JP2002346567A - 新規アニオン交換体を搭載した電気式脱塩装置 - Google Patents
新規アニオン交換体を搭載した電気式脱塩装置Info
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- electric desalination
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- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の電気式脱塩装置では除去能に限界のあ
ったシリカなどの弱電解質や有機体炭素(TOC)成分
に対する除去性能をも向上させた電気式脱塩装置を提供
する。 【解決手段】 本発明は、正負の両電極室間に、陽イオ
ン交換膜及び陰イオン交換膜を少なくとも一部交互に配
列することによって脱塩室と濃縮室とが形成されてお
り、脱塩室にはアニオン交換体及び強酸性カチオン交換
体が充填されている電気式脱塩装置であって、該アニオ
ン交換体は、少なくとも1つの1級、2級又は3級アミ
ノ基、或いはこれに加えて少なくとも1つの4級アンモ
ニウム基を有する電気式脱塩装置に関する。
ったシリカなどの弱電解質や有機体炭素(TOC)成分
に対する除去性能をも向上させた電気式脱塩装置を提供
する。 【解決手段】 本発明は、正負の両電極室間に、陽イオ
ン交換膜及び陰イオン交換膜を少なくとも一部交互に配
列することによって脱塩室と濃縮室とが形成されてお
り、脱塩室にはアニオン交換体及び強酸性カチオン交換
体が充填されている電気式脱塩装置であって、該アニオ
ン交換体は、少なくとも1つの1級、2級又は3級アミ
ノ基、或いはこれに加えて少なくとも1つの4級アンモ
ニウム基を有する電気式脱塩装置に関する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、所謂電気式脱塩装
置に関するものである。電気式脱塩装置とは、正負の電
極間に陽イオン交換膜、陰イオン交換膜を交互に配置し
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、液体中のイオンを選択的に脱塩室からイオン交
換膜を介して濃縮室へと移動・分離させることによっ
て、液中のイオン成分を除去するものである。
置に関するものである。電気式脱塩装置とは、正負の電
極間に陽イオン交換膜、陰イオン交換膜を交互に配置し
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、液体中のイオンを選択的に脱塩室からイオン交
換膜を介して濃縮室へと移動・分離させることによっ
て、液中のイオン成分を除去するものである。
【0002】
【従来の技術】電気式脱塩装置は、用水や排水等の流体
中に存在するイオンを主として除去するのに用いられて
おり、酸やアルカリなどの再生用薬品を使用しないの
で、省資源・省エネルギーの社会情勢に合致し、近年そ
の普及が著しい。特に最近は、脱塩装置の脱塩室に、イ
オン交換樹脂に代表されるイオン交換体を充填してイオ
ン除去能を高めた電気式脱塩装置の普及が著しい。この
背景として、イオン交換膜をはじめとする電気脱塩装置
本体の改良、前処理装置としての逆浸透膜(RO)装置
の性能向上、省資源・省エネルギーへのユーザーの要求
などが挙げられる。
中に存在するイオンを主として除去するのに用いられて
おり、酸やアルカリなどの再生用薬品を使用しないの
で、省資源・省エネルギーの社会情勢に合致し、近年そ
の普及が著しい。特に最近は、脱塩装置の脱塩室に、イ
オン交換樹脂に代表されるイオン交換体を充填してイオ
ン除去能を高めた電気式脱塩装置の普及が著しい。この
背景として、イオン交換膜をはじめとする電気脱塩装置
本体の改良、前処理装置としての逆浸透膜(RO)装置
の性能向上、省資源・省エネルギーへのユーザーの要求
などが挙げられる。
【0003】電気式脱塩装置が普及する前には、RO装
置の下流側に通常のイオン交換樹脂を充填したイオン交
換塔を配置することが多かった。このイオン交換樹脂で
除去できるものはイオン成分と若干の微粒子であり、イ
オン交換樹脂の代替機種として電気脱塩装置に対して要
求される性能も同等であった。
置の下流側に通常のイオン交換樹脂を充填したイオン交
換塔を配置することが多かった。このイオン交換樹脂で
除去できるものはイオン成分と若干の微粒子であり、イ
オン交換樹脂の代替機種として電気脱塩装置に対して要
求される性能も同等であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近で
はより高度な超純水が要求される場合が多くなり、電気
脱塩の高性能化が求められていた。このため、従来のイ
オン交換樹脂では除去に限界のあったシリカなどの弱電
解質に対する除去性能も求められるようになっている。
更に、アルコールや他の有機薬品など、有機体炭素(T
OC)成分に対する除去性能も向上させることが期待さ
れている。
はより高度な超純水が要求される場合が多くなり、電気
脱塩の高性能化が求められていた。このため、従来のイ
オン交換樹脂では除去に限界のあったシリカなどの弱電
解質に対する除去性能も求められるようになっている。
更に、アルコールや他の有機薬品など、有機体炭素(T
OC)成分に対する除去性能も向上させることが期待さ
れている。
【0005】従来、電気脱塩装置は、TOCなどの非イ
オン性物質の除去には向いていないとされてきた。この
ような状況下において、積極的にシリカなどの弱電解質
やTOCを除去する電気式脱塩装置は未だ提案されてい
ない。
オン性物質の除去には向いていないとされてきた。この
ような状況下において、積極的にシリカなどの弱電解質
やTOCを除去する電気式脱塩装置は未だ提案されてい
ない。
【0006】本発明は、このような状況の下、より改良
された性能を発揮する電気式脱塩装置を提供するもので
ある。
された性能を発揮する電気式脱塩装置を提供するもので
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、正負の両電極
室間に、陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜を少なくと
も一部交互に配列することによって脱塩室と濃縮室とが
形成されており、脱塩室にはアニオン交換体及び強酸性
カチオン交換体が充填されている電気式脱塩装置であっ
て、該アニオン交換体は、少なくとも1つの1級、2級
又は3級アミノ基(以下、これら3種類のアミノ基を総
称して、適宜、単に「アミノ基」という)を有するもの
である電気式脱塩装置に関する。
室間に、陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜を少なくと
も一部交互に配列することによって脱塩室と濃縮室とが
形成されており、脱塩室にはアニオン交換体及び強酸性
カチオン交換体が充填されている電気式脱塩装置であっ
て、該アニオン交換体は、少なくとも1つの1級、2級
又は3級アミノ基(以下、これら3種類のアミノ基を総
称して、適宜、単に「アミノ基」という)を有するもの
である電気式脱塩装置に関する。
【0008】電気式脱塩装置の脱塩室にイオン交換体を
充填することは当該技術において既に行われている。こ
のイオン交換体は、イオン成分をイオン交換吸着して、
カチオン成分を負極方向へ、アニオン成分を正極方向へ
移動させるための媒体である。従来、この目的で用いら
れる強酸性カチオン交換体の官能基としてはスルホン酸
基、アニオン交換体の官能基としては4級アンモニウム
基が主として用いられている。また、この目的で用いら
れるイオン交換体の形態としては、イオン交換樹脂や、
不織布などにイオン交換機能を持たせたものなどが用い
られている。
充填することは当該技術において既に行われている。こ
のイオン交換体は、イオン成分をイオン交換吸着して、
カチオン成分を負極方向へ、アニオン成分を正極方向へ
移動させるための媒体である。従来、この目的で用いら
れる強酸性カチオン交換体の官能基としてはスルホン酸
基、アニオン交換体の官能基としては4級アンモニウム
基が主として用いられている。また、この目的で用いら
れるイオン交換体の形態としては、イオン交換樹脂や、
不織布などにイオン交換機能を持たせたものなどが用い
られている。
【0009】本発明に係る電気式脱塩装置は、脱塩室に
充填するアニオン交換体として、1級、2級又は3級ア
ミノ基を有するものを使用することを特徴とするもので
ある。脱塩室に充填するアニオン交換体として、1級〜
3級アミノ基を有するものを用いると、この官能基が強
酸性カチオン交換体との接触面で次式Iで示される水の
電気分解を促進し、電流・電圧などの電気的特性が向上
すると同時に、弱電解質の解離が促進され、これらの除
去率が改善される。また、同時に、プロトネーションと
呼ばれる次式IIの反応が促進されるため、アルコールな
どのTOC成分がイオン性物質に転換されて、電気脱塩
によって容易に除去することができるようになる。
充填するアニオン交換体として、1級、2級又は3級ア
ミノ基を有するものを使用することを特徴とするもので
ある。脱塩室に充填するアニオン交換体として、1級〜
3級アミノ基を有するものを用いると、この官能基が強
酸性カチオン交換体との接触面で次式Iで示される水の
電気分解を促進し、電流・電圧などの電気的特性が向上
すると同時に、弱電解質の解離が促進され、これらの除
去率が改善される。また、同時に、プロトネーションと
呼ばれる次式IIの反応が促進されるため、アルコールな
どのTOC成分がイオン性物質に転換されて、電気脱塩
によって容易に除去することができるようになる。
【0010】
【式1】
【0011】
【式2】
【0012】また、本発明のより好ましい態様において
は、電気式脱塩装置は、脱塩室に充填するアニオン交換
体として、1〜3級アミノ基と、4級アンモニウム基と
を合わせて有するものを使用する。このように、脱塩室
に充填するアニオン交換体として、アミノ基と4級アン
モニウム基とが共存しているものを用いると、まず、ア
ミノ基において、上記に説明したように、水の電気分
解、弱電解質やTOC成分のイオン性物質への転換が促
進される。そして、生成したイオンを、対応する極へ移
動させるのに4級アンモニウム基が用いられる。4級ア
ンモニウム基は、広いpH範囲で解離しているので、こ
のようなイオンの移動には極めて効果的である。例え
ば、シリカなどは4級アンモニウム基の間を容易に移動
する。したがって、脱塩室に充填されるアニオン交換体
が、1〜3級アミノ基と4級アンモニウム基とを合わせ
持つ場合には、アミノ基で水の電気分解、弱電解質のイ
オン化などの促進;4級アンモニウム基でイオン化した
成分の移動;というように、それぞれの役割分担が可能
となり、弱電解質及びTOC成分を極めて効果的に除去
することが可能となる。
は、電気式脱塩装置は、脱塩室に充填するアニオン交換
体として、1〜3級アミノ基と、4級アンモニウム基と
を合わせて有するものを使用する。このように、脱塩室
に充填するアニオン交換体として、アミノ基と4級アン
モニウム基とが共存しているものを用いると、まず、ア
ミノ基において、上記に説明したように、水の電気分
解、弱電解質やTOC成分のイオン性物質への転換が促
進される。そして、生成したイオンを、対応する極へ移
動させるのに4級アンモニウム基が用いられる。4級ア
ンモニウム基は、広いpH範囲で解離しているので、こ
のようなイオンの移動には極めて効果的である。例え
ば、シリカなどは4級アンモニウム基の間を容易に移動
する。したがって、脱塩室に充填されるアニオン交換体
が、1〜3級アミノ基と4級アンモニウム基とを合わせ
持つ場合には、アミノ基で水の電気分解、弱電解質のイ
オン化などの促進;4級アンモニウム基でイオン化した
成分の移動;というように、それぞれの役割分担が可能
となり、弱電解質及びTOC成分を極めて効果的に除去
することが可能となる。
【0013】ここで、アニオン交換体が4級アンモニウ
ム基とアミノ基とを合わせ持つ状態というのは、4級ア
ンモニウム基を有する強塩基性アニオン交換体とアミノ
基を有する弱塩基性アニオン交換体とが混合されている
状態でもよいし、或いは一つのアニオン交換体中に4級
アンモニウム基とアミノ基とが共存している状態でもよ
い。
ム基とアミノ基とを合わせ持つ状態というのは、4級ア
ンモニウム基を有する強塩基性アニオン交換体とアミノ
基を有する弱塩基性アニオン交換体とが混合されている
状態でもよいし、或いは一つのアニオン交換体中に4級
アンモニウム基とアミノ基とが共存している状態でもよ
い。
【0014】本発明において用いることのできるアニオ
ン交換体の形態としては、イオン交換樹脂のような形態
のものを用いることができる。1級〜3級アミノ基を有
するイオン交換樹脂、4級アンモニウム基を有するイオ
ン交換樹脂、1級〜3級アミノ基と4級アンモニウム基
とを合わせもつイオン交換樹脂は、それ自体は公知であ
り、イオン交換樹脂の技術分野において周知の方法で製
造することができる。
ン交換体の形態としては、イオン交換樹脂のような形態
のものを用いることができる。1級〜3級アミノ基を有
するイオン交換樹脂、4級アンモニウム基を有するイオ
ン交換樹脂、1級〜3級アミノ基と4級アンモニウム基
とを合わせもつイオン交換樹脂は、それ自体は公知であ
り、イオン交換樹脂の技術分野において周知の方法で製
造することができる。
【0015】しかしながら、本発明のより好ましい態様
においては、アニオン交換体としては、有機高分子基材
の主鎖上に、所定の官能基を有するグラフト重合体側鎖
が導入された形態のものがより好ましく用いられる。イ
オン交換樹脂の製造においては、一般に、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、これに薬剤を反応させて官能基を導入して
いるが、アミノ基や4級アンモニウム基をグラフト重合
体側鎖上に導入すると、架橋されたイオン交換樹脂とは
異なり、導入された官能基のモビリティが大きく、本発
明のアニオン交換体が意図する水の電気分解及びイオン
の移動媒体として最適である。即ち、本発明の好ましい
態様は、上記に規定の電気式脱塩装置であって、アニオ
ン交換体が、有機高分子基材の主鎖上に、少なくとも1
つの1級、2級又は3級アミノ基、或いはこれと共に少
なくとも1つの4級アンモニウム基とを有するグラフト
重合体側鎖を有するものである電気式脱塩装置に関す
る。以下、この本発明の好ましい態様に係る電気式脱塩
装置に関して説明する。
においては、アニオン交換体としては、有機高分子基材
の主鎖上に、所定の官能基を有するグラフト重合体側鎖
が導入された形態のものがより好ましく用いられる。イ
オン交換樹脂の製造においては、一般に、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、これに薬剤を反応させて官能基を導入して
いるが、アミノ基や4級アンモニウム基をグラフト重合
体側鎖上に導入すると、架橋されたイオン交換樹脂とは
異なり、導入された官能基のモビリティが大きく、本発
明のアニオン交換体が意図する水の電気分解及びイオン
の移動媒体として最適である。即ち、本発明の好ましい
態様は、上記に規定の電気式脱塩装置であって、アニオ
ン交換体が、有機高分子基材の主鎖上に、少なくとも1
つの1級、2級又は3級アミノ基、或いはこれと共に少
なくとも1つの4級アンモニウム基とを有するグラフト
重合体側鎖を有するものである電気式脱塩装置に関す
る。以下、この本発明の好ましい態様に係る電気式脱塩
装置に関して説明する。
【0016】本発明の好ましい態様に係る電気式脱塩装
置において用いるアニオン交換体を製造するための有機
高分子基材としては、ポリオレフィン系の有機高分子基
材が好ましく用いられる。ポリオレフィン系の有機高分
子基材は、放射線に対して崩壊性ではないので、後述す
る放射線グラフト重合法によってグラフト重合体側鎖を
導入する目的に用いるのに適している。本発明において
用いられるアニオン交換体を製造するための有機高分子
基材として好適に用いることのできるポリオレフィン系
高分子材料の具体例としては、ポリエチレン及びポリプ
ロピレンに代表されるポリオレフィン類、PTFE、塩
化ビニル等に代表されるハロゲン化ポリオレフィン類、
エチレン−四フッ化エチレン共重合体及びエチレン−ビ
ニルアルコール共重合体(EVA)等に代表されるオレ
フィン−ハロゲン化オレフィン共重合体などが挙げられ
るが、これらに限定されない。
置において用いるアニオン交換体を製造するための有機
高分子基材としては、ポリオレフィン系の有機高分子基
材が好ましく用いられる。ポリオレフィン系の有機高分
子基材は、放射線に対して崩壊性ではないので、後述す
る放射線グラフト重合法によってグラフト重合体側鎖を
導入する目的に用いるのに適している。本発明において
用いられるアニオン交換体を製造するための有機高分子
基材として好適に用いることのできるポリオレフィン系
高分子材料の具体例としては、ポリエチレン及びポリプ
ロピレンに代表されるポリオレフィン類、PTFE、塩
化ビニル等に代表されるハロゲン化ポリオレフィン類、
エチレン−四フッ化エチレン共重合体及びエチレン−ビ
ニルアルコール共重合体(EVA)等に代表されるオレ
フィン−ハロゲン化オレフィン共重合体などが挙げられ
るが、これらに限定されない。
【0017】また、かかる有機高分子基材の形状として
は、不織布及び/又はネット状の形状を採用することが
できる。脱塩室内に充填するアニオン交換体用の高分子
基材として不織布を用いると、表面積を増加させること
ができるので、吸着速度を大きくすると共に、脱塩室に
通す液の流速を速くすることができる。また、ネット状
の基材を用いると、流速増加による圧力損失の上昇を小
さくすることができる。更に、ネット状の基材からアニ
オン交換体を形成すると、イオンの捕捉効果の向上、電
気特性の改善、水の電気分解の促進などが可能になる。
特に、水の電気分解はアニオン交換体とカチオン交換体
との接触面で起こるので、アニオン交換体として不織布
状やネット状の形状のものを用いると、接触面積を大き
くとることができ、水の電気分解に有利であり、弱電解
質やTOC成分の除去率の向上に有効である。
は、不織布及び/又はネット状の形状を採用することが
できる。脱塩室内に充填するアニオン交換体用の高分子
基材として不織布を用いると、表面積を増加させること
ができるので、吸着速度を大きくすると共に、脱塩室に
通す液の流速を速くすることができる。また、ネット状
の基材を用いると、流速増加による圧力損失の上昇を小
さくすることができる。更に、ネット状の基材からアニ
オン交換体を形成すると、イオンの捕捉効果の向上、電
気特性の改善、水の電気分解の促進などが可能になる。
特に、水の電気分解はアニオン交換体とカチオン交換体
との接触面で起こるので、アニオン交換体として不織布
状やネット状の形状のものを用いると、接触面積を大き
くとることができ、水の電気分解に有利であり、弱電解
質やTOC成分の除去率の向上に有効である。
【0018】本発明の好ましい態様に係る電気式脱塩装
置において用いられるアニオン交換体においては、上記
のような有機高分子基材の主鎖上に、少なくとも1つの
アミノ基、或いはこれと共に少なくとも1つの4級アン
モニウム基を有するグラフト重合体側鎖が導入されてい
る。
置において用いられるアニオン交換体においては、上記
のような有機高分子基材の主鎖上に、少なくとも1つの
アミノ基、或いはこれと共に少なくとも1つの4級アン
モニウム基を有するグラフト重合体側鎖が導入されてい
る。
【0019】本発明において、少なくとも1つのアミノ
基を有するグラフト重合体側鎖を有機高分子基材の主鎖
上に導入する手段としては、少なくとも1つのアミノ基
を有する重合性モノマーを高分子基材に対してグラフト
重合する方法と、或いは、アミノ基に変換可能な官能基
を有する重合性モノマーをまず高分子基材にグラフト重
合し、次にアミノ化用の薬品を反応させる方法とが考え
られる。前者の例を挙げると、アミノ基を有する重合性
モノマーとして、ジエチルアミノエチルメタクリレー
ト、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミドな
どを用い、これを高分子基材にグラフト重合することに
よって、本発明に係る、有機高分子基材の主鎖上に少な
くとも1つのアミノ基を有するグラフト重合体側鎖を有
するアニオン交換体を得ることができる。また、後者の
例を挙げると、重合性モノマーとして、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などを用い
てグラフト重合を行って、有機高分子基材の主鎖上にグ
ラフト重合体側鎖を形成した後に、アミノ化薬品として
ジメチルアミンを反応させることにより、容易にアミノ
基を導入することができる。
基を有するグラフト重合体側鎖を有機高分子基材の主鎖
上に導入する手段としては、少なくとも1つのアミノ基
を有する重合性モノマーを高分子基材に対してグラフト
重合する方法と、或いは、アミノ基に変換可能な官能基
を有する重合性モノマーをまず高分子基材にグラフト重
合し、次にアミノ化用の薬品を反応させる方法とが考え
られる。前者の例を挙げると、アミノ基を有する重合性
モノマーとして、ジエチルアミノエチルメタクリレー
ト、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミドな
どを用い、これを高分子基材にグラフト重合することに
よって、本発明に係る、有機高分子基材の主鎖上に少な
くとも1つのアミノ基を有するグラフト重合体側鎖を有
するアニオン交換体を得ることができる。また、後者の
例を挙げると、重合性モノマーとして、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などを用い
てグラフト重合を行って、有機高分子基材の主鎖上にグ
ラフト重合体側鎖を形成した後に、アミノ化薬品として
ジメチルアミンを反応させることにより、容易にアミノ
基を導入することができる。
【0020】更には、本発明において、少なくとも1つ
のアミノ基と、少なくとも1つの4級アンモニウム基と
を合わせて有するグラフト重合体側鎖を有機高分子基材
の主鎖上に導入する手段としては、少なくとも1つのア
ミノ基を有する重合性モノマーと、少なくとも1つの4
級アンモニウム基を有する重合性モノマーとを混合し
て、高分子基材に対してグラフト重合を行う方法と、或
いは、アミノ基及び4級アンモニウム基に変換可能な官
能基を有する重合性モノマーをまず高分子基材に対して
グラフト重合し、次にアミノ化用の薬品と4級アンモニ
ウム化用の薬品とを混合して反応させる方法とが考えら
れる。前者の例を挙げると、アミノ基を有する重合性モ
ノマーとして、ジエチルアミノエチルメタクリレート、
N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミドなど、
4級アンモニウム基を有する重合性モノマーとして、ビ
ニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド、N,
N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミドの4級アン
モニウム化物などを用い、これらを混合してグラフト重
合を行うことによって、本発明に係る、有機高分子基材
の主鎖上に少なくとも1つのアミノ基と少なくとも1つ
の4級アンモニウム基とを有するグラフト重合体側鎖を
有するアニオン交換体を得ることができる。また、後者
の例を挙げると、重合性モノマーとして、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などを用
いてグラフト重合を行って、有機高分子基材の主鎖上に
グラフト重合体側鎖を形成した後に、アミノ化薬品とし
てジメチルアミンと、4級アンモニウム化薬品としてト
リメチルアミンとの混合物を反応させることにより、容
易にアミノ基及び4級アンモニウム基を導入することが
できる。更には、別法として、まずグラフト重合体側鎖
にアミノ基のみを導入した後に、一部のアミノ基を4級
アンモニウム化することによっても、本発明に係る、有
機高分子基材の主鎖上に少なくとも1つのアミノ基と少
なくとも1つの4級アンモニウム基とを有するグラフト
重合体側鎖を有するアニオン交換体を得ることができ
る。例えば、高分子基材にメタクリル酸グリシジルをグ
ラフト重合し、ジメチルアミンでアミノ化を行った後
に、塩化ベンジルなどを用いてアミノ基の一部を4級ア
ンモニウム化することができる。
のアミノ基と、少なくとも1つの4級アンモニウム基と
を合わせて有するグラフト重合体側鎖を有機高分子基材
の主鎖上に導入する手段としては、少なくとも1つのア
ミノ基を有する重合性モノマーと、少なくとも1つの4
級アンモニウム基を有する重合性モノマーとを混合し
て、高分子基材に対してグラフト重合を行う方法と、或
いは、アミノ基及び4級アンモニウム基に変換可能な官
能基を有する重合性モノマーをまず高分子基材に対して
グラフト重合し、次にアミノ化用の薬品と4級アンモニ
ウム化用の薬品とを混合して反応させる方法とが考えら
れる。前者の例を挙げると、アミノ基を有する重合性モ
ノマーとして、ジエチルアミノエチルメタクリレート、
N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミドなど、
4級アンモニウム基を有する重合性モノマーとして、ビ
ニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド、N,
N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミドの4級アン
モニウム化物などを用い、これらを混合してグラフト重
合を行うことによって、本発明に係る、有機高分子基材
の主鎖上に少なくとも1つのアミノ基と少なくとも1つ
の4級アンモニウム基とを有するグラフト重合体側鎖を
有するアニオン交換体を得ることができる。また、後者
の例を挙げると、重合性モノマーとして、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などを用
いてグラフト重合を行って、有機高分子基材の主鎖上に
グラフト重合体側鎖を形成した後に、アミノ化薬品とし
てジメチルアミンと、4級アンモニウム化薬品としてト
リメチルアミンとの混合物を反応させることにより、容
易にアミノ基及び4級アンモニウム基を導入することが
できる。更には、別法として、まずグラフト重合体側鎖
にアミノ基のみを導入した後に、一部のアミノ基を4級
アンモニウム化することによっても、本発明に係る、有
機高分子基材の主鎖上に少なくとも1つのアミノ基と少
なくとも1つの4級アンモニウム基とを有するグラフト
重合体側鎖を有するアニオン交換体を得ることができ
る。例えば、高分子基材にメタクリル酸グリシジルをグ
ラフト重合し、ジメチルアミンでアミノ化を行った後
に、塩化ベンジルなどを用いてアミノ基の一部を4級ア
ンモニウム化することができる。
【0021】本発明において、有機高分子基材の主鎖上
に、グラフト重合体側鎖を導入する手段としては、放射
線グラフト重合法を好ましく用いることができる。放射
線グラフト重合法は、有機高分子基材に放射線を照射し
てラジカルを生成させ、それにグラフトモノマーを反応
させることによって、所望のグラフト重合体側鎖を基材
に導入することのできる方法であり、グラフト鎖の数や
長さを比較的自由にコントロールすることができ、ま
た、各種形状の既存の高分子材料に重合体側鎖を導入す
ることができるので、本発明の目的のために用いるのに
最適である。
に、グラフト重合体側鎖を導入する手段としては、放射
線グラフト重合法を好ましく用いることができる。放射
線グラフト重合法は、有機高分子基材に放射線を照射し
てラジカルを生成させ、それにグラフトモノマーを反応
させることによって、所望のグラフト重合体側鎖を基材
に導入することのできる方法であり、グラフト鎖の数や
長さを比較的自由にコントロールすることができ、ま
た、各種形状の既存の高分子材料に重合体側鎖を導入す
ることができるので、本発明の目的のために用いるのに
最適である。
【0022】本発明の目的のために用いることのできる
放射線グラフト重合法において、好適に用いられる放射
線としては、α線、β線、γ線、電子線、紫外線などを
挙げることができるが、本発明において用いるのにはγ
線や電子線が適している。放射線グラフト重合法には、
グラフト用基材に予め放射線を照射した後、重合性単量
体(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、いずれの
方法も本発明において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、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
ト重合法などが挙げられるが、いずれの方法も本発明に
おいて用いることができる。
放射線グラフト重合法において、好適に用いられる放射
線としては、α線、β線、γ線、電子線、紫外線などを
挙げることができるが、本発明において用いるのにはγ
線や電子線が適している。放射線グラフト重合法には、
グラフト用基材に予め放射線を照射した後、重合性単量
体(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、いずれの
方法も本発明において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、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
ト重合法などが挙げられるが、いずれの方法も本発明に
おいて用いることができる。
【0023】上述したように、不織布基材は本発明にお
いて用いるアニオン交換体を製造するための有機高分子
基材として用いるのに適した素材であるが、これはモノ
マー溶液を保持し易いので、含浸気相グラフト重合法に
おいて用いるのに適している。
いて用いるアニオン交換体を製造するための有機高分子
基材として用いるのに適した素材であるが、これはモノ
マー溶液を保持し易いので、含浸気相グラフト重合法に
おいて用いるのに適している。
【0024】更に、本発明の更に好ましい態様において
は、ハロゲン化アルキル基をベンゼン環上にもつスチレ
ン系化合物を用いてグラフト重合体側鎖を形成し、これ
に、1つの3級アミノ基と、更に1つ以上の1級、2級
又は3級アミノ基を有するポリアミン化合物を反応させ
ることによって、本発明に係る、有機高分子基材の主鎖
上に少なくとも1つの3級アミノ基と少なくとも1つの
4級アンモニウム基とを有するグラフト重合体側鎖を有
するアニオン交換体を得ることができる。即ち、本発明
の更に好ましい態様は、上述の電気式脱塩装置であっ
て、アニオン交換体が、有機高分子基材の主鎖上に、ハ
ロゲン化アルキル基をベンゼン環上にもつスチレン系化
合物から誘導されたグラフト重合体側鎖を有し、該グラ
フト重合体側鎖上に、1つの3級アミノ基と、更に1つ
以上の1級、2級又は3級アミノ基を有するポリアミン
化合物から誘導される官能基が導入されているものであ
ることを特徴とする電気式脱塩装置に関する。
は、ハロゲン化アルキル基をベンゼン環上にもつスチレ
ン系化合物を用いてグラフト重合体側鎖を形成し、これ
に、1つの3級アミノ基と、更に1つ以上の1級、2級
又は3級アミノ基を有するポリアミン化合物を反応させ
ることによって、本発明に係る、有機高分子基材の主鎖
上に少なくとも1つの3級アミノ基と少なくとも1つの
4級アンモニウム基とを有するグラフト重合体側鎖を有
するアニオン交換体を得ることができる。即ち、本発明
の更に好ましい態様は、上述の電気式脱塩装置であっ
て、アニオン交換体が、有機高分子基材の主鎖上に、ハ
ロゲン化アルキル基をベンゼン環上にもつスチレン系化
合物から誘導されたグラフト重合体側鎖を有し、該グラ
フト重合体側鎖上に、1つの3級アミノ基と、更に1つ
以上の1級、2級又は3級アミノ基を有するポリアミン
化合物から誘導される官能基が導入されているものであ
ることを特徴とする電気式脱塩装置に関する。
【0025】以下、この本発明の更に好ましい態様につ
いて説明する。なお、以下の説明において、「ハロゲン
化アルキル基をベンゼン環上にもつスチレン系化合物」
は、便宜上、「ハロゲン化アルキル置換スチレン」と称
する。
いて説明する。なお、以下の説明において、「ハロゲン
化アルキル基をベンゼン環上にもつスチレン系化合物」
は、便宜上、「ハロゲン化アルキル置換スチレン」と称
する。
【0026】本発明の更に好ましい態様に係るアニオン
交換体は、上記に説明したような有機高分子基材の主鎖
上に、ハロゲン化アルキル置換スチレンから誘導される
グラフト重合体側鎖を形成し、その側鎖上にポリアミン
から誘導されるアニオン交換基が導入されていることを
特徴とする。
交換体は、上記に説明したような有機高分子基材の主鎖
上に、ハロゲン化アルキル置換スチレンから誘導される
グラフト重合体側鎖を形成し、その側鎖上にポリアミン
から誘導されるアニオン交換基が導入されていることを
特徴とする。
【0027】本発明の更に好ましい態様に係るアニオン
交換体において、有機高分子基材の高分子主鎖上に導入
されるグラフト重合体側鎖は、ハロゲン化アルキル置換
スチレンから誘導される。かかる重合体側鎖は、有機高
分子基材の主鎖上にハロゲン化アルキル置換スチレンを
グラフト重合することによって導入される。本発明のよ
り好ましい態様において好ましく用いられるハロゲン化
アルキル置換スチレンの一例としては、次式:
交換体において、有機高分子基材の高分子主鎖上に導入
されるグラフト重合体側鎖は、ハロゲン化アルキル置換
スチレンから誘導される。かかる重合体側鎖は、有機高
分子基材の主鎖上にハロゲン化アルキル置換スチレンを
グラフト重合することによって導入される。本発明のよ
り好ましい態様において好ましく用いられるハロゲン化
アルキル置換スチレンの一例としては、次式:
【0028】
【化1】
【0029】で示されるハロゲン化n−アルキル置換ス
チレンを挙げることができる。中でも特に好ましく用い
られるものとしては、次式:
チレンを挙げることができる。中でも特に好ましく用い
られるものとしては、次式:
【0030】
【化2】
【0031】で示されるクロロメチルスチレンや、次
式:
式:
【0032】
【化3】
【0033】で示されるブロモエチルスチレンが挙げら
れる。これらの中でも特にクロロメチルスチレンが好ま
しく用いられ、ポリアミン化合物の導入率を大きくする
ことができ、また化学的耐久性も大きい。更には、ビニ
ル基とクロロメチル基とがパラ位に存在するp−クロロ
メチルスチレンを用いてアニオン交換体を形成すると、
よりイオン除去能に優れた電気式脱塩装置を得ることが
でき、本発明の用途に最適である。
れる。これらの中でも特にクロロメチルスチレンが好ま
しく用いられ、ポリアミン化合物の導入率を大きくする
ことができ、また化学的耐久性も大きい。更には、ビニ
ル基とクロロメチル基とがパラ位に存在するp−クロロ
メチルスチレンを用いてアニオン交換体を形成すると、
よりイオン除去能に優れた電気式脱塩装置を得ることが
でき、本発明の用途に最適である。
【0034】また、高分子基材に導入するグラフト重合
体側鎖としては、ハロゲン化アルキル置換スチレンと他
の重合性単量体との共グラフト重合体側鎖も採用するこ
とができる。例えば、クロロメチルスチレンとアクリル
アミドのような親水性の重合性単量体を、有機高分子基
材に共グラフト重合することにより、基材に他の機能を
付与したり、ポリアミン化合物の導入率を高くすること
ができる。
体側鎖としては、ハロゲン化アルキル置換スチレンと他
の重合性単量体との共グラフト重合体側鎖も採用するこ
とができる。例えば、クロロメチルスチレンとアクリル
アミドのような親水性の重合性単量体を、有機高分子基
材に共グラフト重合することにより、基材に他の機能を
付与したり、ポリアミン化合物の導入率を高くすること
ができる。
【0035】本発明の更に好ましい態様に係るアニオン
交換体においては、上記のようにして導入されたグラフ
ト重合体側鎖を有する有機高分子基材に、1つの3級ア
ミノ基と、更に1つ以上の1級、2級又は3級アミノ基
を有するポリアミン化合物を反応させることによって、
かかるポリアミン化合物から誘導される官能基がグラフ
ト重合体側鎖上に導入されている。本発明のかかる態様
において用いることのできるポリアミン化合物として
は、ジエチレントリアミン、トリエチレントリアミンの
ような直鎖又は分枝鎖状のポリアミン、次式:
交換体においては、上記のようにして導入されたグラフ
ト重合体側鎖を有する有機高分子基材に、1つの3級ア
ミノ基と、更に1つ以上の1級、2級又は3級アミノ基
を有するポリアミン化合物を反応させることによって、
かかるポリアミン化合物から誘導される官能基がグラフ
ト重合体側鎖上に導入されている。本発明のかかる態様
において用いることのできるポリアミン化合物として
は、ジエチレントリアミン、トリエチレントリアミンの
ような直鎖又は分枝鎖状のポリアミン、次式:
【0036】
【化4】
【0037】で表されるトリエチレンジアミン、次式:
【0038】
【化5】
【0039】で表される1,8−ジアザビシクロ[5,
4,0]ウンデ−7−エン(以下、通称に従って「ジア
ザビシクロウンデセン」と称する)、次式:
4,0]ウンデ−7−エン(以下、通称に従って「ジア
ザビシクロウンデセン」と称する)、次式:
【0040】
【化6】
【0041】で表されるヘキサメチレンテトラミンなど
のような環状又は多環式ポリアミンなどを挙げることが
できる。特に上記の化学式に示すもので例示されるポリ
アミン化合物は、ブリッジヘッドと呼ばれる孤立電子対
を有し、反応性に富む。したがって、4級アンモニウム
化が容易な上に、グラフト重合体側鎖との結合に供され
なかったアミノ基も非常に反応性に富んでいる。
のような環状又は多環式ポリアミンなどを挙げることが
できる。特に上記の化学式に示すもので例示されるポリ
アミン化合物は、ブリッジヘッドと呼ばれる孤立電子対
を有し、反応性に富む。したがって、4級アンモニウム
化が容易な上に、グラフト重合体側鎖との結合に供され
なかったアミノ基も非常に反応性に富んでいる。
【0042】ハロゲン化アルキルスチレンから誘導され
たグラフト重合体側鎖に、少なくとも一つの3級アミノ
基を有し、更に1つ以上の1級、2級又は3級アミノ基
を有するポリアミン化合物を反応させると、3級アミノ
基が4級アンモニウム化されて、この部位で結合が起こ
る。しかしながら、ポリアミン化合物中に含まれる他の
アミノ基は未反応のままとなる。即ち、ハロゲン化アル
キルスチレン1分子に対して1個以上のアミノ基と1個
以上の4級アンモニウム基とが共に導入される。したが
って、得られる高分子素材は、2種類の官能基を有して
おり、これらがそれぞれ電気脱塩において上述した異な
る役割を果たす。
たグラフト重合体側鎖に、少なくとも一つの3級アミノ
基を有し、更に1つ以上の1級、2級又は3級アミノ基
を有するポリアミン化合物を反応させると、3級アミノ
基が4級アンモニウム化されて、この部位で結合が起こ
る。しかしながら、ポリアミン化合物中に含まれる他の
アミノ基は未反応のままとなる。即ち、ハロゲン化アル
キルスチレン1分子に対して1個以上のアミノ基と1個
以上の4級アンモニウム基とが共に導入される。したが
って、得られる高分子素材は、2種類の官能基を有して
おり、これらがそれぞれ電気脱塩において上述した異な
る役割を果たす。
【0043】従来のビーズ状のイオン交換樹脂において
もポリアミン化合物を導入することは可能であるが、導
入率やイオン交換容量の増加率が本発明の好ましい態様
にかかるグラフト重合体側鎖を有する有機高分子基材と
比べてかなり小さかった。これは、ビーズ状のイオン交
換樹脂では、基材の架橋構造のためにポリアミン化合物
が樹脂の内部にまで進入しづらいことや、ポリアミン化
合物自体が架橋してしまうためであると考えられる。こ
れに対して、本発明の好ましい態様に係るアニオン交換
体においては、有機高分子基材のグラフト重合体側鎖に
ポリアミン化合物を導入しているので、ポリアミン化合
物が導入された部位がより大きな電荷を有してお互いに
反発するために、グラフト重合体側鎖間の距離が広がっ
て、ポリアミン化合物が進入しやすくなるためであると
考えられる。このため、ポリアミン化合物の導入率が大
きくなるばかりでなく、架橋も生じにくく、非常に大き
なイオン交換容量を有するアニオン交換体を得ることが
できる。なお、従来のビーズ状のイオン交換樹脂では、
イオン交換基の導入に伴う母材の物理的強度の劣化を補
うために高分子主鎖同士を架橋しているが、本発明の好
ましい態様にかかるアニオン交換体においては、有機高
分子基材の高分子主鎖上に、アニオン交換基を含む重合
体鎖の形態の側鎖を配置させることによって、高分子主
鎖の物理的強度をそのまま保持しながら、高いアニオン
交換容量を基材に付与することが可能となった。なお、
本発明の好ましい態様に係るアニオン交換体において
は、主鎖が物理的強度の維持や形状の保持の役割を担
う。
もポリアミン化合物を導入することは可能であるが、導
入率やイオン交換容量の増加率が本発明の好ましい態様
にかかるグラフト重合体側鎖を有する有機高分子基材と
比べてかなり小さかった。これは、ビーズ状のイオン交
換樹脂では、基材の架橋構造のためにポリアミン化合物
が樹脂の内部にまで進入しづらいことや、ポリアミン化
合物自体が架橋してしまうためであると考えられる。こ
れに対して、本発明の好ましい態様に係るアニオン交換
体においては、有機高分子基材のグラフト重合体側鎖に
ポリアミン化合物を導入しているので、ポリアミン化合
物が導入された部位がより大きな電荷を有してお互いに
反発するために、グラフト重合体側鎖間の距離が広がっ
て、ポリアミン化合物が進入しやすくなるためであると
考えられる。このため、ポリアミン化合物の導入率が大
きくなるばかりでなく、架橋も生じにくく、非常に大き
なイオン交換容量を有するアニオン交換体を得ることが
できる。なお、従来のビーズ状のイオン交換樹脂では、
イオン交換基の導入に伴う母材の物理的強度の劣化を補
うために高分子主鎖同士を架橋しているが、本発明の好
ましい態様にかかるアニオン交換体においては、有機高
分子基材の高分子主鎖上に、アニオン交換基を含む重合
体鎖の形態の側鎖を配置させることによって、高分子主
鎖の物理的強度をそのまま保持しながら、高いアニオン
交換容量を基材に付与することが可能となった。なお、
本発明の好ましい態様に係るアニオン交換体において
は、主鎖が物理的強度の維持や形状の保持の役割を担
う。
【0044】本発明に係る電気式脱塩装置は、正負の両
電極室間に陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜を少なく
とも一部交互に配列することによって脱塩室と濃縮室と
が形成されている電気式脱塩装置において、上記に説明
した本発明に係るアニオン交換体と強酸性カチオン交換
体とが、脱塩室に充填されていることを特徴とするもの
である。
電極室間に陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜を少なく
とも一部交互に配列することによって脱塩室と濃縮室と
が形成されている電気式脱塩装置において、上記に説明
した本発明に係るアニオン交換体と強酸性カチオン交換
体とが、脱塩室に充填されていることを特徴とするもの
である。
【0045】本発明に係る電気式脱塩装置において、脱
塩室内に、アニオン交換体と共に充填する強酸性カチオ
ン交換体としては、当該技術において既に提案されてお
り公知のものを用いることができる。具体例としては、
不織布基材にスルホン酸基などの強酸性カチオン交換基
を有するグラフト重合体側鎖を導入した強酸性カチオン
交換不織布などを挙げることができる。また、脱塩室内
には、上記に説明した本発明に係る少なくとも1つの1
級、2級又は3級アミノ基を有するアニオン交換体に加
えて、当該技術において公知のアニオン交換体を合わせ
て充填することもできる。この目的で用いることのでき
る公知のアニオン交換体としては、例えば、不織布基材
に4級アンモニウム基を有するグラフト重合体側鎖を導
入した強塩基性アニオン交換不織布などを挙げることが
できる。
塩室内に、アニオン交換体と共に充填する強酸性カチオ
ン交換体としては、当該技術において既に提案されてお
り公知のものを用いることができる。具体例としては、
不織布基材にスルホン酸基などの強酸性カチオン交換基
を有するグラフト重合体側鎖を導入した強酸性カチオン
交換不織布などを挙げることができる。また、脱塩室内
には、上記に説明した本発明に係る少なくとも1つの1
級、2級又は3級アミノ基を有するアニオン交換体に加
えて、当該技術において公知のアニオン交換体を合わせ
て充填することもできる。この目的で用いることのでき
る公知のアニオン交換体としては、例えば、不織布基材
に4級アンモニウム基を有するグラフト重合体側鎖を導
入した強塩基性アニオン交換不織布などを挙げることが
できる。
【0046】例えば、本発明に係る電気式脱塩装置は、
図1に示すように、カチオン交換膜1とアニオン交換膜
2とで仕切られた脱塩室内に、カチオン交換不織布5と
アニオン交換不織布6とを、それぞれカチオン交換膜
1、アニオン交換膜2と接するように配置し、両不織布
の間に、ネットの形状の本発明に係る少なくとも1つの
1級、2級又は3級アミノ基を有するアニオン交換体7
を充填して、被処理水がそこを通過するようにする。ネ
ットの形状としては、図2に示すような斜交網などを用
いることができる。なお、図1において、3は負極、4
は正極である。このように脱塩室を構成すると、カチオ
ン不織布5とアニオン交換体7との接触部位8におい
て、水の電気分解が促進されて、生成したOHイオンが
弱電解質を解離させると共に、プロトネーションが促進
されて、TOC成分がイオン性物質に転換され、それぞ
れの極に向かって容易に移動するようになる。これによ
って、電気脱塩の効率が増大する。更に、本発明に係る
アニオン交換体7が、少なくとも1つの1級、2級又は
3級アミノ基に加えて、更に少なくとも1つの4級アン
モニウム基を有している好ましい態様においては、イオ
ン化された弱電解質やTOC成分が4級アンモニウム基
によって速やかに移動せしめられるので、電気脱塩の効
率をより良好にすることができる。
図1に示すように、カチオン交換膜1とアニオン交換膜
2とで仕切られた脱塩室内に、カチオン交換不織布5と
アニオン交換不織布6とを、それぞれカチオン交換膜
1、アニオン交換膜2と接するように配置し、両不織布
の間に、ネットの形状の本発明に係る少なくとも1つの
1級、2級又は3級アミノ基を有するアニオン交換体7
を充填して、被処理水がそこを通過するようにする。ネ
ットの形状としては、図2に示すような斜交網などを用
いることができる。なお、図1において、3は負極、4
は正極である。このように脱塩室を構成すると、カチオ
ン不織布5とアニオン交換体7との接触部位8におい
て、水の電気分解が促進されて、生成したOHイオンが
弱電解質を解離させると共に、プロトネーションが促進
されて、TOC成分がイオン性物質に転換され、それぞ
れの極に向かって容易に移動するようになる。これによ
って、電気脱塩の効率が増大する。更に、本発明に係る
アニオン交換体7が、少なくとも1つの1級、2級又は
3級アミノ基に加えて、更に少なくとも1つの4級アン
モニウム基を有している好ましい態様においては、イオ
ン化された弱電解質やTOC成分が4級アンモニウム基
によって速やかに移動せしめられるので、電気脱塩の効
率をより良好にすることができる。
【0047】
【発明の効果】本発明に係る電気式脱塩装置は、脱塩室
内に、強酸性カチオン交換体と、少なくとも1つの1
級、2級又は3級アミノ基を有するアニオン交換体とを
配置しているので、カチオン交換体とアニオン交換体と
の接触部位において、水の電気分解が促進されて、電流
・電圧などの電気的特性が向上すると共に、生成するO
Hイオンによって弱電解質の解離が促進されるので、電
気脱塩の効率が増大する。また、カチオン交換体とアニ
オン交換体との接触部位においては、プロトネーション
と呼ばれる反応も促進され、これによりTOC成分がイ
オン性物質に転換されるので、従来電気脱塩による除去
には向いていないとされていたTOC成分の除去にも優
れた性能を発揮する電気式脱塩装置が提供される。更
に、本発明の更に好ましい態様においては、脱塩室に配
置するアニオン交換体として、少なくとも1つの1級、
2級又は3級アミノ基に加えて、少なくとも1つの4級
アンモニウム基を有するものを用いるので、生成したイ
オン性物質が4級アンモニウム基によってより速やかに
移動することができ、電気脱塩の効率をより一層向上す
ることができる。また、本発明のより好ましい態様によ
れば、グラフト重合体側鎖上に、1つの3級アミノ基
と、更に1つ以上の1級、2級又は3級アミノ基を有す
るポリアミン化合物から誘導される官能基が導入されて
いるので、素材の強度を低下させることなくアニオン交
換基の導入率を高くすることができ、イオン交換性能を
より一層増大させることができる。更に、従来の手法で
はアミン導入率を高めるとアミン臭が激しくなるという
問題があったが、本発明はこの問題をも解決する。これ
は、本発明で用いている1分子中に2個以上のアミン基
を有する化合物は、官能基の数が多くなるほど沸点が高
く、蒸気圧が低くなるため、アミン臭の発生が抑えられ
るためであると考えられる。
内に、強酸性カチオン交換体と、少なくとも1つの1
級、2級又は3級アミノ基を有するアニオン交換体とを
配置しているので、カチオン交換体とアニオン交換体と
の接触部位において、水の電気分解が促進されて、電流
・電圧などの電気的特性が向上すると共に、生成するO
Hイオンによって弱電解質の解離が促進されるので、電
気脱塩の効率が増大する。また、カチオン交換体とアニ
オン交換体との接触部位においては、プロトネーション
と呼ばれる反応も促進され、これによりTOC成分がイ
オン性物質に転換されるので、従来電気脱塩による除去
には向いていないとされていたTOC成分の除去にも優
れた性能を発揮する電気式脱塩装置が提供される。更
に、本発明の更に好ましい態様においては、脱塩室に配
置するアニオン交換体として、少なくとも1つの1級、
2級又は3級アミノ基に加えて、少なくとも1つの4級
アンモニウム基を有するものを用いるので、生成したイ
オン性物質が4級アンモニウム基によってより速やかに
移動することができ、電気脱塩の効率をより一層向上す
ることができる。また、本発明のより好ましい態様によ
れば、グラフト重合体側鎖上に、1つの3級アミノ基
と、更に1つ以上の1級、2級又は3級アミノ基を有す
るポリアミン化合物から誘導される官能基が導入されて
いるので、素材の強度を低下させることなくアニオン交
換基の導入率を高くすることができ、イオン交換性能を
より一層増大させることができる。更に、従来の手法で
はアミン導入率を高めるとアミン臭が激しくなるという
問題があったが、本発明はこの問題をも解決する。これ
は、本発明で用いている1分子中に2個以上のアミン基
を有する化合物は、官能基の数が多くなるほど沸点が高
く、蒸気圧が低くなるため、アミン臭の発生が抑えられ
るためであると考えられる。
【0048】以下、本発明の実施の種々の形態を説明す
る。これらの記載は、本発明を限定するものではない。
る。これらの記載は、本発明を限定するものではない。
【0049】
【実施例】実施例1 強塩基性アニオン交換不織布の製造 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0.35
mmの熱融着不織布に、電子線を窒素雰囲気下で150kG
y照射した。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
液することにより重合禁止剤を取り除いた後、窒素曝気
して脱酸素を行った。こ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、50℃で6時間反
応させた。溶液から不織布を取り出し、トルエンに3時
間浸漬してホモポリマーを除去した。乾燥した後に重量
増加に基づいてグラフト率を算出したところ、161%
であった。
(芯)の複合繊維よりなる目付55g/m2、厚さ0.35
mmの熱融着不織布に、電子線を窒素雰囲気下で150kG
y照射した。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
液することにより重合禁止剤を取り除いた後、窒素曝気
して脱酸素を行った。こ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、50℃で6時間反
応させた。溶液から不織布を取り出し、トルエンに3時
間浸漬してホモポリマーを除去した。乾燥した後に重量
増加に基づいてグラフト率を算出したところ、161%
であった。
【0050】このグラフト不織布を、トリメチルアミン
の10%水溶液中に浸漬し、50℃で3時間反応させ
た。反応後の不織布基材を水洗した後、5%水酸化ナト
リウム水溶液に1時間浸漬して再生した。この不織布の
中性塩分解容量は、2.41meq/gであった 強酸性カチオン交換不織布の製造 上記で用いたものと同様の照射済不織布を、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
除去した。乾燥した後に重量増加に基づいてグラフト率
を算出したところ、131%であった。
の10%水溶液中に浸漬し、50℃で3時間反応させ
た。反応後の不織布基材を水洗した後、5%水酸化ナト
リウム水溶液に1時間浸漬して再生した。この不織布の
中性塩分解容量は、2.41meq/gであった 強酸性カチオン交換不織布の製造 上記で用いたものと同様の照射済不織布を、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
除去した。乾燥した後に重量増加に基づいてグラフト率
を算出したところ、131%であった。
【0051】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時間反応させた。その結
果、中性塩分解容量が2.72meq/gの強酸性カチオン
交換不織布が得られた。
/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時間反応させた。その結
果、中性塩分解容量が2.72meq/gの強酸性カチオン
交換不織布が得られた。
【0052】トリエチレンジアミン(ポリアミン)を導
入したアニオン交換ネット 厚み1.2mm、ピッチ3mmのポリエチレン製の斜交網
を、ドライアイス下、窒素雰囲気に保ち、ガンマ線を1
50kGy照射した。次に、上記の強塩基性アニオン交換
不織布の製造における方法と同様にクロロメチルスチレ
ンのグラフトを行い、グラフト率60%を得た。このグ
ラフトネットを、トリエチレンジアミンの10%水溶液
中に浸漬し、80℃で10時間反応させた。得られたネ
ットの中性塩分解容量は1.49meq/g、総交換容量は
2.59meq/gであった。即ち、中性塩分解能力のある
4級アンモニウム基は1.49meq/g、未反応の3級ア
ミノ基は総交換容量と中性塩分解容量との差である1.
10meq/gであった。したがって、4級アンモニウム基
と3級アミノ基の量がほぼ等しいことから、トリエチレ
ンジアミンが架橋されずに導入されたことが分かる。
入したアニオン交換ネット 厚み1.2mm、ピッチ3mmのポリエチレン製の斜交網
を、ドライアイス下、窒素雰囲気に保ち、ガンマ線を1
50kGy照射した。次に、上記の強塩基性アニオン交換
不織布の製造における方法と同様にクロロメチルスチレ
ンのグラフトを行い、グラフト率60%を得た。このグ
ラフトネットを、トリエチレンジアミンの10%水溶液
中に浸漬し、80℃で10時間反応させた。得られたネ
ットの中性塩分解容量は1.49meq/g、総交換容量は
2.59meq/gであった。即ち、中性塩分解能力のある
4級アンモニウム基は1.49meq/g、未反応の3級ア
ミノ基は総交換容量と中性塩分解容量との差である1.
10meq/gであった。したがって、4級アンモニウム基
と3級アミノ基の量がほぼ等しいことから、トリエチレ
ンジアミンが架橋されずに導入されたことが分かる。
【0053】電気式脱塩装置の構成 上記で得られた3種類のグラフト材料をそれぞれ10cm
×5cmに切断し、小型電気式脱塩装置の脱塩室内に、図
1の構成となるように装填した。両電極間に電圧5Vを
印加し、シリカ34.5ppmを含む合成原水を200ml
/分で通水した。処理水中のシリカ濃度は0.4ppmで
あり、95%以上の高い除去率が得られた。
×5cmに切断し、小型電気式脱塩装置の脱塩室内に、図
1の構成となるように装填した。両電極間に電圧5Vを
印加し、シリカ34.5ppmを含む合成原水を200ml
/分で通水した。処理水中のシリカ濃度は0.4ppmで
あり、95%以上の高い除去率が得られた。
【0054】比較例1 実施例1のアニオン交換ネットの製造において、トリエ
チレンジアミンに代えてトリメチルアミンの10%水溶
液を使用して、50℃で5時間反応させた。得られたネ
ットの中性塩分解容量は1.92meq/gであった。
チレンジアミンに代えてトリメチルアミンの10%水溶
液を使用して、50℃で5時間反応させた。得られたネ
ットの中性塩分解容量は1.92meq/gであった。
【0055】このネットをアニオン交換ネットとして配
置した以外は実施例1と同様に小型電気式脱塩装置を構
成して、通水実験を行った。シリカの除去率は78%で
あり、実施例1よりも小さかった。
置した以外は実施例1と同様に小型電気式脱塩装置を構
成して、通水実験を行った。シリカの除去率は78%で
あり、実施例1よりも小さかった。
【0056】実施例2 実施例1と同様のグラフト材料を脱塩室内に充填した小
型電気式脱塩装置に、イソプロピルアルコールが15mg
/Lとなるように調製した合成原水を100ml/分の流速
で通水した。処理水中のイソプロピルアルコール濃度は
3.1mg/Lであり、約80%の高い除去率が得られた。
型電気式脱塩装置に、イソプロピルアルコールが15mg
/Lとなるように調製した合成原水を100ml/分の流速
で通水した。処理水中のイソプロピルアルコール濃度は
3.1mg/Lであり、約80%の高い除去率が得られた。
【0057】比較例2 比較例1と同様のアニオン交換ネットを用い、実施例2
と同様の条件で小型電気式脱塩装置の通水実験を行っ
た。イソプロピルアルコールの除去率は約59%であ
り、実施例2よりも低かった。
と同様の条件で小型電気式脱塩装置の通水実験を行っ
た。イソプロピルアルコールの除去率は約59%であ
り、実施例2よりも低かった。
【図1】本発明に係る電気式脱塩装置の脱塩室の構成の
一例を示す概念図である。
一例を示す概念図である。
【図2】本発明において用いることのできる斜交網の概
念を示す図である。
念を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B01J 47/12 C02F 1/44 A C02F 1/44 C08J 5/22 104 C08J 5/22 104 CER CER C08L 51:06 // C08L 51:06 C02F 1/46 103 (72)発明者 武田 収功 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 赤堀 晶二 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 HA47 JA30A JA42A KB11 MA03 MA13 MA14 PA01 PB02 PB08 PB23 PB70 PC02 4D061 DA02 DA08 DB13 EA02 EA09 EB01 EB04 EB13 EB19 FA08 4F071 FA01 FA04 FA09 FA10 FB02 FC06 FD03 FD04
Claims (8)
- 【請求項1】 正負の両電極室間に、陽イオン交換膜及
び陰イオン交換膜を少なくとも一部交互に配列すること
によって脱塩室と濃縮室とが形成されており、脱塩室に
はアニオン交換体及び強酸性カチオン交換体が充填され
ている電気式脱塩装置であって、該アニオン交換体は、
少なくとも1つの1級、2級又は3級アミノ基を有する
ものである電気式脱塩装置。 - 【請求項2】 前記アニオン交換体が、少なくとも1つ
の1級、2級又は3級アミノ基と少なくとも1つの4級
アンモニウム基とを有するものである請求項1に記載の
電気式脱塩装置。 - 【請求項3】 アニオン交換体が、有機高分子基材の主
鎖上に、少なくとも1つの1級、2級又は3級アミノ基
を有するグラフト重合体側鎖を有するものである請求項
1に記載の電気式脱塩装置。 - 【請求項4】 アニオン交換体が、有機高分子基材の主
鎖上に、少なくとも1つの1級、2級又は3級アミノ基
と少なくとも1つの4級アンモニウム基とを有するグラ
フト重合体側鎖を有するものである請求項2に記載の電
気式脱塩装置。 - 【請求項5】 前記アニオン交換体が、有機高分子基材
の主鎖上に、ハロゲン化アルキル基をベンゼン環上にも
つスチレン系化合物から誘導されたグラフト重合体側鎖
を有し、該グラフト重合体側鎖上に、1つの3級アミノ
基と、更に1つ以上の1級、2級又は3級アミノ基を有
するポリアミン化合物から誘導される官能基が導入され
ているものであることを特徴とする請求項4に記載の電
気式脱塩装置。 - 【請求項6】 前記ポリアミン化合物が、トリエチレン
ジアミン、ジアザビシクロウンデセン、ヘキサメチレン
テトラミンから選択される請求項5に記載の電気式脱塩
装置。 - 【請求項7】 グラフト重合が放射線グラフト重合を用
いて行われている請求項3〜6のいずれかに記載の電気
式脱塩装置。 - 【請求項8】 イオン交換体の形状が、不織布及び/又
はネット状である請求項1〜7のいずれかに記載の電気
式脱塩装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001156923A JP2002346567A (ja) | 2001-05-25 | 2001-05-25 | 新規アニオン交換体を搭載した電気式脱塩装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001156923A JP2002346567A (ja) | 2001-05-25 | 2001-05-25 | 新規アニオン交換体を搭載した電気式脱塩装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002346567A true JP2002346567A (ja) | 2002-12-03 |
Family
ID=19000862
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001156923A Pending JP2002346567A (ja) | 2001-05-25 | 2001-05-25 | 新規アニオン交換体を搭載した電気式脱塩装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002346567A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008188539A (ja) * | 2007-02-06 | 2008-08-21 | Dainippon Plastics Co Ltd | アニオン交換樹脂 |
JP2012135707A (ja) * | 2010-12-24 | 2012-07-19 | Kurita Water Ind Ltd | アミン液の再生方法および装置 |
JP2015039698A (ja) * | 2013-08-21 | 2015-03-02 | 株式会社 環境浄化研究所 | 環境にやさしいアニオン交換体及びその製造方法 |
KR101970927B1 (ko) * | 2018-12-07 | 2019-04-19 | 이춘구 | 고분자 지지체를 포함하는 음이온교환막 및 그의 제조방법 |
-
2001
- 2001-05-25 JP JP2001156923A patent/JP2002346567A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008188539A (ja) * | 2007-02-06 | 2008-08-21 | Dainippon Plastics Co Ltd | アニオン交換樹脂 |
JP2012135707A (ja) * | 2010-12-24 | 2012-07-19 | Kurita Water Ind Ltd | アミン液の再生方法および装置 |
JP2015039698A (ja) * | 2013-08-21 | 2015-03-02 | 株式会社 環境浄化研究所 | 環境にやさしいアニオン交換体及びその製造方法 |
KR101970927B1 (ko) * | 2018-12-07 | 2019-04-19 | 이춘구 | 고분자 지지체를 포함하는 음이온교환막 및 그의 제조방법 |
WO2020116725A1 (ko) * | 2018-12-07 | 2020-06-11 | 이춘구 | 고분자 지지체를 포함하는 음이온교환막 및 그의 제조방법 |
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