JP2001225078A - 電気再生式脱イオン水製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 硬度成分を含む被処理水から、長期間運転時
に電圧上昇もなく、生産された脱イオン水に比抵抗の低
下もない安定稼動の脱イオン水製造技術の提供。 【解決手段】 電気再生式脱イオン装置の陰イオン交換
膜の陽極側に多孔度２０〜９５％、最大孔径０．０１〜
５００μｍで、しかも厚みが最大孔径の５倍以上でかつ
１０μｍ〜１０ｍｍの多孔性陰イオン交換体層を設置す
ることにより、陰イオン交換膜の陽極側表面での硬度成
分の析出、蓄積を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気再生式脱イオ
ン(以下ＥＤＩと称する)法により、脱イオン水を製造す
る方法に関する。詳しくは、医薬品製造工業、半導体製
造工業、食料品工業等の各種製造業、又はボイラー水や
研究施設などで用いられる純水もしくは超純水等といわ
れる高度に脱イオン化した脱イオン水を効率的に製造す
る方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、脱イオン水の製造方法としてはイ
オン交換樹脂の充填床に被処理水を流し、不純物イオン
をイオン交換樹脂に吸着させて除去することにより脱イ
オン水を得る方法が一般的である。そして、この方法で
は、交換・吸着能力の低下したイオン交換樹脂は再生す
ることが必要であり、その再生は、通常酸やアルカリを
用いて行われる。その結果、この方法では、面倒な再生
操作と共にそれら酸やアルカリに起因する廃液が排出さ
れるという問題がある。

【０００３】このため再生の必要のない脱イオン水製造
方法が望まれており、近年、酸やアルカリなどの薬液に
よる再生操作が必要のないＥＤＩ法が開発され、実用化
されてきている。この方法は、陰イオン交換膜と陽イオ
ン交換膜とを交互に配置した電気透析槽の脱塩室に陰イ
オン交換樹脂と陽イオン交換樹脂の混合物を入れ、該脱
塩室に被処理水を流すとともに、脱塩室と交互に形成、
配置された濃縮室に濃縮水を流しながら電圧を印加して
電気透析を行うものであり、それにより脱イオン水を製
造すると共にイオン交換樹脂の再生をも同時に行うもの
であって、別途イオン交換樹脂の再生を行う必要のない
方法である。

【０００４】すなわち、従来のＥＤＩ法においては、陽
極を備える陽極室と陰極を備える陰極室との間に陽イオ
ン交換膜と陰イオン交換膜を交互に配列させ陽極側がア
ニオン交換膜で区画され陰極側がカチオン交換膜で区画
された脱塩室と陽極側がカチオン交換膜で区画され陰極
側がアニオン交換膜で区画された濃縮室とを形成させた
電気透析槽の脱塩室に陰イオン交換樹脂及び陽イオン交
換樹脂を収容してなる脱イオン水製造装置を使用し、電
圧を印加しながら脱塩室に被処理水を流入させると共
に、濃縮室に被処理水又は処理水の一部を濃縮水として
流入させることにより、被処理水中の不純物イオンを除
去するものである。

【０００５】そして、この方法によれば、前記したとお
り同時にイオン交換樹脂が連続的に再生されるため、酸
やアルカリ等の薬液による再生工程とその再生に使用し
た廃液処理が不要であるという利点を有するものではあ
るが、その際、ＥＤＩ装置は被処理水中のカルシウムイ
オンやマグネシウムイオン等の硬度成分により次第に電
気抵抗が上昇し印加電圧の上昇または電流の低下を招
き、更には脱塩性能の低下により生産される処理水の比
抵抗が低下する問題があった。

【０００６】そのため、かかる問題を克服する方法は、
既に数多く提案されており、それには、例えばＥＤＩ装
置に供給する被処理水を予め逆浸透膜処理を２段行い可
及的に硬度成分を除去した後ＥＤＩ法の被処理水として
供給する方法（特開平２−４０２２０号）や、別途用意
した酸性水生成電解槽で水を電気分解し陽極室で生成す
る酸性水をＥＤＩ法の濃縮室へ通水する方法（特開平１
０−１２８３３８号）がある。このような方法の採用に
よりＥＤＩ法の長期性能の安定は図れるが、投資コスト
の増大を招き、その結果、他の脱イオン方法との比較に
おいてＥＤＩシステムの利点が少なくなるという別の問
題が生ずることになる。

【０００７】そして、脱塩室に供給する被処理水を間歇
的に弱酸性化し脱塩室内のイオン交換樹脂に強く吸着し
たイオン成分を間歇的に溶出する方法（特開平３−２６
３９０）も提案されているが、間歇処理時、処理水の比
抵抗が低下する問題がある。また、アルカリ金属の塩酸
塩あるいは硫酸塩水溶液を添加し電導度を１００〜８０
０μＳ／ｃｍとした液をＥＤＩ法の濃縮室へ供給するこ
とによりＥＤＩ法において流れる電流を安定化し高純度
の処理水を得る方法（特開平９−２４３７４号）も提案
されているが、その性能の長期安定性については明らか
にされてない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のＥＤ
Ｉ脱イオン水製造システム及びその後提案された長期安
定化された改善脱イオン水製造方法等が有する前記した
ところの問題を解決する方法に関し、特にはＥＤＩ法に
おいて供給する被処理水の硬度成分等の不純物による性
能低下を防止及び解消する新規ＥＤＩ脱塩システムを提
供することを発明の解決課題、すなわち目的とする。

【０００９】そして、その課題について更に詳しく述べ
ると、ＥＤＩ法による従来の脱イオン水製造装置では、
濃縮水が循環使用されていることもあり運転経過と共に
濃縮室に硬度成分が濃縮され、その硬度成分（カルシウ
ム、マグネシウム）イオンが、脱塩室より陰イオン交換
膜を通して移動してきたＯＨイオン及び炭酸イオンと結
合し水酸化物あるいは炭酸塩となり析出、蓄積すること
により、電気抵抗を上昇させ、良好なイオン交換状態が
損なわれることがあった。

【００１０】本発明者の研究によると、濃縮室中のＮａ
イオン、Ｃａイオン、Ｍｇイオン等の陽イオンは電位勾
配により陰イオン交換膜付近に最も多く分布する。一
方、脱塩室内にて水解離反応にて発生したＯＨイオンは
陰イオン交換膜を透過移動し、濃縮室に到達するため陰
イオン交換膜近傍は高濃度のＯＨイオンが存在すること
がわかった。その結果、濃縮室側の陰イオン交換膜表面
及びその近傍において、Ｃａイオン、Ｍｇイオン等の硬
度成分と、ＯＨイオンや炭酸イオンとが、結合し水酸化
物あるいは炭酸塩の析出という現象を生じることが判明
した。

【００１１】本発明は、前記した研究の成果及び判明し
た事実を踏まえてなされたものであり、濃縮室側陰イオ
ン交換膜表面での硬度成分の析出、蓄積を防止し、ＥＤ
Ｉ装置の電気抵抗の上昇を抑制すると共に製造した脱イ
オン水には純度の低下のない、長期的に安定したＥＤＩ
法による脱イオン水製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するための電気再生式脱イオン水製造装置及び製造方
法の発明であり、そのうちの脱イオン水製造装置は、陽
極を備える陽極室と、陰極を備える陰極室との間に陽イ
オン交換膜と陰イオン交換膜を交互に配列させ、陽極側
が陰イオン交換膜で区画され陰極側が陽イオン交換膜で
区画された脱塩室と陽極側が陽イオン交換膜で区画され
陰極側が陰イオン交換膜で区画された濃縮室とを形成さ
せた電気透析槽の脱塩室にイオン交換体を収容してなる
電気再生式脱イオン水製造装置において、陰イオン交換
膜の陽極側に、多孔度が２０〜９５％、最大孔径が０．
０１〜５００μｍで、しかも厚みが最大孔径の５倍以上
であってかつ１０μｍ〜１０ｍｍである多孔性陰イオン
交換体層が設置されてなることを特徴とするものであ
る。

【００１３】また、電気再生式脱イオン水製造方法は、
陽極を備える陽極室と、陰極を備える陰極室との間に陽
イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に配列させ、陽極
側が陰イオン交換膜で区画され陰極側が陽イオン交換膜
で区画された脱塩室と陽極側が陽イオン交換膜で区画さ
れ陰極側が陰イオン交換膜で区画された濃縮室とを形成
させた電気透析槽の脱塩室にイオン交換体を収容してな
る脱イオン水製造装置を使用し、電圧を印加しながら脱
塩室に被処理水を供給し被処理水中の不純物イオンを除
去する電気再生式脱イオン水製造方法において、陰イオ
ン交換膜の陽極側に、多孔度が２０〜９５％、最大孔径
が０．０１〜５００μｍで、しかも厚みが最大孔径の５
倍以上であってかつ１０μｍ〜１０ｍｍである多孔性陰
イオン交換体層が設置されてなることを特徴とするもの
である。

【００１４】そして、本発明では、前記した手段を採用
することにより、特に陰イオン交換膜の陽極側に多孔性
陰イオン交換体層を配置することにより、陰イオン交換
膜表面及びその近傍における濃縮室側での硬度成分の析
出、蓄積が防止でき、ＥＤＩ脱イオン水製造装置を長期
運転しても電圧上昇が抑制できると共に製造された脱イ
オン水の比抵抗も低下することがない。また、本発明に
おいて、陰イオン交換膜の陽極側に多孔性イオン交換体
層を設置することで、硬度成分の析出、蓄積が防止でき
硬度成分による電気抵抗の上昇が抑制できる共に、製造
された脱イオン水の比抵抗が低下せず脱イオン性能の低
下も抑制できることの理由あるいは機構等については、
十分に解明しているわけではないが、本発明者は一応以
下のように推測している。

【００１５】前述したように、従来のＥＤＩ装置におい
ては、陰イオン交換膜の陽極側表面はＯＨイオン濃度が
高く、また電位勾配によりカルシウムイオンやマグネシ
ウムイオン濃度も上昇しているが、本発明では、陰イオ
ン交換膜の陽極側に多孔性陰イオン交換体層を設置にし
たことにより、ＯＨイオンの濃縮液への拡散希釈が、多
孔性表面により促進され、該膜表面におけるＯＨイオン
濃度の速やかな低減が図れられる。他方、硬度成分イオ
ンは、多孔性陰イオン交換体層が存在し、その内部に侵
入し難くなり、ＯＨイオンと硬度成分イオンとが接触し
反応する機会が低減する。以上のようなことで、陰イオ
ン交換膜陽極側表面における硬度成分の析出、蓄積が抑
制され、電気抵抗や脱イオン性能が安定するものと、本
発明者は推測している。

【００１６】以上の説明は、本発明の理解を助けるため
に述べたものであり、かかる説明により本発明が限定さ
れるものではなく、本発明は特許請求の範囲の記載によ
って特定されるものであることは言うまでもない。ま
た、以下に本発明で採用することのできる発明の実施例
の形態を述べるが、本発明はその記載によって限定され
るものではなく、特許請求の範囲の記載によって特定さ
れるものであることは、前記同様言うまでもない。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明における、陰イオン交換膜
と、その陽極側に設置される多孔度が２０〜９５％、最
大孔径が０．０１〜５００μｍで、しかも厚みが最大孔
径の５倍以上であってかつ１０μｍ〜１０ｍｍである多
孔性陰イオン交換体層との設置状態については、両者が
一体化して形成されている場合と、両者を個別に別体で
製造し一体化せずに密接配置する場合とがあり、それに
ついて製造工程上の差違等で大別すると以下の３通りの
方法があげられる。第１は、陰イオン交換膜の作成時
に、少なくとも片面に多孔度が２０〜９５％で、最大孔
径が０．０１〜５００μｍで、しかも厚みが最大孔径の
５倍以上であってかつ１０μｍ〜１０ｍｍである多孔性
陰イオン交換体層が形成されるようにして製膜する方法
である。

【００１８】その第１方法を具体的に説明すると以下の
とおりである。例えば陰イオン交換性ポリマー溶液から
のキャスト製膜において片面側に溶媒が残存する状態で
貧溶媒に浸漬し、多孔層を成形させる方法、熱可塑性陰
イオン交換ポリマーもしくはその前駆体の製膜時片面に
溶解性微粒子を埋め込んだ後溶出する方法、又は陰イオ
ン交換基含有もしくはその前駆体モノマー溶液を膜状に
重合するにあたり片面に溶解性微粒子や重合物に対する
貧溶媒を添加したモノマー溶液を塗布し重合せしめる方
法などが挙げられる。

【００１９】第２の方法は、多孔性陰イオン交換体層と
陰イオン交換膜を別途製造して用意し、事前に両者の格
別な一体化をおこなわず、電気再生式脱イオン装置に組
み立てる際に密接して重ねて配置する方法であり、第３
の方法は、多孔性陰イオン交換体層又はその前駆体と、
陰イオン交換膜又はその前駆体とを個別に製造し製造後
両者を接合して積層一体化する方法である。特に第２と
第３の方法は、多様な多孔性陰イオン交換体層材料が使
用できる点で好ましい。

【００２０】本発明に使用する陰イオン交換膜として
は、各種のものが特に制限されることなく使用可能であ
り、それについて例示をもって説明すると以下のとおり
である。すなわち、スチレンージビニルベンゼン重合膜
をクロルメチル化後アミノ化した陰イオン交換膜、ビニ
ルピリジンージビニルベンゼン系陰イオン交換膜、ポリ
スルホン系のクロルメチル化―アミノ化ポリマー溶液か
らのキャスト膜、陰イオン交換樹脂の粉末と熱可塑性バ
インダーもしくはバインダー溶液の混合物から膜状に成
形した不均一イオン交換膜、ポリプロピレンフイルムや
含フッ素ポリマーフイルムに陰イオン交換基に転換でき
るモノマーをグラフト重合した陰イオン交換膜、又はパ
ーフルオロ系陰イオン交換膜等が使用できる。

【００２１】上記陰イオン交換膜の陽極側に設置される
多孔性陰イオン交換体層について説明すると以下のとお
りである。本発明における多孔性陰イオン交換体層の多
孔度とは、含水率を０％に乾燥した陰イオン交換体層の
見掛密度と陰イオン交換体層の構成材料の真密度との差
を前記真密度の百分率で表したものである。その多孔性
陰イオン交換体層については、多孔度が２０％以下で
は、ＯＨイオンの拡散希釈の効果が少なく、また逆に多
孔度が９５％以上では、多孔性陰イオン交換体層の機械
的強度が低下し使用時に多孔性が損なわれかえって拡散
希釈効果が低減することから、多孔度が、２０〜９５
％、好ましくは２５〜９０％、特には３０〜８５％が好
ましく使用できる。

【００２２】そして、かかる多孔度２０〜９５％の多孔
性陰イオン交換体層の最大孔径については、小さいとＯ
Ｈイオンの拡散希釈の効果が不足し、大きいと濃縮液中
の硬度成分が多孔体層の内部まで侵入しやすくなること
から、０．０１〜５００μｍが必要で、好ましくは０．
１〜３００μｍがよい。なお、本発明における最大孔径
とは、ＡＳＴＭ Ｆ−３１６に記載されているバブルポ
イント法により求められるものである。

【００２３】その多孔性陰イオン交換体層の厚みについ
ては、薄いと濃縮液中の硬度成分が多孔体層を貫き陰イ
オン交換膜表面に到達しやすく、厚過ぎると陰イオン交
換体層の電気抵抗が大きくなることから、望ましくは多
孔体層の最大孔径の５倍以上、好ましくは１０〜５００
倍、特には２０〜１００倍がよい。さらに多孔性陰イオ
ン交換体層の厚みは１０μｍ〜１０ｍｍ、好ましくは２
０μｍ〜８ｍｍ、特には４０μｍ〜５ｍｍがよい。ま
た、陰イオン交換膜の陽極側に設置される多孔性陰イオ
ン交換体層としては、最大孔径０．０１〜１０μｍの微
多孔性基材に陰イオン交換性官能基を具備させたものが
好ましい。

【００２４】かかる多孔性陰イオン交換体層について、
それを形成する材料あるいは製造方法等に関し、より具
体的に説明すると以下のとおりである。最大孔径０．０
１〜５００μｍ、厚み１０μｍ〜１０ｍｍの微多孔性
膜、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィ
ン系、あるいはポリ四弗化エチレン等の含フッ素樹脂系
からなる微多孔性膜に、陰イオン交換基または陰イオン
交換基に変換できるモノマーやポリマー溶液を、その多
孔性を損なわない程度に付着させ、重合及び乾燥等の手
段により陰イオン交換基を微多孔性膜の壁面に固定する
方法が好ましく使用される。なお、上記微多孔性膜とし
ては最大孔径が０．０１〜１０μｍであるものが好まし
い。さらに上記微多孔性膜の厚みは１０μｍ〜１０ｍｍ
が好ましい。

【００２５】その方法については、以下の３通りが例示
できる。 (１)そのような陰イオン交換基または陰イオン交換基に
変換できるモノマーとしては、エチレンイミン、ビニル
アミン、ビニルピリジン、アリルアミン、クロルメチル
スチレン等があり、それらをラジカル重合や放射線重合
等で微多孔性膜の壁面に固定化する方法。 (２)ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリアミ
ジン、ヘキサメチレンジアミンーエピクロロヒドリン重
縮合物、ジシアンジアミド−ホルマリン重縮合物、グア
ニジン−ホルマリン重縮合物、ポリビニルベンジルトリ
メチルアンモニウムクロリド、ポリ（４−ビニルピリジ
ン）、ポリ（２−ビニルピリジン）、ポリ（２−ジメチ
ルアミノエチルアクリレート）、ポリ（２−ジメチルア
ミノエチルメタクリレート）、ポリ（１−ビニルイミダ
ゾール）、ポリ（２−ビニルピラジン）、ポリ（４−ブ
テニルピリジン）、ポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルア
ミド）、ポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアクリ
ルアミド）又はそれらの塩を含有する水溶性ポリマーを
多孔性膜の壁面に付着後、加熱処理やポリマー中の反応
サイト、例えば窒素原子に結合した活性水素を利用しホ
ルマリン、エピクロロヒドリンあるいはアルキレンジハ
ライドと反応させ不溶化する方法。 (３)上記水溶性カチオンポリマー単位を含有する水に不
溶なコポリマーの有機溶媒溶液、あるいはアミノ化ポリ
スルホン系ポリマーの有機溶媒溶液を微多孔性膜の壁面
に付着後、加熱処理により固定化する方法。

【００２６】そして、前記した以外の別の好ましい多孔
性陰イオン交換体層としては、粒径１〜１０００μｍの
陰イオン交換樹脂１００質量部とバインダー１〜２０質
量部からなる最大孔径が０．５〜５００μｍの成形体が
ある。この多孔性陰イオン交換体層形成方法としては、
粒径１μｍ〜１０００μｍの陰イオン交換樹脂１００質
量部とバインダー１〜２０質量部に必要に応じ溶解性微
粉末や溶解性成形助剤を加えて混練し、多孔度２０〜８
０％、厚み１００μｍ〜１０ｍｍに成形する方法が例示
される。上記方法においては、バインダーが１〜１０質
量部である場合がより好ましい。特に陰イオン交換樹脂
自体に多孔性を有する所謂ポーラス型やハイポーラス型
陰イオン交換樹脂を使用することで多孔度の高い陰イオ
ン交換体層が得られるので好ましい。

【００２７】また、それ以外にも平均径（平均太さ）１
〜１００μｍの陰イオン交換繊維が面密度２０〜２００
０ｇ／ｍ²に集積された最大孔径が０．１〜５００μｍ
の集合体も本発明の多孔性陰イオン交換体層として好ま
しく使用される。この多孔性イオン交換体層としては厚
みが１００μｍ〜１０ｍｍの不織布が好ましい。

【００２８】かかる多孔性陰イオン交換体層は、ＥＤＩ
装置の組み立て時に陰イオン交換膜の陽極側に配置して
使用することができるものの、予め多孔性陰イオン交換
体層と陰イオン交換膜と一体的に複層化し使用すること
ができる。特に、多孔性陰イオン交換体層の厚みが薄い
場合には、前記のとおり複層化して使用するのが取り扱
いの点で好ましい。このようにして形成あるいは組み立
てられる陽極室側に多孔性陰イオン交換体層を有する陰
イオン交換膜は、その特徴を活かし、脱塩、濃縮プロセ
スに使用できるが、特に電気再生型脱イオン水製造装置
（ＥＤＩ装置）に使用される。

【００２９】そのＥＤＩ装置の一般的な構成は、以下の
通りである。すなわち、陽極を備える陽極室と陰極を備
える陰極室との間に、複数枚の陽イオン交換膜と陰イオ
ン交換膜とを交互に配列して、陽極側が陰イオン交換膜
で区画され、陰極側が陽イオン交換膜で区画され、陽イ
オン交換体と陰イオン交換体が充填された脱塩室と、陽
極側が陽イオン交換膜で区画され、陰極側が陰イオン交
換膜で区画された濃縮室とを交互に、２〜３００組程度
直列に配置する。

【００３０】そして、脱塩室には被処理水を流し、濃縮
室には濃縮された塩類を排出するための水を流しなが
ら、電流を流すことにより脱塩を行うことができる。各
ユニットセルには、脱塩室において水解離が生じる２〜
１０Ｖ程度の電圧を印加することができる。上記ＥＤＩ
装置における陰イオン交換膜の陽極側に本発明の多孔性
陰イオン交換体層を配置することにより、安定して脱イ
オン水を得ることができる。本発明の脱イオン水製造方
法は、脱塩室に供給する被処理水が、電導度が１〜５０
０μＳ／ｃｍで硬度成分が炭酸カルシウム換算で１０〜
５０００ｐｐｂであるものの脱塩に適している。

【００３１】また、本発明のＥＤＩ装置の脱塩室に充填
されるイオン交換体については、各種イオン交換体が各
種態様で何等制限なく使用でき、それには、例えば陰イ
オン交換樹脂及び陽イオン交換樹脂の混合体、陰イオン
交換樹脂層と陽イオン交換樹脂層を交互に被処理水の流
れ方向に多段に積み重ねたレイヤー構造体、又は陰イオ
ン交換樹脂層と陽イオン交換樹脂層がモザイク模様、格
子模様もしくは一方のイオン交換樹脂層が連続した海層
で他方のイオン交換樹脂層が海層に点在する島層の充填
体が例示される。また、形状については、粒状以外もあ
り、それにはイオン交換繊維とイオン交換樹脂との混合
体、陰イオン交換繊維及び陽イオン交換繊維の混合体、
イオン交換体と導電性体との複合体、並びに陰イオン交
換樹脂及び陽イオン交換樹脂を結合剤で板状に形成した
板状イオン交換体などが挙げられる。

【００３２】

【実施例】次いで、本発明に関し実施例に基づき更に詳
しく説明するが、本発明は、これら実施例に何等限定さ
れなるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて
特定されるものであることは勿論である。

【００３３】〈製造例１(複層陰イオン交換膜製造例)〉
まず、陰イオン交換膜を以下のとおり作成した。低密度
ポリエチレン７０質量％とエチレン−プロピレン−ジエ
ンゴム３０質量％とを混練機（東洋精機製作所製ラボプ
ラストミル）で１５０℃、３０分混合混練し得られた混
合物からなるバインダーポリマーと、強塩基性陰イオン
交換樹脂（三菱化学製ダイヤイオンＳＡ−１０Ａ）の乾
燥粉砕品（平均粒径５０μｍ）とを、混合比４０／６０
（質量比）で混合し、ラボプラストミルで１３０℃、５
０ｒｐｍ、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５００μ
ｍの陰イオン交換膜１を得た。

【００３４】そして、その陰イオン交換膜と組み合わせ
る多孔性陰イオン交換体層１は以下のとおり作成した。
上記バインダーとポーラス型強塩基性陰イオン交換樹脂
（三菱化学製ダイヤイオンＰＡ３１６）の乾燥粉砕品
（平均粒径５０μｍ）とを、混合比５／９５質量比で混
合しラボプラストミルで１３０℃、５０ｒｐｍ、２０分
混練し、次いで混練物を平板プレスにより１６０℃で加
熱溶融プレスし、多孔度４５％、厚さ３００μｍの多孔
性陰イオン交換体層１を得た。該多孔体陰イオン交換体
層１における最大孔径は、水媒体中でのバブルポイント
から５０μｍであった。前記のようにして得た陰イオン
交換膜１と多孔性陰イオン交換体層１とを１４０℃でプ
レスで貼り合わせ層厚７８０μｍの複層陰イオン交換膜
１を得た。

【００３５】〈製造例２(複層陰イオン交換体膜製造
例)〉多孔性陰イオン交換体層２を以下のとおり作成し
た。多孔度９０％、孔径１μｍ、厚み１５０μｍのポリ
テトラフルオロエチレンからなる微多孔性膜を⁶⁰Ｃｏの
放射線を２００ｋＧｙ照射した後、クロロメチルスチレ
ン２質量％、重合開始剤であるナイパーＢＯ（ 日本油
脂社製）０．０８質量％のヘキサン溶液に浸漬し、６０
℃１６時間加温した。得られた膜を乾燥したところ質量
増加率は１０％であった。次いでトリメチルアミンのメ
チルアルコール溶液に浸漬し陰イオン交換基を導入し、
多孔度８５％、厚みが１５０μｍの多孔性陰イオン交換
体層２を得た。該多孔体陰イオン交換体層２における最
大孔径は、イソプロピルアルコール媒体中でのバブルポ
イントから０．９μｍであった。前記のようにして得た
多孔性陰イオン交換体層２と製造例１で作成した陰イオ
ン交換膜１とを１４０℃でプレスで貼り合わせ６４０μ
ｍの複層陰イオン交換膜２を得た。

【００３６】〈製造例３(陰イオン交換体層製造例)〉多
孔性陰イオン交換体層３を以下のとおり作成した。径
（太さ）４０μｍのポリプロピレン製繊維からなる５０
０ｇ／ｍ²の不織布に、⁶⁰Ｃｏの放射線を２００ｋＧｙ
照射した後、クロルメチルスチレンに浸漬し、温度６０
℃で１６時間グラフト重合させ、グラフト率１１０％の
重合物を得た。これをトリメチルアミンのメチルアルコ
ール溶液に浸漬し陰イオン交換基を導入し、多孔度５５
％、厚みが２ｍｍの多孔性陰イオン交換体層３を得た。
該多孔体陰イオン交換体層３における最大孔径は、水媒
体中でのバブルポイントから４０μｍであった。

【００３７】〈製造例４(陽イオン交換膜製造例)〉陰イ
オン交換膜と対になる陽イオン交換膜を、強酸性陽イオ
ン交換樹脂（三菱化学製ダイヤイオンＳＫ−１Ｂ）を使
用した以外は実施例１の陰イオン交換膜１と同様にして
厚さ５００μｍの陽イオン交換膜１を得た。

【００３８】〈製造例５(陰イオン交換体層製造例)〉多
孔性陰イオン交換体層４を以下のとおり作成した。粒径
４００〜６００μｍの４級アンモニウム塩型陰イオン交
換樹脂（三菱化学製、商品名：ダイヤイオンＳＡ−10
Ａ）１００質量部とエチレン−プロピレンゴム３質量部
を１５０℃、３０分混合後、該混合物を平板プレスで厚
さ６ｍｍ、多孔度４５％、最大孔径２２０μｍの多孔性
陰イオン交換体層を得た。

【００３９】〈実施例１〉上記陽イオン交換膜１と製造
例１で作成した多孔性陰イオン交換体層１を有する複層
陰イオン交換膜１とを多孔性陰イオン交換体層１が陽極
側になるよう脱塩室枠（ポリプロピレン製）及び濃縮室
枠（ポリプロピレン製）を介して配列して締め付けたフ
ィルタープレス型透析槽（濃縮室にはポリプロピレン製
ネットを挿入）からなる有効面積５０７ｃｍ²〔横（＝
室枠幅）１３ｃｍ、縦（＝脱塩長）３９ｃｍ〕×３対の
電気透析槽を構成した。

【００４０】そして、脱塩室にはカチオン交換樹脂、ア
ニオン交換樹脂及びバインダーを混合して板状に成型加
工したものを乾燥状態で充填し、濃縮室には流路を確保
するための合成樹脂製のスペーサーを充填した。上記両
イオン交換樹脂は、粒径が４００〜６００μｍ、イオン
交換容量が４．５ミリ当量／ｇ乾燥樹脂のスルホン酸酸
型（Ｈ型）陽イオン交換樹脂（三菱化学製、商品名：ダ
イヤイオンＳＫー１Ｂ）及び粒径が４００〜６００μ
ｍ、イオン交換容量が３．５ミリ当量／ｇ乾燥樹脂の４
級アンモニウム塩型（ＯＨ型）陰イオン交換樹脂（三菱
化学製、商品名：ダイヤイオンＳＡー１０Ａ）であり、
イオン交換容量比が５０／５０となるようにしたもので
ある。

【００４１】次いで、このＥＤＩ装置を用いて、工業用
水を砂ろ過後、逆浸透膜装置で１段処理した表１に示す
被処理水を脱塩室へ供給しつつ電圧を印加し、表２に示
す条件で連続１０００時間運転し、電圧変化及び被処理
水の比抵抗の安定性をしらべた。得られた結果は表２及
び表３に示した。なお、表２の流量はいずれも一室当た
りの流量である。

【００４２】

【表１】

【００４３】〈実施例２〉この実施例では、実施例１に
おける多孔性陰イオン交換体層１を有する複層陰イオン
交換膜１の替りに製造例２の複層陰イオン交換膜２を使
用した以外は、実施例１と同様にして脱イオン試験を行
い、得られた結果を表２および表３に示した。

【００４４】〈実施例３〉この実施例では、実施例１に
おける多孔性陰イオン交換体層１を有する複層陰イオン
交換膜１の替りに製造例３の多孔性陰イオン交換体層３
を陽極側に製造例１で作成した陰イオン交換膜２を陰極
側になるよう重ねて配置した以外は、実施例１と同様に
して脱イオン試験を行い、得られた結果を表２及び表３
に示した。

【００４５】〈実施例４〉実施例３の多孔性陰イオン交
換体層３の替りに製造例５で作成した多孔性陰イオン交
換体層４使用した以外は、実施例３と同様にして脱イオ
ン試験を行い、得られた結果を表２及び表３に示した。

【００４６】〈比較例１〉この比較例では、実施例１に
おける多孔性陰イオン交換体層１を有する複層陰イオン
交換膜１の替りに製造例１で作成した陰イオン交換膜１
を使用した以外は、実施例１と同様にして脱イオン試験
を行い、得られた結果を表２及び表３に示した。

【００４７】〈比較例２〉この比較例では、実施例１に
おける複層陰イオン交換膜１の多孔性陰イオン交換体層
を陽極側に配置する替りに陰極側に配置した以外は、実
施例１と同様にして脱イオン試験を行い、得られた結果
を表２及び表３に示した。

【００４８】

【表２】

【００４９】

【表３】

【００５０】これら試験の結果を示す表２及び表３の記
載から明らかなように、本発明では、陰イオン交換膜の
陽極側に多孔性陰イオン交換体層を配置することによ
り、ＥＤＩ装置を長期間運転した後も該装置の電圧上昇
がなく、かつ製造された脱イオン水も比抵抗が高く安定
している。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、ＥＤＩ装置の陰イオン
交換膜の陽極側に多孔性陰イオン交換体層を配置するこ
とにより、陰イオン交換膜の濃縮側での硬度成分の析
出、蓄積が抑制でき、その結果ＥＤＩ装置を長期間運転
しても、電圧上昇を回避できると共に製造された脱イオ
ン水は比抵抗の低下もないものであり、本発明は卓越し
た効果を奏するものである。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陽極を備える陽極室と、陰極を備える陰
   極室との間に陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に
   配列させ、陽極側が陰イオン交換膜で区画され陰極側が
   陽イオン交換膜で区画された脱塩室と陽極側が陽イオン
   交換膜で区画され陰極側が陰イオン交換膜で区画された
   濃縮室とを形成させた電気透析槽の脱塩室にイオン交換
   体を収容してなる電気再生式脱イオン水製造装置におい
   て、陰イオン交換膜の陽極側に、多孔度が２０〜９５
   ％、最大孔径が０．０１〜５００μｍで、しかも厚みが
   最大孔径の５倍以上であってかつ１０μｍ〜１０ｍｍで
   ある多孔性陰イオン交換体層が設置されてなることを特
   徴とする電気再生式脱イオン水製造装置。
2. 【請求項２】 陰イオン交換膜の陽極側に設置される多
   孔性陰イオン交換体層が、最大孔径０．０１〜１０μｍ
   の微多孔性膜に陰イオン交換性官能基を具備させたもの
   である請求項１記載の脱イオン水製造装置。
3. 【請求項３】 陰イオン交換膜の陽極側に設置される多
   孔性陰イオン交換体層が、粒径１μｍ〜１０００μｍの
   陰イオン交換樹脂１００質量部とバインダー１〜２０質
   量部からなる、最大孔径が０．５〜５００μｍの成形体
   である請求項１記載の脱イオン水製造装置。
4. 【請求項４】 陰イオン交換膜の陽極側に設置される多
   孔性陰イオン交換体層が、平均径１〜１００μｍの陰イ
   オン交換繊維が２０〜２０００ｇ／ｍ²に集積された最
   大孔径が０．１〜５００μｍの集合体である請求項１記
   載の脱イオン水製造装置。
5. 【請求項５】 陰イオン交換膜の陽極側に設置される多
   孔性陰イオン交換体層が、陰イオン交換膜と一体的に複
   層化されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載
   の脱イオン水製造装置。
6. 【請求項６】 陽極を備える陽極室と、陰極を備える陰
   極室との間に陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に
   配列させ、陽極側が陰イオン交換膜で区画され陰極側が
   陽イオン交換膜で区画された脱塩室と陽極側が陽イオン
   交換膜で区画され陰極側が陰イオン交換膜で区画された
   濃縮室とを形成させた電気透析槽の脱塩室にイオン交換
   体を収容してなる脱イオン水製造装置を使用し、電圧を
   印加しながら脱塩室に被処理水を供給し被処理水中の不
   純物イオンを除去する電気再生式脱イオン水製造方法に
   おいて、陰イオン交換膜の陽極側に、多孔度が２０〜９
   ５％、最大孔径が０．０１〜５００μｍで、しかも厚み
   が最大孔径の５倍以上であってかつ１０μｍ〜１０ｍｍ
   である多孔性陰イオン交換体層が設置されてなることを
   特徴とする電気再生式脱イオン水製造方法。
7. 【請求項７】 脱塩室に供給する被処理水は、電導度が
   １〜５００μＳ／ｃｍで硬度成分が炭酸カルシウム換算
   で１０〜５０００ｐｐｂである請求項６記載の脱イオン
   水製造方法。