CN104185609B - 通液型电容器、去离子液制造装置、及去离子液制造方法 - Google Patents

Abstract

<b>本发明是多个单元叠层的通液型电容器，其中，单元具备第</b><b>1</b><b>电极、第</b><b>2</b><b>电极、以及介于第</b><b>1</b><b>电极与第</b><b>2</b><b>电极之间的隔离片，第</b><b>1</b><b>电极具备石墨片构成的第</b><b>1</b><b>集电体片、叠层于第</b><b>1</b><b>集电体片的第</b><b>1</b><b>多孔质碳片、以及叠层于第</b><b>1</b><b>多孔质碳片的阳离子交换膜，第</b><b>2</b><b>电极具备石墨片构成的第</b><b>2</b><b>集电体片、叠层于第</b><b>2</b><b>集电体片的第</b><b>2</b><b>多孔质碳片、以及叠层于第</b><b>2</b><b>多孔质碳片的阴离子交换膜，阳离子交换膜与阴离子交换膜隔着隔离片对置配置，第</b><b>1</b><b>集电体片及第</b><b>2</b><b>集电体片中的至少一方具有翼部，至少</b><b>2</b><b>个以上的翼部相互之间用与翼部接触着配置的导电片电连接。</b>

Description

通液型电容器、去离子液制造装置、及去离子液制造方法

技术领域

本发明涉及用于吸附去除液中的离子进行去盐的通液型电容器（flowthroughcapacitor）、去离子液制造装置、及去离子液制造方法。

背景技术

已知有利用静电力去除液中的离子用的通液型电容器。使用通液型电容器的去盐方法，由于能够将离子吸附时提供的电能贮存于电容器，在离子脱离时回收电能，因此是能量效率优异的去盐方法。又，通液型电容器即使在低电压下也能够运行。而且，在通液型电容器中，由于在离子吸附时和脱离时转换极性，因此装置内部不容易生垢（scaling）。从这些点出发，通液型电容器是设备优异高的去盐方法。

例如，下述专利文献1公开了以至少一方的离子吸附用电极是多孔性金属箔为特征的通液型电容器。又，下述专利文献2公开了包含含有多孔质材料且形成为能够吸附相反电荷的离子的结构的可充电电极、以及与可充电电极的多孔质材料接触的离子交换材料的电极装配件。而且，公开了在该电极装配件中，离子交换材料与可充电电极相同地充电，又，离子交换材料对于相反电荷的离子能够透过，而且对于相同电荷的离子至少部分不能透过。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2011－167643号公报

专利文献2:日本特表2010－513018号公报

发明内容

发明要解决的问题

参照图9及图10对通液型电容器110的结构进行说明。图9是说明通液型电容器110的单元构造用的部分分解模式图。图10是将通液型电容器110的各单元组装时的图9的X－X'断面的模式图。如图9及图10所示，通液型电容器110是将具备吸附液中的离子用的2个电极101、102和介于电极101与电极102之间的隔离片3的单元120多单元重叠而构成。各电极101分别具备集电体1a（1a'）和分别叠层于集电体1a（1a'）的多孔质碳片1b（1b'）。各电极102分别具备集电体2a和分别叠层于集电体2a的多孔质碳片2b。各电极101、102相互为对极。而且将单元120多单元重叠形成的叠层体用例如金属制的紧固螺栓5a、5b紧固。紧固螺栓5a将在各单元120中以不与多孔质碳片1b（1b'）对置的方式分别设置于集电体1a的翼部（tabportions）1d电气连接。同样，紧固螺栓5b将在各单元120中以不与多孔质碳片2b对置的方式设置于集电体2a的翼部2d电气连接。而且，借助于用紧固螺栓5a或紧固螺栓5b紧固的翼部1d或翼部2d，将多个集电体1a相互间或多个集电体2a相互间分别电气连接。

在通液型电容器110，例如，被处理液向图9的空白箭头所示的方向流通液体。一边利用未图示的外部电源在电极101与电极102之间施加电压一边向由电极101和电极102形成的电容器间通液的情况下，通过的液中的离子被吸附于多孔质碳片1b（1b'）、多孔质碳片2b。而且被电容器吸附去除了离子后的处理液到达各单元中央部设置的通液孔8，通过通液孔8被排出到外部。

如上所述，在通液型电容器110中，通过用金属制紧固螺栓5a、5b将同极的集电体1a的翼部1d相互间或者集电体2a的翼部2d相互间紧固，由此，同极的集电体1a相互间以及集电体2a相互间实现了电气连接。仅利用这样的紧固螺栓进行紧固，在被处理液中含高浓度的离子，或以高流量对被处理液实施处理的情况下，存在导电性不足，离子去除率低的问题。特别是，集电体采用石墨（graphite）片那样的电导率在片的面方向高而在垂直方向低的、电导率各向异性高的材料的情况下，由于垂直方向的导电性不足，存在离子去除率低的情况。

解决课题用的手段

本发明的一个形态是一种通液型电容器，它是将多个单元叠层形成的通液型电容器，其中，单元具备第1电极、第2电极、以及介于第1电极与第2电极之间的隔离片，第1电极具备石墨片构成的第1集电体片、叠层于第1集电体片的第1多孔质碳片、以及叠层于第1多孔质碳片的阳离子交换膜，第2电极具备由石墨片构成的第2集电体片、叠层于第2集电体片的第2多孔质碳片、以及叠层于第2多孔质碳片的阴离子交换膜，阳离子交换膜与阴离子交换膜隔着隔离片对置配置，第1集电体片及第2集电体片中的至少一方具有不与所述各多孔质碳片对置的翼部，至少2个以上的翼部相互之间利用以与该翼部的表面接触的方式配置的导电片电气连接。

又，本发明的另一形态是一种去离子液制造装置，它具备如上所述的通液型电容器、直流电源、以及收纳通液型电容器的容器，直流电源以正极侧和负极侧的极性能够相互交换的方式被连接于第1电极及第2电极，容器具备用于向通液型电容器提供含有离子性物质的液体的供液口、以及用于从通液型电容器排出处理过的液体的排液口。

再者，本发明的又一形态是一种去离子液制造方法，它是使用如上所述的去离子液制造装置的去离子液制造方法，具备如下所述工序：一边利用直流电源对第1电极及第2电极施加电压，一边从供液口提供含有离子性物质的被处理液，以使各电极表面吸附来自离子性物质的离子，从排液口排出已去除了离子性物质的处理液的第1工序；以及一边使各电极的正极与负极的极性与第1工序相反地施加电压，一边从供液口提供含有离子性物质的被处理液，以使各电极表面上附着的离子脱离，从排液口排出含有离子的离子浓缩液的第2工序。

本发明的目的、特征、形态、及优点，借助于下述详细的说明和添附的附图能够变得更清楚。

发明效果

根据本发明，与已有的通液型电容器相比，能够提供离子性物质的去除能力高的通液型电容器、去离子液的制造方法、以及去离子液制造装置。

附图说明

图1是用于说明第1实施方式的通液型电容器100的构造的要部的部分分解斜视模式图。

图2A是通液型电容器100的俯视模式图。

图2B是通液型电容器100的正视模式图。

图3A是用于说明通液型电容器的导电片的配置图案的例子的模式图。

图3B是用于说明通液型电容器的导电片的配置图案的例子的模式图。

图4是用于说明具备第1实施方式的通液型电容器100的去离子液制造装置200的构造的模式说明图。

图5A是用于说明通液型电容器100中的电容器结构的作用的第1阶段的说明图。

图5B是用于说明通液型电容器100中的电容器结构的作用的第2阶段的说明图。

图5C是用于说明通液型电容器100中的电容器结构的作用的第3阶段的说明图。

图6是将实施例1的通液型电容器运行时电流及电压随时间（秒）的变化作成曲线的曲线图。

图7是将实施例1的通液型电容器运行时电导率随时间（秒）的变化作成曲线的曲线图。

图8是将实施例及比较例的通液型电容器运行时相对于水流量率的平均去除率作成曲线的曲线图。

图9是用于说明已有的通液型电容器的单元结构用的模式分解图。

图10是图9的X－X'断面附近的模式图。

符号说明

1、101　第1电极

1a、1a'′　第1集电体片

1b、1b'′　第1多孔质碳片

1c　阳离子交换膜

1d、2d、D　翼部（tabportion）

2、102　第2电极

2a　第2集电体片

2b　第2多孔质碳片

2c　阴离子交换膜

3　隔离片

4　金属板

5a、5b　紧固螺栓

6a、6b、C　导电片

8　通液孔

10、120　单元

15a、15b　端子

20　直流电源

30　容器

31　供液口

32　排液口

100、110　通液型电容器

200　去离子液制造装置

W1　被处理液

V1、V2　阀

具体实施方式

对本发明的实施方式的通液型电容器的构造进行说明。

图1是用于说明本实施方式的通液型电容器100的构造要部的部分分解斜视模式图，图2A是通液型电容器100的俯视模式图，图2B是其正视模式图。

本实施方式的通液型电容器100，如图1所示，具有将多个单元10叠层而形成的电容器结构。各单元10具备第1电极1、第2电极2以及介于第1电极1和第2电极2之间的隔离片3。还有，在图1中，为了说明方便，对层的一部分，模式地图示了将叠层结构展开地进行分解时的样子。

第1电极1具备：第1集电体片1a或第1集电体片1a'；叠层于第1集电体片1a（1a'）的第1多孔质碳片1b（1b'）；以及叠层于第1多孔质碳片1b（1b'）的阳离子交换膜1c（1c'）。第2电极2具备：第2集电体片2a；叠层于第2集电体片2a的第2多孔质碳片2b；以及叠层于第2多孔质碳片2b的阴离子交换膜2c。阳离子交换膜1c（1c'）与阴离子交换膜2c隔着隔离片3对置配置。还有，第1集电体片1a及第1多孔质碳片1b、第2集电体片2a及第2多孔质碳片2b、阳离子交换膜1c及阴离子交换膜2c，大致在中央部具有用于使经电容器结构的单元10去离子的液体通过的通液孔8。另一方面，第1集电体片1a'及第1多孔质碳片1b'、阳离子交换膜1c'为了限制通液方向不具备通液孔8，而形成最上层的单元。

第1集电体片1a、1a'具有不与第1多孔质碳片1b、1b'对置的翼部1d，第2集电体片2a具有不与第2多孔质碳片2b对置的翼部2d。多个翼部1d相互之间以及多个翼部2d相互之间，分别用导电性紧固螺栓5a、5b紧固。这样的紧固螺栓5a、5b使多个翼部1d相互之间或多个翼部2d相互之间通过将它们相互在表面接触而由此进行电气连接。将多个翼部1d相互之间紧固的紧固螺栓5a及将多个翼部2d相互之间紧固的紧固螺栓5b，如下所述分别连接于直流电源的一电极侧及另一电极侧。而且使多个第1集电体片1a相互之间或多个第2集电体片2a相互之间为等电位。

在通液型电容器100中，如图1、图2A及图2B所示，多个翼部1d相互之间通过以与各翼部1d的表面接触的方式配置的1枚导电片6a实现电气连接。同样，多个翼部2d相互之间通过以与各翼部2d的表面接触的方式配置的1枚导电片6b实现电气连接。这样，多个翼部1d相互之间或多个翼部2d相互之间通过导电片6a或导电片6b连接，借助于此，多个第1集电体片1a相互之间或多个第2集电体片2a相互之间在与片面平行的方向上电气连接。采用这样的与片面平行方向的连接，即使是例如第1集电体片或第2集电体片采用像石墨（graphite）片那样电导率在片的面方向上高、在垂直方向上低的电导率各向异性高的片状材料的情况下，也能够得到充分的导电性。借助于此，即使是被处理的液体中含有高浓度的离子性物质，或以高流量实施对液体的处理的情况下，也能够维持高的离子去除率。

还有，图1、图2A及图2B所示的集电体片中，在1枚集电体片的一边上设置2个部位的翼部，但是对1枚集电体片的翼部的数目没有特别限定，可以只是1个部位，也可以是3个部位以上。又，导电片最好是配置为，以同极的多个集电体片的翼部相互之间相互导通的方式与翼部直接接触。图3A及图3B中表示导电片的配置图案的一个例子。作为配置图案，可以像图3A所示的配置图案那样配置导电片C，以将翼部D逐层蜿蜒曲折围起来（meanderalong），也可以如图3B所示那样配置导电片C，以将多层翼部D的叠层体蜿蜒曲折围起来。

作为导电片，只要是耐腐蚀性高的导电片就可以采用，没有特别限定。作为这样的导电片的具体例子，可以列举有例如钛或钛合金构成的钛类金属、金、白金、银、或这些金属的复合材料等构成的金属箔、或石墨片等。这些材料中，从兼顾耐腐蚀性、导电性、低成本的考虑出发，最好是采用钛类金属形成的钛箔。

作为导电片的厚度，以20～200μm为宜，进一步，从维持高导电性同时不要占有过大的空间考虑，以30～100μm为宜。

又，作为紧固螺栓，最好是使用采用了金属螺栓等导电性螺栓及螺帽的螺栓?螺帽结构的紧固手段。还有，通液型电容器由于被使用于被处理液的去盐，采用钛或钛合金构成的钛螺栓那样的耐腐蚀性高的金属螺栓特别理想。又，作为紧固手段，不限于螺栓结构，也可以采用夹子状的构件将其夹住等的手段。

又，用紧固螺栓紧固时，存在因紧固压力导致集电体片和导电片损坏的情况。为了防止发生这样的损坏，最好是在紧固螺栓的螺栓头与导电片之间夹入图1所示的钛板等耐腐蚀性和导电性优异的金属板4以分散紧固压力。这样的金属板4的厚度没有特别限定，但最好是大约0.5～5mm。在这种情况下，通过金属板、紧固螺栓、集电体片、导电片导通，使它们电气连接。

还有，1个单元由夹着隔离片的2个电极构成。单元数目与隔离片的数目大致一致。本实施方式的通液型电容器的单元数目没有特别限定，具体地说，以例如3～100为宜，5～50左右则更理想。

下面对构成通液型电容器100的其他要素进行详细说明。

第1集电体片及第2集电体片采用石墨片。作为石墨片的具体例子，可以列举例如将膨胀石墨成形的石墨片等。石墨片能够兼顾耐腐蚀性、高导电性、低成本。另一方面，石墨片具有厚度方向的电导率比片的面方向的电导率低的特征。将这样的电导率具有各向异性的石墨片作为集电体使用，利用紧固螺栓等紧固翼部的情况下，存在厚度方向的导电性低，片的面方向的导电性高的倾向。本实施方式的通液型电容器中，将导电片配置为与石墨片的翼部接触并且将多个翼部相互之间电气连接，这样可以充分利用石墨片的面方向的高导电性。作为石墨片的厚度，最好是100～500μm。

作为第1多孔质碳片及第2多孔质碳片，可以举出例如将活性炭颗粒那样的多孔质碳颗粒用粘接剂粘结而得到的成形片。

作为活性炭颗粒的具体例子，可以列举有例如木材、锯屑、木炭、椰子壳、核桃壳等果壳、果实种子、制造纸浆的副产物、木质素、废糖蜜等植物类活性炭颗粒；将泥灰石、泥炭、褐炭、褐煤、烟煤、无烟煤、焦炭、煤焦油、煤沥青、石油蒸馏残渣、石油沥青等碳化并活性化而得到的矿物类活性炭颗粒；将苯酚、莎纶（Saran，一种合成纤维的商品名）、丙烯酸树脂等碳化并活性化而得到的合成树脂类活性炭颗粒；将再生纤维（人造丝）等碳化并活性化而得到的天然纤维类活性炭颗粒等。这些当中，从吸附性能优异的方面考虑，椰子壳活性炭颗粒特别理想。

活性炭颗粒的中心粒径以1～100μm为宜，2～50μm则更理想，最好是3～30μm。这里所谓中心粒径是指，在粒度分布中全部颗粒的质量的累计值为50％时的粒径。这样的中心粒径可以采用例如日机装（株式会社）制造的Microtrac粒度分布测定装置（MT3300）测定。活性炭颗粒的中心粒径过小的情况下，使用的粘接剂量大，活性炭占的比例变小，因此存在离子捕捉能力下降的倾向。又，活性炭颗粒的中心粒径过大的情况下，得到的活性炭片的表面均匀性变差，有离子捕捉能力下降的倾向。

又，活性炭颗粒的比表面积以700～2500m ² ／g为宜，1500～2000m ² ／g则更理想。比表面积过小的情况下，去离子能力下降，同时在使电极的极性为相反极性以使活性炭片表面吸附的离子脱离时，存在离子不容易脱离的倾向。又，比表面积过大的情况下，不仅每单位体积的性能下降，而且使用的粘接剂量增多，活性炭所占的比例变少，因此存在离子捕捉能力下降的倾向。比表面积可以利用例如下述方法测定。使用日本BEL（株式会社）制的BELSORP-mini等测定活性炭在77Ｋ的氮吸附等温线。而且，根据得到的氮吸附等温线，利用BET式借助于多点法进行分析，从得到的曲线的相对压力p／p ₀ ＝0.01～0.1的区域的直线，能够计算出比表面积。

又，活性炭颗粒的细孔容积以0.5～1.2mL／g为宜，更理想的是0.7～1.0mL／g。细孔容积过小的情况下，使电极的极性反向以使活性炭片表面吸附的离子脱离时有离子不容易脱离的倾向。而细孔容积过大的情况下，存在每单位体积的性能下降的倾向。细孔容积可以利用例如下述方法测定。使用BELSORP-mini等测定活性炭在77Ｋ的氮吸附等温线。而且可以利用下式从相对压力p／p ₀ ＝0.99的标准状态下的氮吸附体积（mL／g）计算出细孔容积。

细孔容积＝（p／p ₀ ＝0.99的标准状态下的氮吸附体积）×28／22400／0.808

又，活性炭颗粒的平均细孔直径以1.5～2.4nm为宜，更理想的是1.6～2.2nm。平均细孔直径过小的情况下，使电极的极性反向以使活性炭片表面吸附的离子脱离时存在离子不容易脱离的倾向。又，平均细孔直径过大的情况下，存在每单位体积的性能下降的倾向。平均细孔直径可利用下式从如上所述求得的比表面积与细孔容积计算出。

平均细孔直径=细孔容积×4000／比表面积

又，活性炭颗粒的表面官能团量以0.1～0.8meq／g为宜，0.2～0.5meq／g则更理想。表面官能团量过小的情况下，由于活性炭颗粒的表面电荷的影响，存在片的成形困难的倾向。又，表面官能团量过多的情况下，存在性能耐久性下降的倾向。表面官能团量可以用例如下述方法测定。用调节到120℃的恒温烘干器真空烘干8～10小时后，放置于作为干燥剂放入了硅胶的干燥器中使其冷却。然后，将放置于100mL的锥形烧瓶中冷却的活性炭1g正确称量到0.1mg的单位。然后，在称量活性炭的锥形烧瓶中加入50mL的N／10的乙醇钠乙醇溶液，以160rpm在25℃振荡24小时。然后，在振荡后利用离心分离方法将上清液与沉淀分离，在100mL的三角烧瓶中正确称量20mL上清液，将达到pH4.0的点为滴定终点，用N／10盐酸进行滴定，求出试样滴定量。另一方面，用不含试样的溶液进行空白试验，也求出空白试验的滴定量。然后，利用下式计算表面官能团量。

表面官能团量＝（（空白试验的滴定量）－（试样滴定量））×0.1×f（盐酸系数）×50／20

活性炭片是将含活性炭颗粒和粘接剂的混合物成形为片状得到的。还有，在使用于净水用的情况下，作为粘接剂采用对生物体无害的粘接剂是最理想的。活性炭片中包含的活性炭颗粒的比例以50～99质量％为宜，80～95质量％则更理想。活性炭片中包含的活性炭颗粒的比例过低的情况下存在性能下降的倾向。

作为粘接剂的具体例子，可以举出例如聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、氟乙烯-全氟烷氧基乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚酰胺等。从粘接性和稳定性等考虑，这些当中以聚四氟乙烯为理想。

活性炭片也可以进一步含有导电材料。通过配合有导电材料，可以使活性炭片有优异的导电性。作为这样的导电材料的具体例子，可以举出例如乙炔黑、灶黑（Ketjenblack）、石墨等碳类材料；金、白金、银等贵金属；氮化钛、碳化钛硅（titaniumsiliconcarbide）、碳化钛，硼化钛，硼化锆等高导电性陶瓷等。这些材料中，从成本和加工性优异的方面考虑，以碳类材料为最理想。

活性炭片的厚度没有特别限定，但在200～500μm左右时电阻不会太高，比较理想。

作为隔离片的具体例子，可以举出例如合成纤维的树脂网、织物、纸状集合体、将合成纤维或再生纤维集成的无纺布等。这些材料中，树脂网和无纺布，特别是树脂网，其通液性及经济性优异，是理想的隔离片。

作为隔离片的材料，可以举出例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚酰胺、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚醚醚酮等。这些当中，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯，特别是聚对苯二甲酸乙二醇酯，从低成本、加工性优异考虑，是理想的材料。

隔离片的厚度以50～250μm为宜，70～150μm则更理想。隔离片的厚度过于厚的情况下，通电时单元间的电阻变高，因此有离子捕捉能力降低的倾向。又，其厚度过薄的情况下，存在通液阻力变大的倾向。

又，隔离片的开孔率以20～80％为宜，30～70％则更理想。隔离片的开孔率过小的情况下，通液阻力变得过大，液体通过困难。而且在过大的情况下，开孔部内部短路，恐怕会失去作为通液型电容器的性能。

对阴离子交换膜也没有特别限定，具体地说，可以举出含例如具有季氨基（quaternaryaminogroup）等阴离子交换基的苯乙烯类树脂、丙烯酸类树脂、氟类树脂等离子交换树脂的膜。又，阳离子交换膜也没有特别限定，具体地说，可以举出含例如具有磺基、羧基等阳离子交换基的苯乙烯类树脂、丙烯酸类树脂、氟类树脂等离子交换树脂的膜。

图4是用于说明具备第1实施方式的通液型电容器100的去离子液制造装置200的结构的模式说明图。对具备通液型电容器100的去离子液制造装置200的动作将参照图4进行说明。去离子液制造装置200具备通液型电容器100、直流电源20、以及收容通液型电容器100的容器30。直流电源20以可交换正极侧和负极侧的方式通过配线20a、20b与将通液型电容器100的第1电极1或第2电极2加以紧固的紧固螺栓5a、5b连接。容器30具备用于对通液型电容器100提供含有离子性物质的被处理液的供液口31、以及用于排出由通液型电容器100处理过的处理液的排液口32。又，容器30具备用于向紧固螺栓5a、5b通电的端子15a、15b。

为了利用去离子液制造装置200对含有离子性物质的被处理液实施去离子处理，首先，从供液口31向容器30内提供含离子性物质的水等的被处理液W1。被处理液W1在容器30内沿着图4中箭头所示的流路流通液体。然后，被处理液W1经过设置于通液型电容器100中央部的通液孔8从排液口32排出。一边提供被处理液W1一边从直流电源20通过分别连接于紧固螺栓5a、5b的端子15a、15b对通液型电容器100施加电压。而且，一边施加电压一边从容器30的排液口32排出去离子液。

被处理液W1中包含的离子在通过第1电极1与第2电极2之间时被第1多孔质碳片1b及第2多孔质碳片2b静电吸附、捕捉。而且，在第1多孔质碳片1b或第2多孔质碳片2b的表面有大量离子被吸附的情况下，通过打开阀V1，关闭阀V2，由此切换到离子浓缩液回收路径。而且，使电极的极性反向，以便能够回收浓缩的离子。如此，能够使第1多孔质碳片及第2多孔质碳片的吸附能力再生（恢复）。

切换电极的周期没有特别限定，但是，反复切换吸附工序与脱离工序，以使吸附工序的时间/脱离工序的时间为1～5为宜，更理想的是1.5～4.5。

对通液型电容器100的单元10的各电容器的作用进行说明。

如图5A所示，在对通液型电容器100施加电压前，即使向各单元10通入被处理液W1，第1电极1及第2电极2也不能够捕捉到液中的阴离子（－）及阳离子（＋），离子在两电极之间通行无阻。如图5B所示，在第1电极1连接直流电源的负极侧，在第2电极2连接直流电源的正极侧，以在两极间施加电压的情况下，阳离子能通过在第1电极1的表面配置的阳离子交换膜1c，因此被第1电极1的第1多孔质碳片1b所吸附，另一方面，阴离子能通过在第2电极2的表面配置的阴离子交换膜2c，因此被第2电极2的第2多孔质碳片2b所吸附。而且，随着通液量的增加，逐渐地，第1电极1及第2电极2的离子吸附量增加，离子捕捉能力逐渐降低。然后，如图5C所示，在第1电极1连接直流电源的正极侧，在第2电极2连接直流电源的负极侧，对两极间施加与吸附时相反的电压。在这种情况下，第1电极1上吸附的阳离子及第2电极2上吸附的阴离子脱离，释放到通过的液中。这时，释放的阳离子不能够通过配置于第2电极2表面的阴离子交换膜2c，因此不被第2电极2所吸附。同样，释放的阴离子不能够通过配置于第1电极1表面的阳离子交换膜1c，因此不被第1电极1所吸附。这样，第1电极1及第2电极2再度吸附离子的行为得以抑制，因此这时通过的液体中含有高浓度的离子。从而，通过定期排出这种含有高浓度的离子的液体，能够高效率地去除液中的离子。

作为使用通液型电容器100去除液中的离子用的通液方式，可以采用对被处理液的原液进行全量过滤的全过滤方式，也可以采用循环过滤方式。通液条件没有特别限定，但是以5～100hr ^-1 的空间速度（SV）进行时压力损失不会太高，从这点考虑，是比较理想的条件。

还有，通过将排出的液体的电导率与通液开始后流过的通液量的关系制成二维图，能够监视离子去除能力的状态。又，液中的离子浓度与水的电导率有关，因此通过测定去离子处理前和去离子处理后的液体的电导率，能够计算离子去除率。又，液中的离子浓度也可以利用例如离子色谱法等方法测定。

向去离子液制造装置200提供电力的直流电源20的种类没有特别限定。可以使用将100V的市电调整电压并变换成直流后的电压，也可以使用电池、蓄电池供电。又，在室外使用的情况下，也可以采用太阳能电池、风力发电机、燃料电池、热电联产（cogeneration）等独立电源。又由于通液型电容器本身具有蓄电能力，也可以将多个通液型电容器连接，相互将被蓄电的电力交互作为电源使用。直流电源的电压没有特别限定，在采用本实施方式的通液型电容器100的情况下，利用1.5～2V那样的低电压也能够运行。

以上说明的本发明的通液型电容器及去离子液制造装置，可以单独使用于含有离子性物质的水等的去离子处理，也可以与其他公知的净水手段等水处理手段组合使用。作为公知的水处理手段的具体例子，可以举出例如包含无纺布过滤器、陶瓷过滤器、活性炭等各种吸附材料、矿物质添加材料、陶瓷过滤材料、中空纤维膜过滤材料、离子吸附材料等的水处理手段。

以下利用实施例对本发明进一步进行更具体的说明。还有，本发明的范围不受以下的实施例的内容的任何限定。

实施例

［实施例1］

作为多孔质碳片采用活性炭片A1，该活性炭片A1含有相对于100质量份的中心粒径6μm、比表面积1700m ² ／g、细孔容积0.73mL／g、平均细孔直径1.7nm、表面官能团量0.33meq／g的活性炭颗粒（以椰子壳为原料的活性炭颗粒、KURARAYCHEMICAL（株式会社）制GW－H）为10质量份的聚四氟乙烯粘接剂。活性炭片A1厚度为250μm，使用切断为纵60mm、横60mm的活性炭片。

作为集电体片，采用将膨胀石墨压缩成形而形成的厚度为250μm的石墨片（SGLCARBONJAPAN（株式会社）制的SIGRAFLEXSGRAFHITEFOIL）切断为纵60mm、横60mm并且进一步切断为相对于一个边的中央均等地具有两个纵50mm、横20mm的翼部的形状的片。而且在翼部的中央部设置使得用于紧固叠层体的螺栓通过的直径6.5mm的孔。

又，作为隔离片，采用厚度90μm、线径62μm、网眼80μm、开孔率32％的聚酯制造的树脂网（SefarAG制的PETEX07-80/32）切断为纵68mm、横68mm的构件。

再者，作为阴离子交换膜，采用将厚度130μm的旭硝子（株式会社）制造的SelemionAMV切断为纵64mm、横64mm的膜，作为阳离子交换膜，采用将厚度130μm的旭硝子（株式会社）制造的SelemionCMV切断为纵64mm、横64mm的膜。

将上述的活性炭片、集电体片、隔离片、阴离子交换膜、及阳离子交换膜叠层形成叠层体。具体地说，按照集电体片、活性炭片、阳离子交换膜、隔离片、阴离子交换膜、活性炭片、集电体片、活性炭片、阴离子交换膜???阳离子交换膜、活性炭片、集电体的顺序叠层，形成具有10个单元的电容器结构的叠层体。还有，叠层体的各结构要素的纵60mm、横60mm的区域重叠，各集电体片的翼部配置为夹着隔离片的最近层的翼部相互之间向着相反方向。又，在形成除最上层外的各层的集电体片、隔离片、阴离子交换膜、及阳离子交换膜的各自的中央部形成用于通过已去离子的被处理液的直径9mm的通液孔。

而且，如图2A及图2B所示，在叠层体的各方向重叠的多个翼部相互之间分别用2个钛制螺栓（合计4个）及螺帽紧固，由此将叠层体固定。这时，同方向的翼部之间，将宽度20mm、厚度100μm的1片带状的钛箔如图1所示那样与片面重叠并且隔着翼部折叠地配置。又，为了防止在用螺栓紧固时紧固压力导致集电体损坏，在叠层体的最上层和最下层与螺栓头之间分别配置厚度2mm、宽度15mm的钛板。这样做，将作为通液型电容器的叠层体紧固固定。

然后，将得到的通液型电容器收容于树脂制的容器中。还有，容器的内部形状为纵170mm、横70mm、高50mm的大致长方体的形状，具有直径9mm的供液流路和直径9mm的排液流路。又，在容器的顶面配置与容器中收容的通液型电容器的钛制螺栓电气连接的2个电极的端子。通过将通液型电容器密闭收容于容器内，制成去离子液制造装置。而且在露出于外部的各端子上分别连接直流电源的负极侧和正极侧。

然后，以100mL／分的流量向得到的去离子液制造装置通入约1000μS／cm的食盐水。然后从直流电源向各电极的端子提供电力。还有，以电压上限1.5V、电流上限20A的恒流恒压控制（CC-CV）实施电力供给。还有，为了使活性炭片再生，使端子上连接的直流电源的极性定期反向。具体地，以吸附时180秒－脱离时60秒的周期作为1周期使极性反转，以这一周期重复运行多个周期。电流和电压随时间（秒）的变化如图6的曲线图所示。

按每通过预定的通水量测定从去离子液制造装置排出的处理水的电导率，从原水的食盐水的电导率与处理水的电导率计算出离子的去除率。具体地，测定提供给去离子液制造装置的水的电导率（μS/cm）及从去离子液制造装置排出的水的电导率（μS/cm），利用下式计算出离子去除率。

离子去除率（％）＝（供给水的电导率－排出水的电导率）／排出水的电导率×100　还有，吸附时排出的水的电导率下降，脱离时排出的水的电导率增加。吸附量以第1周期为最大，每重复一周期吸附量逐渐下降。以吸附与脱离的平衡达到稳定的第10周期的吸附量作为单元的吸附量进行处理。相对于时间（秒）进行图示的电导率的变化示于图7的曲线图。计算平均去除率，得出84％。结果表示于表1。

[表1]

［实施例2～4］

取代以100mL／分的流量通水，而以250mL／分、400mL／分、或1000mL／分的流量通水外，除此之外，与实施例1一样进行对去离子液制造装置的特性进行评价。其结果示于表1。

［实施例5～8］

取代形成具有10个单元的电容器结构的叠层体，形成具有以同样的顺序将各层叠层的20个单元的电容器结构的叠层体，作成通液型电容器及去离子液制造装置外，除此之外，与实施例1～4一样进行对去离子液制造装置的特性进行评价。其结果示于表1。

［比较例1～8］

以不在翼部间配置钛箔的方式作成通液型电容器及去离子液制造装置，除此之外，与实施例1～8一样进行对去离子液制造装置的特性进行评价。其结果示于表1。

根据将实施例1～4与比较例1～4的比较、以及实施例5～8与比较例5～8的比较结果绘制成的图8，可知相同单元数的通液型电容器以相同的通水流量运行的情况下，在翼部配置钛箔的实施例与比较例相比离子的平均去除率显然更高。又，特别是通水流量在400mL／分以下的情况下，通水量越是增加，配置钛箔导致的离子平均去除率的提高越是显著。这样的平均去除率的提高，被认为是由于配置钛箔，集电体在与片面平行的方向上连接，电导率提高了。

工业应用性

本发明的通液型电容器及去离子液制造装置被使用于要求实施去盐处理的各种用途。具体地，可以使用于例如自来水和工业用水的去盐处理、海水淡水化装置、地下水的饮料适用水装置等，用途很广。特别是由于本发明的通液型电容器及去离子水制造装置离子吸附能力高，因此能够以较少的电力运行。从而，作为例如处理家用自来水的各种净水装置，更具体地，作为家用净水器、软水器、厕所的便座等具备的局部清洗装置等具备的洗涤水的去盐装置是理想的。

Claims (12)

1.一种通液型电容器，由多个单元叠层形成，其特征在于，

所述单元具备：第1电极；第2电极；以及介于所述第1电极和所述第2电极之间的隔离片，

所述第1电极具备：石墨片构成的第1集电体片；叠层于该第1集电体片的第1多孔质碳片；以及叠层于该第1多孔质碳片的阳离子交换膜，

所述第2电极具备：石墨片构成的第2集电体片；叠层于该第2集电体片的第2多孔质碳片；以及叠层于该第2多孔质碳片的阴离子交换膜，

所述阳离子交换膜与所述阴离子交换膜隔着所述隔离片对置配置，

所述第1集电体片及所述第2集电体片中的至少一方具有不与所述各多孔质碳片对置的翼部，

至少2个以上的所述翼部相互之间用与该翼部接触着配置的导电片电连接。

2.根据权利要求1所述的通液型电容器，其特征在于，

所述导电片是钛箔或钛合金箔。

3.根据权利要求1所述的通液型电容器，其特征在于，

多个所述翼部相互之间用至少一个金属螺栓紧固。

4.根据权利要求2所述的通液型电容器，其特征在于，

多个所述翼部相互之间用至少一个金属螺栓紧固。

5.根据权利要求3所述的通液型电容器，其特征在于，

所述金属螺栓是用钛或钛合金形成的螺栓。

6.根据权利要求4所述的通液型电容器，其特征在于，

所述金属螺栓是用钛或钛合金形成的螺栓。

7.根据权利要求3所述的通液型电容器，其特征在于，

所述金属螺栓具有螺栓头，在所述螺栓头与所述导电片之间设置钛或钛合金形成的金属板。

8.根据权利要求5所述的通液型电容器，其特征在于，

所述金属螺栓具有螺栓头，在所述螺栓头与所述导电片之间设置钛或钛合金形成的金属板。

9.一种去离子液制造装置，其特征在于，具备：

权利要求1～8中的任一项所述的通液型电容器；

直流电源；以及

收容所述通液型电容器的容器，

所述直流电源被以正极侧和负极侧的极性能够互换的方式与所述第1电极及所述第2电极连接，

所述容器具备用于向所述通液型电容器提供含有离子性物质的液体的供液口以及用于从所述通液型电容器排出处理过的液体的排液口。

10.根据权利要求9所述的去离子液制造装置，其特征在于，

所述直流电源的电压在1.5～2V的范围。

11.一种去离子液制造方法，使用权利要求9所述的去离子液制造装置，其特征在于，具备如下工序：

一边利用所述直流电源对所述第1电极及第2电极施加电压，一边从所述供液口提供含有离子性物质的被处理液，以使各电极表面吸附来自所述离子性物质的离子，从所述排液口排出已去除了所述离子性物质的处理液的第1工序；以及

一边使所述各电极的正极与负极的极性与所述第1工序相反地施加电压，一边从所述供液口提供含有离子性物质的被处理液，以使各电极表面上附着的所述离子脱离，从所述排液口排出含有所述离子的离子浓缩液的第2工序。

12.根据权利要求11所述的去离子液制造方法，其特征在于，

以使所述第1工序的时间／所述第2工序的时间的比值为1～5的方式，交替进行所述第1工序与所述第2工序。