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JPH09151260A - Hydrogen ion selective permeable membrane and electrodialysis method - Google Patents

Hydrogen ion selective permeable membrane and electrodialysis method

Info

Publication number
JPH09151260A
JPH09151260A JP7312764A JP31276495A JPH09151260A JP H09151260 A JPH09151260 A JP H09151260A JP 7312764 A JP7312764 A JP 7312764A JP 31276495 A JP31276495 A JP 31276495A JP H09151260 A JPH09151260 A JP H09151260A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
permeable membrane
hydrogen ion
anion
selective permeable
ion selective
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7312764A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Umemura
和郎 梅村
Ichiro Terada
一郎 寺田
Haruhisa Miyake
晴久 三宅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
Priority to JP7312764A priority Critical patent/JPH09151260A/en
Publication of JPH09151260A publication Critical patent/JPH09151260A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】安価でかつ耐薬品性に優れた水素イオン選択透
過膜を得る。 【解決手段】陽極側の水素イオンを含有する水溶液か
ら、水素イオンを隔膜を通じて選択的に陰極側に透過さ
せる電気透析方法のための隔膜であって、陽イオン交換
樹脂の粒子およびバインダーポリマーから構成される不
均質陽イオン交換膜の少なくとも一方の表面に陰イオン
交換体層を形成した水素イオン選択透過膜。
(57) Abstract: To obtain a hydrogen ion selective permeable membrane which is inexpensive and has excellent chemical resistance. A diaphragm for an electrodialysis method for selectively permeating hydrogen ions from an aqueous solution containing hydrogen ions on the anode side to the cathode side, which is composed of particles of a cation exchange resin and a binder polymer. Hydrogen ion selective permeable membrane having an anion exchanger layer formed on at least one surface of the heterogeneous cation exchange membrane.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、陽極側の水素イオ
ンを含む水溶液から、水素イオンを選択的に陰極側に透
過分離するための水素イオン選択透過膜およびそれを用
いた電気透析方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrogen ion selective permeation membrane for selectively permeating hydrogen ions from an aqueous solution containing hydrogen ions on the anode side to the cathode side, and an electrodialysis method using the membrane.

【0002】[0002]

【従来の技術】電気透析法による膜分離技術は、従来よ
り海水濃縮および脱塩に用いられてきたが、近年他のプ
ロセスにも応用されるようになってきた。その一つが酸
含有溶液からの酸の濃縮回収であり、このプロセスは公
害上および経済上の見地より重要性を増してきている。
例えば、非鉄金属の原鉱やメタルの酸洗工程からの硫酸
含有溶液、抽出工程またはピックリング工程からの塩酸
含有溶液、タンタルや鉛の処理工程からのフッ酸含有溶
液、溶媒抽出エッチング工程からの塩酸または硫酸また
は硝酸含有溶液、メッキ工程からのクロム酸含有溶液、
イオン交換樹脂再生工程からの酸含有溶液、木材糖化液
からの硫酸回収溶液といった種々の酸含有溶液からの酸
の濃縮回収である。
2. Description of the Related Art The membrane separation technique by electrodialysis has been used for seawater concentration and desalination, but has recently been applied to other processes. One of these is the concentrated recovery of acid from acid-containing solutions, a process that is becoming more important from a pollution and economic standpoint.
For example, sulfuric acid-containing solution from non-ferrous metal ore or metal pickling step, hydrochloric acid-containing solution from extraction step or pickling step, hydrofluoric acid-containing solution from tantalum or lead processing step, solvent extraction etching step Hydrochloric acid or sulfuric acid or nitric acid containing solution, chromic acid containing solution from plating process,
Concentrated recovery of acid from various acid-containing solutions such as acid-containing solution from the ion exchange resin regeneration step and sulfuric acid recovery solution from wood saccharification solution.

【0003】これらの酸回収プロセスにおいては効率よ
く酸を回収するために、水素イオンを選択的に透過さ
せ、金属イオンは排除する水素イオン選択透過膜が必須
である。このような水素イオンに対する選択性を膜に付
与する方法として、特開平5−228344号におい
て、陽イオン交換膜の表面に特定の陰イオン交換性の物
質を存在させることにより優れた水素イオン選択透過性
が実現できることが例示されている。
In these acid recovery processes, in order to efficiently recover the acid, a hydrogen ion selective permeable membrane that selectively permeates hydrogen ions and excludes metal ions is essential. As a method for imparting such a selectivity to hydrogen ions to a membrane, in JP-A-5-228344, excellent hydrogen ion selective permeation is achieved by allowing a specific anion exchange material to exist on the surface of a cation exchange membrane. It is illustrated that the property can be realized.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水素イ
オン選択透過膜を構成する陽イオン交換膜として従来か
ら用いられているスチレン−ジビニルベンゼン共重合体
系の陽イオン交換膜は、製膜時に重合およびスルホン化
という煩雑で敏感な工程を伴うためコストがかかり、さ
らにその際に発生する発熱や寸法変化などのコントロー
ルが難しく、歩留まりが低下し高価なものとなる。ま
た、スチレン−ジビニルベンゼン系の膜は耐薬品性、特
に硝酸などに対する耐酸化性が悪い。そのためスチレン
−ジビニルベンゼン共重合体系の陽イオン交換膜を用い
た水素イオン選択透過膜も、高価で、耐薬品性の高くな
いものであった。
However, the cation-exchange membrane of styrene-divinylbenzene copolymer type, which has been conventionally used as a cation-exchange membrane constituting a hydrogen ion selective permeable membrane, is not suitable for polymerization and sulfone formation during membrane formation. Since it involves complicated and sensitive steps such as cost reduction, it is costly, and it is difficult to control heat generation and dimensional change generated at that time, resulting in a low yield and an expensive price. Further, the styrene-divinylbenzene-based film has poor chemical resistance, particularly oxidation resistance to nitric acid and the like. Therefore, a hydrogen ion selective permeable membrane using a cation-exchange membrane of styrene-divinylbenzene copolymer system is also expensive and does not have high chemical resistance.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、陽イオン交換
樹脂の粒子およびバインダーポリマーから構成される不
均質陽イオン交換体層と、その少なくとも一方の表面に
積層された陰イオン交換体層との複層膜からなる水素イ
オン選択透過膜を提供する。
The present invention provides a heterogeneous cation exchanger layer composed of cation exchange resin particles and a binder polymer, and an anion exchanger layer laminated on at least one surface thereof. A hydrogen ion selective permeable membrane comprising a multi-layer membrane of

【0006】本発明はまた、陽極側の水素イオンを含有
する水溶液から、水素イオンを隔膜を通じて選択的に陰
極側に透過させる電気透析方法であって、上記隔膜が陽
イオン交換樹脂の粒子およびバインダーポリマーから構
成される不均質陽イオン交換体層と、その少なくとも一
方の表面に積層された陰イオン交換体層との複層膜から
なる水素イオン選択透過膜である電気透析方法を提供す
る。
The present invention is also an electrodialysis method of selectively permeating hydrogen ions from an aqueous solution containing hydrogen ions on the anode side to the cathode side through the membrane, wherein the membrane is a cation exchange resin particle and a binder. Provided is an electrodialysis method which is a hydrogen ion selective permeable membrane comprising a multi-layer membrane comprising a heterogeneous cation exchanger layer composed of a polymer and an anion exchanger layer laminated on at least one surface thereof.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明の水素イオン選択透過膜
は、不均質陽イオン交換体層と陰イオン交換体層を接合
させる方法で製造することができる。例えば、不均質陽
イオン交換体層の表面に陰イオン交換体層を形成する重
合体溶液を流延、乾燥し積層する方法、あらかじめ製膜
した不均質陽イオン交換体層と陰イオン交換体層を熱圧
着する方法などが好ましく用いられる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The hydrogen ion selective permeable membrane of the present invention can be produced by a method of joining a heterogeneous cation exchanger layer and an anion exchanger layer. For example, a method of casting a polymer solution for forming an anion exchanger layer on the surface of a heterogeneous cation exchanger layer, drying and laminating the same, a heterogeneous cation exchanger layer and an anion exchanger layer formed in advance. The method of thermocompression bonding is preferably used.

【0008】本発明の水素イオン選択透過膜は、織布、
編布、不織布、多孔体などで補強することもできる。ま
た、水素イオン選択透過膜の形状は、平膜状のみならず
袋状、中空糸状、中空管状などにすることもできる。
The hydrogen ion selective permeable membrane of the present invention is a woven fabric,
It can also be reinforced with a knitted fabric, nonwoven fabric, porous body or the like. Further, the shape of the hydrogen ion selective permeable membrane can be not only a flat membrane shape but also a bag shape, a hollow fiber shape, a hollow tubular shape and the like.

【0009】不均質陽イオン交換体層は、陽イオン交換
樹脂の粒子およびバインダーポリマーから構成される。
陽イオン交換樹脂の粒子とバインダーポリマーを混合す
る割合は、陽イオン交換樹脂とバインダーポリマーの合
計量に対して、陽イオン交換樹脂が40〜75重量%で
あることが好ましい。イオン交換樹脂が40重量%未満
の場合は、電気抵抗が著しく上昇するので好ましくな
い。陽イオン交換樹脂が75重量%を超える場合は不均
質陽イオン交換体の機械的強度が著しく低下し成形でき
なくなるおそれがあるので好ましくない。
The heterogeneous cation exchanger layer is composed of particles of cation exchange resin and a binder polymer.
The proportion of the cation exchange resin particles and the binder polymer mixed is preferably 40 to 75% by weight of the cation exchange resin with respect to the total amount of the cation exchange resin and the binder polymer. When the amount of the ion exchange resin is less than 40% by weight, the electric resistance remarkably increases, which is not preferable. When the amount of the cation exchange resin exceeds 75% by weight, the mechanical strength of the heterogeneous cation exchanger may be remarkably lowered and molding may not be possible, which is not preferable.

【0010】陽イオン交換樹脂としては、スチレン−ジ
ビニルベンゼン共重合体、メタクリル酸−ジビニルベン
ゼン共重合体、アクリル酸−ジビニルベンゼン共重合体
などに陽イオン交換基としてスルホン酸基またはその
塩、カルボン酸基またはその塩が導入されたものなどが
用いることができる。酸水溶液中の電気抵抗の面からス
ルホン酸基またはその塩を陽イオン交換基として有する
陽イオン交換樹脂が好ましく用いられる。
Examples of the cation exchange resin include a styrene-divinylbenzene copolymer, a methacrylic acid-divinylbenzene copolymer, an acrylic acid-divinylbenzene copolymer, and the like. Those into which an acid group or a salt thereof is introduced can be used. From the viewpoint of electric resistance in an aqueous acid solution, a cation exchange resin having a sulfonic acid group or a salt thereof as a cation exchange group is preferably used.

【0011】陽イオン交換樹脂のイオン交換容量は1.
0〜5.0meq/g乾燥樹脂が好ましい。イオン交換
容量がこれより小さい場合は得られる不均質陽イオン交
換体の電気抵抗が高くなり、またこれより大きい場合は
不均質陽イオン交換体層の機械的強度が著しく低下する
おそれがあるので好ましくない。
The ion exchange capacity of the cation exchange resin is 1.
0-5.0 meq / g dry resin is preferred. If the ion exchange capacity is smaller than this, the electric resistance of the obtained heterogeneous cation exchanger will be high, and if it is larger than this, the mechanical strength of the heterogeneous cation exchanger layer may be remarkably reduced, which is preferable. Absent.

【0012】陽イオン交換樹脂の粒径は、最大粒径が7
5μm未満であることが好ましい。最大粒径が75μm
以上の場合は、不均質陽イオン交換体を溶融成形する際
の粘度が上昇し成形性が低下などのおそれがあるととも
に、得られる陽イオン交換体表面の凹凸が大きくなるの
で好ましくない。陽イオン交換樹脂の最大粒径が45μ
m未満の場合はさらに好ましい。
The maximum particle size of the cation exchange resin is 7
It is preferably less than 5 μm. Maximum particle size is 75 μm
The above cases are not preferable because the viscosity at the time of melt-molding the heterogeneous cation exchanger may be increased and the moldability may be lowered, and the resulting cation exchanger has large irregularities on its surface. Maximum particle size of cation exchange resin is 45μ
It is more preferable if it is less than m.

【0013】バインダーポリマーは、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、ポリイソブチレンなどのポリオレフィン
の他、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ
化ビニリデンなどのポリハロゲン化オレフィン、イソプ
レンゴム、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレ
ン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴ
ム、エチレン−プロピレンゴムなどの合成ゴムや天然ゴ
ム、スチレン系熱可塑エラストマー、オレフィン系熱可
塑エラストマーなどを用いることができる。なかでもポ
リオレフィンやオレフィン系熱可塑エラストマーが耐薬
品性に優れており好ましく用いられる。
The binder polymer includes polyolefins such as polyethylene, polypropylene and polyisobutylene, polyhalogenated olefins such as polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride and polyvinylidene fluoride, isoprene rubber, chloroprene rubber, butadiene rubber and styrene-butadiene rubber. , Synthetic rubber such as acrylonitrile-butadiene rubber and ethylene-propylene rubber, natural rubber, styrene thermoplastic elastomer, olefin thermoplastic elastomer and the like can be used. Of these, polyolefins and olefin-based thermoplastic elastomers have excellent chemical resistance and are preferably used.

【0014】不均質陽イオン交換体層は、陽イオン交換
樹脂を乾燥、粉砕、分級後、バインダーポリマーと混練
し、押し出し成形や加熱プレス成形等の熱溶融成形によ
り作製することが好ましい。
The heterogeneous cation exchanger layer is preferably prepared by drying, pulverizing and classifying a cation exchange resin, kneading it with a binder polymer, and then subjecting it to hot melt molding such as extrusion molding and heat press molding.

【0015】本発明に用いる陰イオン交換体層は、イオ
ン交換容量が0.5〜4meq/g乾燥樹脂であること
が好ましい。また陰イオン交換体層は、固定イオン濃度
1〜10meq/gH2 O、厚さ0.1〜150μmで
あることが好ましい。固定イオン濃度が1.0meq/
gH2 O未満では水素イオン以外の陽イオンの透過性が
大きく水素イオンの選択透過性が低下し、10meq/
gH2 O超では水分裂が起きやすく、それぞれ好ましく
ない。また陰イオン交換体層の厚さが0.1μm未満で
は水素イオンの選択透過性が低下し、150μm超では
水分裂が起きやすく、それぞれ好ましくない。
The anion exchanger layer used in the present invention preferably has an ion exchange capacity of 0.5 to 4 meq / g dry resin. The anion exchanger layer preferably has a fixed ion concentration of 1 to 10 meq / gH 2 O and a thickness of 0.1 to 150 μm. Fixed ion concentration is 1.0 meq /
If it is less than gH 2 O, the cations other than hydrogen ions have a high permeability, and the selective permeability of hydrogen ions is low, resulting in 10 meq /
If it exceeds gH 2 O, water splitting easily occurs, which is not preferable. Further, if the thickness of the anion exchanger layer is less than 0.1 μm, the selective permeability of hydrogen ions is lowered, and if it exceeds 150 μm, water splitting tends to occur, which is not preferable.

【0016】陰イオン交換体層の材質としては、スチレ
ンまたはクロロメチルスチレンとジビニルベンゼンとの
共重合体も陰イオン交換基を導入したもの、ビニルピリ
ジン系重合体、ビニルアニリン系重合体、ビニルイミダ
ゾール系重合体、エポキシ/アミン系重合体、および側
鎖の末端に陰イオン交換基を有し主鎖がパーフルオロポ
リマーからなる含フッ素重合体などが例示される。
As the material of the anion exchanger layer, a copolymer of styrene or chloromethylstyrene and divinylbenzene into which an anion exchange group is introduced, vinyl pyridine type polymer, vinyl aniline type polymer, vinyl imidazole. Examples thereof include a polymer, an epoxy / amine polymer, and a fluoropolymer having an anion exchange group at the end of a side chain and a main chain made of a perfluoropolymer.

【0017】なかでも、機械的強度、耐熱性、耐薬品性
および薄膜成形性に優れている点から、繰り返し単位内
に一般式−X−Ar−Y−(ただし、式中X、Yは互い
に同一または異なる電子供与性の連結基を表し、好まし
くは−O−、−S−、炭素数1〜13のアルキレン基ま
たは単結合であり、Arは、
Among them, from the viewpoint of being excellent in mechanical strength, heat resistance, chemical resistance and thin film formability, the repeating unit has the general formula -X-Ar-Y- (where X and Y are the same as each other). The same or different electron-donating linking groups are represented, preferably -O-, -S-, an alkylene group having 1 to 13 carbon atoms or a single bond, and Ar is

【0018】[0018]

【化1】 Embedded image

【0019】を表す。ここでR1 〜R5 は互いに同一ま
たは異なる炭素数1〜8の炭化水素基であり、aは0〜
4、b+cは0〜6、d+eは0〜6から選ばれる。)
を有する芳香族系重合体からなり、その芳香族環に陰イ
オン交換基が導入された陰イオン交換体層の使用が好ま
しい。
## EQU1 ## Here, R 1 to R 5 are the same or different hydrocarbon groups having 1 to 8 carbon atoms, and a is 0 to
4, b + c is selected from 0 to 6, and d + e is selected from 0 to 6. )
It is preferable to use an anion-exchanger layer which is composed of an aromatic polymer having a and has an anion-exchange group introduced into its aromatic ring.

【0020】陰イオン交換体層が、イオン交換基が導入
されたセグメントとイオン交換基が実質的に導入されて
いないセグメントからなるブロック共重合体からなる場
合には、得られる水素イオン選択透過膜の水素イオン選
択透過性が高く、かつ機械的性質に優れており、特に好
ましい。
When the anion-exchanger layer is composed of a block copolymer comprising a segment having an ion-exchange group introduced therein and a segment having no ion-exchange group substantially introduced therein, the resulting hydrogen ion-selective permeable membrane is obtained. Is particularly preferable because it has high hydrogen ion selective permeability and excellent mechanical properties.

【0021】このようなブロック共重合体としては、ポ
リフェニレンオキシド/ポリエーテルスルホン共重合
体、ポリフェニレンスルフィド/ポリエーテルスルホン
共重合体、ポリアリールエーテルスルホン/ポリエーテ
ルスルホン共重合体、ポリアリールエーテルアリレート
/ポリアリレート共重合体またはポリアリールエーテル
スルホン/ポリチオエーテルスルホン共重合体があげら
れる。例えば、
Examples of such block copolymers include polyphenylene oxide / polyether sulfone copolymer, polyphenylene sulfide / polyether sulfone copolymer, polyaryl ether sulfone / polyether sulfone copolymer, polyaryl ether arylate / Examples thereof include polyarylate copolymers and polyaryl ether sulfone / polythioether sulfone copolymers. For example,

【0022】[0022]

【化2】 Embedded image

【0023】が例示される。ただし、m,nは2〜20
0で、m/nは100/1〜1/10である。
Is exemplified. However, m and n are 2 to 20
0, m / n is 100/1 to 1/10.

【0024】本発明の水素イオン選択透過膜を用いて電
気透析を行うには、例えば本発明の水素イオン選択透過
膜と陰イオン交換膜を、交互に複数対配した電気透析槽
を構成し、好ましくは限界電流密度以下の電流密度にな
るように運転するのが好ましい。水素イオン選択透過膜
の一方の面に陰イオン交換体層を形成し、この面が陽極
側に向くよう配置するのが好ましい。このような装置に
より、例えば重金属を含む酸廃液から酸を回収すること
が可能である。
To carry out electrodialysis using the hydrogen ion selective permeable membrane of the present invention, for example, an electrodialysis tank in which a plurality of hydrogen ion selective permeable membranes of the present invention and anion exchange membranes are alternately arranged in pairs is constructed, It is preferable to operate so that the current density is equal to or lower than the limit current density. It is preferable to form an anion exchanger layer on one surface of the hydrogen ion selective permeable membrane and arrange it so that this surface faces the anode side. With such a device, it is possible to recover acid from, for example, an acid waste liquid containing heavy metals.

【0025】[0025]

【実施例】実施例において、水素イオン選択透過性およ
び限界電流密度は以下のようにして測定した。
EXAMPLES In the examples, the hydrogen ion selective permeability and the limiting current density were measured as follows.

【0026】(1)水素イオン選択透過性 両極間に、陽イオン交換体層の一方の面に陰イオン交換
体層が積層された複層膜と陰イオン交換膜とを、複層膜
の陰イオン交換体層が陽極側を向くようにして交互に配
して、電気透析槽を構成する。この電気透析槽の脱塩室
側に、0.5NのHClと0.5NのFeCl2 を含む
溶液を供給し、また濃縮液側には3NのHClを供給
し、電流密度3A/dm2 にて電気透析を行う。濃縮室
に透過する鉄イオンと水素イオンの電流効率より、次式
にしたがって水素イオン選択透過性を求める。
(1) Selective Permeability of Hydrogen Ions A multi-layer membrane having an anion-exchange layer laminated on one surface of a cation-exchange layer and an anion-exchange membrane between the two electrodes is used as an anion-exchange membrane. The ion exchanger layers are alternately arranged so as to face the anode side to form an electrodialysis cell. A solution containing 0.5N HCl and 0.5N FeCl 2 was supplied to the desalting chamber side of this electrodialysis tank, and 3N HCl was supplied to the concentrate side to obtain a current density of 3 A / dm 2 . Perform electrodialysis. Based on the current efficiencies of iron ions and hydrogen ions that permeate the concentrating chamber, the hydrogen ion selective permeability is calculated according to the following formula.

【0027】[0027]

【数1】 (Equation 1)

【0028】(2)限界電流密度 上記の(1)の測定と同様な系を組んで電気透析を行う
際に、電流密度を変化させ、対応する電圧値を測定す
る。電流密度と電圧値は通常比例関係になり直線が得ら
れるが、ある電流密度の点から上は直線に屈曲点が生じ
るので、この点を限界電流密度とする。
(2) Limit Current Density When electrodialysis is performed in a system similar to the measurement in the above (1), the current density is changed and the corresponding voltage value is measured. The current density and the voltage value are usually in a proportional relationship, and a straight line is obtained. However, since a bent point occurs on a straight line above a certain current density point, this point is defined as a limit current density.

【0029】例1 スチレン/ジビニルベンゼン共重合体にスルホン基が導
入された陽イオン交換樹脂(三菱化学株式会社製、商品
名ダイヤイオンSK−1B、イオン交換容量4.4me
q/g乾燥樹脂)を、60℃で24時間温風乾燥後、ロ
ーターミルにて粉砕を行った。粉砕した粒子はステンレ
スメッシュでふるい、粒径45μm以上の粒子を除い
た。得られた粒径45μm未満の陽イオン交換樹脂粒子
とバインダーポリマーとしてエチレン/オクテン−1共
重合体(ダウケミカル株式会社製、商品名アフィニティ
ーSM1300)を、イオン交換樹脂/バインダーポリ
マー混合比70/30(重量比)で混合し、ラボプラス
トミルで110℃、20分混練した。得られた混練物を
平板プレスにより160℃で加熱溶融プレスし、厚さ5
00μmの膜状に成形し、不均質陽イオン交換体層を得
た。
Example 1 A cation exchange resin having a sulfone group introduced into a styrene / divinylbenzene copolymer (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, trade name Diaion SK-1B, ion exchange capacity 4.4me).
(q / g dry resin) was dried with warm air at 60 ° C. for 24 hours and then pulverized with a rotor mill. The crushed particles were sieved with a stainless mesh to remove particles having a particle size of 45 μm or more. The obtained cation exchange resin particles having a particle size of less than 45 μm and an ethylene / octene-1 copolymer (trade name: Affinity SM1300, manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.) as a binder polymer were mixed at an ion exchange resin / binder polymer mixing ratio of 70/30. (Weight ratio), and kneaded with a Labo Plastomill at 110 ° C. for 20 minutes. The resulting kneaded product is heated and melt-pressed at 160 ° C. by a flat plate press to a thickness of 5
It was shaped into a membrane of 00 μm to obtain a heterogeneous cation exchanger layer.

【0030】陰イオン交換体層は次のようにして形成し
た。4,4’−ジフェノール0.36モルとジクロロジ
フェニルスルホン0.396モルとを反応させ、芳香族
ポリスルホンのユニットからなるm=10のプリカーサ
ー0.36モルを合成し、次いで該プリカーサー0.3
6モルとジクロロジフェニルスルホン0.324モルと
硫化ナトリウム0.378モルとを反応させ、化3で示
される芳香族ポリスルホン/ポリチオエーテルスルホン
共重合体を220g得た。
The anion exchanger layer was formed as follows. 0.36 mol of 4,4'-diphenol is reacted with 0.396 mol of dichlorodiphenylsulfone to synthesize 0.36 mol of an m = 10 precursor composed of aromatic polysulfone units.
6 mol, 0.324 mol of dichlorodiphenyl sulfone and 0.378 mol of sodium sulfide were reacted to obtain 220 g of an aromatic polysulfone / polythioether sulfone copolymer represented by Chemical formula 3.

【0031】[0031]

【化3】 Embedded image

【0032】(ただし、m=n=10である。この芳香
族ポリスルホン/ポリチオエーテルスルホン共重合体の
固有粘度は0.50である。)
(However, m = n = 10. The intrinsic viscosity of this aromatic polysulfone / polythioether sulfone copolymer is 0.50.)

【0033】次に、該共重合体75gを1,1,2,2
−テトラクロロエタン1020mlに溶解し、クロロメ
チルメチルエーテル400gおよび無水塩化スズ4.5
gをさらに添加して温度110℃に加熱して4時間かけ
てクロロメチル化反応を行った。反応終了後、メチルア
ルコール5000mlを用いて反応生成物を沈殿させ、
これを洗浄し、クロロメチル化共重合体を85g得た。
得られたクロロメチル化共重合体のクロロメチル基の導
入率は、1繰返し単位に約1.9個で、すべてトリメチ
ルアミンで反応させた場合のイオン交換容量は2.2m
eq/g樹脂であった。
Next, 75 g of the copolymer was added to 1,1,2,2
-Dissolved in 1020 ml of tetrachloroethane, 400 g of chloromethyl methyl ether and 4.5 of anhydrous tin chloride
g was further added, and the mixture was heated to a temperature of 110 ° C. and the chloromethylation reaction was carried out for 4 hours. After the reaction was completed, the reaction product was precipitated using 5000 ml of methyl alcohol,
This was washed to obtain 85 g of a chloromethylated copolymer.
The introduction rate of chloromethyl groups in the obtained chloromethylated copolymer was about 1.9 per repeating unit, and the ion exchange capacity when all were reacted with trimethylamine was 2.2 m.
It was eq / g resin.

【0034】かくして得られたクロロメチル化共重合体
50gをN,N−ジメチルホルムアミド各300mlに
溶解して15重量%溶液を調製した。冷却下に撹拌しな
がら温度0℃で1NのトリメチルアミンのN,N−ジメ
チルホルムアミド溶液の108mlをゆっくりと滴下
し、その後66gの2−メトキシエタノールを添加し、
イオン交換容量が2.0meq/gの溶液Aを得た(以
下、この溶液をアミノ化ポリマー溶液Aと称する)。
50 g of the chloromethylated copolymer thus obtained was dissolved in 300 ml of N, N-dimethylformamide to prepare a 15 wt% solution. While stirring under cooling, 108 ml of a 1N solution of trimethylamine in N, N-dimethylformamide was slowly added dropwise at a temperature of 0 ° C., and then 66 g of 2-methoxyethanol was added,
A solution A having an ion exchange capacity of 2.0 meq / g was obtained (hereinafter, this solution is referred to as an aminated polymer solution A).

【0035】アミノ化ポリマー溶液Aを、上記不均質陽
イオン交換体層の上に流延、乾燥し、イオン交換容量
2.0meq/gの陰イオン交換体層を3μm積層し
て、水素イオン選択透過膜を得た。この膜の水素イオン
選択透過性と限界電流密度を測定したところ、選択性は
140、限界電流密度は12A/dm2 であった。この
水素イオン選択透過膜を、3N硝酸溶液に60℃で5日
間浸漬し、重量減少率を測定したところ2.5%であっ
た。
The aminated polymer solution A was cast on the above heterogeneous cation exchanger layer and dried, and an anion exchanger layer having an ion exchange capacity of 2.0 meq / g was laminated in a thickness of 3 μm to select hydrogen ions. A permeable membrane was obtained. When the hydrogen ion selective permeability and the limiting current density of this membrane were measured, the selectivity was 140 and the limiting current density was 12 A / dm 2 . The hydrogen ion selective permeable membrane was immersed in a 3N nitric acid solution at 60 ° C. for 5 days, and the weight loss rate was measured to be 2.5%.

【0036】例2(比較例) 14.8重量部のジビニルベンゼン、16.9重量部の
ブチルアクリレート、53.0重量部のスチレンモノマ
ー、5.1重量部のニトリルゴム、8.5重量部の可塑
剤としてのジオクチルフタレート、1.7重量部の重合
開始剤としてのベンゾイルパーオキサイドとを含有する
モノマー溶液90mlを、ポリ塩化ビニル製の1m角の
織布に含浸させた。次いで、含浸された織布を両面から
ポリエステルフィルムではさみ、温度60℃で1.5時
間、さらに70℃に昇温して5時間加熱することにより
モノマーの重合を行い、スチレン/ジビニルベンゼン共
重合体を含浸保持する織布を得た。この織布を濃硫酸1
0リットルに浸漬処理することにより、織布に含浸保持
されたスチレン/ジビニルベンゼン共重合体をスルホン
化した。その結果、膜厚120μmであり、イオン交換
容量が2.0ミリ当量/g乾燥樹脂である、織布で補強
されたスチレン/ジビニルベンゼン共重合体からなる陽
イオン交換膜が得られた。
Example 2 (Comparative) 14.8 parts by weight divinylbenzene, 16.9 parts by weight butyl acrylate, 53.0 parts by weight styrene monomer, 5.1 parts by weight nitrile rubber, 8.5 parts by weight. 90 ml of a monomer solution containing dioctyl phthalate as a plasticizer and 1.7 parts by weight of benzoyl peroxide as a polymerization initiator was impregnated into a 1 m square woven cloth made of polyvinyl chloride. Then, the impregnated woven fabric is sandwiched between both sides with a polyester film, and the monomer is polymerized by heating at a temperature of 60 ° C for 1.5 hours, and further heating to 70 ° C for 5 hours to give a styrene / divinylbenzene copolymer weight. A woven fabric impregnating and holding the coalescence was obtained. This woven cloth is concentrated sulfuric acid 1
The styrene / divinylbenzene copolymer impregnated in the woven fabric was sulfonated by immersion in 0 liter. As a result, a cation exchange membrane composed of a styrene / divinylbenzene copolymer reinforced with a woven fabric having a film thickness of 120 μm and an ion exchange capacity of 2.0 meq / g dry resin was obtained.

【0037】得られた陽イオン交換膜の表面に例1と同
様のアミノ化ポリマ−溶液Aを流延、乾燥し、陰イオン
交換体層を3μm積層した。この複層膜の水素イオン選
択透過性と限界電流密度を測定したところ、選択性は1
40、限界電流密度は12A/dm2 であった。この水
素イオン選択透過膜を、3N硝酸溶液に60℃で5日間
浸漬し、重量減少率を測定したところ25%であった。
例2の膜に比べ、例1の膜は耐薬品性が良好であった。
On the surface of the obtained cation exchange membrane, the same aminated polymer solution A as in Example 1 was cast and dried, and an anion exchanger layer having a thickness of 3 μm was laminated. When the hydrogen ion selective permeability and the limiting current density of this multilayer film were measured, the selectivity was 1
40, the limiting current density was 12 A / dm 2 . The hydrogen ion selective permeable membrane was immersed in a 3N nitric acid solution at 60 ° C. for 5 days, and the weight loss rate was measured to be 25%.
The film of Example 1 had better chemical resistance than the film of Example 2.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明の水素イオン選択透過膜は、耐薬
品性に優れ、低濃度廃酸溶液から高純度の酸を濃縮回収
したり、pH調製等の脱酸プロセスに有利に適用でき
る。本発明の水素イオン選択透過膜は、重合や反応とい
う工程がなく比較的簡便な工程により陽イオン交換膜が
安価に得られるため、水素イオン選択透過膜も安価なも
のが得られる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The hydrogen ion selective permeable membrane of the present invention has excellent chemical resistance and can be advantageously applied to a deoxidation process such as concentrated recovery of a high-purity acid from a low-concentration waste acid solution or pH adjustment. In the hydrogen ion selective permeable membrane of the present invention, a cation exchange membrane can be obtained at a low cost by a relatively simple process without the steps of polymerization and reaction, and thus a cheap hydrogen ion selective permeable membrane can be obtained.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】陽イオン交換樹脂の粒子およびバインダー
ポリマーから構成される不均質陽イオン交換体層と、そ
の少なくとも一方の表面に積層された陰イオン交換体層
との複層膜からなる水素イオン選択透過膜。
1. A hydrogen ion comprising a multi-layered film comprising a heterogeneous cation exchange layer composed of cation exchange resin particles and a binder polymer, and an anion exchange layer laminated on at least one surface thereof. Selective permeable membrane.
【請求項2】陰イオン交換体層が、イオン交換容量0.
5〜4meq/g乾燥樹脂、固定イオン濃度1〜10m
eq/gH2 O、膜厚0.1〜150μmである請求項
1の水素イオン選択透過膜。
2. The method according to claim 1, wherein the anion exchanger layer has an ion exchange capacity of 0.1.
5-4 meq / g dry resin, fixed ion concentration 1-10m
The hydrogen ion selective permeable membrane according to claim 1, having an eq / gH 2 O and a film thickness of 0.1 to 150 μm.
【請求項3】陰イオン交換体層が、実質的に芳香族環と
連結基から構成されたセグメントであって、陰イオン交
換基が導入されたセグメントと陰イオン交換基が実質的
に導入されていないセグメントとのブロック共重合体か
らなる請求項1または2の水素イオン選択透過膜。
3. An anion-exchanger layer is a segment substantially composed of an aromatic ring and a linking group, wherein the anion-exchange group-introduced segment and the anion-exchange group are substantially-introduced. The hydrogen ion-selective permeable membrane according to claim 1 or 2, which is composed of a block copolymer with a segment not present.
【請求項4】陽極側の水素イオンを含有する水溶液か
ら、水素イオンを隔膜を通じて選択的に陰極側に透過さ
せる電気透析方法であって、上記隔膜が陽イオン交換樹
脂の粒子およびバインダーポリマーから構成される不均
質陽イオン交換体層と、その少なくとも一方の表面に積
層された陰イオン交換体層との複層膜からなる水素イオ
ン選択透過膜である電気透析方法。
4. An electrodialysis method for selectively permeating hydrogen ions from an aqueous solution containing hydrogen ions on the anode side through a diaphragm, wherein the diaphragm comprises cation exchange resin particles and a binder polymer. An electrodialysis method which is a hydrogen ion selective permeable membrane comprising a multi-layer membrane comprising a heterogeneous cation exchanger layer and an anion exchanger layer laminated on at least one surface thereof.
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