JP2022029334A

JP2022029334A - 次亜塩素酸水生成装置及び次亜塩素酸水の製造方法

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Publication number: JP2022029334A
Application number: JP2020132631A
Authority: JP
Inventors: 克美吉永; Katsumi Yoshinaga
Original assignee: Rintecs Inc; Yoshinaga Taizou
Current assignee: Rintecs Inc; Yoshinaga Taizou
Priority date: 2020-08-04
Filing date: 2020-08-04
Publication date: 2022-02-17
Also published as: WO2022030472A1

Abstract

【課題】被処理液のpHを極端に低下させることなくイオン交換し、次亜塩素酸水を生成できる次亜塩素酸水生成装置を提供する。【解決手段】次亜塩素酸塩の水溶液を接触させて同水溶液中の次亜塩素酸濃度を高めるためのイオン交換手段を備えた次亜塩素酸水生成装置において、前記イオン交換手段は、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズと強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズとの混合ベッドよりなることとした。また、前記強酸性陽イオン交換樹脂ビーズと強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズはいずれも膨潤時の直径が0.7mm～1.3mmの粒状であり、両者の混合比率は、膨潤後の容積比で0.9：1.1～1.1：0.9としたことにも特徴を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、次亜塩素酸水生成装置及び次亜塩素酸水の製造方法に関する。

従来、次亜塩素酸が有する殺菌作用は、例えば水道水の殺菌や食品製造機器類の殺菌など多種多様な分野において広く利用されている。

この次亜塩素酸の殺菌作用は、次亜塩素酸ナトリウム(NaClO)などの次亜塩素酸塩を水に溶かした際に生成する次亜塩素酸イオン(ClO^-)であったり、酸の反応により次亜塩素酸イオン(ClO^-)と水素イオン(H⁺)が結合して生成される分子状の次亜塩素酸(HClO)によって発揮される。

次亜塩素酸を殺菌目的で使用する場合、非解離の分子状の次亜塩素酸、すなわちHClOの状態が最も殺菌効果が高いことが一般に知られている。また、次亜塩素酸塩を水やその他水性溶媒に溶かすことで調製される次亜塩素酸塩溶液は、その溶液のpHにより、殺菌効果が著しく変動することが知られている。

次亜塩素酸は、アルカリ性のpHでは次亜塩素酸イオンとして存在し、殺菌効果は低い。一方、pHが3.5を下回るような強い酸性のpHでも、殺菌効果は低く、また塩素ガスが発生することとなる。

次亜塩素酸は、pHがおよそ3.5～6.5のときに、非解離の分子状での存在率が高いものと考えられている。

一方、次亜塩素酸ナトリウム水溶液は、アルカリ性を呈する溶液である。この次亜塩素酸ナトリウム水溶液は、例えば殺菌水として一般に使用される濃度である50～100ppmまで希釈しても、pHは、8.5～9.5程度までしか下がらない。次亜塩素酸を殺菌目的で使用する場合は、より高い殺菌効果を呈するpH、すなわちpHを下げるのが望ましい。

次亜塩素酸ナトリウム水溶液のpHを下げる方法としては、例えば、電解法や二液法などが挙げられる。しかしながら電解法は、電解槽を備えた装置を必要とするためメンテナンス費用などが高価であり、また電極も使用に伴って劣化することから部品交換などのコストもかかる。また、電解法では、低濃度の次亜塩素酸しか製造することができないという問題も挙げられる。

一方、二液法は、次亜塩素酸ナトリウム水溶液に塩酸などの酸液を混合することでpHを酸性側に調整する方法である。しかし、この二液法は、pHの調整に塩酸などの酸液を使用することから安全上の大きな問題がある。

すなわち、酸液を次亜塩素酸ナトリウムと混合すると塩素ガスが発生し、作業を行う上で危険が伴うこととなる。

この点、次亜塩素酸ナトリウム水溶液のpHを下げるために、酸液を使用せずイオン交換樹脂を使用して行う方法がこれまでに幾つか提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００９－２７４９５０号公報

ところが、上記従来の次亜塩素酸水の製造方法は、その製造過程においてpHの著しい低下をもたらすことから、製造中に塩素ガスが発生したり、製造した次亜塩素酸水の殺菌効果が弱いという問題を有していた。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、被処理液のpHを極端に低下させることなくイオン交換し、次亜塩素酸水を生成できる次亜塩素酸水生成装置、及び次亜塩素酸水製造方法を提供する。

上記従来の課題を解決するために、本発明に係る次亜塩素酸水生成装置では、（１）次亜塩素酸塩の水溶液を接触させて同水溶液中の次亜塩素酸濃度を高めるためのイオン交換手段を備えた次亜塩素酸水生成装置において、前記イオン交換手段は、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズと強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズとの混合ベッドよりなることとした。

また、本発明に係る次亜塩素酸水生成装置では、（２）前記強酸性陽イオン交換樹脂ビーズと強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズはいずれも膨潤時の直径が0.7mm～1.3mmの粒状であり、両者の混合比率は、膨潤後の容積比で0.9：1.1～1.1：0.9としたことにも特徴を有する。

また、本発明に係る次亜塩素酸水の製造方法では、（３）強酸性陽イオン交換樹脂ビーズと強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズとの混合ベッドに次亜塩素酸塩の水溶液を接触させることとした。

本発明に係る次亜塩素酸水生成装置によれば、次亜塩素酸塩の水溶液を接触させて同水溶液中の次亜塩素酸濃度を高めるためのイオン交換手段を備えた次亜塩素酸水生成装置において、前記イオン交換手段は、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズと強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズとの混合ベッドよりなることとしたため、被処理液のpHを極端に低下させることなくイオン交換して次亜塩素酸水を生成することが可能な次亜塩素酸水生成装置を提供することができる。

また、前記強酸性陽イオン交換樹脂ビーズと強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズはいずれも膨潤時の直径が0.7mm～1.3mmの粒状であり、両者の混合比率は、膨潤後の容積比で0.9：1.1～1.1：0.9とすれば、pHの極端な低下をより堅実に抑制することができる。

また、本発明に係る次亜塩素酸水の製造方法では、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズと強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズとの混合ベッドに次亜塩素酸塩の水溶液を接触させることとしたため、被処理液のpHを極端に低下させることなくイオン交換して次亜塩素酸水を生成することが可能な次亜塩素酸水の製造方法を提供することができる。

本実施形態に係る次亜塩素酸水生成装置の構成を示したブロック図である。イオン交換装置の内部構成を示した模式図である。イオン交換樹脂ベッド内での被処理液との反応を示した説明図である。

本発明は、次亜塩素酸塩の水溶液を接触させて同水溶液中の次亜塩素酸濃度を高めるためのイオン交換手段を備えた次亜塩素酸水生成装置において、被処理液のpHを極端に低下させることなくイオン交換し、次亜塩素酸水を生成できる次亜塩素酸水生成装置を提供するものである。

次亜塩素酸の塩溶液は、殺菌剤や漂白剤として市販され、各家庭から食品工場、医療機関など様々な分野において広く利用されている。

溶液中の次亜塩素酸は、pHに依存して状態が変化し、またそれに応じて殺菌等の効果が変化する。ここで、pHと次亜塩素酸の状態の関係について言及すると、次亜塩素酸は溶液中において下記式(i)：
HClO + OH^- ←→ ClO^- + H₂O (i)
や、下記式(ii)：
HClO + H⁺ + Cl^- ←→ Cl₂ + H₂O (ii)
の化学平衡反応が起こっていると考えられており、pHが概ね4.5～6.5程度であれば式(i)と式(ii)のいずれにおいても右辺から左辺への反応が優勢であり、処理液中の分子状次亜塩素酸濃度は比較的高く保たれているが、さらにpHが高くなると式(i)の左辺から右辺へ向かう反応が優勢となり、処理液中の分子状次亜塩素酸濃度は漸次低くなり、pH9付近では凡そ97％が、pH10付近ではほぼ全てが次亜塩素酸イオンの状態で存在することとなる。

また、pHが4.5よりも低くなると、式(ii)の左辺から右辺へ向かう反応が優勢となる。従って、この場合も処理液中の分子状次亜塩素酸濃度は漸次低くなり、しかも塩素ガスが発生することとなる。

このことを踏まえると、次亜塩素酸塩、特に殺菌や漂白の目的で広く使用されている次亜塩素酸ナトリウムの溶液は、その製造過程に由来して液性がアルカリ性であることから、次亜塩素酸の多くは次亜塩素酸イオンの状態であり、分子状次亜塩素酸が多く存在する状態に比して殺菌等の効果は弱い状態と言える。

そこで先述したように、溶液中の分子状次亜塩素酸の濃度を高めるべく、次亜塩素酸ナトリウムの如き次亜塩素酸塩の溶液のpHを下げるためにイオン交換樹脂を使用する方法が提案されている。

引用文献１に開示された方法では、強酸性陽イオン交換樹脂を充填した第１のカラムと、強塩基性陰イオン交換樹脂を充填した第２のカラムを作成し、次亜塩素酸塩水溶液が供給される上流側から第１、第２の順で直列に連結してイオン交換手段を構築し、これを次亜塩素酸水の製造装置に備えることで次亜塩素酸塩水溶液から次亜塩素酸水の製造を行うようにしている。なお、以下の説明において、このような次亜塩素酸水の製造方法を単に従来法ともいう。

ところが、本発明者の鋭意研究によれば、このような従来法では次亜塩素酸水の製造中に塩素ガスが発生するため、作業環境上好ましくないということが明らかとなった。

また、従来法により得た次亜塩素酸水は分子状次亜塩素酸濃度が低く、殺菌や消毒など分子状次亜塩素酸に由来する所定の効果（以下、殺菌等効果ともいう。）も十分ではない。

また本発明者は、これらの問題はいずれも、次亜塩素酸塩溶液の処理中において、被処理液のpHが極端に低下してしまうことに原因があると考えた。

そして、更なる検討を行い、被処理液の極端なpHの低下は、強酸性陽イオン交換基より遊離する水素イオンが、次亜塩素酸塩を構成する金属イオン、例えば次亜塩素酸ナトリウムであればナトリウムイオンと本来であれば１：１の関係で交換されるべきところ、比率的により多く遊離しているためであるとの考えに至った。

すなわち、本発明者が今般発見した、次亜塩素酸塩を構成する金属イオンに対する強酸性陽イオン交換基からの水素イオンの過剰な遊離現象（以下、水素イオン過剰遊離現象という。）が生起されることで、被処理液のpHは極端に低下し、式(ii)の左辺から右辺へ向かう反応が優勢となって分子状次亜塩素酸濃度が低下すると共に、第１のカラムの中乃至第２のカラムまでの接続配管中において塩素ガスが生成されると考えた。

そして、このような状態で被処理液が第２のカラムに導入されると、塩素は塩素ガスの状態で安定しており強塩基性陰イオン交換基との交換反応を行うことができないため、pHを上昇させることができず、結果として従来法により得た次亜塩素酸水は分子状次亜塩素酸濃度が低くなっていると考えた。

勿論、本発明者によるこれら一連の考えは今後の更なる研究や検証が待たれる部分もあるが、従来法における塩素ガスの発生や製造した次亜塩素酸水の殺菌効果が弱いという問題を解決すべく、これら一連の考えに基づいて本発明に特徴的な構成を採用したところ、興味深いことに問題は解決された。

すなわち、本実施形態に係る次亜塩素酸水生成装置の特徴的な構成として、イオン交換手段を、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズと強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズとの混合ベッドよりなることとして、被処理液のpHを極端に低下させることなくイオン交換し、塩素ガスの発生を抑制しつつ殺菌等の効果の高い次亜塩素酸水を生成できる次亜塩素酸水生成装置を提供することとしている。

そして、このような構成による効果は、あくまで予想の範囲ではあるが、次のような作用によるものと考えられる。すなわち、イオン交換手段に供給された次亜塩素酸塩溶液は、強酸性陽イオン交換樹脂により次亜塩素酸塩を構成する金属イオンと水素イオンとのイオン交換が成される。すると、その直近にて直ちに強塩基性陰イオン交換樹脂による塩素イオンと水酸化物イオンとのイオン交換が行われる。従って、水酸化物イオンの遊離によってpHの低下が抑制されると共に、分子状次亜塩素酸の存在比率を高め、更には塩素分子の生成もまた抑制される。なお、これら作用は本発明の構成要件ではなく、本発明の理解に供すべく言及していることに留意されたい。ただし、出願人が本発明を権利化するにあたり、先述の一連の考えや上記作用等を構成の一部とすることは妨げない。

なお、本発明の構成によれば、イオン交換手段に供給された次亜塩素酸塩溶液は、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズではなく、先に強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズと接触乃至イオン交換反応が行われる場合もある。この点、特許文献１では段落0014において、次亜塩素酸塩溶液はまず強酸性陽イオン交換樹脂と接触させるべき旨を明確な理由と共に言及している。しかしながら本発明では、これら示唆とは逆に、強塩基性陰イオン交換樹脂と先にイオン交換されてしまう可能性のある手法を敢えて採用しつつ、従来法にて生じていた問題点の解決を図っている点で大きく異なっている。

ここで、強酸性陽イオン交換樹脂は、次亜塩素酸塩を構成する金属イオンとイオン交換可能で水素イオンを遊離できるものであれば特に限定されるものではなく、代表的には交換基としてスルホン酸基を有するイオン交換樹脂を挙げることができる。

また、強塩基性陰イオン交換樹脂は、塩素イオンをイオン交換して水酸化物イオンを遊離できるものであれば特に限定されるものではなく、代表的には、交換基として四級アンモニウム基を持つ陰イオン交換樹脂、例えば、トリメチルアンモニウム基をやジメチルエタノールアンモニウム基を交換基として備えた陰イオン交換樹脂を挙げることができる。

それぞれのイオン交換樹脂の形態は特に限定されるものではなく、繊維状であったり、不織布状（シート状）やビーズ状（粒状）としたものが反応面積が広く、イオン交換効率上有利であるが、それ以外の形状であっても目的に応じて採用可能である。

中でもビーズ状のものは強酸性陽イオン交換樹脂体と強塩基性陰イオン交換樹脂体との均一（一様）な混合ベッドの調製が容易であり、強酸性陽イオン交換樹脂体と反応した被処理液を強塩基性陰イオン交換樹脂体の近傍に直ちに接近させることができるため好ましい。

イオン交換容量としては、例えば水の脱イオン目的で市販されているイオン交換樹脂であれば、通常は気にすることなくいずれでも採用することが可能であると思われるが、敢えて規定するならば、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズは1.7～2.2eq/L-resin程度、強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズは0.9～1.4eq/L-resin程度とすることができる。

膨潤後のビーズ（粒）径は、その測定方法については厳密に限定されるものではないが、水に膨潤させた際の投影面積円相当径、例えば無作為に選択した粒を平面に撒き、顕微鏡などを用いて上方より観察した際に粒が占める平面的な面積と同面積の円の径が0.7～1.3mmの粒径のものであったり、同範囲の調和平均径を有するものを好適に使用することができる。なお、本明細書において特に断りのない限り、強酸性陽イオン交換樹脂体や強塩基性陰イオン交換樹脂体の粒の径や大きさに関する説明は、いずれも投影面積円相当径と解することができる。強酸性陽イオン交換樹脂ビーズと強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズの径の大きさは、同じ大きさでも良いし、異ならせることもできる。

また、前記強酸性陽イオン交換樹脂ビーズと強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズとの混合比率は、生成される次亜塩素酸水のpHが4.5～6.5程度であれば特に限定されるものではないが、例えば、両樹脂ビーズの径をほぼ同じ大きさとした場合、膨潤後の容積比で強酸性陽イオン交換樹脂ビーズ：強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズの比率を0.9：1.1～1.1：0.9とすることで、被処理液のpHを極端に低下させることなく、塩素ガスの発生が抑制され、更には分子状次亜塩素酸濃度が高められた次亜塩素酸水をより堅実に生成することができる。

本実施形態に係る次亜塩素酸水生成装置は、次亜塩素酸塩の水溶液を接触させて同水溶液中の次亜塩素酸濃度を高めるためのイオン交換手段であって上述の構成のものを備えていれば、その他構成については本願の趣旨に反しない限り如何様な構成であっても良い。

一例としては、次亜塩素酸塩溶液をイオン交換手段に供給する次亜塩素酸塩溶液供給手段や、イオン交換手段で処理された次亜塩素酸水を吐出するための次亜塩素酸水吐出手段などを備えることができる。

次亜塩素酸塩溶液供給手段としては、例えば高低差を利用した次亜塩素酸塩溶液の供給機構であったり、液送ポンプであったり、次亜塩素酸塩溶液を供給するための配管やバルブなどが挙げられる。

また、次亜塩素酸水吐出手段としては、例えば、高低差を利用した次亜塩素酸水の吐出機構であったり、液送ポンプであったり、次亜塩素酸水を吐出させるための配管やバルブなどが挙げられる。

また、本明細書では、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズと強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズとの混合ベッドに次亜塩素酸塩の水溶液を接触させる次亜塩素酸水の製造方法についても提供する。

このような構成を備えることで、被処理液のpHを極端に低下させることなくイオン交換して次亜塩素酸水を生成することが可能な次亜塩素酸水の製造方法を提供することができる。

以下、本実施形態に係る次亜塩素酸水生成装置や、次亜塩素酸水の製造方法について、図面を参照しながら説明する。

〔１．次亜塩素酸水生成装置〕
図１は、本実施形態に係る次亜塩素酸水の製造方法を適用した次亜塩素酸水生成装置Ａの構成を示すブロック図である。次亜塩素酸水生成装置Ａは、ろ過装置１１、軟水化装置１２、調合タンク１３、液送ポンプ１４、イオン交換装置１５、薬液タンク１６、充填・梱包設備１７を備えている。

ろ過装置１１、軟水化装置１２、調合タンク１３、液送ポンプ１４は、イオン交換装置１５へ次亜塩素酸塩溶液を供給するための次亜塩素酸塩溶液供給手段として機能する部位である。

ろ過装置１１は、所定濃度の次亜塩素酸溶液の調製に利用する水を得るために、供給される原水、例えば井水や水道水などをろ過することで、原水中に含まれる不溶性の不純物の除去を行う装置である。

軟水化装置１２は、ろ過装置１１を経たろ過済の原水からマグネシウムイオンやカルシウムイオンなどの硬度成分を除去して軟水化するための装置である。本実施形態において軟水化装置１２は、ボンベタイプのカラム容器にナトリウムイオン置換型強酸性陽イオン交換樹脂を充填することで構成している。

調合タンク１３は、所定濃度の次亜塩素酸溶液の調製するためのタンクである。調合タンク１３には、供給バルブ１３ａが備えられており、軟水化装置１２を経た所定量の軟水を調合タンク１３内に供給できるよう構成している。

また、調合タンク１３には、図示しない撹拌装置が備えられており、貯留した軟水に原料用次亜塩素酸塩水溶液２１を供給して撹拌することで、所定濃度の次亜塩素酸塩水溶液２２を調製可能としている。なお、本実施形態では一例として、凡そ200～600ppmの次亜塩素酸塩水溶液２２を調製している。

調製した次亜塩素酸塩水溶液２２は、液送ポンプ１４を介してイオン交換装置１５へ供給（圧送）される。

イオン交換装置１５は、本実施形態に係る次亜塩素酸水生成装置Ａのイオン交換手段として機能する部位であり、次亜塩素酸塩水溶液２２中の分子状次亜塩素酸の濃度を高めて次亜塩素酸水２３を生成するための部位である。

図２は、イオン交換装置１５の内部構成を示した模式図である。イオン交換装置１５は、ボンベタイプのカラム容器３０内に、分子状次亜塩素酸濃度向上用のイオン交換樹脂混合材３１を充填して構成している。

カラム容器３０は、上部にネジ口開口３２ａを備えた有底筒状のボンベ本体３２と、次亜塩素酸塩水溶液の入水口３３ａ及び次亜塩素酸水の出水口３３ｂを備え前記ネジ口開口に螺合させてボンベ内を密閉する蓋体３３とより構成された容器であり、入水口３３ａから次亜塩素酸塩水溶液２２を供給することで、ボンベ本体３２内に充填されたイオン交換樹脂混合材３１と接触して被処理液との間でイオン交換がなされ、処理済溶液である次亜塩素酸水２３が出水口３３ｂより吐出するよう構成されている。

また蓋体３３には、直管状の集水管３４が備えられている。この集水管３４は、螺合閉蓋した際に同蓋体３３からボンベ本体３２の底部近傍までボンベ内空の略中央に配される管であり、底部側端部には吐水と共にイオン交換樹脂混合材３１が流出せぬようトラップ（図示せず）が設けられ、蓋体３３側の端部は前述の出水口に接続されている。

ここで、ボンベ本体３２の内部空間に形成されたイオン交換樹脂ベッド３５を構成するイオン交換樹脂混合材３１は、図中白丸で示す強酸性陽イオン交換樹脂ビーズ３１ａと、図中黒丸で示す強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズ３１ｂとの混合物としている。

換言すれば、次亜塩素酸水生成装置Ａのイオン交換手段として機能するイオン交換装置１５のイオン交換樹脂ベッド３５は、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズ３１ａと強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズ３１ｂとの混合ベッドよりなることとしている。

また、本実施形態に係る次亜塩素酸水生成装置Ａでは、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズ３１ａはスルホン酸基をイオン交換基として有するものを採用し、強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズ３１ｂはトリメチルアンモニウム基をイオン交換基として有するものを採用しており、そのビーズ（粒）の大きさは、両イオン交換樹脂ともに膨潤時における投影面積円相当径が0.7～1.3mm程度であるものを使用して、ほぼ同じ大きさとしている。また、イオン交換容量は、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズ３１ａは1.7～2.2eq/L-resinで、強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズ３１ｂは0.9～1.4eq/L-resinである。なお、図中に示すイオン交換樹脂混合材３１の各粒の大きさや、カラム容器３０との相対的な大きさは誇張して示しており、正確な大きさや形状を示すものではないことに留意されたい。

また、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズ３１ａと強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズ３１ｂとの混合比は、膨潤後の容量比で0.9：1.1～1.1：0.9となる程度の割合としている。

そして、このような構成を備えたイオン交換装置１５において、液送ポンプ１４により所定の供給圧で入水口３３ａからボンベ本体３２の内部空間の上部に至った被処理溶液は、イオン交換樹脂混合材３１により形成されたイオン交換樹脂ベッド３５の上部より下方に向かって浸透しつつイオン交換が行われる。

このときの過程を図３を参照しながら説明する。図３は、次亜塩素酸ナトリウム溶液がイオン交換樹脂ベッド３５に供給され、被処理液として浸透し移動する間の強酸性陽イオン交換樹脂ビーズ３１ａや強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズ３１ｂとの反応過程を概念的に示した説明図である。なお、この図３の説明図は、本発明者らが現時点で想定している作用過程を本発明の理解に供すべく示すものであり、また、例えばステップＳ１において次亜塩素酸塩水溶液２２中に含まれであろう分子状次亜塩素酸や、ステップＳ７において次亜塩素酸水２３中に含まれるであろう次亜塩素酸イオンなど、その他本来存在する分子やイオンを一部省略して記載しており、イオンや分子の存在比率等を含め必ずしも正確な表現であることを保証するものではない。また、これら説明は本発明の技術的範囲を何ら制限するものではないが、本出願人は本願を権利化するにあたり、これら記載に基づいて権利範囲の限定を行うことを妨げるものでもない。

図３のステップＳ１に示すように、イオン交換樹脂ベッド３５に供給された次亜塩素酸ナトリウム水溶液には、ナトリウムイオンや次亜塩素酸イオンが含まれる。

その一方、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズ３１ａの表面には、強酸性陽イオン交換基としてのスルホン酸基が存在している。

このスルホン酸基は、ステップＳ２及びステップＳ３に示すように、次亜塩素酸ナトリウム水溶液中のナトリウムイオンとイオン交換する。

そして、イオン交換されたナトリウムイオンは、ステップＳ４に示すように、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズ３１ａの表面にてスルホン酸ナトリウムの形で保持される一方、水素イオンが水中に遊離する。

このとき、理由については未だ明確ではないが、先述の水素イオン過剰遊離現象により、余分に遊離した水素イオンが存在し、pHの低下が一時的に進行する。

それゆえ従来技術であれば、第１のカラムを通過している間に先述の(ii)の平衡反応式における左辺から右辺への反応が進行し、被処理液中に存在する塩素イオンは塩素分子を構成するため、著しい塩素臭の原因となっていた。

これに対し、本実施形態に係る次亜塩素酸水生成装置Ａによれば、イオン交換手段であるイオン交換樹脂ベッド３５に強酸性陽イオン交換樹脂ビーズ３１ａと強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズ３１ｂとよりなるイオン交換樹脂混合材３１を採用している。

従って、ステップＳ４に示すように、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズ３１ａのスルホン酸基からの水素イオンの遊離が行われたすぐそばに、強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズ３１ｂのイオン交換基であるトリメチルアンモニウム基が存在しており、塩素分子が生成する暇を与えることなく、ステップＳ５及びステップＳ６に示すように水酸基イオンと塩素イオンとのイオン交換が行われる。

それゆえ、ステップＳ７に示すように、水素イオンが中和されてpHの極端な低下が抑制されると共に塩素分子の発生を妨げて、次亜塩素酸水の製造中の作業環境に塩素ガスが漏れ出すことを可及的抑制することができる。

また、ステップＳ６を経た被処理水には、残存する水素イオンによってpH4.5～6.5程度の酸性が保たれている。従って、ステップＳ７に示すように、次亜塩素酸は分子状次亜塩素酸としてより多く存在することができ、次亜塩素酸塩水溶液２２中に含まれる分子状次亜塩素酸の濃度よりも高い濃度で分子状次亜塩素酸を含む次亜塩素酸水２３を生成することができる。

図２の説明に戻り、このようにして生成した次亜塩素酸水２３は、カラム容器３０の内空中央（イオン交換樹脂ベッド３５の略中央）に挿入された集水管３４の底部側端部より管内に流入し、出水口３３ｂより次亜塩素酸水２３として吐出される。

イオン交換装置１５にて生成した次亜塩素酸水２３は、図１に示すように、必要に応じて薬液タンク１６に一時的に貯留される。ここでは、イオン交換装置１５のイオン交換樹脂ベッド３５を構成するイオン交換樹脂混合材３１の状態等を勘案し、加水するなどして次亜塩素酸水２３に含まれる分子状次亜塩素酸濃度の調整を行うこともできる。

そして、適宜調整等された次亜塩素酸水２３は、充填・梱包設備１７にて所定容器に充填し包装して出荷される。

〔２．次亜塩素酸水生成比較試験〕
次に、上述の次亜塩素酸水生成装置Ａと、先述の強酸性陽イオン交換樹脂を充填した第１のカラムと、強塩基性陰イオン交換樹脂を充填した第２のカラムを同順で直列に接続したイオン交換手段を備える比較用生成装置Ｘとを用いて次亜塩素酸水生成試験を行った。なお、イオン交換樹脂の種類と量は、次亜塩素酸水生成装置Ａも比較用生成装置Ｘも同じとした。

その結果、比較用生成装置Ｘは次亜塩素酸水の製造時において比較的強い塩素臭が感じられ、作業環境中への塩素の漏れが認められた。また、生成された次亜塩素酸水のpHは3.0であり、次亜塩素酸水もまた強い塩素臭を伴っていた。

また、第１のカラムと第２のカラムを接続する配管中の残液についてpHを測定したところ2.0であり、第１のカラムを経ることで著しいpHの低下が生じていることが確認された。

これに対して次亜塩素酸水生成装置Ａは、次亜塩素酸水の製造時において塩素臭は感じられず、作業環境中への塩素の漏れは認められなかった。また、生成された次亜塩素酸水のpHは5.5であり、次亜塩素酸水に塩素臭は殆ど感じられなかった。

これらのことから、本実施形態に係る次亜塩素酸水生成装置Ａや次亜塩素酸水の生成方法は、従来法や同従来法を適用した装置と比較して、被処理液のpHを極端に低下させることなくイオン交換し、次亜塩素酸水を生成できる次亜塩素酸水生成装置や次亜塩素酸水の製造方法であることが示された。

上述してきたように、本実施形態に係る次亜塩素酸水生成装置Ａによれば、次亜塩素酸塩の水溶液を接触させて同水溶液中の次亜塩素酸濃度を高めるためのイオン交換手段を備えた次亜塩素酸水生成装置において、前記イオン交換手段は、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズと強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズとの混合ベッドよりなることとしたため、被処理液のpHを極端に低下させることなくイオン交換して次亜塩素酸水を生成することが可能な次亜塩素酸水生成装置を提供することができる。

最後に、上述した各実施の形態の説明は本発明の一例であり、本発明は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

１５イオン交換装置
２２次亜塩素酸塩水溶液
２３次亜塩素酸水
３１イオン交換樹脂混合材
３１ａ強酸性陽イオン交換樹脂ビーズ
３１ｂ強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズ
３５イオン交換樹脂ベッド
Ａ次亜塩素酸水生成装置

Claims

次亜塩素酸塩の水溶液を接触させて同水溶液中の次亜塩素酸濃度を高めるためのイオン交換手段を備えた次亜塩素酸水生成装置において、
前記イオン交換手段は、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズと強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズとの混合ベッドよりなることを特徴とする次亜塩素酸水生成装置。
前記強酸性陽イオン交換樹脂ビーズと強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズはいずれも膨潤時の直径が0.7～1.3mmの粒状であり、両者の混合比率は、膨潤後の容積比で0.9：1.1～1.1：0.9としたことを特徴とする請求項１に記載の次亜塩素酸水生成装置。
強酸性陽イオン交換樹脂ビーズと強塩基性陰イオン交換樹脂ビーズとの混合ベッドに次亜塩素酸塩の水溶液を接触させる次亜塩素酸水の製造方法。