アニオン交換体、カチ
オン交換体及びイオン伝導スペーサーの配置に関しては
種々の配置態様が採用でき、この場合にどのイオン交換
体として本発明のイオン交換体を用いるかは任意であ
る。しかしながら、本発明の電気式脱塩装置において
は、アニオン系のイオン交換体(アニオン交換不織布、
アニオン伝導スペーサー)とカチオン系のイオン交換体
(カチオン交換不織布、カチオン伝導スペーサー)とが
隣接する場合、隣接するアニオン系のイオン交換体とカ
チオン系のイオン交換体との少なくとも何れか一方は本
発明のイオン交換体を用いるのが好ましい。特に、不織
布を基材として用いるイオン交換不織布のいずれか一方
を、さらに粉末イオン交換体が導入されてなる本発明の
イオン交換体とすることが好ましい。As described above, in the electric desalination apparatus of the present invention, various arrangement modes can be adopted for the arrangement of the ion exchanger, that is, the arrangement of the anion exchanger, the cation exchanger and the ion conductive spacer. In this case, It is arbitrary which ion exchanger uses the ion exchanger of the present invention. However, in the electric desalination apparatus of the present invention, an anion type ion exchanger (anion exchange nonwoven fabric,
When the anion-conducting spacer) and the cation-based ion exchanger (cation-exchange nonwoven fabric, cation-conducting spacer) are adjacent to each other, at least one of the adjoining anion-based ion exchanger and cation-based ion exchanger is the present invention. It is preferable to use the ion exchanger of. In particular, it is preferable that either one of the ion-exchange nonwoven fabrics using the nonwoven fabric as the base material is the ion-exchanger of the present invention in which the powder ion-exchanger is further introduced.
【0038】本発明の電気式脱塩装置においては、好ま
しくは2.5〜5mmの厚さの脱塩室及び/又は濃縮室の中
に、繊維系基材を用いたアニオン交換体、繊維系基材を
用いたカチオン交換体、及び場合によってはイオン伝導
スペーサを挟み込むのが好ましい。それぞれの厚さは、
被処理水流量、圧力損失、被処理水の水質、電圧等を考
慮して、適宜決定することができる。In the electric desalination apparatus of the present invention, an anion exchanger using a fiber-based material and a fiber-based material are preferably provided in a desalting chamber and / or a concentrating chamber having a thickness of 2.5 to 5 mm. It is preferable to sandwich a cation exchanger using, and optionally an ion conductive spacer. The thickness of each is
It can be appropriately determined in consideration of the flow rate of treated water, pressure loss, water quality of treated water, voltage and the like.
【0039】[0039]
【好ましい実施形態の説明】以下、添付図面を参照しな
がら、本発明をさらに詳細に説明する。以下の記載は、
本発明に係る電気式脱塩装置の好ましい一具体例を示す
ものであり、本発明はこれらの記載に限定されるもので
はない。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings. The following description
1 shows a preferred specific example of the electric desalination apparatus according to the present invention, and the present invention is not limited to these descriptions.
【0040】図4は、本発明の好ましい実施形態にかか
る電気式脱塩装置の模式図である。図4に示す電気式脱
塩装置は、陽極と陰極との間に、アニオン交換膜A及び
カチオン交換膜Cを少なくとも一部交互に配設して脱塩
室と濃縮室とを形成してなる電気式脱塩装置である。少
なくとも脱塩室には、本発明の粉末イオン交換樹脂をさ
らに導入してなるイオン交換体であるカチオン交換不織
布とアニオン交換繊維材料からなるアニオン交換不織布
とが対向配設され、更にこれら繊維材料の間において、
アニオン交換伝導スペーサが、配置されている。図示し
た実施形態においては、1組のセル(濃縮室/脱塩室/
濃縮室)のみを記載しているが、必要に応じて、カチオ
ン交換膜とアニオン交換膜の配列を繰り返すことによっ
て、脱塩室のセル(濃縮室/脱塩室/濃縮室の組合せ)
が電極間に複数個並列に配置される。また、イオン交換
膜の配列は、一部において、同種のイオン交換膜を連続
して配列する部分が存在していてもよい。FIG. 4 is a schematic view of an electric desalination apparatus according to a preferred embodiment of the present invention. The electric desalination apparatus shown in FIG. 4 has a desalting chamber and a concentrating chamber in which an anion exchange membrane A and a cation exchange membrane C are alternately arranged at least partially between an anode and a cathode. It is an electric desalination device. At least in the desalting chamber, a cation exchange nonwoven fabric, which is an ion exchanger obtained by further introducing the powder ion exchange resin of the present invention, and an anion exchange nonwoven fabric made of an anion exchange fiber material are disposed so as to face each other. In between,
Anion exchange conducting spacers are arranged. In the illustrated embodiment, a set of cells (concentration chamber / desalting chamber /
Although only the concentrating chamber is described, cells in the desalting chamber (concentrating chamber / desalting chamber / concentrating chamber combination) can be obtained by repeating the arrangement of the cation exchange membrane and the anion exchange membrane as necessary.
Are arranged in parallel between the electrodes. In addition, in the arrangement of the ion exchange membranes, there may be a portion in which the ion exchange membranes of the same kind are continuously arranged.
【0041】次に、図4で示される本発明の一態様にか
かる電気式脱塩装置の操作を説明する。陰極と陽極の間
に、直流電圧を印加し、被処理水を通水すると、被処理
水中のCa2+、Mg2+、Na+などのカチオンは、脱塩室のカ
チオン交換体によりイオン交換されて、電場下でカチオ
ン交換体からカチオン交換膜を通過して、濃縮室に透過
し、濃縮水として排出される。一方、被処理水中のC
l-、SO4 2-などのアニオンは、脱塩室のアニオン交換体
によりイオン交換されて、電場下でアニオン交換体から
アニオン交換膜を通過して、濃縮室に透過し、濃縮水と
して排出される。Next, the operation of the electric desalination apparatus according to one embodiment of the present invention shown in FIG. 4 will be described. When a DC voltage is applied between the cathode and the anode and the water to be treated is passed, cations such as Ca 2+ , Mg 2+ , Na + in the water to be treated are ion-exchanged by the cation exchanger in the desalting chamber. Then, under the electric field, the cation exchanger passes through the cation exchange membrane, permeates into the concentration chamber, and is discharged as concentrated water. On the other hand, C in the water to be treated
Anions such as l − and SO 4 2− are ion-exchanged by the anion exchanger in the desalting chamber, pass through the anion exchange membrane from the anion exchanger under an electric field, permeate into the concentrating chamber, and are discharged as concentrated water. To be done.
【0042】このとき、図2(a)に示されるように、カチ
オン交換不織布とアニオン伝導スペーサとの接触部位で
は、カチオン交換基(図2ではSO3 -)とアニオン交換基
(図2では(CH3)3N+)との近接によって生じる電場の影
響で、水が解離し、カチオン交換体側にH+イオンが引き
つけられ、アニオン交換体側にOH-イオンが引きつけら
れる。運転時間が長くなるにつれ、近接しているカチオ
ン交換基とアニオン交換基との間でイオン結合が形成さ
れて電荷が中和されてしまうために水解が起こらなくな
る。しかしながら、本発明においては、図3に示される
ように、カチオン交換不織布には、イオン交換基の立体
障害となるような態様で粉末イオン交換樹脂がイオン交
換体表面に導入されているので、互いに離隔しているイ
オン交換基同士の間では、イオン結合が形成されにく
く、電荷を維持するので、水の解離が継続して進行す
る。このために、長時間運転後の水解の阻害に起因する
運転電圧の上昇が抑制される。At this time, as shown in FIG. 2 (a), the cation exchange group (SO 3 − in FIG. 2) and the anion exchange group (( CH 3 ) 3 N + ), due to the influence of an electric field generated by the proximity, dissociates water, attracting H + ions to the cation exchanger side and OH − ions to the anion exchanger side. As the operation time increases, ionic bonds are formed between the cation exchange group and the anion exchange group which are in close proximity to each other to neutralize the electric charge, so that the hydrolysis does not occur. However, in the present invention, as shown in FIG. 3, the cation-exchange nonwoven fabric has the powder ion-exchange resin introduced on the surface of the ion-exchanger in such a manner as to cause steric hindrance of the ion-exchange group. Between the ion-exchange groups that are separated from each other, an ionic bond is not easily formed and the charge is maintained, so that the dissociation of water continues to proceed. For this reason, an increase in operating voltage due to inhibition of water decomposition after long-term operation is suppressed.
【0043】なお、図4においては、脱塩室内におい
て、イオン交換不織布の間にアニオン交換スペーサのみ
を配置する態様を示しているが、これらイオン交換不織
布の間に、例えばアニオン交換不織布側にアニオン交換
スペーサを、カチオン交換不織布側にカチオン交換スペ
ーサを配置することもできる。Although FIG. 4 shows a mode in which only the anion exchange spacers are arranged between the ion exchange nonwoven fabrics in the desalting chamber, the anion exchange spacers are placed between the ion exchange nonwoven fabrics, for example, on the anion exchange nonwoven fabric side. The exchange spacer may be arranged on the side of the cation exchange nonwoven fabric.
【0044】[0044]
【実施例】以下、具体的な実施例を用いて本発明をさら
に詳細に説明する。EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to specific examples.
【0045】[0045]
【製造例1】強酸性カチオン伝導スペーサの製造
イオン伝導スペーサの基材として、厚み1.2mm、ピッチ3
mmのポリエチレン製斜交網を用いた。ドライアイスで冷
却しながら、ポリエチレン製斜交網に窒素雰囲気中でγ
線(150kGy)を照射した。このγ線照射済み斜交網を、
スチレンスルホン酸ナトリウム及びアクリル酸の混合水
溶液(スチレンスルホン酸ナトリウム:アクリル酸:水
=25重量%:25重量%)中に浸漬して、75℃で3時間反
応させて、スルホン酸及びカルボキシル基を有するグラ
フト斜交網(グラフト率:153%)を得た。このグラフ
ト斜交網を、塩酸水溶液で再生して、カチオン伝導スペ
ーサ(中性塩分解容量:189meq/m2;総交換容量:834 m
eq/m2)を得た。[Manufacturing Example 1] Manufacture of strong acid cation conductive spacers As a base material for ion conductive spacers, thickness 1.2 mm, pitch 3
A polyethylene cross mesh of mm was used. While cooling with dry ice, gamma in a nitrogen atmosphere onto a polyethylene diagonal net.
Irradiated with a line (150 kGy). This γ-irradiated diagonal network,
It is immersed in a mixed aqueous solution of sodium styrenesulfonate and acrylic acid (sodium styrenesulfonate: acrylic acid: water = 25% by weight: 25% by weight) and reacted at 75 ° C. for 3 hours to remove sulfonic acid and carboxyl groups. The obtained graft cross network (graft ratio: 153%) was obtained. This graft cross network was regenerated with hydrochloric acid aqueous solution to give a cation conductive spacer (neutral salt decomposition capacity: 189 meq / m 2 ; total exchange capacity: 834 m
eq / m 2 ) was obtained.
【0046】[0046]
【製造例2】強塩基性アニオン伝導スペーサの製造
イオン伝導スペーサの基材として、厚み1.2mm、ピッチ3
mmのポリエチレン製斜交網を用いた。ドライアイスで冷
却しながら、ポリエチレン製斜交網に窒素雰囲気中でγ
線(150kGy)を照射した。予めアルミナによって重合禁
止剤を取り除いたクロロメチルスチレン(m体70%:p
体30%、セイミケミカル社製、商品名CMS-AM)のモノマ
ー溶液中に、照射済の斜交網を浸漬し、50℃で5時間反
応させて、クロロメチルスチレングラフト斜交網(グラ
フト率90%)を得た。得られたクロロメチルスチレング
ラフト斜交網をトリメチルアミン水溶液(10wt.%)中で
4級アンモニウム化させた後、水酸化ナトリウム水溶液
で再生処理して、アニオン伝導スペーサ(中性塩分解容
量:267meq/m2)を得た。[Production Example 2] Production of strongly basic anion conductive spacer As a base material of the ion conductive spacer, thickness 1.2 mm, pitch 3
A polyethylene cross mesh of mm was used. While cooling with dry ice, gamma in a nitrogen atmosphere onto a polyethylene diagonal net.
Irradiated with a line (150 kGy). Chloromethyl styrene (m-body 70%: p
The irradiated oblique mesh is immersed in a monomer solution of 30% body, product name CMS-AM manufactured by Seimi Chemical Co., Ltd., and the mixture is reacted at 50 ° C. for 5 hours to give a chloromethylstyrene graft oblique network (graft ratio). 90%). The obtained chloromethylstyrene-grafted cross network was quaternized with trimethylamine in an aqueous solution of trimethylamine (10 wt.%) And then regenerated with an aqueous solution of sodium hydroxide to give an anion conductive spacer (neutral salt decomposition capacity: 267 meq / m 2 ) was obtained.
【0047】[0047]
【製造例3】強酸性カチオン交換不織布の製造
基材として、繊維径17μmのポリエチレン(鞘)/ポリ
プロピレン(芯)の複合繊維よりなる目付55g/m2、厚さ
0.35mmの熱融着不織布を用い、窒素雰囲気下で電子線
(150kGy)を照射した。[Production Example 3] Production of strongly acidic cation exchange nonwoven fabric As a base material, a basis weight of 55 g / m 2 composed of a polyethylene (sheath) / polypropylene (core) composite fiber having a fiber diameter of 17 μm, thickness
An electron beam (150 kGy) was irradiated in a nitrogen atmosphere using a 0.35 mm heat-bonded nonwoven fabric.
【0048】電子線照射処理後の熱融着不織布を、メタ
クリル酸グリシジルの10%メタノール溶液中に浸漬し、
45℃で4時間反応させた。反応後の不織布を60℃のジメ
チルホルムアミド溶液に5時間浸漬してホモポリマーを
除去し、メタクリル酸グリシジルグラフト不織布(グラ
フト率:131%)を得た。このグラフト不織布を、亜硫
酸ナトリウム:イソプロピルアルコール:水=1:1:
8(重量比)の溶液に浸漬し、80℃で10時間反応させ、
乾燥させ、強酸性カチオン交換不織布(中性塩分解容量
471meq/m2)を得た。The heat-bonded nonwoven fabric after the electron beam irradiation treatment was dipped in a 10% methanol solution of glycidyl methacrylate,
The reaction was carried out at 45 ° C for 4 hours. The non-woven fabric after the reaction was immersed in a dimethylformamide solution at 60 ° C. for 5 hours to remove the homopolymer to obtain a glycidyl methacrylate graft non-woven fabric (grafting rate: 131%). This graft non-woven fabric was treated with sodium sulfite: isopropyl alcohol: water = 1: 1:
Immerse in 8 (weight ratio) solution and react at 80 ℃ for 10 hours,
Dried and strongly acidic cation exchange nonwoven fabric (neutral salt decomposition capacity
471 meq / m 2 ) was obtained.
【0049】[0049]
【製造例4】粉末イオン交換樹脂をさらに導入してなる
強酸性カチオン交換不織布の製造
平均粒径60μmの粉末アニオン交換樹脂(ダウケミカル
製;商品名PD-1)10gを5%水酸化ナトリウム溶液によ
り再生し、樹脂濃度が7ppmとなるように水溶液中に懸
濁させて、粉末アニオン交換樹脂懸濁液を調製した。[Production Example 4] A powder ion exchange resin is further introduced.
Manufacture of strong acid cation exchange nonwoven fabric 10g of powdered anion exchange resin (Dow Chemical; trade name PD-1) with an average particle size of 60μm is regenerated with a 5% sodium hydroxide solution, and the resin concentration is adjusted to 7ppm in an aqueous solution. By suspending, a powder anion exchange resin suspension was prepared.
【0050】得られた粉末アニオン交換樹脂懸濁液に、
製造例3で得られた強酸性カチオン交換不織布を浸漬し
て、強酸性カチオン交換不織布1m2あたり1Lの粉末ア
ニオン交換樹脂懸濁液を吸収させて、均一に分散するよ
うに添着させて、粉末イオン交換樹脂をさらに導入して
なる強酸性カチオン交換不織布を得た。To the obtained powder anion exchange resin suspension,
The strongly acidic cation exchange nonwoven fabric obtained in Production Example 3 was dipped to absorb 1 L of the powdery anion exchange resin suspension per 1 m 2 of the strongly acidic cation exchange nonwoven fabric, and the powder was impregnated so as to be uniformly dispersed. A strongly acidic cation exchange nonwoven fabric was obtained by further introducing an ion exchange resin.
【0051】[0051]
【製造例5】強塩基性アニオン交換不織布の製造
基材として、繊維径17μmのポリエチレン(鞘)/ポリ
プロピレン(芯)の複合繊維よりなる目付55g/m2、厚さ
0.35mmの熱融着不織布を用い、窒素雰囲気下で電子線
(150kGy)を照射した。[Production Example 5] Production of strongly basic anion-exchange nonwoven fabric As a base material, a basis weight of 55 g / m 2 composed of a polyethylene (sheath) / polypropylene (core) composite fiber having a fiber diameter of 17 μm, thickness
An electron beam (150 kGy) was irradiated in a nitrogen atmosphere using a 0.35 mm heat-bonded nonwoven fabric.
【0052】クロロメチルスチレン(セイミケミカル社
製、商品名:CMS-AM)を活性アルミナ充填層に通液させ
て、重合禁止剤を取り除き、窒素曝気して脱酸素を行っ
た。脱酸素処理後のクロロメチルスチレン溶液中に、照
射済みの不織布基材を浸漬して、50℃で6時間反応させ
た。その後、クロロメチルスチレン溶液から不織布を取
り出し、トルエン中に3時間浸漬して、ホモポリマーを
除去し、クロロメチルスチレングラフト不織布(グラフ
ト率:161%)を得た。得られたクロロメチルスチレン
グラフト不織布を、トリメチルアミン水溶液(10wt%)
中で、4級アンモニウム化させた後、水酸化ナトリウム
水溶液で再生処理して、4級アンモニウム基を有する強
塩基性アニオン交換不織布(中性塩分解容量:350meq/m
2)を得た。Chloromethylstyrene (manufactured by Seimi Chemical Co., Ltd., trade name: CMS-AM) was passed through the activated alumina packed bed to remove the polymerization inhibitor, and deaeration was carried out by aeration with nitrogen. The irradiated non-woven fabric substrate was immersed in the chloromethylstyrene solution after the deoxidation treatment, and reacted at 50 ° C. for 6 hours. Then, the nonwoven fabric was taken out from the chloromethylstyrene solution and immersed in toluene for 3 hours to remove the homopolymer to obtain a chloromethylstyrene graft nonwoven fabric (grafting rate: 161%). The resulting chloromethylstyrene-grafted nonwoven fabric is treated with an aqueous trimethylamine solution (10 wt%)
After being made into a quaternary ammonium salt, it is regenerated with an aqueous solution of sodium hydroxide, and a strongly basic anion exchange nonwoven fabric having a quaternary ammonium group (neutral salt decomposition capacity: 350 meq / m
2 ) got
【0053】[0053]
【実施例1】図4に示す構成の電気式脱塩装置(脱塩室
1つ)を組み立てた。陽極(+)及び陰極(−)の間
に、カチオン交換膜C(トクヤマ製:NEOSEPTA CM1)と
アニオン交換膜A(トクヤマ製:NEOSEPTA AM1)とを交
互に配列して、カチオン交換膜Cとアニオン交換膜Aと
の間に濃縮室、脱塩室、濃縮室を形成し、濃縮室と陽極
との間には陽極室、濃縮室と陰極との間には陰極室を形
成した。陽極室には、強酸性カチオン伝導スペーサ(製
造例1で作製したもの)を4枚装填し、陰極室には強塩
基性アニオン伝導スペーサ(製造例2で作製したもの)
を4枚装填した。濃縮室には、アニオン交換膜A側に強
塩基性アニオン交換不織布(製造例5で作製したもの)
を、カチオン交換膜C側に強酸性カチオン交換不織布
(製造例3で作製したもの)をそれぞれ1枚ずつ装填
し、強塩基性アニオン交換不織布と強酸性カチオン交換
不織布との間に強塩基性アニオン伝導スペーサ(製造例
2で作製したもの)を2枚装填した。脱塩室には、アニ
オン交換膜A側に強塩基性アニオン交換不織布(製造例
5で作製したもの)を、カチオン交換膜C側にさらに粉
末アニオン交換樹脂を導入してなる強酸性カチオン交換
不織布(製造例4で作製したもの)を、それぞれ1枚ず
つ装填し、これらの間にアニオン伝導スペーサ(製造例
2で作製したもの)を、2枚装填した。尚、上述の不織
布基材のイオン交換体及びスペーサ基材のイオン交換体
は、すべて、15cm×5cmの大きさに切断して用いた。Example 1 An electric desalination apparatus (one desalination chamber) having the structure shown in FIG. 4 was assembled. Between the anode (+) and the cathode (-), a cation exchange membrane C (manufactured by Tokuyama: NEOSEPTA CM1) and an anion exchange membrane A (manufactured by Tokuyama: NEOSEPTA AM1) are alternately arranged to form a cation exchange membrane C and an anion. A concentrating chamber, a demineralizing chamber, and a concentrating chamber were formed with the exchange membrane A, an anode chamber was formed between the concentrating chamber and the anode, and a cathode chamber was formed between the concentrating chamber and the cathode. The anode chamber was loaded with four strongly acidic cation-conducting spacers (produced in Production Example 1), and the cathode chamber was loaded with a strongly basic anion-conducting spacer (produced in Production Example 2).
4 sheets were loaded. In the concentration chamber, a strongly basic anion exchange nonwoven fabric (made in Production Example 5) on the anion exchange membrane A side.
Was loaded with one strongly acidic cation exchange nonwoven fabric (produced in Production Example 3) on the cation exchange membrane C side, and a strong basic anion was placed between the strongly basic anion exchange nonwoven fabric and the strongly acidic cation exchange nonwoven fabric. Two conductive spacers (produced in Production Example 2) were loaded. In the desalting chamber, a strongly basic anion exchange nonwoven fabric (produced in Production Example 5) was introduced on the anion exchange membrane A side, and a powdered anion exchange resin was further introduced on the cation exchange membrane C side, which is a strong acid cation exchange nonwoven fabric. One sheet (produced in Production Example 4) was loaded, and two sheets of anion conductive spacers (produced in Production Example 2) were placed between them. The above-mentioned non-woven fabric-based ion exchanger and spacer-based ion exchanger were all cut into a size of 15 cm × 5 cm before use.
【0054】両電極間に0.1Aの直流電流を印加して、0.
2MΩのRO水(逆浸透膜処理水:シリカ濃度0.1〜0.3pp
m、水温14〜20℃)を流速5L/hで通水したところ、脱塩
室出口から18MΩ以上の超純水が得られた。100時間運転
後の運転電圧は53Vであった。A direct current of 0.1 A was applied between both electrodes to reach 0.
2 MΩ RO water (reverse osmosis membrane treated water: silica concentration 0.1 to 0.3 pp
m, water temperature 14 to 20 ° C.) at a flow rate of 5 L / h, ultrapure water of 18 MΩ or more was obtained from the outlet of the desalting chamber. The operating voltage after 100 hours of operation was 53V.
【0055】[0055]
【比較例1】脱塩室において、カチオン交換膜C側に製
造例3で作製したカチオン交換不織布を装填した以外
は、実施例1と同様に実施した。脱塩室出口から18MΩ
以上の超純水が得られた。100時間運転後の運転電圧は8
1Vであった。Comparative Example 1 The procedure of Example 1 was repeated, except that the cation exchange nonwoven fabric prepared in Production Example 3 was loaded on the cation exchange membrane C side in the desalting chamber. 18 MΩ from the desalting chamber outlet
The above ultrapure water was obtained. Operating voltage after 100 hours of operation is 8
It was 1V.
【0056】[0056]
【発明の効果】本発明によれば、長時間運転後にも水の
解離を持続させ得る電気式脱塩装置用イオン交換体並び
に電気式脱塩装置の電圧上昇を抑制し、低電圧で運転可
能な電気式脱塩装置が得られる。EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, it is possible to suppress the voltage rise of the ion exchanger for an electric desalination apparatus and the electric desalination apparatus capable of sustaining the dissociation of water even after a long time operation and to operate at a low voltage. A simple electric desalination device can be obtained.
【0057】本発明の電気式脱塩装置によれば、従来の
脱塩装置に比較して、処理水質及び電力消費量が著しく
向上し、イオン交換体再生用薬品を使用せずに、装置の
運転電圧の上昇を抑制し、電気的エネルギーだけで超純
水を製造することができる。According to the electric desalination apparatus of the present invention, compared with the conventional desalination apparatus, the quality of treated water and the power consumption are remarkably improved, and the apparatus can be operated without using the chemicals for regenerating the ion exchanger. It is possible to suppress an increase in operating voltage and produce ultrapure water only with electric energy.
【図1】図1は、電気式脱塩装置の概略説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory view of an electric desalination apparatus.
【図2】図2(a)は、カチオン交換基とアニオン交換
基との接触部における水解発生のメカニズムを示す模式
図である。図2(b)は、長時間運転後の電気式脱塩装
置におけるカチオン交換基とアニオン交換基との接触部
における水解発生抑制のメカニズムを示す模式図であ
る。FIG. 2 (a) is a schematic diagram showing a mechanism of hydrolyzation generation at a contact portion between a cation exchange group and an anion exchange group. FIG. 2 (b) is a schematic diagram showing a mechanism for suppressing the occurrence of water decomposition at the contact portion between the cation exchange group and the anion exchange group in the electric desalination apparatus after long-time operation.
【図3】図3は、本発明に係るさらに粉末イオン交換樹
脂を導入したイオン交換体を用いた場合の、カチオン交
換基とアニオン交換基との接触部における水解発生のメ
カニズムを示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a mechanism of hydrolyzation at a contact portion between a cation exchange group and an anion exchange group in the case of using an ion exchanger into which a powder ion exchange resin according to the present invention is further introduced. is there.
【図4】図4は、本発明の好ましい実施形態による電気
式脱塩装置の概略模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of an electric desalination apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 洋平 神奈川県藤沢市本藤沢4丁目2番1号 株 式会社荏原総合研究所内 (72)発明者 川本 孝善 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 中西 收 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 Fターム(参考) 4D006 GA17 JA30Z JA43Z JA44Z KA31 KB11 MA13 MA14 PA01 PB02 4D061 DA01 DB13 EA09 EB01 EB04 EB13 EB19 FA08 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Yohei Takahashi 4-2-1 Honfujisawa, Fujisawa City, Kanagawa Prefecture Inside the EBARA Research Institute (72) Inventor Takayoshi Kawamoto 11-1 Haneda Asahi-cho, Ota-ku, Tokyo Co., Ltd. Inside the EBARA CORPORATION (72) Inventor, Nakanishi 11-1 Haneda Asahi-cho, Ota-ku, Tokyo Co., Ltd. Inside the EBARA CORPORATION F-term (reference) 4D006 GA17 JA30Z JA43Z JA44Z KA31 KB11 MA13 MA14 PA01 PB02 4D061 DA01 DB13 EA09 EB01 EB04 EB13 EB19 FA08
Claims (7)
びアニオン交換膜を少なくとも一部交互に配設して脱塩
室と濃縮室とが形成されている電気式脱塩装置の該脱塩
室及び/又は濃縮室に配置されるイオン交換体におい
て、該イオン交換体は、カチオン又はアニオンのいずれ
か一方の電荷を有するイオン交換基を有し、さらに該イ
オン交換基と反対の電荷を有する粉末イオン交換樹脂が
導入されていることを特徴とする電気式脱塩装置用イオ
ン交換体。1. An electric desalination apparatus in which a cation exchange membrane and an anion exchange membrane are alternately arranged at least partially between an anode and a cathode to form a desalination chamber and a concentration chamber. In the ion exchanger arranged in the salt chamber and / or the concentration chamber, the ion exchanger has an ion exchange group having a charge of either a cation or an anion, and further has a charge opposite to the ion exchange group. An ion exchanger for an electric desalination apparatus, wherein the ion exchange resin has been introduced.
ン交換体であって、前記イオン交換基は、グラフト重合
法により基材に形成されたグラフト重合体側鎖に、導入
されていることを特徴とする電気式脱塩装置用イオン交
換体。2. The ion exchanger for an electric desalination device according to claim 1, wherein the ion exchange group is introduced into a side chain of a graft polymer formed on a substrate by a graft polymerization method. An ion exchanger for an electric desalination apparatus, which is characterized in that
用イオン交換体であって、前記粉末イオン交換樹脂は、
該粉末イオン交換樹脂を導入していない未導入イオン交
換体を粉末イオン交換樹脂懸濁液に接触させることによ
り、少なくともイオン交換体の表面に導入されているこ
とを特徴とする電気式脱塩装置用イオン交換体。3. The ion exchanger for an electric desalination device according to claim 1, wherein the powder ion exchange resin is
An electric desalination apparatus characterized by being introduced into at least the surface of an ion exchanger by bringing an unintroduced ion exchanger into which the powder ion exchange resin has not been introduced into contact with the powder ion exchange resin suspension. Ion exchanger.
気式脱塩装置用イオン交換体であって、前記粉末イオン
交換樹脂の導入量は、導入される粉末イオン交換樹脂の
イオン交換容量が、粉末イオン交換樹脂を導入するイオ
ン交換体のイオン交換容量の0.001〜0.01%となる量で
あることを特徴とする電気式脱塩装置用イオン交換体。4. The ion exchanger for an electric desalination apparatus according to claim 1, wherein the amount of the powder ion exchange resin introduced is an ion of the powder ion exchange resin to be introduced. An ion exchanger for an electric desalination apparatus, which has an exchange capacity of 0.001 to 0.01% of an ion exchange capacity of an ion exchanger into which a powder ion exchange resin is introduced.
気式脱塩装置用イオン交換体であって、前記粉末イオン
交換樹脂は、カルボキシル基、スルホン基、4級アンモ
ニウム基、3級アミノ基、2級アミノ基又は1級アミノ
基を含むことを特徴とする電気式脱塩装置用イオン交換
体。5. The ion exchanger for an electric desalination device according to claim 1, wherein the powder ion exchange resin is a carboxyl group, a sulfone group, a quaternary ammonium group, or 3 An ion exchanger for an electric desalting apparatus, which comprises a primary amino group, a secondary amino group or a primary amino group.
気式脱塩装置用イオン交換体であって、前記グラフト重
合体側鎖は、放射線グラフト重合法を利用して、前記基
材に形成されていることを特徴とする電気式脱塩装置用
イオン交換体。6. The ion exchanger for an electric desalination apparatus according to claim 2, wherein the graft polymer side chain is formed by using a radiation graft polymerization method. An ion exchanger for an electric desalination apparatus, which is characterized in that
アニオン交換膜を少なくとも一部交互に配設して脱塩室
と濃縮室とが形成されており、上記脱塩室及び/又は濃
縮室に、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電気式脱
塩装置用イオン交換体が配置されていることを特徴とす
る電気式脱塩装置。7. A desalting chamber and a concentrating chamber are formed by alternately arranging at least a part of a cation exchange membrane and an anion exchange membrane between an anode and a cathode, and the desalting chamber and / or the concentrating chamber. An electric desalination apparatus, wherein the ion exchanger for an electric deionization apparatus according to any one of claims 1 to 6 is arranged in a chamber.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011502030A (en) * | 2006-09-22 | 2011-01-20 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | Arrangement of ion exchange material in electrodeionization equipment |
JP2015167876A (en) * | 2014-03-05 | 2015-09-28 | オルガノ株式会社 | Amphoteric ion exchanger fiber sheet, method for producing the same, and desalted water absorbent |
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2001
- 2001-12-28 JP JP2001399533A patent/JP2003190963A/en active Pending
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---|---|---|---|---|
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