CN115135611B - 离子交换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种离子交换装置，其能够提高离子交换容量而不需要昂贵的离子交换体，并且减少透过到原水部的处理物质的量。离子交换装置包含：容纳被处理液体的原水槽1，所述液体由含有杂质离子的液体组成；容纳含有交换离子的处理物质的处理槽2，所述交换离子由可与杂质离子交换的离子组成；以及离子交换体3，其允许杂质离子从原水槽1通向处理槽2以及交换离子从处理槽2通向原水槽1，其中，至少在离子交换体的与处理槽2相邻的表面上设置有水接触角为30°以下的亲水层M。

Description

离子交换装置
技术领域
本发明涉及一种能够从被处理液体中除去杂质离子的离子交换装置。
背景技术
最近已报道了各种离子交换装置，其用于通过除去被处理液体中的杂质离子而软化工业用水，生产纯水，净化饮用水和车辆用冷却水等。例如，已报道了充填有离子交换树脂的离子交换装置，所述离子交换树脂是形成为颗粒形状的离子交换体。例如，如专利文献1和2中公开的，迄今为止已经公开了通过将粒状离子交换树脂充填到容器中并使被处理液体通过该容器来吸附并除去杂质离子的装置。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本特开昭62-14948号公报
专利文献2：日本特开2002-136968号公报
发明内容
技术问题
然而，在上述已知技术中，离子交换容量小到约1.5至约2meq/cm3。因此，当需要较高性能时存在下述问题，例如，需要昂贵的离子交换树脂，从而增加了生产成本；并且需要保持离子交换树脂的大保持部，从而增加了离子交换装置的整体尺寸。
为了减小这种装置的尺寸而不需要昂贵的离子交换树脂，本申请人研究了一种离子交换装置，其包含：容纳被处理液体的原水部，所述液体由含有杂质离子的液体组成；容纳含有交换离子的处理物质的处理部，所述交换离子由能够与所述杂质离子交换的离子组成；以及离子交换体，其允许所述杂质离子从所述原水部通向所述处理部以及所述交换离子从所述处理部通向所述原水部。
通过在原水部和处理部之间插入离子交换体，离子交换装置可令人满意地除去原水部中的杂质离子。然而，预期将进一步需要减少处理部中透过到原水部的处理物质的量。因此，申请人对还可满足所述需求的离子交换装置进行了深入研究。
鉴于上述情况而完成了本发明。本发明的目的是提供一种离子交换装置，其能够提高离子交换容量而不需要昂贵的离子交换体，并且减少透过到原水部的处理物质的量。
问题的解决方案
根据权利要求1中所述的发明，一种离子交换装置包含：容纳被处理液体的原水部，所述液体由含有杂质离子的液体组成；容纳含有交换离子的处理物质的处理部，所述交换离子由可与所述杂质离子交换的离子组成；以及离子交换体，其允许所述杂质离子从所述原水部通向所述处理部以及所述交换离子从所述处理部通向所述原水部，其中，至少在所述离子交换体的与所述处理部相邻的表面上设置有水接触角为30°以下的亲水层。
根据权利要求2中所述的发明，在权利要求1所述的离子交换装置中，所述离子交换体具有筒状、平膜状或中空纤维状。
根据权利要求3中所述的发明，在权利要求1或2所述的离子交换装置中，所述离子交换体设置在由片状纤维层组成的支持体上。
根据权利要求4中所述的发明，在权利要求1至3中任一项所述的离子交换装置中，所述处理部中的所述处理物质的摩尔浓度高于所述原水部中的所述被处理液体。
根据权利要求5中所述的发明，在权利要求4所述的离子交换装置中，所述处理部中的所述处理物质的摩尔浓度为2mol/L以上。
根据权利要求6中所述的发明，在权利要求1至5中任一项所述的离子交换装置中，所述原水部充填有与允许所述杂质离子从所述原水部通向所述处理部以及所述交换离子从所述处理部通向所述原水部的所述离子交换体接触的离子交换体。
根据权利要求7中所述的发明，在权利要求6所述的离子交换装置中，所述原水部中充填的所述离子交换体由离子交换纤维组成。
根据权利要求8中所述的发明，在权利要求1至7中任一项所述的离子交换装置中，所述原水部能够使所述被处理液体流动。
根据权利要求9中所述的发明，在权利要求8所述的离子交换装置中，所述处理部能够使所述处理物质在与所述被处理液体相反的方向上流动。
根据权利要求10中所述的发明，权利要求8或9所述的离子交换装置还包含充填有粒状离子交换体的副处理部，其中，所述副处理部连接在所述原水部的下游，并且通过所述原水部的被处理液体能够流进所述副处理部中。
根据权利要求11中所述的发明，在权利要求1至10中任一项所述的离子交换装置中，所述处理部设置有能够搅拌所述处理物质的搅拌单元。
根据权利要求12中所述的发明，在权利要求1至11中任一项所述的离子交换装置中，设置有密封单元，其将所述原水部与所述离子交换体之间的接合部以及所述处理部与所述离子交换体之间的接合部中的至少一个密封。
根据权利要求13中所述的发明，在权利要求1至12中任一项所述的离子交换装置中，所述交换离子由第1族元素离子或氢氧根离子组成。
根据权利要求14中所述的发明，在权利要求1至13中任一项所述的离子交换装置中，所述处理物质含有弱酸或弱碱。
根据权利要求15中所述的发明，在权利要求1至14中任一项所述的离子交换装置中，所述离子交换装置包含：第一处理部，其中，所述交换离子由第1族元素离子组成；以及第二处理部，其中，所述交换离子由氢氧根离子组成，其中，所述第一处理部和所述第二处理部各自与所述原水部经由设置在其间的所述离子交换体连接。
根据权利要求16中所述的发明，一种制造离子交换装置的方法，所述离子交换装置包含：容纳被处理液体的原水部，所述液体由含有杂质离子的液体组成；容纳含有交换离子的处理物质的处理部，所述交换离子由可与所述杂质离子交换的离子组成；以及离子交换体，其允许所述杂质离子从所述原水部通向所述处理部以及所述交换离子从所述处理部通向所述原水部，所述方法包括：至少在所述离子交换体的与所述处理部相邻的表面上形成水接触角为30°以下的亲水层。
根据权利要求17中所述的发明，在权利要求16所述的制造离子交换装置的方法中，通过对所述离子交换体的与所述处理部相邻的表面进行光化能射线照射、电晕处理、等离子体处理或涂布处理而形成所述亲水层。
发明的有利效果
根据本发明，所述离子交换装置包含：容纳被处理液体的原水部，所述液体由含有杂质离子的液体组成；容纳含有交换离子的处理物质的处理部，所述交换离子由可与所述杂质离子交换的离子组成；以及离子交换体，其允许所述杂质离子从所述原水部通向所述处理部以及所述交换离子从所述处理部通向所述原水部，其中，至少在所述离子交换体的与所述处理部相邻的表面上设置水接触角为30°以下的亲水层。因此，能够提高离子交换容量而不需要昂贵的离子交换体，并且减少透过到原水部的处理物质的量。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一实施方式的离子交换装置的示意图。
图2是示出该离子交换装置的技术效果的图。
图3是示出根据该实施方式的另一个离子交换装置的示意图。
图4是示出根据该实施方式的另一个离子交换装置的示意图。
图5是示出根据该实施方式的另一个离子交换装置的示意图。
图6是示出根据该实施方式的另一个离子交换装置的示意图。
图7是示出根据该实施方式的另一个离子交换装置的示意图。
图8是示出根据本发明的第二实施方式的离子交换装置的示意图。
图9是示出根据本发明的另一个实施方式的离子交换装置的示意图。
图10是示出根据本发明的另一个实施方式的离子交换装置的示意图。
图11是示出根据本发明的另一个实施方式的离子交换装置的示意图。
图12是示出根据本发明的第三实施方式的离子交换装置的示意图。
图13是示出根据本发明的第四实施方式的离子交换装置的示意图。
图14是示出根据本发明的第五实施方式的离子交换装置的示意图。
图15是示出根据另一个实施方式的离子交换装置的示意图。
图16是示出根据本发明的第六实施方式的离子交换装置的示意图。
图17是示出根据另一个实施方式的离子交换装置的示意图。
图18是呈现本发明的实施例1至6以及比较例1和2中的试验结果的表格。
图19是呈现本发明的实施例7至9中的试验结果的表格。
图20是呈现本发明的实施例10至18中的试验结果的表格。
图21是呈现本发明的实施例19和20以及比较例3中的试验结果的表格。
图22是呈现本发明的实施例21和22中的试验结果的表格。
图23是呈现本发明的实施例23和24中的试验结果的表格。
具体实施方式
下面将参照附图具体描述本发明的实施方式。
根据本实施方式的离子交换装置用于通过除去被处理液体中的杂质离子而软化工业用水，生产纯水或净化例如饮用水和车辆用冷却水。如图1所示，根据第一实施方式的离子交换装置的实例是包含原水槽1(原水部)、处理槽2(处理部)和离子交换体3的离子交换装置。
原水槽1是容纳被处理液体的部分，所述液体含有杂质离子。被处理液体的实例包括含有K+(钾离子)和Na+(钠离子)作为杂质阳离子的溶液和含有CO3 2(碳酸根离子)和Cl-(氯离子)作为杂质阴离子的溶液。根据本实施方式的原水槽1容纳预定体积的含有这些杂质阳离子和杂质阴离子的被处理液体(被处理水)。
处理槽2是容纳可与杂质离子交换的交换离子的处理物质(在本实施方式中为液体)的部分。其实例包括含酸溶液槽和含碱溶液槽。在含酸溶液槽的情况下，例如，容纳含有H+(氢离子)作为交换离子的溶液(具体地，除了作为交换离子的H+之外还含有Cl-的溶液)。在含碱溶液槽的情况下，例如，容纳含有OH-(氢氧根离子)作为交换离子的溶液(具体地，除了作为交换离子的OH-之外还含有Na+的溶液)。
离子交换体3允许杂质离子从原水槽1通向处理槽2或交换离子从处理槽2通向原水槽1。例如，可使用离子交换树脂、螯合树脂、磷石膏、Nafion、沸石、水滑石或金属氧化物。根据本实施方式的离子交换体3设置在原水槽1和处理槽2之间，并且具有平膜形状。当杂质离子是阳离子时，使用阳离子交换体，并且通过仅允许杂质离子和处理物质中的可交换阳离子相互通过而起作用。当杂质离子是阴离子时，使用阴离子交换体，并且通过仅允许杂质离子和处理物质中的可交换阴离子相互通过而起作用。以这种方式，可以从原水中除去杂质离子。
在根据本实施方式的离子交换装置中，处理槽2中的溶液(处理物质)的摩尔浓度高于原水槽1中的被处理液体。即，处理槽2中的交换离子的浓度(摩尔浓度)设定为高于原水槽1中的被处理液体内的杂质离子。因此，当杂质离子被离子交换体吸附时，杂质离子由于浓度差而在离子交换体3中移动并且被释放到处理槽2中，处理槽2中的交换离子在离子交换体3中移动并且被释放到原水槽1中。
即，由于浓度差或离子选择性，当原水槽1中的杂质离子与离子交换体3接触时，杂质离子被离子交换体3的离子替代，并且离子被顺序地替代到离子交换体3在处理槽2侧的部分。以这种方式，与离子交换体3接触的杂质离子从原水槽1朝向处理槽2通过离子交换体3。然后，由于处理槽2中的高摩尔浓度(交换离子浓度)，杂质离子被处理槽2中的交换离子替代，并移动到处理槽2中。由此，可以除去原水槽1中的杂质离子。
例如，将描述下述离子交换装置，其中，使用由含有OH-的结构式表示的膜状离子交换体3(离子交换体)，原水槽1中容纳含有Cl-作为杂质离子(阴离子)的溶液，并且处理槽2中容纳含有诸如Na+和OH-等交换离子的处理物质。在此情况下，由于离子选择性(具有更高化合价或更大原子或分子尺寸的离子更容易被交换的特性)，原水槽1中作为杂质离子的Cl-被离子交换体3中的OH-替代并进入离子交换体3中，然后进入的杂质离子(Cl-)顺序地被离子交换体3中的OH-离子替代。
在本实施方式中，处理槽2中的处理物质的摩尔浓度高于原水槽1中的被处理液体，使得进入离子交换体3的杂质离子(Cl-)被处理槽2中的交换离子(OH-)替代。由此，原水槽1中的杂质离子(Cl-)移动到处理槽2中并被除去。作为阳离子的Na+排斥离子交换体3中的N+，因此不容易移动到原水槽1中。
当处理槽2容纳含酸溶液时，原水槽1中的阴离子排斥离子交换体3(阳离子交换体)中的阴离子(例如磺基)，无法通过离子交换体3。当处理槽2容纳含碱溶液时，原水槽1中的阳离子排斥离子交换体3(阴离子交换体)中的阳离子(例如季铵基)，无法通过离子交换体3。
如上所述，根据本实施方式的离子交换体3由具有阻挡具有不同电荷和不同符号的离子通过并且仅允许具有相同电荷和相同符号的离子通过的性质的膜状部件形成，并配置用于过滤杂质离子的目的。仅允许阳离子通过的离子交换体3被称为正离子交换膜(阳离子交换膜)。仅允许阴离子通过的离子交换体3被称为负离子交换膜(阴离子交换膜)。
因此，原水槽1中的压力优选高于处理槽2中的压力(即，原水槽1中的被处理液体的液体压力高于处理槽2中的溶液的压力)。在此情况下，可以抑制处理槽2中包含的且不希望通过离子交换体3移动到原水槽1中的离子通过。例如，使被处理液体在原水槽1中流动，原水槽1中的压力由于流动阻力而可以高于处理槽2中的压力。
在此，在根据本实施方式的离子交换装置中，将水接触角为30°以下的亲水层M设置在至少离子交换体3的与处理槽2相邻的表面(图1中的下表面)上。通过对离子交换体3的与处理槽2相邻的表面进行光化能射线照射、电晕处理、等离子体处理或涂布处理来形成亲水层M。其实例为诸如PVA等物质。亲水性是表明与水(H2O)的亲和性的物理性质。水接触角(θ：水接触角)是亲水性的指标，并且定义为“静止液体的自由表面与固体壁接触之处的液体表面与固体表面之间的角(液体中的角)”。
当用这种离子交换装置除去原水槽1中的杂质离子时，通过形成具有各种水接触角的亲水层M而获得图2中所示的试验结果。即，发现了水接触角越小且亲水性越高的亲水层M的处理物质从处理槽2透过到原水槽1的透过速率(μmol/s/m2)越低，特别是，当亲水层M具有30°以下的水接触角时，透过速率显著地低。
其原因被认为是如下：离子容易在亲水层M中解离。当离子交换体3是阳离子交换体时，离子交换体3具有阴离子电荷。当离子交换体3是阴离子交换体时，离子交换体3具有阳离子电荷。具有相同符号的离子排斥离子交换体3的电荷并且难以透过。因此，处理物质从处理槽2透过到原水槽1的透过速率降低。因此，可以减少透过到原水槽1的处理物质的量，并且抑制被处理液体被大量处理物质污染。
根据本实施方式的原水槽1中的被处理液体和处理槽2中的溶液(处理物质)处于不流动状态。如图3所示，原水槽1可包含入口1a和出口1b以使原水槽1中的被处理液体流动。如图4所示，处理槽2可包含入口2a和出口2b以使处理槽2中的溶液(处理物质)流动。如图5所示，原水槽1可包含入口1a和出口1b以使被处理液体流动，并且处理槽2可包含入口2a和出口2b以使处理物质流动。当仅使被处理液体流动时，可以以简单的构造连续除去杂质离子，这是优选的。
如图6所示，密封单元4(例如垫圈)可以设置在原水槽1(原水部)与离子交换体3之间的接合部，以及处理槽2(处理部)与离子交换体3之间的接合部。在此情况下，将密封单元4设置在原水槽1(原水部)与离子交换体3之间的接合部以及处理槽2(处理部)与离子交换体3之间的接合部中的至少一个处便足够。
如图7所示，处理槽2(处理部)可设置有能够搅拌溶液(处理物质)的搅拌单元5(例如叶轮)。在此情况下，来自原水槽1中的被处理液体的已通过离子交换体3并且已到达处理槽2的杂质离子在溶液(处理物质)中混合，然后用搅拌单元5搅拌，从而能够进一步提高离子交换效率。
在根据本实施方式的离子交换装置中，处理槽2中的溶液(处理物质)优选具有2mol/L以上的摩尔浓度。2mol/L以上的摩尔浓度使得离子交换装置具有比现有离子交换树脂更高的离子交换容量。处理槽2中的交换离子优选地由第1族元素离子或氢氧根离子组成，并且可以含有弱酸或弱碱。离子交换体3可以由离子交换树脂膜组成，或者可以设置在由片状纤维层组成的支持体上。
优选地，作为支持体的片状纤维由纤维素纤维组成，并且厚度尺寸例如为0.05mm以上且0.3mm以下，优选约0.15mm。更具体地，纤维层优选通过使用纸浆(例如纤维素)或具有高耐水性和耐化学性的PET纤维作为材料并且通过抄造法(抄纸法)将材料形成片状(纸状)形状来获得。
在根据本实施方式的离子交换装置中，原水槽1充填有与离子交换体3接触的离子交换体F。离子交换体F与离子交换体3作用相同，吸附杂质离子，并且由于浓度差使杂质离子通过离子交换体F内部并移动至离子交换体3。之后，杂质离子可通过离子交换体3的内部移动至处理槽2。离子交换体F可具有球状或纤维形状，并且可具有大于离子交换体3的表面积，从而能够从原水中充分除去杂质离子。具体而言，在纤维形状的情况下，优选的是使用片状(例如无纺布)，因为纤维的缠结提供宽路径，杂质离子通过该路径移动至离子交换体3，并且因此可以获得高离子交换速度。
下面将描述本发明的第二实施方式。
与第一实施方式一样，根据本实施方式的离子交换装置用于通过除去被处理液体中的杂质离子而软化工业用水，生产纯水，或净化例如饮用水或车辆用冷却水，如图8所示，所述离子交换装置包含原水槽1、第一处理槽6(第一处理部)、阳离子交换体7、第二处理槽8(第二处理部)和阴离子交换体9。
根据本实施方式的原水槽包含入口1a和出口1b，使得被处理液体可以流动。与第一实施方式一样，在原水槽1中容纳含有K+(钾离子)和Na+(钠离子)作为杂质阳离子的溶液或含有CO3 2(碳酸根离子)和Cl-(氯离子)作为杂质阴离子的溶液并且流动。然而，杂质离子的类型不限于这些。
第一处理槽6是容纳含有由第1族元素离子组成的交换离子的溶液(处理物质)的部分，所述溶液例如为含有用作交换离子的H+(氢离子)的溶液(具体地，除了用作交换离子的H+之外还含有Cl-的溶液)。第二处理槽8是容纳含有由氢氧根离子组成的交换离子的溶液(处理物质)的部分，所述溶液例如为含有用作交换离子的OH-(氢氧根离子)的溶液(具体地，除了用作交换离子的OH-之外还含有Na+的溶液)。
第一处理槽6和第二处理槽8与原水槽1经由设置在其间的离子交换体(分别为阳离子交换体7和阴离子交换体9)连通。阳离子交换体7和阴离子交换体9与第一实施方式中的离子交换体3相似，允许杂质离子从原水槽1通向第一处理槽6和第二处理槽8，或交换离子从第一处理槽6和第二处理槽8通向原水槽1。
在根据本实施方式的离子交换装置中，第一处理槽6中的溶液(处理物质)和第二处理槽8中的溶液(处理物质)各自的摩尔浓度高于原水槽1中的被处理液体。换言之，第一处理槽6和第二处理槽8各自所含的交换离子的浓度(摩尔浓度)设定为高于原水槽1中容纳的被处理液体中的杂质离子。因此，当杂质离子被阳离子交换体7和阴离子交换体9吸附时，杂质离子由于浓度差而在阳离子交换体7和阴离子交换体9中移动，并释放到第一处理槽6和第二处理槽8中。第一处理槽6和第二处理槽8中的交换离子在阳离子交换体7和阴离子交换体9中移动，并释放到原水槽1中。
即，在第一处理槽6侧，由于浓度差和离子选择性，当原水槽1中的杂质离子与阳离子交换体7接触时，杂质离子被阳离子交换体7的离子替代，并且离子被顺序地替代到阳离子交换体7的与第一处理槽6相邻的部分。因此，与阳离子交换体7接触的杂质离子从原水槽1朝向第一处理槽6通过阳离子交换体7，由于第一处理槽6中的高摩尔浓度(交换离子浓度)，杂质离子被第一处理槽6中的交换离子替代，并且移动到第一处理槽6中。以这种方式，原水槽1中的杂质(阳离子杂质)可移动到第一处理槽6中并被除去。
在第二处理槽8侧，由于离子选择性，当原水槽1中的杂质离子与阴离子交换体9接触时，杂质离子被阴离子交换体9的离子替代，并且离子被顺序地替代到阴离子交换体9的与第二处理槽8相邻的部分。因此，与阴离子交换体9接触的杂质离子从原水槽1朝向第二处理槽8通过阴离子交换体9，由于第二处理槽8中的高摩尔浓度(交换离子浓度)，杂质离子被第二处理槽8中的交换离子替代，并且移动到第二处理槽8中。以这种方式，原水槽1中的杂质(阴离子杂质)可移动到第二处理槽8中并被除去。
在第一处理槽6侧，原水槽1中的阴离子排斥阳离子交换体7中的阴离子(例如磺基)，无法通过阳离子交换体7。在第二处理槽8侧，原水槽1中的阳离子排斥阴离子交换体9中的阳离子(例如季铵基)，无法通过阴离子交换体9。
在此，在根据本实施方式的离子交换装置中，水接触角为30°以下的亲水层M1和M2分别设置在至少离子交换体7和9的与处理槽6和8相邻的表面(图8中的下表面)上。与根据第一实施方式的亲水层M一样，通过对离子交换体7和8的与处理槽6和8相邻的表面进行光化能射线照射、电晕处理、等离子体处理或涂布处理来形成亲水层M1和M2。其实例为诸如PVA等物质。
与根据第一实施方式的亲水层M一样，离子容易在亲水层M1和M2中解离。当离子交换体7和9是阳离子交换体时，离子交换体7和9具有阴离子电荷。当离子交换体7和9是阴离子交换体时，离子交换体7和9具有阳离子电荷。具有相同符号的离子排斥离子交换体7和9的电荷并且难以透过。因此，处理物质从处理槽6和8透过到原水槽1的透过速率看起来降低。因此，可以减少透过到原水槽1的处理物质的量，并且抑制被处理液体被大量处理物质污染。
因此，原水槽1中的压力优选高于第一处理槽6和第二处理槽8中的压力(即，原水槽1中的被处理液体的液体压力高于第一处理槽6和第二处理槽8各自的溶液的压力)。在此情况下，可以抑制第一处理槽6和第二处理槽8中包含的不希望通过阳离子交换体7和阴离子交换体9移动到原水槽1中的离子通过。例如，当被处理液体在原水槽1中流动时，原水槽1中的压力由于流动阻力而可以高于第一处理槽6和第二处理槽8中的压力。
如图6所示，在第一实施方式中，密封单元4(例如垫圈)可以设置在原水槽1(原水部)与阳离子交换体7之间和原水槽1与阴离子交换体9之间的接合部，以及第一处理槽6与阳离子交换体7之间和第二处理槽8与阴离子交换体9之间的接合部。在此情况下，与第一实施方式中一样，将密封单元4设置原水槽1(原水部)与阳离子交换体7之间和原水槽1与阴离子交换体9之间的接合部以及第一处理槽6与阳离子交换体7之间和第二处理槽8与阴离子交换体9之间的接合部中的至少一个便足够。
如第一实施方式中的图7所示，第一处理槽6和第二处理槽8可设置有能够搅拌溶液(处理物质)的搅拌单元5(例如叶轮)。在此情况下，来自原水槽1中的被处理液体的已通过阳离子交换体7和阴离子交换体9并且已到达第一处理槽6和第二处理槽8的杂质离子在溶液(处理物质)中混合，然后用搅拌单元5搅拌，从而能够进一步提高离子交换效率。
在根据本实施方式的离子交换装置中，处理槽6和8中的溶液(处理物质)各自优选具有2mol/L以上的摩尔浓度。处理槽6和8中的交换离子优选由第1族元素离子或氢氧根离子组成，并且可含有弱酸或弱碱。阳离子交换体7和阴离子交换体9分别可由例如离子交换树脂膜、螯合树脂、磷石膏、Nafion、沸石、水滑石或金属氧化物组成，并且可设置在由片状纤维层组成的支持体上。
根据上述实施方式，所述离子交换装置包含：容纳被处理液体的原水槽1，所述液体由含有杂质离子的液体组成；容纳含有交换离子的处理物质的处理槽(2、6、8)，所述交换离子由可与所述杂质离子交换的离子组成；以及离子交换体(3、7、9)，其允许所述杂质离子从原水槽1通向处理槽(2、6、8)以及所述交换离子从处理槽(2、6、8)通向原水槽1，其中，至少在离子交换体的与处理槽相邻的表面上设置水接触角为30°以下的亲水层(M、M1、M2)。因此，能够提高离子交换容量而不需要昂贵的离子交换体，并且减少透过到原水槽1的处理物质的量。
根据上述实施方式，所述离子交换装置包含：容纳被处理液体的原水槽，所述液体由含有杂质离子的液体组成；容纳含有交换离子的处理物质的处理槽(包括第一处理槽和第二处理槽)，所述交换离子由可与所述杂质离子交换的离子组成；以及离子交换体(包括阳离子交换体和阴离子交换体)，其允许所述杂质离子从原水槽通向处理槽以及所述交换离子从处理槽通向原水槽，其中，处理槽中的处理物质的摩尔浓度高于原水槽中的被处理液体。因此，能够提供廉价的离子交换装置，而不使用大量昂贵的离子交换体。另外，处理物质中的可交换离子的量(密度)大于现有离子交换树脂，由此能够提高单位体积的离子交换容量。
在第一和第二实施方式以及与此相关的其它实施方式中，离子交换体3、阳离子交换体7和阴离子交换体9为平膜状形式。如图9和10所示，可使用筒状(管状)离子交换体12。在此情况下，筒状离子交换体12的内部是与原水槽1相似的原水部10，并且其外部是与处理槽2、第一处理槽6或第二处理槽8相似的处理部11。另外，水接触角为30°以下的亲水层设置在离子交换体12的与处理部11相邻的表面(外周面)上。
与上述实施方式一样，包含筒状离子交换体12的离子交换装置包含：容纳被处理液体的原水部10，所述液体由含有杂质离子的液体组成并且能够流动；容纳含有交换离子的溶液(处理物质)的处理部11，所述交换离子由可与杂质离子交换的离子组成；以及离子交换体12，其允许杂质离子从原水部10通向处理部11以及交换离子从处理部11通向原水部10。另外，在此情况下，处理部11中的溶液(处理物质)的摩尔浓度设定为高于原水部10中的被处理液体。因此，通过使被处理液体在筒状离子交换体12中流动可以除去原水部10中的杂质离子。另外，水接触为30°以下的亲水层M设置在至少离子交换体12的与处理部11相邻的表面上，从而能够减少透过到原水部10的处理物质的量。
如图11所示，在中空纤维离子交换体12的情况下，可在处理部10中设置大量的离子交换体12。在此情况下，各中空纤维离子交换体12的内部用作原水部10。处理部11中的溶液(处理物质)的摩尔浓度设定为高于原水部10中的被处理液体。通过使被处理液体在各中空纤维离子交换体12中流动可以除去原水部10中的杂质离子。另外，水接触为30°以下的亲水层M设置在各离子交换体12的与处理部11相邻的表面(外周面)上，从而能够减少透过到原水部10的处理物质的量。然而，原水部和处理部可以反转。
下面将描述本发明的第三实施方式。
与上述实施方式一样，根据本实施方式的离子交换装置用于通过除去被处理液体中的杂质离子而软化工业用水，生产纯水，或净化例如饮用水或车辆用冷却水，如图12所示，所述离子交换装置包含原水槽1和处理槽2，所述原水槽1设置有入口1a和出口1b使得被处理液体可以流动，所述处理槽2设置有入口2a和出口2b使得处理物质可以流动。
在本实施方式中，处理槽2使处理物质在与原水槽1中的被处理液体相反的方向上流动。即，使原水槽1中的被处理液体在图12中从左至右流动，使处理槽2中的处理物质能够在图中从右至左流动，使得被处理液体和处理物质能够经由设置在其间的离子交换体3在相反方向上流动。通过使被处理液体和处理物质在相反方向上流动，可以减少随时间增加的处理物质的变化量(从处理槽2透过并泄漏到原水槽1的处理物质的量)。
下面将描述本发明的第四实施方式。
与上述实施方式一样，本实施方式的离子交换装置用于通过除去被处理液体中的杂质离子而软化工业用水，生产纯水，或净化例如饮用水或车辆用冷却水，如图13所示，所述离子交换装置包含充填有粒状离子交换体B的副处理部13，其中，副处理部13连接在原水槽1的下游，并且通过原水槽1的被处理液体可流动到副处理部13中。
具体地，副处理部13充填有粒状离子交换体B，并且包括被处理液体可经此流动的入口13a和经处理的液体可经此流出的出口13b。入口13a与原水槽1的出口1b例如通过设置在其间的连接部件连通。粒状离子交换体B由与离子交换体3相同材料构成的颗粒形成，由例如粒状树脂组成。如上所述，由于副处理部13连接在原水槽1的下游，可提供以下效果。
在不包含副处理部13的离子交换装置中，在被处理液体中的高杂质浓度下，杂质除去速率高。然而，当被处理液体中的杂质浓度达到约0(极低浓度)时，杂质除去速率低。相比之下，充填副处理部13的粒状离子交换体B具有高于膜状离子交换体3的比表面积，因此具有更高杂质除去速率的特性。于是，当副处理部13如本实施方式中一样连接在原水槽1的下游时，即使被处理液体中所含的杂质达到约0(极低浓度)，杂质也可被粒状离子交换体B除去，并且可抑制杂质除去速率的降低。即使离子交换体3受损而造成处理物质流入被处理液体，副处理部13的离子交换体B也可吸附处理物质中的离子，从而防止水质劣化。
下面将描述本发明的第五实施方式。
与上述实施方式一样，根据本实施方式的离子交换装置用于通过除去被处理液体中的杂质离子而软化工业用水，生产纯水，或净化例如饮用水或车辆用冷却水，如图14所示，原水槽1容纳与离子交换体3接触的充填离子交换体F。充填离子交换体F具有与离子交换体3相同的组成和性质，呈球状，并且可确保大表面积。
即，充填离子交换体F被充填到原水槽1中，以吸附被处理液体中的杂质离子，并且使杂质离子由于其内部与外部的浓度差而通过充填离子交换体F并移动至与其接触的离子交换体3。如此移动至离子交换体3的杂质离子可以通过使杂质离子通过离子交换体3的内部至处理槽2而除去。在此情况下，如图15所示，原水槽1可包含入口1a和出口1b，使得被处理液体可在充填有球状充填离子交换体F的空腔内流动。
下面将描述本发明的第六实施方式。
与上述实施方式一样，根据本实施方式的离子交换装置用于通过除去被处理液体中的杂质离子而软化工业用水，生产纯水，或净化例如饮用水或车辆用冷却水，如图16所示，原水槽1容纳与离子交换体3接触的充填离子交换体G。充填离子交换体G具有与离子交换体3相同的组成和性质，呈纤维状，并且可确保大表面积。
即，充填离子交换体G被充填到原水槽1中，以吸附被处理液体中的杂质离子，并且使杂质离子由于其内部与外部的浓度差而通过充填离子交换体G并移动至与其接触的离子交换体3。具体而言，杂质离子的移动路径可以通过纤维的缠结得到广泛的保障。如此移动至离子交换体3的杂质离子可以通过使杂质离子通过离子交换体3的内部至处理槽2而除去。在此情况下，如图17所示，原水槽1可包含入口1a和出口1b，使得被处理液体可在充填有纤维状充填离子交换体G的空腔内流动。
下面将使用实施例和比较例描述展现本发明的技术优势的试验结果。
(关于实施例1至6以及比较例1和2：参见图1和18)
制备具有预定离子浓度的溶液。然后将90ml的各溶液置于尺寸为34×64×54mm(壁厚度：2mm，内部容积：30×60×50mm)的PTFE树脂容器中。将离子交换体置于34×64平面上。将测定为34×64×54mm(壁厚度：2mm，内部容积：30×60×50mm)的容器置于设置有离子交换体的一侧。将容器用90ml处理物质充填并用盖子覆盖，同时用夹具施加压力以防止液体泄漏。
3小时后，用离子色谱仪(940Professional IC Vario，获自Metrohm AG)测量被处理液体中的杂质离子浓度。将被处理液体中的处理物质离子的增加量计算为处理物质的透过量。当形成亲水层时，用DM-301全自动接触角计(获自Kyowa Interface Science Co.,Ltd)测量接触角。用液体体积为4μl的纯水在放置液体后停止3秒后进行测量。
(实施例1)：
用365-nm UV照射离子交换膜15分钟以在其表面上形成水接触角为23°的亲水层。将充填有氯化钠水溶液(2mol/L)的处理槽接合至离子交换膜的亲水层侧，并将配置用于使含有杂质离子(Ca2+)的原水通过的原水槽接合至另一侧，从而制成离子交换装置。作为被处理液体(原水)，放置0.1M氯化钙(CaCl2)溶液。使装置静置3小时。氯化钠的透过量为10mmol，离子交换容量为1.9(meq/cm3)。
(实施例2)：
对离子交换膜进行电晕处理以在其表面上形成水接触角为20°的亲水层。将充填有氯化钠水溶液(2mol/L)的处理槽接合至离子交换膜的亲水层侧，并将配置用于使含有杂质离子(Ca2+)的原水通过的原水槽接合至另一侧，从而制成离子交换装置。作为被处理液体(原水)，放置0.1M氯化钙(CaCl2)溶液。使装置静置3小时。氯化钠的透过量为9mmol，离子交换容量为1.9(meq/cm3)。
(实施例3)：
对离子交换膜进行等离子体处理以在其表面上形成水接触角为18°的亲水层。将充填有氯化钠水溶液(2mol/L)的处理槽接合至离子交换膜的亲水层侧，并将配置用于使含有杂质离子(Ca2+)的原水通过的原水槽接合至另一侧，从而制成离子交换装置。作为被处理液体(原水)，放置0.1M氯化钙(CaCl2)溶液。使装置静置3小时。氯化钠的透过量为9mmol，离子交换容量为1.9(meq/cm3)。
(实施例4)：
对离子交换膜进行亲水性涂布以在其表面上形成水接触角为28°的亲水层。将充填有氯化钠水溶液(2mol/L)的处理槽接合至离子交换膜的亲水层侧，并将配置用于使含有杂质离子(Ca2+)的原水通过的原水槽接合至另一侧，从而制成离子交换装置。作为被处理液体(原水)，放置0.1M氯化钙(CaCl2)溶液。使装置静置3小时。氯化钠的透过量为11mmol，离子交换容量为1.9(meq/cm3)。
(实施例5)：
对离子交换膜进行UV处理和亲水性涂布以在其表面上形成水接触角为20°的亲水层。将充填有氯化钠水溶液(2mol/L)的处理槽接合至离子交换膜的亲水层侧，并将配置用于使含有杂质离子(Ca2+)的原水通过的原水槽接合至另一侧，从而制成离子交换装置。作为被处理液体(原水)，放置0.1M氯化钙(CaCl2)溶液。使装置静置3小时。氯化钠的透过量为10mmol，离子交换容量为1.9(meq/cm3)。
(实施例6)：
对离子交换膜进行UV处理以在其表面上形成水接触角为23°的亲水层。将充填有氯化钠水溶液(2mol/L)的处理槽接合至离子交换膜的亲水层侧，并将配置用于使含有杂质离子(Ca2+)的原水通过的原水槽接合至另一侧，从而制成离子交换装置。作为被处理液体(原水)，放置0.1M氯化钙(CaCl2)溶液。使装置静置3小时。氯化钠的透过量为10mmol，离子交换容量为1.9(meq/cm3)。
(比较例1)：
不在离子交换膜上形成亲水层。表面上的水接触角为34°。将充填有氯化钠水溶液(2mol/L)的处理槽接合至离子交换膜的亲水层侧，并将配置用于使含有杂质离子(Ca2+)的原水通过的原水槽接合至另一侧，从而制成离子交换装置。作为被处理液体(原水)，放置0.1M氯化钙(CaCl2)溶液。使装置静置3小时。氯化钠的透过量为32mmol，离子交换容量为1.6(meq/cm3)。
(比较例2)：
对离子交换膜进行疏水性涂布以在其表面上形成水接触角为38°的亲水层。将充填有氯化钠水溶液(2mol/L)的处理槽接合至离子交换膜的亲水层侧，并将配置用于使含有杂质离子(Ca2+)的原水通过的原水槽接合至另一侧，从而制成离子交换装置。作为被处理液体(原水)，放置0.1M氯化钙(CaCl2)溶液。使装置静置3小时。氯化钠的透过量为51mmol，离子交换容量为1.4(meq/cm3)。
(关于实施例7至9：参见图9至11和19)
在实施例7中，如图9和10所示，直径为15mm的离子交换体在直径为20mm且长度为300mm的圆柱形容器中延伸，并且使被处理液体流过离子交换体。在实施例8中，如图11所示，30个内径为2mm的中空纤维离子交换体在直径为20mm且长度为300mm的圆柱形容器中延伸。使被处理液体流过离子交换体。
(实施例7)：
对筒状离子交换膜进行亲水性涂布以在其表面上形成水接触角为23°的亲水层。通过在离子交换膜的亲水层侧设置处理槽并在另一侧设置原水槽而制成离子交换装置，所述处理槽充填有氯化钠水溶液(2mol/L)，所述原水槽配置用于使含有杂质离子(Ca2+)的原水通过。作为被处理液体(原水)，放置0.1M氯化钙(CaCl2)溶液。使装置静置3小时。氯化钠的透过量为10mmol，离子交换容量为1.8(meq/cm3)。
(实施例8)：
对由中空纤维组成的离子交换膜进行亲水性涂布以在其表面上形成水接触角为23°的亲水层。通过在离子交换膜的亲水层侧设置处理槽并在另一侧设置原水槽而制成离子交换装置，所述处理槽充填有氯化钠水溶液(2mol/L)，所述原水槽配置用于使含有杂质离子(Ca2+)的原水通过。作为被处理液体(原水)，放置0.1M氯化钙(CaCl2)溶液。使装置静置3小时。氯化钠的透过量为10mmol，离子交换容量为1.7(meq/cm3)。
(实施例9)：
对包含支持体的离子交换膜进行亲水性涂布以在其表面上形成水接触角为23°的亲水层。通过在离子交换膜的亲水层侧设置处理槽并在另一侧设置原水槽而制成离子交换装置，所述处理槽充填有氯化钠水溶液(2mol/L)，所述原水槽配置用于使含有杂质离子(Ca2+)的原水通过。作为被处理液体(原水)，放置0.1M氯化钙(CaCl2)溶液。使装置静置3小时。氯化钠的透过量为10mmol，离子交换容量为1.9(meq/cm3)。
(关于实施例10至18：参见图3至8和20)
(实施例10)：
对离子交换膜进行UV处理以在其表面上形成水接触角为23°的亲水层。通过在离子交换膜的亲水层侧设置处理槽并在另一侧设置原水槽而制成离子交换装置，所述处理槽充填有H3PO4水溶液(2mol/L)，所述原水槽配置用于使含有杂质离子(Ca2+)的原水通过。作为被处理液体(原水)，放置0.1M氯化钙(CaCl2)溶液。使装置静置3小时。H3PO4的透过量为14mmol，离子交换容量为5.5(meq/cm3)。
(实施例11)：
对离子交换膜进行UV处理以在其表面上形成水接触角为23°的亲水层。通过在各离子交换膜的亲水层侧设置两个处理槽并在另一侧设置原水槽而制成离子交换装置，所述两个处理槽中的一个充填有HCl水溶液(2mol/L)，另一个充填有NaOH水溶液(2mol/L)，所述原水槽配置用于使含有杂质离子(Ca2+)的原水通过。作为被处理液体(原水)，放置0.1M氯化钙(CaCl2)溶液。使装置静置3小时。氯化钠(透过的HCl和NaOH的反应产物)的透过量为15mmol，离子交换容量为1.8(meq/cm3)。
(实施例12)：
对离子交换膜进行UV处理以在其表面上形成水接触角为23°的亲水层。将充填有氯化钠水溶液(1mol/L)的处理槽接合至离子交换膜的亲水层侧，并将配置用于使含有杂质离子(Ca2+)的原水通过的原水槽接合至另一侧，从而制成离子交换装置。作为被处理液体(原水)，放置0.1M氯化钙(CaCl2)溶液。使装置静置3小时。氯化钠的透过量为6mmol，离子交换容量为0.9(meq/cm3)。
(实施例13)：
对离子交换膜进行UV处理以在其表面上形成水接触角为23°的亲水层。将充填有氯化钠水溶液(4mol/L)的处理槽接合至离子交换膜的亲水层侧，并将配置用于使含有杂质离子(Ca2+)的原水通过的原水槽接合至另一侧，从而制成离子交换装置。作为被处理液体(原水)，放置0.1M氯化钙(CaCl2)溶液。使装置静置3小时。氯化钠的透过量为22mmol，离子交换容量为3.8(meq/cm3)。
(实施例14)：
对离子交换膜进行UV处理以在其表面上形成水接触角为23°的亲水层。将充填有氯化钠水溶液(2mol/L)的处理槽接合至离子交换膜的亲水层侧，并将配置用于使含有杂质离子(Ca2+)的原水通过的原水槽接合至另一侧，从而制成离子交换装置。作为被处理液体(原水)，放置0.1M氯化钙(CaCl2)溶液，并使其流过原水槽3小时。氯化钠的透过量为10mmol，离子交换容量为1.9(meq/cm3)。
(实施例15)：
对离子交换膜进行UV处理以在其表面上形成水接触角为23°的亲水层。将充填有氯化钠水溶液(2mol/L)的处理槽接合至离子交换膜的亲水层侧，并将配置用于使含有杂质离子(Ca2+)的原水通过的原水槽接合至另一侧，从而制成离子交换装置。作为被处理液体(原水)，放置0.1M氯化钙(CaCl2)溶液。在处理槽中进行搅拌。氯化钠的透过量为10mmol，离子交换容量为1.9(meq/cm3)。
(实施例16)：
对离子交换膜进行UV处理以在其表面上形成水接触角为23°的亲水层。将充填有氯化钠水溶液(2mol/L)的处理槽接合至离子交换膜的亲水层侧，并将配置用于使含有杂质离子(Ca2+)的原水通过的原水槽接合至另一侧，从而制成离子交换装置。作为被处理液体(原水)，放置0.1M氯化钙(CaCl2)溶液。在处理槽和原水槽之间进行密封。使装置静置。氯化钠的透过量为10mmol，离子交换容量为1.9(meq/cm3)。
(实施例17)：
对离子交换膜进行UV处理以在其表面上形成水接触角为23°的亲水层。将充填有NaOH水溶液(2mol/L)的处理槽接合至离子交换膜的亲水层侧，并将配置用于使含有杂质离子(Ca2+)的原水通过的原水槽接合至另一侧，从而制成离子交换装置。作为被处理液体(原水)，放置0.1M氯化钙(CaCl2)溶液。使装置静置3小时。NaOH的透过量为15mmol，离子交换容量为1.8(meq/cm3)。
(实施例18)：
对离子交换膜进行UV处理以在其表面上形成水接触角为23°的亲水层。将充填有MgCl2水溶液(2mol/L)的处理槽接合至离子交换膜的亲水层侧，并将配置用于使含有杂质离子(Ca2+)的原水通过的原水槽接合至另一侧，从而制成离子交换装置。作为被处理液体(原水)，放置0.1M氯化钙(CaCl2)溶液。使装置静置3小时。MgCl2的透过量为9mmol，离子交换容量为3.8(meq/cm3)。
(关于实施例19和20与比较例3，参见图12和21)
实施例19和20中获得的以下试验结果表明，通过使原水槽1中的被处理液体和处理槽2中的处理物质在相反方向上流动可以抑制处理物质的泄漏，从而获得更高的离子交换容量。
(实施例19)：在原水槽1中，被处理液体中的杂质离子是CaCl2，浓度为0.001(mol/L)，流速为4(cm/s)。在处理槽2中，处理物质的组成为NaCl，浓度为2(mol/L)，流速为4(cm/s)。用进行了与实施例1中相同的处理并具有18cm2的膜面积的离子交换体进行离子交换，同时使被处理液体和处理液体在相反方向上流动。每1分钟用离子色谱仪(940Professional IC Vario，获自Metrohm AG)测量被处理液体和处理物质中的杂质的摩尔浓度，直至没有观察到变化。如果处理物质中残留有任何可交换的离子，则再次更换被处理液体并进行相同的测量。重复测量，直至没有观察到处理物质中可与杂质离子交换的离子的浓度的变化。由处理物质中的杂质离子的量计算离子交换容量。离子交换容量为1.8(meq/cm3)，处理物质的泄漏(从处理部透过到原水部的处理物质的量)为0.17(meq/cm3)。
(实施例20)：在原水槽1中，被处理液体中的杂质离子是CaCl2，浓度为0.001(mol/L)，流速为4(cm/s)。在处理槽2中，处理物质的组成为NaCl，浓度为2(mol/L)，流速为4(cm/s)。用进行了与实施例1中相同的处理并具有18cm2的膜面积的离子交换体进行离子交换试验，同时使被处理液体和处理液体在相反方向(图12所示的相反方向)上流动。离子交换容量为1.9(meq/cm3)，处理物质的泄漏(从处理部透过到原水部的处理物质的量)为0.08(meq/cm3)。
(比较例3)：
比较例3是没有对离子交换体进行亲水性处理的实例。以与实施例19相同的方式进行评价，不同之处在于不对离子交换体进行亲水性处理。离子交换容量为1.6(meq/cm3)，处理物质的泄漏(从处理部透过到原水部的处理物质的量)为0.36(meq/cm3)。
(实施例21和22：参见图13和22)
实施例21和22中获得的以下试验结果表明，通过将充填有粒状离子交换体B的副处理部13连接到原水槽1的下游可以减少处理时间，从而使得离子交换装置的尺寸更小。除了实施例19中的测量之外，首先，测量将原水中的Ca离子浓度减少到1ppm以下所需的时间。
(实施例21)：在原水槽1中，被处理液体中的杂质离子是CaCl2，浓度为0.001(mol/L)，流速为4(cm/s)。在处理槽2中，处理物质的组成为NaCl，浓度为2(mol/L)，流速为0(cm/s)(即静水条件)。用进行了与实施例1中相同的处理并具有18cm2的膜面积的离子交换体进行离子交换，且不连接副处理部13。离子交换容量为1.7(meq/cm3)，处理物质的泄漏(从处理部透过到原水部的处理物质的量)为0.27(meq/cm3)，并且将被处理液体中的杂质离子(Ca离子)减少到1ppm以下的处理时间为6(min)。
(实施例22)：在原水槽1中，被处理液体中的杂质离子是CaCl2，浓度为0.001(mol/L)，流速为4(cm/s)。在处理槽2中，处理物质的组成为NaCl，浓度为2(mol/L)，流速为0(cm/s)(即静水条件)。使用具有18cm2的膜面积的离子交换体进行离子交换试验，同时，如图13所示，连接有副处理部13(充填有由树脂组成的粒状离子交换体，流速8(cm/s)，交换体体积：10(cm3)(内部尺寸为5×2×1cm的容器充填有离子交换树脂))。离子交换容量为1.6(meq/cm3)，处理物质的泄漏(从处理部透过到原水部的处理物质的量)为0.24(meq/cm3)，并且将被处理液体中的杂质离子(Ca离子)减少到1ppm以下所需的处理时间为3(min)。
(关于实施例23和24：参见图15、17和23)
实施例23和24中获得的下述试验结果表明，通过用与离子交换体3接触的球状充填离子交换体F充填原水槽1减少了离子交换所需的时间，并且通过用纤维状离子交换体G代替球状离子交换体F充填原水槽1进一步减少了除去杂质离子所需的时间。
(实施例23)：其是原水槽1充填有球状离子交换体F的实例。将直径为约0.5mm的球状离子交换体F(离子交换树脂)在与离子交换体3接触的同时充填至3mm的高度，所述离子交换体3已进行了与实施例1相同的处理。除了上述方面以外，以与实施例21中相同的方式进行试验。结果表明，如图23所示，离子交换容量为1.8(meq/cm3)，处理物质的泄漏(从处理部透过到原水部的处理物质的量)为0.15(meq/cm3)，并且将被处理液体中的杂质离子(Ca离子)减少到1ppm以下所需的处理时间为4(min)。
(实施例24)：其是原水槽1充填有纤维状离子交换树脂G的实例。使用获自Muromachi Chemicals Inc.的Muromac NWF-SC将纤维状离子交换体G(无纺布)加工成30×60mm，并在与离子交换体3接触的同时进行充填，所述离子交换体3已进行了与实施例1相同的处理。除了上述方面以外，以与实施例21中相同的方式进行试验。结果表明，如图23所示，离子交换容量为1.8(meq/cm3)，处理物质的泄漏(从处理部透过到原水部的处理物质的量)为0.08(meq/cm3)，并且将被处理液体中的杂质离子(Ca离子)减少到1ppm以下所需的处理时间为2(min)。
虽然本实施方式已在上面进行了描述，但本发明不限于此。例如，可以各种方式设定原水槽(原水部)和处理槽(第一处理槽和第二处理槽)的尺寸和性状。可以使用任何被处理液体和任何处理物质。
工业适用性
本发明还适用于添加了其他单元的离子交换装置，只要所述离子交换装置包含至少离子交换体的与处理部相邻的表面上的水接触角为30°以下的亲水层即可。
附图标记列表
1 原水槽(原水部)
1a 入口
1b 出口
2 处理槽(处理部)
2a 入口
2b 出口
3 离子交换体
4 密封单元
5 搅拌单元
6 第一处理槽(第一处理部)
7 阳离子交换体
8 第二处理槽(第二处理部)
9 阴离子交换体
10 原水部
11 处理部
12 离子交换体
13 副处理部
13a 入口
13b 出口
M、M1、M2 亲水层
B 离子交换体
F 球状充填离子交换体
G 纤维状充填离子交换体

Claims (17)

1.一种离子交换装置，其包含：
容纳被处理液体的原水部，所述液体由含有杂质离子的液体组成；
容纳含有交换离子的处理物质的处理部，所述交换离子由能够与所述杂质离子交换的离子组成；以及
离子交换体，其允许所述杂质离子从所述原水部通向所述处理部以及所述交换离子从所述处理部通向所述原水部，
其中，至少在所述离子交换体的与所述处理部相邻的表面上设置有水接触角为30°以下的亲水层。
2.如权利要求1所述的离子交换装置，其中，所述离子交换体具有筒状、平膜状或中空纤维状。
3.如权利要求1或2所述的离子交换装置，其中，所述离子交换体设置在由片状纤维层组成的支持体上。
4.如权利要求1或2所述的离子交换装置，其中，所述处理部中的所述处理物质的摩尔浓度高于所述原水部中的所述被处理液体。
5.如权利要求4所述的离子交换装置，其中，所述处理部中的所述处理物质的摩尔浓度为2mol/L以上。
6.如权利要求1或2所述的离子交换装置，其中，所述原水部充填有与允许所述杂质离子从所述原水部通向所述处理部以及所述交换离子从所述处理部通向所述原水部的所述离子交换体接触的其他离子交换体。
7.如权利要求6所述的离子交换装置，其中，所述原水部中充填的所述离子交换体由离子交换纤维组成。
8.如权利要求1或2所述的离子交换装置，其中，所述原水部能够使所述被处理液体流动。
9.如权利要求8所述的离子交换装置，其中，所述处理部能够使所述处理物质在与所述被处理液体相反的方向上流动。
10.如权利要求8所述的离子交换装置，其还包含充填有粒状离子交换体的副处理部，其中，所述副处理部连接在所述原水部的下游，并且通过所述原水部的所述被处理液体能够流进所述副处理部中。
11.如权利要求1或2所述的离子交换装置，其中，所述处理部设置有能够搅拌所述处理物质的搅拌单元。
12.如权利要求1或2所述的离子交换装置，其中，设置有密封单元，其将所述原水部与所述离子交换体之间的接合部以及所述处理部与所述离子交换体之间的接合部中的至少一个密封。
13.如权利要求1或2所述的离子交换装置，其中，所述交换离子由第1族元素离子或氢氧根离子组成。
14.如权利要求1或2所述的离子交换装置，其中，所述处理物质含有弱酸或弱碱。
15.如权利要求1或2所述的离子交换装置，其中，所述离子交换装置包含：
第一处理部，其中，所述交换离子由第1族元素离子组成；以及
第二处理部，其中，所述交换离子为氢氧根离子，
其中，所述第一处理部和所述第二处理部各自与所述原水部经由设置在其间的所述离子交换体连接。
16.一种制造离子交换装置的方法，所述离子交换装置包含：
容纳被处理液体的原水部，所述液体由含有杂质离子的液体组成；
容纳含有交换离子的处理物质的处理部，所述交换离子由能够与所述杂质离子交换的离子组成；以及
离子交换体，其允许所述杂质离子从所述原水部通向所述处理部以及所述交换离子从所述处理部通向所述原水部，
所述方法包括：
至少在所述离子交换体的与所述处理部相邻的表面上形成水接触角为30°以下的亲水层。
17.如权利要求16所述的制造离子交换装置的方法，其中，通过对所述离子交换体的与所述处理部相邻的表面进行光化能射线照射、电晕处理、等离子体处理或涂布处理而形成所述亲水层。
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