JP3840597B2 - 電気分解用セラミック隔膜及びその製法 - Google Patents

Description

本発明は、水の電気分解に用いるイオン交換隔膜とその製法に関する。

ｐＨ２前後の強酸性或いはｐＨ１２前後の強アルカリ性を、長期間にわたり安定したｐＨ値を保つイオン水を生成する製造装置と製造方法として、特許文献１が開示されている。

特許文献１の製造装置は、モンモリロナイトなどの結晶性粘土鉱物を主成分とするセラミックのイオン交換隔膜を用いて、その成分を溶解させることにより安定したｐＨ値を保つイオン水を生成している。また、特殊素材のセラミックイオン交換隔膜を円筒形の密閉壺に形成して、同一の電解槽内に複数個配設し、処理水を密閉壺内に導き、電気分解を連続して行うことにより、ｐＨ値を高めていた。

特許文献２には、処理容量が限られた特許文献１の欠点、及び汚染水の浄化などによる反応物（沈殿物）が回収可能な構造の電気分解を用いる水改質ユニットが開示されている。この発明では、平板状のモンモリロナイトなどの結晶性粘土鉱物を主成分とするセラミックのイオン交換隔膜を用いたユニットが提案されている。

これらの、長期安定した強いアルカリ性或いは酸性のｐＨ値の処理水を得る特殊セラミック隔膜は、焼成釜の大きさにより製造寸法及び形状の制約があった。また、陶器と同様な素焼きであるため、薄くて大きなサイズのイオン交換隔膜を得ることは難しかった。
さらに、均一な寸法、精度の高い寸法を求めることが困難であった。

この結晶性粘土鉱物を焼成したセラミックイオン交換隔膜は、電気分解時に消耗するが、消耗或いは欠損したセラミック隔膜は補修することができないため、破棄されていた。このセラミック隔膜は、モンモリロナイトなどの結晶性粘土鉱物原産地の制約から装置及び運転費用がかかる問題があった。

特開平８−２４８６５号公報（第２，３，４頁、第１図） 特願２００２−３８０３５７号公報（第２，３，４頁、第１図）

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたもので、焼成した特殊セラミック隔膜と同様の電気分解時の処理水のｐＨ安定効果を備え、大きな寸法のイオン交換隔膜を均質かつ高い寸法精度で提供することを課題とする。

また、結晶性粘土鉱物を小粒径に焼成したセラミック或いは、消耗損傷したセラミック隔壁の破砕粒を用いることにより原料費の低減を図ると共に、多様な隔膜形状での電気分解ユニットの実用化に対応することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の電気分解用セラミック隔膜は、珪酸４面体とアルミナ８面体とが結合した結晶性粘土鉱物を粒状に焼成したセラミック、または珪酸４面体とアルミナ８面体とが結合した結晶性粘土鉱物を成形して焼成したセラミックを粒状に破砕したものと、
８５〜１００℃の高温では流動性があり、電気分解動作時の隔壁近くの低い水温では固体膨潤を維持する水溶性高分子との混合物 （以下セラミック混合物という）を成形してなり、
前記水溶性高分子は、少なくともポリビニルアルコール、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレンオキサイドの合成高分子、又は少なくとも寒天、澱粉、カゼイン、ゼラチン、アラビアガムの天然高分子、又は少なくともカルボキシメチルセルロース、メチルセルロースの半合成高分子からなる群より選ばれたひとつまたは複数の高分子を溶媒で溶解させたものからなることを特徴とする。

また、前記電気分解用セラミック隔膜が、繊維基材で補強され、さらに、絶縁被覆されたワイヤーで補強されていることを特徴とする。

また、本発明の電気分解用セラミック隔膜の製法は、電解槽の陽極、陰極間に隔膜を挟んで電解電圧を印加して電解を行う、隔膜電気分解法に使用する電気分解隔膜の製法であって、
珪酸４面体とアルミナ８面体とが結合した結晶性粘土鉱物を粒状に焼成したセラミック或いは珪酸４面体とアルミナ８面体とが結合した結晶性粘土鉱物を成形して焼成したセラミックを破砕し、最大粒径を隔膜の厚さに対して１／２から２／３以下までの範囲に加工する加工段階と、
８５〜１００℃の高温溶媒中では流動性があり、電気分解時の前記隔膜近くの低い水温では固体膨潤状態を維持する水溶性高分子を前記セラミック１００重量部に対して少なくとも５〜１００重量部用意する水溶性高分子供給段階と、
用意された水溶性高分子を８５〜９５℃の高温に維持し流動状態を維持しながら、前記セラミックを混入し、混練してセラミック混合物を生成する混練段階と、
生成したセラミック混合物を８５〜９５℃の高温流動状態に維持し、上部より圧力を加え下部より圧出可能な高分子材圧出機を使用して、セラミック混合物を膜状に圧出させ、その膜状のセラミック混合物を型枠によって成形する型枠成形段階と、
成形後に乾燥させる乾燥成形段階と、
前記乾燥成形したセラミック隔膜と、他の部材との接合のため、被接合材と接合できる材料をその隔膜端部に接着して設ける隔膜端部加工段階と、
を備えることを特徴とする。

また、前記型枠成形段階において、連続的に供給される補強用布状織物の上に、８５〜９５℃の高温に維持し、流動状態を維持した前記セラミック混合物を前記高分子材圧出機の圧出口から所定幅、所定厚さで連続的に圧出し、上下の転圧ローラにより、前記補強用布状織物を膜状とされた前記セラミック混合物の内部に埋め込み平板状に形成することを特徴とする。

また、前記型枠成形段階において、膜状とされた前記セラミック混合物が８５〜９５℃の高温の流動状態が維持されている間に、円筒芯型枠に円周方向に沿って巻き、或いはスパイラル状に巻付け円筒状に成形することを特徴とする。

具体的には、前記成形段階において、円筒状の隔膜を製造する場合、前記上下の転圧ローラにより、補強用布状織物を膜状高分子材の内部に埋め込み平板状に形成された後、そのセラミック混入水溶性高分子材が高温状態に維持されている間に、円筒芯型枠に巻き付け、周端部を切断して、その継目を前記水溶性高分子材で接合して円筒状に成形することを特徴とする。

また、別の方法で円筒状の隔膜を製造する場合は、前記成形段階において、前記上下の転圧ローラにより、補強用布状織物を膜状高分子材の内部に埋め込み平板状に形成された後、セラミック混入水溶性高分子材が高温状態に維持されている間に、円筒芯型枠中心軸に対して一定の斜め角度で、膜状高分子材の幅両端部が隣接するように螺旋状に巻き付け、連続して隣り合う螺旋状端部を前記水溶性高分子材で接合して、円筒芯型枠の長さの円筒状に成形することを特徴とする。

本発明の電気分解用セラミック隔膜は、大面積化が容易であり、単位面積あたり大量のイオン水の生成が可能である。従来品に較べて、安価に、高い寸法精度で多様な形状の電気分解隔膜を提供することができる。

本発明の実施の形態を、以下図に基づいて説明する。図１は、本発明の電気分解用セラミック隔膜の一形態である平板状電気分解セラミック隔膜１を示す。

図１（ａ）は外観図を示し、隔膜の厚さを１ｗとする平面板である。そのｘ−ｘ断面を図１（ｂ）に示す。

図１（ｂ）の断面図に示すように、平板状電気分解セラミック隔膜１は、珪酸四面体とアルミナ８面体とが結合した結晶性粘土鉱物を焼成した粒状或いは板を粒状に破砕したセラミック１ａが、そのセラミック１００重量部に対して５〜１００重量部の水溶性高分子材（高分子を溶媒で溶解したもの）１ｂでバインドされたセラミック混入水溶性高分子材３ｂ（セラミック混合物）の中に補強用布状織物１ｃが１枚入って層を形成する構造である。補強用布状織物１ｃとしては農業用資材の寒冷紗を用いることができる。尚この形態では、水溶性高分子材１ｂを１０〜３０重量部とすることが望ましい。

すなわち、セラミック混入水溶性高分子材３ｂが補強用布状織物１ｃを透過して、織物１ｃの表から裏へ浸透して図１（ｂ）のように３層となる。

図１（ｃ）の断面図は、セラミック混入水溶性高分子材３ｂの中に、補強用布状織物１ｃが２枚入って図のように５層を形成する構造である。

図１（ｄ）の断面図は、２枚の補強用布状織物１ｃの間に、更に複数本の剛性ワイヤー１ｄを埋込んだ構造である。すなわち中心のセラミック混入水溶性高分子材３ｂの層に一定の間隔で剛性ワイヤーが配置される構造である。

尚、この剛性ワイヤー１ｄは、図１（ｂ）、（ｃ）において、表面又は裏側の表面にあるセラミック混入水溶性高分子材３ｂの層の中に埋込んでもいよい。また、表面及び裏面に同時に埋め込み、その際に剛性ワイヤー１ｄの平行線状配置を、表面と裏面で垂直となるように埋め込み、平面板としての強度を、水平垂直方向に同時に備えるようにしてもよい。

図２は、本発明の円筒状の電気分解用セラミック隔膜２を示す。図２（ａ）は外観図を示し、その隔膜の厚さを２Ｗとする円筒形である。２Ｘは継ぎ目を示す。

図２（ｂ）は円筒中心軸に垂直な断面図を示す。この実施例では、図１（ｄ）の平板状の電気分解用セラミック隔膜１を、円筒状型枠７（図４参照）に捲き付け、その捲き付けが１周したとき平板状の隔膜１を切断してその切断位置の始端と終端の継ぎ目２Ｘをセラミック混入水溶性高分子材３ｂ（又は水溶性高分子材）で繋いでそのまま乾燥させた構造である。なお、その製造工程の詳細については後述する。

図２（ｂ）の断面は２枚の補強用布状織物２ｃと、それらの内側、外側のセラミック混入水溶性高分子材３ｂとからなる５層構造であり、更に２枚の補強用布状織物２ｃの間に補強用剛性ワイヤー２ｄがある。

前記補強用剛性ワイヤー２ｄは、円筒中心軸と平行に配置されているが、もし、円筒方向に強度を増やす場合は、円筒方向へ複数本の補強用剛性ワイヤー２ｄを捲きつけてもよい。或いは、１本の補強用剛性ワイヤー２ｄを円筒外側表面のセラミック混入水溶性高分子材３ｂの層に捲き付けながら埋め込んでもよい。

図２（ｂ）に、以上のように更に補強用剛性ワイヤー２ｄを捲き付ければ、軸方向及び円周方向の強度を強くすることができる。

ここで、図１及び図２に示した水溶性高分子材１ｂ、２ｂは少なくともポリビニルアルコール、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレンオキサイドの合成高分子、又は少なくとも寒天、澱粉、カゼイン、ゼラチン、アラビアガムの天然高分子、又は少なくともカルボキシメチルセルロース、メチルセルロースの半合成高分子からなる群より選ばれたひとつまたは複数の高分子からなる。

また、図１及び図２に示した補強用布状織物１ｃ、２ｃは、前記セラッミクス混合物を繊維基材で補強するものであり、ガラス繊維、炭素繊維、ポリプロピリン系繊維、ビニロン系繊維、アラミド系繊維のいずれかの素材を用いる。

電気分解用セラミック隔膜１及び２は、セラミック混入水溶性高分子材３ｂの表側又は裏側の表面に補強用布状織物１ｃ、２ｃを重ねて、埋め込んだ構造とされているが、その補強用布状織物１ｃ、２ｃの繊維の間まで水溶性高分子材１ｂ、２ｂが透浸した状態とされて、完全に埋め込まれている。

図３は、電気分解用セラミック隔膜の製造工程の流れ図である。図３により、本発明の電気分解用セラミック隔壁の製法について、製造工程の順を追って説明する。

（イ）セラミック加工段階
珪酸４面体とアルミナ８面体とが結合した結晶性粘土鉱物を焼成した粒状セラミック、又は板状などに焼成したセラミックを粒状に破砕したセラミックに加工する。

ここで、その粒状、又は破砕された粒状の最大粒径は隔膜の厚さに対して１／２から２／３以下までの範囲に加工する。この焼成粒状セラミックの成分である結晶性粘土鉱物は、電気分解用セラミック隔膜（イオン交換隔膜）が電解槽中で直流印加電圧により動作している際に、その隔膜から微量の粘土鉱物分子が電解液中に溶解し、精製されたマイナスイオン又はプラスイオンを安定状態に保つ。この現象により安定したアルカリイオン水又は酸性イオン水を得ることができるので、このセラミック加工段階は最も重要である。

（ロ）水溶性高分子材供給段階
次に、前述の少なくともポリビニルアルコール、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレンオキサイドの合成高分子、又は少なくとも寒天、澱粉、カゼイン、ゼラチン、アラビアガムの天然高分子、又は少なくともカルボキシメチルセルロース、メチルセルロースの半合成高分子からなる群より選ばれたひとつまたは複数の高分子を選択する。その選択した高分子材は、８５〜１００℃の高温では流動性があり、電気分解動作時の隔壁近くの低い水温では、選択した高分子材が固体膨潤を維持するような水溶性高分子材を用意する。

（ハ）セラミックバインド材混練段階
次に、（ロ）の工程で用意した水溶性高分子材を８５〜９５℃の混入の為の混入高温にヒータなどを用いて維持しておき、（イ）の工程で加工した粒状セラミックに、その重量の１０〜３０％程度の前記水溶性高分子材をバインド材として混入して混練し、セラミック混入水溶性高分子材を生成する。

（ニ）型枠成形段階
次に、（ハ）の工程で生成したセラミック混入水溶性高分子材３ｂを８５〜９５℃の高温に維持し、次に後述する高分子材圧出機３を使用して、セラミック混入の膜状高分子材５を圧出させ、次に、その膜状高分子材５を型枠に載せる。平板状型枠か或いは円筒状型枠により、平板状か或いは円筒状にその膜状高分子材５を成形する。なお、高分子材圧出機３に関しては図４に示し、詳しくは後述する。

（ホ）乾燥成形段階
次に、（ニ）の工程の平板状或いは円筒状の型枠に膜状高分子材５を載せるか又は捲き付けた状態で、常温か或いは前記混入高温より低い温度により乾燥させる。

（へ）隔膜端部加工段階
最後に、（ホ）の工程で成形乾燥した平板状或いは円筒状電気分解用セラミック隔膜を他の部材（例えば支持部材）との接合のため被接合部材と接合できる部材をその隔膜端部に接着剤を使用して設ける。

図４は、型枠で形成した膜状高分子材５を乾燥する前の型枠成形段階（ニ）における電気分解用セラミック隔膜の製造工程を示す図である。図４（ａ）は円筒状隔膜を製造する場合、図４（ｂ）は平板状隔膜製造の場合である。

図４において、３は高分子材圧出機であり、投入口３ｃから工程（ハ）で生成したセラミック混入水溶性高分子材３ｂを投入する。この高分子材３ｂを８５〜９５℃の高温に維持する為にヒータ部３ａで制御する。ヒータ部３ａには熱センサーと電流ＯＮ／ＯＦＦスイッチを設け、熱センサーにより温度が８５〜９５℃の範囲に入るように電流をＯＮ／ＯＦＦさせる制御手段を備える。

高分子材圧出機３の下側の膜状高分子材圧出口３ｄからセラミック混入水溶性高分子材３ｂを膜状にして圧出させる。尚、高分子材投入口３ｃは蓋を閉めて圧縮空気等による送気により、その高分子材を上部表面より圧力を加えて、必要とする圧出速度で下側へ圧出する。その圧出口３ｄは、圧出する膜状の厚さを調節するようにしてもよい。また、高分子材３ｂの流出をＯＮ／ＯＦＦするようにしてもよい。

以上のような高分子材圧出機３を使用した工程（ニ）を詳細に説明する。先ず図４（ａ）の円筒状隔膜製造の場合を説明する。

最初に、補強用布状織物４（図４の場合は１枚）の先端は、図示するように高分子材圧出機３の膜状高分子材圧出口３ｄの真下を通り、転圧ローラ６の間を通して、送りローラ６ａにその補強用布状織物４の両端を押さえるように挟んでカッター８方向へ補強用布状織物４を送り出す。この送りローラ６ａは、補強用布状織物４をカットするカッター８の直前に設けられて前方へ補強用布状織物４を繰り出す。

ここで、高分子材圧出機３に予め投入したセラミック混入水溶性高分子材３ｂを圧縮空気などにより上側から圧力をかけて膜状高分子材圧出口３ｄより下側へ押し出す。

膜状高分子材圧出口３ｄより押し出された膜状高分子材５は移動する補強用布状織物４の上に載り、図のように左側へ移動する。膜状高分子材５の圧出速度と補強用布状織物４の移動速度を合わせるように送りローラ６ａの回転を調節する。

以上のようにして補強用布状織物４に載せられた膜状高分子材５は、転圧ローラ６を通過して送りローラ６ａにより左側へ移動する。その移動中に膜状高分子材５の一部は補強用布状織物４に透浸し、転圧ローラにより更に補強用布状織物４の下側にも透過する。

膜状高分子材５が透浸、透過した補強用布状織物４は、送りローラ６ａを通過し、カッター８を通過すれば、それより前の不要な補強用布状織物４はカットされ取り去られる。すなわち、製造初期の膜状高分子材５のない部分の補強用布状織物４は、廃棄される。

前記膜状高分子材５が透浸された補強用布状織物４は、そのカットされた先端部から円筒状型枠７に捲き付け、円筒状型枠７を回転させると共に、前記補強用布状織物４を円筒状型枠７の外周長に相当する長さでカッター８によりカットして円筒状型枠７の外周部に捲きつける。

２Ｘはその工程の際の継ぎ目を示す。図４（ａ´）にその断面を示す。その継ぎ目２Ｘに押し付け圧を加えることで断面が接着された状態となるが、更に水溶性高分子材１ｂ、２ｂを継ぎ目に加えて接着を強固にさせるようにしてもよい。

円筒状型枠７の外周部に捲きつけられた状態で、次の工程（ホ）の乾燥成形段階に入る。量産する場合は、予め複数本の円筒状型枠７を用意しておき、次々と補強用布状織物４と一体化された膜状高分子材５をその円筒状型枠７へ捲き付けて、それぞれを乾燥成形工程へ入れればよい。

次に、図４（ｂ）により平板状隔膜の製造を説明する。図４（ｂ）に示すように、膜状高分子材圧出口３ｄより押し出された膜状高分子材５は移動する補強用布状織物４の上に載り、図のように左側へ移動する。以上のようにして補強用布状織物４に膜状高分子材５を載せた状態のまま、転圧ローラ６を通過して送りローラ６ａにより左側へ移動する。膜状高分子材５が透浸、透過した補強用布状織物４は、送りローラ６ａを通過し、カッター８を通過すれば、それより前の不要な補強用布状織物４はカットされ取り去られる。この段階までは、図４（ａ）で説明した工程と同様の動きである。

次に、カットされた補強用布状織物４の先端部はそのまま送りローラ６ａにより繰り出され、平板状型枠９の上を移動する。予め定めた所定長移動すれば、カッター８により切断される。図４（ｂ´）にその断面を示す。ここで、次の工程（ホ）の乾燥成形段階に入る。

量産の場合は、予め複数の平板状型枠９を用意しておき、次々にその平板状型枠９へ所定長の補強用布状織物４と一体化された膜状高分子材５を載せてそれぞれ乾燥成形工程に入れればよい。

なお、図４（ｂ”）には、膜厚を可変する機構を示す。膜状高分子材圧出口３ｄの移動方向両側にあるスリット間隙可変平板の角度を回転させてスリット間隙を可変し、圧出する膜厚を変えるようにしたものである。このスリット間隙を「ゼロ」とすれば膜状高分子材５の流出停止とするようにしてもよい。

図５は、図２に示した円筒状電気分解隔膜の製造の実施の形態を示す図である。補強用布状織物４を２枚使用する場合を示す。この図は、円筒状型枠７で形成した膜状高分子材５を乾燥する前の型枠成形段階（ニ）における隔膜の製造工程である。

図５に示すように、高分子材圧出機３から圧出される膜状高分子材５の上下を２枚の補強用布状織物４で挟むようにして右側に同じ速度で移動するように送りローラ６ａを駆動させる。転圧ローラ６を通過させて、カッター８に到達するまでの間に、膜状高分子材５と補強用布状織物４は一体化され５層となる。図５は、円筒状型枠７の場合を示したが、平板状型枠９に適用することもできる。いずれにしても、この型枠成形段階（ニ）の次に乾燥成形段階（ホ）に進む。

図６は、補強用剛性ワイヤー１ｄ、２ｄを加える場合の、型枠成形段階を示す図である。高分子材圧出機３の下流側に膜状高分子材５と補強用布状織物４との間に所定長の補強用剛性ワイヤー１ｄ、２ｄを所定時間毎に落下させる剛性ワイヤー供給装置１０を配置する。図６（ａ）では、剛性ワイヤー供給装置１０の配置位置を高分子材圧出機３の下流側として構成されているが、高分子材圧出機３の上流側としてもよい。また、円筒状型枠７に替えて平板状型枠９としてもよい。

図６（ｂ）は、平板状型枠９上に複数本の補強用剛性ワイヤー１ｄを配設した構造を示す。この場合は、補強用剛性ワイヤー１ｄが補強用布状織物４の外側に配置する構造であり２枚の補強用布状織物４の間に入れる構造とは異なる。

２枚の補強用布状織物４の間（両側）に平行に複数の補強用剛性ワイヤー１ｄを配置し、さらに、補強用布状織物４の外側に前記補強用剛性ワイヤー１ｄを垂直方向に複数、平行に配置してもよい。

以上のような補強構造の電気分解用セラミック隔膜１は、高い剛性を発揮する。このため、１枚で大面積のセラミック隔膜を得ることができる。

図７は、円筒状電気分解用セラミック隔膜２の別の製造方法を示す図である。すなわち、膜状高分子材５と補強用布状織物４が一体化されたテープ部材４＋５を円筒状型枠７中心軸に対して一定の斜め角度でそのテープ状部材４＋５の巾両端部が隣接するように螺旋状に捲き付けて円筒状電気分解用セラミック隔膜２を製造する場合である。

図７（ａ）は、円筒状型枠７にテープ状部材４＋５を捲き付けた状態を示す。図７（ｂ）は、図７（ａ）のようにテープ状部材４＋５を螺旋状に巻きつけた後、その隣接するテープ間にさらに新しい高分子材５´を接着するように塗布する。さらに同時にその外側に補強用剛性ワイヤー２ｄを埋め込んでもよい。図示するように、中心軸に平行に所定長の剛性ワイヤー２ｄを複数本埋め込んでもよい。或いは、補強用剛性ワイヤー２ｄを螺旋状に捲きつけて埋め込んでもよい。

図８、図９にはそれぞれ、本発明の電気分解用セラミック隔膜を使用したイオン水生成装置を示してある。ここで、図８は平板状電気分解用セラミック隔膜１ｄ使用した場合、図９は円筒状電気分解セラミック隔膜２ｄを使用した場合である。

図８で、＋は陽電極、−は負電極、１００は電解液を収容する電解槽、Ｓｉｎは処理水位陸地、Ｓｏｕｔはイオン水出口を示す。なおＰは隔膜を固定し、液体を透過させないようにするためのパッキングである。

陽電極＋、負電極−、平板状セラミック隔膜１ｄはいずれも平面板状で、従来大面積化が制限された平板状セラミック隔膜１ｄを大面積とすることができるので、単位時間当たり大量のイオン水を生成するイオン水生成装置が可能となる。

或いは、河川などの大量の処理水を流入させて、その流入水を単位時間当たり大量のアルカリイオンにより処理することができる。

図９は、図８と同様な構成であるが、円筒状陽電極＋、円筒状負電極−、円筒状セラミック隔膜２ｄ、といずれも円筒状である点が異なる。この構造も大面積化の制限が無く、単位時間当たり大量のイオン水を生成するイオン水生成装置が可能となる。なお、１００は電解槽、Ｓｉｎは処理水入口、Ｓｏｕｔはアルカリイオン水出口、ｄｉｎは電解質溶液循環水入口、ｄｏｕｔは電解溶液循環水出口である。

本発明の電気分解用セラミック隔膜を用いれば、大面積化が容易なので、電気分解による強アルカリイオン水或いは強酸性水の製造に加えて、電気分解による脱燐、脱窒素、重金属分離、Ｐｈ調整などの工業用排水・廃液処理、坑道廃水処理、冷却塔循環水の水質維持装置として大量のイオン水精製が可能で、且つ、多様な形状、容積（小型化）で利用することができる。

平面状の電気分解用セラミック隔膜の構造を示し、（ａ）は外観図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面の断面図で、それぞれ異なる実施の形態を示す。 円筒状の電気分解用セラミック隔膜の構造を示し、（ａ）は外観図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 電気分解用セラミック隔膜の製造工程の流れ図である。 乾燥前の電気分解用セラミック隔膜の製造工程説明図で、（ａ）は、円筒状隔膜製造、（ｂ）は平板状隔膜製造の様子を示す図である。 乾燥前の電気分解用セラミック隔膜の製造工程説明図で、補強用布状織物を２枚使用した状態を示す図である。 乾燥前の電気分解用セラミック隔膜の製造工程説明図で、（ａ）は補強用剛性ワイヤーを加える様子を示し、（ｂ）は、補強用剛性ワイヤーを複数本配設した断面図である。 円筒状セラミック隔膜の異なる製造方法の説明図で、（ａ）は製造方法の斜視図、（ｂ）はその円筒状セラミック隔膜の断面図である。 本発明の平板状電気分解用セラミック隔膜を使用したイオン水生成装置を示す図である。 本発明の円筒状電気分解用セラミック隔膜を使用したイオン水生成装置を示す図である。

符号の説明

１ 平面状の電気分解用セラミック隔膜
１ａ，２ａ 粒状破砕セラミック
１ｂ，２ｂ 水溶性高分子材（高分子を溶媒で溶解したもの）
１ｃ，２ｃ 補強用布状織物（寒冷紗）
１ｄ，２ｄ 補強用剛性ワイヤー
１ｗ，２ｗ 隔膜の厚さ
２ 円筒状の電気分解用セラミック隔膜
２ｘ 継目
３ 膜状高分子材圧出機
３ａ ヒータ部
３ｂ セラミック混入水溶性高分子材（セラミック混合物）
３ｃ 高分子材投入口
３ｄ 膜状高分子材圧出口
４ 補強用布状織物
５ 膜状高分子材
６ 転圧ローラ
６ａ 送りローラ
７ 円筒状型枠
８ カッター
９ 平板状型枠
１０ 剛性ワイヤー供給装置
１００ 電解槽
ｄｉｎ 電解液循環水入口
ｄｏｕｔ 電解液循環水出口
Ｓｉｎ 処理水入口
Ｓｏｕｔ イオン水出口

Claims (5)

1. 珪酸４面体とアルミナ８面体とが結合した結晶性粘土鉱物を粒状に焼成したセラミック、または珪酸４面体とアルミナ８面体とが結合した結晶性粘土鉱物を成形して焼成したセラミックを粒状に破砕したものと、
   ８５〜１００℃の高温では流動性があり、電気分解動作時の隔壁近くの低い水温では固体膨潤を維持する水溶性高分子との混合物 （以下セラミック混合物という）を成形してなり、
   前記水溶性高分子は、少なくともポリビニルアルコール、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレンオキサイドの合成高分子、又は少なくとも寒天、澱粉、カゼイン、ゼラチン、アラビアガムの天然高分子、又は少なくともカルボキシメチルセルロース、メチルセルロースの半合成高分子からなる群より選ばれたひとつまたは複数の高分子を溶媒で溶解させたものからなることを特徴とする電気分解用セラミック隔膜。
2. 前記電気分解用セラミック隔膜が、繊維基材で補強され、さらに、絶縁被覆されたワイヤーで補強されていることを特徴とする請求項１記載の電気分解用セラミック隔膜。
3. 電解槽の陽極、陰極間に隔膜を挟んで電解電圧を印加して電解を行う、隔膜電気分解法に使用する電気分解隔膜の製法であって、
   珪酸４面体とアルミナ８面体とが結合した結晶性粘土鉱物を粒状に焼成したセラミック或いは珪酸４面体とアルミナ８面体とが結合した結晶性粘土鉱物を成形して焼成したセラミックを破砕し、最大粒径を隔膜の厚さに対して１／２から２／３以下までの範囲に加工する加工段階と、
   ８５〜１００℃の高温溶媒中では流動性があり、電気分解時の前記隔膜近くの低い水温では固体膨潤状態を維持する水溶性高分子を前記セラミック１００重量部に対して少なくとも５〜１００重量部用意する水溶性高分子供給段階と、
   用意された水溶性高分子を８５〜９５℃の高温に維持し流動状態を維持しながら、前記セラミックを混入し、混練してセラミック混合物を生成する混練段階と、
   生成したセラミック混合物を８５〜９５℃の高温流動状態に維持し、上部より圧力を加え下部より圧出可能な高分子材圧出機を使用して、セラミック混合物を膜状に圧出させ、その膜状のセラミック混合物を型枠によって成形する型枠成形段階と、
   成形後に乾燥させる乾燥成形段階と、
   前記乾燥成形したセラミック隔膜と、他の部材との接合のため、被接合材と接合できる材料をその隔膜端部に接着して設ける隔膜端部加工段階と、
   を備えることを特徴とする電気分解用セラミック隔膜の製法。
4. 前記型枠成形段階において、連続的に供給される補強用布状織物の上に、８５〜９５℃の高温に維持し、流動状態を維持した前記セラミック混合物を前記高分子材圧出機の圧出口から所定幅、所定厚さで連続的に圧出し、上下の転圧ローラにより、前記補強用布状織物を膜状とされた前記セラミック混合物の内部に埋め込み平板状に形成することを特徴とする請求項３に記載の電気分解用セラミック隔膜の製法。
5. 前記型枠成形段階において、膜状とされた前記セラミック混合物が８５〜９５℃の高温の流動状態が維持されている間に、円筒芯型枠に円周方向に沿って巻き、或いはスパイラル状に巻付け円筒状に成形することを特徴とする請求項３記載の電気分解用セラミック隔膜の製法。

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