JP2020195947A - イオン交換樹脂の前処理装置およびイオン交換樹脂の前処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
イオン交換法によれば、設備費用負担が小さく、省エネルギーで、不純物を高度に精製除去し得るとされている。
上記イオン交換樹脂の含有水分を低減する方法としては、イオン交換樹脂を減圧乾燥する方法や、減圧乾燥に加えてイオン交換樹脂に非水溶媒を通液して除去する方法が知られている(例えば、特許文献1(特表2000−505042号公報)参照)。
(1)非水溶媒を貯蔵する原液タンク、イオン交換樹脂を収容したイオン交換樹脂容器、非水溶媒中の水分を除去する水分除去装置並びに陽イオン交換体および陰イオン交換体を収容したイオン除去装置を少なくとも有するとともに、
前記原液タンクから、前記イオン交換樹脂容器、前記水分除去装置および前記イオン除去装置の順に非水溶媒を通液した後、通液した非水溶媒を前記原液タンクに返送する循環送液管、
前記原液タンクから、前記水分除去装置、前記イオン除去装置および前記イオン交換樹脂容器の順に非水溶媒を通液した後、通液した非水溶媒を前記原液タンクに返送する循環送液管並びに
前記原液タンクから、前記イオン除去装置、前記イオン交換樹脂容器および前記水分除去装置の順に非水溶媒を通液した後、通液した非水溶媒を前記原液タンクに返送する循環送液管
から選ばれる少なくとも一つの循環送液管を有する
ことを特徴とするイオン交換樹脂の前処理装置、
(2)前記イオン交換樹脂が、陽イオン交換樹脂および陰イオン交換樹脂から選ばれる一種以上である上記(1)に記載のイオン交換樹脂の前処理装置、
(3)前記水分除去装置が、ゼオライトを収容した水分吸着装置である上記(1)または(2)に記載のイオン交換樹脂の前処理装置、
(4)前記イオン除去装置が、陽イオン交換体として、モノリス状有機多孔質カチオン交換体、陽イオン交換樹脂、陽イオン交換基を有するイオン吸着膜およびキレート樹脂から選ばれる一種以上であり、前記陰イオン交換体がモノリス状有機多孔質アニオン交換体および陰イオン交換樹脂から選ばれる一種以上である上記(1)〜(3)のいずれかに記載のイオン交換樹脂の前処理装置、
(5)前記イオン除去装置に収容される陽イオン交換体または陰イオン交換体の含水率が、10質量%以下である上記(1)〜(4)のいずれかに記載のイオン交換樹脂の前処理装置、
(6)前記水分吸着装置に収容されたゼオライトに対し、前記循環送液管内を流通する非水溶媒が上向流で通液するように前記循環送液管が配置されている上記(3)〜(5)のいずれかに記載のイオン交換樹脂の前処理装置、
(7)非水溶媒を貯蔵する原液タンク、イオン交換樹脂を収容したイオン交換樹脂容器、非水溶媒中の水分を除去する水分除去装置並びに陽イオン交換体および陰イオン交換体を収容したイオン除去装置を少なくとも有するイオン交換樹脂の前処理装置に対し、
前記原液タンクから、前記イオン交換樹脂容器、前記水分除去装置および前記イオン除去装置の順に非水溶媒を通液した後、通液した非水溶媒を前記原液タンクに返送する送液
前記原液タンクから、前記水分除去装置、前記イオン除去装置および前記イオン交換樹脂容器の順に非水溶媒を通液した後、通液した非水溶媒を前記原液タンクに返送する送液並びに
前記原液タンクから、前記イオン除去装置、前記イオン交換樹脂容器および前記水分除去装置の順に非水溶媒を通液した後、通液した非水溶媒を前記原液タンクに返送する送液
から選ばれる一種以上の送液を非水溶媒を循環しながら行う
ことを特徴とするイオン交換樹脂の前処理方法
を提供するものである。
前記原液タンクから、前記イオン交換樹脂容器、前記水分除去装置および前記イオン除去装置の順に非水溶媒を通液した後、通液した非水溶媒を前記原液タンクに返送する循環送液管、
前記原液タンクから、前記水分除去装置、前記イオン除去装置および前記イオン交換樹脂容器の順に非水溶媒を通液した後、通液した非水溶媒を前記原液タンクに返送する循環送液管並びに
前記原液タンクから、前記イオン除去装置、前記イオン交換樹脂容器および前記水分除去装置の順に非水溶媒を通液した後、通液した非水溶媒を前記原液タンクに返送する循環送液管
から選ばれる少なくとも一つの循環送液管を有する
ことを特徴とするものである。
図1(a)、図1(b)および図1(c)に示すように、本発明に係るイオン交換樹脂の前処理装置1は、非水溶媒を貯蔵する原液タンク2、イオン交換樹脂を収容したイオン交換樹脂容器3、非水溶媒中の水分を除去する水分除去装置4および陽イオン交換体および陰イオン交換体を収容したイオン除去装置5を少なくとも有している。
図1(d)に例示する態様においては、非水溶媒の通液時に、循環送液管L1、循環送液管L2または循環送液管L3に各々設けられた送液管のバルブを開閉することにより、少なくとも一つの送液管内を通液させることになる。
非水溶媒としては、本発明に係るイオン交換樹脂の前処理装置による前処理後にイオン交換樹脂を流通させる非水溶媒と同一のものであることが好ましい。
有機非水溶媒としては、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール(IPA)、tert−ブチルアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、ブチルカルビトール(BDG)、モノエタノールアミン(MEA)、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン、エトキシメトキシエタン等から選ばれる一種以上を挙げることができる。
アクリル酸エステルとしては、アルキルエステルの部位に含まれるアルキル基の炭素数が1〜4であるアクリル酸アルキルエステルが更に好ましく、アクリル酸メチル、アクリル酸エチルが更に好ましく、アクリル酸メチルが特に好ましい。
メタクリル酸エステルとしては、アルキルエステルの部位に含まれるアルキル基の炭素数が1〜4であるメタクリル酸アルキルエステルがより好ましく、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチルが更に好ましく、メタクリル酸メチルが特に好ましい。
上記陰イオン交換樹脂としては、陰イオン交換基として四級アンモニウム基を有する強塩基性のものや、陰イオン交換基としてアミノ基を有する弱塩基性のものを挙げることができる。
上記キレート樹脂としては、キレート基として、イミノジ酢酸基、アミノメチルリン酸基、イミノプロピオン酸基等から選ばれる一種以上のアミノ基を有するものを挙げることができる。
例えば、イオン交換樹脂容器が、非水溶媒を通液し得るイオン交換樹脂を充填したカラム、塔または槽であってもよい。
また、イオン交換樹脂容器は、非水溶媒を通液するためのポンプを備えたものであってもよい。
非水溶媒を下向流で通液する場合、イオン交換樹脂容器内を流通する非水溶媒を加圧してイオン交換樹脂内で気泡が発生しないように調整することが好ましい。
この場合、上記非水溶媒を加圧する手段(圧力調整手段)として、イオン交換樹脂容器の後段にイオン交換樹脂容器内を所定の圧力まで加圧する背圧弁またはリリーフ弁を設けることが好ましい。上記背圧弁またはリリーフ弁により送液量を絞ることでイオン交換樹脂容器内を加圧してイオン交換樹脂容器内からの気泡の発生を抑制することができる。
上記圧力調整手段は、イオン交換樹脂容器のみならず送液系全体に一定の圧力を付与し得るように、イオン交換樹脂容器とともに、後述する水分除去装置の後段やイオン除去装置の後段にも適宜設けることが好ましい。
図2〜図4に例示するように、イオン交換樹脂容器3内に収容されたイオン交換樹脂に対し、循環送液管内を流通する非水溶媒が下向流で通液するように循環送液管Lが配置されている場合、圧力調整手段として、イオン交換樹脂容器3の後段にイオン交換樹脂容器内を所定の圧力まで加圧する背圧弁またはリリーフ弁V3を設け、係る背圧弁またはリリーフ弁V3により送液量を絞ることでイオン交換樹脂容器3内を加圧してイオン交換樹脂容器3内からの気泡の発生を抑制することができる。
図5〜図7に例示するように、イオン交換樹脂容器に収容されたイオン交換樹脂に対し、循環送液管内を流通する非水溶媒が上向流で通液するように循環送液管Lが配置されている場合、イオン交換樹脂容器内に収容されたイオン交換樹脂中に気泡等が混入した場合であっても、これを脱泡し、非水溶媒とイオン交換樹脂との接触性を好適に維持しながらイオン交換樹脂中の水分を除去、低減することができる。
循環送液管内を流通する非水溶媒が上向流で通液するように循環送液管Lが配置されている場合も、イオン交換樹脂容器の後段にさらに上述した圧力調整手段が設けられていてもよい。
水分除去装置が水分吸着装置である場合、水分吸着装置は、水分吸着材としてゼオライトを収容したものが好ましい。
水分吸着装置に収容するゼオライトとしては、非水溶媒中の水分を吸着し得るものであれば特に制限されず、結晶性ゼオライトから選ばれる一種以上を挙げることができる。
上記結晶性ゼオライトとしては、A型、Y型、X型、チャバサイト、フェリエライト、ZSM−5およびクリノプチロライト等から選ばれる一種以上の結晶性ゼオライトを挙げることができる。
結晶性ゼオライトの細孔径が上記範囲内にあることにより、非水溶媒中の水分を好適に吸着除去することができる。
なお、本出願書類において、上記細孔径は、結晶構造と保持するカチオン種から推定される理論値を意味する。
結晶性ゼオライト直径が上記範囲内にあることにより、ハンドリング性を低下させることなく、非水溶媒を好適に含侵することができる。
例えば、水分吸着装置が、非水溶媒を通液し得るゼオライトを充填したカラム、塔または槽であってもよい。
また、水分吸着装置は、非水溶媒を通液するためのポンプを備えたものであってもよい。
非水溶媒を下向流で通液する場合、上述したように、水分吸着装置内を流通する非水溶媒を加圧して水分吸着材内で気泡が発生しないように調整することが好ましい。
この場合、上記非水溶媒を加圧する手段(圧力調整手段)として、水分吸着装置の後段に水分吸着装置内を所定の圧力まで加圧する背圧弁またはリリーフ弁を設けることが好ましい。
図2〜図4は、本発明に係るイオン交換樹脂の前処理装置1として、水分除去装置4に収容されたゼオライト等の水分吸着材に対し、循環送液管L内を流通する非水溶媒が下向流で通液するように循環送液管Lが配置されていることを示す例である。
図2〜図4に例示するように、水分除去装置4に収容されたゼオライト等の水分吸着材に対し、循環送液管L内を流通する非水溶媒が下向流で通液するように循環送液管Lが配置されている場合、圧力調整手段として、水分除去装置4の後段に水分吸着装置4内を所定の圧力まで加圧する背圧弁またはリリーフ弁V4を設け、係る背圧弁またはリリーフ弁V4により送液量を絞ることで水分吸着装置4内を加圧して水分吸着装置4内からの気泡の発生を抑制することができる。
図5〜図7に例示するように、水分吸着装置に収容された水分吸着材に対し、循環送液管内を流通する非水溶媒が上向流で通液するように循環送液管Lが配置されている場合、水分吸着装置内に収容された水分吸着材中に気泡等が混入した場合であっても、これを脱泡し、非水溶媒と水分吸着材との接触性を好適に維持しながら水分吸着材中の水分を除去、低減することができる。
循環送液管内を流通する非水溶媒が上向流で通液するように循環送液管Lが配置されている場合も、水分吸着装置の後段にさらに上述した圧力調整手段が設けられていてもよい。
上記イオン除去装置の設置位置は、水分除去装置の直後であることが好ましい。
例えば、図2、図3、図5および図6に例示するように、本発明に係るイオン交換樹脂の前処理装置1は、水分除去装置4の直後にイオン除去装置5を設けることにより、水分除去装置4から流出した非水溶媒をイオン除去装置5内に流通させることが好ましい。
上記イオン除去装置を水分除去装置の直後に設けることにより、水分吸着装置内に収容したゼオライト等の水分吸着物質から微量の金属が陽イオン(カチオン)や陰イオン(オキソアニオン)として溶出した場合であっても、容易にこれを捕捉することができる。
また、上記イオン除去装置の設置位置は、水分除去装置の後に配置した原液タンクの直後であってもよい。
例えば、図4および図7に例示するように、本発明に係るイオン交換樹脂の前処理装置1は、水分除去装置4の後に配置した原液タンク2の直後にイオン除去装置5を設けることにより、水分除去装置4から流出した非水溶媒を原液タンク2を介してイオン除去装置5内に流通させることが好ましい。
上記イオン除去装置を水分除去装置の後に配置した原液タンクの直後に設けることにより、水分吸着装置に流入する非水溶媒中の水分やpH等の影響によって水分吸着装置から流出する微量金属の濃度が変動しても、非水溶媒を一旦原液タンクに返送し、原液タンク内に微量金属を分散した後にイオン除去装置に流入させることにより、水分吸着装置に対する負荷変動を容易に抑制することができる。
本発明に係るイオン交換樹脂の前処理装置は、イオン除去装置が、陽イオン交換体として、モノリス状有機多孔質カチオン交換体、陽イオン交換樹脂、陽イオン交換基を有するイオン吸着膜およびキレート樹脂から選ばれる一種以上を含むものが好ましい。
上記モノリス状有機多孔質カチオン交換体としては、例えば、以下に示すモノリス状有機多孔質イオン交換体であって、イオン交換基としてカチオン交換基が導入されているものが挙げられる。
上記イオン吸着膜を構成する母材としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、ナイロン、ポリスチレン、フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホンまたはポリアミド等から選ばれる一種以上が挙げられる。
また、イオン吸着膜が有する陽イオン交換基としては、スルホン酸基、カルボキシル基、イミノ二酢酸基、リン酸基、リン酸エステル基等から選ばれる一種以上が挙げられる。
上記微粒子除去膜としては、表面に孔径0.002〜0.2μmの微細孔を有するものが好ましく、表面に孔径0.002〜0.02μmの微細孔を有するものがより好ましい。
キレート樹脂としては、市販品であってもよく、例えば、三菱化学社製のCR−10、CR−11、住化ケムテックス社製のデュオライトC−467、住友化学社製のMC−700、ランクセス社製のレバチットTP207、レバチットTP208、レバチットTP260、ピュロライト社製のS930、S950、オルガノ社製オルライトDS−21、DS−22等から選ばれる一種以上を挙げることができる。
上記モノリス状有機多孔質アニオン交換体としては、例えば、上述したモノリス状有機多孔質イオン交換体であって、イオン交換基としてアニオン交換基が導入されているものが挙げられる。
本発明に係るイオン交換樹脂の前処理装置において、イオン除去装置に収容される陰イオン交換体が、モノリス状有機多孔質アニオン交換体である場合には、低温で加熱処理して乾燥し含水率を低減することが好ましい。
以下、飽和平衡状態にあるイオン交換体の含水率Aと飽和平衡状態にないイオン交換体の含水率Bに分けて、含水率の測定方法を各々記載しており、評価対象となるイオン交換体の状態に応じて算出方法を使い分ける。例えば、前処理装置に導入され、使用状態にある(飽和平衡状態にある)イオン交換体の含水率としては下記イオン交換体の含水率Aを使用し、販売時の荷姿におけるイオン交換体等、前処理装置導入前の状態における(飽和平衡状態にない)イオン交換体の含水率としては、下記イオン交換体の含水率Bを使用する。
1.飽和平衡状態にあるイオン交換体の含水率A
(1) イオン交換体を、25℃で相対湿度100%の大気に30分間以上接触させ、飽和平衡状態のイオン交換体を得る。
(2) 上記飽和平衡状態のイオン交換体を、恒温乾燥器内において105℃で16時間乾燥処理することにより乾燥状態のイオン交換体を得る。
(3) 飽和平衡状態のイオン交換体の含水率A(質量%)を、下記式により算出する。
飽和平衡状態のイオン交換体の含水率A (質量%)=((乾燥前の飽和平衡状態のイオン交換体の重量(g)−乾燥状態のイオン交換体の重量(g))/乾燥前の飽和平衡状態のイオン交換体の重量(g))×100
(測定の正確性を高めるため、乾燥前の飽和平衡状態のイオン交換体を、5g以上採取して測定する)。
2.飽和平衡状態にないイオン交換体の含水率B
(1) 飽和平衡状態にないイオン交換体を恒温乾燥器で105℃で16時間乾燥させることで乾燥状態のイオン交換体を得る。
(2) 飽和平衡状態にないイオン交換体の含水率B(質量%)を、下記式により算出する。
飽和平衡状態にないイオン交換体の含水率B(質量%)=((乾燥前の飽和平衡状態にないイオン交換体の重量(g)−乾燥状態のイオン交換体の重量(g))/乾燥前の飽和平衡状態にないイオン交換体の重量(g))×100
例えば、イオン除去装置が、非水溶媒を通液し得るイオン交換体を充填したカラム、塔または槽であってもよい。
また、イオン除去装置は、非水溶媒を通液するためのポンプを備えたものであってもよい。
イオン除去装置に収容される陽イオン交換体および陰イオン交換体は、混床形式で収容されていてもよいし、複床形式で収容されていてもよい。
また、図8に例示するように、イオン除去装置5が、陽イオン交換体および陰イオン交換体のいずれかを各々収容した装置5a、5bを有するものであってもよい。
これに対して、本発明に係るイオン交換樹脂の前処理装置においては、水分除去装置内のゼオライト等に流通させた後、さらにイオン除去装置を流通させ金属イオンを除去した上で敢えて循環使用することにより、少量の非水溶媒を流通させることのみで、溶出した金属成分による影響を抑制しつつイオン交換樹脂中の含有水分を容易に低減することができる。
特に本発明に係るイオン交換樹脂の前処理装置においては、イオン除去装置内に陽イオン交換体とともに陰イオン交換体を収容してなるものであることから、水分除去装置内のゼオライト等から陽イオン(カチオン)のみならず陰イオン(オキソアニオン)が溶出するような場合であっても、これを容易に吸着除去することができる。
上記濾材は、表面に孔径0.01〜10μmの微細孔を有するものが好ましく、表面に孔径0.1〜1μmの微細孔を有するものがさらに好ましい。
イオン交換樹脂中の水分を除去するために使用した非水溶媒とは異なる溶媒を処理する場合は、例えば、被処理対象となる非水溶媒を通液して前処理に用いた非水溶媒の置換を行ってから使用に供することができる。
その上で、常法に従い逆洗・押出し操作等を行った後、被処理対象となる非水溶媒を、好ましくはSV(流量/イオン交換樹脂体積比)1〜100hr-1、より好ましくはSV2〜50hr−1、さらに好ましくはSV5〜20hr-1で通液することにより処理することができる。
このため、本発明によれば、循環送液管の流路に少量の非水溶媒を流通させることのみで、非水溶媒中に溶出した金属による交換容量の低下を抑制しつつ、簡便かつ経済的にイオン交換樹脂中の含有水分を低減可能なイオン交換樹脂の前処理装置を提供することができる。
本発明に係るイオン交換樹脂の前処理方法は、非水溶媒を貯蔵する原液タンク、イオン交換樹脂を収容したイオン交換樹脂容器、非水溶媒中の水分を除去する水分除去装置並びに陽イオン交換体および陰イオン交換体を収容したイオン除去装置を少なくとも有するイオン交換樹脂の前処理装置に対し、
前記原液タンクから、前記イオン交換樹脂容器、前記水分除去装置および前記イオン除去装置の順に非水溶媒を通液した後、通液した非水溶媒を前記原液タンクに返送する送液、
前記原液タンクから、前記水分除去装置、前記イオン除去装置および前記イオン交換樹脂容器の順に非水溶媒を通液した後、通液した非水溶媒を前記原液タンクに返送する送液並びに
前記原液タンクから、前記イオン除去装置、前記イオン交換樹脂容器および前記水分除去装置の順に非水溶媒を通液した後、通液した非水溶媒を前記原液タンクに返送する送液
から選ばれる一種以上の送液を非水溶媒を循環しながら行う
ことを特徴とするものである。
また、有機非水溶媒中の金属元素量(質量ppb)は、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP−MS、アジレント・テクノロジー(株)製Agilent8900 ICP−QQQ)により測定した値を意味する。
1.装置構成
図9に示す構成を有するイオン交換樹脂の前処理装置1を用いて、イオン交換樹脂容器3中のイオン交換樹脂の前処理を行った。
上記前処理装置1を構成する、イオン交換樹脂容器3(カラム)に収容されたイオン交換樹脂、水分除去装置4(カラム)内に収容されたゼオライト、およびイオン除去装置5内の装置5aおよび装置5bに各々収容された陰イオン交換体および陽イオン交換体は、各々以下のとおりである。
<イオン交換樹脂>
マクロポーラス型の強酸性カチオン交換樹脂(オルガノ株式会社製(オルライト DS−4)、詳細は以下のとおり)。
母体(樹脂の材質):スチレン−ジビニルベンゼン共重合体
イオン交換基 :スルホン酸基
イオン交換当量 :カチオン交換基1.7mg当量/ml湿潤樹脂以上
飽和平衡状態の含水率 :55質量%
飽和水湿潤状態のイオン形:H形
充填量 :40ml
上記イオン交換樹脂を、予めイソプロピルアルコールを用いイオン交換樹脂の体積に対してベットボリューム(BV)が10となるまで通液して樹脂と樹脂の間の間隙水を洗い流したものをカラムに充填し、イオン交換樹脂容器とした。
<ゼオライト>
東ソー製ゼオラムA−5 SA−500A(詳細は以下のとおり)を150℃で16時間乾燥したもの。
平均細孔径 :4Å
充填量 :40ml
上記ゼオライトを、予めイソプロピルアルコールを用いゼオライトの体積に対してベットボリューム(BV)が10となるまで通液して内部の金属微粒子等を洗い流したものをカラムに充填し、水分除去装置とした。
<陰イオン交換体>
ゲル型の強塩基性陰イオン交換樹脂を(オルガノ株式会社製(オルライト DS−2)詳細は以下のとおり)。
母体(樹脂の材質):スチレン−ジビニルベンゼン共重合体
イオン交換基 :第四アンモニウム塩基
イオン交換当量 :アニオン交換基1.0mg当量/ml湿潤樹脂以上
飽和平衡状態の含水率 :55質量%
飽和水湿潤状態のイオン形:OH形
充填量 :40ml
<陽イオン交換体>
陽イオン交換基を有するイオン吸着膜(インテグリス社製 Protego Plus、詳細は以下のとおり)。
イオン交換メディア :親水性超高分子量ポリエチレン
イオン交換基 :スルホン酸基
イオン交換容量 :≧16ミリ当量/ユニット
除粒子孔径 :0.1μm
膜面積 :0.11m2
図9に示す原液タンク2に貯蔵された非水溶媒であるイソプロピルアルコール(SEグレード、含水率50質量ppm以下)を、原液タンク2から、循環送液管Lを介して、イオン交換樹脂容器3、水分除去装置4およびイオン除去装置5の順に、ポンプPを用いて1時間あたり上記イオン交換樹脂容器3内に収容されたイオン交換樹脂体積の5倍量を通液する速度で通液した後、通液したイソプロピルアルコールを原液タンク2に返送した。
上記イオン交換樹脂容器3内に収容したイオン交換樹の体積に対してベットボリューム(BV)が100となるまで(通液時間が20時間となるまで)継続してイソプロピルアルコールを循環しつつ通液処理した後、イオン除去装置5出口におけるイソプロピルアルコール中の各金属元素濃度を測定した。その結果、イオン除去装置5の出口におけるイソプロピルアルコール中の各金属元素(Li、Na、Mg、Al、K、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Sr、Ag、Cd、Ba、Pb)は何れも50質量ppt以下であった。
実施例1と同様に、図9に示す構成を有するイオン交換樹脂の前処理装置1を用いて、イオン交換樹脂容器3中のイオン交換樹脂の前処理を行った。
上記前処理装置1を構成する、イオン交換樹脂容器3(カラム)に収容されたイオン交換樹脂、水分除去装置4(カラム)内に収容されたゼオライトとしては、実施例1で用いたものと同一のものを用いた。
また、イオン除去装置5内の装置5aおよび装置5bに各々収容された陰イオン交換体および陽イオン交換体として、各々以下のものを用いた。
<陰イオン交換体>
母体(樹脂の材質) :スチレン−ジビニルベンゼン共重合体
イオン交換基 :第四アンモニウム塩基、
イオン交換当量 :アニオン交換基1.0mg当量/ml湿潤樹脂以上
飽和平衡状態の含水率:55質量%
飽和水湿潤状態のイオン形:OH形
充填量 :20ml
<陽イオン交換体>
母体(樹脂の材質) :スチレン−ジビニルベンゼン共重合体
イオン交換基 :スルホン酸基、
イオン交換当量 :カチオン交換基1.7mg当量/ml湿潤樹脂以上
飽和平衡状態の含水率:55質量%
飽和水湿潤状態のイオン形:H形
充填量 :40ml
実施例1の「2.前処理」と同様の条件で、上記イオン交換樹脂容器3内に収容したイオン交換樹の体積に対してベットボリューム(BV)が105となるまで(通液時間が20時間となるまで)継続してイソプロピルアルコールを循環しつつ通液処理した後、水分除去装置4の出口およびイオン除去装置5の出口におけるイソプロピルアルコール中の各金属元素濃度を測定した。その結果、イオン除去装置5の出口におけるイソプロピルアルコール中の各金属元素(Li、Na、Mg、Al、K、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Sr、Ag、Cd、Ba、Pb)は何れも50質量ppt以下であった。
結果を表1に示す(表1において、「<50」は50質量ppt以下を示す)。
実施例1の「2.前処理」において、イソプロピルアルコール(SEグレード、含水率50質量ppm以下)の通液時間(循環処理時間)を20時間から16時間に変更した以外は、実施例1と同様にしてイオン交換樹脂の前処理を行った。
このとき、イオン除去装置5出口におけるイソプロピルアルコール中の水分濃度を測定したところ、水分濃度が20質量ppm以下であった。
1.装置構成
実施例1において、イオン除去装置5を用いず、水分除去装置4から流出する非水溶媒を原液タンク2に返送するように循環送液管Lを配置した以外は、実施例1と同様にイオン交換樹脂の前処理装置を構成した。
2.前処理
上記前処理装置を用いて、実施例1の「2.前処理」と同様の条件で、イオン交換樹脂の体積に対してベットボリューム(BV)が105となるまでイソプロピルアルコール(SEグレード、含水率50質量ppm以下)を通液してイオン交換樹脂の前処理を行った。
このとき、水分除去装置4の出口におけるイソプロピルアルコール中の各金属元素の含有濃度を測定した。結果を表2に示す。
図10に示す前処理装置11を用い、イオン交換樹脂容器3中に収容した以下に示すイオン交換樹脂を下記条件下で前処理した。
<イオン交換樹脂>
マクロポーラス型の強酸性カチオン交換樹脂(オルガノ株式会社製(オルライト DS−4))
母体(樹脂の材質) :スチレン−ジビニルベンゼン共重合体
イオン交換基 :スルホン酸基
イオン交換当量 :カチオン交換基1.7mg当量/ml湿潤樹脂以上
飽和平衡状態の含水率 :55質量%
飽和水湿潤状態のイオン形:H形
充填量 :40ml
図10に示すように、原液タンク2に貯蔵したイソプロピルアルコール(SEグレード、含水率50質量ppm以下)を、上記イオン交換樹脂を収容したイオン交換樹脂容器3の底部から頂部方向にポンプPを用いて1時間あたりイオン交換樹脂量の5倍量となる通液速度で上向流で通液した後、流出した有機非水溶媒Wを貯留タンク6内に貯留する処理を、陽イオン交換体の体積に対してベットボリューム(BV)が40となるまで行うことにより、イオン交換樹脂の前処理を行った。
このとき、ベットボリューム(BV)毎のイオン交換樹脂容器3の出口におけるイソプロピルアルコール中の水分濃度を測定した。結果を表3に示す。表3には、参考のため、実施例3の結果も併記する。
一方、比較例1や比較例2においては、本発明に係る特定の構成を有するイオン交換樹脂の前処理装置を用いていないことから、溶出した金属によりイオン交換樹脂のイオン交換基が消費されてしまい、その影響を抑制し得ないものであったり(比較例1)、イオン交換樹脂中の水分濃度を一定値以下まで低減するために多量の非水溶媒を必要とする(比較例2)ことが分かる。
2 原液タンク
3 イオン交換樹脂容器
4 水分除去装置
5 イオン除去装置
6 貯留タンク
P ポンプ
L、L1、L2 非水溶媒
Claims (7)
- 非水溶媒を貯蔵する原液タンク、イオン交換樹脂を収容したイオン交換樹脂容器、非水溶媒中の水分を除去する水分除去装置並びに陽イオン交換体および陰イオン交換体を収容したイオン除去装置を少なくとも有するとともに、
前記原液タンクから、前記イオン交換樹脂容器、前記水分除去装置および前記イオン除去装置の順に非水溶媒を通液した後、通液した非水溶媒を前記原液タンクに返送する循環送液管、
前記原液タンクから、前記水分除去装置、前記イオン除去装置および前記イオン交換樹脂容器の順に非水溶媒を通液した後、通液した非水溶媒を前記原液タンクに返送する循環送液管並びに
前記原液タンクから、前記イオン除去装置、前記イオン交換樹脂容器および前記水分除去装置の順に非水溶媒を通液した後、通液した非水溶媒を前記原液タンクに返送する循環送液管
から選ばれる少なくとも一つの循環送液管を有する
ことを特徴とするイオン交換樹脂の前処理装置。 - 前記イオン交換樹脂が、陽イオン交換樹脂および陰イオン交換樹脂から選ばれる一種以上である請求項1に記載のイオン交換樹脂の前処理装置。
- 前記水分除去装置が、ゼオライトを収容した水分吸着装置である請求項1または請求項2に記載のイオン交換樹脂の前処理装置。
- 前記イオン除去装置が、陽イオン交換体として、モノリス状有機多孔質カチオン交換体、陽イオン交換樹脂、陽イオン交換基を有するイオン吸着膜およびキレート樹脂から選ばれる一種以上であり、前記陰イオン交換体がモノリス状有機多孔質アニオン交換体および陰イオン交換樹脂から選ばれる一種以上である請求項1〜請求項3のいずれかに記載のイオン交換樹脂の前処理装置。
- 前記イオン除去装置に収容される陽イオン交換体または陰イオン交換体の含水率が、10質量%以下である請求項1〜請求項4のいずれかに記載のイオン交換樹脂の前処理装置。
- 前記水分吸着装置に収容されたゼオライトに対し、前記循環送液管内を流通する非水溶媒が上向流で通液するように前記循環送液管が配置されている請求項3〜請求項5のいずれかに記載のイオン交換樹脂の前処理装置。
- 非水溶媒を貯蔵する原液タンク、イオン交換樹脂を収容したイオン交換樹脂容器、非水溶媒中の水分を除去する水分除去装置並びに陽イオン交換体および陰イオン交換体を収容したイオン除去装置を少なくとも有するイオン交換樹脂の前処理装置に対し、
前記原液タンクから、前記イオン交換樹脂容器、前記水分除去装置および前記イオン除去装置の順に非水溶媒を通液した後、通液した非水溶媒を前記原液タンクに返送する送液、
前記原液タンクから、前記水分除去装置、前記イオン除去装置および前記イオン交換樹脂容器の順に非水溶媒を通液した後、通液した非水溶媒を前記原液タンクに返送する送液並びに
前記原液タンクから、前記イオン除去装置、前記イオン交換樹脂容器および前記水分除去装置の順に非水溶媒を通液した後、通液した非水溶媒を前記原液タンクに返送する送液
から選ばれる一種以上の送液を非水溶媒を循環しながら行う
ことを特徴とするイオン交換樹脂の前処理方法。
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WO2021140764A1 (ja) * | 2020-01-07 | 2021-07-15 | オルガノ株式会社 | 非水溶媒の精製方法及び非水溶媒の精製用のイオン交換樹脂の前処理方法 |
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