JP2006231158A

JP2006231158A - イオン交換膜・電極組立体

Info

Publication number: JP2006231158A
Application number: JP2005047204A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Iwahara; 正宜岩原; Tomoo Taniguchi; 智穂谷口; Eiji Asada; 英治浅田
Original assignee: Astom Corp
Current assignee: Astom Corp
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2005-02-23
Publication date: 2006-09-07

Abstract

【課題】陽極（８）及び／又は陰極の腐食が充分効果的に抑制乃至回避される、イオン交換膜・電極組立体（２）を提供する。
【解決手段】第一の電極８８）と、第一の電極を囲繞する筒状の第一のイオン交換膜（１０）と、第一のイオン交換膜を囲繞する筒状の第二のイオン交換膜（１２）とを具備する。第一の電極と第一のイオン交換膜との間には第一の液体流路（７２）が規定されており、第一のイオン交換膜と該第二のイオン交換膜との間には第二の液体流路（７４）が規定されており、第一の液体流路と第二の液体流路とは第一のイオン交換膜によって隔離されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気透析処理等に使用されるイオン交換膜・電極組立体、更に詳しくは陽極又は陰極と共にアニオン交換膜及びカチオン交換膜を具備するイオン交換膜・電極組立体に関する。

周知の如く、被透析液から望ましくないアニオン成分及び／又はカチオン成分を除去する電気透析処理には、イオン交換膜・電極組立体が使用されている。かようなイオン交換膜・電極組立体においては、一般に、アニオン成分を除去するためには、陽極をアニオン交換膜で囲繞して陽極とアニオン交換膜との間にアニオン交換膜を通してアニオン成分が流入せしめられる液体流路を規定している。カチオン成分を除去するためには、陰極をカチオン交換膜で囲繞して陰極とカチオン交換膜との間にカチオン交換膜を通してカチオン成分が流入せしめられる液体流路を規定している。

然るに、従来のイオン交換膜・電極組立体には、陽極がアニオン成分によって腐食され、或いは陰極ではカチオン成分によってスケールの生成が起こり、比較的短期間のうちに陽極及び／又は陰極を交換しなければならない、という問題がある。特に、Cl⁻の如きアニオン成分が陽極に作用する場合には、陽極の腐食が急速に進行する傾向がある。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、陽極及び／又は陰極の腐食が充分効果的に抑制乃至回避される、新規且つ改良されたイオン交換膜・電極組立体を提供することである。

上記主たる課題を達成するために、本発明においては、腐食される虞がある電極をカチオン交換膜とアニオン交換膜との双方によって囲繞して、電解処理すべき電解液から隔離する。

即ち、本発明によれば、上記主たる技術的課題を解決するイオン交換膜・電極組立体として、第一の電極と、該第一の電極を囲繞する筒状の第一のイオン交換膜と、該第一のイオン交換膜を囲繞する筒状の第二のイオン交換膜とを具備し、該第一の電極と該第一のイオン交換膜との間には第一の液体流路が規定されており、該第一のイオン交換膜と該第二のイオン交換膜との間には第二の液体流路が規定されており、該第一の液体流路と該第二の液体流路とは該第一のイオン交換膜によって隔離されている、ことを特徴とするイオン交換膜・電極組立体が提供される。

被透析液から除去すべき成分が陽極を腐食せしめる、Cl⁻の如きアニオン成分である場合には、該第一の電極は陽極であり、該第一のイオン交換膜はカチオン交換膜であり、該第二のイオン交換膜はアニオン交換膜である。除去すべきアニオン成分はアニオン交換膜を通ってカチオン交換膜とアニオン交換膜との間に規定されている第二の液体流路に進入するが、カチオン交換膜の存在に起因して陽極とカチオン交換膜との間に規定されている第一の液体流路に進入することはなく、従ってアニオン成分が陽極に作用することが防止される。被透析液から除去すべき成分が陰極を腐食せしめるカチオン成分である場合には、該第一の電極は陰極であり、該第一のイオン交換膜はアニオン交換膜であり、該第二のイオン交換膜はカチオン交換膜である。除去すべきカチオン成分はカチオン交換膜を通ってアニオン交換膜とカチオン交換膜との間に規定されている第二の液体流路に進入するが、アニオン交換膜の存在に起因して陽極とアニオン交換膜との間に規定されている第一の液体流路に進入することはなく、従ってカチオン成分が陰極に作用することが防止される。

本発明のイオン交換膜・電極組立体においては、陽極にアニオン成分が作用することがカチオン交換膜によって防止或いは陰極にカチオン成分が作用することがアニオン交換膜によって防止され、かくして陽極及び／又は陰極の腐食が効果的に抑制乃至回避される。

以下、本発明に従って構成されたイオン交換膜・電極組立体の好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。

図１には、全体を番号２で示すイオン交換膜・電極組立体が、第二の電極である陰極４及び貯槽６と共に図示されている。図示の組立体２は第一の電極である陽極８、第一のイオン交換膜であるカチオン交換膜１０、及び第二のイオン交換膜であるアニオン交換膜１２を具備している。

更に詳述すると、組立体２は支持部材１４を含んでいる。適宜の合成樹脂から形成することができる支持部材１４は、円形の低壁１６とこの低壁１６の周縁から上方に延びる円筒形の側壁１８を有する。側壁１８には上方に開放された円環状の溝２０が形成されている。上記アニオン交換膜１２は円筒形であり、かかるアニオン交換膜１２の下端部が、支持部材１４の溝２０内に挿入され、例えば接着剤によってそこに固定されている。アニオン交換膜１２の上端には略円筒形状の部材２２が固定されている。適宜の合成樹脂から形成することができる部材２２の下部には下方に開放された円環状の溝２４が形成され、かかる溝２４内にアニオン交換膜１２の上端部が挿入され、例えば接着剤によってそこに固定されている。部材２２の周方向所定部位には半径方向に貫通する孔２６が形成されている。

上記支持部材１４の低壁１６の中央部には、接着剤でよい適宜の固定手段によって付加支持部材２８が固定されている。この付加支持部材２８は低壁３０とこの低壁３０の周縁から上方に延びる円筒形の側壁３２を有する。側壁３２には上方に開放された円環状の溝３４が形成されている。上記カチオン交換膜１０は上記アニオン交換膜１２よりも小径の円筒形であり、かかるカチオン交換膜１０の下端部が付加支持部材２８の溝３４内に挿入され、例えば接着剤によってそこに固定されている。カチオン交換膜１０とアニオン交換膜１２とは同心状に配置されているのが好都合である。カチオン交換膜１０の上端部には略円筒形状である部材３６が固定されている。適宜の合成樹脂から形成することができる部材３６は、全体として細長く延在する円筒形状であるが、その下端部は肉厚にせしめられており、かかる下端部には下方に開放された円環状の溝３８が形成されている。そして、かかる溝３８にカチオン交換膜１０の上端部が挿入され、例えば接着剤によってそこに固定されている。部材３６の上端部の周方向所定部位には半径方向に貫通する孔４０が形成されており、かかる孔４０に続いて半径方向外方に延出する円筒形状の突出筒４２が一体に付設されている。

図１を参照して説明を続けると、アニオン交換膜１２の上端部に固定された上記部材２２の上方には蓋状部材４４が固定されている。この部材４４は中央部に円形開口４６が形成されている円板形状の上面壁４８とこの上面壁４８の周縁から垂下する円筒形状の側壁５０とを有する。上記部材２２の上半部の外径は下半部の外径よりも幾分小径にせしめられており、部材２２の外周面には上方を向いた環状肩面５２が形成されている。部材４４はその側壁５０を部材２２の上半部に被嵌して側壁５０の下端を肩面５２に当接せしめた状態で、例えば接着剤によって部材２２に固定されている。カチオン交換膜１０の上端部に固定された上記部材３６は、部材４４の上面壁４８に形成されている上記開口４６を通って延在せしめられており、上面壁４８の内周縁は部材３６の外周面に接着剤を介して固定されている。部材４４の上面壁４８には、中央部に位置する上記円形開口４６に加えて、比較的小径の孔５４も形成されており、かかる孔５４に続いて上方に突出する円筒形状の突出筒５６が一体に付設されている。また、部材４４の側壁５０の下端部の周方向所定部位には半径方向に貫通する孔５８が形成されており、かかる孔５８に続いて半径方向外方に延出する円筒形状の突出筒６０が一体に付設されている。孔５８は上記部材２４に形成されている上記孔２６と整合せしめられている。

図示の実施形態における上記陽極８は適宜の導電性金属から形成することができる細長い円筒形状であり、その上端部外周面には環状懸架部材６２が固定されている。懸架部材６２を上記部材３６の上端面上に載置せしめることによって、陽極８が所要位置に懸架せしめられている。上記部材３６には、更に、蓋部材６４も装着されている。この蓋部材６４は円形天面壁６６とこの天面壁６６の周縁から垂下する円筒状側壁６８とを有する。かかる蓋部材６４は、その側壁６８の内面に形成されている雌螺条（図示していない）を上記部材３６の外周面に形成されている雄螺条（図示していない）に螺合せしめることによって、上記部材３６に着脱自在に装着される。蓋部材６４の天面壁６６の中央部には開口７０が形成されており、陽極８はかかる開口７０を貫通して上方に延出している。

上述したとおりのイオン交換膜・電極組立体２においては、陽極８を同心状に囲繞してカチオン交換膜１０が存在し、そしてこのカチオン交換膜１２を同心状に囲繞してアニオン交換膜１２が存在すること、そしてまた陽極８とカチオン交換膜１０との間には第一の液体流路７２が規定され、カチオン交換膜１０とアニオン交換膜１２との間には第二の液体流路７４が規定され、第一の液体流路７２と第二の液体流路７４とはカチオン交換膜１０によって隔離されていることが留意されるべきである。図示の実施形態においては、陽極８は円筒形状であるので、陽極８内にも液体流路７６が規定されており、かかる液体流路７６は陽極８の下方を介して第一の液体流路７２と連通せしめられている。

図１に図示するイオン交換膜・電極組立体２においては、カチオン交換膜１０及びアニオン交換膜１２は円筒形状であるが、所望ならばカチオン交換膜１０及びアニオン交換膜１２を多角筒形状或いはその他の筒形状にせしめることもできる。また、円筒形状の陽極8を使用しているが、所望ならば多角筒形状或いはその他の筒形状の陽極、更には丸棒或いは角棒形状の陽極を使用することもできる。

図１を参照して、上述したイオン交換膜・電極組立体２の使用様式の一例を説明すると次のとおりである。図１に図示する使用様式においては、貯槽６は円形低壁７８とこの低壁７８の周縁から上方に延びる円筒形側壁８０とを有する。かような貯槽6内には除去すべきアニオン成分、例えばCl⁻、を含有した被透析液８２がバッチ式で或いは連続的に導入及び排出される連続流として供給される。イオン交換膜・電極組立体２は、その支持部材１４の低壁１６を貯槽6の低壁７４上に位置せしめて、その主要部、即ち上部を除く部分、が被透析液８２中に浸漬せしめられる。貯槽６内には、更に、イオン交換膜・電極組立体２を囲繞する円筒形状の第二の電極即ち陰極４も配設されている。陰極４の側壁には周方向及び上下方向に間隔をおいて複数個の貫通開口８４（図１には3個の貫通開口８０を図示している）が形成されている。貫通開口８４が形成されている図示の陰極４に代えて、所望ならば被透析液８２を通過せしめることができる適宜の形態の陰極、例えば金属網から形成された円筒形状の陰極を使用することもできる。

陽極８には正電圧が印加され陰極４には負電圧が印加される。そして、陽極８の上端から陽極８内に規定されている液体流路７６に極液が導入され、かかる極液は液体流路７６を流下して第一の液体流路７２に至り、第二の液体流路７２を上昇して部材３６に形成されている孔４０及び突出筒４２を介して排出される。また、部材４４に形成されている突出筒５６及び孔５４を通して第二の液体流路７４内に極液が導入される。第二の液体流路７４に導入された極液は、部材２２に形成された孔２６並びに部材４４に形成された孔５８及び突出筒６０を通して排出される。陰極４に形成されている貫通開口８４を通って貯槽６内を流動する被透析液８２に含有されているアニオン成分はアニオン交換膜１２を透過して第二の液体流路７２内に進入し、第二の液体流路７２を流動する極液に付随して排出される。第二の液体流路７４と第一の液体流路７２とはカチオン交換膜１０によって隔離されているので、第二の液体流路７２に進入したアニオン成分が第一の液体流路７２に進入することはなく、従ってアニオン成分が陽極８に作用し陽極８が腐食されることは効果的に抑制乃至回避される。

図１に図示する使用様式においては被透析液７８からアニオン成分を除去しているが、被透析液からカチオン成分を除去する場合には、陽極８が陰極、カチオン交換膜１０がアニオン交換膜、そしてアニオン交換膜１２がカチオン交換膜であるイオン交換膜・電極組立体が使用され、陰極４に代えて陽極が使用される。

図２はイオン交換膜・電極組立体の変形使用様式を図示している。図２に図示する様式においては、貯槽１０６の中央部に共通陰極１０４が配設され、そしてかかる共通陰極１０４の周りに複数個のイオン交換膜・電極組立体１０２が配設されている。イオン交換膜１０２の各々は図１に図示するイオン交換膜・電極組立体２と実質上同一でよい。

本発明に従って構成されたイオン交換膜・電極組立体の好適実施形態を、第二の電極（陰極）及び貯槽と共に示す簡略縦断面図。共通の第二の電極（陰極）に対して図１のイオン交換膜・電極組立体を複数個使用する様式を示す簡略横断面図。

符号の説明

２：イオン交換膜・電極組立体
４：陰極（第二の電極）
６：貯槽
８：陽極（第一の電極）
１０：カチオン交換膜
１２：アニオン交換膜
７２：第一の液体流路
７４：第二の液体流路
８２：被透析液

Claims

第一の電極と、該第一の電極を囲繞する筒状の第一のイオン交換膜と、該第一のイオン交換膜を囲繞する筒状の第二のイオン交換膜とを具備し、該第一の電極と該第一のイオン交換膜との間には第一の液体流路が規定されており、該第一のイオン交換膜と該第二のイオン交換膜との間には第二の液体流路が規定されており、該第一の液体流路と該第二の液体流路とは該第一のイオン交換膜によって隔離されている、ことを特徴とするイオン交換膜・電極組立体。
該第一の電極は陽極であり、該第一のイオン交換膜はカチオン交換膜であり、該第二のイオン交換膜はアニオン交換膜である、請求項１記載のイオン交換膜・電極組立体。
該第一の電極は陰極であり、該第一のイオン交換膜はアニオン交換膜であり、該第二のイオン交換膜はカチオン交換膜である、請求項１記載のイオン交換膜・電極組立体。