JP2003126863A - 電気脱イオン装置 - Google Patents
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- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 フッ素イオンや塩素イオンなどの腐食性の強
いイオンを高濃度に含む被処理水であっても、電極に腐
食を生じさせることなく長期にわたり安定して脱イオン
処理することができる電気脱イオン装置を提供する。 【解決手段】 電極板（陽極板１１、陰極板１２）の間
に複数のアニオン交換膜１３及びカチオン交換膜１４を
交互に配列して濃縮室１５と脱塩室１６とを交互に形成
し、脱塩室１６にイオン交換樹脂、イオン交換繊維もし
くはグラフト交換体等からなるアニオン交換体及びカチ
オン交換体を混合もしくは複層状に充填している。陽極
板１１及び陰極板１２はいずれも、導電性の基板の表面
にホウ素をドープしたＣＶＤダイヤモンド薄膜を成膜し
たものである。
いイオンを高濃度に含む被処理水であっても、電極に腐
食を生じさせることなく長期にわたり安定して脱イオン
処理することができる電気脱イオン装置を提供する。 【解決手段】 電極板（陽極板１１、陰極板１２）の間
に複数のアニオン交換膜１３及びカチオン交換膜１４を
交互に配列して濃縮室１５と脱塩室１６とを交互に形成
し、脱塩室１６にイオン交換樹脂、イオン交換繊維もし
くはグラフト交換体等からなるアニオン交換体及びカチ
オン交換体を混合もしくは複層状に充填している。陽極
板１１及び陰極板１２はいずれも、導電性の基板の表面
にホウ素をドープしたＣＶＤダイヤモンド薄膜を成膜し
たものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、陰極板と陽極板と
の間に、複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを交
互に配列して濃縮室と脱塩室とを形成してなる電気脱イ
オン装置に係り、詳しくは、フッ素濃度の高い被処理水
も処理することができる電気脱イオン装置に関する。
の間に、複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを交
互に配列して濃縮室と脱塩室とを形成してなる電気脱イ
オン装置に係り、詳しくは、フッ素濃度の高い被処理水
も処理することができる電気脱イオン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体や液晶等を製造する電子産業分野
の工場では、水の有効利用率を高めるために、洗浄水と
して使用した後の使用済み超純水（以下「回収水」と称
す場合がある。）を回収、処理して再利用することが行
われている。
の工場では、水の有効利用率を高めるために、洗浄水と
して使用した後の使用済み超純水（以下「回収水」と称
す場合がある。）を回収、処理して再利用することが行
われている。
【０００３】この回収水の脱イオン処理に電気脱イオン
装置を用いることが特開２００１−１７０６５８号に記
載されている。
装置を用いることが特開２００１−１７０６５８号に記
載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】回収水中にはフッ素イ
オンが含有されているため、電気脱イオン装置の陽極板
近傍に腐食性の強いフッ酸（ＨＦ）が濃縮し、陽極板が
腐食し易い。
オンが含有されているため、電気脱イオン装置の陽極板
近傍に腐食性の強いフッ酸（ＨＦ）が濃縮し、陽極板が
腐食し易い。
【０００５】上記特開２００１−１７０６５８号では、
被処理水をフッ素吸着除去装置に通水してフッ素を除去
した後、電気脱イオン装置に通水するようにしている
が、フッ素を十分に除去し得るフッ素吸着除去装置が必
要である。
被処理水をフッ素吸着除去装置に通水してフッ素を除去
した後、電気脱イオン装置に通水するようにしている
が、フッ素を十分に除去し得るフッ素吸着除去装置が必
要である。
【０００６】本発明は、フッ素濃度の高い被処理水であ
っても、フッ素吸着除去装置を用いることなく、あるい
は簡易な構成のフッ素除去装置を用いるだけで、十分に
処理することができる電気脱イオン装置を提供すること
を目的とする。
っても、フッ素吸着除去装置を用いることなく、あるい
は簡易な構成のフッ素除去装置を用いるだけで、十分に
処理することができる電気脱イオン装置を提供すること
を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の電気脱イオン装
置は、陰極板と陽極板との間に、複数のアニオン交換膜
とカチオン交換膜とを交互に配列して濃縮室と脱塩室と
を形成してなる電気脱イオン装置において、少なくとも
該陽極板の水と接する面がダイヤモンドよりなることを
特徴とするものである。
置は、陰極板と陽極板との間に、複数のアニオン交換膜
とカチオン交換膜とを交互に配列して濃縮室と脱塩室と
を形成してなる電気脱イオン装置において、少なくとも
該陽極板の水と接する面がダイヤモンドよりなることを
特徴とするものである。
【０００８】かかる電気脱イオン装置は、少なくとも陽
極板の水と接する面がダイヤモンドよりなるため、フッ
酸により腐食を受けることがなく、高濃度フッ酸イオン
含有水であっても長期にわたり安定して処理することが
できる。
極板の水と接する面がダイヤモンドよりなるため、フッ
酸により腐食を受けることがなく、高濃度フッ酸イオン
含有水であっても長期にわたり安定して処理することが
できる。
【０００９】本発明では、陽極板だけでなく陰極板の水
と接する面もダイヤモンドにて構成してもよい。また、
陽極板や陰極板の全体をダイヤモンドにて構成してもよ
い。
と接する面もダイヤモンドにて構成してもよい。また、
陽極板や陰極板の全体をダイヤモンドにて構成してもよ
い。
【００１０】このダイヤモンドとしてはＣＶＤ法（Chem
ical Vapor Deposition）法により製作されるＣＶＤダ
イヤモンドが好適である。
ical Vapor Deposition）法により製作されるＣＶＤダ
イヤモンドが好適である。
【００１１】本発明の電気脱イオン装置では、該陰極板
及び陽極板のうちの少なくとも一方に電極水の通水路を
設けてもよい。
及び陽極板のうちの少なくとも一方に電極水の通水路を
設けてもよい。
【００１２】陰極板及び陽極板自体に電極水を通水可能
な通水路を設けることにより、電極水を通水するための
陰極室及び陽極室を省略することができ、陰極室及び陽
極室を設けることによる電気抵抗の発生を解消すること
ができる。また、陰極板及び陽極板に電極水を通水し
て、電解により発生したガスを排出することができる。
この場合、陰極板はアニオン交換膜に、また陽極板はカ
チオン交換膜に接していることが好ましい。
な通水路を設けることにより、電極水を通水するための
陰極室及び陽極室を省略することができ、陰極室及び陽
極室を設けることによる電気抵抗の発生を解消すること
ができる。また、陰極板及び陽極板に電極水を通水し
て、電解により発生したガスを排出することができる。
この場合、陰極板はアニオン交換膜に、また陽極板はカ
チオン交換膜に接していることが好ましい。
【００１３】また、陰極板及び陽極板は、厚み方向に貫
通する多数の開口を有した孔明き板を複数枚積層してな
り、隣接する孔明き板の孔同士が部分的に重なり合うこ
とにより電極水の通水路が形成された構成とすることが
好ましい。
通する多数の開口を有した孔明き板を複数枚積層してな
り、隣接する孔明き板の孔同士が部分的に重なり合うこ
とにより電極水の通水路が形成された構成とすることが
好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して実施の形態
について説明する。
について説明する。
【００１５】図１は実施の形態に係る電気脱イオン装置
の構造を示す模式的な断面図である。図示の通り、この
電気脱イオン装置にあっては、電極板（陽極板１１、陰
極板１２）の間に複数のアニオン交換膜１３及びカチオ
ン交換膜１４を交互に配列して濃縮室１５と脱塩室１６
とを交互に形成し、脱塩室１６にイオン交換樹脂、イオ
ン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなるアニオン
交換体及びカチオン交換体を混合もしくは複層状に充填
している。脱塩室１６に被処理水が流通され、濃縮室に
は濃縮水が流通される。また、濃縮室１５と陽極板１１
及び陰極板１２との間の陽極室１７及び陰極室１８には
それぞれ電極水が通水される。被処理水が脱塩室１６を
流れる間にイオンが濃縮室１５に透通し、脱塩処理水
（脱イオン水）が脱塩室１６から取り出される。
の構造を示す模式的な断面図である。図示の通り、この
電気脱イオン装置にあっては、電極板（陽極板１１、陰
極板１２）の間に複数のアニオン交換膜１３及びカチオ
ン交換膜１４を交互に配列して濃縮室１５と脱塩室１６
とを交互に形成し、脱塩室１６にイオン交換樹脂、イオ
ン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなるアニオン
交換体及びカチオン交換体を混合もしくは複層状に充填
している。脱塩室１６に被処理水が流通され、濃縮室に
は濃縮水が流通される。また、濃縮室１５と陽極板１１
及び陰極板１２との間の陽極室１７及び陰極室１８には
それぞれ電極水が通水される。被処理水が脱塩室１６を
流れる間にイオンが濃縮室１５に透通し、脱塩処理水
（脱イオン水）が脱塩室１６から取り出される。
【００１６】この実施の形態では、陽極板１１及び陰極
板１２はいずれも、導電性の基板の水と接する面にホウ
素（Ｂ）をドープしたＣＶＤダイヤモンド薄膜を成膜し
たものである。このＣＶＤダイヤモンド薄膜は、耐食性
がきわめて高く、また緻密である。そのため、フッ酸濃
度の高い水と接触しても腐食することがなく、基板の腐
食も防止する。
板１２はいずれも、導電性の基板の水と接する面にホウ
素（Ｂ）をドープしたＣＶＤダイヤモンド薄膜を成膜し
たものである。このＣＶＤダイヤモンド薄膜は、耐食性
がきわめて高く、また緻密である。そのため、フッ酸濃
度の高い水と接触しても腐食することがなく、基板の腐
食も防止する。
【００１７】この基板としては、耐食性の金属よりなる
板；耐食性の金属で表面をメッキした金属板；炭素板な
どが好適である。耐食性の金属としては、白金等の貴金
属、チタン、ステンレスなどが例示される。なお、ＣＶ
Ｄダイヤモンドの膜厚を著しく大きくすることにより陽
極板及び陰極板の全体をＣＶＤダイヤモンド製とするこ
とも可能である。
板；耐食性の金属で表面をメッキした金属板；炭素板な
どが好適である。耐食性の金属としては、白金等の貴金
属、チタン、ステンレスなどが例示される。なお、ＣＶ
Ｄダイヤモンドの膜厚を著しく大きくすることにより陽
極板及び陰極板の全体をＣＶＤダイヤモンド製とするこ
とも可能である。
【００１８】ダイヤモンドにホウ素をドープすることに
よりその比抵抗を低下させることができる。ただし、ホ
ウ素のドープは必須ではない。
よりその比抵抗を低下させることができる。ただし、ホ
ウ素のドープは必須ではない。
【００１９】ＣＶＤダイヤモンド薄膜を有する電極板を
製造するには、例えば、真空槽内に放電管を設けると共
に、この放電管の周囲を囲む隔壁を設け、かつ放電管と
隔壁との空間を真空排気し、放電管に対向して基板を設
け、プラズマ放電により、基板上にダイヤモンド薄膜を
形成するプラズマＣＶＤ成膜方法によればよい。
製造するには、例えば、真空槽内に放電管を設けると共
に、この放電管の周囲を囲む隔壁を設け、かつ放電管と
隔壁との空間を真空排気し、放電管に対向して基板を設
け、プラズマ放電により、基板上にダイヤモンド薄膜を
形成するプラズマＣＶＤ成膜方法によればよい。
【００２０】本発明では、陽極板１１及び陰極板１２の
少なくとも一方が電極水の通水路を有するものであって
もよい。例えば、上記の基板の代りに耐食性金属製のメ
ッシュ又は耐食性金属のメッキを施したメッシュの表面
にダイヤモンド薄膜を成膜したものであってもよい。
少なくとも一方が電極水の通水路を有するものであって
もよい。例えば、上記の基板の代りに耐食性金属製のメ
ッシュ又は耐食性金属のメッキを施したメッシュの表面
にダイヤモンド薄膜を成膜したものであってもよい。
【００２１】また、図２，３に示す電気脱イオン装置の
ように、タイヤモンド薄膜で被覆された孔明き板を複数
枚被層したものであってもよい。
ように、タイヤモンド薄膜で被覆された孔明き板を複数
枚被層したものであってもよい。
【００２２】図２はこの電気脱イオン装置の構造を示す
模式的な断面図である。図３はこの電気脱イオン装置の
電極板（陰極板、陽極板）の構成を示す図であって、図
３（ａ），（ｂ）は電極板を構成する孔明き板を示す平
面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面の
拡大図、図３（ｄ）は図３（ｂ）のＤ−Ｄ線に沿う断面
図の拡大図、図３（ｅ）は電極板の断面の拡大図であ
る。
模式的な断面図である。図３はこの電気脱イオン装置の
電極板（陰極板、陽極板）の構成を示す図であって、図
３（ａ），（ｂ）は電極板を構成する孔明き板を示す平
面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面の
拡大図、図３（ｄ）は図３（ｂ）のＤ−Ｄ線に沿う断面
図の拡大図、図３（ｅ）は電極板の断面の拡大図であ
る。
【００２３】この電気脱イオン装置は、陽極板２１と陰
極板２２との間に複数のアニオン交換膜１３とカチオン
交換膜１４を交互に配列し、濃縮室１５と脱塩室１６と
を交互に形成したものであり、最も陽極板２１に近いカ
チオン交換膜１４は、陽極板２１に接して設けられてい
る。また、最も陰極板２２に近いアニオン交換膜１３は
陰極板２２に接して設けられている。
極板２２との間に複数のアニオン交換膜１３とカチオン
交換膜１４を交互に配列し、濃縮室１５と脱塩室１６と
を交互に形成したものであり、最も陽極板２１に近いカ
チオン交換膜１４は、陽極板２１に接して設けられてい
る。また、最も陰極板２２に近いアニオン交換膜１３は
陰極板２２に接して設けられている。
【００２４】この電気脱イオン装置において、陽極板２
１及び陰極板２２は電極水の通水路を有するため、陽極
室及び陰極室を省略した構成としても陽極板２１及び陰
極板２２に電極水を通水して電解により発生するガスを
排出することができる。
１及び陰極板２２は電極水の通水路を有するため、陽極
室及び陰極室を省略した構成としても陽極板２１及び陰
極板２２に電極水を通水して電解により発生するガスを
排出することができる。
【００２５】なお、脱イオン水の生産機構は従来の電気
脱イオン装置と同様であり、被処理水中のイオンが脱塩
室１６からアニオン交換膜１３又はカチオン交換膜１４
を透過して隣接する濃縮室１５に移動することにより、
脱塩室１６から脱イオン水が生産され、濃縮室１５から
は、イオンが濃縮された濃縮水が排出される。
脱イオン装置と同様であり、被処理水中のイオンが脱塩
室１６からアニオン交換膜１３又はカチオン交換膜１４
を透過して隣接する濃縮室１５に移動することにより、
脱塩室１６から脱イオン水が生産され、濃縮室１５から
は、イオンが濃縮された濃縮水が排出される。
【００２６】この陽極板２１及び陰極板２２（以下「電
極板」と称す場合がある。）の構成について、図３を参
照して説明する。この電極板は、厚み方向に貫通する多
数の開口を有した孔明き板を複数枚積層して構成し、隣
接する孔明き板の孔同士が部分的に重なり合うことによ
り、電極水の通水路が形成されたものである。この孔明
き板の表面にはダイヤモンド薄膜が成膜されている。
極板」と称す場合がある。）の構成について、図３を参
照して説明する。この電極板は、厚み方向に貫通する多
数の開口を有した孔明き板を複数枚積層して構成し、隣
接する孔明き板の孔同士が部分的に重なり合うことによ
り、電極水の通水路が形成されたものである。この孔明
き板の表面にはダイヤモンド薄膜が成膜されている。
【００２７】図３（ａ），（ｂ）では、厚さ方向に貫通
する多数の菱形の開口１Ａ，２Ａが形成された孔明き板
１，２を積層し、孔明き板１，２の孔１Ａ，２Ａが重な
り合った部分から、順次電極水が移動できる構成として
いる。
する多数の菱形の開口１Ａ，２Ａが形成された孔明き板
１，２を積層し、孔明き板１，２の孔１Ａ，２Ａが重な
り合った部分から、順次電極水が移動できる構成として
いる。
【００２８】孔明き板１の開口１Ａと孔明き板２の開口
２Ａとは、孔明き板１と孔明き板２とを重ね合わせたと
きに、互いに位置がずれ、一部のみが重なるような位相
で設けられており、図３（ｅ）に示す如く、この孔明き
板１と孔明き板２とを重ねると、開口１Ａと開口２Ａの
重なり部分を通って、電極水は、孔明き板１の開口１Ａ
→孔明き板２の開口２Ａ→孔明き板１の開口１Ａ→孔明
き板２の開口２Ａ→…の順で上から下へ順次孔明き板１
の開口１Ａと孔明き板２の開口２Ａとを交互に通過して
流れるようになる。
２Ａとは、孔明き板１と孔明き板２とを重ね合わせたと
きに、互いに位置がずれ、一部のみが重なるような位相
で設けられており、図３（ｅ）に示す如く、この孔明き
板１と孔明き板２とを重ねると、開口１Ａと開口２Ａの
重なり部分を通って、電極水は、孔明き板１の開口１Ａ
→孔明き板２の開口２Ａ→孔明き板１の開口１Ａ→孔明
き板２の開口２Ａ→…の順で上から下へ順次孔明き板１
の開口１Ａと孔明き板２の開口２Ａとを交互に通過して
流れるようになる。
【００２９】この開口の形成割合が過度に大きいと電気
抵抗が大きくなるため、開口の形成割合は電極水の通水
路を確保することができる範囲である程度小さくするこ
とが望ましい。特に、イオン交換膜（アニオン交換膜又
はカチオン交換膜）と接する電極板面の開口の総面積
（全部の開口の面積の合計）は、電極板の面積（開口を
含む面積）に対して５０％以下、特に３０％以下である
ことが好ましい。
抵抗が大きくなるため、開口の形成割合は電極水の通水
路を確保することができる範囲である程度小さくするこ
とが望ましい。特に、イオン交換膜（アニオン交換膜又
はカチオン交換膜）と接する電極板面の開口の総面積
（全部の開口の面積の合計）は、電極板の面積（開口を
含む面積）に対して５０％以下、特に３０％以下である
ことが好ましい。
【００３０】また、１個当たりの開口の面積は、１〜５
ｍｍ２であることが好ましい。この面積範囲であれば、
電極水が効率的に流れ、ガスも効率的に排出される。
ｍｍ２であることが好ましい。この面積範囲であれば、
電極水が効率的に流れ、ガスも効率的に排出される。
【００３１】図３では、孔明き板の開口として菱形形状
のものを示したが、開口の形状は何らこれに限定され
ず、電極水が重なり合い部分を経て少なくとも一方向へ
流れるような形状であれば、円形、楕円形、その他の多
角形や、星形等の異形形状であっても良い。また、開口
の大きさや形状は必ずしもすべて同一である必要はな
く、大きさ及び／又は形状の異なる開口を組み合わせて
設けたものであっても良い。
のものを示したが、開口の形状は何らこれに限定され
ず、電極水が重なり合い部分を経て少なくとも一方向へ
流れるような形状であれば、円形、楕円形、その他の多
角形や、星形等の異形形状であっても良い。また、開口
の大きさや形状は必ずしもすべて同一である必要はな
く、大きさ及び／又は形状の異なる開口を組み合わせて
設けたものであっても良い。
【００３２】図３では、孔明き板を２枚積層した電極板
を示したが、３枚以上の孔明き板を積層して電極板を構
成しても良い。また、イオン交換膜と反対側の面には無
孔板を設けても良く、このような無孔板を設けることに
より、電気脱イオン装置の組み立てに際し、電極板を締
め付けるプレートと電極板との間の水のシール性を高め
ることができる。
を示したが、３枚以上の孔明き板を積層して電極板を構
成しても良い。また、イオン交換膜と反対側の面には無
孔板を設けても良く、このような無孔板を設けることに
より、電気脱イオン装置の組み立てに際し、電極板を締
め付けるプレートと電極板との間の水のシール性を高め
ることができる。
【００３３】
【発明の効果】以上の通り、本発明の電気脱イオン装置
によると、フッ素イオンや塩素イオンなどの腐食性の強
いイオンを高濃度に含む被処理水であっても、電極に腐
食を生じさせることなく長期にわたり安定して脱イオン
処理することができる。
によると、フッ素イオンや塩素イオンなどの腐食性の強
いイオンを高濃度に含む被処理水であっても、電極に腐
食を生じさせることなく長期にわたり安定して脱イオン
処理することができる。
【図１】本発明の電気脱イオン装置の実施の形態を示す
模式的な断面図である。
模式的な断面図である。
【図２】本発明の電気脱イオン装置の別の実施の形態を
示す模式的な断面図である。
示す模式的な断面図である。
【図３】図２の電気脱イオン装置の電極板（陰極板、陽
極板）の構成を示す図であって、図３（ａ），（ｂ）は
電極板を構成する孔明き板を示す平面図、図３（ｃ）は
図３（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面の拡大図、図３（ｄ）
は図３（ｂ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図の拡大図、図３
（ｅ）は電極板の断面の拡大図である。
極板）の構成を示す図であって、図３（ａ），（ｂ）は
電極板を構成する孔明き板を示す平面図、図３（ｃ）は
図３（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面の拡大図、図３（ｄ）
は図３（ｂ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図の拡大図、図３
（ｅ）は電極板の断面の拡大図である。
１，２ 孔明き板
１Ａ，２Ａ 開口
１１，２１ 陽極板
１２，２２ 陰極板
１３ アニオン交換膜
１４ カチオン交換膜
１５ 濃縮室
１６ 脱塩室
１７ 陽極室
１８ 陰極室
─────────────────────────────────────────────────────
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Ｆターム(参考） 4D006 GA17 HA41 JA30Z JA42A
JA42C MA13 MA14 MB07
MB17 PB08 PB27
4D061 DA08 DB18 DC19 EA09 EB01
EB04 EB13 EB19 EB29 EB31
EB35 FA08
4K011 AA10 AA11 AA20 AA21 AA22
AA23 AA69 CA04 CA13 DA01
DA11
4K030 BA28 CA02 CA12 LA11
Claims (4)
- 【請求項１】 陰極板と陽極板との間に、複数のアニオ
ン交換膜とカチオン交換膜とを交互に配列して濃縮室と
脱塩室とを形成してなる電気脱イオン装置において、少
なくとも該陽極板の水と接する面がダイヤモンドよりな
ることを特徴とする電気脱イオン装置。 - 【請求項２】 請求項１において、該陰極板及び陽極板
の少なくとも水と接する面がダイヤモンドよりなること
を特徴とする電気脱イオン装置。 - 【請求項３】 請求項１又は２において、該ダイヤモン
ドがＣＶＤダイヤモンドであることを特徴とする電気脱
イオン装置。 - 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか１項におい
て、該陰極板及び陽極板のうちの少なくとも一方が電極
水の通水路を有することを特徴とする電気脱イオン装
置。
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-
2001
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| CN106574381A (zh) * | 2015-02-02 | 2017-04-19 | 株式会社东芝 | 电极单元和使用了该电极单元的电解装置 |
| JPWO2016125333A1 (ja) * | 2015-02-02 | 2017-10-05 | 株式会社東芝 | 電極ユニットおよびそれを用いた電解装置 |
| CN106574381B (zh) * | 2015-02-02 | 2018-12-25 | 株式会社东芝 | 电极单元和使用了该电极单元的电解装置 |
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