JP2024055436A

JP2024055436A - 次亜塩素酸水の調製方法、及び次亜塩素酸水の調製装置

Info

Publication number: JP2024055436A
Application number: JP2022162364A
Authority: JP
Inventors: 正昭名郷根; 高木　祐治; 裕足立
Original assignee: FINGGAL LINK CO., LTD.
Current assignee: FINGGAL LINK CO., LTD.
Priority date: 2022-10-07
Filing date: 2022-10-07
Publication date: 2024-04-18

Abstract

【課題】次亜塩素酸水を調製する過程において、反応液のpHを可能な限り4.5以上に保ち、塩素ガスが発生するリスクを下げた次亜塩素酸水の調製方法、及び／又は次亜塩素酸水の調製装置を提供することを課題とする。【課題を解決するための手段】次亜塩素酸塩水溶液をH形強酸性陽イオン交換樹脂層に通過させ、その通過液をNa形強酸性陽イオン交換樹脂層に通過させることを含む、次亜塩素酸水の調製方法、により課題を解決する。【選択図】図２

Description

本発明は、次亜塩素酸水の調製方法、及び次亜塩素酸水の調製装置に関する。

特許文献１には、イオン交換樹脂に次亜塩素酸ナトリウム水を通水して、ｐＨを下げて次亜塩素酸水とする技術が開示されている。
また非特許文献１にはイオン交換法次亜塩素酸水生成装置が開示されている。

特開平６－２０６０７６号広報

ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｔｅｒｉｏｓｔｅｃ．ｊｐ／ｉｏｎｃｈａｎｇｅｒ／

特許文献１及び非特許文献１に記載の方法は、次亜塩素酸ナトリウム液から次亜塩素酸水を調製する過程において、反応液のｐＨが３．０以下となり、有害な塩素ガスを発生する可能性があった。

本発明は、次亜塩素酸水を調製する過程において、反応液のｐＨを可能な限り４．５以上に保ち、塩素ガスが発生するリスクを下げた次亜塩素酸水の調製方法、及び／又は次亜塩素酸水の調製装置を提供することを課題とする。

本発明は、下記実施形態を含む。
項１．次亜塩素酸塩水溶液をＨ形強酸性陽イオン交換樹脂層に通過させ、その通過液をＮａ形強酸性陽イオン交換樹脂層に通過させることを含む、次亜塩素酸水の調製方法。
項２．Ｎａ形強酸性陽イオン交換樹脂層の上にＨ形強酸性陽イオン交換樹脂層を積層した強酸性陽イオン交換樹脂層を備える、次亜塩素酸水の調製装置。
項３．内槽と、内層よりも深い外槽を備え、内槽は外槽上部内側に装着可能であり、内層下部に前記強酸性陽イオン交換樹脂層を備え、内槽に投入された次亜塩素酸塩水溶液は、前記強酸性陽イオン交換樹脂層を通過し外槽に貯留する、項２に記載の次亜塩素酸水の調製装置。
項４．強酸性陽イオン交換樹脂層がカートリッジ内に格納されており、カートリッジは脱着可能である、項３に記載の調製装置。
項５．注入管と採液管と強酸性陽イオン交換樹脂タンクを備えた次亜塩素酸水調製タンクを備え、強酸性陽イオン交換樹脂タンクは、次亜塩素酸水調製タンク内に格納され、前記注入管は前記次亜塩素酸水調製タンクの上部に開口し、採液管の採液口は、強酸性陽イオン交換樹脂タンクの上部に開口し、強酸性陽イオン交換樹脂タンクは、Ｈ形強酸性陽イオン交換樹脂層上にＮａ形強酸性陽イオン交換樹脂層が積層して格納し、次亜塩素酸塩水溶液は、前記注入管から次亜塩素酸水調製タンク内であって、かつ強酸性陽イオン交換樹脂タンクの外側に注入され、強酸性陽イオン交換樹脂タンクの底部から強酸性陽イオン交換樹脂タンク内に流入し、調製された次亜塩素酸水は採液管の採液口から次亜塩素酸水調製タンク外に排出される、次亜塩素酸水の調製装置。

より安全な次亜塩素酸水の調製方法、及び／又は次亜塩素酸水の調製装置を提供することができる。

Ｈ形強酸性陽イオン交換樹脂とＮａ型強酸性陽イオン交換樹脂を用いた次亜塩素酸水の調製の模式図を示す。（Ａ）調製装置１の構成例を示す。（Ｂ）調製装置２の構成例を示す。調製装置５の構成例を示す。次亜塩素酸水調製タンク５７の構成例を示す。調製装置１を用いて、亜塩素酸水を調製した際の、１Ｌ毎のｐＨを示す。調製装置５を用いて次亜塩素酸水を調製した際の、５０Ｌ毎のｐＨを示す。

１．Ｈ形強酸性陽イオン交換樹脂とＮａ型強酸性陽イオン交換樹脂を用いた次亜塩素酸水の調製
１－１．概要
本発明のある実施形態は、水素イオン形（Ｈ形）強酸性陽イオン交換樹脂とナトリウムイオン形（Ｎａ形）強酸性陽イオン交換樹脂を用いた次亜塩素酸水の調製に関する。

Ｈ形強酸性陽イオン交換樹脂は、水溶液中の陽イオンの全部、又は一部を水素イオンに置換する強酸性陽イオン交換樹脂を意図する。また、Ｎａ形強酸性陽イオン交換樹脂は、溶液中の陽イオンの全部、又は一部をナトリウムイオンに置換する強酸性陽イオン交換樹脂を意図する。

本実施形態における次亜塩素酸水の調製方法は、次亜塩素酸塩水溶液をＨ形強酸性陽イオン交換樹脂層に通過させ、その通過液をＮａ形強酸性陽イオン交換樹脂層に通過させることを含む。本実施形態の模式図を図１に示す。

イオン交換法とは次亜塩素酸塩ＸＣｌＯ（ここで、Ｘは水素以外の陽イオン）を水で希釈し、水中でＸ^＋とＣｌＯ^－に解離し、Ｘ^＋を陽イオン交換樹脂でＨ^＋に交換し、次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）水を製造する手法である。

ＨＣｌＯはＣｌＯ^－に対して約８０倍の殺菌効果があるとされており、次亜塩素酸水の質を向上させるためには、水溶液中のＨＣｌＯ存在比率を増加させる必要がある。水溶液中のＨＣｌＯ存在比率はｐＨに依存し、ｐＨ９で約５％、ｐＨ７で約７５％、ｐＨ５で約１００％と報告されている。一般的に、次亜塩素酸ナトリウムを水道水で２００ｐｐｍに希釈するとｐＨ９前後になると言われている。水道水で次亜塩素酸ナトリウムを希釈した際に希釈液に含まれる主なイオンは以下の通りである。
陽イオン：Ｎａ^＋、Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋、Ｆｅ^２＋
陰イオン：Ｃｌ^－、ＳＯ_４ ^２－、ＮＯ_３ ^２－、ＣｌＯ^－

本実施形態では、Ｈ形強酸性陽イオン交換樹脂層を通過した通過液を通過後すぐにＮａ形強酸性陽イオン交換樹脂層に通過させ、水中のＨ^＋をＮａ^＋にある程度交換する事でｐＨの低下を抑える。このため、Ｈ形強酸性陽イオン交換樹脂層はＮａ形強酸性陽イオン交換樹脂層上に積層されていることが好ましい。

一般的に、強酸性陽イオン交換樹脂は粒状構造、繊維状構造、又は液状構造をとっているため、ある程度の厚みを持って配置されるように、例えばタンク等の槽内の底部に層状に詰めることが好ましい。本明細書において、このように、層状に詰められた強酸性陽イオン交換樹脂の層を強酸性陽イオン交換樹脂層と呼ぶ。

Ｈ形強酸性陽イオン交換樹脂としては、一般的なスルホン酸が交換基となっているものを使用することができる。より具体的には、ダイヤイオン（商標）ＳＫ１ＢＨ（三菱ケミカル株式会社、デュオライト（商標）Ｃ２０ＬＦＨ（住化ケムテックス株式会社）、アンバーライト（商標）ＩＲ－１２０Ｈ形（メルク株式会社）、ＰＳＦ－００３－Ｈ（株式会社オスモ）、等を挙げることができる。
Ｎａ形強酸性陽イオン交換樹脂としては、一般的なスルホン酸が交換基となっているものを使用することができる。より具体的には、ダイヤイオン（商標）ＳＫ１Ｂ（三菱ケミカル株式会社、デュオライト（商標）Ｃ２０（住化ケムテックス株式会社）、アンバーライト（商標）ＩＲ－１２０Ｎａ形（メルク株式会社）、ＰＳＦ－００３－Ｎａ（株式会社オスモ）等を挙げることができる。

Ｈ形強酸性陽イオン交換樹脂に対する、Ｎａ形強酸性陽イオン交換樹脂の比率は、Ｈ形強酸性陽イオン交換樹脂１重量部に対して、Ｎａ形強酸性陽イオン交換樹脂０．５重量部～２重量部程度である。槽内の底部につめる強酸性陽イオン交換樹脂全体の重量は、槽の容量１Ｌに対して、１２０ｇ～３００ｇ程度である。

次亜塩素酸の原料と指定使用される次亜塩素酸塩は、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カリウム又は次亜塩素酸カルシウムであり、好ましくは次亜塩素酸ナトリウムである。

原料となる次亜塩素酸塩水溶中の次亜塩素酸塩の濃度は、３０ｐｐｍ～１，０００ｐｐｍ程度である。

次亜塩素酸水の調製は、室温（０℃～４０℃程度）で行うことが好ましい。
本項において説明した用語は、以下の説明にも援用する。

１－２．次亜塩素酸水の調製装置１，５
（１）実施形態１
本発明のある実施形態は、Ｎａ形強酸性陽イオン交換樹脂層の上にＨ形強酸性陽イオン交換樹脂層を積層した強酸性陽イオン交換樹脂層を備える、次亜塩素酸水の調製装置１に関する。

本実施形態の調製装置１は、卓上等に設置可能なポット型の形状を備える。図２に実施形態１の調製装置１の構造を示す。

図２（Ａ）に示す調製装置１は、内槽１１と、外槽１４と、注ぎ口１３と、カートリッジ１２を備える。カートリッジ１２内には、Ｈ形強酸性陽イオン交換樹脂層１２ａとＮａ形強酸性陽イオン交換樹脂層１２ｂを備える。Ｈ形強酸性陽イオン交換樹脂層１２ａはＮａ形強酸性陽イオン交換樹脂層１２ｂの上に実質的に混ざり合わないように積層されている。必要に応じて、Ｈ形強酸性陽イオン交換樹脂層１２ａとＮａ形強酸性陽イオン交換樹脂層１２ｂの間にフィルター等の仕切りを設けてもよい。

原料である次亜塩素酸塩水溶液は内槽１１内に注がれ、カートリッジ１２内を通過する際に、次亜塩素酸塩が次亜塩素酸に変わる。調製された次亜塩素酸水は、外槽１４内に貯留する。調製装置１は、注ぎ口１３の方向を下方に向けて傾けると、外槽１４内に貯留した次亜塩素酸水を排出することができる。

図２（Ｂ）に示す調製装置２は、内槽２１と、外槽２４と、採液管２３と、カートリッジ２２を備える。カートリッジ２２内には、Ｈ形強酸性陽イオン交換樹脂層２２ａとＮａ形強酸性陽イオン交換樹脂層２２ｂを備える。カートリッジ２２内の構造は、カートリッジ１２と同様である。

原料である次亜塩素酸塩水溶液は内槽２１内に注がれ、カートリッジ２２内を通過する際に、次亜塩素酸塩が次亜塩素酸に変わる。調製された次亜塩素酸水は、外槽２４内に貯留する。採液管２３の先にはコックが備えられており、コックを開くことにより外槽１４内に貯留した次亜塩素酸水が排出される。
カートリッジを１Ｌの水溶液の水溶液が通過する時間は、１２０秒～３６０秒程度である。

（２）実施形態２
実施形態１では、卓上型の調製装置１について説明した。本発明のある実施形態は、次亜塩素酸水を量産可能な調製装置５に関する。

図３に調製装置５の構造を示す。調製装置５は、給水装置５１と次亜塩素酸塩原液供給装置５２と、次亜塩素酸塩水溶液調製装置５５と、次亜塩素酸水調製タンク５７とを備える。給水装置５１は、水道の蛇口等であってもよい。給水装置５１と次亜塩素酸塩水溶液調製装置５５は給水管５３で接続されている。次亜塩素酸塩原液供給装置５２と次亜塩素酸塩水溶液調製装置５５とは供給管５４により接続されている。給水装置５１は給水管５３を通して次亜塩素酸塩水溶液調製装置５５に水を供給し、次亜塩素酸塩原液供給装置５２は供給管５４を通して次亜塩素酸塩水溶液調製装置５５に次亜塩素酸塩原液（１％～２０％の次亜塩素酸塩を含む）を供給する。次亜塩素酸塩水溶液調製装置５５は、水と次亜塩素酸塩原液を混合し、次亜塩素酸塩水溶液を調製する。次亜塩素酸塩水溶液調製装置５５内で調製された次亜塩素酸塩水溶液は注入管５６を通して次亜塩素酸水調製タンク５７に供給される。次亜塩素酸水調製タンク５７内で調製された次亜塩素酸水は採液管５８から排出される。図示していないが、採液管５８の先端にはコックが備えられており、コックを開けることにより排液口５９から次亜塩素酸水を採取できる。このような構造を有する次亜塩素酸塩水溶液調製装置５５として、例えば、非特許文献１に記載の装置を例示できる。

図４に、次亜塩素酸水調製タンク５７内の構造を示す。次亜塩素酸水調製タンク５７内には、強酸性陽イオン交換樹脂を格納する強酸性陽イオン交換樹脂タンク６５が格納されている。強酸性陽イオン交換樹脂タンク６５の底部６５ａの全部、又は一部は流体が通過でき、かつ強酸性陽イオン交換樹脂タンク６５内のイオン交換樹脂が通過しないメッシュ構造となっている。強酸性陽イオン交換樹脂タンクの底部６５ａ以外の側壁、及び上部（採液口６０を除く）は流体が通過しないようになっている。強酸性陽イオン交換樹脂タンク６５は、次亜塩素酸水調製タンク５７内の支持体６８上に設置され、強酸性陽イオン交換樹脂タンク６５の底部６５aからの流体の流れを妨げないよう、強酸性陽イオン交換樹脂タンク６５が、次亜塩素酸水調製タンク５７の底部に接しない構造となっている。強酸性陽イオン交換樹脂タンク６５には、Ｈ形強酸性陽イオン交換樹脂層７１とＮａ形強酸性陽イオン交換樹脂層７２が格納されている。Ｎａ形強酸性陽イオン交換樹脂層７２はＨ形強酸性陽イオン交換樹脂層７１の上に積層されている。これらの強酸性陽イオン交換樹脂層は流体の流れによって両者が混じり合わないように強酸性陽イオン交換樹脂タンク６５内の全体に充満するように充填されている。注入管５６は、次亜塩素酸水調製タンク５７の上部に開口する。また、採液管５８の採液口６０は、強酸性陽イオン交換樹脂タンク６５の上部に開口している。次亜塩素酸塩水溶液調製装置５５から注入管５６を通って供給された次亜塩素酸塩水溶液が次亜塩素酸水調製タンク５７内の強酸性陽イオン交換樹脂タンク６５の外側に充填されると、次亜塩素酸塩水溶液は、強酸性陽イオン交換樹脂タンク６５の底部６５aから強酸性陽イオン交換樹脂タンク６５内に流入し、Ｈ形強酸性陽イオン交換樹脂層７１を通ってＮａ形強酸性陽イオン交換樹脂層７２に至り、この間に次亜塩素酸塩が次亜塩素酸に変化する。次亜塩素酸水は、採液口６０から採取され、採液管５８を通って、次亜塩素酸水調製タンク５７外に排出される。
次亜塩素酸水調製タンク５７内を水溶液が通過する流速は、６Ｌ／ｍｉｎ～２０Ｌ／ｍｉｎ程度である。

次亜塩素酸水の調製中は、次亜塩素酸水調製タンク５７は常に次亜塩素酸塩水溶液によって満たされている。

２．効果の検証
（１）調製装置１
卓上型の調製装置１を用いて次亜塩素酸水を調製した際の、１Ｌ毎のｐＨを示す。Ｈ形強酸性陽イオン交換樹脂として、ＰＳＦ－００３－Ｈ（株式会社オスモ）を、Ｎａ形強酸性陽イオン交換樹脂として、ＰＳＦ－００３－Ｎａ（株式会社オスモ）を使用した。従来法として、Ｈ形強酸性陽イオン交換樹脂のみを調製装置１のカートリッジ１２内に配置した調製装置を作製し、同様に次亜塩素酸水を調製し、卓上型の調製装置１によって調製された次亜塩素酸水とｐＨを比較した。カートリッジを通過する次亜塩素酸ナトリウム水の流速は２１０秒から２７０秒／Ｌであった。結果を図５に示す。従来法では次亜塩素酸水のｐＨは、イオン交換樹脂が劣化する３２ＬまでほぼｐＨ４．０を下回っていたが、卓上型の調製装置１では、次亜塩素酸水の調製中にｐＨ４．５を下回ることはなかった。

（２）調製装置５
調製装置５を用いて次亜塩素酸水を調製した際の、５０Ｌ毎のｐＨを示す。従来法として、Ｈ形強酸性陽イオン交換樹脂のみを調製装置５の次亜塩素酸水調製タンク５７内に配置した調製装置を作製し、同様に次亜塩素酸水を調製し、調製装置５によって調製された次亜塩素酸水とｐＨを比較した。次亜塩素酸水調製タンク内に流す次亜塩素酸ナトリウムの通水速度は、流速１１Ｌ／ｍＬとした。結果を図６に示す。従来法では次亜塩素酸水のｐＨは、イオン交換樹脂が劣化する５００ＬまでほぼｐＨ４．０を下回っていたが、卓上型の調製装置１では、次亜塩素酸水の調製中にｐＨ５．０を下回ることはなかった。

以上の結果から、本発明の次亜塩素酸水の調製方法、及び調製装置１，５は、いずれも次亜塩素酸水を精製中に、従来法よりも高いｐＨを維持できることが示された。

Claims

次亜塩素酸塩水溶液をH形強酸性陽イオン交換樹脂層に通過させ、その通過液をNa形強酸性陽イオン交換樹脂層に通過させることを含む、
次亜塩素酸水の調製方法。
Na形強酸性陽イオン交換樹脂層の上にH形強酸性陽イオン交換樹脂層を積層した強酸性陽イオン交換樹脂層を備える、
次亜塩素酸水の調製装置。
内槽と、内層よりも深い外槽を備え、内槽は外槽上部内側に装着可能であり、内層下部に前記強酸性陽イオン交換樹脂層を備え、内槽に投入された次亜塩素酸塩水溶液は、前記強酸性陽イオン交換樹脂層を通過し外槽に貯留する、請求項２に記載の次亜塩素酸水の調製装置。
強酸性陽イオン交換樹脂層がカートリッジ内に格納されており、カートリッジは脱着可能である、請求項３に記載の調製装置。
注入管と採液管と強酸性陽イオン交換樹脂タンクを備えた次亜塩素酸水調製タンクを備え、強酸性陽イオン交換樹脂タンクは、次亜塩素酸水調製タンク内に格納され、前記注入管は前記次亜塩素酸水調製タンクの上部に開口し、採液管の採液口は、強酸性陽イオン交換樹脂タンクの上部に開口し、
強酸性陽イオン交換樹脂タンクは、H形強酸性陽イオン交換樹脂層上にNa形強酸性陽イオン交換樹脂層が積層して格納し、
次亜塩素酸塩水溶液は、前記注入管から次亜塩素酸水調製タンク内であって、かつ強酸性陽イオン交換樹脂タンクの外側に注入され、強酸性陽イオン交換樹脂タンクの底部から強酸性陽イオン交換樹脂タンク内に流入し、調製された次亜塩素酸水は採液管の採液口から次亜塩素酸水調製タンク外に排出される、次亜塩素酸水の調製装置。