JP2023012960A - Method for synthesizing hydroiodic acid and electrodialysis tank - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気透析法によるヨウ化水素酸の合成法および電気透析槽に関する。 The present invention relates to a method for synthesizing hydroiodic acid by electrodialysis and an electrodialysis cell.
ヨウ化水素酸の製造方法としては、ヨウ素を水又はヨウ化水素酸に懸濁又は溶解させたのち、ヨウ素を燐もしくは次亜リン酸等を用いて還元し、反応後得られた反応液からヨウ化水素酸を蒸留にて留出させる方法が知られている(例えば、特許文献1)。 As a method for producing hydroiodic acid, after suspending or dissolving iodine in water or hydroiodic acid, iodine is reduced using phosphorus or hypophosphorous acid, etc., and from the reaction solution obtained after the reaction A method of distilling hydroiodic acid by distillation is known (for example, Patent Document 1).
この方法は、工業的には優れた方法であるが、原料として純度の高いヨウ素と、比較的高価な還元剤とを必要とし、廃液として多量のリン酸を生じる。また、蒸留後の釜残液として発生する、リン酸、亜リン酸、次亜リン酸及びヨウ化水素酸等の混合液の処分費用も高価であること等から、経済的に不利である。 Although this method is industrially excellent, it requires high-purity iodine as raw materials and a relatively expensive reducing agent, and generates a large amount of phosphoric acid as a waste liquid. In addition, it is economically disadvantageous because the cost of disposing of the mixed solution of phosphoric acid, phosphorous acid, hypophosphorous acid, hydroiodic acid, etc., generated as a still residue after distillation is expensive.
特許文献2、3には、ブローイングアウト法で天然ガス付随かん水よりヨウ素を製造する際の中間物であるヨウ素吸収液から、複置換電気透析法によって、直接、ヨウ化水素酸を製造する方法が記されている。
特許文献2、3では、正極側から負極側に向かって、正極室、陽イオン交換膜である第1の陽イオン交換膜、第1の副塩室に続けて、陰イオン交換膜である第1の陰イオン交換膜、副原料室、陽イオン交換膜である第2の陽イオン交換膜、製品室、一価陰イオン選択透過膜である第2の陰イオン交換膜、原料室、陽イオン交換膜である第3の陽イオン交換膜、第2の副塩室の順に、4膜4室を一組とする膜室組を複数組配置し、続けて陽イオン交換膜、負極室が順に配置された電気透析槽を用いる電気透析法(4室法)が開示されている。
In
この方法は、特許文献1の方法に比べ、精製度の高いヨウ素ではなく、ヨウ素製造の中間物を主原料とすることで数次の酸化還元反応を省略でき、リン酸などの廃棄物が少量しか発生しないことから、経済的にも環境保護の観点からも優れたものである。しかしながら、まだいくつかの改良すべき点が残る。
Compared to the method of
第一に、原料液として硫酸イオン濃度の高いヨウ素吸収液(具体的には、ヨウ素吸収液には、ヨウ化物イオンのほぼ2分の1モルの硫酸イオンが含まれる。)を使用しているため、この方法で得られる製品液中に若干の原料液中の硫酸イオンが混入する。 First, an iodine-absorbing solution with a high sulfate ion concentration (specifically, the iodine-absorbing solution contains sulfate ions that are about half the amount of iodide ions) is used as the raw material solution. Therefore, the product liquid obtained by this method contains a small amount of sulfate ions in the raw material liquid.
特に電気透析終盤において、原料液中のヨウ化物イオン濃度が低下した時には、原料室から製品室への硫酸イオンの移動速度が増加してくるため、原料液中のヨウ化物イオン取得収率を上げようとすると製品液(粗ヨウ化水素酸水溶液)への硫酸イオンの混入量が増大する。 Especially at the end of electrodialysis, when the concentration of iodide ions in the raw material solution decreases, the transfer rate of sulfate ions from the raw material chamber to the product chamber increases, so the yield of iodide ions in the raw material solution is increased. If this is attempted, the amount of sulfate ions mixed into the product liquid (crude hydroiodic acid aqueous solution) increases.
粗ヨウ化水素酸水溶液中に硫酸イオンが存在すると、以後の精製工程である蒸留工程で加熱した際に、硫酸イオンがヨウ化物イオンを酸化し、遊離ヨウ素を生じさせるため、蒸留工程前に炭酸バリウムを添加して、硫酸イオンを硫酸バリウム沈殿として除去する必要がある。 If sulfate ions are present in the crude hydroiodic acid aqueous solution, the sulfate ions will oxidize the iodide ions and produce free iodine when heated in the distillation step, which is the subsequent refining step. Barium must be added to remove sulfate ions as a barium sulfate precipitate.
このときに使用する炭酸バリウムにかかる費用、発生した硫酸バリウム沈殿の処分費用、硫酸バリウム沈殿に付着している分のヨウ化水素酸のロスが、製造コストを圧迫する。できるだけ硫酸イオンの混入量が少ない製品液にすることが、経済的に有利である。 The cost of the barium carbonate used at this time, the cost of disposal of the generated barium sulfate precipitate, and the loss of hydroiodic acid adhering to the barium sulfate precipitate put pressure on the production cost. It is economically advantageous to use a product solution containing as little sulfate ions as possible.
第二に、この方法では、製品液中のヨウ化物イオンの一部が製品室の正極側にある陽イオン交換膜を通過し副原料室に移動する。 Second, in this method, some of the iodide ions in the product liquid pass through the cation exchange membrane on the positive electrode side of the product compartment and move to the auxiliary material compartment.
副原料室に移動したヨウ化物イオンはさらに副原料室の正極側にある陰イオン交換膜を通過して副塩室に移動する。副塩室に移動したヨウ化物イオンは、そのまま副塩室にとどまるため、副塩室内のヨウ化物イオン濃度は、電気透析運転中積算的に増加する。 The iodide ions that have moved to the auxiliary raw material chamber further pass through the anion exchange membrane on the positive electrode side of the auxiliary raw material chamber and move to the auxiliary salt chamber. Since the iodide ions that have moved to the sub-salt compartment remain as they are in the sub-salt compartment, the iodide ion concentration in the sub-salt compartment increases cumulatively during the electrodialysis operation.
透析終了時の副塩室残液は、ヨウ化物イオンを0.1~1%程度含む硫酸水素ナトリウム主体の水溶液となる。硫酸水素ナトリウムの工業的価値は高くないので、副塩室残液は廃酸として処分される。副塩室残液に含まれるヨウ化物イオンは、ロスとなる。原料液中のヨウ化物イオンの0.5~10%がロスになる。 The sub-salt chamber residual liquid at the end of dialysis is an aqueous solution mainly composed of sodium hydrogensulfate containing about 0.1 to 1% of iodide ions. Since the industrial value of sodium hydrogensulfate is not high, the sub-salt chamber residual liquid is disposed of as waste acid. The iodide ions contained in the sub-salt chamber residual liquid are lost. 0.5 to 10% of the iodide ions in the raw material solution are lost.
第三に、電気透析での陰イオン交換膜を介した陰イオンの移動は、電気的な移動と拡散による移動がある。このうち電気的な移動の速度は、電流密度により決まり、拡散による移動の速度は、膜の両側の濃度差に比例する。電気透析を開始した時には、製品室よりも原料室の方が濃度が高いので、拡散による移動は、原料室から製品室へと向かう。透析後半では、製品室の濃度が高くなり、原料室の濃度が下がるため、拡散による移動方向は、製品室から原料室になる。透析終盤では、製品室と原料室の濃度差が大きくなり、比例して拡散による移動速度も大きくなる。ヨウ化物イオンの電気的な移動と、拡散による移動を合わせた見かけの(実際の)移動速度は、透析終盤では大きく低下する。 Thirdly, in electrodialysis, the movement of anions through an anion exchange membrane includes movement by electrical movement and movement by diffusion. Of these, the speed of electrical migration is determined by the current density, and the speed of migration by diffusion is proportional to the concentration difference on both sides of the membrane. At the start of electrodialysis, the concentration is higher in the raw material chamber than in the product chamber, so diffusive movement is from the raw material chamber to the product chamber. In the latter half of dialysis, the concentration in the product chamber increases and the concentration in the raw material chamber decreases, so the movement direction due to diffusion is from the product chamber to the raw material chamber. At the end of dialysis, the concentration difference between the product chamber and the raw material chamber increases, and the movement speed due to diffusion increases proportionally. The apparent (actual) speed of iodide ion migration, which is the sum of the electrical migration and the diffusional migration, significantly decreases at the end of dialysis.
製品室の仕上がりヨウ化物イオン濃度を低くすれば、みかけの移動速度の低下は回避できるが、以後の濃縮工程での負担が大きくなるため適切な方法ではない。つまり、製品液の仕上がりヨウ化物イオン濃度を高くするには、原料室にヨウ化物イオンを残す必要がある。したがって4室法では高い収率と濃縮倍率を両立することはできない。また、終盤での原料室から製品室への見かけの移動速度の低下は避けられない。 Lowering the finished iodide ion concentration in the product room can avoid a decrease in the apparent transfer rate, but this is not an appropriate method because it increases the load in the subsequent concentration step. In other words, in order to increase the finished iodide ion concentration of the product liquid, it is necessary to leave iodide ions in the raw material chamber. Therefore, the four-chamber method cannot achieve both a high yield and a high concentration ratio. In addition, it is unavoidable that the apparent moving speed from the raw material chamber to the product chamber decreases in the final stage.
第四に、特許文献2、3等に記載されている膜室組では、極室と陽イオン交換膜を介した隣の室は、副塩室となっている。副塩室液は0.1%程度のヨウ化水素酸を含むので、ヨウ化水素酸の一部が陽イオン交換膜をすり抜け正極室に至る。電極を腐食したり、正極で酸化されて遊離ヨウ素となり、周辺機器を腐食することがある。特にステンレス、チタンなど表面に酸化被膜を形成することで耐腐食性を持たせている材質の電極を用いている場合においては、ヨウ化物イオンを含む強酸性水溶液に触れた場合、ヨウ化物イオンにより、酸化被膜が還元され消失するので容易に腐食される。
Fourthly, in the membrane chamber sets described in
以上のように特許文献2、3に記載の方法では、ヨウ素製造中間体であるヨウ素吸収液やヨウ素含有工業廃液を、ヨウ素原料とし、リン化合物の使用量も非常に少ないことから、特許文献1に記載の方法に比べると経済的に有利な方法である。
As described above, in the methods described in
しかしながら、収率は未だに十分なものとは言えず、また、廃液の発生量、製品室液への硫酸イオンの移動量及び電極室へのヨウ化物イオンの移動量等も、十分には抑えられていない。 However, the yield is still unsatisfactory, and the amount of waste liquid generated, the amount of sulfate ions transferred to the product chamber liquid, the amount of iodide ions transferred to the electrode chamber, etc. cannot be sufficiently suppressed. not
以上のように、ヨウ化水素酸の合成に電気透析法を用いることは、合理的であると考えられるが、なお解決しなければならない問題が存在する。 As described above, the use of electrodialysis for synthesis of hydroiodic acid is considered rational, but there are still problems to be solved.
本発明の目的は、収率をより向上できるとともに、廃液の発生量、製品室液への硫酸イオンの移動量、及び電極室へのヨウ化物イオンの移動量を減らすことができるヨウ化水素酸の合成法を提供すること、また、上記のようなヨウ化水素酸の合成法に好適に用いることが可能な電気透析槽を提供することにある。 An object of the present invention is to improve the yield and reduce the amount of waste liquid generated, the amount of sulfate ions transferred to the product chamber liquid, and the amount of iodide ions transferred to the electrode chamber. It is another object of the present invention to provide a method for synthesizing hydroiodic acid, and to provide an electrodialysis cell that can be suitably used for the method for synthesizing hydroiodic acid as described above.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の第1の態様のヨウ化水素酸の合成法は、ヨウ化物イオンを含む水溶液である原料液と、水素イオンを含有する副原料液から複置換電気透析法にてヨウ化水素酸を合成するヨウ化水素酸の合成法であって、
正極と負極との間に、前記正極側から、正極室、バイポーラ膜もしくは陽イオン交換膜、第1の副原料室に続けて、
陽イオン交換膜、製品室、陰イオン交換膜である第1の陰イオン交換膜、第一原料室、陰イオン交換膜である第2の陰イオン交換膜、第二原料室、陰イオン交換膜である第3の陰イオン交換膜、及び第2の副原料室の順に、4膜4室を一組とする膜室組を複数配置し、
続けて陽イオン交換膜、負極室を配置した電気透析槽を用いる、ことを特徴とする。
Such objects are achieved by the present invention described below.
In the method for synthesizing hydroiodic acid according to the first aspect of the present invention, hydroiodic acid is produced from a raw material liquid, which is an aqueous solution containing iodide ions, and an auxiliary raw material liquid containing hydrogen ions by a double displacement electrodialysis method. A method for synthesizing hydroiodic acid, comprising:
Between the positive electrode and the negative electrode, from the positive electrode side, a positive electrode chamber, a bipolar membrane or a cation exchange membrane, and a first auxiliary raw material chamber,
Cation exchange membrane, product chamber, first anion exchange membrane that is an anion exchange membrane, first raw material chamber, second anion exchange membrane that is an anion exchange membrane, second raw material chamber, anion exchange membrane A plurality of membrane chamber sets each including 4 membranes and 4 chambers are arranged in order of the third anion exchange membrane and the second auxiliary raw material chamber,
The method is characterized by using an electrodialysis tank in which a cation exchange membrane and a negative electrode chamber are subsequently arranged.
本発明の第1の態様のヨウ化水素酸の合成法では、前記第1及び前記第2の副原料室には前記副原料液を循環で通過させ、前記製品室には希薄ヨウ化水素酸を循環で通過させ、前記第一原料室には前記原料液を循環で通過させ、前記第二原料室には前バッチで前記第一原料室を循環で通過させた前記原料液の残液もしくは前バッチで前記第一原料室を循環で通過させた前記原料液の残液に前記原料液を加えた液を循環で通過させる、ことが好ましい。 In the method for synthesizing hydroiodic acid according to the first aspect of the present invention, the sub-raw material liquid is circulated through the first and second sub-raw material chambers, and dilute hydroiodic acid is passed through the product chamber. is circulated through the first raw material chamber, the raw material liquid is circulated through the first raw material chamber, and the remaining liquid of the raw material liquid circulated through the first raw material chamber in the previous batch is passed through the second raw material chamber, or It is preferable to circulate through a liquid obtained by adding the raw material liquid to the residual liquid of the raw material liquid that has been circulated through the first raw material chamber in the previous batch.
本発明の第2の態様のヨウ化水素酸の合成法は、ヨウ化物イオンを含む水溶液である原料液からバイポーラ膜電気透析法にてヨウ化水素酸を合成するヨウ化水素酸の合成法であって、
正極と負極との間に、前記正極側から、正極室、第1のバイポーラ膜に続けて、
製品室、陰イオン交換膜である第1の陰イオン交換膜、第一原料室、陰イオン交換膜である第2の陰イオン交換膜、第二原料室、及び第2のバイポーラ膜の順に、3室3膜を一組とする室膜組を複数配置し、
続けて負極室を配置した電気透析槽を用いる、ことを特徴とする。
The method for synthesizing hydroiodic acid according to the second aspect of the present invention is a method for synthesizing hydroiodic acid from a raw material solution that is an aqueous solution containing iodide ions by bipolar membrane electrodialysis. There is
Between the positive electrode and the negative electrode, from the positive electrode side, following the positive electrode chamber and the first bipolar film,
The product chamber, the first anion exchange membrane that is an anion exchange membrane, the first raw material chamber, the second anion exchange membrane that is an anion exchange membrane, the second raw material chamber, and the second bipolar membrane in that order, arranging a plurality of chamber-membrane sets each consisting of 3 chambers and 3-membrane sets,
The method is characterized by using an electrodialyzer in which a negative electrode chamber is continuously arranged.
本発明の第2の態様のヨウ化水素酸の合成法では、前記製品室には希薄ヨウ化水素酸を循環で通過させ、前記第一原料室には前記原料液を循環で通過させ、前記第二原料室には前バッチで前記第一原料室を循環で通過させた前記原料液の残液もしくは前バッチで前記第一原料室を循環で通過させた前記原料液の残液に前記原料液を加えた液を循環で通過させる、ことが好ましい。 In the method for synthesizing hydroiodic acid according to the second aspect of the present invention, dilute hydroiodic acid is circulated through the product chamber, the raw material liquid is circulated through the first raw material chamber, and In the second raw material chamber, the residual liquid of the raw material liquid circulated through the first raw material chamber in the previous batch or the residual liquid of the raw material liquid circulated through the first raw material chamber in the previous batch is filled with the raw material. It is preferable to circulate the liquid to which the liquid has been added.
本発明のヨウ化水素酸の合成法では、前記原料液をpH4以上になるように調製し、前記ヨウ化水素酸の合成中に前記原料液をpH4以上になるよう維持する、ことが好ましい。 In the method for synthesizing hydroiodic acid of the present invention, it is preferable that the raw material solution is prepared so as to have a pH of 4 or more, and that the pH of the raw material solution is maintained at a pH of 4 or more during the synthesis of the hydroiodic acid.
本発明のヨウ化水素酸の合成法では、前記第1の陰イオン交換膜、及び前記第2の陰イオン交換膜に一価陰イオン選択性を持った一価陰イオン選択透過膜を用いる、ことが好ましい。 In the method for synthesizing hydroiodic acid of the present invention, a monovalent anion permselective membrane having monovalent anion selectivity is used for the first anion exchange membrane and the second anion exchange membrane, is preferred.
本発明のヨウ化水素酸の合成法では、前記原料液として、ブローイングアウト法で得られたヨウ素吸収液、イオン交換樹脂法にて得られたヨウ素脱離液、電気透析法によって得られたヨウ素濃縮液、ヨウ化物イオンを含む工業廃液、ヨウ化物イオン:硫酸イオンのモル比が1:1~3:1のヨウ化物イオン硫酸イオン混合水溶液のうちのいずれかを用いる、ことが好ましい。 In the method for synthesizing hydroiodic acid of the present invention, the raw material solutions include an iodine-absorbing solution obtained by a blowing-out method, an iodine-desorbing solution obtained by an ion exchange resin method, and an iodine solution obtained by an electrodialysis method. It is preferable to use any one of a concentrated liquid, an industrial waste liquid containing iodide ions, and an iodide ion/sulfate ion mixed aqueous solution having a molar ratio of iodide ions:sulfate ions of 1:1 to 3:1.
本発明の第1の態様の電気透析槽は、複置換電気透析に用いる電気透析槽で、正極室の負極側に副原料室を配置し、負極室の正極側に副原料室を配置したことを特徴とする。 An electrodialysis cell according to a first aspect of the present invention is an electrodialysis cell used for double displacement electrodialysis, in which an auxiliary raw material chamber is arranged on the negative electrode side of the positive electrode chamber, and an auxiliary raw material chamber is arranged on the positive electrode side of the negative electrode chamber. characterized by
本発明の第2の態様の電気透析槽は、電気透析に用いる電気透析槽で正極室の負極側を仕切るイオン交換膜及びもしくは、負極室の正極側を仕切るイオン交換膜をバイポーラ膜としたことを特徴とする。 The electrodialysis cell of the second aspect of the present invention is an electrodialysis cell used for electrodialysis, wherein the ion exchange membrane that partitions the negative electrode side of the positive electrode chamber and/or the ion exchange membrane that partitions the positive electrode side of the negative electrode chamber is a bipolar membrane. characterized by
本発明によれば、収率をより向上できるとともに、廃液の発生量、製品室液への硫酸イオンの移動量、及び電極室へのヨウ化物イオンの移動量を減らすことができるヨウ化水素酸の合成法を提供すること、また、上記のようなヨウ化水素酸の合成法に好適に用いることが可能な電気透析槽を提供することができる。 According to the present invention, the yield can be further improved, and the amount of waste liquid generated, the amount of sulfate ions transferred to the product chamber liquid, and the amount of iodide ions transferred to the electrode chamber can be reduced. It is also possible to provide an electrodialysis cell that can be suitably used for the synthesis method of hydroiodic acid as described above.
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
[1]第1実施形態
まず、第1実施形態に係る本発明のヨウ化水素酸の合成法について説明する。
Preferred embodiments of the present invention are described in detail below.
[1] First Embodiment First, a method for synthesizing hydroiodic acid according to the first embodiment of the present invention will be described.
図1は、本発明の第1実施形態のヨウ化水素酸の合成法において用いる電気透析槽の構成例を示す模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of an electrodialysis tank used in the method for synthesizing hydroiodic acid according to the first embodiment of the present invention.
本実施形態に係るヨウ化水素酸の合成法は、ヨウ化物イオンを含む水溶液である原料液と、水素イオンを含む水溶液である副原料液から複置換電気透析法にてヨウ化水素酸を合成するヨウ化水素酸の合成法である。
そして、電気透析において、図1に示す電気透析槽1を用いる。
In the method for synthesizing hydroiodic acid according to the present embodiment, hydroiodic acid is synthesized from a raw material liquid, which is an aqueous solution containing iodide ions, and an auxiliary raw material liquid, which is an aqueous solution containing hydrogen ions, by double displacement electrodialysis. This is a method for synthesizing hydroiodic acid.
In electrodialysis, the
図1に示す電気透析槽1では、正極2と負極3との間に、正極側から、正極室10、バイポーラ膜もしくは陽イオン交換膜4c、第1の副原料室11に続けて、陽イオン交換膜5c、製品室12、陰イオン交換膜である第1の陰イオン交換膜6s、第一原料室13、陰イオン交換膜である第2の陰イオン交換膜7s、第二原料室14、陰イオン交換膜である第3の陰イオン交換膜8a、及び第2の副原料室15の順に、4膜4室を一組とする膜室組が複数配置され、続けて陽イオン交換膜9c、負極室16が配置されている。
In the
そして、本実施形態のヨウ化水素酸の合成法では、例えば、第1及び第2の副原料室11,15には、副原料室液24,25として酸水溶液をそれぞれ循環で通過させ、製品室12には、製品室液21として希薄ヨウ化水素酸を循環で通過させ、第一原料室13には、第一原料室液22として原料液を循環で通過させ、第二原料室14には、第二原料室液23として、前バッチで第一原料室13を循環で通過させた原料液の残液もしくは前バッチで第一原料室13を循環で通過させた原料液の残液に原料液を加えた液を循環で通過させる。
In the method for synthesizing hydroiodic acid of the present embodiment, for example, acid aqueous solutions are circulated through the first and second auxiliary
これにより、収率をより向上できるとともに、廃液の発生量、製品室液への硫酸イオンの移動量、及び電極室へのヨウ化物イオンの移動量を減らすことができる、ヨウ化水素酸の合成法を提供することができる。 As a result, the yield can be further improved, and the amount of waste liquid generated, the amount of sulfate ions transferred to the product chamber liquid, and the amount of iodide ions transferred to the electrode chamber can be reduced. can provide the law.
上記副原料液に使用する酸は、電離度の高い強酸であり、金属イオンやアンモニウムイオンを含まないものが好ましい。また、ヨウ化物イオン等の原料液中の物質と反応しないものであればいずれのものを用いてもよい。例として、硫酸、塩酸が挙げられる。製品室12に移動してくる硫酸イオンは、原料室から移動してくるものであり、副原料液に硫酸イオンが含まれていても問題はない。ただし、前記第3の陰イオン交換膜に一価陰イオン選択透過膜を用いる場合には、塩酸が好ましく硫酸は好ましくない。また、原料液中に酸性で硫酸イオンと不溶物を形成するバリウムイオンが含まれる場合には、塩酸が好ましく、硫酸が好ましくない。
The acid used in the auxiliary raw material liquid is a strong acid with a high degree of ionization, and preferably does not contain metal ions or ammonium ions. Any substance may be used as long as it does not react with substances in the raw material solution such as iodide ions. Examples include sulfuric acid and hydrochloric acid. The sulfate ions that move into the
なお、以下の説明では、電気透析槽1において正極室10と第1の副原料室11とを仕切る膜として、陽イオン交換膜4cを用いた場合を主に説明する。
In the following description, the case where the
従来の複置換電気透析法(4室法)で用いられてきた電気透析槽において、一価陰イオン選択透過膜が、二価陰イオンである硫酸イオンの移動を完全に抑えることができるのであれば、原料室から製品室への硫酸イオンの移動はないはずであるが、一価陰イオン選択透過膜を用いただけでは、硫酸イオンの移動を十分に抑えることはできず、一部ではあるが、硫酸イオンが原料室から製品室へ移動する。 In the electrodialysis tank used in the conventional double displacement electrodialysis method (four-chamber method), if the monovalent anion permselective membrane can completely suppress the migration of sulfate ions, which are divalent anions. For example, there should be no movement of sulfate ions from the raw material room to the product room, but the use of a monovalent anion permselective membrane alone cannot sufficiently suppress the movement of sulfate ions. , the sulfate ions move from the raw material chamber to the product chamber.
言い換えれば、従来の4室法の電気透析槽において、一価陰イオン選択透過膜が、硫酸イオンの移動を完全に抑えることができるのであれば、副塩室を廃した、3室での運転が実用化されていたと考えられるが、3室複置換の電気透析槽は未だ実用化されていない。 In other words, in the conventional four-chamber electrodialysis tank, if the monovalent anion permselective membrane can completely suppress the movement of sulfate ions, the operation in three chambers without the sub-salt chamber is possible. was put into practical use, but the three-chamber double-displacement electrodialyzer has not yet been put into practical use.
一価陰イオン選択透過膜で硫酸イオンの移動を完全に抑えられない第一の原因は、pH4以下の水溶液中では、硫酸は二価イオンである硫酸イオン(SO4 2-)としては存在せず、一価イオンである硫酸水素イオン(HSO4 -)で存在するため、一価陰イオン選択透過膜での一価イオンであるヨウ化物イオン(I-)との完全分離ができないことにある。残念なことに前記吸収液はpH1程度の強酸性であるし、4室電気透析法では、原料室以外のすべての室が強酸性のため、たとえ原料液を中性に調製しても、運転中に強酸性になっていく。したがって、原料室をpH4以上に保つことは難しい。また、原料室を中性や塩基性にした場合、電流効率を低下させる。電流効率をよくするためには、原料室は酸性である方がいい。pH4以上に調製・維持するかどうかは、経済性等を考慮して判断することが好ましい。 The first reason why the monovalent anion selective permeable membrane cannot completely suppress the movement of sulfate ions is that in an aqueous solution with a pH of 4 or less, sulfuric acid does not exist as a divalent sulfate ion (SO 4 2− ). However, since it exists as monovalent ions, hydrogen sulfate ions (HSO 4 − ), it cannot be completely separated from monovalent ions such as iodide ions (I − ) in the monovalent anion permselective membrane. . Unfortunately, the absorption liquid is strongly acidic with a pH of about 1, and in the four-chamber electrodialysis method, all the chambers other than the raw material chamber are strongly acidic. It becomes strongly acidic inside. Therefore, it is difficult to keep the raw material chamber at pH 4 or higher. Further, when the raw material chamber is made neutral or basic, the current efficiency is lowered. In order to improve the current efficiency, the raw material chamber should be acidic. It is preferable to determine whether or not to prepare and maintain the pH at 4 or higher, taking into account economic efficiency and the like.
とはいえ一価陰イオン選択透過膜を使う意味が全くないわけではない。pH4以下においても硫酸イオン(硫酸水素イオン)の移動はある程度抑制されるので、完全ではないが使用した方が硫酸イオンの移動量は減少する。 However, there is no meaning in using a monovalent anion permselective membrane. Since the migration of sulfate ions (hydrogen sulfate ions) is suppressed to some extent even at pH 4 or less, the amount of sulfate ions that move is reduced, although not completely.
そして第二の原因として、透析運転終了間際において、原料室での硫酸イオン:ヨウ化物イオンの濃度比が上昇したときに、原料室から製品室への硫酸イオンの移動速度が上昇するためである。第二の原因については、本発明によって解決される。 The second reason is that when the concentration ratio of sulfate ions to iodide ions increases in the raw material chamber just before the end of the dialysis operation, the rate of movement of sulfate ions from the raw material chamber to the product chamber increases. . The second cause is resolved by the present invention.
図1に示す電気透析槽1では、原料室を、陰イオン選択透過膜である第2の陰イオン交換膜7sで仕切って連続した2室とし、製品室12に隣接する側から順に第一原料室13、第二原料室14としている。原料室を2つ連続して配置した場合、製品室12に隣接する第一原料室13では、製品室12へ移動したヨウ化物イオンとほぼ同量のヨウ化物イオンが、製品室12と反対側に配置されている第二原料室14から移動してくるため、硫酸イオン:ヨウ化物イオン濃度比は、ほぼ変わらない。これにより、第一原料室13中の硫酸イオン:ヨウ化物イオン濃度比を、透析運転終了時までほぼ一定に保持することができる。その結果、透析終了間際での第一原料室13から製品室12へ移動する硫酸イオン量の増加を抑えることができる。
In the
透析終盤において、第二原料室14では、第2の副原料室15から硫酸イオンが移動してくることによる硫酸イオン濃度の上昇と、第一原料室13にヨウ化物イオンが移動していくことによるヨウ化物イオン濃度の減少とにより、硫酸イオン:ヨウ化物イオン濃度比が上昇する。
At the end of dialysis, in the second
そのため、透析終盤において、第二原料室14から第一原料室13への硫酸イオンの移動速度が速くなる。しかし、第一原料室13では、まだ十分な量のヨウ化物イオンが存在するため、硫酸イオン:ヨウ化物イオン濃度比がわずかに上昇するが、硫酸イオンの移動速度への影響は、限定的であり、無視できる程度である。そのため、第一原料室13から製品室12に移動する硫酸イオンの移動速度は、ほとんど上昇しない。言い換えれば、透析終盤で硫酸イオン:ヨウ化物イオンのモル比が増えたために生じる、第二原料室14からの硫酸イオン移動速度の増加分を第一原料室で捕捉することができる。
Therefore, in the final stage of dialysis, the speed of movement of sulfate ions from the second
図1に示す構成では、このように原料室を2つに仕切ることで、従来の4室法による電気透析槽では必要であった副塩室をなくすことができる。これにより、副塩室液の調製が不要になる。また、第一原料室13の残液を第二原料室14に供給する室液として使用することで、透析運転終了後の廃液は、第二原料室14からの残液だけとなるため、全体としての廃液量を減少させることができる。
In the configuration shown in FIG. 1, by partitioning the raw material chamber into two in this way, it is possible to eliminate the sub-salt chamber that is required in the conventional electrodialysis cell using the four-chamber method. This eliminates the need to prepare a sub-salt compartment solution. In addition, by using the residual liquid in the first
また、従来の4室法ではヨウ化物イオンが副塩室に移動することで発生していたロスもなくなるため、収率も向上させることができる。 In addition, since the conventional four-chamber method eliminates the loss caused by the movement of iodide ions to the sub-salt chamber, the yield can be improved.
陰イオン交換膜を介してのヨウ化物イオンの移動は、電気的な移動だけでなく、拡散による移動もある。電気的な移動の速度は、膜間電圧、電流密度に比例する。拡散による移動の速度は、濃度差に比例する。そのため、電気的な移動速度と拡散による移動速度とを合わせた、全体(見かけ)の移動速度は、隣接する2室のイオン濃度差の影響を受ける。 The movement of iodide ions through an anion exchange membrane is not only electrical movement but also movement by diffusion. The speed of electrical transfer is proportional to the transmembrane voltage and current density. The speed of migration by diffusion is proportional to the concentration difference. Therefore, the overall (apparent) migration speed, which is the sum of the electrical migration speed and the migration speed due to diffusion, is affected by the ion concentration difference between the two adjacent chambers.
従来の4室法の場合、透析終盤では、製品室と原料室とのヨウ化物イオン濃度差が大きくなるため、拡散によって製品室から原料室に戻るヨウ化物イオンの移動速度が増加し、全体(見かけ)の移動速度が低下し、やがて移動しなくなる。すなわち、透析終了時には原料室に必ずヨウ化物イオンが残る。 In the case of the conventional four-chamber method, at the end of dialysis, the difference in iodide ion concentration between the product chamber and the raw material chamber increases. Appearance) movement speed decreases, and eventually stops moving. That is, iodide ions always remain in the raw material chamber at the end of dialysis.
しかし、図1に示す電気透析槽1を用いることにより、第一原料室13のヨウ化物イオン濃度はほぼ一定のため、隣接する2室、すなわち、製品室12と第一原料室13とのヨウ化物イオン濃度差、及び第一原料室13と第二原料室14とのヨウ化物イオン濃度差は、従来の4室法における、製品室と原料室とのヨウ化物イオン濃度差よりも小さくなる。
However, by using the
これにより、製品室12から第一原料室13へ戻る拡散による移動速度を好適に抑え、見かけの移動速度を初期に近い状態で維持することができる。
As a result, the movement speed due to diffusion returning from the
また、第一原料室13から第二原料室14へ戻る拡散による移動速度を好適に抑え、見かけの移動速度を高くすることができる。
In addition, the movement speed due to diffusion returning from the first
その結果、透析終了時に第二原料室14に残るヨウ化物イオンのロスを、従来の4室法で原料室に残るヨウ化物イオンのロスよりも効果的に減らすことができる。すなわち、収率をより効果的に向上させることができる。
As a result, the loss of iodide ions remaining in the
言い換えれば、第一原料室に一定量のヨウ化物イオンを残すことで第二原料室での収率を向上させ、透析終盤で増加する第二原料室からの硫酸イオンの増加量を補足することができる。第一原料室に残したヨウ化物イオンは、次バッチで第二原料室から第一原料室へ分離回収されるのでロスにならない。 In other words, by leaving a certain amount of iodide ions in the first raw material chamber, the yield in the second raw material chamber is improved to compensate for the increased amount of sulfate ions from the second raw material chamber which increases at the end of dialysis. can be done. The iodide ions left in the first raw material chamber are separated and recovered from the second raw material chamber to the first raw material chamber in the next batch, so that there is no loss.
また、図1に示す電気透析槽1では、正極室10の負極側には陽イオン交換膜4cを介して第1の副原料室11を配置している。
In addition, in the
正極室に陽イオン交換膜を介して接する室にヨウ化物イオンがあると、ヨウ化物イオンが電気的に正極室側に引っ張られるため、陽イオン交換膜をすり抜けて移動するヨウ化物イオンが発生する。そこで本発明の第1実施形態においては、正極室の隣に位置する室を極室以外で最もヨウ化物イオン濃度が低い室である第1の副原料室11にした。
If iodide ions are present in the chamber that is in contact with the positive electrode chamber through the cation exchange membrane, the iodide ions are electrically pulled toward the positive electrode chamber, generating iodide ions that move through the cation exchange membrane. . Therefore, in the first embodiment of the present invention, the chamber adjacent to the positive electrode chamber is the first
特許文献2、3などでは、ヨウ化物イオン濃度が比較的低い副塩室が配置されているが、副塩室よりもさらにヨウ化物イオン濃度が低い副原料室にするのが合理的であると考えられる。
In
また、図1に示す電気透析槽1では、負極室16の正極側には陽イオン交換膜9cを介して第2の副原料室15を配置している。
In addition, in the
これは負極室から陽イオン交換膜を介して正極側にある隣の室へ移動してくる負極室液中の陰イオン(具体的には硫酸イオン)が存在するからである。この陰イオンが混入した時に最も影響が少ないのは、副原料室だからである。 This is because there are anions (specifically, sulfate ions) in the negative electrode chamber liquid that migrate from the negative electrode chamber through the cation exchange membrane to the adjacent chamber on the positive electrode side. This is because the sub-raw material chamber is least affected by the contamination of the anions.
なお、第1の副原料室11と負極室16の隣に設置された第2の副原料室15以外の第2の副原料室15には、製品室12から、陽イオン交換膜5cを通じて一部のヨウ化物イオンが漏れ出してくるが、副原料室液25中のヨウ化物イオンは、第2の副原料室15から第3の陰イオン交換膜8aを介して隣り合う第二原料室14に硫酸イオンよりも優先的に、移動するため、ほとんど残らない。これにより、第1の副原料室11のヨウ化物イオン濃度は、極室以外の4室中で常に最低の値になる。
In the second
そして、図1に示す電気透析槽では、特許文献2,3のように副塩室がない。すなわち透析終了後廃酸として処分される副塩室残液がないので、廃液の発生量を減じることができる。特許文献2,3に示された4室法で製品室から正極側に副原料室を経由して副塩室に到達していたヨウ化物イオンは、本実施形態においては、第二原料室液中に捕獲され、第一原料室に濃縮される。ロスになるのは、透析終了時に移動中の一部のみであり、これにより収率が上昇する。
The electrodialysis tank shown in FIG. 1 does not have a sub-salt chamber as in
[1-1]電気透析槽について
電気透析槽1では、両側に一対の電極が配置され、これら一対の電極のうちの一方が正極2(陽極)とされ、他方が負極3(陰極)とされる。
[1-1] Electrodialysis tank In the
正極2を構成する材料としては、例えば、白金(Pt)、カーボン(C)、ニッケル(Ni)や、チタン(Ti)/白金、ルテニウム(Ru)/チタン、イリジウム(Ir)/チタン、チタン/パラジウム(Pd)等の複合材料(例えば、合金、メッキ等)等が挙げられる。
Materials constituting the
負極3を構成する材料としては、例えば、鉄(Fe)、ニッケル、白金、チタン/白金、カーボン、ステンレス鋼としてのクロム(Cr)鋼等が挙げられる。
Examples of materials that constitute the
電気透析槽1は、図示しない切欠部を有する平面視で矩形状の枠体としての室枠を備えている。
The
この室枠の長手方向に沿った両端部の内側に正極2、負極3が取り付けられ、この電気透析槽1の正極2の負極側に配置された陽イオン交換膜4cによって正極側の電極室(正極室10)が構成され、負極3の正極側に配置された陽イオン交換膜9cによって負極側の電極室(負極室16)が構成される。
The
これら正極室10と負極室16との間には、正極側から負極側へ向かって、陽イオン交換膜4c、陽イオン交換膜5c、第1の陰イオン交換膜6s、第2の陰イオン交換膜7s、第3の陰イオン交換膜8a及び陽イオン交換膜9cが順次配置されている。そして、これらイオン交換膜によって、正極室10から負極室16へ向かって、第1の副原料室11、製品室12、第一原料室13、第二原料室14、及び第2の副原料室15に仕切られている。
Between the
そして、第1の副原料室11、陽イオン交換膜5c、製品室12、第1の陰イオン交換膜6s、第一原料室13、第2の陰イオン交換膜7s、第二原料室14及び第3の陰イオン交換膜8aの4室4膜を一組として、数組から数百組程度(n組)が繰り返し配置される。繰り返し回数nとしては、特に限定されないが、例えば、数組から数百組程度、より具体的には、4組以上1800組以下であることが好ましい。
Then, the first auxiliary
なお、以下の説明では、陽イオン交換膜4c、陽イオン交換膜5c、及び陽イオン交換膜9cを総称して「陽イオン交換膜」と記す場合がある。
In the following description, the
また、以下の説明では、第1の陰イオン交換膜6s、第2の陰イオン交換膜7s及び第3の陰イオン交換膜8aを総称して「陰イオン交換膜」と記す場合がある。
Further, in the following description, the first
また、以下の説明では、正極室10、第1の副原料室11、製品室12、第一原料室13、第二原料室14、第2の副原料室15及び負極室16を総称して「液室」と記す場合がある。
Further, in the following description, the
各イオン交換膜にてそれぞれ仕切られた各液室における室枠の内面には、この室枠の内部に連通した図示しない液供給口及び液排出口が設けられている。また、室枠内には、この室枠内の厚みを均一にする配流作用を有する図示しないスペーサが設けられている。 A liquid supply port and a liquid discharge port (not shown) communicating with the inside of the chamber frame are provided on the inner surface of the chamber frame in each liquid chamber partitioned by each ion exchange membrane. Further, a spacer (not shown) is provided in the chamber frame and has a flow distributing function to make the thickness of the chamber frame uniform.
これら正極室10、第1の副原料室11、製品室12、第一原料室13、第二原料室14、第2の副原料室15及び負極室16には、それぞれ目的に応じた室液が、所定濃度及び所定液量に調製され、それぞれ個別に、循環で通過する。
The
また、これら室液を供給させる図示しない外部タンクを設けて、これら室液を液室と外部タンクとの間でそれぞれを循環させてもよい。 Further, an external tank (not shown) for supplying these chamber liquids may be provided, and these chamber liquids may be circulated between the liquid chamber and the external tank.
(陰イオン交換膜)
陰イオン交換膜としては、陰イオンの選択透過性を高めた膜を好適に用いることができる。このような陰イオン選択透過膜としては、例えば、強酸性スチレン-ジビニルベンゼン系均一陰イオン交換膜等が用いられる。
(anion exchange membrane)
As the anion exchange membrane, a membrane with enhanced anion selective permeability can be suitably used. As such an anion selective permeation membrane, for example, a strongly acidic styrene-divinylbenzene-based homogeneous anion exchange membrane or the like is used.
ただし、使用する原料液が硫酸イオン(SO4 2-)等の二価陰イオンを含む場合には、陰イオン交換膜として、一価陰イオン選択性を持つ一価陰イオン選択透過膜を使用することが好ましい。 However, if the raw material liquid to be used contains divalent anions such as sulfate ions (SO 4 2- ), use a monovalent anion permselective membrane with monovalent anion selectivity as the anion exchange membrane. preferably.
電気透析槽1の第1の陰イオン交換膜6sと第2の陰イオン交換膜7sに一価陰イオン選択透過膜を用いることで、硫酸イオンの製品室12への移動を軽減することができる。
By using a monovalent anion permselective membrane for the first
また、一価イオン選択性を十分に発揮させ、硫酸イオンを分離除去するためには、硫酸イオンが一価陰イオンである硫酸水素イオン(HSO4 -)として存在するpH4以下の領域を避け、硫酸イオンが、二価陰イオンである硫酸イオン(SO4 2-)として存在するpH4以上の領域に原料液を調製し、透析運転中維持することが好ましい。 In order to fully exhibit monovalent ion selectivity and separate and remove sulfate ions, a region of pH 4 or less where sulfate ions exist as monovalent anion hydrogen sulfate ions (HSO 4 − ) should be avoided. It is preferable to prepare the raw material solution in a pH range of 4 or higher where sulfate ions are present as sulfate ions (SO 4 2− ), which are divalent anions, and maintain the pH during the dialysis operation.
これにより、第一原料室13に供給された原料液中に含まれる硫酸イオンが製品室12に移動するのを抑制できるとともに、ヨウ化物イオンの選択透過性をより優れたものとすることができる。その結果、ヨウ化水素酸の収率をさらに向上させることができる。
As a result, the sulfate ions contained in the raw material liquid supplied to the first
なお、第二原料室14と第2の副原料室15とを仕切る第3の陰イオン交換膜8aは、副原料液に希塩酸などの一価酸を用いる場合には、陰イオン交換膜、一価陰イオン選択透過膜のいずれを用いてもよい。副原料液に希硫酸などの多価酸を用いる場合には、陰イオン交換膜を用いることが好ましい。
The third
このような一価陰イオン選択透過膜としては、例えば、強酸性スチレン-ジビニルベンゼン系均一陰イオン交換膜等が用いられ、より具体的には、例えば、セレミオンASV-N膜(AGC株式会社製)、ネオセプタASE膜(株式会社アストム製)等が挙げられる。 As such a monovalent anion permselective membrane, for example, a strongly acidic styrene-divinylbenzene-based homogeneous anion exchange membrane or the like is used. ), Neosepta ASE membrane (manufactured by Astom Co., Ltd.), and the like.
また、一価陰イオン選択性を持たない陰イオン交換膜としては、具体的には、例えば、セレミオンAMV-N膜(AGC株式会社製)、ネオセプタACS膜(株式会社アストム製)等が挙げられる。 Further, specific examples of anion exchange membranes having no monovalent anion selectivity include Selemion AMV-N membrane (manufactured by AGC Corporation) and Neosepta ACS membrane (manufactured by Astom Corporation). .
[1-2]原料液について
ヨウ化物イオンを含む水溶液である原料液としては、ブローイングアウト法で得られたヨウ素吸収液、イオン交換樹脂法にて得られたヨウ素脱離液、電気透析法によって得られたヨウ素濃縮液、ヨウ化物イオンを含む工業廃液、ヨウ化物イオン:硫酸イオンのモル比が1:1~3:1のヨウ化物イオン硫酸イオン混合水溶液のうちのいずれかを、好適に用いることができる。
[1-2] Raw material liquid The raw material liquid, which is an aqueous solution containing iodide ions, includes an iodine-absorbing liquid obtained by a blowing-out method, an iodine-desorbing liquid obtained by an ion-exchange resin method, and an iodine-releasing liquid obtained by an electrodialysis method. Any of the obtained iodine concentrate, industrial waste liquid containing iodide ions, and mixed aqueous solution of iodide ions and sulfate ions having a molar ratio of iodide ions to sulfate ions of 1:1 to 3:1 is preferably used. be able to.
なお、本発明の第1実施形態で用いる電気透析槽は、特開2018-94525に示されている原料室中の陽イオンが、製品室へ移動しない構造の電気透析槽であるので、原料液にアルミニウムイオン等を添加し、原料液中のフッ素を除去する方法にも活用できる。 In addition, the electrodialysis tank used in the first embodiment of the present invention is an electrodialysis tank having a structure in which cations in the raw material chamber shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-94525 do not move to the product chamber, so the raw material liquid It can also be used in a method of adding aluminum ions or the like to remove fluorine in the raw material liquid.
なお、図1に示した電気透析槽1では、同じ膜室組において第一原料室13と第二原料室14とが隣り合う構成となっていたが、これに限定されず、電気透析槽を構成する複数の膜室組の全体をみたときに、第一原料室と第二原料室とが隣り合う構成とされていればよく、隣り合う膜室組、例えば、第m組{mは、1以上(n-1)以下の整数}の膜室組における第一原料室と、第(m+1)組の膜室組における第二原料室とが隣り合う構成となっていてもよい。
In the
[2]第2実施形態
次に、第2実施形態に係る本発明のヨウ化水素酸の合成法について説明する。
[2] Second Embodiment Next, a method for synthesizing hydroiodic acid according to the second embodiment of the present invention will be described.
図2は、本発明の第2実施形態のヨウ化水素酸の合成法において用いる電気透析槽の構成例を示す模式図である。 FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration example of an electrodialysis tank used in the method for synthesizing hydroiodic acid according to the second embodiment of the present invention.
以下、この図を参照して第2実施形態に係る本発明のヨウ化水素酸の合成法について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。 Hereinafter, the method for synthesizing hydroiodic acid of the present invention according to the second embodiment will be described with reference to this figure, but the description will focus on the differences from the above-described embodiment, and the same items will not be described. omitted.
本実施形態に係るヨウ化水素酸の合成法は、ヨウ化物イオンを含む水溶液である原料液からバイポーラ膜電気透析法にてヨウ化水素酸を合成するヨウ化水素酸の合成法である。
そして、電気透析において、図2に示す電気透析槽31Aを用いる。
The method for synthesizing hydroiodic acid according to the present embodiment is a method for synthesizing hydroiodic acid from a raw material liquid, which is an aqueous solution containing iodide ions, by bipolar membrane electrodialysis.
In electrodialysis, an
すなわち、図2に示す電気透析槽31Aは、正極32と負極33との間に、正極側から、正極室40、第1のバイポーラ膜34bに続けて、製品室41、陰イオン交換膜である第1の陰イオン交換膜35s、第一原料室42、陰イオン交換膜である第2の陰イオン交換膜36s、第二原料室43、及び第2のバイポーラ膜37b’の3室3膜を一組とする膜室組を複数配置し、続けて負極室44を配置している。
That is, the
この電気透析槽31Aにおいて、正極32(陽極)と負極33(陰極)との間に、水の理論分裂電圧である0.83V以上、イオン交換膜メーカー指定の最高使用電圧以下の直流電流を供給すると、第1のバイポーラ膜34bで水が水素イオンと水酸化物イオンとに分解され、水素イオンは、負極側の製品室41に吐出され、水酸化物イオンは、正極側の正極室40に吐出される。
In this
製品室41に吐出された水素イオンは、第一原料室42から移動してきたヨウ化物イオンと結合してヨウ化水素酸が生成される。
これにより、ヨウ化水素酸をより効率よく生成することができる。
The hydrogen ions discharged into the
Thereby, hydroiodic acid can be produced more efficiently.
例えば、特開2009-023847中ではバイポーラ膜電気透析槽で、正極室の隣は、ヨウ化物イオンが存在しないアルカリ室が設置されている。本発明で用いるバイポーラ膜電気透析槽では、アルカリ室を持たないばかりか、極室を除いたすべての室のヨウ化物イオン濃度が高い。したがって、ヨウ化物イオン濃度が最も低い室(第二原料室)を選択して正極室の隣に設置しても、極室へのヨウ化物イオンの移動を十分に減らすことはできない。 For example, in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-023847, a bipolar membrane electrodialysis tank is provided with an alkaline chamber in which iodide ions do not exist, adjacent to a positive electrode chamber. The bipolar membrane electrodialysis cell used in the present invention not only has no alkaline chamber, but also has a high iodide ion concentration in all chambers except for the pole chamber. Therefore, even if the chamber with the lowest iodide ion concentration (second raw material chamber) is selected and installed next to the positive electrode chamber, the movement of iodide ions to the electrode chamber cannot be sufficiently reduced.
本発明においては、極室を形成するイオン交換膜として、バイポーラ膜を用いることで、極室へのヨウ化物イオンの移動を抑制する。 In the present invention, a bipolar membrane is used as the ion-exchange membrane forming the electrode compartment to suppress migration of iodide ions to the electrode compartment.
本実施形態においては、正極室40を仕切る膜を第1のバイポーラ膜34bにすることで、ヨウ化物イオンの正極室40への移動をより効果的に抑制することができる。
In the present embodiment, by using the first
上述したような本実施形態の方法によれば、バイポーラ膜電気透析法において、ヨウ化水素酸の収率をより向上できるとともに、製品室液への硫酸イオンの移動量及び、電極室へのヨウ化物イオンの移動量を減らすことができる。 According to the method of the present embodiment as described above, in the bipolar membrane electrodialysis method, the yield of hydroiodic acid can be further improved, and the amount of sulfate ion transferred to the product chamber liquid and the amount of iodine transferred to the electrode chamber can be reduced. It is possible to reduce the movement amount of compound ions.
そして、本実施形態のヨウ化水素酸の合成法では、例えば、製品室41には、製品室液51として希薄ヨウ化水素酸を循環で通過させ、第一原料室42には、第一原料室液52として原料液を循環で通過させ、第二原料室43には、第二原料室液53として、前バッチで第一原料室42を循環で通過させた原料液の残液もしくは前バッチで第一原料室42を循環で通過させた原料液の残液に原料液を加えた液を循環で通過させる。
In the method for synthesizing hydroiodic acid of the present embodiment, for example, dilute hydroiodic acid is circulated as the
[2-1]電気透析槽について
(陰イオン交換膜)
陰イオン交換膜としては、陰イオンの選択透過性を高めた膜を好適に用いることができる。
[2-1] Electrodialysis tank (anion exchange membrane)
As the anion exchange membrane, a membrane with enhanced anion selective permeability can be suitably used.
ただし、使用する原料液が硫酸イオン(SO4 2-)等の二価陰イオンを含む場合には、陰イオン交換膜として、一価陰イオン選択性を持つ一価陰イオン選択透過膜を使用することが好ましい。 However, if the raw material liquid to be used contains divalent anions such as sulfate ions (SO 4 2- ), use a monovalent anion permselective membrane with monovalent anion selectivity as the anion exchange membrane. preferably.
また、一価陰イオン選択性を十分に発揮させ、硫酸イオンを分離除去するためには、硫酸イオンが一価陰イオンである硫酸水素イオン(HSO4 -)として存在するpH4以下の領域を避け、硫酸イオンが、二価陰イオンである硫酸イオン(SO4 2-)として存在するpH4以上の領域に原料液を調製し、透析運転中維持することが好ましい。複置換透析法と違い、原料室のpHを4以上に保持することは容易である。特に第二原料室は、運転中にpHが上昇していくので容易である。 In addition, in order to sufficiently exhibit monovalent anion selectivity and separate and remove sulfate ions, a region of pH 4 or less where sulfate ions exist as monovalent anion hydrogen sulfate ions (HSO 4 − ) should be avoided. , Sulfate ions are present as sulfate ions (SO 4 2− ), which are divalent anions. Unlike the double displacement dialysis method, it is easy to maintain the pH of the raw material chamber at 4 or higher. Especially, the second raw material chamber is easy because the pH rises during operation.
また、硫酸イオンが製品室に至る第二の原因である、原料室中の硫酸イオン:ヨウ化物イオン比が上昇した時に一価陰イオン選択透過膜を介しての硫酸イオンの移動速度が上昇することへの本発明の第2実施形態での対応は、一価陰イオン選択透過膜で仕切られて、隣り合って存在する第一原料室と第二原料室を設置することである。製品室の隣に位置する第一原料室では、ヨウ化物イオンを製品室へ送ると同時に、第二原料室から受け取るので、透析終盤においても高いヨウ化物イオン濃度が保持される。そのため、硫酸イオン:ヨウ化物イオン比はほとんど変わらない。透析運転終盤において、第二原料室のヨウ化物イオンが減少し、第二原料室での硫酸イオン:ヨウ化物イオン比が上昇すると、第二原料室から第一原料室に移動する硫酸イオンの移動速度が上昇するが、その時、第一原料室にはまだ十分な量のヨウ化物イオンがあるので、第一原料室から、製品室への硫酸イオンの移動は引き続き抑制される。結果として第二原料室での硫酸イオン:ヨウ化物イオン比の上昇によっておこる第二原料室から移動する硫酸イオンは第一原料室で補足されるため、製品室に至らない。 In addition, when the ratio of sulfate ions to iodide ions in the raw material chamber increases, which is the second cause of sulfate ions reaching the product chamber, the rate of movement of sulfate ions increases through the monovalent anion selective permeable membrane. In the second embodiment of the present invention, this is dealt with by providing a first raw material chamber and a second raw material chamber which are separated by a monovalent anion selective permeable membrane and exist side by side. In the first raw material chamber located next to the product chamber, iodide ions are sent to the product chamber and received from the second raw material chamber at the same time, so a high iodide ion concentration is maintained even at the end of dialysis. Therefore, the sulfate ion:iodide ion ratio hardly changes. At the end of the dialysis run, when the iodide ions in the second raw material chamber decrease and the sulfate ion:iodide ion ratio in the second raw material chamber increases, the sulfate ions move from the second raw material chamber to the first raw material chamber. Although the velocity increases, there is still a sufficient amount of iodide ions in the first source chamber at that time to continue to inhibit the transfer of sulfate ions from the first source chamber to the product chamber. As a result, sulfate ions migrating from the second source chamber caused by an increase in the sulfate:iodide ion ratio in the second source chamber are captured in the first source chamber and do not reach the product chamber.
陰イオン交換膜を介してのヨウ化物イオンの移動は、電気的な移動だけでなく、拡散による移動もある。電気的な移動の速度は、膜間電圧、電流密度に比例する。拡散による移動の速度は、濃度差に比例する。そのため、電気的な移動速度と拡散による移動速度とを合わせた、全体(見かけ)の移動速度は、隣接する2室のイオン濃度差の影響を受ける。 The movement of iodide ions through an anion exchange membrane is not only electrical movement but also movement by diffusion. The speed of electrical transfer is proportional to the transmembrane voltage and current density. The speed of migration by diffusion is proportional to the concentration difference. Therefore, the overall (apparent) migration speed, which is the sum of the electrical migration speed and the migration speed due to diffusion, is affected by the ion concentration difference between the two adjacent chambers.
従来のバイポーラ膜電気透析法の場合、透析終盤では、製品室と原料室とのヨウ化物イオン濃度差が大きくなるため、拡散によって製品室から原料室に戻るヨウ化物イオンの移動速度が増加し、全体(見かけ)の移動速度が低下し、やがて移動しなくなる。すなわち透析終了時には原料室に必ずヨウ化物イオンが残る。 In the case of conventional bipolar membrane electrodialysis, the difference in iodide ion concentration between the product chamber and the raw material chamber increases at the end of dialysis. Overall (apparent) movement speed decreases, and eventually stops moving. That is, at the end of dialysis, iodide ions always remain in the raw material chamber.
しかし、図1に示す電気透析槽1を用いることにより、第一原料室13のヨウ化物イオン濃度はほぼ一定のため、隣接する2室、すなわち、製品室12と第一原料室13とのヨウ化物イオン濃度差、及び第一原料室13と第二原料室14とのヨウ化物イオン濃度差は、従来の4室法における、製品室と原料室とのヨウ化物イオン濃度差よりも小さくなる。
However, by using the
これにより、製品室12から第一原料室13へ戻る拡散による移動速度を好適に抑え、見かけの移動速度を初期に近い状態で維持することができる。
As a result, the movement speed due to diffusion returning from the
また、第一原料室13から第二原料室14へ戻る拡散による移動速度を好適に抑え、見かけの移動速度を高くすることができる。
In addition, the movement speed due to diffusion returning from the first
その結果、透析終了時に第二原料室14に残るヨウ化物イオンのロスを、従来のバイポーラ膜電気透析法で原料室に残るヨウ化物イオンのロスよりも効果的に減らすことができる。すなわち、収率をより効果的に向上することができる。
As a result, the loss of iodide ions remaining in the
言い換えれば、第一原料室に一定量のヨウ化物イオンを残すことで第二原料室での収率を向上させ、透析終盤で増加する第二原料室からの硫酸イオンの増加量を補足することができる。第一原料室に残したヨウ化物イオンは第二原料室で第一原料室へ分離回収されるのでロスにならない。 In other words, by leaving a certain amount of iodide ions in the first raw material chamber, the yield in the second raw material chamber is improved to compensate for the increased amount of sulfate ions from the second raw material chamber which increases at the end of dialysis. can be done. The iodide ions left in the first raw material chamber are separated and recovered in the second raw material chamber into the first raw material chamber, so that they are not lost.
(バイポーラ膜)
第2のバイポーラ膜37b’は、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを貼り合わせたものであり、陽イオン交換膜が負極側、陰イオン交換膜が正極側になるように配される。第2のバイポーラ膜37b’では、一方の面が陽イオン交換膜として作用し、他方の面が陰イオン交換膜として作用する。
(bipolar membrane)
The second
このような第2のバイポーラ膜37b’としては、例えば、ネオセプタバイポーラ(株式会社アストム)等が用いられる。
As such a second
図2に示す電気透析槽31Aは、正極32と負極33との間に、正極側から、正極室40、第1のバイポーラ膜34bに続けて、製品室41、陰イオン交換膜である第1の陰イオン交換膜35s、第一原料室42、陰イオン交換膜である第2の陰イオン交換膜36s、第二原料室43、及び第2のバイポーラ膜37b’の3室3膜を一組とする膜室組を複数配置し、続けて負極室44を配置している。
The
この電気透析槽31Aにおいて、正極32(陽極)と負極33(陰極)との間に、水の理論分裂電圧である0.83V以上、イオン交換膜メーカー指定の最高使用電圧以下の直流電流を供給すると、第1のバイポーラ膜34bで水が水素イオンと水酸化物イオンとに分解され、水素イオンは、負極側の製品室41に吐出され、水酸化物イオンは、正極側の正極室40に吐出される。
In this
製品室41に吐出された水素イオンは、第一原料室42から移動してきたヨウ化物イオンと結合してヨウ化水素酸が生成される。
これにより、ヨウ化水素酸をより効率よく生成することができる。
The hydrogen ions discharged into the
Thereby, hydroiodic acid can be produced more efficiently.
また、正極室40を仕切る膜を第1のバイポーラ膜34bにすることで、ヨウ化物イオンの正極室40への移動をより効果的に抑制することができる。
Further, by using the first
なお、本発明の第2実施形態で用いる電気透析槽は、特開2018-94525に示されている原料室中の陽イオンが、製品室へ移動しない構造の電気透析槽であるので、原料液にアルミニウムイオン等を添加し、原料液中のフッ素を除去する方法にも活用できる。 Note that the electrodialysis tank used in the second embodiment of the present invention is an electrodialysis tank having a structure in which the cations in the raw material chamber shown in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2018-94525 do not move to the product chamber. It can also be used in a method of adding aluminum ions or the like to remove fluorine in the raw material liquid.
上述したような本実施形態の方法によれば、バイポーラ膜電気透析法において、ヨウ化水素酸の収率をより向上できるとともに、廃液の発生量、製品室液への硫酸イオンの移動量及び、電極室へのヨウ化物イオンの移動量を減らすことができる。 According to the method of the present embodiment as described above, in the bipolar membrane electrodialysis method, the yield of hydroiodic acid can be further improved, and the amount of waste liquid generated, the amount of sulfate ions transferred to the product chamber liquid, and The migration of iodide ions to the electrode chamber can be reduced.
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。例えば、本発明の趣旨に沿った範囲内で条件を変更したり、他の工程を加える等の改変を加えることは差し支えない。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these. For example, modifications such as changing conditions or adding other steps may be made within the scope of the gist of the present invention.
最後に本発明の特徴について記す。
第一に、電気透析においての主体となる原料室から製品室へのヨウ化物イオンの電気的な移動以外のマイナーな移動に着目し、それを抑える方法を開発したことである。具体的には原料室と製品室の間で、ヨウ化物イオンの濃度差を動力とした拡散での製品室から原料室への移動がある。原料室を連続した2室とし、製品室側の原料室中のヨウ化物イオン濃度を透析終了まで一定以上高くすることでこの問題を解決した。また陽イオン交換膜を介してのヨウ化物イオンの電気的移動により生じる正極室へのヨウ化物イオンの移動をできるだけ少なくする方法として、最もヨウ化物イオン濃度が少ない副原料室を正極室の隣に配置するか、陽イオン交換膜を最もヨウ化物イオンが通過しにくいバイポーラ膜に置き換えることとした。
Finally, the features of the present invention will be described.
First, we focused on the minor movement of iodide ions other than the electrical movement of iodide ions from the raw material room to the product room, which is the main part in electrodialysis, and developed a method to suppress it. Specifically, there is movement from the product chamber to the raw material chamber by diffusion driven by the concentration difference of iodide ions between the raw material chamber and the product chamber. This problem was solved by making two raw material chambers continuous and increasing the iodide ion concentration in the raw material chamber on the product chamber side by a certain level or higher until the end of dialysis. In addition, as a method of minimizing the movement of iodide ions to the positive electrode chamber caused by the electrical movement of iodide ions through the cation exchange membrane, the secondary raw material chamber with the lowest iodide ion concentration is placed next to the positive electrode chamber. Alternatively, the cation exchange membrane was replaced with a bipolar membrane through which iodide ions are most difficult to pass.
第二に、原料室から製品室に移動する硫酸イオンの移動速度が透析終盤で上昇することに着目し、これを解決するとともに従来複置換透析法で必要とされていた副塩室をなくし、収率及び製品液品質の向上につなげた。具体的には、原料室を連続した2室とし、製品室側の原料室中のヨウ化物イオン濃度を透析終了まで一定以上高くすることで硫酸イオンの移動速度の上昇をなくした。また、製品室から遠い方の原料室を副原料室からの硫酸イオンの移動先とすることで、副塩室をなくした。 Secondly, we focused on the fact that the transfer rate of sulfate ions moving from the raw material chamber to the product chamber increases at the end of dialysis. This led to improvements in yield and product liquid quality. Specifically, two raw material chambers were arranged in succession, and the concentration of iodide ions in the raw material chamber on the product chamber side was maintained at a certain level or higher until the end of dialysis, thereby eliminating an increase in the moving speed of sulfate ions. In addition, the secondary salt chamber is eliminated by making the raw material chamber farther from the product chamber the transfer destination of the sulfate ions from the secondary raw material chamber.
第三に、本発明以前の電気透析槽は陽イオン交換膜、陰イオン交換膜の交互配置、あるいは、バイポーラ膜、陽イオン交換膜、陰イオン交換膜の順序での配置であったが、本発明では陽、陰、陰、陰の配置あるいは、バイポーラ、陰、陰の配置である。 Thirdly, electrodialyzers prior to the present invention had cation exchange membranes and anion exchange membranes alternately arranged, or bipolar membranes, cation exchange membranes, and anion exchange membranes arranged in this order. In the invention it is a yang, yin, yin, yin arrangement or a bipolar, yin, yin arrangement.
第四に、原料液の多目的使用が挙げられる。具体的には、原料液は、第一原料室で原料として利用されるうえに、透析終盤までヨウ化物イオン濃度を保つことで、製品室からの戻りを少なくし、第二原料室からの受け入れを容易にした。また、終盤での製品室への硫酸イオンの移動速度増加を抑制した。そして次に第二原料室で、原料液として利用されるうえ、副原料室からの硫酸イオンの受けとり先として利用される。 Fourthly, multi-purpose use of the raw material liquid can be mentioned. Specifically, the raw material solution is used as a raw material in the first raw material chamber, and by maintaining the iodide ion concentration until the end of dialysis, the return from the product chamber is reduced and the acceptance from the second raw material chamber is reduced. made easy. In addition, it suppressed the increase in the moving speed of sulfate ions to the product room in the final stage. Then, in the second raw material chamber, it is used not only as a raw material liquid, but also as a recipient of sulfate ions from the auxiliary raw material chamber.
以下、実施例を用いて本発明をより具体的に説明する。
以下、実施例1及び2、比較例1においては、電気透析槽(旭化成株式会社製、G4型:有効膜面積2dm2)を含む電気透析装置を用いて電気透析を行った。陽イオン交換膜には、セレミオンCSO(AGC株式会社製)を、一価陰イオン選択透過膜にセレミオンASV-N(AGC株式会社製)を、陰イオン交換膜に、セレミオンAMV-N(AGC株式会社製)を用いた。各室液の仕込み液調製には、富士フィルム和光純薬株式会社製ヨウ化ナトリウム、同社製硫酸水素ナトリウム一水塩、同社製無水硫酸ナトリウム、株式会社トーシン製75質量%硫酸、および蒸留水を用いた。製品室液の仕込みには、自己製造したヨウ化水素酸を用いた。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below using examples.
Hereinafter, in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, electrodialysis was performed using an electrodialysis apparatus including an electrodialysis tank (manufactured by Asahi Kasei Corporation, model G4: effective membrane area: 2 dm 2 ). The cation exchange membrane is Celemion CSO (manufactured by AGC Corporation), the monovalent anion permselective membrane is Celemion ASV-N (manufactured by AGC Corporation), and the anion exchange membrane is Celemion AMV-N (AGC Corporation). company) was used. For preparation of each chamber liquid, sodium iodide manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., sodium hydrogen sulfate monohydrate manufactured by the same company, anhydrous sodium sulfate manufactured by the same company, 75% by mass sulfuric acid manufactured by Toshin Co., Ltd., and distilled water. Using. Self-manufactured hydroiodic acid was used for charging the product room liquid.
なお、分析に際しては、試料を純水で希釈し、イオンクロマトグラフ(メトローム社製883プロフェッショナルケミカルサプレッサー付き、炭酸ガスサプレッサー付き)を用いて測定した。
運転はすべて4A定電流運転(2A/dm2)で行った。
For the analysis, the sample was diluted with pure water and measured using an ion chromatograph (with 883 professional chemical suppressor manufactured by Metrohm, with carbon dioxide gas suppressor).
All operations were performed at 4A constant current operation (2A/dm 2 ).
(比較例1)
<電気透析槽の構成>
電気透析槽は正極と負極の間に正極側から、正極室、陽イオン交換膜、副塩室に続き、陰イオン交換膜である第2の陰イオン交換膜、副原料室、陽イオン交換膜である第1の陽イオン交換膜、製品室、一価陰イオン選択透過膜である第1の陰イオン交換膜、第一原料室、陽イオン交換膜である第2の陽イオン交換膜、副塩室の順に4膜4室を一組とする4組を配置し、続けて、陽イオン交換膜、負極室を配置した。
(Comparative example 1)
<Configuration of electrodialysis tank>
The electrodialyzer is located between the positive electrode and the negative electrode, from the positive electrode side, to the positive electrode chamber, the cation exchange membrane, the sub-salt chamber, followed by the second anion exchange membrane, which is an anion exchange membrane, the auxiliary raw material chamber, and the cation exchange membrane. The first cation exchange membrane, the product chamber, the first anion exchange membrane that is a monovalent anion permselective membrane, the first raw material chamber, the second cation exchange membrane that is a cation exchange membrane, the secondary 4 sets of 4 membranes and 4 chambers were arranged in order of the salt chamber, followed by the cation exchange membrane and the negative electrode chamber.
<仕込み液の調製>
以下の各室の仕込み液を調製した。
電極室液:5質量%硫酸水素ナトリウム水溶液2000mL
副塩室液:1.7質量%硫酸水素ナトリウム水溶液1000mL
原料室液:ヨウ化ナトリウム1.0モル及び硫酸0.5モルを含む水溶液1500mL
副原料室液:硫酸0.6モルを含む水溶液1000mL
製品室液:1質量%ヨウ化水素酸水溶液1000mL
<Preparation of charging solution>
A charge solution for each of the following chambers was prepared.
Electrode chamber liquid: 2000 mL of 5% by mass sodium hydrogen sulfate aqueous solution
Sub-salt chamber liquid: 1000 mL of 1.7% by mass sodium hydrogen sulfate aqueous solution
Raw material chamber liquid: 1500 mL of an aqueous solution containing 1.0 mol of sodium iodide and 0.5 mol of sulfuric acid
Auxiliary material chamber liquid: 1000 mL of an aqueous solution containing 0.6 mol of sulfuric acid
Product room liquid: 1000 mL of 1% by mass hydroiodic acid aqueous solution
<電気透析>
電極室(正極室及び負極室)には極室液2000mLをそれぞれ循環で通液し、副塩室には副塩室液1000mLを、原料室には原料室液を、副原料室には副原料室液を、製品室には製品室液をそれぞれ0.2L/分で循環で通液した。
<Electrodialysis>
2000 mL of the electrode chamber liquid is circulated through the electrode chambers (positive electrode chamber and negative electrode chamber), 1000 mL of the sub-salt chamber liquid is passed through the sub-salt chamber, the raw material chamber liquid is passed through the raw material chamber, and the auxiliary raw material chamber is fed with the auxiliary raw material chamber. The raw material chamber liquid and the product chamber liquid were circulated through the product chamber at a rate of 0.2 L/min.
<イオン濃度分析>
運転を2.3時間行い、原料室、副塩室及び製品室からの排出液を取得し、それぞれの取得液中の、ヨウ化物イオン(I-)及び硫酸イオン(SO4
2-)濃度を分析した。
<Ion concentration analysis>
The operation was carried out for 2.3 hours, and the effluents from the raw material chamber, sub-salt chamber, and product chamber were collected, and the iodide ion (I − ) and sulfate ion (SO 4 2− ) concentrations in each collected liquid were measured. analyzed.
各室における仕込み液と取得液とについて、ヨウ化物イオン(I-)及び硫酸イオン(SO4 2-)のイオン量及びイオン濃度の結果を表1及び表2にそれぞれ示す。 Tables 1 and 2 show the ion amounts and ion concentrations of iodide ions (I − ) and sulfate ions (SO 4 2− ) for the feed solution and the capture solution in each chamber, respectively.
また、製品室における硫酸イオンのイオン濃度の時間変化を、実施例1と併せて図3に示す。 In addition, FIG.
結果
原料室仕込み液中のヨウ化物イオンと取得液中のヨウ化物イオン量の差からのうち、およそ87%が原料室から移動した。そのうち原料室中のヨウ化物イオンの0.5%は、副塩室に移動した。
Results Approximately 87% of the difference in the amount of iodide ions in the feed chamber charge and the capture liquid was transferred from the feed chamber. Among them, 0.5% of the iodide ions in the raw material compartment moved to the sub-salt compartment.
また、図3に示すように、製品室における硫酸イオン濃度の増加速度、すなわち、製品室への硫酸イオンの移動速度は、透析終盤で増加した。 Further, as shown in FIG. 3, the rate of increase in sulfate ion concentration in the product chamber, ie, the rate of migration of sulfate ions to the product chamber, increased at the end of dialysis.
極室液に遊離ヨウ素による着色がみられた。透析終了後、極室液に還元剤を加えヨウ化物イオン濃度を測定したところ、100mg/L、180mgのヨウ化物イオンが確認された。 Coloration due to free iodine was observed in the polar fluid. After the dialysis was completed, a reducing agent was added to the extreme compartment fluid, and the iodide ion concentration was measured.
(実施例1)
<電気透析槽の構成>
電気透析槽は正極と負極の間に正極側から、正極室、陽イオン交換膜、第二原料室に続き、陰イオン交換膜である第3の陰イオン交換膜、副原料室、陽イオン交換膜、製品室、一価陰イオン選択透過膜である第1の陰イオン交換膜、第一原料室、一価陰イオン選択透過膜である第2の陰イオン交換膜、第二原料室の順に4膜4室を一組とする4組を配置し、続けて、陽イオン交換膜、負極室を配置した。
(Example 1)
<Configuration of electrodialysis tank>
The electrodialyzer is between the positive electrode and the negative electrode, from the positive electrode side, the positive electrode chamber, the cation exchange membrane, the second raw material chamber, followed by the third anion exchange membrane, which is an anion exchange membrane, the auxiliary raw material chamber, and the cation exchange. Membrane, product chamber, first anion exchange membrane that is a monovalent anion permselective membrane, first raw material chamber, second anion exchange membrane that is a monovalent anion permselective membrane, and second raw material chamber in this order. Four sets of four membranes and four chambers were arranged, followed by a cation exchange membrane and a negative electrode chamber.
<仕込み液の調製>
以下の各室の仕込み液を調製した。
電極室液:5質量%硫酸水素ナトリウム水溶液2000mL
第一原料室液:ヨウ化物イオンナトリウム1.0モル及び硫酸0.5モルを含む水溶液1500mL
第二原料室液:0.825モルのヨウ化物イオン、0.825モルのナトリウムイオン、0.83モルの硫酸イオンを含む水溶液1400mL(前回第一原料室残液)
副原料室液:硫酸0.6モルを含む水溶液1000mL
製品室液:1質量%ヨウ化水素酸水溶液1000mL
<Preparation of charging solution>
A charge solution for each of the following chambers was prepared.
Electrode chamber liquid: 2000 mL of 5% by mass sodium hydrogen sulfate aqueous solution
First raw material chamber liquid: 1500 mL of an aqueous solution containing 1.0 mol of sodium iodide ion and 0.5 mol of sulfuric acid
Second raw material chamber liquid: 1400 mL of an aqueous solution containing 0.825 mol of iodide ions, 0.825 mol of sodium ions, and 0.83 mol of sulfate ions (remaining liquid from the previous first raw material chamber)
Auxiliary material chamber liquid: 1000 mL of an aqueous solution containing 0.6 mol of sulfuric acid
Product room liquid: 1000 mL of 1% by mass hydroiodic acid aqueous solution
<電気透析>
電極室(正極室及び負極室)には極室液をそれぞれ1.5L/分で循環で通液し、第一原料室には第一原料室液を、第二原料室には第二原料室液を、副原料室には副原料室液を、また、製品室には製品室液をそれぞれ0.2L/分で循環で通液した。
<Electrodialysis>
Electrode chambers (positive electrode chamber and negative electrode chamber) are each circulated with the electrode chamber liquid at 1.5 L/min, the first raw material chamber liquid is passed through the first raw material chamber, and the second raw material is passed through the second raw material chamber. The chamber liquid was circulated at a rate of 0.2 L/min to the sub-raw material chamber and the product chamber liquid to the product chamber.
<イオン濃度分析>
運転を2.5時間行い、第一原料室、第二原料室及び製品室からの排出液を取得し、それぞれの取得液中の、ヨウ化物イオン(I-)及び硫酸イオン(SO4
2-)濃度を分析した。
<Ion concentration analysis>
The operation was carried out for 2.5 hours, the effluents from the first raw material chamber, the second raw material chamber and the product chamber were collected, and iodide ions (I − ) and sulfate ions (SO 4 2− ) concentrations were analyzed.
結果を表3及び表4にそれぞれ示す。
また、製品室における硫酸イオンのイオン濃度の時間変化を、比較例1と併せて図3に示す。
The results are shown in Tables 3 and 4, respectively.
In addition, FIG.
結果
第一原料室仕込みと第二原料室取得での差から原料液中のヨウ化物イオンのうち93%が取得できた。また、実施例1では、比較例1に比べて、原料液中のヨウ化物イオンを、より高い収率で製品室液中に取得することができた。
Result 93% of the iodide ions in the raw material solution could be obtained from the difference between the charge in the first raw material chamber and the acquisition in the second raw material chamber. Moreover, in Example 1, compared with Comparative Example 1, iodide ions in the raw material liquid could be obtained in the product chamber liquid at a higher yield.
図3から明らかなように、製品室における硫酸イオン濃度の増加速度、すなわち、製品室への硫酸イオンの移動速度は、比較例1では、透析終盤で増加するのに対し、実施例1では、一定の速度である。実施例1では、比較例1に比べて、硫酸イオンの増加量を約40%減らすことができた。 As is clear from FIG. 3, the rate of increase in the concentration of sulfate ions in the product chamber, that is, the rate of migration of sulfate ions to the product chamber, increases at the end of dialysis in Comparative Example 1, whereas in Example 1, Constant speed. In Example 1, compared with Comparative Example 1, the increase in sulfate ions could be reduced by about 40%.
しかしながら、極室液に遊離ヨウ素による着色が強くみられた。透析終了後、極室液に還元剤を加えヨウ化物イオン濃度を測定したところ、4000mg/L、7200mgのヨウ化物イオンが確認された。 However, the polar fluid was strongly colored by free iodine. After the dialysis was completed, a reducing agent was added to the extreme compartment fluid, and the iodide ion concentration was measured.
(実施例2)
<電気透析槽の構成>
電気透析槽は正極と負極の間に正極側から、正極室、陽イオン交換膜、副原料室に続き、陽イオン交換膜、製品室、一価陰イオン選択透過膜である第1の陰イオン交換膜、第一原料室、一価陰イオン選択透過膜である第2の陰イオン交換膜、第二原料室、陰イオン交換膜である第3の陰イオン交換膜、副原料室の順に4膜4室を一組とする4組を配置し、続けて、陽イオン交換膜、負極室を配置した。
(Example 2)
<Configuration of electrodialysis tank>
The electrodialysis tank is placed between the positive electrode and the negative electrode, from the positive electrode side, the positive electrode chamber, the cation exchange membrane, the auxiliary material chamber, followed by the cation exchange membrane, the product chamber, and the first anion which is the monovalent anion selective permeation membrane. An exchange membrane, a first raw material chamber, a second anion exchange membrane that is a monovalent anion selective permeable membrane, a second raw material chamber, a third anion exchange membrane that is an anion exchange membrane, and an auxiliary raw material chamber in this order 4 Four sets of four membrane chambers were arranged, followed by a cation exchange membrane and a negative electrode chamber.
<仕込み液の調製>
以下の各室の仕込み液を調製した。
電極室液:5質量%硫酸水素ナトリウム水溶液2000mL
第一原料室液:ヨウ化ナトリウム1.0モル及び硫酸0.5モルを含む水溶液1500mL
第二原料室液:0.77モルのヨウ化物イオン、1.0モルのナトリウムイオン、0.80モルの硫酸イオンを含む水溶液1400mL(前回第一原料室残液)
副原料室液:硫酸0.6モルを含む水溶液1000mL
製品室液:1質量%ヨウ化水素酸水溶液1000mL
<Preparation of charging solution>
A charge solution for each of the following chambers was prepared.
Electrode chamber liquid: 2000 mL of 5% by mass sodium hydrogen sulfate aqueous solution
First raw material chamber liquid: 1500 mL of an aqueous solution containing 1.0 mol of sodium iodide and 0.5 mol of sulfuric acid
Second raw material chamber liquid: 1400 mL of an aqueous solution containing 0.77 mol of iodide ions, 1.0 mol of sodium ions, and 0.80 mol of sulfate ions (remaining liquid from the previous first raw material chamber)
Auxiliary material chamber liquid: 1000 mL of an aqueous solution containing 0.6 mol of sulfuric acid
Product room liquid: 1000 mL of 1% by mass hydroiodic acid aqueous solution
<電気透析>
電極室(正極室及び負極室)には極室液をそれぞれ1.5L/分で循環で通液し、第一原料室には第一原料室液を、第二原料室には第二原料室液を、副原料室には副原料室液を、また、製品室には製品室液をそれぞれ0.2L/分で循環で通液した。
<Electrodialysis>
Electrode chambers (positive electrode chamber and negative electrode chamber) are each circulated with the electrode chamber liquid at 1.5 L/min, the first raw material chamber liquid is passed through the first raw material chamber, and the second raw material is passed through the second raw material chamber. The chamber liquid was circulated at a rate of 0.2 L/min to the sub-raw material chamber and the product chamber liquid to the product chamber.
<イオン濃度分析>
運転を3.5時間行い、第一原料室、第二原料室及び製品室からの排出液を取得し、それぞれの取得液中の、ヨウ化物イオン(I-)及び硫酸イオン(SO4
2-)濃度を分析した。
結果を表5及び表6にそれぞれ示す。
<Ion concentration analysis>
The operation was carried out for 3.5 hours, and the effluents from the first raw material chamber, the second raw material chamber and the product chamber were collected. ) concentrations were analyzed.
The results are shown in Tables 5 and 6, respectively.
結果
第一原料室仕込みと第二原料室取得での差から原料液中のヨウ化物イオンのうち95.8%が取得できた。また、実施例1、比較例1に比べて、原料液中のヨウ化物イオンを、より高い収率で製品室液中に取得することができた。
Result 95.8% of the iodide ions in the raw material solution could be obtained from the difference between the charge in the first raw material chamber and the acquisition in the second raw material chamber. Moreover, compared with Example 1 and Comparative Example 1, the iodide ions in the raw material liquid could be obtained in the product chamber liquid at a higher yield.
透析中、極液に遊離ヨウ素による着色は見られなかった。透析終了後、極室液に還元剤を加えヨウ化物イオン濃度を測定したところ、検出限界の10mg/Lを超えるヨウ化物イオンは検出されなかった。 No coloration due to free iodine was observed in the anolyte during dialysis. After the dialysis was completed, a reducing agent was added to the extreme chamber fluid and the iodide ion concentration was measured. No iodide ion exceeding the detection limit of 10 mg/L was detected.
すなわち、実施例2では、電極室に隣接する液室を副原料室とすることで、電極室へのヨウ化物イオンの移動が、好適に抑えられていることが確認された。また、電極室に移動したヨウ化物イオンによるロスが抑えられたことにより、実施例1に比べて収率がさらに向上した。 That is, in Example 2, it was confirmed that the movement of iodide ions to the electrode chamber was suitably suppressed by using the liquid chamber adjacent to the electrode chamber as the auxiliary material chamber. Moreover, the yield was further improved as compared with Example 1 because the loss due to the iodide ions that migrated to the electrode chamber was suppressed.
電気透析槽として、正極と負極との間に、正極側から、正極室、バイポーラ膜に続けて、製品室、陰イオン交換膜である第1の陰イオン交換膜、第一原料室、陰イオン交換膜である第2の陰イオン交換膜、第二原料室、バイポーラ膜の順に、3室3膜を一組とする膜室組を4組配置し、続けて負極室を配置した電気透析槽を用い、製品室には希薄ヨウ化水素酸を循環で通過させ、第一原料室には原料液を循環で通過させ、第二原料室には前バッチで第一原料室を循環で通過させた原料液の残液を循環で通過させた以外は、前記実施例と同様にして電気透析を行ったところ、前記と同様に優れた結果が得られた。 As an electrodialysis tank, between the positive electrode and the negative electrode, from the positive electrode side, the positive electrode chamber, the bipolar membrane, the product chamber, the first anion exchange membrane that is an anion exchange membrane, the first raw material chamber, anions An electrodialysis cell in which four sets of membrane chambers, each consisting of three chambers and three membranes, are arranged in the order of a second anion exchange membrane, a second raw material chamber, and a bipolar membrane, followed by a negative electrode chamber. , dilute hydroiodic acid is circulated through the product chamber, the raw material liquid is circulated through the first raw material chamber, and the first raw material chamber is circulated through the second raw material chamber in the previous batch. Electrodialysis was carried out in the same manner as in the above example, except that the remaining raw material solution was circulated, and the same excellent results were obtained.
本発明のヨウ化水素酸の合成法は、ヨウ化物イオンを含む水溶液である原料液と水素イオンを含む水溶液である副原料液から複置換電気透析法にてヨウ化水素酸を合成するヨウ化水素酸の合成法であって、正極と負極との間に、前記正極側から、正極室、バイポーラ膜もしくは陽イオン交換膜、第1の副原料室に続けて、陽イオン交換膜、製品室、陰イオン交換膜である第1の陰イオン交換膜、第一原料室、陰イオン交換膜である第2の陰イオン交換膜、第二原料室、陰イオン交換膜である第3の陰イオン交換膜、及び第2の副原料室の順に、4膜4室を一組とする膜室組を複数配置し、続けて陽イオン交換膜、負極室を配置した電気透析槽を用いる、方法である。 In the method for synthesizing hydroiodic acid of the present invention, hydroiodic acid is synthesized from a raw material liquid that is an aqueous solution containing iodide ions and an auxiliary raw material liquid that is an aqueous solution containing hydrogen ions by double displacement electrodialysis. A method for synthesizing hydrogen acid, wherein, from the positive electrode side, a positive electrode chamber, a bipolar membrane or a cation exchange membrane, a first auxiliary raw material chamber, a cation exchange membrane, and a product chamber are placed between the positive electrode and the negative electrode. , a first anion exchange membrane that is an anion exchange membrane, a first raw material chamber, a second anion exchange membrane that is an anion exchange membrane, a second raw material chamber, and a third anion that is an anion exchange membrane A method of using an electrodialysis cell in which a plurality of membrane chamber sets each consisting of 4 membranes and 4 chambers are arranged in order of an exchange membrane and a second auxiliary raw material chamber, followed by a cation exchange membrane and a negative electrode chamber. be.
また、本発明のヨウ化水素酸の合成法の他の態様の一つは、ヨウ化物イオンを含む水溶液である原料液からバイポーラ膜電気透析法にてヨウ化水素酸を合成するヨウ化水素酸の合成法であって、正極と負極との間に、前記正極側から、正極室、第1のバイポーラ膜に続けて、製品室、陰イオン交換膜である第1の陰イオン交換膜、第一原料室、陰イオン交換膜である第2の陰イオン交換膜、第二原料室、及び第2のバイポーラ膜の順に、3室3膜を一組とする室膜組を複数配置し、続けて負極室を配置した電気透析槽を用いる、方法である。 Another embodiment of the method for synthesizing hydroiodic acid of the present invention is to synthesize hydroiodic acid from a raw material solution that is an aqueous solution containing iodide ions by bipolar membrane electrodialysis. In this method, between the positive electrode and the negative electrode, from the positive electrode side, the positive electrode chamber, the first bipolar membrane, the product chamber, the first anion exchange membrane that is an anion exchange membrane, the first A plurality of chamber membrane sets with three chambers and three membranes are arranged in this order of one raw material chamber, a second anion exchange membrane that is an anion exchange membrane, a second raw material chamber, and a second bipolar membrane, and This is a method using an electrodialysis cell in which a negative electrode chamber is arranged at the bottom.
本発明のヨウ化水素酸の合成法によれば、収率をより向上させ、廃液の発生量を減らすとともに、製品室液への硫酸イオンの移動量、及び電極室へのヨウ化物イオンの移動量を減らすことができる。 According to the method for synthesizing hydroiodic acid of the present invention, the yield is further improved, the amount of waste liquid generated is reduced, and the amount of sulfate ions transferred to the product chamber liquid and the iodide ions transferred to the electrode chamber can reduce the amount.
したがって、本発明のヨウ化水素酸の合成法は、産業上の利用可能性を有する。
本発明により合成されるヨウ化水素酸は、例えば、ヨウ素化合物の製造、還元剤、医薬原料、エッチング剤、分析試薬等に用いられ、重要な産業製品である。
Therefore, the method for synthesizing hydroiodic acid of the present invention has industrial applicability.
The hydroiodic acid synthesized by the present invention is used, for example, in the production of iodine compounds, reducing agents, pharmaceutical raw materials, etching agents, analytical reagents, and is an important industrial product.
1 電気透析槽
2 正極
3 負極
4c 陽イオン交換膜
5c 陽イオン交換膜
6s 第1の陰イオン交換膜
7s 第2の陰イオン交換膜
8a 第3の陰イオン交換膜
9c 陽イオン交換膜
10 正極室
11 第1の副原料室
12 製品室
13 第一原料室
14 第二原料室
15 第2の副原料室
16 負極室
21 製品室液
22 第一原料室液
23 第二原料室液
24 副原料室液
25 副原料室液
26 正極液
27 負極液
31A 電気透析槽
32 正極
33 負極
34b 第1のバイポーラ膜
35s 第1の陰イオン交換膜
36s 第2の陰イオン交換膜
37b’ 第2のバイポーラ膜
40 正極室
41 製品室
42 第一原料室
43 第二原料室
44 負極室
51 製品室液
52 第一原料室液
53 第二原料室液
54 正極液
55 負極液
1
Claims (9)
正極と負極との間に、前記正極側から、正極室、バイポーラ膜もしくは陽イオン交換膜、第1の副原料室に続けて、
陽イオン交換膜、製品室、陰イオン交換膜である第1の陰イオン交換膜、第一原料室、陰イオン交換膜である第2の陰イオン交換膜、第二原料室、陰イオン交換膜である第3の陰イオン交換膜、及び第2の副原料室の順に、4膜4室を一組とする膜室組を複数配置し、
続けて陽イオン交換膜、負極室を配置した電気透析槽を用いる、ことを特徴とするヨウ化水素酸の合成法。 A method for synthesizing hydroiodic acid by synthesizing hydroiodic acid from a raw material liquid that is an aqueous solution containing iodide ions and an auxiliary raw material liquid containing hydrogen ions by a double displacement electrodialysis method,
Between the positive electrode and the negative electrode, from the positive electrode side, a positive electrode chamber, a bipolar membrane or a cation exchange membrane, and a first auxiliary raw material chamber,
Cation exchange membrane, product chamber, first anion exchange membrane that is an anion exchange membrane, first raw material chamber, second anion exchange membrane that is an anion exchange membrane, second raw material chamber, anion exchange membrane A plurality of membrane chamber sets each including 4 membranes and 4 chambers are arranged in order of the third anion exchange membrane and the second auxiliary raw material chamber,
A method for synthesizing hydroiodic acid, characterized by using an electrodialysis tank in which a cation exchange membrane and a negative electrode chamber are subsequently arranged.
正極と負極との間に、前記正極側から、正極室、第1のバイポーラ膜に続けて、
製品室、陰イオン交換膜である第1の陰イオン交換膜、第一原料室、陰イオン交換膜である第2の陰イオン交換膜、第二原料室、及び第2のバイポーラ膜の順に、3室3膜を一組とする室膜組を複数配置し、
続けて負極室を配置した電気透析槽を用いる、ことを特徴とするヨウ化水素酸の合成法。 A method for synthesizing hydroiodic acid by synthesizing hydroiodic acid from a raw material solution, which is an aqueous solution containing iodide ions, by bipolar membrane electrodialysis,
Between the positive electrode and the negative electrode, from the positive electrode side, following the positive electrode chamber and the first bipolar film,
The product chamber, the first anion exchange membrane that is an anion exchange membrane, the first raw material chamber, the second anion exchange membrane that is an anion exchange membrane, the second raw material chamber, and the second bipolar membrane in that order, arranging a plurality of chamber-membrane sets each consisting of 3 chambers and 3-membrane sets,
A method for synthesizing hydroiodic acid, characterized by using an electrodialysis tank continuously arranged with a negative electrode chamber.
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JP7284356B1 (en) | 2023-01-06 | 2023-05-30 | 株式会社 東邦アーステック | Anion separation method |
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