JP4489511B2 - 複極室および該複極室を備えた電気化学的液体処理装置 - Google Patents

複極室および該複極室を備えた電気化学的液体処理装置 Download PDF

Info

Publication number
JP4489511B2
JP4489511B2 JP2004181859A JP2004181859A JP4489511B2 JP 4489511 B2 JP4489511 B2 JP 4489511B2 JP 2004181859 A JP2004181859 A JP 2004181859A JP 2004181859 A JP2004181859 A JP 2004181859A JP 4489511 B2 JP4489511 B2 JP 4489511B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exchange membrane
bipolar
electrode
liquid
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2004181859A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2006002235A (ja
JP2006002235A5 (ja
Inventor
晶二 赤堀
創太 中川
誠 柏木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebara Corp filed Critical Ebara Corp
Priority to JP2004181859A priority Critical patent/JP4489511B2/ja
Priority to PCT/JP2005/011477 priority patent/WO2005123984A1/en
Priority to US11/597,203 priority patent/US20070215477A1/en
Priority to CNA2005800201743A priority patent/CN1969063A/zh
Priority to KR1020077000488A priority patent/KR20070029248A/ko
Publication of JP2006002235A publication Critical patent/JP2006002235A/ja
Publication of JP2006002235A5 publication Critical patent/JP2006002235A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4489511B2 publication Critical patent/JP4489511B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
    • B01D61/46—Apparatus therefor
    • B01D61/48—Apparatus therefor having one or more compartments filled with ion-exchange material, e.g. electrodeionisation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
    • B01D61/52—Accessories; Auxiliary operation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
    • C02F1/4693—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis electrodialysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
    • C02F1/4693—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis electrodialysis
    • C02F1/4695—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis electrodialysis electrodeionisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B13/00—Diaphragms; Spacing elements
    • C25B13/04—Diaphragms; Spacing elements characterised by the material
    • C25B13/08—Diaphragms; Spacing elements characterised by the material based on organic materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C02F2001/46128—Bipolar electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C02F2001/46133—Electrodes characterised by the material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/12—Halogens or halogen-containing compounds
    • C02F2101/14—Fluorine or fluorine-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/34—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from industrial activities not provided for in groups C02F2103/12 - C02F2103/32
    • C02F2103/346—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from industrial activities not provided for in groups C02F2103/12 - C02F2103/32 from semiconductor processing, e.g. waste water from polishing of wafers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
    • C02F2201/461—Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
    • C02F2201/4618—Supplying or removing reactants or electrolyte

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

本発明は、電気透析装置および電気分解装置に用いる複極室および該複極室を備えた電気化学的液体処理装置に関する。
電気透析装置および電気分解装置における複極室としては、特許文献１乃至３などが公知例としてある。しかし、これらの構造においては、電極である金属が、被処理液である電解質溶液に直接的に接しているため、被処理液の性状によっては金属腐食が促進される場合があった。例えば、特許文献１にはチタンに対する濃アルカリ溶液の腐食性が高いことが記載されている。
また、被処理液中のイオンが電極反応を起こすことにより、有害物質または腐食を促進する物質が液体または気体として発生する場合があり、装置の防食対策および安全対策およびメンテナンスに多額の費用がかかる場合があった。また、電極反応により、副生成物が生成する場合があり、製品の品質に影響を与える場合があった。
特開昭５４−９００７９号公報 特開平１０−８１９８６号公報 特開昭５１−４３３７７号公報
本発明が解決しようとする課題は、（１）電極寿命の長寿命化、（２）電極反応による副生成物、有害物質または腐食性物質の生成抑制、（３）メンテナンスの簡易化が可能となる新規な複極室を提供することである。
本発明が解決しようとする別の課題は、上述した複極室を備えた電気化学的液体処理装置を提供することである。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、イオン交換膜とイオン交換体および電極材料を効果的に組み合わせ、複極室に純水または非電解質の水溶液を供給することにより、上記課題を克服可能な複極室を見出した。
本発明の複極室は、電気透析装置および電気分解装置に用いる複極室において、陽極側より順に、アニオン交換膜、電極およびカチオン交換膜の順に設置し、カチオン交換膜とアニオン交換膜の間に供給する液体が純水であることを特徴とするものである。
本発明の複極室の他の態様は、電気透析装置および電気分解装置に用いる複極室において、陽極側より順に、アニオン交換膜、電極およびカチオン交換膜の順に設置し、カチオン交換膜とアニオン交換膜の間に供給する液体が非電解質の水溶液であることを特徴とするものである。
また、カチオン交換膜と電極の間にカチオン交換体を配置することを特徴とする。
また、アニオン交換膜と電極の間にアニオン交換体を配置することを特徴とする。
また、前記カチオン交換体またはアニオン交換体は、繊維状材料で構成されるイオン交換不織布または織布であることを特徴とする。
また、前記繊維状材料で構成されるイオン交換不織布または織布は、放射線グラフト重合法を利用して製造されることを特徴とする。
また、前記電極は、通液性かつ通ガス性の導電性材料から構成されていることを特徴とする。
また、前記通液性かつ通ガス性の導電性材料は、ラス網状（エキスパンデッドメタル）、金属斜交網、格子状金属材料、網状金属材料、発泡金属材料、焼結金属繊維シートから選択されることを特徴とする。
また、前記複極室は、前記純水または非電解質の水溶液を供給する供給口を備えるとともに、電気分解で生成された気体および純水または非電解質の水溶液が排出される流出口を備えることを特徴とする。
また、本発明の複極室の他の態様は、電気透析装置および電気分解装置に用いる複極室において、陽極側より順に、アニオン交換膜、アニオン交換体、電極、カチオン交換体、およびカチオン交換膜の順に設置したことを特徴とするものである。
また、前記カチオン交換体またはアニオン交換体は、繊維状材料で構成されるイオン交換不織布または織布であることを特徴とする。
また、前記繊維状材料で構成されるイオン交換不織布または織布は、放射線グラフト重合法を利用して製造されることを特徴とする。
また、前記電極は、通液性かつ通ガス性の導電性材料から構成されていることを特徴とする。
本発明の電気化学的液体処理装置は、陽極と陰極を有する電気化学的液体処理装置であって、該陽極と該陰極の間に上述の複極室を少なくとも１つ有することを特徴とするものである。
前記電気化学的液体処理装置により処理される被処理液は、フッ素含有液であることを特徴とするものである。また、前記電気化学的液体処理装置により処理される被処理液は、ＮＨ ４ ＋ 含有液であることを特徴とするものである。
本発明による複極室により、（１）電極寿命の長寿命化、（２）電極反応による副生成物、有害物質または腐食性物質の生成抑制、（３）メンテナンスの簡易化が可能となる。環境保護及び資源保護の両方の観点から、極めて有用性の高いものである。
以下、図面を参照しながら本発明の複極室の各種態様を説明する。
図１は、本発明に係る複極室の一例を示す概略図である。図１に示すように、本発明の複極室は、陽極側より順に、アニオン交換膜１、電極２およびカチオン交換膜３の順に設置されており、アニオン交換膜１と電極２の間にはアニオン交換体としてのアニオン交換不織布４が充填されている。また、カチオン交換膜３と電極２の間にはカチオン交換体としてのカチオン交換不織布５が充填されている。電極２は通液性かつ通ガス性の導電性材料から構成されている。前記通液性かつ通ガス性の導電性材料は、ラス網状（エキスパンデッドメタル）、金属斜交網、格子状金属材料、網状金属材料、発泡金属材料、焼結金属繊維シートから選択される。複極室は、下部および上部にそれぞれ液体入口（供給口）６および液体出口（流出口）７を備えている。液体入口６から導入された液体は、電極２、カチオン交換不織布５およびアニオン交換不織布４の空隙を通過して液体出口７に到達する構成である。通電時には電気分解反応により電極２の陰極側からは酸素ガス、電極２の陽極側からは水素ガスが発生する。これらのガスは主に電極２の空隙を通過して液体出口７から液体と共に排出される。
図２は本発明に係る複極室の別の一例を示す概略図である。陽極側より順に、アニオン交換膜１、電極２およびカチオン交換膜３の順に設置されており、アニオン交換膜１と電極２の間にはアニオン交換体としてのアニオン交換スペーサ１４が充填されている。また、カチオン交換膜３と電極２の間にはカチオン交換体としてのカチオン交換スペーサ１５が充填されている。これらのスペーサ１４、１５は通液性および通ガス性を有した構成のものである。電極２は平板状である。複極室は、下部および上部にそれぞれ液体入口６および液体出口７を備えている。液体入口６から導入された液体は、カチオン交換スペーサ１５およびアニオン交換スペーサ１４の空隙を通過して液体出口に到達する構成である。通電時には電気分解反応により電極２の陰極側からは酸素ガス、電極２の陽極側からは水素ガスが発生する。これらのガスもカチオン交換スペーサ１５およびアニオン交換スペーサ１４の空隙を通過して液体出口７から液体と共に排出される。液体出口７を電極２を中心として２つの液体出口に分ければ、発生した酸素ガスと水素ガスとを分離することが可能となる。
電極材料としては、白金、白金めっき金属、ダイヤモンド、カーボンなどを好適に用いることができる。電子伝導が可能な材料であればこれらに限るものではない。
イオン交換膜に負荷される電流密度としては、通常３Ａ／ｄｍ２以下である。アニオン交換膜とカチオン交換膜との距離は、通常１０ｍｍ以下、好ましくは６ｍｍ以下である。
イオン交換膜としては、通常市販されているものを用いることができ、例えば（株）アストム製のアニオン交換膜であるＡＨＡ、カチオン交換膜であるＣＭＢなどを用いることができる。
イオン交換体としては、高分子繊維基材にイオン交換基をグラフト重合法によって導入したものが好ましく用いられる。
放射線グラフト重合法とは、高分子基材に放射線を照射してラジカルを形成させ、これにモノマーを反応させることによってモノマーを基材中に導入するという技法である。放射線グラフト重合法に用いることができる放射線としては、α線、β線、γ線、電子線、紫外線等を挙げることができるが、本発明においてはγ線や電子線を好ましく用いる。放射線グラフト重合法には、グラフト基材に予め放射線を照射した後、グラフトモノマーと接触させて反応させる前照射グラフト重合法と、基材とモノマーの共存下に放射線を照射する同時照射グラフト重合法とがあるが、本発明においては、いずれの方法も用いることができる。また、モノマーと基材との接触方法により、モノマー溶液に基材を浸漬させたまま重合を行う液相グラフト重合法、モノマーの蒸気に基材を接触させて重合を行う気相グラフト重合法、基材をモノマー溶液に浸漬した後モノマー溶液から取り出して気相中で反応を行わせる含浸気相グラフト重合法などを挙げることができるが、いずれの方法も本発明において用いることができる。
高分子繊維よりなるグラフト化基材は、ポリオレフィン系高分子、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどの一種の単繊維であってもよく、また、軸芯と鞘部とが異なる高分子によって構成される複合繊維であってもよい。
用いることのできる複合繊維の例としては、ポリオレフィン系高分子、例えばポリエチレンを鞘成分とし、鞘成分として用いたもの以外の高分子、例えばポリプロピレンを芯成分とした芯鞘構造の複合繊維が挙げられる。かかる複合繊維材料に、イオン交換基を、放射線グラフト重合法を利用して導入したものが、イオン交換能力に優れ、厚みが均一に製造できるので、上記の目的で用いられるイオン交換繊維材料として好ましい。イオン交換繊維材料の形態としては、織布、不織布などを挙げることができる。
また、斜交網等のスペーサー部材の形態のイオン交換体としては、ポリオレフィン系高分子製樹脂、例えば、電気透析槽において広く使用されているポリエチレン製の斜交網（ネット）を基材として、これに、放射線グラフト重合法を用いてイオン交換機能を付与したものが、イオン交換能力に優れ、被処理水の分散性に優れているので、好ましい。
上述の各種の形態のイオン交換体の中では、不織布又は織布などの形態のイオン交換繊維材料が特に好ましい。織布、不織布などの繊維材料は、樹脂ビーズや斜交網などの形態の材料と比較して表面積が極めて大きいのでイオン交換基の導入量が大きく、また、樹脂ビーズのようにビーズ内部のミクロポア又はマクロポア内にイオン交換基が存在するということはなく、全てのイオン交換基が繊維の表面上に配置されるので、処理水中の金属イオンが容易にイオン交換基の近傍に拡散され、イオン交換によって吸着される。従って、イオン交換繊維材料を用いると、金属イオンの除去・回収効率をより向上させることができる。
なお、上記のイオン交換繊維材料など以外でも、公知のイオン交換体樹脂ビーズを用いることもできる。例えば、ポリスチレンをジビニルベンゼンで架橋したビーズなどを基材樹脂として用い、これを硫酸やクロロスルホン酸のようなスルホン化剤で処理してスルホン化を行なって基材にスルホン基を導入することにより、本発明で使用することのできる強酸性カチオン交換樹脂ビーズを得ることができる。このような製造方法は当該技術において周知であり、またこのような手法によって製造されたカチオン交換樹脂ビーズとしては、種々の商品名で市販されているものを挙げることができる。また、官能基としてイミノジ酢酸及びそのナトリウム塩から誘導される官能基、各種アミノ酸、例えば、フェニルアラニン、リジン、ロイシン、バリン及びプロリン並びにそのナトリウム塩から誘導される官能基、イミノジエタノールから誘導される官能基などを有する樹脂ビーズを用いてもよい。
不織布などの繊維基材やスペーサー基材に導入するイオン交換基としては、特に限定されることなく種々のカチオン交換基又はアニオン交換基等を用いることができる。例えば、カチオン交換基としては、スルホン基などの強酸性カチオン交換基、リン酸基などの中酸性カチオン交換基、カルボキシル基などの弱酸性カチオン交換基、アニオン交換基としては、第１級〜第３級アミノ基などの弱塩基性アニオン交換基、第４アンモニウム基などの強塩基性アニオン交換基を用いることができ、或いは、上記カチオン交換基及びアニオン交換基の両方を併有するイオン交換体を用いることもできる。
また、官能基として、イミノジ酢酸及びそのナトリウム塩から誘導される官能基、各種アミノ酸、例えば、フェニルアラニン、リジン、ロイシン、バリン及びプロリン並びにそのナトリウム塩から誘導される官能基、イミノジエタノールから誘導される官能基などを有するイオン交換体を用いてもよい。
この目的で用いることのできるイオン交換基を有するモノマーとしては、アクリル酸（ＡＡｃ）、メタクリル酸、スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＳＳ）、メタリルスルホン酸ナトリウム、アリルスルホン酸ナトリウム、ビニルスルホン酸ナトリウム、ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド（ＶＢＴＡＣ）、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノプロピルアクリルアミドなどを挙げることができる。
例えば、スチレンスルホン酸ナトリウムをモノマーとして用いて放射線グラフト重合を行うことにより、基材に直接、強酸性カチオン交換基であるスルホン基を導入することができ、また、ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライドをモノマーとして用いて放射線グラフト重合を行うことにより、基材に直接、強塩基性アニオン交換基である第４級アンモニウム基を導入することができる。
また、イオン交換基に転換可能な基を有するモノマーとしては、アクリロニトリル、アクロレイン、ビニルピリジン、スチレン、クロロメチルスチレン、メタクリル酸グリシジル（ＧＭＡ）などが挙げられる。例えば、メタクリル酸グリシジルを放射線グラフト重合によって基材に導入し、次に亜硫酸ナトリウムなどのスルホン化剤を反応させることによって強酸性カチオン交換基であるスルホン基を基材に導入したり、又はクロロメチルスチレンをグラフト重合した後に、基材をトリメチルアミン水溶液に浸漬して４級アンモニウム化を行うことによって、強塩基性アニオン交換基である第４級アンモニウム基を基材に導入することができる。
また、基材にクロロメチルスチレンをグラフト重合した後、スルフィドを反応させてスルホニウム塩とした後、イミノジ酢酸ナトリウムを反応させることによって、官能基としてイミノジ酢酸ナトリウム基を基材に導入することができる。或いは、まず基材にクロロメチルスチレンをグラフト重合した後、クロロ基をヨウ素で置換し、次にイミノジ酢酸ジエチルエステルを反応させてヨウ素をイミノジ酢酸ジエチルエステル基で置換し、次に水酸化ナトリウムを反応させてエステル基をナトリウム塩に変換することによって、官能基としてイミノジ酢酸ナトリウム基を基材に導入することができる。
図３は、電気透析装置に本発明に係る複極室を組み入れた一例である。図３に示す電気透析装置は、原水（被処理水）から選択的にアニオンであるフッ素を分離濃縮する場合である。電気透析装置は、陽極室２１、中和室２２、脱イオン室２３、複極室２４、中和室２５、脱イオン室２６、陰極室２７の７つの部屋を備えている。脱イオン室２３，２６は、流入した被処理水から選択的にアニオンだけを除去しアニオン濃度が低下した処理水を取り出す部屋である。中和室２２，２５は、脱イオン室２３，２６から受け入れたアニオンを陽極室２１、又は複極室２４から供給される水素イオンにより電気的に中和する部屋である。陽極室２１と中和室２２との間にはカチオン交換膜Ｃが配置され、中和室２２と脱イオン室２３との間にはアニオン交換膜Ａが配置され、脱イオン室２３と複極室２４との間にはアニオン交換膜Ａが配置されている。さらに、複極室２４と中和室２５との間にはカチオン交換膜Ｃが配置され、中和室２５と脱イオン室２６との間にはアニオン交換膜Ａが配置され、脱イオン室２６と陰極室２７との間にはアニオン交換膜Ａが配置されている。
複極室２４は、ラス網状電極３８の両側にイオン交換不織布の一種であるアニオン交換不織布およびカチオン交換不織布を配した構造になっている。原水はアニオン交換膜Ａ，Ａの間に設けられた脱イオン室２３および２６に供給され、脱イオン室２３および２６の内部に設けられたアニオン交換体（アニオン交換スペーサ、アニオン交換不織布）により捕捉される。両極（陽極５１、陰極５３）の間には直流電圧が印加されており、陰極室２７および複極室２４で電気分解により発生した水酸化物イオンが陽極側に移動すると共に、脱イオン室２３および２６内のアニオン交換体（アニオン交換スペーサ、アニオン交換不織布）に捕捉されたアニオンがアニオン交換膜Ａを介して中和室２２および２５に移動する。陽極室２１および複極室２４では、電気分解により発生した水素イオンが陰極側に移動し、カチオン交換膜Ｃを介して中和室２２および２５に移動する。
中和室２２および２５には陽極側から順にカチオン交換不織布４１、カチオン交換スペーサ４２、アニオン交換スペーサ４３およびアニオン交換不織布４４が充填されている。ここで、カチオン交換不織布とアニオン交換不織布の間に導入するものはカチオン交換体またはアニオン交換体であれば種類は問わない。脱イオン室２３，２６にはアニオン交換不織布４６およびアニオン交換スペーサ４７が充填されている。
図４は、電気透析装置に本発明に係る複極室を組み入れた別の一例である。図４に示す電気透析装置は、原水（被処理水）から選択的にカチオンであるＮＨ４ ＋を分離濃縮する場合である。電気透析装置は、陽極室２１、脱イオン室２３、中和室２２、複極室２４、脱イオン室２６、中和室２５、陰極室２７の７つの部屋を備えている。脱イオン室２３，２６は、流入した被処理水から選択的にカチオンだけを除去しカチオン濃度が低下した処理水を取り出す部屋である。中和室２２，２５は、脱イオン室２３，２６から受け入れたカチオンを複極室２４、又は陰極室２７から供給される水酸化物イオンにより電気的に中和する部屋である。陽極室２１と脱イオン室２３との間にはカチオン交換膜Ｃが配置され、脱イオン室２３と中和室２２との間にはカチオン交換膜Ｃが配置され、中和室２２と複極室２４との間にはアニオン交換膜Ａが配置されている。さらに、複極室２４と脱イオン室２６との間にはカチオン交換膜Ｃが配置され、脱イオン室２６と中和室２５との間にはカチオン交換膜Ｃが配置され、中和室２５と陰極室２７との間にはアニオン交換膜Ａが配置されている。
複極室２４は、ラス網状電極３８の両側にイオン交換不織布の一種であるアニオン交換不織布およびカチオン交換不織布を配した構造になっている。原水はアニオン交換膜Ｃ，Ｃの間に設けられた脱イオン室２３および２６に供給され、脱イオン室２３および２６の内部に設けられたカチオン交換体（カチオン交換スペーサ、カチオン交換不織布）により捕捉される。両極（陽極５１、陰極５３）の間には直流電圧が印加されており、陽極室２１および複極室２４で電気分解により発生した水素イオンが陰極側に移動すると共に、脱イオン室２３および２６内のカチオン交換体に捕捉されたカチオンがカチオン交換膜Ｃを介して中和室２２および２５に移動する。複極室２４および陰極室２７では、電気分解により発生した水酸化物イオンが陽極側に移動し、アニオン交換膜Ａを介して中和室２２および２５に移動する。
中和室２２および２５には陽極側から順にカチオン交換不織布４１、カチオン交換スペーサ４２、アニオン交換スペーサ４３およびアニオン交換不織布４４が充填されている。ここで、カチオン交換不織布とアニオン交換不織布の間に導入するものはカチオン交換体またはアニオン交換体であれば種類は問わない。脱イオン室２３，２６にはカチオン交換不織布４１およびカチオン交換スペーサ４２が充填されている。
なお、図３および図４において、陽極室２１にはラス網状（エキスパンデッドメタル）の電極５１とカチオン交換膜Ｃの間にカチオン交換不織布５２が充填されている。陰極室２７にはラス網状（エキスパンデッドメタル）の電極５３とアニオン交換膜Ａの間にアニオン交換不織布５４が充填されている。陽極室２１および陰極室２７ではラス網状（エキスパンデッドメタル）の電極５１，５３を用いているため、電気分解により生成した酸素ガスまたは水素ガスが電極の空孔を通じて電極間より外に向かって排出される。絶縁体である気体がカチオン交換不織布５２またはアニオン交換不織布５４の内部に滞ることがないために通電抵抗の上昇を抑制することができる。
陽極室２１、陰極室２７および複極室２４共に通液する液体は純水が望ましい。用いることのできる純水としては特に制約は無く、当業者が通常用いている純水製造方法により製造される純水がすべて使用可能である。例えばＲＯ（逆浸透）膜、イオン交換、蒸留、電気式脱塩などの公知技術またはその組合わせにより製造した純水、またはその純水の純度を更に高めた超純水でもよい。純水の代わりに、非電解質の水溶液を用いてもよい。例えば、イソプロピルアルコールを０．５ｍｇ／Ｌ程度添加した純水は支障なく使用可能である。
以下の実施例により、本発明をより具体的に説明する。以下の実施例の記載は、本発明の一具体例を説明するもので、本発明はこれらの記載によって限定されるものではない。
図３に示す複極式の構成の装置を用いて実験を行った。原水は、半導体工場から排出されるフッ化物イオン含有排水（５００ｍｇ−Ｆ／Ｌ）とした。被濃縮水としては純水を用いた。また、被濃縮水は循環させる構成とした。陽極室、陰極室および複極室の極液としては純水を用いた。複極室には陽極側からアニオン交換不織布、ラス網状（エキスパンデッドメタル）電極およびカチオン交換不織布を順に充填した。また、ラス網状（エキスパンデッドメタル）電極の材質はチタンに白金めっきをしたものとした。電流密度は３Ａ／ｄｍ２とした。ＳＶ（空塔速度）は原水、被濃縮水および純水共に５０〜１００［１／ｈｒ］とした。
この結果、処理水のフッ化物イオン濃度は１〜３ｍｇ／Ｌが得られた。運転電圧は４０Ｖと低い値で安定した。原水中のフッ化物イオンはフッ化水素水として５０００ｍｇ／Ｌ以上に濃縮された。以上より、本発明による複極室は、低電圧で純水を電解して、電極として機能することが確認された。
・カチオン交換不織布：基材はポリエチレン製不織布からなり、官能基はスルホン基であり、グラフト重合法により作成した。
・アニオン交換不織布：基材はポリエチレン製不織布からなり、官能基は４級アンモニウム基であり、グラフト重合法により作成した。
・カチオン交換スペーサ：基材はポリエチレン製斜孔網からなり、官能基はスルホン基であり、グラフト重合法により作成した。
・アニオン交換スペーサ：基材はポリエチレン製斜孔網からなり、官能基は４級アンモニウム基であり、グラフト重合法により作成した。
・陽極 ：チタンに白金めっきを施したものからなり、ラス網形状（エキスパンデッドメタル）であった。
・陰極 ：ＳＵＳ３０４からなり、ラス網形状（エキスパンデッドメタル）であった。
・カチオン交換膜：アストム製ＣＭＢ
・アニオン交換膜：アストム製ＡＨＡ
本発明に係る複極室の一例を示す図である。 本発明に係る複極室の別の一例を示す図である。 本発明に係る複極室を用いた電気透析装置の一例を示す図である。 本発明に係る複極室を用いた電気透析装置の別の一例を示す図である。
符号の説明
１，Ａ アニオン交換膜
２ 電極
３，Ｃ カチオン交換膜
４ アニオン交換不織布
５ カチオン交換不織布
６ 液体入口
７ 液体出口
１４ アニオン交換スペーサ
１５ カチオン交換スペーサ
２１ 陽極室
２２，２５ 中和室
２３，２６ 脱イオン室
２４ 複極室
２７ 陰極室
３８ ラス網状電極
４１，５２ カチオン交換不織布
４２ カチオン交換スペーサ
４３，４７ アニオン交換スペーサ
４４，４６，５４ アニオン交換不織布
５１，５３ ラス網状の電極

Claims (16)

  1. 電気透析装置および電気分解装置に用いる複極室において、陽極側より順に、アニオン交換膜、電極およびカチオン交換膜の順に設置し、カチオン交換膜とアニオン交換膜の間に供給する液体が純水であることを特徴とする複極室。
  2. 電気透析装置および電気分解装置に用いる複極室において、陽極側より順に、アニオン交換膜、電極およびカチオン交換膜の順に設置し、カチオン交換膜とアニオン交換膜の間に供給する液体が非電解質の水溶液であることを特徴とする複極室。
  3. カチオン交換膜と電極の間にカチオン交換体を配置することを特徴とする請求項１または２記載の複極室。
  4. アニオン交換膜と電極の間にアニオン交換体を配置することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の複極室。
  5. 前記カチオン交換体またはアニオン交換体は、繊維状材料で構成されるイオン交換不織布または織布であることを特徴とする請求項３または４記載の複極室。
  6. 前記繊維状材料で構成されるイオン交換不織布または織布は、放射線グラフト重合法を利用して製造されることを特徴とする請求項５記載の複極室。
  7. 前記電極は、通液性かつ通ガス性の導電性材料から構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の複極室。
  8. 前記通液性かつ通ガス性の導電性材料は、エキスパンデッドメタル、金属斜交網、格子状金属材料、網状金属材料、発泡金属材料、焼結金属繊維シートから選択されることを特徴とする請求項７記載の複極室。
  9. 前記純水または非電解質の水溶液を供給する供給口を備えるとともに、電気分解で生成された気体および純水または非電解質の水溶液が排出される流出口を備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の複極室。
  10. 電気透析装置および電気分解装置に用いる複極室において、陽極側より順に、アニオン交換膜、アニオン交換体、電極、カチオン交換体、およびカチオン交換膜の順に設置したことを特徴とする複極室。
  11. 前記カチオン交換体またはアニオン交換体は、繊維状材料で構成されるイオン交換不織布または織布であることを特徴とする請求項１０記載の複極室。
  12. 前記繊維状材料で構成されるイオン交換不織布または織布は、放射線グラフト重合法を利用して製造されることを特徴とする請求項１１記載の複極室。
  13. 前記電極は、通液性かつ通ガス性の導電性材料から構成されていることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の複極室。
  14. 陽極と陰極を有する電気化学的液体処理装置であって、該陽極と該陰極の間に請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の複極室を少なくとも１つ有することを特徴とする電気化学的液体処理装置。
  15. 前記電気化学的液体処理装置により処理される被処理液は、フッ素含有液であることを特徴とする請求項１４記載の電気化学的液体処理装置。
  16. 前記電気化学的液体処理装置により処理される被処理液は、ＮＨ ４ ＋ 含有液であることを特徴とする請求項１４記載の電気化学的液体処理装置。
JP2004181859A 2004-06-18 2004-06-18 複極室および該複極室を備えた電気化学的液体処理装置 Expired - Fee Related JP4489511B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004181859A JP4489511B2 (ja) 2004-06-18 2004-06-18 複極室および該複極室を備えた電気化学的液体処理装置
PCT/JP2005/011477 WO2005123984A1 (en) 2004-06-18 2005-06-16 Bipolar chamber and electrochemical liquid treatment apparatus having such bipolar chamber
US11/597,203 US20070215477A1 (en) 2004-06-18 2005-06-16 Bipolar Chamber and Electrochemical Liquid Treatment Apparatus Having Such Bipolar Chamber
CNA2005800201743A CN1969063A (zh) 2004-06-18 2005-06-16 双极室和具有这种双极室的电化学液体处理装置
KR1020077000488A KR20070029248A (ko) 2004-06-18 2005-06-16 바이폴라 챔버 및 상기 바이폴라 챔버를 구비한 전기화학액처리 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004181859A JP4489511B2 (ja) 2004-06-18 2004-06-18 複極室および該複極室を備えた電気化学的液体処理装置

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2006002235A JP2006002235A (ja) 2006-01-05
JP2006002235A5 JP2006002235A5 (ja) 2007-08-02
JP4489511B2 true JP4489511B2 (ja) 2010-06-23

Family

ID=35509689

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004181859A Expired - Fee Related JP4489511B2 (ja) 2004-06-18 2004-06-18 複極室および該複極室を備えた電気化学的液体処理装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20070215477A1 (ja)
JP (1) JP4489511B2 (ja)
KR (1) KR20070029248A (ja)
CN (1) CN1969063A (ja)
WO (1) WO2005123984A1 (ja)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4931107B2 (ja) * 2005-09-30 2012-05-16 オルガノ株式会社 電気脱イオン装置およびそれを用いた加圧水型原子力発電所の２次系ライン水処理装置
US8066860B2 (en) * 2006-09-22 2011-11-29 General Electric Company Arrangement of ion exchange material within an electrodeionization apparatus
MX2009009756A (es) * 2007-03-13 2009-09-24 Siemens Water Tech Corp Dispositivos y metodos para la generacion de acidos y bases.
JP5361325B2 (ja) * 2008-10-17 2013-12-04 有限会社スプリング 溶存水素飲料水の製造装置及びその製造方法
DE102009037954A1 (de) * 2009-08-18 2011-02-24 Voith Patent Gmbh Verfahren zur Rückgwinnung von Chemikalien aus bei der Erzeugung lignozellulosischer Faserstoffe anfallendem Abwasser
WO2011132518A1 (ja) * 2010-04-21 2011-10-27 日理工業株式会社 高純度電解質溶液生成装置
FR3021666B1 (fr) 2014-05-28 2017-12-08 Eurotab Tablette multicouches a cavite, dispositif et procede de compaction d'une telle tablette
KR102290068B1 (ko) * 2014-11-12 2021-08-19 코웨이 주식회사 전기탈이온 필터 소재 및 이의 제조 방법
JP2016159263A (ja) * 2015-03-04 2016-09-05 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 水処理装置及び水処理装置の運転方法
DE102015004101A1 (de) * 2015-03-25 2016-09-29 Condias Gmbh Verfahren zur Herstellung von verdünnter Flusssäure
CN106865833B (zh) * 2015-12-10 2020-12-25 宜宾丝丽雅集团有限公司 一种粘胶纤维纺丝中酸性废水的电渗析膜回收工艺
EP3260578A1 (en) * 2016-06-24 2017-12-27 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Hydrogen peroxide production
US11091846B2 (en) 2016-06-24 2021-08-17 Stichting Wageningen Research Electrochemical process and reactor
US10933184B2 (en) * 2016-09-30 2021-03-02 Us Kidney Research Corporation Dialysate free artificial kidney device
CN112320903A (zh) * 2020-10-12 2021-02-05 江汉大学 一种电容去离子电极及电容去离子装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4172774A (en) * 1975-10-30 1979-10-30 Clearwater Systems Inc. Method and apparatus for lessening ionic diffusion
US4308117A (en) * 1980-02-13 1981-12-29 Sweeney Charles T Generation of chlorine-chlorine dioxide mixtures
US4549946A (en) * 1984-05-09 1985-10-29 Electrochem International, Inc. Process and an electrodialytic cell for electrodialytically regenerating a spent electroless copper plating bath
DE4418812C2 (de) * 1994-05-30 1999-03-25 Forschungszentrum Juelich Gmbh Einfach- und Mehrfachelektrolysezellen sowie Anordnungen davon zur Entionisierung von wäßrigen Medien
JP2003326269A (ja) * 2002-05-13 2003-11-18 Ebara Corp 電気再生式脱塩装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN1969063A (zh) 2007-05-23
JP2006002235A (ja) 2006-01-05
WO2005123984A1 (en) 2005-12-29
KR20070029248A (ko) 2007-03-13
US20070215477A1 (en) 2007-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20070215477A1 (en) Bipolar Chamber and Electrochemical Liquid Treatment Apparatus Having Such Bipolar Chamber
JP4384444B2 (ja) 電気式脱塩装置及び電気透析装置
JP4343105B2 (ja) 電気式脱塩装置
EP1069079B1 (en) Electric deionization apparatus
JP3801821B2 (ja) 電気式脱塩装置
WO2006132336A1 (ja) 電気透析装置、排水処理方法、およびフッ素処理システム
US20080023334A1 (en) Liquid Treatment Apparatus
JP2007007655A (ja) 電気透析装置
WO2005011849A2 (en) Electrodeionization module and apparatus comprising it
KR101838770B1 (ko) 전기적 재생과 함께 이온 교환 탈이온화를 수행하는 장치
JP4065386B2 (ja) 電気透析装置
JP2007313421A (ja) 純水循環供給システム、純水再利用方法、および基板処理方法
JP3727585B2 (ja) 電気式脱塩装置
JP3727586B2 (ja) 電気式脱塩装置
JP2006026488A (ja) 電気式脱塩装置
JP4291156B2 (ja) 電気式脱塩装置
JP2003190960A (ja) 電気式脱塩装置
JP4494612B2 (ja) 水酸基含有塩の製造方法
JP4431710B2 (ja) イオン伝導スペーサー及びその製造方法並びに電気式脱塩装置又は電気透析装置
JP2001205270A (ja) 電気再生式脱塩装置
JP2003190962A (ja) イオン交換体及び電気式脱塩装置
JPH06312120A (ja) 酸の回収方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070614

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070614

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091208

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100204

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100309

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100331

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130409

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees