JP2003190821A - Electric demineralizing apparatus - Google Patents

Electric demineralizing apparatus

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JP2003190821A
JP2003190821A JP2001399500A JP2001399500A JP2003190821A JP 2003190821 A JP2003190821 A JP 2003190821A JP 2001399500 A JP2001399500 A JP 2001399500A JP 2001399500 A JP2001399500 A JP 2001399500A JP 2003190821 A JP2003190821 A JP 2003190821A
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JP
Japan
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chamber
ion
ion exchanger
exchange membrane
exchanger
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Application number
JP2001399500A
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Japanese (ja)
Inventor
Takayoshi Kawamoto
孝善 川本
Osamu Nakanishi
收 中西
Toru Akiyama
徹 秋山
Kunio Fujiwara
邦夫 藤原
Yohei Takahashi
洋平 高橋
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Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124Water desalination

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric demineralizing apparatus from which high-purity demineralized water can be obtained stably for a long time while preventing the rise of operation voltage, and to provide an ion exchanger to be loaded in the electric demineralizing apparatus. <P>SOLUTION: In the demineralizing apparatus, a demineralizing chamber and a concentrating chamber are formed by arraying at least a part of a cation exchange membrane C and at least a part of an anion exchange membrane A alternately between an anode (+) and a cathode (-). The ion exchanger is arranged in the demineralizing chamber and/or the concentrating chamber, wherein the ion exchanger is obtained by introducing an ion exchanging group into a porous base material having communicated pores and is constituted so that the density of the pores is inclined. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電気式脱塩装置及
びイオン交換体に関し、さらに詳細には、イオン交換体
の装填作業性に優れ、取り扱いが容易であり、被処理流
体の流通を阻害しないだけの十分な流路を確保できると
共に十分に最近の高い要求にも応えられる高イオン交換
能を有する新規なイオン交換体及び電気式脱塩装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric desalination apparatus and an ion exchanger, and more particularly, it has excellent workability in loading the ion exchanger, is easy to handle, and impedes the flow of a fluid to be treated. The present invention relates to a novel ion exchanger and an electric deionization device having a high ion exchange capacity capable of ensuring a sufficient flow path that does not need to be performed and sufficiently satisfying recent high requirements.

【0002】[0002]

【従来の技術】電気式脱塩装置とは、陽極及び陰極の間
に陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜を配列して濃縮室
及び脱塩室を交互に形成し、電位勾配を駆動源として、
脱塩室内において被処理液体中のイオンをイオン交換膜
を通して濃縮室へと移動・分離させることによって、液
体中のイオン成分を除去するものである。
2. Description of the Related Art An electric desalting apparatus is a cation exchange membrane and anion exchange membrane arranged between an anode and a cathode to alternately form a concentrating chamber and a desalting chamber, using a potential gradient as a driving source. ,
In the desalination chamber, the ions in the liquid to be treated are moved and separated through the ion exchange membrane to the concentration chamber to remove the ionic components in the liquid.

【0003】図1に典型的な電気式脱塩装置の概念を示
す。図1に示す電気式脱塩装置は、陰極(−)と陽極
(+)の間に、陰イオン交換膜A、陽イオン交換膜Cが
交互に配列されて、脱塩室及び濃縮室が形成されてい
る。この陰イオン交換膜と陽イオン交換膜との交互配列
を更に繰り返すことにより、複数の脱塩室が並列に形成
される。必要に応じて、脱塩室や濃縮室内にはイオン交
換体が充填されて、これにより室内でのイオンの移動が
促進される。また、両端の陽極及び陰極に接する区画は
一般に陽極室及び陰極室と称される。これら極室は、最
も電極側の濃縮室が極室として用いられる場合もある
し、あるいは、最も電極側の濃縮室の更に電極側に更に
イオン交換膜を配置して独立して極室を形成する場合も
ある。前者の場合には、最も陰極側のイオン交換膜は陽
イオン交換膜、最も陽極側のイオン交換膜は陰イオン交
換膜であり、後者の場合には、最も陰極側のイオン交換
膜は陰イオン交換膜、最も陰極側のイオン交換膜は陽イ
オン交換膜である。
FIG. 1 shows the concept of a typical electric desalination apparatus. In the electric desalination apparatus shown in FIG. 1, an anion exchange membrane A and a cation exchange membrane C are alternately arranged between a cathode (−) and an anode (+) to form a desalination chamber and a concentration chamber. Has been done. By further repeating the alternating arrangement of the anion exchange membrane and the cation exchange membrane, a plurality of desalting chambers are formed in parallel. If necessary, the desalting chamber or the concentration chamber is filled with an ion exchanger to promote the movement of ions inside the chamber. Further, the compartments in contact with the anode and the cathode at both ends are generally called an anode chamber and a cathode chamber. Of these polar chambers, the most concentrated chamber on the electrode side may be used as the polar chamber, or an ion exchange membrane may be arranged further on the electrode side of the most concentrated chamber on the electrode side to form an independent polar chamber. In some cases. In the former case, the ion exchange membrane on the most cathode side is the cation exchange membrane, and the ion exchange membrane on the most anode side is the anion exchange membrane, and in the latter case, the ion exchange membrane on the most cathode side is the anion. The exchange membrane, the ion exchange membrane closest to the cathode, is a cation exchange membrane.

【0004】このような電気式脱塩装置の運転において
は、陽極及び陰極に電圧を印加すると共に、脱塩室、濃
縮室、両極室に水が供給される。濃縮室に供給される水
は濃縮水、脱塩室に供給される水は被処理水と称され
る。このように被処理水及び濃縮水を脱塩室及び濃縮室
にそれぞれ導入すると、水中のカチオン及びアニオンは
それぞれ陰極側及び陽極側に引かれるが、イオン交換膜
が同種のイオンのみを選択的に透過するため、被処理水
中のカチオン(Ca2+、Na+、Mg2+、H+など)は、
陽イオン交換膜Cを通して陰極側の濃縮室へ、またアニ
オン(Cl-、SO4 2-、HSiO3 -、CO3 2-、HCO3
-、OH-など)は、陰イオン交換膜Aを通して陽極側の
濃縮室へ移動する。一方、濃縮室から脱塩室へのアニオ
ンの移動及び濃縮室から脱塩室へのカチオンの移動は、
イオン交換膜の異種イオン遮断性のために阻止される。
この結果、脱塩室においては、イオン濃度の低められた
脱塩水が得られ、濃縮室においては、イオン濃度の高め
られた濃縮水が得られる。
In the operation of such an electric desalination apparatus, a voltage is applied to the anode and the cathode, and water is supplied to the desalination chamber, the concentration chamber and the bipolar chamber. The water supplied to the concentrating chamber is called concentrated water, and the water supplied to the desalting chamber is called treated water. In this way, when the water to be treated and the concentrated water are introduced into the desalting chamber and the concentrating chamber, respectively, the cations and anions in the water are drawn to the cathode side and the anode side, respectively, but the ion exchange membrane selectively selects only ions of the same kind. Since it permeates, cations (Ca 2+ , Na + , Mg 2+ , H +, etc.) in the water to be treated are
Through the cation exchange membrane C to the concentration chamber on the cathode side, and also to the anions (Cl , SO 4 2− , HSiO 3 , CO 3 2− , HCO 3
-, OH -, etc.) moves through the anion exchange membrane A on the anode side to the concentration compartment. On the other hand, the transfer of anions from the concentrating chamber to the desalting chamber and the transfer of cations from the concentrating chamber to the desalting chamber are
It is blocked due to the foreign ion blocking properties of the ion exchange membrane.
As a result, demineralized water having a reduced ion concentration is obtained in the demineralizing chamber, and concentrated water having an increased ion concentration is obtained in the concentrating chamber.

【0005】このような電気式脱塩装置によれば、被処
理水として例えばRO(逆浸透)処理水相当の不純物の
少ない水を用いることで、脱塩水として、さらに純度の
高い純水を得ることができる。しかし、最近では、例え
ば半導体製造用超純水など、より高度な超純水が要求さ
れるようになっている。
According to such an electric desalination apparatus, by using, for example, RO (reverse osmosis) -treated water containing a small amount of impurities as the water to be treated, pure water having a higher purity can be obtained as the desalinated water. be able to. However, in recent years, more advanced ultrapure water such as ultrapure water for semiconductor manufacturing has been required.

【0006】そこで、このようなより高純度の超純水を
得るべく、種々の提案がなされている、例えば、脱塩室
及び/又は濃縮室にイオン交換体としてカチオン交換樹
脂ビーズとアニオン交換樹脂ビーズとを混合して充填す
ることにより、これらの室内におけるイオンの移動を促
進させるという方法が提案されている。さらに、イオン
交換体として、脱塩室及び/又は濃縮室内において、陽
イオン交換膜側にカチオン交換繊維材料(不織布など)
を、陰イオン交換膜側にアニオン交換繊維材料を、それ
ぞれ向かい合わせて配置したり、これらイオン交換繊維
材料の間にスペーサもしくはイオン伝導性を付与したイ
オン伝導スペーサを充填するという方法も提案されてい
る(国際出願PCT/JP99/01391 国際公報WO99/48820参
照)。
Therefore, various proposals have been made in order to obtain such higher-purity ultrapure water, for example, cation exchange resin beads and anion exchange resins as ion exchangers in a desalting chamber and / or a concentrating chamber. There has been proposed a method of promoting migration of ions in these chambers by mixing and filling beads. Further, as an ion exchanger, a cation exchange fiber material (nonwoven fabric, etc.) is provided on the cation exchange membrane side in a desalting chamber and / or a concentrating chamber.
A method of arranging the anion exchange fiber materials facing each other on the anion exchange membrane side or filling spacers or ion conductive spacers having ion conductivity between these ion exchange fiber materials has also been proposed. (See International Application PCT / JP99 / 01391 International Publication WO99 / 48820).

【0007】しかし、イオン交換体として、イオン交換
樹脂ビーズを用いる場合には、ビーズを均一に混合する
という煩雑な作業が必要であること、脱塩室内を被処理
水が短絡して流通しないようにビーズを緊密充填すると
いう煩雑な作業が必要であること、などのイオン交換体
装填上、取り扱い性に問題があった。また、脱塩室内に
ビーズを緊密充填させているために脱塩室への流入圧力
を高く保持する必要があること、アニオン交換樹脂ビー
ズとカチオン交換樹脂ビーズとを混合充填する場合には
脱塩室に通水する際の被処理液の流量変動により混合状
態が不均一になる(偏在する)おそれがあること、使用
中にビーズの破損のおそれがあること、などの装置運転
上の問題があり、長期に安定して高純度の脱塩水を得る
ことが困難であった。
However, when the ion-exchange resin beads are used as the ion-exchanger, the complicated work of uniformly mixing the beads is required, and the treated water is prevented from short-circuiting and flowing in the desalting chamber. However, there is a problem in handleability when loading the ion exchanger, such as a complicated work of closely packing beads. Further, since the beads are tightly packed in the desalting chamber, it is necessary to maintain a high inflow pressure into the desalting chamber. When the anion exchange resin beads and the cation exchange resin beads are mixed and packed, desalting is performed. There is a problem in operating the equipment such that the mixing state may become non-uniform (unevenly distributed) due to fluctuations in the flow rate of the liquid to be treated when water is passed through the chamber, and beads may be damaged during use. It was difficult to stably obtain highly pure demineralized water for a long period of time.

【0008】また、イオン交換体として、従来用いられ
ている不織布(厚さ:0.1〜1.0mm、目付10〜100g/m2
繊維径10〜70μm)を基材とするイオン交換繊維材料だ
けを配置する場合には、被処理水などの流抵抗が生じる
ので被処理水などの流入圧力を高く保持する必要がある
こと、イオン交換体から有機炭素系成分(TOC)が溶出し
ないように十分な洗浄をするのが困難であること等の問
題があり、長期に安定して高純度の脱塩水を得ることが
困難であった。
Further, a non-woven fabric conventionally used as an ion exchanger (thickness: 0.1 to 1.0 mm, basis weight 10 to 100 g / m 2 ,
When arranging only the ion-exchange fiber material with a fiber diameter of 10 to 70 μm), flow resistance of the water to be treated, etc. occurs, so it is necessary to keep the inflow pressure of the water to be treated high. There were problems such as being difficult to wash sufficiently so that the organic carbon component (TOC) did not elute from the exchanger, and it was difficult to obtain high-purity demineralized water stably over a long period of time. .

【0009】このため、両者のバランスを持たせるべ
く、イオン交換繊維材料を用いる場合には、上述のよう
にイオン交換繊維材料の間にスペーサもしくはイオン伝
導スペーサを充填することが提案されている。しかし、
これらの提案のようにスペーサー等を用いた場合には、
ビーズの場合ほどではないが2つの部材を配設しなけれ
ばならないため装填上取り扱い性に劣るという問題があ
った。また、これらのスペーサー等は、主として流体の
流路確保のためのもので、多くのイオン交換基を導入す
るには限界があり、イオン交換能、特にアニオン性の弱
電解質の除去性能に劣り、最近要求されている高イオン
交換能を発揮できず、外部からの電気エネルギーを与え
て強制的にイオン移動を行わせることが必要になり、電
極側からの印加電圧を増加させなければならないという
問題もあった。
Therefore, in order to have a balance between the two, when using an ion exchange fiber material, it has been proposed to fill a spacer or an ion conductive spacer between the ion exchange fiber materials as described above. But,
When spacers are used as in these proposals,
Although not so much as in the case of beads, there was a problem that handling was poor in terms of loading because two members had to be arranged. Further, these spacers and the like are mainly for securing a flow passage of a fluid, and there is a limit to introducing many ion exchange groups, and the ion exchange ability, particularly the removal performance of anionic weak electrolytes, is poor, The problem is that the recently required high ion exchange capacity cannot be demonstrated, and it is necessary to apply electric energy from the outside to force ion movement, and the voltage applied from the electrode side must be increased. There was also.

【0010】要するに、従来提案されている技術では、
未だ、装填操作・取り扱い性に優れ、しかも時間当たり
高処理量で処理可能な優れた処理能力と高純度の処理流
体を得ることができるという優れた処理性能とを両立し
得ないという問題があった。
[0010] In short, in the conventionally proposed technology,
There is still a problem that it is not possible to combine excellent processing performance that is excellent in loading operation and handleability and that can process at a high throughput per hour with excellent processing performance that a high-purity processing fluid can be obtained. It was

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
記問題点を解決することができる新規なイオン交換体及
び該イオン交換体を配置してなる電気式脱塩装置を提供
することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the object of the present invention is to provide a novel ion exchanger capable of solving the above-mentioned problems and an electric desalination apparatus in which the ion exchanger is arranged. And

【0012】特に、本発明の目的は、作製が容易で、イ
オン交換体の装填作業性に優れ、取り扱いが容易であ
り、被処理流体の流通を阻害しないだけの十分な流路を
確保して、被処理水などの流体の流抵抗を低減させるこ
とができ、運転時の消費電力を低減できると共に、最近
の高い要求にも充分に応えられる高イオン交換能を発揮
し、長期に安定して高純度の脱塩水を十分な量で得るこ
とができるイオン交換体及び該イオン交換体を配置して
なる電気式脱塩装置を提供することにある。
In particular, an object of the present invention is to ensure easy passages, easy preparation, excellent workability of loading an ion exchanger, easy handling, and a sufficient flow path that does not hinder the flow of the fluid to be treated. It can reduce the flow resistance of fluid such as water to be treated, reduce the power consumption during operation, and exhibit a high ion exchange capacity that can sufficiently meet the recent high demands, and it is stable for a long period of time. An object of the present invention is to provide an ion exchanger capable of obtaining a high-purity demineralized water in a sufficient amount, and an electric desalination apparatus in which the ion exchanger is arranged.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたもので、従来のイオン交換樹脂ビー
ズ、イオン交換不織布などのイオン交換体に代えて、連
通空孔を有し、該連通空孔の空孔密度を傾斜させた多孔
性基材にイオン交換基を導入した新規なイオン交換体を
用いることを特徴とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and has communicating pores instead of conventional ion-exchange resin beads, ion-exchange nonwoven fabrics and other ion-exchangers, It is characterized in that a novel ion exchanger in which an ion exchange group is introduced into a porous substrate having a graded pore density of the communicating pores is used.

【0014】すなわち、本発明によれば、陽極及び陰極
の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及び濃縮室が形
成されていて、脱塩室及び/又は濃縮室には、連通空孔
を有するイオン交換体が配置されており、該イオン交換
体は、脱塩室及び/又は濃縮室に配置されたときに脱塩
室及び/又は濃縮室の中央部から陽イオン交換膜及び/
又は陰イオン交換膜に向かって傾斜する空孔密度を有す
る多孔性基材にイオン交換基が導入されてなる空孔密度
傾斜イオン交換体であることを特徴とする電気式脱塩装
置、及び脱塩室及び/又は濃縮室に配置されたときに脱
塩室及び/又は濃縮室の中央部から陽イオン交換膜及び
/又は陰イオン交換膜に向かって傾斜する空孔密度を有
する連通空孔を有する多孔性基材にイオン交換体が導入
されてなることを特徴とする空孔密度傾斜イオン交換体
が提供される。なお、本発明の電気式脱塩装置において
は、空孔密度傾斜イオン交換体を好ましくは、少なくと
も脱塩室に装填する。
That is, according to the present invention, a desalting chamber and a concentrating chamber are formed by alternately arranging at least a part of the cation exchange membrane and the anion exchange membrane between the anode and the cathode. An ion exchanger having communicating pores is arranged in the chamber and / or the concentration chamber, and when the ion exchanger is arranged in the desalination chamber and / or the concentration chamber, the desalination chamber and / or the concentration chamber From the center of the chamber to the cation exchange membrane and /
Alternatively, an electric desalination apparatus characterized by being a vacancy density gradient ion exchanger obtained by introducing an ion exchange group into a porous substrate having a vacancy density inclined toward the anion exchange membrane, and a deionization device. A communication hole having a pore density that is inclined from the central portion of the desalting chamber and / or the concentration chamber toward the cation exchange membrane and / or the anion exchange membrane when placed in the salt chamber and / or the concentration chamber is provided. Provided is an ion exchanger having a vacancy density gradient, which is obtained by introducing an ion exchanger into a porous substrate having the same. In the electric deionization apparatus of the present invention, the vacancy density gradient ion exchanger is preferably loaded in at least the deionization chamber.

【0015】本発明の電気式脱塩装置において用いるこ
とができる陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜として
は、公知のイオン交換膜を特に制限なく用いることがで
きる。例えば、陽イオン交換膜としては、(株)トクヤ
マ製「NEOSEPTA CMB」、「NEOSEPTA CM1」など、陰イオ
ン交換膜としては例えば(株)トクヤマ製「NEOSEPTA A
HA」、「NEOSEPTA AM1」など、市販のイオン交換膜を制
限なく使用することができる。
As the cation exchange membrane and the anion exchange membrane that can be used in the electric desalination apparatus of the present invention, known ion exchange membranes can be used without particular limitation. For example, as the cation exchange membrane, “NEOSEPTA CMB” and “NEOSEPTA CM1” manufactured by Tokuyama Corporation, and as the anion exchange membrane, for example, “NEOSEPTA A manufactured by Tokuyama Corporation”
Commercially available ion exchange membranes such as "HA" and "NEOSEPTA AM1" can be used without limitation.

【0016】本明細書において「連通空孔」とは、基材
の一面側から反対側の他面側まで内部を貫通しており且
つ各貫通孔が相互に連通している、基材に縦横無尽に形
成された空孔を意味する。
In the present specification, the "communication holes" extend through the substrate from one side of the substrate to the other side of the opposite side, and the through holes communicate with each other vertically and horizontally. It means an inexhaustibly formed hole.

【0017】本発明のイオン交換体は、脱塩室及び/又
は濃縮室に配置されたときに脱塩室及び/又は濃縮室の
中央部から陽イオン交換膜及び/又は陰イオン交換膜に
向かって傾斜する空孔密度を有する連通空孔を有する多
孔性基材にイオン交換基が導入されてなる空孔密度傾斜
イオン交換体である。
When the ion exchanger of the present invention is placed in the desalting chamber and / or the concentrating chamber, it faces the cation exchange membrane and / or the anion exchange membrane from the central portion of the desalting chamber and / or the concentrating chamber. And an ion exchange group is introduced into a porous base material having communicating pores having a sloping pore density.

【0018】本発明の空孔密度傾斜イオン交換体は、連
通空孔を有する多孔性基材に、カチオン交換基を導入し
てなるカチオン交換体、アニオン交換基を導入してなる
アニオン交換体、又はカチオン交換基及びアニオン交換
基を導入してなる両性イオン交換体であることが好まし
い。両性イオン交換体である場合には、アニオン交換基
とカチオン交換基との比率を、イオン交換容量でアニオ
ン交換基:カチオン交換基=3:1〜4:1とすること
が好ましく、この場合には、弱解離性である炭酸成分や
シリカなどのイオン、HCO3 -、CO3 2-、Si2-をも
良好に脱塩処理することが可能となる。
The vacancy density gradient ion exchanger of the present invention is a cation exchanger prepared by introducing a cation exchange group into a porous substrate having communicating pores, and an anion exchanger prepared by introducing an anion exchange group, Alternatively, it is preferably an amphoteric ion exchanger obtained by introducing a cation exchange group and an anion exchange group. In the case of an amphoteric ion exchanger, it is preferable that the ratio of the anion exchange group and the cation exchange group is anion exchange capacity: anion exchange group: cation exchange group = 3: 1 to 4: 1. Makes it possible to satisfactorily desalinate weakly dissociative carbonic acid components, ions such as silica, HCO 3 , CO 3 2− , and Si 2− .

【0019】本発明の空孔密度傾斜イオン交換体の空孔
密度の傾斜は、電気式脱塩装置の脱塩室に装填した場合
に、脱塩室中央部に位置する部分の空孔密度が、被処理
水の通過を阻害しない程度であり、脱塩室を構成する両
側のイオン交換膜側に位置する部分の空孔密度が、被処
理水がイオン交換基と充分に接触できるだけの十分な量
で導入できる程度であればよい。具体的には、空孔密度
傾斜イオン交換体の脱塩室のイオン交換膜側に位置する
部分の空孔密度を100%とした場合に、脱塩室中央部に
位置する部分の空孔密度が70%以下となるように空孔密
度を傾斜させることが好ましい。例えば、脱塩室中央部
に位置する部分において、約1mm以上の比較的大きな孔
径の空孔の個数を5個〜25個/25.4mmとすることによ
り、被処理水の通過を阻害せずに良好に通水させること
ができ、イオン交換膜側に位置する部分において、約1
mm未満の孔径の空孔の個数を25個/25.4mm以上とするこ
とにより、十分な量のイオン交換基を導入することがで
きる。つまり、本明細書において「空孔密度が高い」す
なわち「空孔密度が100%である」とは、比較的小さな
孔径の空孔が一定長さあたりに多数個含まれる場合を意
味し、「空孔密度が低い」すなわち「空孔密度が70%で
ある」とは、比較的大きな孔径の空孔が一定長さあたり
に少数個含まれる場合を意味する。したがって、例え
ば、本発明の空孔密度傾斜イオン交換体を少なくとも2
枚用いて、空孔密度の高い一面側がイオン交換膜側に面
し且つ空孔密度の低い他面側が脱塩室中央部に面するよ
うに脱塩室内に充填する場合には、空孔密度傾斜イオン
交換体は、イオン交換膜側において小径、例えば径1mm
未満の空孔の密度が25個/25.4mm以上であり、中央部に
面する他面側において大径、例えば径1mm以上、好まし
くは1mm〜5mmの空孔の密度が5個/25.4mm〜25個/2
5.4mmであるように、傾斜していることが好ましい。あ
るいは、本発明の空孔密度傾斜イオン交換体を1枚だけ
脱塩室に充填する場合には、イオン交換膜に面するイオ
ン交換体の両側面において小径、例えば径1mm未満の空
孔の密度が25個/25.4mm以上で、イオン交換体の中央部
において大径、例えば径1mm以上、好ましくは1mm〜5
mmの空孔の密度が5個/25.4mm〜25個/25.4mmであるよ
うに、空孔密度が傾斜するものであることが好ましい。
このように空孔の径と密度とを制御することによって、
十分な量のイオン交換基を導入することができると同時
に、被処理流体の通過を阻害することがなくなる。尚、
本発明において、空孔密度傾斜イオン交換体の一面側、
他面側又は両面側とは、イオン交換体の表面から約30〜
約70%の厚さの部分を意味し、例えば全厚3mmのイオン
交換体の場合には表面から1〜2mmの部分を意味する
(以下、本明細書において同じ)。
The gradient of the pore density of the ion exchanger according to the present invention is such that the pore density of the portion located in the central portion of the desalination chamber when loaded in the desalination chamber of the electric desalination apparatus is , The pore density of the portions located on both sides of the ion-exchange membrane constituting the desalination chamber is not enough to prevent passage of the water to be treated, and the water to be treated is sufficient to make sufficient contact with the ion-exchange groups. Any amount can be used as long as it can be introduced. Specifically, assuming that the pore density of the portion of the ion density gradient ion exchanger located on the ion exchange membrane side of the desalting chamber is 100%, the pore density of the portion located in the central portion of the desalting chamber is Is preferably 70% or less. For example, in the part located in the center of the desalination chamber, the number of pores having a relatively large pore size of about 1 mm or more is set to 5 to 25 pieces / 25.4 mm so that the passage of water to be treated is not hindered. Water can be satisfactorily passed, and at the part located on the ion exchange membrane side, about 1
By setting the number of pores having a pore diameter of less than mm to 25 / 25.4 mm or more, a sufficient amount of ion exchange groups can be introduced. That is, in the present specification, “high pore density”, that is, “hole density is 100%” means a case where a large number of pores having a relatively small pore diameter are contained per constant length, The "porosity density is low", that is, "the pore density is 70%" means that a small number of pores having a relatively large pore size are included in a certain length. Therefore, for example, at least two vacancy density gradient ion exchangers of the present invention can be used.
If the desalting chamber is filled with one sheet having a high pore density facing the ion-exchange membrane side and the other surface having a low pore density facing the central part of the desalting chamber, the pore density is The graded ion exchanger has a small diameter on the ion exchange membrane side, for example, a diameter of 1 mm.
Has a density of 25 holes / 25.4 mm or more, and has a large diameter on the other surface side facing the central part, for example, a diameter of 1 mm or more, preferably 1 mm to 5 mm. 25 pieces / 2
It is preferably inclined, such as 5.4 mm. Alternatively, when the desalting chamber is filled with only one of the gradient ion exchangers of pore density of the present invention, the density of pores having a small diameter, for example, less than 1 mm on both sides of the ion exchanger facing the ion exchange membrane. Is 25 pieces / 25.4 mm or more and has a large diameter in the central portion of the ion exchanger, for example, a diameter of 1 mm or more, preferably 1 mm to 5
It is preferable that the hole density is graded so that the hole density of mm is 5 / 25.4 mm to 25 / 25.4 mm.
By controlling the diameter and density of the holes in this way,
A sufficient amount of ion exchange groups can be introduced, and at the same time, the passage of the fluid to be treated is not obstructed. still,
In the present invention, the one side of the vacancy density gradient ion exchanger,
The other side or both sides is about 30 ~ from the surface of the ion exchanger.
It means a portion having a thickness of about 70%, for example, in the case of an ion exchanger having a total thickness of 3 mm, it means a portion 1 to 2 mm from the surface (hereinafter, the same in the present specification).

【0020】また、本発明の空孔密度傾斜イオン交換体
の空孔密度の傾斜は、密度の高い面から低い面に向け
て、約30%以上の減少率で徐々に減少することが好まし
い。減少率を約30%以上とすることにより、被処理水の
通水路を確保すると同時に、被処理水のイオン交換を良
好に行い得るに十分なイオン交換基を導入することがで
きる。
Further, it is preferable that the gradient of the pore density of the gradient ion-exchanger of the present invention gradually decreases from a high density surface to a low density surface at a reduction rate of about 30% or more. By setting the rate of decrease to about 30% or more, it is possible to secure a water passage for the water to be treated and at the same time to introduce sufficient ion-exchange groups to allow good ion exchange of the water to be treated.

【0021】上記のような本発明の空孔密度傾斜イオン
交換体は、連通空孔を有する多孔性基材の一面だけを熱
融着させることによって、一面側の空孔密度を反対面側
の空孔密度に比較して低くするように形成することがで
きる。あるいは、連通空孔を有する多孔性基材の両面を
熱融着させて、両面の空孔密度を中央部の空孔密度に比
較して低くするように形成することもできる。このよう
な連通空孔を有する多孔性基材の素材としては、ポリエ
チレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィ
ン系高分子や、ポリエチレンテレフタレート(PET)等
のポリエステル系高分子の連続気泡発泡体及び三次元織
布を好ましく挙げることができる。連続気泡発泡体とし
ては、ポリエチレン系多孔体、ポリプロピレン系多孔体
などのポリオレフィン系連続気泡発泡体を好ましく用い
ることができ、三次元織布としては、ポリエチレン繊
維、ポリプロピレン繊維などが三次元に織られてなるポ
リオレフィン系三次元織布を好ましく用いることができ
る。
The above-described vacancy density gradient ion exchanger of the present invention heat-bonds only one surface of the porous base material having communicating pores so that the vacancy density on one surface side is on the opposite surface side. It can be formed to be lower than the void density. Alternatively, both surfaces of the porous base material having the communicating pores may be heat-sealed to form the pore density of both surfaces lower than the pore density of the central portion. The material of the porous substrate having such open pores is an open-cell foam of a polyolefin-based polymer such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP) or a polyester-based polymer such as polyethylene terephthalate (PET). And three-dimensional woven fabric can be preferably mentioned. As the open-cell foam, a polyolefin-based open-cell foam such as polyethylene-based porous material or polypropylene-based porous material can be preferably used, and as the three-dimensional woven fabric, polyethylene fibers, polypropylene fibers, etc. are three-dimensionally woven. A polyolefin-based three-dimensional woven fabric obtained by the above can be preferably used.

【0022】本発明の空孔密度傾斜イオン交換体は、上
述のような各特性を有する多孔性基材にイオン交換基が
導入されてなるものである。イオン交換基の導入は、ア
ニオン交換体の中性塩分解容量が3〜5meq/g、カチオ
ン交換体の中性塩分解容量が3〜5meq/gとなるように
行うことが好ましい。中性塩分解容量がこの範囲にあれ
ば、所望の超高純度の純水を得るに十分なイオン交換能
が発揮される。
The vacancy density gradient ion exchanger of the present invention is obtained by introducing an ion exchange group into the porous substrate having the above-mentioned characteristics. The ion exchange group is preferably introduced so that the neutral salt decomposition capacity of the anion exchanger is 3 to 5 meq / g and the neutral salt decomposition capacity of the cation exchanger is 3 to 5 meq / g. When the neutral salt decomposing capacity is within this range, sufficient ion exchange ability is obtained to obtain desired ultrapure pure water.

【0023】上述のように、本発明の空孔密度傾斜イオ
ン交換体は、連通空孔を有する多孔性基材に、カチオン
交換基を導入してなるカチオン交換体、アニオン交換基
を導入してなるアニオン交換体、又はカチオン交換基及
びアニオン交換基を導入してなる両性イオン交換体であ
ることが好ましい。両性イオン交換体である場合には、
アニオン交換基とカチオン交換基との比率を、イオン交
換容量でアニオン交換基:カチオン交換基=3:1〜
4:1とすることが好ましく、この場合には、弱解離性
である炭酸成分やシリカなどのイオン、HCO3 -、CO
3 2-、Si2-をも良好に脱塩処理することが可能とな
る。
As described above, the vacancy density gradient ion exchanger of the present invention is obtained by introducing a cation exchange group and an anion exchange group into a porous substrate having communicating pores. It is preferable that it is an anion exchanger or an amphoteric ion exchanger having a cation exchange group and an anion exchange group introduced therein. When it is a zwitterion exchanger,
The ratio of the anion exchange group and the cation exchange group is expressed by the ion exchange capacity, anion exchange group: cation exchange group = 3: 1 to
The ratio is preferably 4: 1. In this case, a weakly dissociative carbonic acid component, ions such as silica, HCO 3 , CO
3 2− and Si 2− can be desalted well.

【0024】本発明の空孔密度傾斜イオン交換体におい
て、イオン交換基の多孔性基材への導入は、好ましくは
グラフト重合法、特に好ましくは放射線グラフト重合法
により行うことができる。ここで、放射線グラフト重合
法とは、高分子基材に放射線を照射してラジカルを形成
させ、これにモノマーを反応させることによってモノマ
ーを基材中に導入するという技法である。グラフト重合
法又は放射線グラフト重合法によりイオン交換基を導入
する場合には、本発明において用いられる多孔性基材
は、グラフト鎖を成長させることができるポリオレフィ
ン系樹脂の連通空孔を有する多孔性基材であることが好
ましい。
In the vacancy density gradient ion exchanger of the present invention, the ion exchange group can be introduced into the porous substrate by preferably a graft polymerization method, particularly preferably a radiation graft polymerization method. Here, the radiation graft polymerization method is a technique of irradiating a polymer base material with radiation to form radicals, and reacting the radicals with the monomer to introduce the monomer into the base material. When the ion exchange group is introduced by the graft polymerization method or the radiation graft polymerization method, the porous substrate used in the present invention is a porous group having communicating pores of a polyolefin resin capable of growing a graft chain. It is preferably a material.

【0025】放射線グラフト重合法に用いることができ
る放射線としては、α線、β線、γ線、電子線、紫外線
等を挙げることができるが、本発明においてはγ線や電
子線を好ましく用いる。放射線グラフト重合法には、グ
ラフト基材に予め放射線を照射した後、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、本発明においては、いずれの方
法も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、モノマーの上記に基材を
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を挙げ
ることができるが、いずれの方法も本発明において用い
ることができる。
Examples of the radiation that can be used in the radiation graft polymerization method include α rays, β rays, γ rays, electron rays and ultraviolet rays. In the present invention, γ rays and electron rays are preferably used. The radiation graft polymerization method includes a pre-irradiation graft polymerization method in which a graft base material is previously irradiated with radiation and then brought into contact with a graft monomer to react, and a simultaneous irradiation graft polymerization method in which radiation is irradiated in the coexistence of the base material and the monomer. However, any method can be used in the present invention. Further, by the contact method of the monomer and the substrate, a liquid phase graft polymerization method of performing the polymerization while the substrate is immersed in the monomer solution, a gas phase graft polymerization method of performing the polymerization by contacting the substrate with the above monomer. An example is an impregnated gas phase graft polymerization method in which a substrate is immersed in a monomer solution and then taken out from the monomer solution to carry out the reaction in a gas phase. Any method can be used in the present invention.

【0026】本発明において連続気泡基材に導入するイ
オン交換基としては、特に限定されることなく種々のカ
チオン交換基又はアニオン交換基を用いることができ
る。例えば、カチオン交換基としては、スルホン基など
の強酸性カチオン交換基、リン酸基などの中酸性カチオ
ン交換基、カルボキシル基、フェノール性水酸基などの
弱酸性カチオン交換基、アニオン交換基としては、第1
級〜第3級アミノ基などの弱塩基性アニオン交換基、第
4アンモニウム基などの強塩基性アニオン交換基を用い
ることができ、或いは、上記カチオン交換基及びアニオ
ン交換基の両方を併有するイオン交換体を用いることも
できる。
The ion exchange group introduced into the open-cell substrate in the present invention is not particularly limited, and various cation exchange groups or anion exchange groups can be used. For example, as the cation exchange group, a strong acid cation exchange group such as a sulfone group, a medium acid cation exchange group such as a phosphate group, a weak acid cation exchange group such as a carboxyl group or a phenolic hydroxyl group, and an anion exchange group are 1
Weakly basic anion exchange groups such as primary to tertiary amino groups, strong basic anion exchange groups such as quaternary ammonium groups can be used, or ions having both the above cation exchange group and anion exchange group Exchangers can also be used.

【0027】これらの各種イオン交換基は、これらのイ
オン交換基を有するモノマーを用いてグラフト重合、好
ましくは放射線グラフト重合を行うか、又はこれらのイ
オン交換基に転換可能な基を有する重合性モノマーを用
いてグラフト重合を行った後に当該基をイオン交換基に
転換することによって、連続気泡基材に導入することが
できる。この目的で用いることのできるイオン交換基を
有するモノマーとしては、アクリル酸(AAc)、メタ
クリル酸、スチレンスルホン酸ナトリウム(SSS)、
メタリルスルホン酸ナトリウム、アリルスルホン酸ナト
リウム、ビニルスルホン酸ナトリウム、ビニルベンジル
トリメチルアンモニウムクロライド(VBTAC)、ジ
エチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノプ
ロピルアクリルアミドなどを挙げることができる。例え
ば、スチレンスルホン酸ナトリウムをモノマーとして用
いて放射線グラフト重合を行うことにより、基材に直
接、強酸性カチオン交換基であるスルホン基を導入する
ことができ、また、ビニルベンジルトリメチルアンモニ
ウムクロライドをモノマーとして用いて放射線グラフト
重合を行うことにより、基材に直接、強塩基性アニオン
交換基である第4級アンモニウム基を導入することがで
きる。また、イオン交換基に転換可能な基を有するモノ
マーとしては、アクリロニトリル、アクロレイン、ビニ
ルピリジン、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(GMA)などが挙げられる。例え
ば、メタクリル酸グリシジルを放射線グラフト重合によ
って基材に導入し、次に亜硫酸ナトリウムなどのスルホ
ン化剤を反応させることによって強酸性カチオン交換基
であるスルホン基を基材に導入したり、又はクロロメチ
ルスチレンをグラフト重合した後に、基材をトリメチル
アミン水溶液に浸漬して4級アンモニウム化を行うこと
によって、強塩基性アニオン交換基である第4級アンモ
ニウム基を基材に導入することができる。
These various ion exchange groups are subjected to graft polymerization, preferably radiation graft polymerization, using a monomer having these ion exchange groups, or a polymerizable monomer having a group convertible to these ion exchange groups. Can be introduced into an open-cell substrate by converting the group into an ion-exchange group after carrying out a graft polymerization using. Examples of the monomer having an ion exchange group that can be used for this purpose include acrylic acid (AAc), methacrylic acid, sodium styrenesulfonate (SSS),
Examples thereof include sodium methallyl sulfonate, sodium allyl sulfonate, sodium vinyl sulfonate, vinylbenzyl trimethyl ammonium chloride (VBTAC), diethylaminoethyl methacrylate and dimethylaminopropyl acrylamide. For example, by performing radiation graft polymerization using sodium styrene sulfonate as a monomer, it is possible to directly introduce a sulfonic acid group which is a strongly acidic cation exchange group into a substrate, and vinyl benzyl trimethyl ammonium chloride is used as a monomer. By carrying out radiation graft polymerization using the quaternary ammonium group, which is a strongly basic anion-exchange group, can be directly introduced into the substrate. Examples of the monomer having a group that can be converted into an ion exchange group include acrylonitrile, acrolein, vinylpyridine, styrene, chloromethylstyrene, glycidyl methacrylate (GMA) and the like. For example, glycidyl methacrylate is introduced into a substrate by radiation graft polymerization, and then a sulfonating group which is a strongly acidic cation exchange group is introduced into the substrate by reacting with a sulfonating agent such as sodium sulfite, or chloromethyl. After the styrene is graft-polymerized, the base material is immersed in a trimethylamine aqueous solution for quaternary ammonium conversion, whereby a quaternary ammonium group which is a strongly basic anion exchange group can be introduced into the base material.

【0028】本発明の空孔密度傾斜イオン交換体は、低
い空孔密度を有する面と、高い空孔密度を有する面とを
具備し、さらに、この空孔密度が徐々に傾斜しているの
で、流体の通過及びイオン交換基導入の両方のバランス
要求を満足することができる。特に、空孔密度の低い面
を脱塩室及び/又は濃縮室中央部に位置づけ、空孔密度
の高い面を脱塩室及び/又は濃縮室両側部のイオン交換
膜側に位置づけることで、室中央部側では流体の通過を
阻害せず、イオン交換膜側では十分なイオン交換基を存
在させることができる。また、従来のイオン交換繊維材
料とイオン伝導スペーサの組み合わせのように異なる部
材を組み合わせた場合と比較して、装填上の煩雑さも解
消される。さらに、イオン交換基とイオンとの接触が増
加するので、運転時の印加電圧を低減させることができ
る。
The vacancy density gradient ion exchanger of the present invention has a surface having a low vacancy density and a surface having a high vacancy density, and further, the vacancy density is gradually inclined. It is possible to satisfy the balance requirements for both passage of fluid and introduction of ion exchange groups. In particular, the surface with a low pore density is located in the center of the desalting chamber and / or the concentrating chamber, and the surface with a high pore density is located on the ion exchange membrane side of both sides of the desalting chamber and / or the concentrating chamber. On the side of the central part, the passage of the fluid is not hindered, and on the side of the ion exchange membrane, sufficient ion exchange groups can be present. Further, compared to the case where different members are combined such as the conventional combination of the ion-exchange fiber material and the ion-conducting spacer, the complexity of loading is eliminated. Further, since the contact between the ion exchange group and the ions is increased, the applied voltage during operation can be reduced.

【0029】本発明の電気式脱塩装置には、上述の本発
明の空孔密度傾斜イオン交換体が、脱塩室及び/又は濃
縮室、好ましくは少なくとも脱塩室に配されている。具
体的には、陽イオン交換膜側にはカチオン交換体を、陰
イオン交換膜側にはアニオン交換体をそれぞれイオン交
換膜側に空孔密度の低い面が面するように配置したり、
あるいは空孔密度の低い両側面がイオン交換膜に面する
ようにイオン交換体を配置してもよい。
In the electric desalination apparatus of the present invention, the above-described vacancy density gradient ion exchanger of the present invention is arranged in a desalting chamber and / or a concentrating chamber, preferably at least a desalting chamber. Specifically, a cation exchanger is placed on the side of the cation exchange membrane, and an anion exchanger is placed on the side of the anion exchange membrane so that the surface with a low pore density faces the side of the ion exchange membrane,
Alternatively, the ion exchanger may be arranged so that both sides having a low pore density face the ion exchange membrane.

【0030】本発明の電気式脱塩装置の運転時には、両
電極間に電圧を印加しながら被処理水を脱塩室及び/又
は濃縮室に流通させると、被処理水はその流方向に沿っ
て連通空孔内を流通するので、被処理水中のイオンは被
処理水の流れ方向に沿って存在するイオン交換基と充分
に接触しながら室内を流通する。そして、カチオン交換
体を陽イオン交換膜側に配置し、アニオン交換体を陰イ
オン交換膜側に配置する場合には、被処理水中のカチオ
ンはカチオン交換体及び陽イオン交換膜側に移動し、ア
ニオンはアニオン交換体及び陰イオン交換膜側に移動す
るので、イオンの分離及び移動が促進される。一方、両
性イオン交換体を配置する場合には、アニオン交換基と
カチオン交換基との比率をイオン交換容量でアニオン交
換基:カチオン交換基=3:1〜4:1となるように構
成することで、弱解離性である炭酸成分やシリカなども
良好に脱塩処理することができる。
During operation of the electric desalination apparatus of the present invention, when the water to be treated is circulated through the desalination chamber and / or the concentrating chamber while applying a voltage between both electrodes, the water to be treated is along the flow direction. As a result, the ions in the water to be treated flow in the chamber while being in sufficient contact with the ion exchange groups existing along the flow direction of the water to be treated. Then, the cation exchanger is arranged on the cation exchange membrane side, and when the anion exchanger is arranged on the anion exchange membrane side, the cations in the water to be treated move to the cation exchanger and the cation exchange membrane side, Since the anion moves to the side of the anion exchanger and the anion exchange membrane, the separation and transfer of ions are promoted. On the other hand, when arranging the amphoteric ion exchanger, the ratio of the anion exchange group and the cation exchange group should be such that the ion exchange capacity is anion exchange group: cation exchange group = 3: 1 to 4: 1. Thus, a weakly dissociative carbonic acid component, silica, or the like can be favorably desalted.

【0031】また、本発明の空孔密度傾斜型イオン交換
体としてアニオン交換体及びカチオン交換体を用いる場
合には、脱塩室と濃縮室とを組合せたセルを複数用いる
複数セル配置型脱塩装置として、1パス目の脱塩室には
アニオン交換体を配置し、2パス目の脱塩室にはカチオ
ン交換体を配置することもできる。この場合には、脱塩
室へのイオン交換体の充填が極めて容易となる。
When an anion exchanger and a cation exchanger are used as the vacancy density gradient type ion exchanger of the present invention, a desalting method using a plurality of cells using a plurality of cells having a desalting chamber and a concentrating chamber in combination is used. As an apparatus, an anion exchanger may be arranged in the desalting chamber of the first pass and a cation exchanger may be arranged in the desalting chamber of the second pass. In this case, it becomes extremely easy to fill the deionization chamber with the ion exchanger.

【0032】本発明の電気式脱塩装置は、脱塩室及び/
又は濃縮室に、空孔密度傾斜イオン交換体を装填してな
るので、空孔密度の低い部分を通過する流体の流を阻害
せず、流体の圧力損失を軽減できる上に、連通空孔中を
流通する被処理水とイオン交換基とが充分に接触でき
て、イオンの分離移動が促進され、さらに、空孔密度の
高い部分では、多量に導入されているイオン交換基と被
処理水が充分に接触するので、低い印加電圧で、十分な
脱塩処理を施すことができる。
The electric desalination apparatus of the present invention comprises a desalination chamber and / or
Alternatively, since the concentration chamber is loaded with a vacancy density gradient ion exchanger, the flow of the fluid passing through a portion having a low vacancy density is not hindered, the pressure loss of the fluid can be reduced, and the communication pores Can be sufficiently contacted with the water to be treated and the ion-exchange groups, the separation and migration of ions is promoted, and further, in the part where the pore density is high, the ion-exchange groups and the water to be treated are introduced in large amounts. Since sufficient contact is made, a sufficient desalting treatment can be performed at a low applied voltage.

【0033】また、本発明の空孔密度傾斜イオン交換体
を濃縮室に配置することによって、脱塩室から濃縮室へ
のイオン交換膜を通過するイオンの移動が促進され、さ
らなる印加電圧の低減、濃縮水への接触面積の増大によ
る濃度分極の防止による濃縮室側イオン交換膜表面での
硬度成分(Ca、Mgなど)の析出防止をも図ることが
できる。
Further, by arranging the vacancy density gradient ion exchanger of the present invention in the concentration chamber, the movement of ions through the ion exchange membrane from the desalting chamber to the concentration chamber is promoted, and the applied voltage is further reduced. It is also possible to prevent precipitation of hardness components (Ca, Mg, etc.) on the surface of the ion exchange membrane on the concentration chamber side by preventing concentration polarization due to an increase in the contact area with concentrated water.

【0034】[0034]

【好ましい実施形態の説明】以下、添付図面を参照しな
がら本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら
に限定されるものではない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited thereto.

【0035】図2に、本発明の連通空孔基材にイオン交
換基を導入してなる空孔密度傾斜イオン交換体を被処理
水の流方向と平行に配置した場合の電気式脱塩装置の模
式図を示す。なお、図中、本発明の特徴を説明する目的
で、脱塩室1室及び濃縮室2室の形態で示すが、脱塩室
及び濃縮室の数は、必要に応じて適宜増やすことができ
る。
FIG. 2 is a schematic diagram of an electric desalination apparatus in which the ion-exchange group-introduced ion-exchange group-introduced ion-exchange group of the present invention is arranged parallel to the flow direction of the water to be treated. The figure is shown. In the figure, for the purpose of explaining the features of the present invention, a desalting chamber and a concentrating chamber are shown as two chambers, but the number of the desalting chambers and the concentrating chambers can be appropriately increased as necessary. .

【0036】図2において、電気式脱塩装置は、陽極
(+)と陰極(−)との間に、陰イオン交換膜(A)と
陽イオン交換膜(C)とを交互に配置して、脱塩室及び
濃縮室を形成している。図中、Kは極室を表す。脱塩室
及び濃縮室内には、陰イオン交換膜(A)側に、連通空
孔基材にアニオン交換基を導入してなるアニオン交換体
が、陽イオン交換膜(C)側に連通空孔基材にカチオン
交換基を導入してなるカチオン交換体がそれぞれ充填さ
れている。ここで、アニオン交換体及びイオン交換体
は、脱塩室中央部に面する側に空孔密度が高い面が面
し、陰イオン交換膜及び陽イオン交換膜に面する側に空
孔密度が低い面が面するように、それぞれ配置されてい
る。
In FIG. 2, the electric desalination apparatus has an anion exchange membrane (A) and a cation exchange membrane (C) alternately arranged between an anode (+) and a cathode (-). , A desalination chamber and a concentration chamber are formed. In the figure, K represents a polar chamber. In the desalting chamber and the concentrating chamber, an anion exchanger obtained by introducing an anion exchange group into the communicating pore base material on the anion exchange membrane (A) side is used as a cation on the communicating pore base material on the cation exchange membrane (C) side. Each is filled with a cation exchanger formed by introducing an exchange group. Here, in the anion exchanger and the ion exchanger, the surface having a high pore density faces the side facing the central portion of the desalting chamber, and the hole density has a pore density on the side facing the anion exchange membrane and the cation exchange membrane. Each is arranged so that the lower side faces.

【0037】図2に示す電気式脱塩装置の運転時には、
陽極(+)及び陰極(−)に電圧を印加しながら、図
中、下から矢印の方向に向けて、脱塩室に被処理水を、
濃縮室に水をそれぞれ通水させる。脱塩室内において
は、被処理水がカチオン交換体及びアニオン交換体を通
過して脱塩室出口に向かって(図中、上方向)流れる。
被処理水が脱塩室を通過する間に、アニオンは、アニオ
ン交換体の連通空孔を通過してアニオン交換膜(A)側
に移動して、隣接する濃縮室に通過し、カチオンは、カ
チオン交換体の連通空孔を通過してカチオン交換膜
(C)側に移動して、隣接する濃縮室に通過し、被処理
水からイオンが除去されて、脱塩室出口からは脱塩処理
水が得られる。ここで、イオン交換体が連通空孔構造で
あるから、被処理水の移動は妨げられず、流体圧力の損
失は非常に少ない。また、イオン交換体は、脱塩室中央
部に近いほど空孔密度が低く、イオン交換膜に近いほど
空孔密度が高く傾斜しているので、中央部では被処理水
の流が阻害されることなく通過し、イオン交換膜に近づ
くにつれて被処理水の流が遅延するようになり、被処理
水中イオンとイオン交換基との接触が多くなる。濃縮室
内においては、隣接する脱塩室から陰イオン交換膜を透
過してきたアニオンが、陽極側に移動するが、濃縮室の
陽極側には陽イオン交換膜が配置されているので、これ
を通過することができず濃縮室内に残る。カチオンも同
様に濃縮室内に残るので、結果的にイオンを多量に含む
濃縮水が得られる。
During operation of the electric desalination apparatus shown in FIG.
While applying a voltage to the anode (+) and the cathode (-), the water to be treated was introduced into the desalination chamber in the direction of the arrow from the bottom in the figure.
Water is passed through the concentration chambers. In the desalting chamber, the water to be treated flows through the cation exchanger and the anion exchanger toward the outlet of the desalting chamber (upward in the figure).
While the water to be treated passes through the desalting chamber, the anions pass through the communicating pores of the anion exchanger, move to the anion exchange membrane (A) side, pass through the adjacent concentrating chamber, and the cations: It moves to the cation exchange membrane (C) side through the communicating pores of the cation exchanger, passes through the adjacent concentration chamber, the ions are removed from the water to be treated, and the desalination chamber outlet is desalted. Water is obtained. Here, since the ion exchanger has a communicating pore structure, the movement of the water to be treated is not hindered and the loss of fluid pressure is very small. Further, the ion exchanger has a lower pore density near the center of the deionization chamber and a higher pore density closer to the ion exchange membrane, so that the flow of water to be treated is obstructed in the center. The flow of the water to be treated is delayed as it passes without passing through the ion exchange membrane, and the number of contacts between the ions in the water to be treated and the ion exchange groups increases. In the concentration chamber, the anions that have permeated the anion exchange membrane from the adjacent desalination chamber move to the anode side, but since the cation exchange membrane is placed on the anode side of the concentration chamber, it passes through this. It cannot be done and remains in the concentrating chamber. Similarly, the cations also remain in the concentrating chamber, so that concentrated water containing a large amount of ions can be obtained as a result.

【0038】[0038]

【実施例】【Example】

【0039】[0039]

【製造例1】−密度傾斜アニオン交換体の製造 連通空孔基材として、ポリエチレン系多孔体(積水化学
工業(株)製、平均孔径1.6mm、孔径範囲0.6〜2.6mm、
空隙率96%、比表面積30000m2/m3、厚さ3mm)を用い
た。この連通空孔基材を10cm×30cmに切り出し、片面を
220℃に熱したホットプレート(ポリテトラフロロエチ
レン表面加工)に1分間密着させて溶融させ、厚み1.8m
mの密度傾斜型連通空孔基材とした。このとき、溶融さ
せた側の表面から厚さ0mmにおいて、径約0.1mm〜約1.0
mm、平均孔径0.7mmの空孔の個数54個/25.4mm、厚さ0.5
mmにおいて、径約0.5〜約1.3m、平均孔径1.0mmの空孔の
密度は32個/25.4mm、溶融させなかった側の表面におい
て径約1.6〜約2.6mm、平均孔径2.1mmの空孔の個数は15
個/25.4mmであった。この密度傾斜型連通空孔基材に、
窒素雰囲気下で、γ線(150kGy)を照射した。照射済み
の密度傾斜型連通空孔基材を、予め活性アルミナによっ
て重合禁止剤を取り除いたクロロメチルスチレン(m体
70%:p体30%、セイミケミカル社製、商品名CMS-AM)
中に浸漬して、50℃で6時間反応させて、密度傾斜型ク
ロロメチルスチレングラフト連通空孔基材(グラフト
率:215%)を得た。この密度傾斜型グラフト連通空孔
基材をトリメチルアミン水溶液(10wt%)にて4級アン
モニウム化を行い、水酸化ナトリウム水溶液で再生し
て、密度傾斜アニオン交換体(中性塩分解容量:3.5meq
/g(平均値))を得た。−密度傾斜カチオン交換体の製造 連通空孔基材として、ポリエチレン系多孔体(積水化学
工業(株)製、空隙率96%、孔径範囲0.6〜2.6mm、平均
孔径1.6mm、比表面積30000m2/m3)を用いた。この連通
空孔基材を10cm×30cm×3mmに切り出し、片面を220℃
に熱したホットプレート(ポリテトラフロロエチレン表
面加工)に1分間密着させて溶融し、厚み1.8mmの密度
傾斜型連通空孔基材とした。この密度傾斜型連通空孔基
材に、窒素雰囲気下で、γ線(150kGy)を照射した。こ
の照射済みの密度傾斜型連通空孔基材を、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5
時間反応させて、密度傾斜型グラフト連通空孔基材(グ
ラフト率:170%)を得た。この密度傾斜型グラフト連
通空孔基材を、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時間反応させて、密度傾斜カチオン交換体(中性塩
分解容量:3.3meq/g(平均値))を得た。
[Production Example 1] -Production of density-gradient anion exchanger A polyethylene-based porous body (manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd., average pore diameter 1.6 mm, pore diameter range 0.6 to 2.6 mm,
A porosity of 96%, a specific surface area of 30,000 m 2 / m 3 , and a thickness of 3 mm) were used. Cut out this communicating hole base material to 10 cm × 30 cm and cut one side
1.8m thick with a hot plate (polytetrafluoroethylene surface treatment) heated to 220 ℃ for 1 minute.
A m-density gradient type communicating pore base material was used. At this time, at a thickness of 0 mm from the surface on the melted side, a diameter of about 0.1 mm to about 1.0
mm, average number of holes 0.7 mm, number of holes 54 / 25.4 mm, thickness 0.5
In mm, the density of pores having a diameter of about 0.5 to about 1.3 m and an average pore diameter of 1.0 mm is 32 / 25.4 mm, and the surface of the unmelted side has a diameter of about 1.6 to about 2.6 mm and a mean pore diameter of 2.1 mm. Is 15
The number was 25.4 mm. In this density gradient type communicating pore base material,
Irradiation with gamma rays (150 kGy) was performed under a nitrogen atmosphere. Chloromethylstyrene (m-form) was prepared by removing the polymerization inhibitor from the irradiated density gradient type continuous pore base material in advance with activated alumina.
70%: p-body 30%, manufactured by Seimi Chemical Co., Ltd., trade name CMS-AM)
It was immersed in the solution and reacted at 50 ° C. for 6 hours to obtain a density-gradient type chloromethylstyrene-grafted open pore base material (graft ratio: 215%). This density-gradient graft communication pore base material was quaternized with trimethylamine aqueous solution (10 wt%) and regenerated with sodium hydroxide solution to obtain a density-gradient anion exchanger (neutral salt decomposition capacity: 3.5 meq.
/ g (average value) was obtained. -Production of density-gradient cation exchanger As a communicating pore material, a polyethylene-based porous material (manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd., porosity 96%, pore size range 0.6 to 2.6 mm, average pore size 1.6 mm, specific surface area 30000 m 2 / m 3 ) Was used. This open pore base material is cut out into 10 cm x 30 cm x 3 mm and one side is 220 ° C.
A hot plate (polytetrafluoroethylene surface treatment) heated to 1 minute was brought into close contact with the hot plate and melted to obtain a density gradient type continuous pore base material having a thickness of 1.8 mm. This density-gradient type communicating pore base material was irradiated with γ-rays (150 kGy) under a nitrogen atmosphere. This irradiated density-graded open-pore base material was immersed in a 10% methanol solution of glycidyl methacrylate, and it was placed at 45 ° C for 5 hours.
The reaction was allowed to proceed for a time to obtain a density-gradient type graft communication pore base material (graft ratio: 170%). This density-gradient type graft communication open-pore base material was immersed in a solution of sodium sulfite: isopropyl alcohol: water = 1: 1: 8 (weight ratio), and the temperature was changed to 80 ° C.
The reaction was conducted for 10 hours at room temperature to obtain a density gradient cation exchanger (neutral salt decomposition capacity: 3.3 meq / g (average value)).

【0040】[0040]

【製造例2】−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0.35mmの熱
融着不織布に、窒素雰囲気下で、電子線(150kGy)を照
射した。予め活性アルミナ充填層に通液して重合禁止剤
を取り除いた後、窒素曝気して脱酸素を行ったクロロメ
チルスチレン(セイミケミカル社製、商品名:CMS-AM)
溶液中に、照射済みの不織布基材を浸漬して、50℃で6
時間反応させた。その後、溶液から不織布を取り出し
て、トルエンに3時間浸漬してホモポリマーを除去した
後、乾燥させて、グラフト不織布(グラフト率:161
%)を得た。このグラフト不織布をトリメチルアミン水
溶液(10wt%)にて、4級アンモニウム化を行い、水酸
化ナトリウム水溶液で再生して、強塩基性アニオン交換
不織布(中性塩分解容量:2.7〜3.4meq/g)を得た。−強酸性カチ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0.35mmの熱
融着不織布に、窒素雰囲気下で、電子線(150kGy)を照
射した。この照射済みの不織布を、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
応させた後、乾燥させて、グラフト不織布(グラフト
率:131%)を得た。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時間反応させて、
強酸性カチオン交換不織布(中性塩分解容量2.72meq/g
(平均値))を得た。−アニオン伝導スペーサの製造 厚み1.2mm、ピッチ3mmのポリエチレン製の斜交網をド
ライアイスで冷却しながら、窒素雰囲気下で、γ線(15
0kGy)を照射した。この照射済み斜交網を、予め活性ア
ルミナによって重合禁止剤を取り除いたクロロメチルス
チレン(m体70%:p体30%、セイミケミカル社製、商
品名:CMS-AM)中に浸漬して、50℃で5時間反応させ
て、クロロメチルスチレングラフト斜交網(グラフト
率:90%)を得た。このグラフト斜交網をトリメチルア
ミン水溶液(10wt%)にて、4級アンモニウム化を行
い、水酸化ナトリウム水溶液で再生して、アニオン伝導
スペーサ(中性塩分解容量:1.6〜1.9meq/g)を得た。 −カチオン伝導スペーサの製造 厚み1.2mm、ピッチ3mmのポリエチレン製の斜交網をド
ライアイスで冷却しながら、窒素雰囲気下で、γ線(15
0kGy)を照射した。照射済み斜交網をスチレンスルホン
酸ナトリウム25%、アクリル酸25%の混合モノマー溶液
に浸漬して、50℃で3時間反応させ、スルホン酸及びア
クリル酸導入カチオン伝導スペーサ(グラフト率:153
%、中性塩分解容量:1.5〜1.8meq/g)を得た。
[Production Example 2] -Production of strongly basic anion exchange non-woven fabric A heat-bonded non-woven fabric having a basis weight of 55 g / m 2 and a thickness of 0.35 mm made of a composite fiber of polyethylene (sheath) / polypropylene (core) having a fiber diameter of 17 μm and nitrogen. It was irradiated with an electron beam (150 kGy) in an atmosphere. Chloromethylstyrene (Seimi Chemical Co., trade name: CMS-AM) that had been degassed by nitrogen aeration after passing through an activated alumina packed bed to remove the polymerization inhibitor.
Immerse the irradiated non-woven fabric substrate in the solution, and
Reacted for hours. Then, the non-woven fabric was taken out of the solution, immersed in toluene for 3 hours to remove the homopolymer, and then dried to obtain a graft non-woven fabric (graft ratio: 161
%) Was obtained. This grafted non-woven fabric is quaternized with an aqueous trimethylamine solution (10 wt%) and regenerated with an aqueous sodium hydroxide solution to give a strongly basic anion exchange non-woven fabric (neutral salt decomposition capacity: 2.7-3.4 meq / g). Obtained. -Manufacture of strong acid cation exchange non-woven fabric A heat-bonded non-woven fabric with a basis weight of 55 g / m 2 and a thickness of 0.35 mm consisting of a polyethylene (sheath) / polypropylene (core) composite fiber with a fiber diameter of 17 μm, under a nitrogen atmosphere, under an electron beam. (150 kGy) was irradiated. The irradiated non-woven fabric was immersed in a 10% methanol solution of glycidyl methacrylate, reacted at 45 ° C. for 4 hours and then dried to obtain a graft non-woven fabric (graft ratio: 131%). This graft non-woven fabric was treated with sodium sulfite: isopropyl alcohol: water = 1: 1: 8
Immerse in the (weight ratio) solution and react at 80 ° C for 10 hours,
Strongly acidic cation exchange nonwoven fabric (neutral salt decomposition capacity 2.72 meq / g
(Average value) was obtained. -Manufacture of anion-conducting spacers A diagonal net made of polyethylene with a thickness of 1.2 mm and a pitch of 3 mm was cooled with dry ice, and gamma rays (15
It was irradiated with 0 kGy). The irradiated cross network was immersed in chloromethylstyrene (m-body 70%: p-body 30%, Seimi Chemical Co., trade name: CMS-AM) from which the polymerization inhibitor was removed by activated alumina in advance, The reaction was carried out at 50 ° C. for 5 hours to obtain a chloromethylstyrene-grafted crosslink network (graft ratio: 90%). This graft cross network was quaternized with trimethylamine aqueous solution (10wt%) and regenerated with sodium hydroxide aqueous solution to obtain anion conductive spacer (neutral salt decomposition capacity: 1.6-1.9meq / g). It was -Manufacture of cation-conducting spacers 1.2 mm thickness and 3 mm pitch of polyethylene diagonal mesh is cooled with dry ice while gamma ray (15
It was irradiated with 0 kGy). The irradiated cross network is immersed in a mixed monomer solution of 25% sodium styrene sulfonate and 25% acrylic acid and reacted at 50 ° C for 3 hours to introduce sulfonic acid and acrylic acid-introduced cation conductive spacers (graft ratio: 153
%, Neutral salt decomposition capacity: 1.5-1.8 meq / g).

【0041】[0041]

【実施例1】図2に示す電気式脱塩装置(脱塩室2室:
厚さ3mm;濃縮室1室:厚さ1.5mm;極室:厚さ3mm;
電極板5cm×25cm;陰イオン交換膜:(株)トクヤマ
「NEOSEPTA AHA」;陽イオン交換膜:(株)トクヤマ
「NEOSEPTA CMB」)を構成した。すなわち、脱塩室に、
陽イオン交換膜側に製造例1で製造した密度傾斜カチオ
ン交換体を、陰イオン交換膜側に製造例1で製造した密
度傾斜アニオン交換体を、それぞれ空孔密度が高い面す
なわち比較的小径の空孔を多数含む側面がイオン交換膜
側に面するように1枚ずつ配置し、濃縮室には製造例2
で製造したアニオン伝導スペーサ及びカチオン伝導スペ
ーサをそれぞれ陰イオン交換膜側にアニオン伝導スペー
サが、陽イオン交換膜側にカチオン伝導スペーサが位置
づけられるように1枚ずつ配置し、電極室には、製造例
2で製造したイオン伝導スペーサを、陰極側にアニオン
伝導スペーサを4枚、陽極側にカチオン伝導スペーサを
4枚それぞれ配置した。
[Embodiment 1] Electric desalination apparatus shown in FIG. 2 (2 desalination chambers:
Thickness 3mm; Concentration room 1 room: Thickness 1.5mm; Polar room: Thickness 3mm;
An electrode plate 5 cm × 25 cm; anion exchange membrane: Tokuyama “NEOSEPTA AHA”; cation exchange membrane: Tokuyama “NEOSEPTA CMB”) was constructed. That is, in the desalination chamber,
The density gradient cation exchanger produced in Production Example 1 was prepared on the cation exchange membrane side, and the density gradient anion exchanger produced in Production Example 1 was prepared on the anion exchange membrane side. The side surfaces containing a large number of holes are arranged one by one such that they face the ion exchange membrane side, and the concentrating chamber is provided with Production Example 2
The anion-conducting spacer and the cation-conducting spacer manufactured in 1 are arranged one by one such that the anion-conducting spacer is positioned on the anion-exchange membrane side and the cation-conducting spacer is positioned on the cation-exchange membrane side. The ion-conducting spacer produced in 2 was arranged on the cathode side with four anion-conducting spacers and on the anode side with four cation-conducting spacers.

【0042】両電極間に電流(0.2A)を印加し、被処理水
として、藤沢市水を逆浸透膜で処理したRO処理水(導
電率:0.5ms/m)を流量10L/hで脱塩室に流入させた。
同時に、濃縮水(流量5L/h)で濃縮室に流入させた。
被処理巣の流入圧力損失は0.009MPaであった。得られた
処理水の比抵抗は、16MΩ・cmであり、印加電圧は30V
であった。
A current (0.2 A) was applied between both electrodes, and the RO-treated water (conductivity: 0.5 ms / m) obtained by treating Fujisawa-shi water with a reverse osmosis membrane was removed at a flow rate of 10 L / h as water to be treated. It was allowed to flow into the salt chamber.
At the same time, concentrated water (flow rate 5 L / h) was made to flow into the concentration chamber.
The inflow pressure loss of the treated nest was 0.009 MPa. The specific resistance of the obtained treated water is 16 MΩ · cm, and the applied voltage is 30 V.
Met.

【0043】[0043]

【比較例1】図3に示す電気式脱塩装置(脱塩室2室:
厚さ3mm;濃縮室1室:厚さ1.5mm;極室:厚さ3mm;
電極板5cm×25cm;陰イオン交換膜:(株)トクヤマ
「NEOSEPTA AHA」;陽イオン交換膜:(株)トクヤマ
「NEOSEPTA CMB」)を構成し、イオン交換体として、脱
塩室に、陽イオン交換膜側に製造例2で製造したカチオ
ン交換不織布を、陰イオン交換膜側に製造例2で製造し
たアニオン交換不織布を、それぞれ1枚ずつ装填し、カ
チオン交換不織布とアニオン交換不織布との間に、それ
ぞれ製造例2で製造したアニオン伝導スペーサをアニオ
ン交換不織布側に、カチオン伝導スペーサをカチオン交
換不織布側に配置した以外は、実施例1と同様に実験を
行ったところ、被処理水の流入圧力損失は、0.012MPa
で、得られた処理水の比抵抗は、9MΩ・cmであり、印
加電圧は70Vであった。
[Comparative Example 1] The electric desalination apparatus shown in FIG. 3 (two desalination chambers:
Thickness 3mm; Concentration room 1 room: Thickness 1.5mm; Polar room: Thickness 3mm;
Electrode plate 5 cm x 25 cm; Anion exchange membrane: Tokuyama Corporation "NEOSEPTA AHA"; Cation exchange membrane: Tokuyama Corporation "NEOSEPTA CMB"), which is used as an ion exchanger in the desalting chamber and cations The cation-exchange nonwoven fabric produced in Production Example 2 was loaded on the exchange membrane side, and the anion-exchange nonwoven fabric produced in Production Example 2 was loaded on the anion-exchange membrane side one by one, and the cation-exchange nonwoven fabric and the anion-exchange nonwoven fabric were placed between them. An experiment was performed in the same manner as in Example 1 except that the anion-conducting spacers prepared in Preparation Example 2 were arranged on the anion-exchange nonwoven fabric side and the cation-conducting spacers were arranged on the cation-exchange nonwoven fabric side. Loss is 0.012MPa
The specific resistance of the obtained treated water was 9 MΩ · cm, and the applied voltage was 70V.

【0044】この結果より、本発明の空孔密度傾斜イオ
ン交換体を装填することで、電気式脱塩装置の脱塩処理
能力が向上し、消費電力の低減が図れることがわかる
From these results, it can be seen that the desalination treatment capacity of the electric desalination apparatus is improved and the power consumption can be reduced by loading the vacancy density gradient ion exchanger of the present invention.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明の空孔密度傾斜イオン交換体及び
該イオン交換体を装填した電気式脱塩装置を用いれば、
作製が容易で、イオン交換体の装填作業性に優れ、取り
扱いが容易であり、被処理流体の流通を阻害しないだけ
の十分な流路を確保できると共に十分に最近の高い要求
にも応えられる高イオン交換能を特に被処理水の流抵抗
を低減させることができ、消費電力の低減が図れ、長期
に安定して高純度の脱塩水を十分な量で得ることができ
る。
EFFECT OF THE INVENTION Using the vacancy density gradient ion exchanger of the present invention and the electric desalination apparatus loaded with the ion exchanger,
It is easy to manufacture, has good workability for loading an ion exchanger, is easy to handle, and can secure a sufficient flow path that does not impede the flow of the fluid to be treated. It is possible to reduce the ion exchange capacity, particularly the flow resistance of the water to be treated, reduce the power consumption, and stably obtain a high-purity demineralized water in a sufficient amount for a long period of time.

【0046】詳細には、本発明のイオン交換体は、空間
密度に密度傾斜が形成されているため、主として空間密
度の大きい部分で十分な流路の確保が可能となり、これ
によりスペーサーを用いる必要がなく、十分なイオン交
換能を有するイオン交換体を脱塩室などの全体に亘って
配することができるので、アニオン性の弱電解質に至る
まで十分に除去することができる。また、イオン交換体
中には多量のイオン交換基が導入されていて、これらイ
オン交換基と被処理水中のイオンとが充分に接触するの
で、イオン交換能が向上すると同時に、消費電力も低減
できる。さらにまた、多数の部材を用いる必要がないた
め装填操作が容易で取り扱い性にも優れる。
In detail, since the ion exchanger of the present invention has a density gradient in the spatial density, it is possible to secure a sufficient flow channel mainly in a portion having a large spatial density, which makes it necessary to use a spacer. Since it is possible to dispose an ion exchanger having a sufficient ion exchange capacity over the entire desalting chamber and the like, it is possible to sufficiently remove even an anionic weak electrolyte. Further, since a large amount of ion exchange groups are introduced into the ion exchanger and the ion exchange groups and the ions in the water to be treated are in sufficient contact with each other, the ion exchange capacity is improved and at the same time the power consumption can be reduced. . Furthermore, since it is not necessary to use a large number of members, the loading operation is easy and the handleability is excellent.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は、典型的な電気式脱塩装置の概念を示す
模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the concept of a typical electric desalination apparatus.

【図2】図2は、本発明の電気式脱塩装置の実施形態を
示す模式図であり、実施例1で構成した電気式脱塩装置
の模式図でもある。
FIG. 2 is a schematic view showing an embodiment of an electric desalination apparatus of the present invention, and is also a schematic view of the electric desalination apparatus constructed in Example 1.

【図3】図3は、比較例1で構成した電気式脱塩装置の
模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram of an electric desalination apparatus configured in Comparative Example 1.

───────────────────────────────────────────────────── 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) D06M 14/28 C02F 1/46 103 (72)発明者 秋山 徹 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 藤原 邦夫 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 高橋 洋平 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 Fターム(参考) 4D006 GA17 HA47 JA02A JA04A JA04C JA30A JA41A JA42A JA43A JA44A KE02Q KE06Q KE18Q MA03 MA13 MA14 MB07 PA01 PB02 PB25 PB26 PC02 4D061 DA02 DB13 EA09 EB01 EB19 EB39 FA08 GA02 GA12 4L033 AA05 AB07 AC06 AC15 BA08 BA46 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) D06M 14/28 C02F 1/46 103 (72) Inventor Toru Akiyama 11-1 Haneda-Asahi-cho, Ota-ku, Tokyo EBARA CORPORATION (72) Inventor Kunio Fujiwara 4-2-1 Motofujisawa, Fujisawa-shi, Kanagawa Incorporated EBARA Research Institute (72) Inventor Yohei Takahashi 4-2-1 Motofujisawa, Fujisawa-shi, Kanagawa F-term in Ebara Research Institute Co., Ltd. (Reference) 4D006 GA17 HA47 JA02A JA04A JA04C JA30A JA41A JA42A JA43A JA44A KE02Q KE06Q KE18Q MA03 MA13 MA14 MB07 PA01 PB02 PB25 PB26 PC02 4A06 GA15 A03 GA12 A02 EB09 A39 A12 EB09 A39 EB09 A39 EB09 A39 A12 EB09 A39 EB12 EB09 A39 EB01 EB09 EB09 FB01 FA02 EB09 A09 EB09 EB09 FB01 FA39 EB09 EB09 EB01 FB01 FA02 EB09 EA09 EB09 EB01 FB01 FA02 BA08 BA46

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 陽極及び陰極の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
よって脱塩室及び濃縮室が形成されている電気式脱塩装
置に用いるイオン交換体であって、脱塩室及び/又は濃
縮室に配置されたときに脱塩室及び/又は濃縮室の中央
部から陽イオン交換膜及び/又は陰イオン交換膜に向か
って傾斜する空孔密度を有し、連通空孔を有する多孔性
基材にイオン交換体が導入されてなることを特徴とする
空孔密度傾斜イオン交換体。
1. An ion exchange used in an electric desalination apparatus in which a cation exchange membrane and an anion exchange membrane are alternately arranged at least partially between an anode and a cathode to form a desalination chamber and a concentration chamber. Pore density inclined from the central part of the body toward the cation exchange membrane and / or the anion exchange membrane when placed in the desalting chamber and / or the concentrating chamber And an ion exchanger having a pore density gradient, wherein the ion exchanger is introduced into a porous substrate having communicating pores.
【請求項2】 請求項1に記載のイオン交換体であっ
て、前記多孔性基材は、連続気泡発泡体及び3次元織布
から選択され、前記空孔密度傾斜イオン交換体は、前記
多孔性基材にカチオン交換基又はアニオン交換基をそれ
ぞれ導入してなるカチオン交換体又はアニオン交換体、
あるいはカチオン交換基とアニオン交換基とを導入して
なる両性イオン交換体である、ことを特徴とする空孔密
度傾斜イオン交換体。
2. The ion exchanger according to claim 1, wherein the porous substrate is selected from an open-cell foam and a three-dimensional woven fabric, and the ion density gradient ion exchanger is the porous material. A cation exchanger or anion exchanger prepared by introducing a cation exchange group or an anion exchange group into the organic base material,
Alternatively, it is an amphoteric ion exchanger having a cation exchange group and an anion exchange group introduced therein, and a vacancy density gradient ion exchanger.
【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載の空孔密度
傾斜イオン交換体であって、放射線グラフト重合法によ
り、イオン交換基が前記多孔性基材に導入されてなるイ
オン交換体であることを特徴とする空孔密度傾斜イオン
交換体。
3. The vacancy density gradient ion exchanger according to claim 1 or 2, wherein the ion exchange group is introduced into the porous substrate by a radiation graft polymerization method. A vacancy density gradient ion exchanger characterized by being present.
【請求項4】 請求項2又は請求項3のいずれか1項に
記載の電気式脱塩装置であって、前記空孔密度傾斜イオ
ン交換体は、一面側の空孔密度を100%とした場合に、
反対面側の空孔密度が70%以下となるように、空孔密度
が傾斜していることを特徴とする空孔密度傾斜イオン交
換体。
4. The electric desalination apparatus according to claim 2, wherein the vacancy density gradient ion exchanger has a vacancy density on one surface side of 100%. In case,
A vacancy density gradient ion exchanger characterized in that the vacancy density is inclined so that the vacancy density on the opposite side is 70% or less.
【請求項5】 請求項2又は請求項3に記載の電気式脱
塩装置であって、前記空孔密度傾斜イオン交換体は、両
側面の空孔密度を100%とした場合に、中央部の空孔密
度が70%以下となるように、空孔密度が傾斜しているこ
とを特徴とする空孔密度傾斜イオン交換体。
5. The electric desalination apparatus according to claim 2 or 3, wherein the vacancy density gradient ion exchanger has a central portion when the vacancy density on both sides is 100%. A vacancy density gradient ion exchanger characterized in that the vacancy density is inclined so that the vacancy density is 70% or less.
【請求項6】 陽極及び陰極の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
よって脱塩室及び濃縮室が形成されていて、脱塩室及び
/又は濃縮室には、請求項1〜請求項5のいずれか1項
に記載の連通空孔を有するイオン交換体が配置されてい
ることを特徴とする電気式脱塩装置。
6. A desalting chamber and a concentrating chamber are formed by alternately arranging at least a part of a cation exchange membrane and an anion exchange membrane between an anode and a cathode. An electric desalination apparatus, in which the ion exchanger having the communicating pores according to any one of claims 1 to 5 is arranged.
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