JP2015200585A - Treating method of radioactive waste liquid - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of stably treating a radioactive waste liquid containing a radioactive electrolyte by electrodialysis for a long term.SOLUTION: The method includes at least a treatment process of treating a radioactive waste liquid 1 containing a radioactive electrolyte using an electrodialysis device 4 in which cation exchange films and anion exchange films are alternately arranged between a negative electrode and a positive electrode, and obtaining a concentrated solution 5 including a concentrated radionuclide. As each cation exchange film, a cation exchange film having a micro phase separation structure is used. The micro phase separation structure includes a polyvinyl alcohol copolymer having an anionic polymer segment having an anionic group and a vinyl alcohol polymer segment, and the domain size (X) is in a range of 0 nm<X≤150 nm.

Description

本発明は、新規なイオン交換膜を用いる電気透析法により放射性廃液を処理する処理方法に関する。   The present invention relates to a treatment method for treating radioactive liquid waste by electrodialysis using a novel ion exchange membrane.

これまでに、放射性廃液から、イオン交換膜を用いて、放射性核種を分離除去する方法が知られている(特許文献1)。
例えば、特許文献1には、放射性廃棄物の処理方法として、使用済み溶融塩回帰物を水に溶解して水溶液にした後、この水溶液を電解透析によってアルカリ金属の処理液として回収する放射性廃棄物の処理方法が知られている。
So far, a method for separating and removing radionuclides from a radioactive liquid waste using an ion exchange membrane is known (Patent Document 1).
For example, in Patent Document 1, as a radioactive waste treatment method, a used waste salt recycle is dissolved in water to form an aqueous solution, and then the aqueous solution is recovered as an alkali metal treatment solution by electrodialysis. The processing method is known.

一般に、水中には、有機物質、特にイオン化或いは分子内の分極によって荷電を有するようになる巨大分子(以下、巨大有機イオン等ともいう)が存在する。したがって、巨大有機イオンを含有する塩の水溶液からイオン交換膜法電気透析によって脱塩する場合、被処理液中の巨大有機イオン等がイオン交換膜に付着して膜の性能を低下させる、所謂膜の有機汚染という問題が生じる。有機汚染が起こると膜の電気抵抗の増大や電流効率の低下、また溶液pHの変化等が生じ電気透析性能は低下する。   Generally, in water, there are organic substances, particularly macromolecules (hereinafter also referred to as giant organic ions) that become charged by ionization or intramolecular polarization. Therefore, when desalting from an aqueous solution of a salt containing giant organic ions by ion exchange membrane electrodialysis, so-called membranes in which the giant organic ions in the liquid to be treated adhere to the ion exchange membrane and lower the performance of the membrane. The problem of organic pollution occurs. When organic contamination occurs, the electrical resistance of the membrane is increased, the current efficiency is lowered, the solution pH is changed, and the electrodialysis performance is lowered.

また、近年、大量の海水が、原子炉の冷却水として用いられることにより、海水由来の放射性廃液を処理する技術が求められている。海水中には、浄水と比べ、巨大有機イオン等がより多量に含まれる。
したがって、海水由来の放射性廃液中に存在する放射性核種を除去するための処理を行う場合、海水中の巨大有機イオン等によって生じる膜汚れによって膜性能が低下するという問題がより顕著になる虞がある。
In recent years, a technology for treating radioactive waste liquid derived from seawater has been demanded by using a large amount of seawater as cooling water for a nuclear reactor. Seawater contains a larger amount of giant organic ions than purified water.
Therefore, when performing the treatment for removing the radionuclide present in the radioactive liquid waste derived from seawater, there is a possibility that the problem that the membrane performance deteriorates due to membrane contamination caused by giant organic ions in the seawater may become more prominent. .

従来、有機汚染を抑制するイオン交換膜として巨大有機イオン等を容易に透過するイオン交換膜、或いは、膜内への巨大有機イオン等の侵入を膜表層部で阻止するイオン交換膜が提案されている。巨大有機イオン等の膜透過を容易にする方法としては、膜構造をルーズにする方法が知られている(非特許文献1)。しかし、膜構造をルーズにすると必然的にイオン選択性は低下し、その結果、効率的な脱塩は実施できなくなる。   Conventionally, ion exchange membranes that easily transmit giant organic ions or the like as ion exchange membranes that suppress organic contamination, or ion exchange membranes that prevent penetration of giant organic ions into the membrane at the membrane surface layer have been proposed. Yes. As a method for facilitating membrane permeation of giant organic ions or the like, a method of loosening the membrane structure is known (Non-Patent Document 1). However, when the membrane structure is loosened, ion selectivity is inevitably lowered, and as a result, efficient desalting cannot be performed.

他方、巨大有機イオン等の膜内への侵入を防止するイオン交換膜としては、膜表面に中性、両性あるいはイオン交換基とは反対荷電の薄層を形成したものがあり、膜構造が緻密なものほど、また、巨大有機イオン等の分子量が大きいほどその効果は顕著である。例えば、陰イオン交換基を有する樹脂膜の表層部に反対荷電のスルホン酸基を導入し有機陰イオンの膜内への侵入を抑制した陰イオン交換膜(特許文献2)等が報告されている。また、膜表面または内部に親水性のポリエーテルを導入し膜表面を親水化することで、有機汚染を抑制したイオン交換膜も報告されている(特許文献3)。   On the other hand, ion exchange membranes that prevent the invasion of giant organic ions into the membrane include those in which a thin layer of neutral, amphoteric or opposite ion exchange groups is formed on the membrane surface, and the membrane structure is dense. The effect is more remarkable as the molecular weight of the larger organic ions and the larger the molecular weight. For example, an anion exchange membrane (Patent Document 2) and the like in which an oppositely charged sulfonic acid group is introduced into the surface layer portion of a resin membrane having an anion exchange group to suppress the penetration of organic anions into the membrane has been reported. . There has also been reported an ion exchange membrane in which organic contamination is suppressed by introducing hydrophilic polyether into the membrane surface or inside to make the membrane surface hydrophilic (Patent Document 3).

特開2003−294888号公報JP 2003-294888 A 特公昭51−40556号公報Japanese Patent Publication No.51-40556 特開2003−082130号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-082130

Desalination, 13, 105(1973)Desalination, 13, 105 (1973)

しかしながら、上記特許文献2または3に開示されているイオン交換膜は、ある程度の耐有機汚染性を有しているものの、前記樹脂膜の表層部に設ける反対荷電層によりイオン交換膜の電気抵抗(以下、膜抵抗という)が著しく増大するという欠点を有する。また、表面、内部に親水性基を導入した膜は、長期の使用や膜のブラッシング洗浄により表面付近に修飾した親水基部分が欠落し、有機汚染性が低下してしまう問題があった。   However, although the ion exchange membrane disclosed in Patent Document 2 or 3 has a certain degree of organic contamination resistance, the resistance of the ion exchange membrane by the oppositely charged layer provided on the surface layer of the resin membrane ( (Hereinafter referred to as “membrane resistance”) has a drawback of significantly increasing. In addition, a film having a hydrophilic group introduced into the surface or inside has a problem that the hydrophilic group portion modified in the vicinity of the surface is lost due to long-term use or brushing washing of the film, resulting in a decrease in organic contamination.

したがって、本発明の目的は、放射性廃液を電気透析により処理するにあたり、耐有機汚染性に優れたイオン交換膜を得て、このイオン交換膜を用いて電気透析を行うことであり、すなわち、かかる耐有機汚染性に優れたイオン交換膜を用いて電気透析を行うことにより、放射性廃液中の放射性核種を濃縮室において濃縮することが出来る放射性廃液の処理方法を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to obtain an ion exchange membrane excellent in organic contamination resistance and to perform electrodialysis using this ion exchange membrane when processing radioactive waste liquid by electrodialysis, that is, An object of the present invention is to provide a method for treating a radioactive liquid waste that can concentrate radionuclides in the radioactive liquid waste in a concentration chamber by performing electrodialysis using an ion exchange membrane having excellent organic contamination resistance.

発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントを有するビニルアルコール系共重合体を含む陽イオン交換膜におけるミクロ相分離が、前記ビニルアルコール系共重合体に不純物として混入する塩類の含有量により影響され、塩類の含有量を低下させて製膜することにより、ドメインサイズが小さくなり、ミクロ相分離が抑制され、それにより荷電密度や膜抵抗の電気特性に優れ、更には従来のスチレンジビニルベンゼン等のイオン交換膜より親水性にすることで、膜抵抗を殆ど増大させることなく耐有機汚染性を付与することができることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have developed a micro-layer in a cation exchange membrane including an anionic polymer segment having an anionic group and a vinyl alcohol copolymer having a vinyl alcohol polymer segment. Phase separation is affected by the salt content mixed as an impurity in the vinyl alcohol copolymer, and by forming a film with a reduced salt content, the domain size is reduced and microphase separation is suppressed. , Thereby providing excellent electrical characteristics such as charge density and membrane resistance. Furthermore, by making it more hydrophilic than conventional ion exchange membranes such as styrenedivinylbenzene, it provides organic contamination resistance with almost no increase in membrane resistance. As a result, the present invention has been completed.

すなわち本発明は、少なくとも放射性電解質を含む放射性廃液を処理する方法であって、
前記放射性廃液を、陰極と陽極の間に陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを交互に配列させた電気透析装置で処理し、前記放射性電解質に含まれる放射性核種が濃縮された濃縮液を得る処理工程を少なくとも備えており、
前記陽イオン交換膜として、アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントを有するポリビニルアルコール系共重合体を含有し、ドメインサイズ(X)が0nm<X≦150nmの範囲内にあるミクロ相分離構造を有する陽イオン交換膜を用いることを特徴とする、放射性廃液の処理方法である。
本発明において、ミクロ相分離とは、2種類以上の鎖状高分子を含む共重合体において、同種のポリマーセグメント同士で凝集して、異種ポリマーセグメント間に斥力的な相互作用が働き、結果としてナノスケールからサブミクロンスケールの周期的な自己組織化構造を形成し、得られる周期構造を言う。また、本発明において、ドメインとは、1本または複数のポリマー鎖において、同種のポリマーセグメントが凝集してできた塊のことを意味する。
That is, the present invention is a method for treating a radioactive liquid waste containing at least a radioactive electrolyte,
The radioactive liquid waste is treated with an electrodialysis apparatus in which a cation exchange membrane and an anion exchange membrane are alternately arranged between a cathode and an anode to obtain a concentrated solution in which the radionuclide contained in the radioelectrolyte is concentrated. At least a processing step,
The cation exchange membrane contains an anionic polymer segment having an anionic group and a polyvinyl alcohol copolymer having a vinyl alcohol polymer segment, and the domain size (X) is in the range of 0 nm <X ≦ 150 nm. A method for treating radioactive liquid waste, comprising using a cation exchange membrane having a certain microphase separation structure.
In the present invention, microphase separation means that in a copolymer containing two or more types of chain polymers, the same kind of polymer segments aggregate together and a repulsive interaction acts between different polymer segments. A periodic structure obtained by forming a periodic self-organized structure from nanoscale to submicron scale. In the present invention, the domain means a mass formed by aggregating polymer segments of the same kind in one or a plurality of polymer chains.

前記ビニルアルコール重合体セグメントは、アニオン性基を含有しないビニルアルコール重合体から形成されるセグメントであり、該セグメントを有するビニルアルコール系共重合体を含有する陽イオン交換膜を用いて電気透析を行うことが好ましい。   The vinyl alcohol polymer segment is a segment formed from a vinyl alcohol polymer not containing an anionic group, and electrodialysis is performed using a cation exchange membrane containing a vinyl alcohol copolymer having the segment. It is preferable.

前記ビニルアルコール系共重合体に架橋構造が導入されていることが好ましい。   It is preferable that a cross-linked structure is introduced into the vinyl alcohol copolymer.

前記架橋構造が、ビニルアルコール系共重合体をジアルデヒド化合物と反応させて導入されたものであることが好ましい。   The crosslinked structure is preferably introduced by reacting a vinyl alcohol copolymer with a dialdehyde compound.

前記ビニルアルコール系共重合体が、ビニルアルコール重合体ブロックとアニオン性基を有するアニオン性重合体ブロックを有するアニオン性ブロック共重合体であることが好ましい。   The vinyl alcohol copolymer is preferably an anionic block copolymer having a vinyl alcohol polymer block and an anionic polymer block having an anionic group.

前記ビニルアルコール系共重合体が、ビニルアルコール重合体ブロックとアニオン性基を有するアニオン性重合体ブロックを有するアニオン性グラフト共重合体であることが好ましい。   The vinyl alcohol copolymer is preferably an anionic graft copolymer having a vinyl alcohol polymer block and an anionic polymer block having an anionic group.

前記放射性廃液が、海水成分を含む放射性廃液であってもよい。   The radioactive waste liquid may be a radioactive waste liquid containing a seawater component.

また、前記放射性廃液が、さらに非放射性電解質を含み、前記濃縮液を得る処理工程において、放射性核種とともに、前記非放射性電解質の陽イオンが濃縮されてもよい。また、前記非放射性電解質は、無機酸または無機塩であってもよい。さらに前記無機塩が塩化ナトリウムまたは塩化カリウムであることが好ましい。   Further, the radioactive waste liquid may further contain a non-radioactive electrolyte, and the cations of the non-radioelectrolyte may be concentrated together with the radionuclide in the treatment step of obtaining the concentrated liquid. The non-radioactive electrolyte may be an inorganic acid or an inorganic salt. Further, the inorganic salt is preferably sodium chloride or potassium chloride.

前記放射性電解質は、Co、Mn、Fe、Sr、Y、I、Cs、Pu、Ce、Ru、Am、Cm、Te、U、Mo、Sb、Nd、Ce、およびNpからなる群から選択される少なくとも一種に由来する放射性核種を含んでいてもよい。   The radioactive electrolyte is selected from the group consisting of Co, Mn, Fe, Sr, Y, I, Cs, Pu, Ce, Ru, Am, Cm, Te, U, Mo, Sb, Nd, Ce, and Np. A radionuclide derived from at least one species may be included.

本発明に係る放射性廃液の処理方法によれば、電気透析処理に用いられる陽イオン交換膜は、アニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントを有するビニルアルコール系共重合体から構成されているが、前記ビニルアルコール系共重合体に不純物として含有されている塩類の含有量を減少させてイオン交換膜が製膜されているため、アニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントとのミクロ相分離が抑制されて、ドメインサイズが0nmよりも大きく、150nm以下の膜を形成している。   According to the method for treating a radioactive liquid waste according to the present invention, the cation exchange membrane used in the electrodialysis treatment is composed of a vinyl alcohol copolymer having an anionic polymer segment and a vinyl alcohol polymer segment. Since the ion exchange membrane is formed by reducing the content of salts contained as impurities in the vinyl alcohol copolymer, the microphase separation of the anionic polymer segment and the vinyl alcohol polymer segment Is suppressed, and a film having a domain size larger than 0 nm and 150 nm or less is formed.

このため、陽イオン交換膜としては、ビニルアルコール重合体セグメントが高い親水性を有することで膜抵抗が小さく、上記のようにミクロ相分離が抑制されているため、イオンパス構造が緻密形成され、耐久性が高く、長期間にわたって効率よく、安定に電気透析を行うことができる。かかる陽イオン交換膜を用いて放射性廃液に対して電気透析処理を行うことにより、陽イオン交換膜が有機汚染されることなく、低い電気抵抗を維持しながら、長期間にわたって電気透析を安定に行うことが可能であり、放射性廃液の分離、濃縮を効率的に行うことが出来る。   For this reason, as the cation exchange membrane, since the vinyl alcohol polymer segment has high hydrophilicity, the membrane resistance is low, and the microphase separation is suppressed as described above, so that the ion path structure is densely formed and durable. The electrodialysis can be performed stably and efficiently over a long period of time. By performing electrodialysis treatment on radioactive waste liquid using such a cation exchange membrane, the cation exchange membrane can be stably subjected to electrodialysis over a long period of time while maintaining low electrical resistance without being contaminated with organic matter. It is possible to efficiently separate and concentrate the radioactive liquid waste.

本発明方法に用いられる陽イオン交換膜の一例である、実施例5で用いられるイオン交換膜(CEM−5)の透過型電子顕微鏡(TEM)写真である。It is a transmission electron microscope (TEM) photograph of the ion exchange membrane (CEM-5) used in Example 5, which is an example of a cation exchange membrane used in the method of the present invention. 本発明方法に用いられる陽イオン交換膜の一例である、実施例7で用いられるイオン交換膜(CEM−7)ののTEM写真である。It is a TEM photograph of the ion exchange membrane (CEM-7) used in Example 7, which is an example of a cation exchange membrane used in the method of the present invention. 比較例1で用いられるイオン交換膜(CEM−8)のTEM写真である。4 is a TEM photograph of an ion exchange membrane (CEM-8) used in Comparative Example 1. 比較例2で用いられるイオン交換膜(CEM−9)のTEM写真である。4 is a TEM photograph of an ion exchange membrane (CEM-9) used in Comparative Example 2. 比較例3で用いられるイオン交換膜(CEM−10)のTEM写真である。10 is a TEM photograph of an ion exchange membrane (CEM-10) used in Comparative Example 3. 本発明の陽イオン交換膜の膜抵抗の測定に用いる装置の説明図である。It is explanatory drawing of the apparatus used for the measurement of the membrane resistance of the cation exchange membrane of this invention. 本発明の一実施形態における電気透析方法を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the electrodialysis method in one Embodiment of this invention.

本発明は、少なくとも放射性電解質を含む放射性廃液を処理する方法であって、
前記放射性廃液を、陰極と陽極の間に陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを交互に配列させた電気透析装置で処理し、前記放射性電解質に含まれる放射性核種が濃縮された濃縮液を得る処理工程を少なくとも備えている。
本発明の特徴は、電気透析により放射性核種を濃縮するにあたり、陽イオン交換膜としてアニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントを有するポリビニルアルコール系共重合体を含有し、ドメインサイズ(X)が0nm<X≦150nmの範囲内にあるミクロ相分離構造を有する陽イオン交換膜を用いる点にある。そこで、以下、本発明において用いられる陽イオン交換膜について詳述する。
The present invention is a method for treating a radioactive liquid waste containing at least a radioactive electrolyte,
The radioactive liquid waste is treated with an electrodialysis apparatus in which a cation exchange membrane and an anion exchange membrane are alternately arranged between a cathode and an anode to obtain a concentrated solution in which the radionuclide contained in the radioelectrolyte is concentrated. At least a processing step.
The feature of the present invention is that, in concentrating the radionuclide by electrodialysis, it contains a polyvinyl alcohol copolymer having an anionic polymer segment having an anionic group and a vinyl alcohol polymer segment as a cation exchange membrane, and a domain The point is that a cation exchange membrane having a microphase separation structure having a size (X) in the range of 0 nm <X ≦ 150 nm is used. Therefore, the cation exchange membrane used in the present invention will be described in detail below.

(陽イオン交換膜)
本発明に用いる陽イオン交換膜は、アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントとを有するポリビニルアルコール系共重合体とから構成されている。通常、アニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントとは共有結合で結合されて、ポリビニルアルコール系共重合体を構成している。本発明において、重合体セグメントとは、同一のモノマー単位が2個以上連結した同一の繰り返し単位を含む重合体鎖を意味し、ブロック共重合体における重合体ブロック、グラフト重合体における幹鎖または枝鎖に相当する重合体ブロックを包含する用語として用いられている。また、アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントにおいて、アニオン性基は重合体末端に含まれていてもよいので、アニオン性基を有する単量体が繰り返した単位でなくてもよい。
本発明に用いる陽イオン交換膜は、上記のように、アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントを有するポリビニルアルコール系共重合体から構成されるが、この共重合体だけでなく、この共重合体に加えて、アニオン性重合体セグメントと結合していない、アニオン性基を有しないポリビニルアルコール系重合体、ビニルアルコール重合体と結合していないアニオン性重合体を、相分離構造に影響しない程度に含んでいてもよい。
(Cation exchange membrane)
The cation exchange membrane used in the present invention is composed of an anionic polymer segment having an anionic group and a polyvinyl alcohol copolymer having a vinyl alcohol polymer segment. Usually, an anionic polymer segment and a vinyl alcohol polymer segment are bonded by a covalent bond to constitute a polyvinyl alcohol copolymer. In the present invention, the polymer segment means a polymer chain containing the same repeating unit in which two or more of the same monomer units are linked, and is a polymer block in a block copolymer, a trunk chain or a branch in a graft polymer. It is used as a term encompassing polymer blocks corresponding to chains. In the anionic polymer segment having an anionic group, the anionic group may be contained at the end of the polymer, so that the unit having the anionic group may not be a repeated unit.
As described above, the cation exchange membrane used in the present invention is composed of an anionic polymer segment having an anionic group and a polyvinyl alcohol copolymer having a vinyl alcohol polymer segment. In addition, in addition to this copolymer, a polyvinyl alcohol polymer not having an anionic group not bonded to an anionic polymer segment, an anionic polymer not bonded to a vinyl alcohol polymer, It may be included so as not to affect the separation structure.

本発明に用いる陽イオン交換膜は、ポリビニルアルコール系共重合体に含まれる塩類の含有量を低下させて製膜することにより、膜を構成するポリビニルアルコール系共重合体はミクロ相分離構造を示し、そのドメインサイズを150nm以下にできることを本発明者は見出した。本発明の陽イオン交換膜は、通常、ビニルアルコール重合体セグメントが架橋処理されて実用に供されるが、ドメインサイズ(X)が、0nm<X≦150nmの範囲に特定されることにより、イオンパス構造に変化がなく、膜構造が安定し、荷電密度や膜抵抗などの電気特性が優れた、電気透析用として有用な陽イオン交換膜を得ることができる。上記のドメインサイズ(X)は、塩類含有量を低下させるほど小さくなり、0nm<X≦130nm、さらには0nm<X≦100nmとすることができる。   The cation exchange membrane used in the present invention is formed by reducing the content of salts contained in the polyvinyl alcohol copolymer, so that the polyvinyl alcohol copolymer constituting the membrane exhibits a microphase separation structure. The inventors have found that the domain size can be made 150 nm or less. The cation exchange membrane of the present invention is usually used practically after the vinyl alcohol polymer segment is crosslinked, but the ion size is determined by specifying the domain size (X) in the range of 0 nm <X ≦ 150 nm. It is possible to obtain a cation exchange membrane useful for electrodialysis having no change in structure, stable membrane structure, and excellent electrical characteristics such as charge density and membrane resistance. The domain size (X) becomes smaller as the salt content is lowered, and can be set to 0 nm <X ≦ 130 nm, and further 0 nm <X ≦ 100 nm.

本発明に用いる陽イオン交換膜は、上記のようにビニルアルコール重合体セグメントを有するポリビニルアルコール系共重合体から構成されているので、親水性のイオン交換膜である。このことにより被処理液中の有機汚染物質の付着による汚染を抑制できる利点を有する。ここで構成ポリマーが親水性であるとは、上記アニオン性重合体であるために必要な官能基(アニオン性基)がない構造において親水性を有することを意味する。このように、構成重合体が親水性重合体であることにより、親水性度の高い陽イオン交換膜が得られ、被処理液中の有機汚染物質が陽イオン交換膜に付着して膜の性能を低下させる問題を低減できる。また、膜強度が高くなるという利点を有する。   Since the cation exchange membrane used in the present invention is composed of the polyvinyl alcohol copolymer having the vinyl alcohol polymer segment as described above, it is a hydrophilic ion exchange membrane. This has the advantage that contamination due to adhesion of organic pollutants in the liquid to be treated can be suppressed. Here, that the constituent polymer is hydrophilic means that the polymer has hydrophilicity in a structure having no functional group (anionic group) necessary for the anionic polymer. As described above, since the constituent polymer is a hydrophilic polymer, a cation exchange membrane having a high degree of hydrophilicity is obtained, and organic contaminants in the liquid to be treated adhere to the cation exchange membrane and the performance of the membrane. The problem of lowering can be reduced. In addition, there is an advantage that the film strength is increased.

(アニオン性重合体)
本発明で用いられるアニオン性重合体セグメントを構成するアニオン性重合体は、分子鎖中にアニオン性基を含有する重合体である。当該アニオン性基は主鎖、側鎖、末端のいずれに含まれていても構わない。アニオン性基としては、スルホネート基、カルボキシレート基、ホスホネート基などが例示される。また、スルホン酸基、カルボキシル基、ホスホン酸基のように、水中において少なくともその一部が、スルホネート基、カルボキシレート基、ホスホネート基に変換し得る官能基も、アニオン性基に含まれる。この中で、イオン解離定数が大きい点から、スルホネート基が好ましい。アニオン性重合体は、1種類のみのアニオン性基を含有していてもよいし、複数種のアニオン性基を含有していてもよい。また、アニオン性基の対カチオンは特に限定されず、水素イオン、アルカリ金属イオン、などが例示される。この中で、設備の腐蝕問題が少ない点から、アルカリ金属イオンが好ましい。アニオン性重合体は、1種類のみの対カチオンを含有していてもよいし、複数種の対カチオンを含有していてもよい。
(Anionic polymer)
The anionic polymer constituting the anionic polymer segment used in the present invention is a polymer containing an anionic group in the molecular chain. The anionic group may be contained in any of the main chain, side chain, and terminal. Examples of the anionic group include a sulfonate group, a carboxylate group, and a phosphonate group. In addition, functional groups that can be converted into sulfonate groups, carboxylate groups, and phosphonate groups at least partially in water, such as sulfonic acid groups, carboxyl groups, and phosphonic acid groups are also included in the anionic groups. Of these, a sulfonate group is preferred because of its large ion dissociation constant. The anionic polymer may contain only one type of anionic group or may contain a plurality of types of anionic groups. Moreover, the counter cation of an anionic group is not specifically limited, A hydrogen ion, an alkali metal ion, etc. are illustrated. Of these, alkali metal ions are preferred from the viewpoint of less equipment corrosion problems. The anionic polymer may contain only one type of counter cation or may contain a plurality of types of counter cation.

本発明で用いられるアニオン性重合体は、上記アニオン性基を含有する構造単位のみからなる重合体であってもよいし、上記アニオン性基を含有しない構造単位をさらに含む重合体であってもよい。また、これらの重合体は架橋性を有するものであることが好ましい。アニオン性重合体は、1種類のみの重合体からなるものであってもよいし、複数種のアニオン性重合体を含むものであってもよい。また、これらアニオン性重合体と別の重合体との混合物であっても構わない。ここでアニオン性重合体以外の重合体はカチオン性重合体でないことが望ましい。   The anionic polymer used in the present invention may be a polymer composed only of a structural unit containing the anionic group, or may be a polymer further containing a structural unit not containing the anionic group. Good. Moreover, it is preferable that these polymers have a crosslinking property. An anionic polymer may consist of only one type of polymer, or may include a plurality of types of anionic polymers. Moreover, you may be a mixture of these anionic polymers and another polymer. Here, the polymer other than the anionic polymer is preferably not a cationic polymer.

アニオン性重合体としては、以下の一般式(1)および(2)の構造単位を有するもの
が例示される。
As an anionic polymer, what has the structural unit of the following general formula (1) and (2) is illustrated.

Figure 2015200585
Figure 2015200585

[式中、Rは水素原子またはメチル基を表す。Gは−SOH、−SO 、−POH、−PO 、−COHまたは−CO を表す。Mはアンモニウムイオンまたはアルカリ金属イオンを表す。] [Wherein R 5 represents a hydrogen atom or a methyl group. G is -SO 3 H, -SO 3 - representing the M + - M +, -PO 3 H, -PO 3 - M +, -CO 2 H or -CO 2. M + represents an ammonium ion or an alkali metal ion. ]

一般式(1)で表わされる構造単位を含有するアニオン性重合体としては、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸の単独重合体または共重合体などが例示される。   Examples of the anionic polymer containing the structural unit represented by the general formula (1) include 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid homopolymer or copolymer.

Figure 2015200585
Figure 2015200585

[式中、Rは水素原子またはメチル基を表わし、Tは水素原子がメチル基で置換されていてもよいフェニレン基またはナフチレン基を表わす。Gは一般式(1)と同義である。] [Wherein R 5 represents a hydrogen atom or a methyl group, and T represents a phenylene group or a naphthylene group in which the hydrogen atom may be substituted with a methyl group. G is synonymous with the general formula (1). ]

一般式(2)で表わされる構造単位を含有するアニオン性重合体としては、p−スチレンスルホン酸ナトリウムなどp−スチレンスルホン酸塩の単独重合体または共重合体などが例示される。   Examples of the anionic polymer containing the structural unit represented by the general formula (2) include homopolymers or copolymers of p-styrene sulfonate such as sodium p-styrene sulfonate.

また、アニオン性重合体としては、ビニルスルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸などのスルホン酸またはその塩の単独重合体または共重合体、フマール酸、マレイン酸、イタコン酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸等のジカルボン酸、その誘導体またはその塩の単独重合体または共重合体なども例示される。   Examples of the anionic polymer include homopolymers or copolymers of sulfonic acids such as vinyl sulfonic acid and (meth) allyl sulfonic acid or salts thereof, fumaric acid, maleic acid, itaconic acid, maleic anhydride, itaconic anhydride. Examples include dicarboxylic acids such as acids, homopolymers or copolymers of derivatives or salts thereof.

一般式(1)または(2)において、Gは、より高い荷電密度を与えるスルホネート基、スルホン酸基、ホスホネート基、またはホスホン酸基であることが好ましい。また一般式(1)および一般式(2)中、Mで表わされるアルカリ金属イオンとしてはナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン等が挙げられる。 In the general formula (1) or (2), G is preferably a sulfonate group, a sulfonic acid group, a phosphonate group, or a phosphonic acid group that gives a higher charge density. In the general formulas (1) and (2), examples of the alkali metal ion represented by M + include sodium ion, potassium ion, and lithium ion.

(ビニルアルコール重合体セグメント)
本発明において、ビニルアルコール重合体セグメントを構成するポリビニルアルコールとしては、ビニルエステル系モノマー重合して得られたビニルエステル系重合体をけん化し、ビニルエステル単位をビニルアルコール単位としたものが用いられる。前記ビニルエステル系モノマーとしては、例えば、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バレリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、安息香酸ビニル、ピバリン酸ビニル、バーサティック酸ビニル等を挙げることができ、これらのなかでも酢酸ビニルを用いるのが好ましい。
ビニルエステル系モノマーを共重合させる際には、必要に応じて共重合可能なモノマーを、発明の効果を損なわない範囲内(好ましくは50モル%以下、より好ましくは30モル%以下の割合)で共重合させても良い。
このようなビニルエステル系モノマーと共重合可能なモノマーとしては、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブテン等の炭素数3〜30のオレフィン類;アクリル酸およびその塩;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸i−プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸i−ブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸2−エチルへキシル、アクリル酸ドデシルアクリル酸オクタデシル等のアクリル酸エステル類;メタクリル酸およびその塩;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸i−プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸i−ブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸2−エチルへキシル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸オクタデシル等のメタクリル酸エステル類;アクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、N−エチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、アクリルアミドプロパンスルホン酸およびその塩、アクリルアミドプロピルジメチルアミンおよびその塩、N−メチロールアクリルアミドおよびその誘導体等のアクリルアミド誘導体;メタクリルアミド、N−メチルメタクリルアミド、N−エチルメタクリルアミド、メタクリルアミドプロパンスルホン酸およびその塩、メタクリルアミドプロピルジメチルアミンおよびその塩、N−メチロールメタクリルアミドおよびその誘導体等のメタクリルアミド誘導体;N−ビニルホルムアミド、N−ビニルアセトアミド、N−ビニルピロリドン等のN−ビニルアミド類;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、n−プロピルビニルエーテル、i−プロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、i−ブチルビニルエーテル、t−ブチルビニルエーテル、ドデシルビニルエーテル、ステアリルビニルエーテル等のビニルエーテル類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル類;塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン等のハロゲン化ビニル類;酢酸アリル、塩化アリル等のアリル化合物;マレイン酸およびその塩またはそのエステル;イタコン酸およびその塩またはそのエステル;ビニルトリメトキシシラン等のビニルシリル化合物;酢酸イソプロペニル等を挙げることができる。
(Vinyl alcohol polymer segment)
In the present invention, as the polyvinyl alcohol constituting the vinyl alcohol polymer segment, those obtained by saponifying a vinyl ester polymer obtained by polymerizing a vinyl ester monomer and using the vinyl ester unit as a vinyl alcohol unit are used. Examples of the vinyl ester monomers include vinyl formate, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl valelate, vinyl laurate, vinyl stearate, vinyl benzoate, vinyl pivalate, vinyl versatate, and the like. Of these, vinyl acetate is preferably used.
When the vinyl ester monomer is copolymerized, a monomer that can be copolymerized, if necessary, within a range that does not impair the effects of the invention (preferably 50 mol% or less, more preferably 30 mol% or less). It may be copolymerized.
Examples of the monomer copolymerizable with the vinyl ester monomer include olefins having 3 to 30 carbon atoms such as ethylene, propylene, 1-butene and isobutene; acrylic acid and salts thereof; methyl acrylate and acrylic acid. Acrylic acid such as ethyl, n-propyl acrylate, i-propyl acrylate, n-butyl acrylate, i-butyl acrylate, t-butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, octadecyl acrylate Esters; methacrylic acid and salts thereof; methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, i-propyl methacrylate, n-butyl methacrylate, i-butyl methacrylate, t-butyl methacrylate, methacrylic acid 2 -Ethylhexyl, dodecyl methacrylate, Methacrylic acid esters such as octadecyl tacrylate; acrylamide, N-methylacrylamide, N-ethylacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, diacetoneacrylamide, acrylamidepropanesulfonic acid and its salt, acrylamidopropyldimethylamine and its salt, N Acrylamide derivatives such as methylolacrylamide and its derivatives; methacrylamide, N-methylmethacrylamide, N-ethylmethacrylamide, methacrylamidepropanesulfonic acid and its salts, methacrylamidepropyldimethylamine and its salts, N-methylolmethacrylamide and Methacrylamide derivatives such as derivatives thereof; N such as N-vinylformamide, N-vinylacetamide, N-vinylpyrrolidone Vinyl amides; Vinyl ethers such as methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, n-propyl vinyl ether, i-propyl vinyl ether, n-butyl vinyl ether, i-butyl vinyl ether, t-butyl vinyl ether, dodecyl vinyl ether, stearyl vinyl ether; acrylonitrile, methacrylonitrile, etc. Nitriles; vinyl halides such as vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl fluoride and vinylidene fluoride; allyl compounds such as allyl acetate and allyl chloride; maleic acid and its salts or esters; itaconic acid and its salts or its Examples include esters; vinylsilyl compounds such as vinyltrimethoxysilane; and isopropenyl acetate.

ポリビニルアルコール系共重合体におけるアニオン性基以外の部分の構造単位は、それぞれ独立に選択することができるが、前記共重合体は、同一の構造単位を有する単量体から構成されることが好ましい。これにより、ドメイン同士の間の親和性が高くなるため、陽イオン交換膜の機械的強度が増大する。ポリビニルアルコール系共重合体は、同一の構造単位を50モル%以上有していることが好ましく、70モル%以上有していることがより好ましい。   The structural units other than the anionic group in the polyvinyl alcohol-based copolymer can be independently selected, but the copolymer is preferably composed of monomers having the same structural unit. . Thereby, since the affinity between domains becomes high, the mechanical strength of a cation exchange membrane increases. The polyvinyl alcohol copolymer preferably has 50 mol% or more of the same structural unit, more preferably 70 mol% or more.

また、親水性であることが望ましいことから、同一の構造単位がビニルアルコール単位であることが特に好ましい。ビニルアルコール単位を有することにより、グルタルアルデヒドなどの架橋処理剤によりドメイン同士の間を化学的に架橋することができるので、陽イオン交換膜の機械的強度をさらに高くすることもできる。   Moreover, since it is desirable that it is hydrophilic, it is particularly preferable that the same structural unit is a vinyl alcohol unit. By having a vinyl alcohol unit, the domains can be chemically crosslinked with a crosslinking agent such as glutaraldehyde, so that the mechanical strength of the cation exchange membrane can be further increased.

上記のように、本発明において、アニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントとを有するポリビニルアルコール系共重合体は、アニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントとが結合している構造が好ましい。   As described above, in the present invention, the polyvinyl alcohol copolymer having an anionic polymer segment and a vinyl alcohol polymer segment has a structure in which the anionic polymer segment and the vinyl alcohol polymer segment are bonded. preferable.

本発明に用いる陽イオン交換膜は、上記のようにアニオン性重合体セグメントにビニルアルコール重合体セグメントを有するポリビニルアルコール系共重合体から構成されているが、ポリビニルアルコール系共重合体は、アニオン性基を含有しないビニルアルコール重合体を含み混合物から構成されていてもよい。   The cation exchange membrane used in the present invention is composed of a polyvinyl alcohol copolymer having a vinyl alcohol polymer segment in the anionic polymer segment as described above, but the polyvinyl alcohol copolymer is anionic. It may be composed of a mixture including a vinyl alcohol polymer containing no group.

(ブロックまたはグラフト共重合体)
本発明において、前記ポリビニルアルコール系共重合体は、アニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントとがブロック共重合体またはグラフト共重合体を形成しているのが好ましい。なかでも、ブロック共重合体がより好適に用いられる。こうすることにより、陽イオン交換膜全体の強度の向上、膜の膨潤度の抑制、および形状保持についての機能を担うビニルアルコール重合体ブロックと、陽イオンを透過させる機能を担うアニオン性基単量体を重合してなるアニオン性重合体ブロックとが役割分担でき、陽イオン交換膜のイオン透過機能と寸法安定性とを両立することができる。アニオン性基単量体を重合してなる重合体ブロックの構造単位は特に限定されないが、前記一般式(1)〜(2)で表わされるものなどが例示される。この中で、入手容易である点から、アニオン性重合体を構成する単量体としては、p−スチレンスルホン酸塩または2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸塩を用いて、p−スチレンスルホン酸塩を重合してなるアニオン性重合体ブロックとビニルアルコール重合体ブロックとを含有するアニオン性ブロック共重合体、または2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸塩を重合してなるアニオン性重合体ブロックとビニルアルコール重合体ブロックとからなるブロック共重合体が好ましく用いられる。
また、グラフト共重合体としては、アニオン性重合体セグメントを幹鎖として、ビニルアルコール重合体性セグメントを枝鎖とする場合と、ビニルアルコール重合体セグメントを幹鎖として、アニオン性重合体セグメントを枝鎖とする場合とがある。本発明においては特に限定されないが、強度的性質を得やすい点から、ビニルアルコールを幹鎖として、アニオン性重合体セグメントを枝鎖とするグラフト共重合体が好ましい。グラフト共重合方法としては、公知の方法が適用される。
(Block or graft copolymer)
In the present invention, the polyvinyl alcohol copolymer preferably has a block copolymer or graft copolymer in which the anionic polymer segment and the vinyl alcohol polymer segment. Among these, a block copolymer is more preferably used. By doing this, the vinyl alcohol polymer block responsible for the function of improving the strength of the entire cation exchange membrane, suppressing the degree of swelling of the membrane, and maintaining the shape, and the amount of anionic group responsible for the permeation of the cation The anionic polymer block obtained by polymerizing the polymer can share the role, and both the ion permeation function and the dimensional stability of the cation exchange membrane can be achieved. The structural unit of the polymer block obtained by polymerizing the anionic group monomer is not particularly limited, and examples thereof include those represented by the general formulas (1) to (2). Among these, from the viewpoint of easy availability, as the monomer constituting the anionic polymer, p-styrene sulfonate or 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonate is used. Anionic block copolymer containing an anionic polymer block obtained by polymerizing an acid salt and a vinyl alcohol polymer block, or an anionic polymer obtained by polymerizing 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate A block copolymer comprising a block and a vinyl alcohol polymer block is preferably used.
The graft copolymer includes an anionic polymer segment as a backbone and a vinyl alcohol polymer segment as a branched chain, and a vinyl alcohol polymer segment as a backbone and an anionic polymer segment as a branch. Sometimes it is a chain. Although it is not particularly limited in the present invention, a graft copolymer having vinyl alcohol as a main chain and an anionic polymer segment as a branched chain is preferable from the viewpoint of easily obtaining strength properties. A known method is applied as the graft copolymerization method.

(ブロック共重合体の製造方法)
本発明で用いられるアニオン性単量体を重合してなるアニオン性重合体ブロックとビニルアルコール重合体ブロックとを含有するブロック共重合体の製造方法は主に次の2つの方法に大別される。すなわち、(1)所望のブロック共重合体を製造した後、特定のブロックにアニオン性基を結合させる方法、および(2)少なくとも1種類のアニオン性基単量体を重合させて所望のブロック共重合体を製造する方法である。このうち、(1)については、末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコールの存在下、1種類または複数種の単量体をブロック共重合させ、次いでブロック共重合体中の1種類または複数種の重合体成分にイオン基を導入する方法、(2)については、末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコールの存在下、少なくとも1種類のアニオン性基単量体をラジカル重合させることによりブロック共重合体を製造する方法が挙げられるが、これらの方法は、工業的な容易さから好ましい。特に、ブロック共重合体中のビニルアルコールブロックとアニオン性基単量体を重合してなるアニオン性重合体ブロックの各ブロックにおける構成単量体の種類や量を容易に制御できることから、末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコールの存在下、少なくとも1種類のアニオン性基単量体をラジカル重合させてブロック共重合体を製造する方法が好ましい。こうして得られるアニオン性基単量体を重合してなる重合体ブロックとビニルアルコール重合体ブロックとを含有するブロック共重合体には、末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコールが未反応のまま含まれていても構わない。
(Method for producing block copolymer)
The method for producing a block copolymer containing an anionic polymer block obtained by polymerizing an anionic monomer used in the present invention and a vinyl alcohol polymer block is mainly classified into the following two methods. . (1) a method in which a desired block copolymer is produced and then an anionic group is bonded to a specific block; and (2) at least one anionic group monomer is polymerized to form a desired block copolymer. It is a method for producing a polymer. Among these, for (1), one or more types of monomers are block copolymerized in the presence of polyvinyl alcohol having a mercapto group at the terminal, and then one or more types of polymer in the block copolymer are copolymerized. For the method of introducing an ionic group into the coalescing component, (2), a block copolymer is produced by radical polymerization of at least one anionic group monomer in the presence of polyvinyl alcohol having a mercapto group at the terminal. However, these methods are preferable because of industrial ease. In particular, the type and amount of constituent monomers in each block of an anionic polymer block obtained by polymerizing a vinyl alcohol block and an anionic group monomer in the block copolymer can be easily controlled. A method of producing a block copolymer by radical polymerization of at least one anionic group monomer in the presence of a group-containing polyvinyl alcohol is preferred. The block copolymer containing a polymer block obtained by polymerizing the anionic group monomer thus obtained and a vinyl alcohol polymer block contains unreacted polyvinyl alcohol having a mercapto group at the terminal. It doesn't matter.

これらのブロック共重合体の製造に用いられる、末端にメルカプト基を有するビニルアルコール系重合体は、例えば、特開昭59−187003号公報などに記載されている方法により得ることができる。すなわち、チオール酸の存在下にビニルエステル系単量体、例えば酢酸ビニルをラジカル重合して得られるビニルエステル系重合体をけん化する方法が挙げられる。このようにして得られる末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコールと、アニオン性基単量体とを用いてブロック共重合体を得る方法としては、例えば、特開昭59−189113号公報などに記載された方法が挙げられる。すなわち、末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコールの存在下にアニオン性基単量体をラジカル重合させることによりブロック共重合体を得ることができる。このラジカル重合は公知の方法、例えばバルク重合、溶液重合、パール重合、乳化重合などによって行うことができるが、末端にメルカプト基を含有するポリビニルアルコールを溶解し得る溶剤、例えば水やジメチルスルホキシドを主体とする媒体中で行うのが好ましい。また、重合プロセスとしては、回分法、半回分法、連続法のいずれをも採用することができる。   The vinyl alcohol polymer having a mercapto group at the end used for the production of these block copolymers can be obtained, for example, by the method described in JP-A-59-187003. That is, a method of saponifying a vinyl ester polymer obtained by radical polymerization of a vinyl ester monomer such as vinyl acetate in the presence of thiolic acid can be mentioned. A method for obtaining a block copolymer using a polyvinyl alcohol having a mercapto group at the terminal thus obtained and an anionic group monomer is described in, for example, JP-A-59-189113. Method. That is, a block copolymer can be obtained by radical polymerization of an anionic group monomer in the presence of polyvinyl alcohol having a mercapto group at the terminal. This radical polymerization can be carried out by a known method such as bulk polymerization, solution polymerization, pearl polymerization, emulsion polymerization, etc., but mainly contains a solvent capable of dissolving polyvinyl alcohol containing a mercapto group at the terminal, such as water or dimethyl sulfoxide. It is preferable to carry out in the medium. As the polymerization process, any of a batch method, a semi-batch method, and a continuous method can be employed.

上記ラジカル重合は、通常のラジカル重合開始剤、例えば、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、4,4’−アゾビス−(4−シアノペンタノイックナトリウム)、4,4’−アゾビス−(4−シアノペンタノイックアンモニウム)、4,4’−アゾビス−(4−シアノペンタノイックカリウム)、4,4’−アゾビス−(4−シアノペンタノイックリチウム)等や2,2’−アゾビス{2−メチル−N−[1,1’−ビス(ヒドロキシメチル)−2−ヒドロキシエチル]プロピオンアミド}、2過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の中から重合系にあったものを使用して行うことができるが、水系での重合の場合、ビニルアルコール系重合体末端のメルカプト基と臭素酸カリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素等の酸化剤によるレドックス開始や,2’−アゾビス[2−メチル−N(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]等でも可能である。特には、分解後もイオン性残基が発生しないものが特に好まれる。   The radical polymerization is carried out by using a normal radical polymerization initiator such as 2,2′-azobisisobutyronitrile, benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, diisopropyl peroxycarbonate, 4,4′-azobis- (4-cyano Pentanoic sodium), 4,4'-azobis- (4-cyanopentanoic ammonium), 4,4'-azobis- (4-cyanopentanoic potassium), 4,4'-azobis- (4- Cyanopentanoic lithium), 2,2′-azobis {2-methyl-N- [1,1′-bis (hydroxymethyl) -2-hydroxyethyl] propionamide}, potassium persulfate, ammonium persulfate, etc. However, in the case of polymerization in an aqueous system, vinyl alcohol can be used. Redox initiation by mercapto group at the terminal of polymer and oxidant such as potassium bromate, potassium persulfate, ammonium persulfate, hydrogen peroxide, 2′-azobis [2-methyl-N (2-hydroxyethyl) propionamide] Etc. are also possible. In particular, those that do not generate ionic residues after decomposition are particularly preferred.

ビニルエステル系重合体のけん化反応の触媒としては通常アルカリ性物質が用いられ、その例として、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属の水酸化物、およびナトリウムメトキシドなどのアルカリ金属アルコキシドが挙げられる。けん化触媒は、けん化反応の初期に一括して添加しても良いし、あるいはけん化反応の初期に一部を添加し、残りをけん化反応の途中で追加して添加しても良い。けん化反応に用いられる溶媒としては、メタノール、酢酸メチル、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドなどが挙げられる。これらの溶媒の中でもメタノールが好ましい。けん化反応は、バッチ法および連続法のいずれの方式にても実施可能である。けん化反応の終了後に、必要に応じて、残存するけん化触媒を中和しても良く、使用可能な中和剤として、酢酸、乳酸などの有機酸、および酢酸メチルなどのエステル化合物などが挙げられる。   Alkaline substances are usually used as catalysts for saponification reactions of vinyl ester polymers. Examples thereof include alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide and sodium hydroxide, and alkali metal alkoxides such as sodium methoxide. It is done. The saponification catalyst may be added all at once in the early stage of the saponification reaction, or a part thereof may be added in the early stage of the saponification reaction, and the rest may be added and added during the saponification reaction. Examples of the solvent used for the saponification reaction include methanol, methyl acetate, dimethyl sulfoxide, diethyl sulfoxide, dimethylformamide and the like. Of these solvents, methanol is preferred. The saponification reaction can be carried out by either a batch method or a continuous method. After completion of the saponification reaction, the remaining saponification catalyst may be neutralized as necessary, and usable neutralizing agents include organic acids such as acetic acid and lactic acid, and ester compounds such as methyl acetate. .

(ビニルアルコール重合体のけん化度)
ビニルアルコール重合体のけん化度は特に限定されないが、40〜99.9モル%であることが好ましい。けん化度が40モル%未満だと、結晶性が低下し、陽イオン交換膜の強度が不足するおそれがある。けん化度が60モル%以上であることがより好ましく、80モル%以上であることがさらに好ましい。通常、けん化度は99.9モル%以下である。このとき、前記ポリビニルアルコールが複数種のポリビニルアルコールの混合物である場合のけん化度は、混合物全体としての平均のけん化度をいう。なお、ポリビニルアルコールのけん化度は、JIS K6726に準じて測定した値である。
(Degree of saponification of vinyl alcohol polymer)
Although the saponification degree of a vinyl alcohol polymer is not specifically limited, It is preferable that it is 40-99.9 mol%. If the degree of saponification is less than 40 mol%, the crystallinity is lowered and the strength of the cation exchange membrane may be insufficient. The saponification degree is more preferably 60 mol% or more, and further preferably 80 mol% or more. Usually, the saponification degree is 99.9 mol% or less. At this time, the saponification degree when the polyvinyl alcohol is a mixture of plural kinds of polyvinyl alcohols refers to the average saponification degree of the whole mixture. The saponification degree of polyvinyl alcohol is a value measured according to JIS K6726.

(ポリビニルアルコールの重合度)
ビニルアルコール重合体セグメントを構成するポリビニルアルコールの粘度平均重合度(以下単に重合度と言うことがある)は特に限定されないが、50〜10000であることが好ましい。重合度が50未満だと、実用上で陽イオン交換膜が十分な強度を保持できないおそれがある。重合度が100以上であることがより好ましい。重合度が10000を超えると重合体水溶液の粘度が高すぎて、塗布が困難になり、得られる膜に欠陥が生じやすくなるおそれがある。重合度が8000以下であることがより好ましい。このとき、前記ポリビニルアルコールが複数種のポリビニルアルコールの混合物である場合の重合度は、混合物全体としての平均の重合度をいう。なお、ポリビニルアルコールの粘度平均重合度は、JIS K6726に準じて測定した値である。本発明で用いられるイオン基を含有しないポリビニルアルコールの重合度も、上記範囲であることが好ましい。
(Polyvinyl alcohol polymerization degree)
The viscosity average degree of polymerization of the polyvinyl alcohol constituting the vinyl alcohol polymer segment (hereinafter sometimes simply referred to as the degree of polymerization) is not particularly limited, but is preferably 50 to 10,000. When the degree of polymerization is less than 50, there is a possibility that the cation exchange membrane cannot maintain sufficient strength in practical use. More preferably, the degree of polymerization is 100 or more. If the degree of polymerization exceeds 10,000, the viscosity of the aqueous polymer solution is too high, making it difficult to apply, and possibly causing defects in the resulting film. The degree of polymerization is more preferably 8000 or less. At this time, the polymerization degree in the case where the polyvinyl alcohol is a mixture of plural kinds of polyvinyl alcohols means an average polymerization degree as the whole mixture. In addition, the viscosity average polymerization degree of polyvinyl alcohol is a value measured according to JIS K6726. The polymerization degree of polyvinyl alcohol containing no ionic group used in the present invention is also preferably within the above range.

(アニオン性基単量体単位の含有量)
陽イオン交換膜を構成するビニルアルコール系共重合体中のアニオン性基単量体単位の含有量は特に限定されないが、前記共重合体のアニオン性基単量体単位の含有量、すなわち、前記共重合体中の単量体単位の総数に対するアニオン性基単量体単位の数の割合が、0.1モル%以上であることが好ましい。アニオン性基単量体単位の含有量が0.1モル%未満だと、陽イオン交換膜中の有効荷電密度が低下し、電解質選択透過性が低下するおそれがある。アニオン性基単量体単位の含有量が0.5モル%以上であることがより好ましく、1モル%以上であることがさらに好ましい。また、アニオン性基単量体単位の含有量は50モル%以下であることが好ましい。アニオン性基単量体単位の含有量が50モル%を超えると、陽イオン交換膜の膨潤度が高くなり、陽イオン交換膜中の有効荷電密度が低下し、電解質選択透過性が低下するおそれがある。アニオン性基単量体単位の含有量が30モル%以下であることがより好ましく、20モル%以下であることがさらに好ましい。ポリビニルアルコール系共重合体が、アニオン性基を含有する重合体とアニオン性基を含有しない重合体との混合物である場合や、アニオン性基を含有する重合体の複数種の混合物である場合のアニオン性基単量体単位の含有量は、混合物中の単量体単位の総数に対するアニオン性基単量体単位の数の割合をいう。
(Content of anionic group monomer unit)
The content of the anionic group monomer unit in the vinyl alcohol copolymer constituting the cation exchange membrane is not particularly limited, but the content of the anionic group monomer unit of the copolymer, that is, the above The ratio of the number of anionic group monomer units to the total number of monomer units in the copolymer is preferably 0.1 mol% or more. When the content of the anionic group monomer unit is less than 0.1 mol%, the effective charge density in the cation exchange membrane is lowered, and the electrolyte permselectivity may be lowered. The content of the anionic group monomer unit is more preferably 0.5 mol% or more, and further preferably 1 mol% or more. Moreover, it is preferable that content of an anionic group monomer unit is 50 mol% or less. When the content of the anionic group monomer unit exceeds 50 mol%, the degree of swelling of the cation exchange membrane increases, the effective charge density in the cation exchange membrane decreases, and the electrolyte permselectivity may decrease. There is. The content of the anionic group monomer unit is more preferably 30 mol% or less, and further preferably 20 mol% or less. When the polyvinyl alcohol copolymer is a mixture of a polymer containing an anionic group and a polymer not containing an anionic group, or a mixture of a plurality of polymers containing an anionic group The content of anionic group monomer units refers to the ratio of the number of anionic group monomer units to the total number of monomer units in the mixture.

(陽イオン交換膜の製造方法)
本発明の陽イオン交換膜の製造方法の特徴は、ビニルアルコール重合体セグメントと、アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントを構成成分とするポリビニルアルコール系共重合体(好ましくは、ブロック共重合体)を主成分とし、前記共重合体中の塩類を低減し、製膜することで相分離ドメインサイズを小さくしたことにある。ここで言う塩類とは、ビニルアルコール重合体セグメントを構成するポリビニルアルコール中に含まれる不純物である硫酸塩、酢酸塩や、アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントを構成する、アニオン性基を有するモノマーに不純物として含まれる、臭化物塩、塩化物塩、硝酸塩、リン酸塩などの金属塩が挙げられる。これらの塩類は、ポリビニルアルコール系共重合体に不可避的に不純物として混入するものであるが、本発明者らはこの不純物の混入が、製膜時において、ポリビニルアルコール系共重合体におけるアニオン性重合体セグメントのミクロ相分離を大きくして、膜特性に悪影響を及ぼすことを見出した。本発明においては、ポリビニルアルコール系共重合体に含まれる塩類の含有量を低下させて製膜することで、膜の相分離ドメインサイズを小さくすることができる。このときのポリビニルアルコール系共重合体の重量(P)に対する塩類の重量(C)の比(重量比)(C)/(P)は、4.5/95.5以下が必要で、より相分離ドメインサイズを小さくするには、4.0/96.0以下、さらに好ましくは、3.5/96.5以下である、重量比(C)/(P)が4.5/95.5を超えると、アニオン性基重合体セグメントのミクロ相分離ドメインサイズが大きくなり、陽イオン交換膜として使用したとき、イオンパス構造に変化が生じて、耐久性にある陽イオン交換膜を得ることができない。
(Method for producing cation exchange membrane)
The cation exchange membrane production method of the present invention is characterized by a vinyl alcohol polymer segment and a polyvinyl alcohol copolymer (preferably a block copolymer) comprising an anionic polymer segment having an anionic group as constituent components. ) As a main component, and the salt in the copolymer is reduced and the phase separation domain size is reduced by forming a film. The salts referred to herein have an anionic group that constitutes an anionic polymer segment having an anionic group, such as sulfate and acetate which are impurities contained in the polyvinyl alcohol constituting the vinyl alcohol polymer segment. Examples thereof include metal salts such as bromide salts, chloride salts, nitrates, and phosphates contained as impurities in the monomer. These salts are inevitably mixed as impurities in the polyvinyl alcohol copolymer, and the present inventors have mixed these impurities into the anionic heavy polymer in the polyvinyl alcohol copolymer at the time of film formation. It has been found that the microphase separation of the coalesced segment is increased to adversely affect the membrane characteristics. In the present invention, the phase separation domain size of the membrane can be reduced by reducing the content of salts contained in the polyvinyl alcohol copolymer to form a membrane. At this time, the ratio (weight ratio) (C) / (P) of the weight (C) of the salt to the weight (P) of the polyvinyl alcohol-based copolymer needs to be 4.5 / 95.5 or less. In order to reduce the separation domain size, it is 4.0 / 96.0 or less, more preferably, 3.5 / 96.5 or less, and the weight ratio (C) / (P) is 4.5 / 95.5. If it exceeds 1, the microphase separation domain size of the anionic group polymer segment will increase, and when used as a cation exchange membrane, the ion path structure will change, and a durable cation exchange membrane cannot be obtained. .

ポリビニルアルコール系共重合体に含まれる塩類の含有量を所定値以下に減少させるには、特に限定されないが、例えば、ビニルアルコール重合体セグメントを構成するポリビニルアルコール中に含まれる不純物については、ポリマーフレークを水洗することにより減少させることができる。
また、アニオン性重合体セグメントを構成するポリマー中に含まれる不純物については、該ポリマーを適当な溶媒に溶解したポリマー溶液を貧溶媒中で再沈殿精製することにより減少させて、ポリマーを精製することができる。
なお、本発明において、塩類の含有量は上記のように低減されておればよく、したがって、ポリビニルアルコールとアニオン性重合体のどちらか一方または両方を精製して上記に規定する含有量に低減させればよい。
The content of the salt contained in the polyvinyl alcohol copolymer is not particularly limited in order to reduce it to a predetermined value or less. For example, for impurities contained in the polyvinyl alcohol constituting the vinyl alcohol polymer segment, polymer flakes are used. Can be reduced by washing with water.
In addition, impurities contained in the polymer constituting the anionic polymer segment can be reduced by reprecipitation purification in a poor solvent of a polymer solution obtained by dissolving the polymer in an appropriate solvent, thereby purifying the polymer. Can do.
In the present invention, the salt content only needs to be reduced as described above. Therefore, one or both of polyvinyl alcohol and anionic polymer are purified to reduce the content to the above-described content. Just do it.

(製膜)
上記により塩類含有量を調整されたポリビニルアルコール系共重合体を、水、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノールなどの低級アルコール、又はこれらの混合溶媒から構成される溶媒に溶解して、ダイから押し出して膜状に成形し、溶媒を揮発除去することにより所定厚みの膜を形成することができる。皮膜をプレート上またはローラ上で成形する際の製膜温度は、特に限定されないが、通常、室温〜100℃程度の温度範囲が適当である。溶媒除去は、適宜加熱しておこなうことができる。
(Film formation)
The polyvinyl alcohol copolymer having a salt content adjusted as described above is dissolved in a solvent composed of water, a lower alcohol such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, or a mixed solvent thereof, A film having a predetermined thickness can be formed by extruding from a die, forming into a film, and removing the solvent by volatilization. The film forming temperature when the film is formed on a plate or a roller is not particularly limited, but a temperature range of about room temperature to about 100 ° C. is usually appropriate. Solvent removal can be performed by heating as appropriate.

(膜厚)
本発明で用いられる陽イオン交換膜においては、電気透析用電解質膜として必要な性能、機械的強度、ハンドリング性等の観点から、その膜厚が30〜1000μm程度であることが好ましい。膜厚が30μm未満である場合には、膜の機械的強度が不充分となる傾向がある。逆に、膜厚が1000μmを超える場合には、膜抵抗が大きくなり、充分なイオン交換性が発現しないため、電気透析効率が低くなる傾向となる。好ましくは40〜500μmであり、より好ましくは50〜300μmである。
(Film thickness)
The cation exchange membrane used in the present invention preferably has a film thickness of about 30 to 1000 μm from the viewpoint of performance, mechanical strength, handling properties, etc. required as an electrolyte membrane for electrodialysis. When the film thickness is less than 30 μm, the mechanical strength of the film tends to be insufficient. On the other hand, when the film thickness exceeds 1000 μm, the membrane resistance increases and sufficient ion exchange properties are not exhibited, so that the electrodialysis efficiency tends to decrease. Preferably it is 40-500 micrometers, More preferably, it is 50-300 micrometers.

(架橋処理)
本発明で用いられる陽イオン交換膜においては、製膜後、架橋処理を施すことが好ましい。架橋処理を施すことによって、得られる陽イオン交換膜の機械的強度が増大する。架橋処理の方法は、重合体の分子鎖同士を化学的に結合する方法でもよく、また、熱処理などにより物理的な結合を導入してもよく、特に限定されない。
(Crosslinking treatment)
The cation exchange membrane used in the present invention is preferably subjected to a crosslinking treatment after film formation. By performing the crosslinking treatment, the mechanical strength of the resulting cation exchange membrane is increased. The method for the crosslinking treatment is not particularly limited, and may be a method of chemically bonding the molecular chains of the polymer or introducing physical bonds by heat treatment or the like.

化学的に結合する場合には、通常、架橋処理剤を含む溶液に浸漬する方法などが用いられる。該架橋処理剤としては、グルタルアルデヒド、ホルムアルデヒド、グリオキザールなどのポリビニルアルコールのアセタール化剤が例示される。該架橋処理剤の濃度は、通常、溶液に対する架橋処理剤の体積濃度が0.001〜10体積%である。架橋反応は、上記のアルデヒドを、水、アルコールまたはそれらの混合溶媒中で、酸性条件下で、ポリビニルアルコール系共重合体を処理して、化学的に架橋結合を導入することにより行うことができる。架橋反応後、水洗して未反応のアルデヒド、酸などを取り除くのが好ましい。   When chemically bonding, a method of immersing in a solution containing a crosslinking agent is usually used. Examples of the crosslinking agent include polyvinyl alcohol acetalizing agents such as glutaraldehyde, formaldehyde, and glyoxal. The concentration of the crosslinking agent is usually 0.001 to 10% by volume of the crosslinking agent relative to the solution. The crosslinking reaction can be performed by treating the polyvinyl alcohol copolymer with the above aldehyde in water, alcohol or a mixed solvent thereof under acidic conditions to chemically introduce a crosslinking bond. . After the crosslinking reaction, it is preferable to remove unreacted aldehyde, acid and the like by washing with water.

また、架橋処理の方法として、熱処理を行って分子鎖間に物理的な架橋を導入してもよい。熱処理を施すことによって、物理的な架橋が生じ、得られるイオン交換膜の機械的強度が増大する。熱処理の方法は特に限定されず、熱風乾燥機などが一般に用いられる。熱処理の温度は、特に限定されないが、ポリビニルアルコールの場合、50〜250℃であることが好ましい。熱処理の温度が50℃未満だと、得られるイオン交換膜の機械的強度が不足するおそれがある。該温度が80℃以上であることがより好ましく、100℃以上であることがさらに好ましい。熱処理の温度が250℃を超えると、結晶性重合体が融解するおそれがある。該温度が230℃以下であることがより好ましく、200℃以下であることがさらに好ましい。   Moreover, as a method for the crosslinking treatment, physical crosslinking may be introduced between the molecular chains by performing a heat treatment. By performing the heat treatment, physical crosslinking occurs, and the mechanical strength of the resulting ion exchange membrane is increased. The method of heat treatment is not particularly limited, and a hot air dryer or the like is generally used. Although the temperature of heat processing is not specifically limited, In the case of polyvinyl alcohol, it is preferable that it is 50-250 degreeC. If the temperature of the heat treatment is less than 50 ° C., the mechanical strength of the obtained ion exchange membrane may be insufficient. The temperature is more preferably 80 ° C. or higher, and further preferably 100 ° C. or higher. When the temperature of the heat treatment exceeds 250 ° C., the crystalline polymer may be melted. The temperature is more preferably 230 ° C. or less, and further preferably 200 ° C. or less.

前記製造方法においては、熱処理と化学的な架橋処理の両方を行ってもよいし、そのいずれかのみを行ってもよい。熱処理と架橋処理を両方行う場合、熱処理の後に架橋処理を行ってもよいし、架橋処理の後に熱処理を行ってもよいし、両者を同時に行ってもよい。熱処理の後に架橋処理を行うことが、得られるイオン交換膜の機械的強度の面から好ましい。   In the manufacturing method, both heat treatment and chemical crosslinking treatment may be performed, or only one of them may be performed. When both the heat treatment and the crosslinking treatment are performed, the crosslinking treatment may be performed after the heat treatment, the heat treatment may be performed after the crosslinking treatment, or both may be performed simultaneously. It is preferable from the viewpoint of the mechanical strength of the resulting ion exchange membrane to perform a crosslinking treatment after the heat treatment.

(イオン交換容量)
電気透析用の陽イオン交換膜として使用するのに十分なイオン交換性を発現するためには、得られるビニルアルコール系共重合体のイオン交換容量は0.30meq/g以上であることが好ましく、0.50meq/g以上であることがより好ましい。ビニルアルコール系共重合体のイオン交換容量の上限については、イオン交換容量が大きくなりすぎると親水性が高まり膨潤度の抑制が困難となるので、3.0meq/g以下であるのが好ましい。
(Ion exchange capacity)
In order to express sufficient ion exchange properties for use as a cation exchange membrane for electrodialysis, the ion exchange capacity of the resulting vinyl alcohol copolymer is preferably 0.30 meq / g or more, More preferably, it is 0.50 meq / g or more. The upper limit of the ion exchange capacity of the vinyl alcohol copolymer is preferably 3.0 meq / g or less because if the ion exchange capacity becomes too large, hydrophilicity increases and it becomes difficult to suppress the degree of swelling.

(荷電密度)
また、電気透析用の陽イオン交換膜として使用するのに十分な電気特性を発現するためには、得られる陽イオン交換膜の荷電密度は0.6mol/dm以上であることが好ましく、1.0mol/dm以上であることがより好ましい。陽イオン交換膜の荷電密度としては、より高いものが好まれるが、膜抵抗との兼ね合いで、比較的低膜抵抗性を維持して、荷電密度を発現するものが好ましい。
(Charge density)
Further, in order to develop sufficient electrical characteristics to be used as a cation exchange membrane for electrodialysis, the charge density of the obtained cation exchange membrane is preferably 0.6 mol / dm 3 or more. More preferably, it is 0.0 mol / dm 3 or more. As the charge density of the cation exchange membrane, a higher one is preferred, but in view of the membrane resistance, the one having a relatively low membrane resistance and expressing the charge density is preferred.

本発明の陽イオン交換膜は、必要に応じて、不織布、織布、多孔体などの支持体と積層することにより補強されて使用することができる。   The cation exchange membrane of the present invention can be reinforced and used by laminating with a support such as a nonwoven fabric, a woven fabric, or a porous body, if necessary.

(電気透析処理において用いられる陰イオン交換膜)
本発明における電気透析処理において、上述の陽イオン交換膜とともに用いられる陰イオン交換膜としては、特に限定はなく、第4級アンモニウム基等の強塩基性基を有するポリマーからなる膜、第1級アミノ基、第2級アミノ基、第3級アミノ基等の弱塩基性官能基を有するポリマーからなる膜を適宜選択して使用できる。
(Anion exchange membrane used in electrodialysis treatment)
In the electrodialysis treatment of the present invention, the anion exchange membrane used together with the cation exchange membrane is not particularly limited, and is a membrane made of a polymer having a strongly basic group such as a quaternary ammonium group, a primary grade. A film made of a polymer having a weakly basic functional group such as an amino group, a secondary amino group, or a tertiary amino group can be appropriately selected and used.

(放射性廃液)
本発明において、放射性廃液は、少なくとも濃縮対象である放射性電解質を含んでいる。また、放射性廃液は、さらに非放射性電解質を含んでいてもよい。
電解質とは、溶媒中に溶解した際に、陽イオンと陰イオンに電離する物質を意味している。電解質としては、例えば、酸(例えば、無機酸、分子量1000以下の有機酸)、塩基、塩類が挙げられる。また、塩類として、無機塩、有機塩(分子量1000以下の有機酸の塩類)、金属錯塩などが例示できる。
(Radioactive liquid waste)
In the present invention, the radioactive liquid waste contains at least a radioelectrolyte to be concentrated. Moreover, the radioactive waste liquid may further contain a non-radioactive electrolyte.
The electrolyte means a substance that ionizes into a cation and an anion when dissolved in a solvent. Examples of the electrolyte include acids (for example, inorganic acids, organic acids having a molecular weight of 1000 or less), bases, and salts. Examples of the salts include inorganic salts, organic salts (salts of organic acids having a molecular weight of 1000 or less), metal complex salts, and the like.

金属錯塩としては、例えばEDTA(エチレンジアミン四酢酸)などに代表されるキレート剤、クエン酸、シュウ酸などを中心とする有機酸、無機酸、還元剤、その他の腐蝕防止剤などと、金属成分が配位結合や水素結合により錯体化した塩類であってもよく、例えば、金属成分(M)が、キレート剤(Yn−)と錯体化して金属錯塩(例えばM−Y2−)を形成していてもよい。 Examples of the metal complex salts include chelating agents represented by EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid), organic acids such as citric acid and oxalic acid, inorganic acids, reducing agents, other corrosion inhibitors, and other metal components. It may be a salt complexed by a coordination bond or a hydrogen bond. For example, the metal component (M) is complexed with a chelating agent (Y n− ) to form a metal complex salt (eg MY 2− ). It may be.

濃縮対象である電解質は、放射性物質であってもよく、放射性物質と非放射性物質の双方であってもよい。例えば、放射性廃液が、さらに非放射性電解質を含む場合、濃縮液を得る処理工程において、放射性核種とともに、前記非放射性電解質の陽イオンが濃縮されてもよい。   The electrolyte to be concentrated may be a radioactive substance or both a radioactive substance and a non-radioactive substance. For example, when the radioactive liquid waste further contains a non-radioactive electrolyte, the cations of the non-radioelectrolyte may be concentrated together with the radionuclide in the treatment step of obtaining a concentrated liquid.

放射性電解質は、放射性を有する電解質であれば特に限定されるものではないが、例えば、Co、Mn、Fe、Sr、Y、I、Cs、Pu、Ce、Ru、Am、Cm、Te、U、Mo、Sb、Nd、Ce、およびNpからなる群から選択される少なくとも一種に由来する放射性核種を含む電解質が挙げられる。   The radioactive electrolyte is not particularly limited as long as it is a radioactive electrolyte.For example, Co, Mn, Fe, Sr, Y, I, Cs, Pu, Ce, Ru, Am, Cm, Te, U, Examples thereof include an electrolyte containing a radionuclide derived from at least one selected from the group consisting of Mo, Sb, Nd, Ce, and Np.

非放射性電解質としては、安定同位体を含む電解質であれば、特に限定されず、放射性廃液の構成成分に応じて適宜決定される。非放射性電解質としては、例えば、各種安定同位体の金属元素を含む有機酸、有機塩、無機酸、無機塩などであってもよく、好ましくは無機酸、無機塩(例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウムなど)などであってもよい。   The non-radioactive electrolyte is not particularly limited as long as it is an electrolyte containing a stable isotope, and is appropriately determined according to the components of the radioactive liquid waste. The non-radioactive electrolyte may be, for example, an organic acid, an organic salt, an inorganic acid, an inorganic salt or the like containing various stable isotope metal elements, preferably an inorganic acid or an inorganic salt (for example, sodium chloride, potassium chloride). Etc.).

本発明において、放射性廃液は、有機溶媒を含んでいてもよいし、水性溶媒を含んでいてもよい。水性溶媒としては、水自体、水を含む中性水溶液のほか、硫酸、塩酸、王水などの酸性水溶液、または、水酸化ナトリウムなどのアルカリ性水溶液であってもよい。   In the present invention, the radioactive liquid waste may contain an organic solvent or an aqueous solvent. The aqueous solvent may be water, a neutral aqueous solution containing water, an acidic aqueous solution such as sulfuric acid, hydrochloric acid, or aqua regia, or an alkaline aqueous solution such as sodium hydroxide.

さらに、放射性廃液は、海水を含んでいてもよい。例えば、海水が放射性廃液に含まれる場合、そのような廃液では海水を冷却水として用いることにより廃液を形成してもよい。その場合、放射性廃液には、海水に由来する各種海水成分(塩化ナトリウム、塩化カリウムなどのアルカリ金属塩;塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸カルシウムなどのアルカリ土類金属塩など)が含まれていてもよい。また、前記海水成分の少なくとも一種(好ましくは塩化ナトリウム、塩化カリウム)が電気透析により放射性核種とともに濃縮されてもよい。   Further, the radioactive liquid waste may contain seawater. For example, when seawater is contained in radioactive waste liquid, the waste liquid may be formed by using seawater as cooling water in such waste liquid. In that case, the radioactive liquid waste contains various seawater components (alkali metal salts such as sodium chloride and potassium chloride; alkaline earth metal salts such as magnesium chloride, magnesium sulfate, calcium chloride and calcium sulfate) derived from seawater. It may be. Further, at least one of the seawater components (preferably sodium chloride and potassium chloride) may be concentrated together with the radionuclide by electrodialysis.

このような被処理液としては、少なくとも一種の放射性核種の濃度について、低レベル(放射能濃度3.7×10−4Bq/cm以上0.37Bq/cm未満)であってもよく、中レベル(放射能濃度0.37Bq/cm以上37Bq/cm未満)であってもよく、高レベル(放射能濃度3.7×10Bq/cm以上)であってもよい。
前記濃度は、例えば、10〜10万Bq/cmであってもよい。
Such liquid to be treated, the concentration of radionuclide at least one may be a low-level (radioactive concentration 3.7 × less than 10 -4 Bq / cm 3 or more 0.37Bq / cm 3), a mid-level (less than radioactive concentration 0.37Bq / cm 3 or more 37Bq / cm 3) may be, may be a high level (radioactive concentration 3.7 × 10 4 Bq / cm 3 or higher).
The concentration may be, for example, 100,000 to 100,000 Bq / cm 3 .

(電気透析)
本発明における放射性廃液の処理方法において、電気透析装置は、陽極と陰極との間に、本発明における陽イオン交換膜を用いて、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを配列して構成される基本構造を有するものであれば、公知の電気透析装置を特に制限なく用いうる。例えば、陰イオン交換膜及び陽イオン交換膜を交互に配列しこれらのイオン交換膜と室枠とによって脱塩室と濃縮室とが形成された基本構造よりなるフィルタープレス型やユニットセル型などのような電気透析装置が好適に使用できる。
なお、かかる電気透析装置に用いる膜数あるいは脱塩室および濃縮室の流路間隔(膜間隔)等は、処理する有機物の種類や処理量により適宜選定される。有機物質、特に巨大有機イオン等は、イオン化或いは分子内の分極によって荷電を有するようになるため、陽イオン交換膜として本発明の陽イオン交換膜を使用する場合、各種有機物質、特に、海水に由来する巨大有機イオン(例えば、フミン酸やフルボ酸などのフミン質、糖類など)に対する耐有機汚染性を向上させることができる。
(Electrodialysis)
In the method for treating radioactive liquid waste according to the present invention, the electrodialysis apparatus is configured by arranging the cation exchange membrane and the anion exchange membrane between the anode and the cathode using the cation exchange membrane according to the present invention. Any known electrodialyzer can be used without particular limitation. For example, an anion exchange membrane and a cation exchange membrane are alternately arranged, such as a filter press type or unit cell type having a basic structure in which a desalination chamber and a concentration chamber are formed by the ion exchange membrane and a chamber frame. Such an electrodialyzer can be preferably used.
Note that the number of membranes used in the electrodialysis apparatus or the channel spacing (membrane spacing) between the desalting chamber and the concentrating chamber is appropriately selected depending on the type of organic matter to be treated and the amount of treatment. Since organic substances, particularly giant organic ions, become charged by ionization or intramolecular polarization, when the cation exchange membrane of the present invention is used as a cation exchange membrane, various organic substances, particularly seawater, are used. It is possible to improve the organic contamination resistance against derived giant organic ions (for example, humic substances such as humic acid and fulvic acid, saccharides, etc.).

このような電気透析装置を用いて、前記被処理液である放射性廃液を処理する本発明の方法は、前記放射性廃液を、陰極と陽極の間に陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを交互に配列させた電気透析装置で処理し、前記電解質が濃縮された濃縮液を得る処理工程を少なくとも備えている。   The method of the present invention for treating the radioactive waste liquid, which is the liquid to be treated, using such an electrodialyzer, is obtained by alternating the radioactive waste liquid with a cation exchange membrane and an anion exchange membrane between a cathode and an anode. At least a treatment step of obtaining a concentrated solution in which the electrolyte is concentrated.

電気透析装置は、陽極側の陰イオン交換膜と陰極側の陽イオン交換膜で仕切られた脱塩室と、陽極側の陽イオン交換膜と陰極側の陰イオン交換膜で仕切られた濃縮室とを備えている。   The electrodialyzer consists of a desalination chamber partitioned by an anion exchange membrane on the anode side and a cation exchange membrane on the cathode side, and a concentration chamber partitioned by a cation exchange membrane on the anode side and an anion exchange membrane on the cathode side. And.

電気透析装置に対して、通電下、脱塩室側に被処理液を供給すると、脱塩室では陽イオンが陰極に向かって移動し、陽イオン交換膜を透過して濃縮室に移動する。一方で、濃縮室では、陽イオンが陰イオン交換膜を透過することが出来ず、濃縮室において濃縮される。また、陰イオンについても同様に、脱塩室から濃縮室に移動して、濃縮室において濃縮される。   When the liquid to be treated is supplied to the desalting chamber while being energized, the cation moves toward the cathode in the desalting chamber and permeates the cation exchange membrane and moves to the concentration chamber. On the other hand, in the concentration chamber, cations cannot permeate the anion exchange membrane and are concentrated in the concentration chamber. Similarly, the anion moves from the desalting chamber to the concentration chamber and is concentrated in the concentration chamber.

電気透析装置をこのようにして通電することにより、脱塩室中に供給される放射性廃液中の濃縮対象である電解質がアニオンとカチオンに解離し、それぞれが陰イオン交換膜と陽イオン交換膜を透過して濃縮室側に排出される為、時間の経過と共に被処理液に存在する電解質を、濃縮室において濃縮することができる。そして、被処理液中からは、濃縮対象の電解質の量を低減することができ、脱塩室からは、放射性核種の量が低減した脱塩液を得ることができる。前記脱塩液は、液中の放射性核種の濃度に応じて、適宜放射性廃液処理において行われる公知または慣用の手段により処理してもよいし、さらに電気透析処理を行ってもよい。なお、かかる電気透析において、電気透析装置に印加する電圧、電流密度および処理時間は除去すべき無機電解質および有機電解質の種類や濃度等により適宜決定すればよい。
濃縮対象の電解質が、少なくとも放射性物質を含むため、電気透析によって放射性核種を濃縮室において濃縮することが出来るとともに、被処理液から放射性核種を分離し、量を低減することが出来る。
By energizing the electrodialyzer in this way, the electrolyte to be concentrated in the radioactive waste liquid supplied into the desalting chamber is dissociated into anions and cations, and the anion exchange membrane and the cation exchange membrane respectively. Since it permeates and is discharged to the concentration chamber side, the electrolyte present in the liquid to be treated can be concentrated in the concentration chamber over time. And from the to-be-processed liquid, the quantity of the electrolyte of concentration object can be reduced, and the desalination liquid in which the quantity of the radionuclide was reduced can be obtained from a desalination chamber. Depending on the concentration of the radionuclide in the solution, the desalting solution may be appropriately treated by known or conventional means used in radioactive waste liquid treatment, or may be further subjected to electrodialysis treatment. In such electrodialysis, the voltage, current density, and treatment time applied to the electrodialyzer may be appropriately determined depending on the types and concentrations of the inorganic electrolyte and organic electrolyte to be removed.
Since the electrolyte to be concentrated contains at least a radioactive substance, the radionuclide can be concentrated in the concentration chamber by electrodialysis, and the amount of radionuclide can be reduced by separating the radionuclide from the liquid to be treated.

例えば、図3に示すように、被処理液(モデル液)1は、一旦被処理液槽2へ移され、その後、循環ポンプ3で電気透析装置4へ供給され電気透析が行われる。電気透析中、電気透析装置4と濃縮水槽5との間は循環ポンプ3で循環を行いながら濃縮を行い、最終的に濃縮された濃縮液は濃縮水槽を経て排出される。一方で、電気透析装置4と被処理液槽2との間は循環ポンプ3で循環を行いながら脱塩を行い、最終的な脱塩液は被処理液槽を経て排出される。   For example, as shown in FIG. 3, the liquid to be treated (model liquid) 1 is once transferred to the liquid tank 2 to be treated, and then supplied to the electrodialyzer 4 by the circulation pump 3 to perform electrodialysis. During electrodialysis, concentration is performed while circulating between the electrodialysis apparatus 4 and the concentrated water tank 5 with the circulation pump 3, and the concentrated liquid finally concentrated is discharged through the concentrated water tank. On the other hand, desalting is performed while circulating between the electrodialysis apparatus 4 and the liquid tank 2 to be treated by the circulation pump 3, and the final desalted liquid is discharged through the liquid tank to be treated.

濃縮室から得られる、放射性核種を含む濃縮液(または濃縮処理に由来して得られる濃縮処理液)は、次いで、固化工程により処理されてもよい。固化工程としては、前記濃縮処理液を固化することが出来る限り特に限定されない。例えば、固化工程では、直接セメント、アスファルト、プラスチックなどの固化材で固化してもよいし、ガラス化されてもよい。得られた固化物は、高放射能の固形廃棄物としてサイト内に貯蔵、保管してもよい。   The concentrate containing the radionuclide obtained from the concentration chamber (or the concentrated treatment obtained from the concentration treatment) may then be processed by a solidification step. The solidification step is not particularly limited as long as the concentrated treatment liquid can be solidified. For example, in the solidification step, the material may be directly solidified with a solidifying material such as cement, asphalt, or plastic, or may be vitrified. The obtained solidified product may be stored and stored in the site as a highly radioactive solid waste.

なお、放射性核種を含む廃液は逆浸透膜フィルタ法,蒸発濃縮法などにより更に濃縮処理した上で、廃棄してもよいし、廃液にpH調整剤、共沈剤、凝集剤を添加し、溶離液中に含まれる放射性核種を難溶解性の金属水酸化物に変えて固液分離する共沈・凝集処理工程をもうけても良い。さらに、必要に応じて、放射性廃液を直接焼却法,熱分解法,湿式酸化分解法などにより処理して減容化させてもよい。   The waste liquid containing radionuclides may be discarded after further concentration treatment by reverse osmosis membrane filter method, evaporation concentration method, etc., and pH adjustment agent, coprecipitation agent and flocculant may be added to the waste liquid for elution. A coprecipitation / aggregation treatment step of solid-liquid separation by changing the radionuclide contained in the liquid into a hardly soluble metal hydroxide may be provided. Further, if necessary, the radioactive liquid waste may be treated by a direct incineration method, a thermal decomposition method, a wet oxidation decomposition method or the like to reduce the volume.

即ち、前記本発明の方法は、放射性物質を分離・濃縮することが可能であり、かつ有機汚染物質による膜汚染が少ないため、膜洗浄などにかかるコストも低減する事が可能である。さらに、放射性物質の濃縮により、放射性物質固化工程での減容化についても可能となる。   That is, the method of the present invention can separate and concentrate radioactive substances, and can reduce the cost for membrane cleaning and the like because there is little membrane contamination by organic contaminants. Further, the concentration of the radioactive substance makes it possible to reduce the volume in the radioactive substance solidification process.

以下、本発明を更に詳細に説明するために実施例を挙げるが、本発明はこれらの実施例に限定されるべきではない。なお、実施例中に、特に断りのない限り、「%」および「部」は重量基準である。   Examples are given below to describe the present invention in more detail, but the present invention should not be limited to these examples. In the examples, “%” and “parts” are based on weight unless otherwise specified.

実施例および比較例に示す陽イオン交換膜の特性は、以下の方法により測定した。   The characteristics of the cation exchange membranes shown in Examples and Comparative Examples were measured by the following methods.

1)膜含水率(H)
イオン交換膜の乾燥重量を予め測定しておき、その後、脱イオン水に浸漬し膨潤平衡に達したところで湿潤重量を測定した。膜含水率(H)は下式により算出した。
H=<(Ww−Dw)/ 1.0> /<(Ww−Dw)/ 1.0+(Dw/1.3)>
ここで1.0と1.3はそれぞれ水とポリマーの比重を示している。
・H:膜含水率[−]
・Dw:膜の乾燥重量[g]
・Ww:膜の湿潤重量[g]
1) Membrane moisture content (H)
The dry weight of the ion exchange membrane was measured in advance, and then the wet weight was measured when it was immersed in deionized water and reached a swelling equilibrium. The membrane water content (H) was calculated by the following equation.
H = <(Ww−Dw) /1.0> / <(Ww−Dw) /1.0+ (Dw / 1.3)>
Here, 1.0 and 1.3 indicate the specific gravity of water and polymer, respectively.
-H: membrane water content [-]
Dw: dry weight of membrane [g]
Ww: wet weight of the film [g]

2)陽イオン交換容量の測定
陽イオン交換膜を1mol/LのHCl水溶液に10時間以上浸漬する。その後、1mol/LのNaNO水溶液で水素イオン型をナトリウムイオン型に置換させ、遊離した水素イオンを酸-塩基滴定により定量した(Amol)。
2) Measurement of cation exchange capacity A cation exchange membrane is immersed in a 1 mol / L aqueous HCl solution for 10 hours or more. Thereafter, the hydrogen ion type was replaced with the sodium ion type with 1 mol / L NaNO 3 aqueous solution, and the liberated hydrogen ions were quantified by acid-base titration (Amol).

次に、同じ陽イオン交換膜を1mol/LのNaCl水溶液に4時間以上浸漬し、イオン交換水で十分に水洗したのち熱風乾燥機中で105℃、8時間乾燥し、乾燥時の重さW(g)を測定した。
イオン交換容量は次式により算出した。
イオン交換容量=A×1000/W[mmol/g−乾燥膜]
Next, the same cation exchange membrane is immersed in a 1 mol / L NaCl aqueous solution for 4 hours or more, washed thoroughly with ion exchange water, dried in a hot air drier at 105 ° C. for 8 hours, and the weight when dried W (G) was measured.
The ion exchange capacity was calculated by the following formula.
Ion exchange capacity = A × 1000 / W [mmol / g-dry membrane]

3)ポリビニルアルコール系共重合体中の塩の測定
ポリビニルアルコール系共重合体中の塩類の量は、ポリビニルアルコール系共重合体の架橋前の皮膜をメタノール溶液にて48時間ソックスレー抽出を行い、抽出物を乾固後、イオンクロマトグラフィICS−5000(DIONEX社製)により測定を行った。
3) Measurement of the salt in the polyvinyl alcohol copolymer The amount of the salt in the polyvinyl alcohol copolymer was determined by Soxhlet extraction of the film before crosslinking of the polyvinyl alcohol copolymer with a methanol solution for 48 hours. The product was dried and then measured by ion chromatography ICS-5000 (manufactured by DIONEX).

4)膜抵抗の測定
膜抵抗は、図2に示される白金黒電極板を有する2室セル中に陽イオン交換膜を挟み、膜の両側に0.5mol/L−NaCl溶液を満たし、交流ブリッジ(周波数10サイクル/秒)により25℃における電極間の抵抗を測定し、該電極間抵抗と陽イオン交換膜を設置しない場合の電極間抵抗との差により求めた。上記測定に使用する膜は、あらかじめ0.5mol/L−NaCl溶液中で平衡にしたものを用いた。
4) Measurement of membrane resistance The membrane resistance was measured by sandwiching a cation exchange membrane in a two-chamber cell having a platinum black electrode plate as shown in Fig. 2, and filling a 0.5 mol / L-NaCl solution on both sides of the membrane. The resistance between the electrodes at 25 ° C. was measured by (frequency 10 cycles / second), and was determined by the difference between the resistance between the electrodes and the resistance between the electrodes when no cation exchange membrane was installed. The membrane used for the above measurement was previously equilibrated in a 0.5 mol / L-NaCl solution.

5)ドメインサイズの測定
蒸留水に浸漬した陽イオン交換膜を一辺1cmの正方形に切り出して測定試料を作製した。この測定試料を、酢酸鉛(II)で染色した後、TEM(透過電子顕微鏡)を用いて観察し、測定試料中の粒子群についての画像を得た。得られた画像について、三谷商事株式会社製画像処理ソフト「WINROOF」を用いて画像処理を行い、各々の粒子の最大粒子径を求めた。約400個の粒子について最大粒子径を求め、最大粒子径の累積頻度が50%である粒子径を、陽イオン交換膜のアニオン性基ポリマーセグメントのドメインサイズとした。
5) Measurement of domain size A cation exchange membrane immersed in distilled water was cut into a 1 cm square to prepare a measurement sample. This measurement sample was stained with lead acetate (II) and then observed using a TEM (transmission electron microscope) to obtain an image of a particle group in the measurement sample. The obtained image was subjected to image processing using image processing software “WINROOF” manufactured by Mitani Corporation, and the maximum particle size of each particle was determined. The maximum particle size was determined for about 400 particles, and the particle size at which the cumulative frequency of the maximum particle size was 50% was defined as the domain size of the anionic group polymer segment of the cation exchange membrane.

<PVA−1(分子末端にメルカプト基をポリビニルアルコール系共重合体の合成)の作製>
特開昭59−187003号公報に記載された方法によって、表1に示す分子末端にメルカプト基を有するポリビニルアルコール(PVA−1)を合成した。PVA−1の重合度およびけん化度を表1に示す。
<Production of PVA-1 (Synthesis of polyvinyl alcohol copolymer with mercapto group at molecular end)>
Polyvinyl alcohol (PVA-1) having a mercapto group at the molecular end shown in Table 1 was synthesized by the method described in JP-A-59-187003. Table 1 shows the polymerization degree and saponification degree of PVA-1.

Figure 2015200585
Figure 2015200585

<NaSS−1(アニオン性単量体)>
表2に示すポリスチレンスルホン酸ナトリウムモノマー(NaSS:東ソー製)をそのまま用いた。塩類の含有量はイオンクロマトグラフィICS−5000(DIONEX社製)により測定を行った。なお、表2に示す全塩量以外のモノマー中の不純物は水分とした。
<NaSS-1 (anionic monomer)>
The polystyrene sulfonate sodium monomer (NaSS: manufactured by Tosoh Corporation) shown in Table 2 was used as it was. The salt content was measured by ion chromatography ICS-5000 (manufactured by DIONEX). The impurities in the monomer other than the total salt amount shown in Table 2 were moisture.

<NaSS−2の作製>
ポリスチレンスルホン酸ナトリウムモノマー(NaSS:東ソー製)を1000gと純水950g、水酸化ナトリウム40g、硝酸ナトリウム、1gを60℃で1時間溶解させ、20℃に冷却して再結晶を行った。その後、遠心ろ過によりポリスチレンスルホン酸モノマーの結晶を分離し、結晶を乾燥させ表2に示すNaSS−2(精製ポリスチレンスルホン酸モノマー)を得た。塩類の含有量はイオンクロマトグラフィICS−5000(DIONEX社製)により測定を行った。
<Preparation of NaSS-2>
1000 g of sodium polystyrene sulfonate monomer (NaSS: manufactured by Tosoh Corp.), 950 g of pure water, 40 g of sodium hydroxide, 1 g of sodium nitrate were dissolved at 60 ° C. for 1 hour, cooled to 20 ° C. and recrystallized. Thereafter, the polystyrenesulfonic acid monomer crystals were separated by centrifugal filtration, and the crystals were dried to obtain NaSS-2 (purified polystyrenesulfonic acid monomer) shown in Table 2. The salt content was measured by ion chromatography ICS-5000 (manufactured by DIONEX).

Figure 2015200585
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<P−1(アニオン性ブロック共重合体)の合成>
還流冷却管、攪拌翼を備え付けた1L四つ口セパラブルフラスコに水660g、末端にメルカプト基を有するビニルアルコール系重合体として表1に示すPVA−1を80gと、NaSS−1を46.6g仕込み、攪拌下95℃まで加熱して該ビニルアルコール系重合体とNaSS−1を溶解した。また、水溶液中に窒素をバブリングしながら30分間系内を窒素置換した。窒素置換後、90℃まで冷却し、上記水溶液に2,2’−アゾビス[2−メチル−N(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]5.4%溶液13mlを1.5時間かけて逐次的に添加してブロック共重合を開始、進行させた後、系内温度を90
℃に1時間維持して重合をさらに進行させ、ついで冷却して、固形分濃度15%のPVA−(b)−p−スチレンスルホン酸ナトリウム水溶液を得た。得られた水溶液の一部を乾燥した後、重水に溶解し、400MHzでの1H−NMR測定に付した結果、パラスチレンスルホン酸ナトリウム単位の変性量は10モル%であった。得られたアニオン性ブロック共重合体の特性を表3に示す。
<Synthesis of P-1 (anionic block copolymer)>
A 1 L four-necked separable flask equipped with a reflux condenser and a stirring blade was 660 g of water, 80 g of PVA-1 shown in Table 1 as a vinyl alcohol polymer having a mercapto group at the end, and 46.6 g of NaSS-1. The resulting mixture was heated to 95 ° C. with stirring to dissolve the vinyl alcohol polymer and NaSS-1. The system was purged with nitrogen for 30 minutes while bubbling nitrogen into the aqueous solution. After purging with nitrogen, the mixture was cooled to 90 ° C., and 13 ml of a 5.4% solution of 2,2′-azobis [2-methyl-N (2-hydroxyethyl) propionamide] was sequentially added to the above aqueous solution over 1.5 hours. After the addition and start and advance of block copolymerization, the system temperature is increased to 90.
The polymerization was further continued for 1 hour, and then cooled, and then cooled to obtain a PVA- (b) -p-sodium styrenesulfonate aqueous solution having a solid concentration of 15%. A part of the obtained aqueous solution was dried, dissolved in heavy water, and subjected to 1H-NMR measurement at 400 MHz. As a result, the amount of modification of the sodium parastyrenesulfonate unit was 10 mol%. Table 3 shows the properties of the obtained anionic block copolymer.

<P−2の合成>
アニオン性基含有単量体の種類および仕込み量を表3に示す内容に変更した。これ以外はP−1と同様の方法により固形分濃度15%のPVA−(b)−p−スチレンスルホン酸ナトリウム水溶液を得た。得られたアニオン性ブロック共重合体の特性を表3に示す。
<Synthesis of P-2>
The type and amount of the anionic group-containing monomer were changed to those shown in Table 3. Except for this, a PVA- (b) -p-sodium styrenesulfonate aqueous solution having a solid concentration of 15% was obtained in the same manner as P-1. Table 3 shows the properties of the obtained anionic block copolymer.

<P−3の合成>
還流冷却管、攪拌翼を備え付けた1L四つ口セパラブルフラスコに、水616g、末端にメルカプト基を有するビニルアルコール系重合体として表1に示すPVA−1を80gと、NaSS−1を46.6gと、を仕込み、攪拌下95℃まで加熱して該ビニルアルコール系重合体とNaSS−1を溶解した後、室温まで冷却した。該水溶液に1/2規定の硫酸を添加してpHを3.0に調整した。90℃まで加温し、また、水溶液中に窒素をバブリングしながら30分間系内を窒素置換した。窒素置換後、上記水溶液に過硫酸カリウムの2.5%水溶液63mLを1.5時間かけて逐次的に添加してブロック共重合を開始、進行させた後、系内温度を90℃に1時間維持して重合をさらに進行させ、ついで冷却して、固形分濃度15%のPVA−(b)−p−スチレンスルホン酸ナトリウムブロック共重合体水溶液を得た。得られた水溶液の一部を乾燥した後、重水に溶解し、400MHzでの1H−NMR測定に付した結果、p−スチレンスルホン酸ナトリウム単位の変性量は10モル%であった。得られたアニオン性ブロック共重合体の特性を表3に示す。
<Synthesis of P-3>
In a 1 L four-necked separable flask equipped with a reflux condenser and a stirring blade, 616 g of water, 80 g of PVA-1 shown in Table 1 as a vinyl alcohol polymer having a mercapto group at the end, and 46. NaSS-1 were obtained. 6 g was charged and heated to 95 ° C. with stirring to dissolve the vinyl alcohol polymer and NaSS-1, and then cooled to room temperature. 1/2 N sulfuric acid was added to the aqueous solution to adjust the pH to 3.0. The system was heated to 90 ° C., and the system was purged with nitrogen for 30 minutes while bubbling nitrogen into the aqueous solution. After nitrogen substitution, 63 mL of a 2.5% aqueous solution of potassium persulfate was sequentially added to the aqueous solution over 1.5 hours to start and proceed with block copolymerization, and then the system temperature was increased to 90 ° C. for 1 hour. The polymerization was further continued to proceed, followed by cooling to obtain a PVA- (b) -p-sodium styrenesulfonate block copolymer aqueous solution having a solid concentration of 15%. A part of the obtained aqueous solution was dried, dissolved in heavy water, and subjected to 1H-NMR measurement at 400 MHz. As a result, the amount of modification of the sodium p-styrenesulfonate unit was 10 mol%. Table 3 shows the properties of the obtained anionic block copolymer.

<P−4〜5の合成>
アニオン性基含有単量体の種類および仕込み量を表3に示す内容に変更した。これ以外はP−3と同様の方法により固形分濃度15%のPVA−(b)−p−スチレンスルホン酸ナトリウム水溶液を得た。得られたアニオン性ブロック共重合体の特性を表3に示す。
<Synthesis of P-4 to 5>
The type and amount of the anionic group-containing monomer were changed to those shown in Table 3. Except for this, a PVA- (b) -p-sodium styrenesulfonate aqueous solution having a solid concentration of 15% was obtained in the same manner as P-3. Table 3 shows the properties of the obtained anionic block copolymer.

<P−6の合成>
攪拌機、温度センサー、滴下漏斗および還流冷却管を備え付けた6Lのセパラブルフラスコに、酢酸ビニル2450g、メタノール762g、および2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム(AMPS)27gを仕込み、攪拌下に系内を窒素置換した後、内温を60℃まで上げた。この系に2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)を0.8g含有するメタノール20gを添加し、重合反応を開始した。重合開始時点より2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム(AMPS)を25質量%含有するメタノール溶液568gを系内に添加しながら、4時間重合反応を行った後、重合反応を停止した。重合反応を停止した時点における系内の固形分濃度、すなわち、重合反応スラリー全体に対する固形分の含有率は30質量%であった。ついで、系内にメタノール蒸気を導入することにより、未反応の酢酸ビニル単量体を追い出し、ビニルエステル共重合体を30質量%含有するメタノール溶液を得た。
<Synthesis of P-6>
A 6 L separable flask equipped with a stirrer, temperature sensor, dropping funnel and reflux condenser was charged with 2450 g of vinyl acetate, 762 g of methanol, and 27 g of sodium 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate (AMPS) under stirring. After the system was purged with nitrogen, the internal temperature was raised to 60 ° C. To this system, 20 g of methanol containing 0.8 g of 2,2′-azobisisobutyronitrile (AIBN) was added to initiate the polymerization reaction. While adding 568 g of methanol solution containing 25% by mass of sodium 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate (AMPS) to the system from the start of polymerization, the polymerization reaction was stopped for 4 hours, and then the polymerization reaction was stopped. The solid content concentration in the system when the polymerization reaction was stopped, that is, the solid content with respect to the entire polymerization reaction slurry was 30% by mass. Subsequently, methanol vapor was introduced into the system to drive out unreacted vinyl acetate monomer, thereby obtaining a methanol solution containing 30% by mass of a vinyl ester copolymer.

このビニルエステル共重合体を30質量%含有するメタノール溶液に、該共重合体中の酢酸ビニル単位に対する水酸化ナトリウムのモル比が0.02、ビニルエステル共重合体の固形分濃度が30質量%となるように、メタノール、水酸化ナトリウムを10質量%含有するメタノール溶液をこの順序で攪拌下に加え、40℃でけん化反応を開始した。   In a methanol solution containing 30% by mass of this vinyl ester copolymer, the molar ratio of sodium hydroxide to vinyl acetate units in the copolymer is 0.02, and the solid content concentration of the vinyl ester copolymer is 30% by mass. Then, a methanol solution containing 10% by mass of methanol and sodium hydroxide was added in this order with stirring, and the saponification reaction was started at 40 ° C.

けん化反応の進行に伴ってゲル化物が生成した直後に、これを反応系から取り出して粉砕し、ついで、ゲル化物が生成してから1時間が経過した時点で、この粉砕物に酢酸メチルを添加することにより中和を行い、膨潤状態のポリビニルアルコール−ポリ(2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム)のランダム共重合体の水溶液を得た。この膨潤したアニオン性重合体に対して質量基準で6倍量(浴比6倍)のメタノールを加え、還流下に1時間洗浄し、該重合体をろ取した。該重合体を65℃で16時間乾燥した。得られた重合体を重水に溶解し、400MHzでの1H−NMR測定を行ったところ、該アニオン性重合体中のアニオン性単量体の含有量、すなわち、該重合体中の単量体単位の総数に対する2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム単量体単位の数の割合は5モル%であった。得られたアニオン性ランダム共重合体の特性を表4に示す。   Immediately after the saponification reaction has occurred, a gelled product is formed and taken out from the reaction system and pulverized. Then, when 1 hour has passed since the gelated product was formed, methyl acetate was added to the pulverized product. By carrying out neutralization, an aqueous solution of a random copolymer of polyvinyl alcohol-poly (sodium 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate) in a swollen state was obtained. To this swollen anionic polymer, 6 times the amount of methanol (6 times the bath ratio) of methanol was added and washed under reflux for 1 hour, and the polymer was collected by filtration. The polymer was dried at 65 ° C. for 16 hours. When the obtained polymer was dissolved in heavy water and subjected to 1H-NMR measurement at 400 MHz, the content of the anionic monomer in the anionic polymer, that is, the monomer unit in the polymer The ratio of the number of sodium 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonate monomer units to the total number of 5 mol% was 5 mol%. Table 4 shows the properties of the obtained anionic random copolymer.

Figure 2015200585
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Figure 2015200585
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<CEM−1の作製>
P−3の樹脂を濃度10wt%まで希釈し、樹脂溶液の1倍の体積のメタノールにより再沈して塩類を除去した樹脂を取り出した。このとき含有塩量(C)は、4.5wt%であった。次いで、必要量の蒸留水を加えて濃度15wt%の水溶液を調整した。この水溶液を縦270mm×横210mmのアクリル製のキャスト板に流し込み、余分な液、気泡を除去した後、50℃のホットプレート上で24時間乾燥させることにより、皮膜を作製した。
<Production of CEM-1>
The resin of P-3 was diluted to a concentration of 10 wt%, and the resin from which salts were removed by reprecipitation with 1 volume of methanol of the resin solution was taken out. At this time, the salt content (C) was 4.5 wt%. Next, a necessary amount of distilled water was added to prepare an aqueous solution having a concentration of 15 wt%. This aqueous solution was poured into a cast board made of acrylic having a length of 270 mm and a width of 210 mm to remove excess liquid and bubbles, and then dried on a hot plate at 50 ° C. for 24 hours to prepare a film.

こうして得られた皮膜を、160℃で30分間熱処理し、物理的な架橋を生じさせた。ついで、皮膜を2mol/Lの硫酸ナトリウムの電解質水溶液に24時間浸漬させた。該水溶液にそのpHが1になるように濃硫酸を加えた後、1.0体積%グルタルアルデヒド水溶液に皮膜を浸漬し、25℃で24時間スターラーを用いて撹拌し、架橋処理を行った。ここで、グルタルアルデヒド水溶液としては、石津製薬株式会社製「グルタルアルデヒド」(25体積%)を水で希釈したものを用いた。架橋処理の後、皮膜を脱イオン水に浸漬し、途中数回脱イオン水を交換しながら、皮膜が膨潤平衡に達するまで浸漬させ、陽イオン交換膜を得た。   The film thus obtained was heat treated at 160 ° C. for 30 minutes to cause physical crosslinking. Subsequently, the film was immersed in an aqueous electrolyte solution of 2 mol / L sodium sulfate for 24 hours. Concentrated sulfuric acid was added to the aqueous solution so that the pH was 1, and then the film was immersed in a 1.0% by volume glutaraldehyde aqueous solution and stirred with a stirrer at 25 ° C. for 24 hours to carry out a crosslinking treatment. Here, as the glutaraldehyde aqueous solution, a product obtained by diluting “glutaraldehyde” (25% by volume) manufactured by Ishizu Pharmaceutical Co., Ltd. with water was used. After the crosslinking treatment, the film was immersed in deionized water, and the film was immersed until the film reached a swelling equilibrium while exchanging the deionized water several times in the middle to obtain a cation exchange membrane.

(イオン交換膜の評価)
このようにして作製した陽イオン交換膜を、所望の大きさに裁断し、測定試料を作製した。得られた測定試料を用い、上記方法にしたがって、膜含水率、荷電密度、陽イオン交換容量、膜抵抗の測定、相分離ドメインサイズの評価を行った。得られた結果を表5に示す。また、上記の方法に従って、スクロースリーク率、エタノールリーク率、脱塩率、及び耐有機汚染性の評価の測定を行なった。得られた結果を表6に示す。
(Evaluation of ion exchange membrane)
The cation exchange membrane thus prepared was cut into a desired size to prepare a measurement sample. Using the obtained measurement sample, the membrane water content, charge density, cation exchange capacity, membrane resistance were measured and the phase separation domain size was evaluated according to the above methods. The results obtained are shown in Table 5. Moreover, according to said method, the measurement of evaluation of sucrose leak rate, ethanol leak rate, desalination rate, and organic-contamination resistance was performed. The results obtained are shown in Table 6.

<CEM−2の作製>
P−3の樹脂を濃度10wt%まで希釈し、樹脂溶液の2倍の体積のメタノールにより再沈して塩類を除去した樹脂を取り出した。次いで、必要量の蒸留水を加えて濃度15wt%の水溶液を調整した。この水溶液を縦270mm×横210mmのアクリル製キャスト板に流し込み、余分な液、気泡を除去した後、50℃のホットプレート上で24時間乾燥させることにより、皮膜を作製した。このとき含有塩量(C)は、4.0wt%であった。これ以外は、CEM−1と同様にして陽イオン交換膜の膜特性を測定した。得られた測定結果を表5に示す。
<Production of CEM-2>
The resin of P-3 was diluted to a concentration of 10 wt%, and the resin from which salts were removed by reprecipitation with twice the volume of methanol as the resin solution was taken out. Next, a necessary amount of distilled water was added to prepare an aqueous solution having a concentration of 15 wt%. This aqueous solution was poured onto an acrylic cast plate having a length of 270 mm and a width of 210 mm to remove excess liquid and bubbles, and then dried on a hot plate at 50 ° C. for 24 hours to prepare a film. At this time, the salt content (C) was 4.0 wt%. Except for this, the membrane characteristics of the cation exchange membrane were measured in the same manner as CEM-1. The obtained measurement results are shown in Table 5.

<CEM−3の作製>
P−2の水溶液を縦270mm×横210mmのアクリル製のキャスト板に流し込み、余分な液、気泡を除去した後、50℃のホットプレート上で24時間乾燥させることにより、皮膜を作製した。このとき含有塩量(C)は、2.8wt%であった。これ以外は、CEM―1と同様にして陽イオン交換膜の膜特性を測定した。得られた測定結果を表5に示す。
<Preparation of CEM-3>
An aqueous solution of P-2 was poured onto an acrylic cast plate having a length of 270 mm and a width of 210 mm to remove excess liquid and bubbles, and then dried on a hot plate at 50 ° C. for 24 hours to prepare a film. At this time, the salt content (C) was 2.8 wt%. Except for this, the membrane characteristics of the cation exchange membrane were measured in the same manner as CEM-1. The obtained measurement results are shown in Table 5.

<CEM−4作製>
CEM−3において、熱処理温度を表5に示すように変更した以外は、CEM−3と同様にして陽イオン交換膜の膜特性を測定した。得られた測定結果を表5に示す。
<CEM-4 production>
In CEM-3, the membrane characteristics of the cation exchange membrane were measured in the same manner as in CEM-3 except that the heat treatment temperature was changed as shown in Table 5. The obtained measurement results are shown in Table 5.

<CEM−5作製>
P−3の樹脂を濃度10wt%まで希釈し、樹脂溶液の5倍の体積のメタノールにより再沈して塩類を除去した樹脂を取り出した。次いで、必要量の蒸留水を加えて濃度15wt%の水溶液を調整した。この水溶液を縦270mm×横210mmのアクリル製のキャスト板に流し込み、余分な液、気泡を除去した後、50℃のホットプレート上で24時間燥させることにより、皮膜を作製した。このとき含有塩量(C)は、2.0wt%であった。これ以外は、CEM−1と同様にして陽イオン交換膜の膜特性を測定した。得られた測定結果を表5に示す。
<CEM-5 production>
The resin of P-3 was diluted to a concentration of 10 wt%, and the resin from which salts were removed by reprecipitation with 5 times the volume of methanol of the resin solution was taken out. Next, a necessary amount of distilled water was added to prepare an aqueous solution having a concentration of 15 wt%. This aqueous solution was poured onto an acrylic cast plate having a length of 270 mm and a width of 210 mm to remove excess liquid and bubbles, and then dried on a hot plate at 50 ° C. for 24 hours to prepare a film. At this time, the salt content (C) was 2.0 wt%. Except for this, the membrane characteristics of the cation exchange membrane were measured in the same manner as CEM-1. The obtained measurement results are shown in Table 5.

<CEM−6作製>
P−3の樹脂を濃度10wt%まで希釈し、樹脂溶液の10倍の体積のメタノールにより再沈して塩類を除去した樹脂を取り出した。次いで、必要量の蒸留水を加えて濃度15wt%の水溶液を調整した。この水溶液を縦270mm×横210mmのアクリル製のキャスト板に流し込み、余分な液、気泡を除去した後、50℃のホットプレート上で24時間乾燥させることにより、皮膜を作製した。このとき含有塩量(C)は、1.5wt%であった。これ以外は、CEM−1と同様にして陽イオン交換膜の膜特性を測定した。得られた測定結果を表5に示す。
<CEM-6 production>
The P-3 resin was diluted to a concentration of 10 wt%, and the resin from which salts were removed by reprecipitation with 10 times the volume of methanol of the resin solution was taken out. Next, a necessary amount of distilled water was added to prepare an aqueous solution having a concentration of 15 wt%. This aqueous solution was poured into a cast board made of acrylic having a length of 270 mm and a width of 210 mm to remove excess liquid and bubbles, and then dried on a hot plate at 50 ° C. for 24 hours to prepare a film. At this time, the salt content (C) was 1.5 wt%. Except for this, the membrane characteristics of the cation exchange membrane were measured in the same manner as CEM-1. The obtained measurement results are shown in Table 5.

<CEM−7〜11の作製>
陽イオン交換樹脂を表5に示した内容に変更した以外はCEM−1と同様にして陽イオン交換膜の膜特性を測定した。得られた測定結果を表5に示す。
<Production of CEM-7 to 11>
The membrane characteristics of the cation exchange membrane were measured in the same manner as CEM-1 except that the cation exchange resin was changed to the contents shown in Table 5. The obtained measurement results are shown in Table 5.

Figure 2015200585
Figure 2015200585

図1(a)、図1(b)、図1(c)、図1(d)および図1(e)は、塩含有量の異なるブロック共重合体を用いた陽イオン交換膜のTEM写真を示している(塩含有量は、表5を参照)。図1(a)〜図1(e)のTEM写真から、相分離構造は塩含有量により変化し、塩含有重量(C)/ブロック共重合体の重量(P)の減少と共にドメインサイズが小さくなることがわかる。特に変性量10モル%での含有塩の重量(C)が最も少ない図1(b)[CEM−7]では、膜の相溶性が向上し、ドメインサイズが4nmと非常に小さいものであった。一方で、含有塩重量(C)の最も多い図1(C)[CEM−8]では、相分離が激しく空隙が発生した。 1 (a), 1 (b), 1 (c), 1 (d) and 1 (e) are TEM photographs of cation exchange membranes using block copolymers having different salt contents. (See Table 5 for salt content). From the TEM photographs of FIGS. 1 (a) to 1 (e), the phase separation structure varies depending on the salt content, and the domain size decreases with decreasing salt-containing weight (C) / block copolymer weight (P). I understand that In particular, in FIG. 1 (b) [ CEM-7] in which the weight (C) of the contained salt is the smallest at a modification amount of 10 mol%, the compatibility of the film is improved and the domain size is as very small as 4 nm. . On the other hand, in FIG. 1 (C) [CEM-8] having the largest salt content (C), phase separation was severe and voids were generated.

表5の結果からは、特に塩含有重量(C)が4.0%以下のブロック共重合体(P)を用いた陽イオン交換膜は、ドメインサイズが150nm以下となり、膜抵抗が低い膜となり、陽イオン交換膜として優れていることが判る(CEM−1〜7)。さらに、塩含有重量(C)が3.5%以下の膜は、ドメインサイズが130nm以下であり、膜抵抗が低くなることがわかる(CEM−2〜7)。一方で、塩含有重量が4.0%よりも多いブロック共重合体を用いた陽イオン交換膜はドメインサイズが150nmよりも大きく、高い膜抵抗であり、陽イオン交換膜としての特性が発現しなかった(CEM−8〜10)。特に、塩含有量(C)の多いものは膜のポリマーセグメントの相分離が激しく、イオン交膜全体で空隙が発生し、イオン交換膜として満足のいく特性を発現していない(CEM−8)。なお、CEM−9では、精製したNaSS−2を使用しているが、重合開始剤としてKPSを使用しているため、得られた陽イオン交換樹脂中の塩含有量は高い。   From the results in Table 5, the cation exchange membrane using the block copolymer (P) having a salt content weight (C) of 4.0% or less is a membrane having a domain size of 150 nm or less and a low membrane resistance. It can be seen that it is excellent as a cation exchange membrane (CEM-1 to 7). Furthermore, it can be seen that a film having a salt-containing weight (C) of 3.5% or less has a domain size of 130 nm or less and a low film resistance (CEM-2 to 7). On the other hand, a cation exchange membrane using a block copolymer having a salt content of more than 4.0% has a domain size larger than 150 nm, a high membrane resistance, and exhibits characteristics as a cation exchange membrane. None (CEM-8-10). In particular, when the salt content (C) is large, the phase separation of the polymer segment of the membrane is severe, and voids are generated in the entire ion exchange membrane, and satisfactory characteristics as an ion exchange membrane are not expressed (CEM-8). . In CEM-9, purified NaSS-2 is used, but since KPS is used as the polymerization initiator, the salt content in the obtained cation exchange resin is high.

<実施例1>
放射性廃液を含む海水のモデル液として、濃度0.5mol/Lの塩化ナトリウムおよび濃度300ppmのフミン酸、CsCl(水溶液中のCs濃度として1000ppm)を含んだ水溶液を用いて、図3に示す電気透析装置を用いる製造方法により塩濃縮を実施した。被処理液(モデル液)1は、一旦被処理液槽2へ移され、その後、循環ポンプ3で電気透析装置4へ供給され電気透析が行われた。電気透析中、電気透析装置4と濃縮水槽5との間は循環ポンプ3で循環を行いながら濃縮を行い、電気透析装置4と被処理液槽2との間は循環ポンプ3で循環を行いながら脱塩を行った。電気透析装置4は小型電気透析装置CH−0型(AGCエンジニアリング(株)製)にて、陽イオン交換膜にCEM−1、陰イオン交換膜にセレミオンAMV(AGCエンジニアリング(株)製)を用いて陰極と陽極の両電極間に交互に配列してスタックを組み立て、25℃で電流密度1A/dmにて7時間濃縮試験を実施した。7時間後の濃縮液の塩濃度、有機汚染度(開始時点の電圧からの7時間運転後の電圧の上昇倍率)を測定した結果を表6に示す。
<Example 1>
As a model seawater solution containing radioactive liquid waste, an electrodialysis shown in FIG. 3 using an aqueous solution containing 0.5 mol / L sodium chloride, 300 ppm humic acid, and CsCl (1000 ppm as the Cs concentration in the aqueous solution). Salt concentration was carried out by a production method using an apparatus. The liquid to be treated (model liquid) 1 was once transferred to the liquid tank 2 to be treated, and then supplied to the electrodialyzer 4 by the circulation pump 3 to perform electrodialysis. During electrodialysis, concentration is performed while circulating between the electrodialyzer 4 and the concentrated water tank 5 with the circulation pump 3, and circulation between the electrodialyzer 4 and the liquid tank 2 to be treated is performed with the circulation pump 3. Desalting was performed. The electrodialysis apparatus 4 is a small electrodialysis apparatus CH-0 type (manufactured by AGC Engineering Co., Ltd.) using CEM-1 as a cation exchange membrane and Selemion AMV (manufactured by AGC Engineering Co., Ltd.) as an anion exchange membrane. Then, the stack was assembled alternately between the cathode and anode electrodes, and a concentration test was conducted at 25 ° C. at a current density of 1 A / dm 2 for 7 hours. Table 6 shows the results of measuring the salt concentration of the concentrated solution after 7 hours and the degree of organic contamination (voltage increase rate after 7 hours of operation from the voltage at the start).

<実施例2〜7>
用いる陽イオン交換膜を表6に示す内容に変更した以外は実施例1と同様にして放射性廃液の脱塩試験を行った。得られた結果を表6に示す。
<Examples 2 to 7>
A desalting test of the radioactive liquid waste was performed in the same manner as in Example 1 except that the cation exchange membrane used was changed to the contents shown in Table 6. The results obtained are shown in Table 6.

<比較例1〜4>
用いる陽イオン交換膜を表6に示す内容に変更した以外は実施例1と同様にして放射性廃液の脱塩試験を行った。得られた結果を表6に示す。
<Comparative Examples 1-4>
A desalting test of the radioactive liquid waste was performed in the same manner as in Example 1 except that the cation exchange membrane used was changed to the contents shown in Table 6. The results obtained are shown in Table 6.

<比較例5>
陽イオン交換膜に市販品CMV(AGCエンジニアリング(株)社製)を用いて実施例1と同じ条件で測定した。結果を表6に示す。
<Comparative Example 5>
Measurement was performed under the same conditions as in Example 1 using a commercial product CMV (manufactured by AGC Engineering Co., Ltd.) as the cation exchange membrane. The results are shown in Table 6.

Figure 2015200585
Figure 2015200585

表6の結果から明らかなように、本発明に係る製造方法においては、ドメインサイズが150nmの以下のミクロ相分離構造を有する陽イオン交換膜を用いた電気透析では、濃縮液のNaCl、CsCl濃度が高く、かつ、膜抵抗の上昇も低い(膜の汚染が少ない)ことが判る(実施例1〜7)。とくに、ドメインサイズが100nm以下では濃縮液のNaCl、Cs濃度がより高くなることが示されている(実施例3〜7)。   As is apparent from the results of Table 6, in the production method according to the present invention, the concentration of NaCl and CsCl in the concentrated solution is obtained by electrodialysis using a cation exchange membrane having a microphase separation structure with a domain size of 150 nm or less. It is found that the film resistance is high and the increase in film resistance is low (contamination of the film is small) (Examples 1-7). In particular, it has been shown that the NaCl and Cs concentrations of the concentrated solution become higher when the domain size is 100 nm or less (Examples 3 to 7).

一方、相分離の激しい陽イオン交換膜(比較例1、2)、ドメインサイズが180nmのミクロ相分離構造を有する陽イオン交換膜(比較例3)、相分離構造の確認されない陽イオン交換膜(比較例4)を用いた場合には、濃縮液の塩濃度が実施例1〜7よりも低いことがわかる。また、市販品の陽イオン交換膜を用いた電気透析では、電気上昇率が著しく高く、膜汚染されやすいことがわかる(比較例5)。以上のことから、ビニルアルコール系共重合体からなる陽イオン交換膜でポリマーセグメントの相分離を0nm<X≦150nmの範囲内に抑えた陽イオン交換膜を用いて電気透析を行うと、塩の濃縮性に優れるともに、耐汚染性に優れていることが分かる。   On the other hand, a cation exchange membrane (Comparative Examples 1 and 2) with severe phase separation, a cation exchange membrane having a microphase separation structure with a domain size of 180 nm (Comparative Example 3), and a cation exchange membrane with no confirmed phase separation structure ( When Comparative Example 4) is used, it can be seen that the salt concentration of the concentrate is lower than that of Examples 1-7. It can also be seen that electrodialysis using a commercially available cation exchange membrane has a remarkably high rate of increase in electricity and is easily contaminated with the membrane (Comparative Example 5). From the above, when electrodialysis is carried out using a cation exchange membrane made of a vinyl alcohol copolymer and suppressing the phase separation of the polymer segment within the range of 0 nm <X ≦ 150 nm, It turns out that it is excellent in the concentration property and is excellent in stain resistance.

本発明に係る、アニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントを有
するビニルアルコール系共重合体から構成される陽イオン交換膜は、膜抵抗に優れるとともに耐汚染性に優れている。そのため、放射性廃液(特に、海水成分を含む放射性廃液など)をこのイオン交換膜により電気透析することにより、放射性核種の濃縮を好適に行うことができ、濃縮された放射性核種を効率よく除去するという産業上の利用可能性がある。
A cation exchange membrane comprising a vinyl alcohol copolymer having an anionic polymer segment and a vinyl alcohol polymer segment according to the present invention is excellent in membrane resistance and stain resistance. Therefore, radionuclides can be concentrated conveniently by electrodialyzing radioactive wastewater (especially radioactive wastewater containing seawater components) with this ion exchange membrane, and the concentrated radionuclides are efficiently removed. There is industrial applicability.

以上、本発明の好ましい実施態様を例示的に説明したが、当業者であれば、特許請求の
範囲に開示した本発明の範囲および精神から逸脱することなく多様な修正、付加および置
換ができることが理解可能であろう。
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above by way of example, those skilled in the art can make various modifications, additions and substitutions without departing from the scope and spirit of the present invention disclosed in the claims. It will be understandable.

A イオン交換膜
B 白金電極
C NaCl水溶液
D 水浴
E LCRメーター
1 被処理液
2 被処理液槽
3 循環ポンプ
4 電気透析装置
5 濃縮水槽
A Ion exchange membrane B Platinum electrode C NaCl aqueous solution D Water bath E LCR meter 1 Liquid to be treated 2 Liquid tank to be treated 3 Circulating pump 4 Electrodialyzer 5 Concentrated water tank

Claims (13)

少なくとも放射性電解質を含む放射性廃液を処理する方法であって、
前記放射性廃液を、陰極と陽極の間に陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを交互に配列させた電気透析装置で処理し、前記放射性電解質に含まれる放射性核種が濃縮された濃縮液を得る処理工程を少なくとも備えており、
前記陽イオン交換膜として、アニオン性基を有するアニオン性重合体セグメントとビニルアルコール重合体セグメントを有するポリビニルアルコール系共重合体を含有し、ドメインサイズ(X)が0nm<X≦150nmの範囲内にあるミクロ相分離構造を有する陽イオン交換膜を用いることを特徴とする、放射性廃液の処理方法。
A method for treating a radioactive liquid waste containing at least a radioactive electrolyte,
The radioactive liquid waste is treated with an electrodialysis apparatus in which a cation exchange membrane and an anion exchange membrane are alternately arranged between a cathode and an anode to obtain a concentrated solution in which the radionuclide contained in the radioelectrolyte is concentrated. At least a processing step,
The cation exchange membrane contains an anionic polymer segment having an anionic group and a polyvinyl alcohol copolymer having a vinyl alcohol polymer segment, and the domain size (X) is in the range of 0 nm <X ≦ 150 nm. A method for treating radioactive liquid waste, comprising using a cation exchange membrane having a certain microphase separation structure.
前記ビニルアルコール重合体セグメントは、アニオン性基を含有しないビニルアルコール重合体から形成されるセグメントであり、該セグメントを有するビニルアルコール系共重合体を含有する陽イオン交換膜を用いて行うことを特徴とする請求項1に記載の放射性廃液の処理方法。   The vinyl alcohol polymer segment is a segment formed from a vinyl alcohol polymer not containing an anionic group, and is performed using a cation exchange membrane containing a vinyl alcohol copolymer having the segment. The method for treating radioactive liquid waste according to claim 1. 前記ビニルアルコール系共重合体に架橋構造が導入されていることを特徴とする、請求項1または2に記載の放射性廃液の処理方法。   The method for treating a radioactive liquid waste according to claim 1 or 2, wherein a crosslinked structure is introduced into the vinyl alcohol copolymer. 前記架橋構造が、ビニルアルコール系共重合体をジアルデヒド化合物と反応させて導入されたものである、請求項3に記載の放射性廃液の処理方法。   The method for treating a radioactive liquid waste according to claim 3, wherein the crosslinked structure is introduced by reacting a vinyl alcohol copolymer with a dialdehyde compound. 前記ビニルアルコール系共重合体が、ビニルアルコール重合体ブロックとアニオン性基を有するアニオン性重合体ブロックを有するアニオン性ブロック共重合体であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の放射性廃液の処理方法。   The said vinyl alcohol-type copolymer is an anionic block copolymer which has a vinyl alcohol polymer block and an anionic polymer block which has an anionic group, The any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. A method for treating radioactive liquid waste according to 1. 前記ビニルアルコール系共重合体が、ビニルアルコール重合体ブロックとアニオン性基を有するアニオン性重合体ブロックを有するアニオン性グラフト共重合体であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の放射性廃液の処理方法。   The said vinyl alcohol-type copolymer is an anionic graft copolymer which has a vinyl alcohol polymer block and an anionic polymer block which has an anionic group, The any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. A method for treating radioactive liquid waste according to 1. 前記陽イオン交換膜のイオン交換容量が、0.30meq/g以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の放射性廃液の処理方法。   The method for treating a radioactive liquid waste according to any one of claims 1 to 6, wherein an ion exchange capacity of the cation exchange membrane is 0.30 meq / g or more. 前記陽イオン交換膜の膜抵抗が、10Ωcm以下であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の放射性廃液の処理方法。 The membrane resistance of the said cation exchange membrane is 10 ohm-cm < 2 > or less, The processing method of the radioactive waste liquid of any one of Claims 1-7 characterized by the above-mentioned. 前記放射性廃液が、海水成分を含む放射性廃液であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の放射性廃液の処理方法。   The said radioactive waste liquid is a radioactive waste liquid containing a seawater component, The processing method of the radioactive waste liquid of any one of Claims 1-8 characterized by the above-mentioned. 前記放射性廃液が、さらに非放射性電解質を含み、前記濃縮液を得る処理工程において、放射性核種とともに、前記非放射性電解質の陽イオンが濃縮されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の放射性廃液の処理方法。   The radioactive waste liquid further contains a non-radioactive electrolyte, and in the treatment step of obtaining the concentrated liquid, the cations of the non-radioactive electrolyte are concentrated together with the radionuclide. The processing method of radioactive liquid waste as described in a term. 前記非放射性電解質が、無機酸または無機塩であることを特徴とする請求項10に記載の放射性廃液の処理方法。   The method for treating a radioactive liquid waste according to claim 10, wherein the non-radioactive electrolyte is an inorganic acid or an inorganic salt. 前記無機塩が塩化ナトリウムおよび/または塩化カリウムであることを特徴とする請求項11に記載の放射性廃液の処理方法。   The method for treating a radioactive liquid waste according to claim 11, wherein the inorganic salt is sodium chloride and / or potassium chloride. 前記放射性電解質がCo、Mn、Fe、Sr、Y、I、Cs、Pu、Ce、Ru、Am、Cm、Te、U、Mo、Sb、Nd、Ce、およびNpからなる群から選択される少なくとも一種に由来する放射性核種を含むことを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載の放射性廃液の処理方法。   The radioactive electrolyte is at least selected from the group consisting of Co, Mn, Fe, Sr, Y, I, Cs, Pu, Ce, Ru, Am, Cm, Te, U, Mo, Sb, Nd, Ce, and Np. The method for treating a radioactive liquid waste according to claim 1, comprising a radionuclide derived from one species.
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