JP2004097915A

JP2004097915A - 電気脱塩方法及び電気脱塩装置

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Publication number: JP2004097915A
Application number: JP2002262143A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Masaki; 正木　一規; Yoshitaka Yamaki; 八巻　由孝; Arihiro Nomura; 野村　有宏; Toshihiko Nakamura; 中村　利彦
Original assignee: Nomura Micro Science Co Ltd
Current assignee: Nomura Micro Science Co Ltd
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2004-04-02
Anticipated expiration: 2022-09-06
Also published as: JP4212856B2

Abstract

【課題】集電極にスケールが堆積しない、しかも活性炭層に垂直に通水することが可能なイオン性物質除去効率、イオン保持量の高い電気脱塩方法及び電気脱塩装置を提供すること。
【解決手段】通液性の電気絶縁シート２と活性炭繊維シート３を少なくとも活性炭繊維シート２が２層以上となるように交互に積層して積層体４を形成する。
積層体４の各活性炭繊維シート層を互いに隣接する層が異極となるよう正負の電極に接続して、厚さ方向にイオン性物質を含む水を通水する。
脱塩効率が低下した場合には、活性炭繊維シートを短絡させ、あるいは逆電圧を印加して吸着されたイオン性物質を離脱させて排出する。所定のタイミングで異極となっている活性炭繊維シートを短絡させ、または逆電圧を印加して活性炭繊維シートに静電気的に吸着されているイオン性物質を離脱させ、イオン性物質を高い濃度で含む液体を排出させる。
【選択図】　　　図４

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、正又は負の極性の形成された活性炭繊維シートにより液体中のイオン性物質を除去するための電気脱塩方法又は電気脱塩装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、イオン性物質を含まない水を製造するために、静電気を利用してイオン性物質を除去する方法が知られている。
【０００３】
例えば、特開平６−３２５９８３号公報には、電気絶縁性多孔質通水性シートからなるセパレータを挟んで、高比表面積活性炭を主材とする活性炭層を配置し、その活性炭層の外側に通水口を有する集電極を配置し、さらにその集電極の外側に給水口、排水口を有する押え板を配置した構成の通水液型電気二重層コンデンサが開示されている。この通水型電気二重層コンデンサでは、押さえ板の給水口からイオン性物質を含む水を流入させながら各集電極に直流定電圧を引加し次いで短絡させるサイクルを交互に繰り返すことにより、電圧引加時に正極側にアニオン性のイオン性物質が、負極側にカチオン性のイオン性物質がそれぞれ吸着されて、押え板の排水口からは、イオン性物質の除去された水が排出される。
【０００４】
集電極に印加される電圧は、所定のタイミングで短絡され、あるいは逆転され、この操作によって活性炭に吸着されたイオン性物質は活性炭から離脱して高いイオン濃度の水が押え板の排水口から排出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の方法では、通水口を有する集電極が水の通路を遮るように配置されているため長期間実施していると集電極の表面にスケールが堆積してイオンの除去効率が低下するという問題があった。また、通過する水が集電極表面に沿って流れて給水口から活性炭層に流入するため、集電極の給水口から離れた部分では水の流れが活性炭層に平行になり、イオン性物質の除去効率が低下するという問題があった。
【０００６】
さらに、対向する集電極が活性炭層／セパレータ／活性炭層を介して配設されているため、電極間隔が広くなって電極間の電位傾度が小さくなってイオン保持量が小さくなるという問題もあった。
【０００７】
したがって、本発明は、集電極にスケールが堆積しない、しかも活性炭層に垂直に通液することが可能で、電極間の電位傾度を大きくすることのできるイオン性物質除去効率、イオン保持量の高い電気脱塩方法及び電気脱塩装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気脱塩方法は、通液性の電気絶縁シートと活性炭繊維シートを少なくとも活性炭繊維シートが２層以上となるように交互に積層して積層体を形成し、前記積層体の各活性炭繊維シート層を互いに隣接する層が異極となるよう正負の電極に接続して直流低電圧を印加しながら、前記積層体の厚さ方向にイオン性物質を含む液体を通液することを特徴としている。通液を続けていると、活性炭が破過してイオンが通過するようになるので、所定のタイミングで異極となっている活性炭繊維シートを短絡させ、または逆電圧を印加して活性炭繊維シートに静電気的に吸着されているイオン性物質を離脱させ、イオン性物質を高い濃度で含む液体を排出させる。この直流低電圧の印加と短絡又は逆電圧を所定のタイミングで繰り返しながら電気脱塩が行われる。
【０００９】
また、本発明の電気脱塩装置は、通液性の電気絶縁シートと活性炭繊維シートを少なくとも活性炭繊維シートが２層以上となるように交互に積層してなる積層体と、側板内面で前記積層体を液密的に保持し対向する端板には通液口を設けてなる容器本体と、前記各活性炭繊維シートに接続されて前記各活性炭繊維シートに交互に正負の極性を発生させる電極装置とを有することを特徴としている。
【００１０】
本発明に使用される活性炭繊維シートとしては、例えば比表面積が７００〜２５００ｍ^２／ｇで、シートに１３０±５０ｇ／ｍ^２程度の活性炭を含有する厚さが０．４〜１．０ｍｍ程度のものが適している。このような市販の活性炭繊維シートとしては、例えばクラレケミカル社製「クラクティブ」（商品名）や日本カイノール社製「カイノール活性炭繊維」等が例示される。
【００１１】
本発明に使用する前記活性炭繊維シートの形状は通常、正方形又は正方形に近い矩形とされ、一辺には給電部となる舌片が形成される。これらの舌片は、正負の極性ごとに後述する容器本体の異なる側面から液密的に導出されて、それぞれ電極装置の正負の電極に接続される。なお、活性炭繊維シートと電気絶縁性シートとを多数枚交互に積層する場合には、正負の極性ごとに容器本体の異なる側面から導出して、それぞれ複数まとめて導電接着剤により接着してそれぞれ導電性の金属テープのような電極に接続し、この電極を一括してそれぞれリード線を介して電極装置の異極に接続する。なお、各電極間の電位を均等にするため、複数まとめる際に、各活性炭繊維シートをそれぞれ良導電性の金属箔に導電性接着剤で接着して、並列的に各金属箔を直流電源に接続するようにしてもよい。また、必要に応じて、活性炭繊維シートの舌片を複数重ねて導電接着剤により接着し、舌片自体を電極として用いることも可能である。
【００１２】
本発明に用いる通液性の電気絶縁性シートとしては、例えば合成樹脂繊維を集積させた不織布や射出成型等により形成されたメッシュ状の成形体が使用される。本発明に使用される電気絶縁性シートの形状は、活性炭繊維シートと同形であることが望ましい。電気絶縁性シートの厚さは、０．０１〜０．５ｍｍ程度、殊に０．０２〜０．３ｍｍ程度が適当である。電気絶縁性シートとして使用し得る不織布としては、例えばクラレ社製「メルトブロー」（商品名）のような多数の透孔を穿設して通液性を改善した合成樹脂不織布が例示される。
【００１３】
活性炭繊維シートと電気絶縁性シートとは、通常、それぞれ１枚ずつを矩形の枠体の内側に固定して使用される。枠体としては、合成ゴムのような弾性があり、液密性が良好で、活性炭繊維シートと電気絶縁性シートとを重ねた厚さとほぼ等厚か、わずかに厚いものが適している。枠体には、活性炭繊維シートの舌片を導出するための凹部を形成することが望ましい。このような凹部を形成することにより、枠体を横切って舌片を導出する際に大きい隙間が生じることを防止することができる。合成樹脂製で成型したメッシュを電気絶縁性シートとして使用する場合には、枠体とメッシュを同時成型し、メッシュで構成された電気絶縁性シート上に活性炭繊維シートを配置するようにしてもよい。
【００１４】
本発明における容器本体の側面部は、これらの枠体を積層して構成することができる。容器本体の前後部は、別に容易した通液口を有する１組の端板を前後端の枠体に当接し、これらの端板をボルトにより締め付け固定して構成される。
【００１５】
端板を容器本体の対向面として構成する場合には、端板の内側に縦横に凹部を形成して通液口から入った液体の圧力が積層体の面に直接加わるようにし、さらに必要に応じて多孔性の中間板を端板と積層体の間に介在させるようにする。
【００１６】
後述するように、容器本体は、このような枠体を使用せずに、別に合成樹脂で成形し、活性炭繊維シートと電気絶縁性シートとの積層体を収容するように構成することも可能である。
【００１７】
電極装置の電極は、銅板、アルミニウム板、カーボン板、フォイル状グラファイトなどの電気良導体であって、活性炭繊維シートとの緊密な接触が可能なものが用いられる。厚さは特に限定はないが、０．１〜０．５ｍｍ程度のものを用いることが多い。電極には、リード線を介して電圧が印加される。
【００１８】
活性炭繊維層の電位を均一にする為、電極にリード線を取り付け定電圧装置により給電することが望ましい。活性炭繊維シート間の隙間を少なくするため、各活性炭繊維の電極にリード線を取り付ける場合には、複数の舌片を重ねて１本のリード線に接続することも可能である。
【００１９】
活性炭繊維シートとリード線の接続にも、導電性接着材を使用することが望ましい。
通液量は、水を対象とする場合には、活性炭繊維に付着した活性炭１ｇに対して０．１〜１０ｍｌ／ｍｉｎ．好ましくは０．５〜２ｍｌ／ｍｉｎ．とすることが望ましい。
【００２０】
【作用】
各活性炭繊維シートに、交互に正負の極性が形成されるように電極装置の電極を接続して直流電圧を印加しながら通液すると、液体中に溶存しているカチオン性物質は負に帯電した活性炭繊維シートに吸着され、アニオン成分は正に帯電した活性炭繊維シートに引かれて吸着される。吸着性能が低下したところで、又は適当なタイミングで活性炭繊維シートの隣接する層間を短絡するか、又は隣接する層間に逆電圧を印加して活性炭繊維シートに吸着されたイオン性物質を離脱させ、排出する。活性炭繊維シートは、静電気的作用によりイオン性物質を捕捉するほか、濁質が低い液体に対しては活性炭繊維がフィルターとして機能して濁質を除去する作用をする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明する。
（実施例１）
図１ないし図６を参照しながら第１の実施例について説明する。
活性炭繊維シート（厚さ０．５ｍｍ、活性炭量１３０ｇ／ｍ^２、比表面積１８００〜２０００ｍ^２／ｇ、商品名「クラクティブ」）を、８０ｍｍ×８０ｍｍの正方形の一辺の角部に３０ｍｍ×３０ｍｍの舌片を設けた形状に裁断して単位活性炭繊維シートを多数枚形成した。また、多数の透孔を形成した合成樹脂不織布（厚さ０．４ｍｍ、商品名「メルトブロー」）を、８０ｍｍ×８０ｍｍの正方形部に裁断した単位電気絶縁性シートを多数枚形成した。
【００２２】
さらに、厚さ１ｍｍの合成ゴムシートを、外形１００ｍｍ×１００ｍｍ、内径８０ｍｍ×８０ｍｍの枠状に裁断し、単位活性炭繊維シートの舌片に対応する位置に、枠体を横切って、幅１０ｍｍ、深さ０．５ｍｍの凹溝を形成して単位枠体とした。
【００２３】
次に、単位活性炭繊維シート１と単位電気絶縁性シート２とを重ねて、図３に示すように、凹溝に活性炭繊維シート１の舌片１ａを嵌合させて、単位活性炭繊維シート１と単位電気絶縁性シート２を単位枠体３内に嵌め込み、液状ゴムにより、単位活性炭繊維シート１と単位電気絶縁性シート２の周辺を単位枠体３の内面に、舌片１ａを枠体１の凹溝内に接着させて単位ユニット４とした。
【００２４】
しかる後、図４に示すように、単位ユニット４を単位活性炭繊維シート１が同じ側となり、かつ舌片１ａが交互に対向する辺側となるように４０枚積層し、この積層体の両端には、それぞれ通水口５ａ、６ａを突設し内側に多数の縦横の溝（図示せず）を形成し、さらに全辺にわたって複数のボルト孔５ｂ，６ｂを形成した端板５，６（１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×５ｍｍ）を配置し、ステンレスボルトで締め付け固定して本発明の電気脱塩装置を構成した。このようにして得られる各単位ユニット４の枠体３は、互いに完全に密接して水密構造となり、端板５，６とともに液密の容器本体を構成している。
【００２５】
この装置の両側に突出した舌片１ａを同じ側の５枚ずつを重ねて導電接着剤で固定し、それぞれ銅箔からなる電極に導電接着剤で接続し、さらに左右それぞれの側の電極をリード線で共通に接続した。
【００２６】
この装置に１７１．３μＳ／ｃｍの供給水を１５．８　ｌ／ｍｉｎ（ＬＶ＝０．１４）で流しながら、左右それぞれの電極に３Ｖの電圧を印加し（２２０〜４００ｍＡ）処理水の導電率を所定の経過時間ごとに測定した。測定結果を図５に示す。
【００２７】
さらに、約１８０μＳ／ｃｍの供給水（市水）を２３　ｍｌ／ｍｉｎ（ＬＶ＝０．２）で流しながら、左右それぞれの電極に直流電源ＤＣから３Ｖの電圧を印加し、導電率が高くなったところで、左右の電極を短絡させて逆洗することを繰り返しながら導電率の変化を測定した。結果を図６に示す。
【００２８】
実施例２
次に、図７を参照して、予め成形された容器本体７′を用いた実施例について説明する。同図において、図４と同一部分には、同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２９】
同図において、容器本体７′は、アクリル系樹脂やエポキシ樹脂等により成形された上部が開放され底部に通水口（図示せず）が形成され、側板７ａの対向する１組に舌片を露出するための切欠部７ｂが設けらた上部開口の箱状をなしている。容器本体７′の切欠部７ｂは、容器本体７′の垂直方向の軸に対して対象位置に形成されている。
【００３０】
この実施例では、活性炭繊維シート１の舌片１ａが単位電気絶縁性シート２を挟んで容器本体７′の中心軸に対して対象位置となり、かつ各舌片１ａが交互に容器本体７′の対向する側板７ａの切欠部７ｂから露出するようにして、周縁に接着剤を付着させた活性炭繊維シート１と単位電気絶縁性シート２が、交互に、容器本体内７′に堆積される。このとき、舌片１ａの面にも接着剤を塗布しておき所定の枚数ごとに一体に接着するようにする。
【００３１】
全部の単位活性炭繊維シート１と単位電気絶縁性シート２を堆積させた後、開口部に通水口を有する蓋体（図示せず）を当て、容器本体７′の切欠部７ｂと活性炭繊維シート１及び電気絶縁性シート２との間に生じた間隙にシリコーンシーラントを充填し、さら蓋体と容器本体７′との間の漏水部にはシリコンシーラントを充填して水密にする。
【００３２】
単位活性炭繊維シート１の舌片１ａには、実施例１と同様にして電極が接続される。
【００３３】
（実施例３）
この実施例は、実施例１，２における単位活性炭繊維シートの舌片を図８、９に示すようにステンレス板８に替えた単位活性炭繊維シート１′を用いた例である。このステンレス板８は正方形の単位活性炭繊維シート１′に導電接着剤で接着され、リード線は、このステンレス板８に直接接続される。同図において、図１と同一の符号は図１と同じ構成要素を示す。
【００３４】
【発明の効果】
以上の実施例からも明らかなように、本発明によれば、活性炭繊維自体に電圧を掛けているので、電極にスケーリングが生じることがなく構造を簡単にすることができる。また、活性炭繊維シートに電極を介さずに直接電圧を印加するので、正負に帯電した活性炭繊維シートの間隔が最小限の隙間となり、活性炭繊維シート間の電位傾度が大きくなりイオン保持量が大きくなる。さらに、活性炭繊維シートに対して垂直方向から通水するので、イオン除去性能が高い。さらに、活性炭繊維シート自体がフィルターの働きをするので、活性炭繊維シートにイオン交換とフィルターとして機能させることも可能である。なお、処理水質を活性炭繊維の枚数により調整することも可能となり、高い圧力で通水することがないので、ポンプのランニングコストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に用いる活性炭繊維シートの正面図。
【図２】図１に示した活性炭繊維シートの背面図。
【図３】図１に示した活性炭繊維シートのＩＩＩ−ＩＩＩに沿った要部の拡大断面図。
【図４】本発明の一実施例の分解図。
【図５】本発明の一実施例による効果を示すグラフ。
【図６】本発明の一実施例による効果を示すグラフ。
【図７】本発明の他の実施例に用いる活性炭繊維シートの正面図。
【図８】図７に示した活性炭繊維シートのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う拡大断面図。
【図９】本発明のさらに他の実施例の分解図。
【符号の説明】
１……単位活性炭繊維シート、１ａ……舌片、２……単位電気絶縁性シート、３……枠体、４……単位ユニット、５，６……端板、５ａ、６ａ……通水口、７′……容器本体、７ａ……側板、７ｂ……切欠部。

Claims

通液性の電気絶縁シートと活性炭繊維シートを少なくとも活性炭繊維シートが２層以上となるように交互に積層して積層体を形成し、前記積層体の各活性炭繊維シート層を互いに隣接する層が異極となるよう正負の電極に接続して、前記積層体の厚さ方向にイオン性物質を含む液体を通液することを特徴とする電気脱塩方法。
通液性の電気絶縁シートと活性炭繊維シートを少なくとも活性炭繊維シートが２層以上となるように交互に積層して積層体を形成し、前記積層体の各活性炭繊維シート層を互いに隣接する層が異極となるよう正負の電極に接続して、前記積層体の厚さ方向にイオン性物質を含む液体を通液し、所定のタイミングで隣接する前記活性炭繊維シート層を短絡させ、または逆電圧を印加して、イオン性物質を濃厚に含む液体を排出することを特徴とする電気脱塩方法。
通液性の電気絶縁シートと活性炭繊維シートを少なくとも活性炭繊維シートが２層以上となるように交互に積層してなる積層体と、
側板内面で前記積層体を液密的に保持し対向する端板には通液口を設けてなる容器本体と、
前記各活性炭繊維シートに接続されて前記各活性炭繊維シートに交互に正負の極性を発生させる電極装置と
を有することを特徴とする電気脱塩装置。
前記各活性炭繊維シートには、それぞれ前記容器本体を液密に貫通する舌片が形成され、前記電極装置の電極は前記各舌片に接続されていることを特徴とする請求項３記載の電気脱塩装置。
前記舌片は、正負の極性ごとに前記容器本体の異なる側面から導出され、それぞれ複数まとめて前記電極装置の各電極に接続されていることを特徴とする請求項４記載の電気脱塩装置。
前記容器本体の異なる側面から導出された各活性炭繊維シートの舌片には金属導体が接続され、前記各金属導体は各極性ごとにまとめられて、それぞれ前記電極装置の各電極に接続されていることを特徴とする請求項５記載の電気脱塩装置。
前記容器本体の各通液口と前記積層体の間には、液圧を均一にするための空隙部が形成されていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項記載の電気脱塩装置。