JP2009018289A - Operation method of electric demineralizer, and electric demineralizer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、めっき液添加剤からカチオンを選択的に除去する等、被処理液からアニオン又はカチオンを除去する電気脱塩装置の運転方法に関する。また、本発明は、被処理液からアニオン又はカチオンを除去する電気脱塩装置に関する。 The present invention relates to a method for operating an electrical desalting apparatus that removes anions or cations from a liquid to be treated, such as selectively removing cations from a plating solution additive. The present invention also relates to an electrodeionization apparatus for removing anions or cations from a liquid to be treated.
硫酸銅めっき浴は、硫酸銅及び硫酸を基本的な原材料とし、そこに還元剤、錯化剤、緩衝剤、光沢剤、平滑剤等の種々の添加剤を加えることにより装飾めっきやプリント配線板の配線形成を行っている。また、これらの添加剤の他に塩化物イオンも必要とする場合がある。これらをそれぞれ適量添加することで所望とする光沢性、平滑性、物性を備えためっき被膜を形成することができる。 Copper sulfate plating bath uses copper sulfate and sulfuric acid as basic raw materials, and various additives such as reducing agents, complexing agents, buffering agents, brighteners, smoothing agents, etc. are added to them for decorative plating and printed wiring boards. Wiring formation is performed. In addition to these additives, chloride ions may be required. By adding an appropriate amount of each of these, it is possible to form a plating film having desired glossiness, smoothness and physical properties.
上記添加剤の代表的なものとしては、ビス(3−スルホプロピル)ジスルフィド2ナトリウム等のスルホン酸ナトリウム基(−SO3Na)を有するスルホン酸塩や、還元剤として次亜リン酸ナトリウム及び水素化ホウ素ナトリウム、錯化剤としてクエン酸塩、酒石酸塩及び乳酸塩、pH調整剤として酢酸塩、プロピオン酸塩、アンモニウム塩等、種々の強電解質の塩類がめっき浴には添加される。 Representative examples of the additive include a sulfonate having a sodium sulfonate group (—SO 3 Na) such as disodium bis (3-sulfopropyl) disulfide, and sodium hypophosphite and hydrogen as a reducing agent. Various strong electrolyte salts such as sodium borohydride, citrate, tartrate and lactate as complexing agents and acetate, propionate and ammonium salts as pH adjusters are added to the plating bath.
これらめっき浴の添加剤は、その形状安定性や運搬のしやすさからナトリウムやカリウムの塩化合物が用いられる場合が多いが、これらの添加剤における有効成分は対イオンである酸であるため、ナトリウムやカリウムは必要ではない。このため、対イオンのアニオンは有効成分として消費される一方、ナトリウムイオンやカリウムイオン等のカチオンは次第に蓄積されることになる。このようにしてめっき浴中に不要なカチオンが蓄積されると、めっき浴のバランスが崩れ、めっきのふくれ、はがれ等の外観不良が生じる。このため、他の薬剤の添加等による運転管理手法でめっき浴を制御できなくなると、排水として廃棄している。 These plating bath additives are often sodium or potassium salt compounds because of their shape stability and ease of transport, but the active ingredient in these additives is an acid that is a counter ion, Sodium and potassium are not necessary. For this reason, while the anion of the counter ion is consumed as an active ingredient, cations such as sodium ions and potassium ions are gradually accumulated. If unnecessary cations accumulate in the plating bath in this manner, the balance of the plating bath is lost, and appearance defects such as plating blistering and peeling occur. For this reason, when it becomes impossible to control the plating bath by an operation management method such as addition of other chemicals, it is discarded as waste water.
しかしながら、このめっき浴排水は、前述したカチオンだけでなく、酸、塩基等を多量に含んでいるので、排水としては環境負荷が非常に大きく、その環境負荷の低減が望まれている。そこで、めっき液添加剤からナトリウムやカリウム等の不要なカチオン成分をあらかじめ除去し、めっき浴に蓄積されるカチオンを少なくすることが種々検討されている。 However, since this plating bath drainage contains not only the above-mentioned cations but also a large amount of acid, base, etc., the drainage has a very large environmental load, and it is desired to reduce the environmental load. Therefore, various studies have been made to remove unnecessary cation components such as sodium and potassium from the plating solution additive in advance to reduce cations accumulated in the plating bath.
例えば、めっき液添加剤水溶液をカチオン交換樹脂で処理することにより、カチオンを選択的に除去することが考えられるが、カチオン交換樹脂は、そのイオン交換容量によって除去できるカチオンの量が決まっており、所定量のカチオンを除去すると破過してしまう。そのため、ある程度カチオンを吸着したらカチオン交換樹脂カラムを交換して樹脂を再生する必要があるが、めっき液添加剤水溶液はカチオン濃度が非常に高いので、短期間にカチオン交換樹脂カラムの交換が必要となり、非常に手間とコストがかかるという問題点がある。 For example, it is conceivable to selectively remove cations by treating the plating solution additive aqueous solution with a cation exchange resin, but the amount of cations that can be removed is determined by the ion exchange capacity of the cation exchange resin, If a predetermined amount of cations are removed, the breakthrough occurs. Therefore, if a certain amount of cations are adsorbed, it is necessary to replace the cation exchange resin column and regenerate the resin. However, the plating solution aqueous solution has a very high cation concentration, so it is necessary to replace the cation exchange resin column in a short time. There is a problem that it is very troublesome and costly.
また、電気透析装置を用いることで、連続的にカチオンを除去しためっき液添加剤水溶液を得ることが考えられる。しかしながら、めっき液添加剤は強電解質であるので、これを電気脱塩装置で除去するためには印加する電流密度を上げる必要があり、そうすると水素イオンも移動してしまうため、本来移動させたいカチオンの移動が妨げられ、カチオン濃度を一定以下にすることができないという問題点がある。 Moreover, it is possible to obtain the plating solution additive aqueous solution which removed the cation continuously by using an electrodialyzer. However, since the plating solution additive is a strong electrolyte, it is necessary to increase the applied current density in order to remove it with an electric desalting apparatus. Then, hydrogen ions also move, so that the cation that is originally desired to move is removed. This hinders the movement of the cation and prevents the cation concentration from being kept below a certain level.
さらに、電極(陽極及び陰極)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脱塩室と濃縮室とを交互に形成し、脱塩室にイオン交換樹脂を充填した電気脱イオン装置を用いることが考えられる。しかしながら、この手法ではアニオンとカチオンとの両方をそれぞれのイオン交換膜を透過させることで分離する必要があるが、分子量が200を超えるような対イオンである酸は透過しにくく、酸やアルカリの収率が悪くなるという問題がある。 Further, a plurality of anion exchange membranes and cation exchange membranes are alternately arranged between the electrodes (anode and cathode) to alternately form a desalting chamber and a concentration chamber, and the desalting chamber is filled with an ion exchange resin. It is conceivable to use an electrodeionization device. However, in this method, it is necessary to separate both the anion and the cation by permeating each ion exchange membrane. However, an acid that is a counter ion having a molecular weight exceeding 200 is difficult to permeate, and it is difficult to permeate an acid or an alkali. There is a problem that the yield deteriorates.
このようなめっき液添加剤のカチオンを除去することを目的として、本出願人は、陰極と陽極との間にカチオン交換膜とバイポーラ膜とで区画された脱塩室(処理室)と濃縮室とを有する電気透析装置と、前記電気透析装置の脱塩室に連通した被処理液の流路と、前記電気透析装置の濃縮室に連通したカチオン回収機構とを備えるめっき液添加剤のカチオン除去装置について先に提案した(特願2007−050559号)。 For the purpose of removing such cations of the plating solution additive, the present applicant has proposed a desalination chamber (processing chamber) and a concentration chamber partitioned between a cathode and an anode by a cation exchange membrane and a bipolar membrane. And a cation recovery mechanism communicating with the concentration chamber of the electrodialyzer, and a cation removal mechanism for the plating solution additive. The device was previously proposed (Japanese Patent Application No. 2007-0505559).
この電気透析装置により、めっき液添加剤からカチオンを選択的に除去することが可能となったが、この電気透析装置では、濃縮室は区画されているものの濃縮室内のカチオン濃度が高いので、当該装置の運転を停止した場合には、逆拡散によりカチオンが濃縮室から脱塩室(処理室)へと戻り、運転再開後の処理液の液質を悪化させるおそれがあることがわかった。 This electrodialyzer can selectively remove cations from the plating solution additive. However, in this electrodialyzer, although the concentration chamber is partitioned, the concentration of cations in the concentration chamber is high. It was found that when the operation of the apparatus was stopped, cations returned from the concentration chamber to the desalting chamber (processing chamber) due to back diffusion, and the quality of the processing liquid after the operation was resumed may be deteriorated.
このような問題は、食品・医薬分野等の各種塩溶液からアルカリ又は酸を選択的に除去する場合にも生じる問題である。 Such a problem is also a problem that occurs when an alkali or acid is selectively removed from various salt solutions in the food and pharmaceutical fields.
本発明は、上記課題を解決して、電気脱塩装置を停止しても濃縮室に残存する高濃度のイオンが処理室に拡散逆流することがなく、処理液の液質が低下することのない電気脱塩装置の運転方法を提供することを目的とする。また、本発明は、被処理液が高濃度イオン溶液である場合に上記運転方法を好適に行うことの可能な電気脱塩装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problem, and even if the electrodeionization apparatus is stopped, the high-concentration ions remaining in the concentration chamber do not diffuse back flow into the processing chamber, and the quality of the processing solution is reduced. An object is to provide a method of operating an electrodesalination apparatus that does not. Another object of the present invention is to provide an electrodeionization apparatus capable of suitably performing the above operation method when the liquid to be treated is a high concentration ionic solution.
上記課題を解決するために、第1に本発明は、陰極と陽極との間にカチオン交換膜及び/又はアニオン交換膜とバイポーラ膜とによって区画された処理室と濃縮室とを有し、前記濃縮室にイオン交換体が充填されていて、被処理液を前記処理室入口から導入して処理液を前記処理室出口より流出させるとともに、前記濃縮室入口からイオン回収水を導入するとともに前記濃縮室出口から流出させる電気脱塩装置の運転方法であって、前記電気脱塩装置による被処理液の処理の停止後に前記イオン交換体の再生運転を行うことを特徴とする電気脱塩装置の運転方法を提供する(請求項1)。 In order to solve the above-mentioned problems, first, the present invention has a treatment chamber and a concentration chamber partitioned by a cation exchange membrane and / or an anion exchange membrane and a bipolar membrane between a cathode and an anode, The concentration chamber is filled with an ion exchanger, the liquid to be processed is introduced from the inlet of the processing chamber and the processing liquid flows out from the outlet of the processing chamber, and the ion recovery water is introduced from the inlet of the concentration chamber and the concentration is performed. An operation method of an electric desalination apparatus for flowing out from a chamber outlet, wherein the ion exchanger is regenerated after the treatment of the liquid to be treated by the electric desalination apparatus is stopped. A method is provided (claim 1).
ここで、本明細書におけるバイポーラ膜とは、カチオン交換膜とアニオン交換膜とが貼り合わさった構造を有する複合膜の一種である。このバイポーラ膜は、水の電気分解に用いる隔膜として、又は酸とアルカリとの中和生成物である塩の水溶液から酸とアルカリとを再生する際の分離膜等として従来から広く使用されている公知のイオン交換膜であり、種々の製造方法が提案されている。 Here, the bipolar membrane in this specification is a kind of composite membrane having a structure in which a cation exchange membrane and an anion exchange membrane are bonded together. This bipolar membrane has been widely used as a separation membrane for electrolysis of water or as a separation membrane for regenerating acid and alkali from an aqueous solution of a salt that is a neutralized product of acid and alkali. It is a known ion exchange membrane, and various production methods have been proposed.
本発明においては、このようなバイポーラ膜を電気脱塩装置の陰極側にカチオン交換層面が位置し、陽極側にアニオン交換層面が位置するように濃縮室内に設置する。このようなバイポーラ膜内では、理論水電解電圧(0.83V)以上の電圧を印加することによって、水解離が発生するので電流が流れる。 In the present invention, such a bipolar membrane is installed in the concentration chamber so that the cation exchange layer surface is located on the cathode side of the electrodeionization apparatus and the anion exchange layer surface is located on the anode side. In such a bipolar membrane, when a voltage equal to or higher than the theoretical water electrolysis voltage (0.83 V) is applied, water dissociation occurs and current flows.
上記発明(請求項1)によれば、電気脱塩装置の処理室にめっき液添加剤等の有機酸塩や無機酸塩の水溶液を供給することにより、被処理液中のナトリウムイオンやカリウムイオン等のカチオンがカチオン交換膜から排出されるか、又はスルホン酸イオンやクエン酸イオン等の有機酸、無機酸又は炭酸イオン等のアニオンがアニオン交換膜から排出されることで除去される。また、これら除去対象のイオンの対イオンであるアニオン又はカチオンはバイポーラ膜により透過せず、そのまま残存することになる。このようにして、被処理液からカチオン又はアニオンを選択的に除去することができる。しかも、バイポーラ膜内では水の解離が起こるため処理室内には水素イオン、又は水酸化物イオンが補充され、イオンバランスも保たれることになる。一方、濃縮室には、処理室中のカチオン又はアニオンが濃縮されることになる。したがって、電気脱塩装置の運転を停止した時点では、濃縮室は除去対象となるカチオン又はアニオン濃度が高いので、濃縮室から処理室へのこれらイオンの逆拡散が起こることで、運転再開時には処理室内における除去対象となるカチオン又はアニオン濃度が高くなり、このことが処理液の液質の低下の原因となっていた。そこで、本発明においては、前記電気透析装置による被処理液の処理の停止後、濃縮室のイオン交換体の再生運転を行い、濃縮室内の残留イオン濃度を低下させ、濃縮室から処理室へイオンの逆拡散を抑制することで処理室内をイオン的に清浄に保つことができる。これにより運転再開時の処理液の液質の低下を防止することが可能となる。 According to the above invention (Invention 1), by supplying an aqueous solution of an organic acid salt or inorganic acid salt such as a plating solution additive to the treatment chamber of the electric desalting apparatus, sodium ions and potassium ions in the treatment liquid are supplied. Or the like, or an anion such as an organic acid such as sulfonate ion or citrate ion, an inorganic acid, or a carbonate ion is discharged from the anion exchange membrane. Further, anions or cations that are counter ions of the ions to be removed do not permeate through the bipolar membrane and remain as they are. In this way, cations or anions can be selectively removed from the liquid to be treated. Moreover, since dissociation of water occurs in the bipolar membrane, hydrogen ions or hydroxide ions are replenished in the processing chamber, and the ion balance is maintained. On the other hand, cations or anions in the processing chamber are concentrated in the concentration chamber. Therefore, when the operation of the electric desalination apparatus is stopped, the concentration chamber has a high concentration of cations or anions to be removed. Therefore, the back diffusion of these ions from the concentration chamber to the treatment chamber occurs, so that the treatment is resumed when the operation is resumed. The concentration of cations or anions to be removed in the room is increased, and this causes a decrease in the quality of the treatment liquid. Therefore, in the present invention, after the treatment of the liquid to be treated by the electrodialysis apparatus is stopped, the ion exchanger in the concentrating chamber is regenerated, the residual ion concentration in the concentrating chamber is reduced, and ions are transferred from the concentrating chamber to the processing chamber. By suppressing the reverse diffusion, the processing chamber can be kept ionically clean. As a result, it is possible to prevent a decrease in the quality of the processing liquid when the operation is resumed.
上記発明(請求項1)においては、前記電気脱塩装置における前記イオン交換体の再生運転方法が、前記被処理液の処理の停止後に、前記濃縮室に前記イオン回収水を流通する方法であるのが好ましい(請求項2)。 In the said invention (invention 1), the regeneration operation method of the said ion exchanger in the said electrical desalination apparatus is a method of distribute | circulating the said ion recovery water to the said concentration chamber after the process of the said to-be-processed liquid is stopped. (Claim 2).
上記発明(請求項2)によれば、被処理液の処理を停止した後に濃縮室にイオン回収水を流通しながら、処理時と同じように電流をかけて一定時間保持することで、濃縮室のイオン交換体が再生され濃縮室内の残留イオン濃度が低下するので、濃縮室から処理室へイオンの逆拡散を抑制し、処理室内をイオン的に清浄に保つことができる。 According to the above invention (Invention 2), after the treatment of the liquid to be treated is stopped, the ion collection water is circulated through the concentration chamber, and the current is applied and held for a certain period of time in the same manner as during the treatment. Since the ion exchanger is regenerated and the residual ion concentration in the concentration chamber decreases, the back diffusion of ions from the concentration chamber to the processing chamber can be suppressed, and the processing chamber can be kept ionically clean.
上記発明(請求項2)においては、前記イオン回収水を1〜3時間流通するのが好ましい(請求項3)。かかる発明(請求項3)によれば、濃縮室のイオン交換体を十分に再生して濃縮室内の残留イオン濃度が大幅に低下するので、濃縮室から処理室へイオンの逆拡散が防止され、処理室内をイオン的に清浄に保つことができる。 In the said invention (invention 2), it is preferable to distribute | circulate the said ion recovery water for 1 to 3 hours (invention 3). According to this invention (invention 3), the ion exchanger in the concentration chamber is sufficiently regenerated and the residual ion concentration in the concentration chamber is greatly reduced, so that back diffusion of ions from the concentration chamber to the treatment chamber is prevented, The processing chamber can be kept ionically clean.
また、上記発明(請求項1〜3)においては、前記電気脱塩装置における前記イオン交換体の再生運転方法が、前記電気脱塩装置による被処理液の処理の停止後に、当該電気脱塩装置に微弱な電流を流し続ける方法であるのが好ましい(請求項4)。 Moreover, in the said invention (Invention 1-3), the regeneration operation method of the said ion exchanger in the said electrical desalination apparatus is the said electrical desalination apparatus after the process of the to-be-processed liquid by the said electrical desalination apparatus is stopped. It is preferable to use a method in which a weak current is allowed to flow through (Claim 4).
上記発明(請求項4)によれば、被処理液の処理を停止した後に電気脱塩装置により微弱な電流を印加することで、濃縮室のイオン交換体が再生され濃縮室内の残留イオン濃度が低下するので、濃縮室から処理室へのイオンの逆拡散を抑制し、処理室内をイオン的に清浄に保つことができる。 According to the above invention (invention 4), the ion exchanger in the concentrating chamber is regenerated and the residual ion concentration in the concentrating chamber is reduced by applying a weak current by the electrodeionization apparatus after stopping the processing of the liquid to be processed. Therefore, the back diffusion of ions from the concentration chamber to the processing chamber can be suppressed, and the processing chamber can be kept ionically clean.
さらに第2に本発明は、陰極と陽極との間にカチオン交換膜又はアニオン交換膜とバイポーラ膜とによって区画された処理室と濃縮室とを有し、前記濃縮室にイオン交換体が充填されているとともに、前記処理室に被処理液の流通を妨げないスペーサーが配置されていることを特徴とする電気脱塩装置を提供する(請求項5)。 Secondly, the present invention has a treatment chamber and a concentration chamber defined by a cation exchange membrane or an anion exchange membrane and a bipolar membrane between a cathode and an anode, and the concentration chamber is filled with an ion exchanger. In addition, the present invention provides an electric desalination apparatus characterized in that a spacer that does not hinder the flow of the liquid to be processed is disposed in the processing chamber.
上記発明(請求項5)によれば、電気脱塩装置の処理室に有機酸塩又は無機酸塩の水溶液からなるめっき液添加剤等の被処理液を供給することにより、被処理液中のナトリウムイオンやカリウムイオン等のカチオンがカチオン交換膜から排出されるか、又はスルホン酸イオンやクエン酸イオン等の有機酸、無機酸又は炭酸イオン等のアニオンがアニオン交換膜から排出されることで除去される。また、これら除去対象のイオンの対イオンであるアニオン又はカチオンはバイポーラ膜により透過せず、そのまま残存することになる。このようにして、被処理液からカチオン又はアニオンを選択的に除去することができる。しかも、バイポーラ膜内では水の解離が起こるため処理室内には水素イオン、又は水酸化物イオンが補充され、イオンバランスも保たれることになる。 According to the said invention (invention 5), by supplying to-be-processed liquids, such as a plating solution additive which consists of the aqueous solution of an organic acid salt or an inorganic acid salt, to the process chamber of an electrical desalination apparatus, Cations such as sodium ion and potassium ion are discharged from the cation exchange membrane, or organic acids such as sulfonate ion and citrate ion, anions such as inorganic acid or carbonate ion are discharged from the anion exchange membrane. Is done. Further, anions or cations which are counter ions of the ions to be removed do not permeate through the bipolar membrane and remain as they are. In this way, cations or anions can be selectively removed from the liquid to be treated. In addition, since dissociation of water occurs in the bipolar membrane, hydrogen ions or hydroxide ions are replenished in the processing chamber, and the ion balance is maintained.
このとき、高イオン濃度の液体を被処理液とする場合には、処理室内部にイオン交換体を充填しなくても電気が通る。そこで、セル間を狭く保持して処理室内にメッシュ等のスペーサーを挟むことで、電気脱塩装置の構造を簡易化することができる。さらに、このようにセル間を狭く保持して処理室内にメッシュ等のスペーサーを挟むことで、イオンの逆拡散が起こっても立ち上がり(正常化)を早くすることができる。 At this time, when a liquid having a high ion concentration is used as the liquid to be processed, electricity passes without filling the inside of the processing chamber with an ion exchanger. Therefore, the structure of the electric desalination apparatus can be simplified by holding the space between the cells narrow and sandwiching a spacer such as a mesh in the processing chamber. Furthermore, by holding the cells narrow in this manner and sandwiching a spacer such as a mesh in the processing chamber, even if ion reverse diffusion occurs, the rise (normalization) can be accelerated.
本発明の電気脱塩装置の運転方法によれば、電気脱塩装置による被処理液の処理の停止後も濃縮室のイオン交換体の再生運転を行い濃縮室内の残留イオン濃度を低下させることで、濃縮室から処理室へイオンの逆拡散を抑制し、処理室内をイオン的に清浄に保つことができ、これにより運転再開時の処理液の液質の低下を防止することができる。 According to the operation method of the electric desalting apparatus of the present invention, the regeneration operation of the ion exchanger in the concentrating chamber is performed even after the processing of the liquid to be processed by the electric desalting apparatus is stopped, thereby reducing the residual ion concentration in the concentrating chamber. In addition, it is possible to suppress the back diffusion of ions from the concentration chamber to the processing chamber and to keep the processing chamber ionically clean, thereby preventing a decrease in the quality of the processing liquid when the operation is resumed.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る電気脱塩装置を備えためっき液添加剤のカチオン除去装置を示す概略系統図である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic system diagram showing a plating solution additive cation removing apparatus equipped with an electrical desalting apparatus according to an embodiment of the present invention.
本実施形態に係るカチオン除去装置は、被処理液としてめっき液添加剤であるクエン酸ナトリウム水溶液からNaを除去するナトリウム除去装置である。なお、本明細書中及び図中においては、便宜上、クエン酸ナトリウムを「RCOONa」と、クエン酸を「RCOOH」と、クエン酸イオンを「RCOO−」と表すことがある。 The cation removing apparatus according to this embodiment is a sodium removing apparatus that removes Na from a sodium citrate aqueous solution, which is a plating solution additive, as a liquid to be treated. In this specification and the drawings, for convenience, sodium citrate may be represented as “RCONa”, citric acid as “RCOOH”, and citrate ion as “RCOO − ”.
本実施形態におけるクエン酸ナトリウム水溶液のナトリウム除去装置は、クエン酸ナトリウム(RCOONa)水溶液貯槽1と、電気脱塩装置2と、クエン酸(RCOOH)水溶液貯槽4とを備えてなる。
The sodium citrate aqueous solution removal apparatus in this embodiment includes a sodium citrate (RCONona) aqueous solution storage tank 1, an
RCOONa水溶液貯槽1は、図示しない送液ポンプと保護フィルタ7とを有する流路3により電気脱塩装置2の処理室13に連通しており、この流路3はさらに処理室13からクエン酸(RCOOH)水溶液貯槽4に連通している。
The RCOONa aqueous solution storage tank 1 communicates with the
また、電気脱塩装置2の濃縮室14には、図示しない送液ポンプを備えた流路としてのカチオン回収機構たるナトリウム(Na)イオン回収機構5が連通している。なお、電気脱塩装置2の陽極室Cには、流路6が連通していて、水解離により生じた水酸イオンが酸化されて酸素ガスが発生する。
Further, a sodium (Na)
上述したようなナトリウム除去装置において、電気脱塩装置2は、図2及び図3に示すように電極(陽極,陰極)の間に、バイポーラ膜11とカチオン交換膜12とを、交互に配列して処理室13と濃縮室14とを交互に形成してなる。バイポーラ膜11は、陰極側すなわち処理室13に面するようにカチオン交換層11A側が位置しており、陽極側すなわち濃縮室14に面するようにアニオン交換層11B側が位置している。なお、電気脱塩装置2の両端には、陽極とバイポーラ膜11とで区画された陽極室(図示せず)と、陰極とバイポーラ膜11とで区画された陰極室(図示せず)とが形成されている。
In the sodium removal apparatus as described above, the
ここで、本発明において用いるバイポーラ膜11及びカチオン交換膜12としては、従来公知のものを適宜使用することができ、それぞれ塩の分離、水解離に有効な膜を選択すればよい。バイポーラ膜11としては、カチオン交換層11Aとアニオン交換層11Bとを有し、水解離することができるものであればよい。また、カチオン交換膜12としてはカチオンを透過可能なもので、スルホン基(−SO3H)のような酸性を示す官能基を含むものであれば従来のいかなる膜でもよい。
Here, as the
処理室13には、メッシュスペーサーを挿入するか、イオン交換体を充填する。イオン交換体を充填した方が、より電圧が低くなり、また濃度分極が緩和されるので脱塩効率は良好である。しかしながら、RCOONa水溶液が高濃度で、イオン濃度が高い場合には、イオン交換体を充填しなくても十分に電気が通る。したがって、処理室13及び濃縮室14を狭く形成することで電気脱塩装置2の構造を簡易化してもよい。
The
また、濃縮室14には、イオン交換体を充填する。このイオン交換体は、従来公知のものでよく、イオン交換樹脂やイオン交換繊維、又は任意の基材に放射線、電子線グラフト重合した後にイオン交換基を導入することにより製造したイオン交換体でよい。その中では、安価なコストで入手可能なイオン交換樹脂が好ましい。
Further, the
具体的には、処理室13にはカチオン交換体としてのカチオン交換樹脂15が充填されているのが好ましい。これにより電気脱塩装置2の電圧が低くて済み、しかも処理室13中のナトリウム(カチオン)の濃度分極が抑制されるので、ナトリウムイオンをさらに効率的に除去することができる。また、濃縮室14には、イオン交換体としてのカチオン交換樹脂16、又はカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との混合樹脂が充填されているのが好ましい。
Specifically, the
次にこのような構成を有するカチオン除去装置の運転方法について説明する。RCOONa水溶液貯槽1から流路3を経由して電気脱塩装置2の処理室13にRCOONa水溶液を通水する。
Next, an operation method of the cation removing apparatus having such a configuration will be described. The RCOONa aqueous solution is passed from the RCOONa aqueous solution storage tank 1 through the
このとき電気脱塩装置2には、所定の直流電圧を印加し電流を流しているので、処理室13内ではナトリウムイオンなどのカチオンが陰極側に移動し、カチオン交換膜12を通過して濃縮室14に排出される。
At this time, since a predetermined DC voltage is applied to the
また、バイポーラ膜11内では下記式(1)の水解離が生じるが、処理室13ではバイポーラ膜11はカチオン交換層11A側が面しているので、水素イオンが処理室13内に供給される。
H2O → OH− + H+ ・・・(1)
Further, water dissociation of the following formula (1) occurs in the
H 2 O → OH − + H + (1)
また、対イオンであるクエン酸イオン(RCOO−)は陽極側へ移動するが、バイポーラ膜11の処理室13側がカチオン交換層11Aであるので、通過することができず、処理室13内に残存する。そして、この結果、処理室13内で得られるクエン酸(RCOOH)水溶液が処理液としてクエン酸(RCOOH)水溶液貯槽4に貯留される。
Further, although citrate ions (RCOO − ) as counter ions move to the anode side, they cannot pass through the
このとき、図示しないナトリウムイオンセンサ等により処理液のナトリウムイオン濃度を測定し、処理室13で除去しきれなかったナトリウムイオンを計測する。そして、例えば、図1中に破線で示すようにRCOOH水溶液貯槽4からRCOONa水溶液貯槽1への流路を設けておくことで、残留ナトリウムイオン濃度が高い場合には、RCOOH水溶液貯槽4からRCOONa水溶液貯槽1に処理液を環流して、所望とするナトリウムイオンン濃度の処理液が得られるまで循環させればよい。
At this time, the sodium ion concentration of the treatment liquid is measured by a sodium ion sensor or the like (not shown), and sodium ions that could not be removed in the
また、流路3の処理室13の出口側にカチオン交換樹脂等のカチオン除去機能を備えたイオン交換器を設けて、処理水のポリッシングを行うことで、ナトリウムイオンの除去率を向上させてもよい。
Moreover, even if the removal rate of sodium ions is improved by providing an ion exchanger having a cation removing function such as a cation exchange resin on the outlet side of the
一方、濃縮室14には、ナトリウムイオン回収機構5により図示しない純水貯槽に貯留された純水(被処理水であるRCOONa水溶液よりイオン濃度の低い水)をイオン回収水として通水する。この濃縮室14には処理室13から排出されたナトリウムイオンが流入してくる。
On the other hand, pure water stored in a pure water storage tank (not shown) by the sodium ion recovery mechanism 5 (water having a lower ion concentration than the RCOONa aqueous solution, which is the water to be treated) is passed through the
また、バイポーラ膜11内では上記式(1)の水解離が生じ、濃縮室14には、バイポーラ膜11のアニオン交換層11B側が面しているので、水酸イオンが濃縮室14内に供給される。この結果、濃縮室14からは水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液が排出される。
Further, the water dissociation of the above formula (1) occurs in the
なお、図示しない陽極室は、陽極とバイポーラ膜11とで区画されており、陽極室には、アニオン交換層11Bが面しているので、水酸化物イオン(OH−)のみが陽極室内に供給されるが、この水酸化物イオンは、陽極で酸化されて酸素ガス(O2)として外部環境に排出される。
Note that the anode chamber (not shown) is partitioned by the anode and the
一方、図示しない陰極室は、陰極とバイポーラ膜11とで区画されており、陰極室側がカチオン交換層11Aであるので、水素イオン(H+)のみが供給されるが、この水素イオンは、陰極で還元されて水素ガス(H2)として外部環境に排出される。
On the other hand, the cathode chamber (not shown) is partitioned by the cathode and the
上述したようなクエン酸ナトリウム水溶液からのナトリウムイオンの選択的除去方法においては、電気脱塩装置2において印加する電圧及び電流を制御することにより、処理液のpHを管理して、処理液としてのクエン酸(RCOOH)水溶液におけるクエン酸とナトリウムとの比率を制御することが好ましい。電気脱塩装置2で処理した処理液を図示しないpHセンサのデータに基づき制御することで、所望の組成のめっき液添加剤を得ることができる。
In the selective removal method of sodium ions from the aqueous sodium citrate solution as described above, the pH and current of the treatment liquid are controlled by controlling the voltage and current applied in the
さらに、本実施形態のように電気脱塩装置2の上流側に保護フィルタ7を設けるのが好ましい。これにより、電気脱塩装置2の誤動作や運転条件の変動、又は処理対象となるめっき液添加剤の変更等によりpH等が急激に変動し、有機酸塩又は無機酸塩が酸性塩として析出したとしても、電気脱塩装置2にこれらの析出物が混入しないようになっている。この保護フィルタ7孔径は、0.45μm〜100μmであるのが好ましく、特に0.2μm〜50μmが好ましい。
Furthermore, it is preferable to provide the
次に、電気脱塩装置2の運転停止時の操作について説明する。
前述したとおり、濃縮室14内には、水酸イオン及びナトリウムイオンが高濃度で存在している。したがって、クエン酸ナトリウム水溶液の処理を停止すると電気的吸引力が解除されるので、濃縮室14内と処理室13内とのイオン濃度格差によりカチオン交換膜12を介して濃縮室14から処理室13へのナトリウムイオンの逆拡散が起こり、処理室13内にナトリウムイオンが存在することになる。このことが運転再開時のクエン酸ナトリウム水溶液からクエン酸溶液を得る際の液質の低下の原因となっていた。そこで、本実施形態においては、クエン酸ナトリウム水溶液の供給を停止した直後又は運転再開前に濃縮室14へ純水を供給しながら電気脱塩装置2を運転する。これにより濃縮室14にさらなるナトリウムイオンが供給されることなく、濃縮室14内のカチオン交換樹脂16が電気的に再生されるとともに、濃縮室14内の残留ナトリウムイオンが排出されるので、濃縮室14から処理室13へナトリウムイオンの逆拡散を抑制し、処理室13内をイオン的に清浄に保つことができる。また、長時間停止した後に上記再生運転を行う場合には、処理室13へのナトリウムイオンの逆拡散は起こるが、再生運転により再度濃縮室14に排出されるので、再開時には処理室13内をイオン的に清浄にすることができる。
Next, the operation when the
As described above, hydroxyl ions and sodium ions are present in the
これにより運転再開時に処理室13でクエン酸ナトリウム水溶液からクエン酸溶液を得る際の液質の低下を防止することが可能となる。
As a result, it is possible to prevent a decrease in liquid quality when the citric acid solution is obtained from the sodium citrate aqueous solution in the
上記クエン酸ナトリウム水溶液の供給を停止した後における濃縮室14内のカチオン交換樹脂16の再生運転は、1〜3時間程度行うのが好ましい。これにより、カチオン交換樹脂16を十分に再生することができる。なお、3時間を超えて再生運転を行ってもそれ以上の効果の向上が得られず、経済的でない。
The regeneration operation of the
また、クエン酸ナトリウム水溶液の濃度が低く、濃縮室14内の残留ナトリウムイオン濃度が低い場合には、電気脱塩装置2によるクエン酸ナトリウム水溶液の処理の停止後に微弱な電流を流し続けてもよい。これにより、処理室13内のイオン交換体及び濃縮室14内のカチオン交換樹脂16の再生運転を行うことができる。なお、この場合に、濃縮室14内に純水を流通しながら微弱な電流を流し続けてもよいし、濃縮室14内に純水を流通することなく微弱な電流を流し続けてもよい。
Further, when the concentration of the sodium citrate aqueous solution is low and the residual sodium ion concentration in the
また、これとは逆にクエン酸ナトリウム水溶液の濃度が高い場合には、処理室13内部にカチオン交換樹脂を充填しなくても電気が通り、ナトリウムの除去は行える。このような場合には、処理室13及び濃縮室14のセル間を狭く保持して、濃縮室14にメッシュ等のスペーサーを挟むことでイオン除去率を確保し、かつ逆拡散を起こりにくくすることができ、さらに仮に起こったとしてもセル間を狭く保持することで、処理室13からナトリウムイオンの排出速度を向上させ、運転再開時のクエン酸ナトリウム水溶液からクエン酸溶液を得る際の液質の回復までに要する時間を短縮することができる。
On the other hand, when the concentration of the aqueous sodium citrate solution is high, electricity passes without filling the inside of the
上述したような本実施形態に係るカチオン除去装置によれば、クエン酸ナトリウム水溶液からナトリウムイオンだけを選択的に除去した処理液を調製し、これをめっき液添加剤としてめっき浴に添加することができるので、めっき浴に当該添加剤に起因したカチオンが溜まるのを抑制することができ、めっき浴の交換頻度を減少させることができる。 According to the cation removing apparatus according to the present embodiment as described above, a treatment liquid in which only sodium ions are selectively removed from an aqueous sodium citrate solution can be prepared and added to the plating bath as a plating solution additive. Since it can do, it can suppress that the cation resulting from the said additive accumulates in a plating bath, and can reduce the replacement frequency of a plating bath.
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 The embodiment described above is described for facilitating understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
例えば、上記実施形態においては、めっき液添加剤としてクエン酸ナトリウムの場合について説明してきたが、有機酸又は無機酸の塩であれば、同様に塩に由来するカチオンを除去できることはいうまでもなく、スルホン酸ナトリウム基(−SO3Na)を有するナトリウム塩や、次亜リン酸ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウム、酒石酸ナトリウム、又はこれらの酸基のカリウム塩等を水溶液として同様に処理することができる。 For example, in the above embodiment, the case where sodium citrate is used as the plating solution additive has been described, but it goes without saying that the cation derived from the salt can be similarly removed if it is a salt of an organic acid or an inorganic acid. A sodium salt having a sodium sulfonate group (—SO 3 Na), sodium hypophosphite, sodium borohydride, sodium tartrate, or a potassium salt of these acid groups can be similarly treated as an aqueous solution. .
また、電気脱塩装置2としては、図2及び図3に示すような構成のものに限らず、図4に示すように一対のバイポーラ膜11間にアニオン交換膜12Aとカチオン交換膜12Bとを配置して3室を1ユニットとする構成とし、中央を処理室13、陽極側をアニオン濃縮室14A、陰極側をカチオン濃縮室14Bとした構成としてもよい。この場合には処理室13からは純水が、アニオン濃縮室14Aからはクエン酸(RCOOH)水溶液が、カチオン濃縮室14Bからは水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液が排出されるので、アニオン濃縮室14Aの排出水を処理液として利用すればよい。
Further, the
さらにまた、上記実施形態において、カチオンを除去する場合を例に説明してきたが、アニオン交換膜とバイポーラ膜とで処理室13及び濃縮室14を構成することで、同様に有機酸イオン、塩素イオン、炭酸イオン等のアニオンを選択的に除去することもできる。
Furthermore, in the above embodiment, the case of removing cations has been described as an example. However, by forming the
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited to the following Example at all.
〔実施例1〕
[1]電気脱塩装置
電気脱塩装置2のイオン交換膜及びイオン交換体として以下のものを用いた。
(1)カチオン交換膜12:ネオセプタ(登録商標)CMB(アストム社製)
(2)バイポーラ膜11:ネオセプタ(登録商標)BP−1E(アストム社製)
(3)処理室13に充填したカチオン交換樹脂:SK1B(三菱化学社製)
(4)濃縮室14に充填したカチオン交換樹脂:SK1B(三菱化学社製)
[Example 1]
[1] Electrodemineralization apparatus The following were used as the ion exchange membrane and ion exchanger of the
(1) Cation exchange membrane 12: Neoceptor (registered trademark) CMB (manufactured by Astom)
(2) Bipolar membrane 11: Neoceptor (registered trademark) BP-1E (manufactured by Astom)
(3) Cation exchange resin filled in the processing chamber 13: SK1B (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
(4) Cation exchange resin filled in the concentration chamber 14: SK1B (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
実施例1で使用した電気脱塩装置2の仕様は以下の通りである。
(1)脱塩室の室数:1室
(2)ナトリウムイオンの透過できるカチオン交換膜12の総膜面積:1.7dm2
(3)脱塩室:100mLのカチオン交換樹脂を充填
The specifications of the
(1) Number of desalting chambers: 1 chamber (2) Total membrane area of the
(3) Desalination chamber: Filled with 100 mL of cation exchange resin
[2]試験条件及び結果
図1及び図2に示す装置において、クエン酸ナトリウム(RCOONa)水溶液(濃度:2.2g/L)を用い、電気脱塩装置2の処理室13の入り口側ナトリウムイオン濃度600ppm、印加する電流密度33mA/cm2、LV(線速度)4m/hの条件で、クエン酸ナトリウム水溶液からのナトリウムの除去処理を6時間行った。このとき濃縮室14には純水をLV(線速度)4m/hの条件で流通させた。
[2] Test conditions and results In the apparatus shown in FIG. 1 and FIG. 2, sodium citrate (RCONona) aqueous solution (concentration: 2.2 g / L) was used, and sodium ions on the inlet side of the
その後、電気脱塩装置2の運転を一旦停止し、24時間後に処理室13にクエン酸ナトリウム水溶液を流通させず、濃縮室、陽極室及び陰極室に純水を流通させながら同様に電気脱塩装置2を2時間運転してイオン交換樹脂の再生運転を行った。
Thereafter, the operation of the
その後、クエン酸ナトリウム水溶液からのナトリウムの除去処理を再開した。
このクエン酸ナトリウム水溶液からのナトリウムの除去処理の間の電気脱塩装置2の出口から回収されるクエン酸水溶液におけるナトリウムイオン濃度の変化を測定した。
結果を図5に示す。
Thereafter, the removal of sodium from the aqueous sodium citrate solution was resumed.
Changes in sodium ion concentration in the aqueous citric acid solution recovered from the outlet of the
The results are shown in FIG.
〔比較例1〕
前記実施例1において、イオン交換樹脂の再生運転を行わずに、24時間停止後に直ちにクエン酸ナトリウム水溶液からのナトリウムの除去処理を再開した以外は同様にしてクエン酸ナトリウム水溶液の処理を行った。
[Comparative Example 1]
In Example 1, the sodium citrate aqueous solution treatment was performed in the same manner except that the removal treatment of sodium from the sodium citrate aqueous solution was resumed immediately after stopping for 24 hours without performing the regeneration operation of the ion exchange resin.
このクエン酸ナトリウム水溶液からのナトリウムの除去処理の間の電気脱塩装置2の出口から回収されるクエン酸水溶液におけるナトリウムイオン濃度の変化を測定した。
結果を図5にあわせて示す。
Changes in sodium ion concentration in the aqueous citric acid solution recovered from the outlet of the
The results are shown in FIG.
図5から明らかなように、実施例1の電気脱塩装置の運転方法では、電気脱塩装置の出口におけるナトリウムイオン濃度は、運転停止前後でほとんど変化が見られなかったのに対し、イオン交換樹脂の再生運転を行わなかった比較例1では、再開後ナトリウムイオン濃度の上昇が認められ、液質が悪化しているのが確認された。 As is apparent from FIG. 5, in the operation method of the electrical desalting apparatus of Example 1, the sodium ion concentration at the outlet of the electrical desalting apparatus was hardly changed before and after the operation was stopped, whereas the ion exchange was performed. In Comparative Example 1 in which the resin regeneration operation was not performed, an increase in sodium ion concentration was observed after resumption, and it was confirmed that the liquid quality had deteriorated.
本発明の電気脱塩装置の運転方法及び電気脱塩装置は、例えば、銅/コバルトめっき液等のめっき浴の添加剤の処理、食品・医療分野の各種塩溶液からの酸又はアルカリを除去する際の安定運転に有用である。 The operation method of the electrical desalting apparatus and the electrical desalting apparatus of the present invention removes acids or alkalis from various salt solutions in the food and medical fields, for example, treatment of plating bath additives such as copper / cobalt plating solutions. This is useful for stable operation.
1…クエン酸ナトリウム水溶液(被処理液)貯槽
2…電気脱塩装置
4…クエン酸水溶液(処理液)貯槽
11…バイポーラ膜
11A…カチオン交換層
11B…アニオン交換層
12…カチオン交換膜
12A…アニオン交換膜
12B…カチオン交換膜
13…処理室
14…濃縮室
14A…アニオン濃縮室
14B…カチオン濃縮室
16…カチオン交換樹脂(イオン交換樹脂)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sodium citrate aqueous solution (processed liquid)
Claims (5)
前記電気脱塩装置による被処理液の処理の停止後に前記イオン交換体の再生運転を行うことを特徴とする電気脱塩装置の運転方法。 A treatment chamber and a concentration chamber defined by a cation exchange membrane and / or an anion exchange membrane and a bipolar membrane between the cathode and the anode, and the concentration chamber is filled with an ion exchanger; Is introduced from the processing chamber inlet to cause the processing liquid to flow out from the processing chamber outlet, and ion recovery water is introduced from the concentration chamber inlet and discharged from the concentration chamber outlet. ,
An operation method of an electrical desalting apparatus, wherein the ion exchanger is regenerated after the treatment of the liquid to be treated by the electrical desalting apparatus is stopped.
前記濃縮室にイオン交換体が充填されているとともに、
前記処理室に被処理液の流通を妨げないスペーサーが配置されていることを特徴とする電気脱塩装置。 A treatment chamber and a concentration chamber defined by a cation exchange membrane or an anion exchange membrane and a bipolar membrane between the cathode and the anode;
The concentration chamber is filled with an ion exchanger,
An electric desalination apparatus characterized in that a spacer that does not hinder the flow of the liquid to be treated is disposed in the treatment chamber.
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