JP2007283228A - 電気脱イオン装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】1セル構成を有し、陰極/陰極室/アニオン交換膜/アニオン交換体が充填された脱塩室/アニオン交換膜/陽極室/陽極の順に配列された構成を有することを特徴とする電気脱イオン装置であり、陽極室側には必要に応じてカチオン樹脂が充填されていてもよい。
【選択図】図2
Description
なお、以下の説明においては、アニオン交換膜をAEM、アニオン交換樹脂をAER、カチオン交換膜をCEM、カチオン交換樹脂をCERと略称することもある。
1Aで1時間あたり除去できるイオン量:
1A×3600sec=3600C(クーロン)/hr・Aであり、モル当量に変換すると3600C÷96500=およそ37mM/hr・Aである。
後述の試験におけるイオン負荷:
15ppm-CO2(炭酸濃度換算)×10L/hr=150mg-CO2/hr負荷=3.41mM/hr負荷である。このイオン負荷を想定した場合の理論電流値は以下の通りである。
3.41mM/hr÷37mM/hr・A=92mA
これが100%電流効率の際の理論電流値となる。なお、炭酸はHCO3 - の一価として除去している。
「−電極/CER(陰極室)/CEM/AER(脱塩室)/AEM/CER(陽極室)/+電極」の1セル(図1):
従来の電気脱イオン装置であり、電極室にCERを充填した場合である(図1におけるHは「H形」、OHは「OH形」をそれぞれ示している)。
「−電極/AER(陰極室)/AEM/AER(脱塩室)/AEM/CER(陽極室)/+電極」の1セル(図2):
本発明に係る電気脱イオン装置の一例である。
「−電極/AER(陰極室)/AEM/AER(脱塩室)/AEM/AER(陽極室)/+電極」の1セル(図3):
本発明に係る電気脱イオン装置の他の一例である。実施例1の陽極室内のカチオン交換樹脂をアニオン交換樹脂に換えた。
15ppm-CO2(無機炭酸濃度に換算して4mg/l)、10L/hrの原水条件で、炭酸を99%以上除去できる電気脱イオン装置を検討することとした。電気脱イオン装置のサイズとしては50mm×40mm膜面積で脱塩室の厚さを40mmにした1セル型電気脱イオン装置で処理した。脱塩室のAER充填量は80mlであり、10L/hrで通水しSV125であった。
セル :脱塩室の大きさは40×50×40mm
脱塩室充填樹脂:アニオン交換樹脂、OH形IRA402BL−HG
電極室充填樹脂:OH形IRA402BL−HG、
H形IR120B−HG
電源 :直流定電圧定電流電源を使用した。
燃料電池で利用を予定している24V定電圧で実験を行った。
通水速度 :10L/hr
充填形式 :(1)図1に示した形態(比較例1)
(2)図2に示した形態(実施例1)
(3)図3に示した形態(実施例2)
「UPW →脱塩室→−極室→+極室→排出」のフローで電気脱イオン装置にUPWを通液し、直流の定電圧で通電を行って安定した際の電流値を測定した。
(1)の形態のセルでは24Vの定電圧運転で80mAの電流が安定的に流れた。
(2)の形態のセルでは24Vの定電圧運転で300mA<の電流が安定的に流れた。
(2)の形態のセルでは12Vの定電圧運転で120mAの電流が安定的に流れた。
(3)の形態のセルでは12Vの定電圧運転で110mAの電流が安定的に流れた。
アニオン交換樹脂を単床で脱塩室に充填したアニオン交換樹脂充填電気脱イオン装置を用い、炭酸除去性能を調べた。なお、電極室にはイオン交換樹脂を充填して行った。
原水中の炭酸濃度:無機炭素濃度に換算して約4.1mg/L-IC(炭酸濃度として15mg/L-CO2)充填形式:比較例2
「−電極/CER/CEM/AER(脱塩室)/AEM/CER/+電極」
実施例3
「−電極/AER/AEM/AER(脱塩室)/AEM/CER/+電極」
セル :脱塩室の大きさは40×50×40mm厚
脱塩室充填樹脂:OH形IRA402BL−HG
電極室充填樹脂:OH形IRA402BL−HG
H形IR120B−HG
電源 :直流定電圧定電流電源を使用した。
電圧 :24V定電圧
通水速度 :10L/hr
図4に示すフローで電気脱イオン装置に一定濃度の炭酸水溶液を通液し、通電を行い、脱塩室の入口と出口の導電率および無機炭素(IC)を測定し、炭酸の除去率が一定になった時の測定値から、移動量と電流値の関係を調べた。図4に示すフローにおいては、超純水ライン1から原水(UPW)を流量計2を介してNa2CO3混合塔3に送り、濃厚Na2CO3溶解タンク4からポンプ5により導入されたNa2CO3と原水を混合する。これをNa除去塔としてのCER充填塔6でNa除去処理し、模擬炭酸含有原水を得る。ここまでは、模擬炭酸含有原水を得るためのフローであり、基本的には、本発明における性能評価試験とは無関係である。得られた炭酸含有原水を、流量計7を介して電気脱イオン装置8の脱塩室9に通水し、炭酸含有原水中の炭酸(CO2)を陽極室(+極室)11側に除去する。電気脱イオン装置8に供給前の原水サンプル13と電気脱イオン装置8で処理後の処理水サンプル14についてオンラインIC測定15で測定を行った。電極水は、電気脱イオン装置8の陰極室(−極室)10には、超純水ライン1からの原水を流量計12を介して供給し、陰極室10から陽極室11へと流し、陽極室11から排水する。
脱塩室入口水 : UPWにNa2CO3を添加した後K塔(カチオン塔)でNa除去して用いる。 UPW: 30L/hr(0.5L/min)+Na2CO3 (0.2N×50ml/hr)
→Mw44×0.2×50ml/hr÷30,000ml/hr =15ppm-CO2(=4.1ppm-C)
電極室の入口水 :超純水、−極側→+極側の順で流して排出
電圧 :24V定電圧
(1)入口導電率=出口導電率になるまで無通電・通液
(2)上記(1)の条件になった後、一定電流値通電・通液
(3)出口CO2濃度、電圧が安定した時をその条件での結果とする。
(4)炭酸量の測定はTOC計のシーバス800を用いてICを測定した。
実施例3(本発明)では、炭酸除去率が 99%以上、電流値が300mAであった。比較例2では、炭酸除去率が25%、電流値が25mAであった。この結果は本発明装置の方が電流の流れやすく、電気抵抗が低いことを示している。また、比較例2では炭酸を除去できるだけの電流値が流れなかったこと、つまり、電気抵抗が高いために十分な電流が流れず、炭酸が除去しきれなかったことを示している。なお、理論電流値に関しては前述した通りである。
9 脱塩室
10 陰極室
11 陽極室
AEM アニオン交換膜
AER アニオン交換樹脂
CEM カチオン交換膜
CER カチオン交換樹脂
Claims (4)
- 1セル構成を有し、陰極/陰極室/アニオン交換膜/アニオン交換体が充填された脱塩室/アニオン交換膜/陽極室/陽極の順に配列された構成を有することを特徴とする電気脱イオン装置。
- 電極室に流される水が、陰極室から陽極室への順序で流されるよう構成されている、請求項1に記載の電気脱イオン装置。
- 燃料電池用水処理装置として使用されるものからなる、請求項1または2に記載の電気脱イオン装置。
- アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混床式脱塩装置と組み合わせて使用されるものからなる、請求項1〜3のいずれかに記載の電気脱イオン装置。
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- 2006-04-18 JP JP2006114293A patent/JP4662277B2/ja not_active Expired - Fee Related
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