JP6085268B2 - Ion concentrator - Google Patents
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Description
本発明はイオン濃縮装置およびイオン濃縮方法に関するものである。 The present invention relates to an ion concentration apparatus and an ion concentration method.
本発明は大気中のアンモニア、酸性ガス分析や河川水、地下水等の水質検査等自然環境評価分析に、あるいは工業用、医療用に用いられている微量不純物分析に、その他多くの分野で希薄濃度のイオンを高感度分析するに必要なイオンの濃縮に関するものである。 The present invention is used for analysis of natural environment such as analysis of ammonia in the atmosphere, acid gas analysis, water quality inspection of river water, groundwater, etc., or analysis of trace impurities used for industrial and medical purposes. The present invention relates to the concentration of ions necessary for highly sensitive analysis of ions.
ここで濃縮対象とする陽イオンは代表的な1価単原子イオンとしてリチウムイオン(Li+)、ナトリウムイオン(Na+)、カリウムイオン(K+)等のアルカリ金属イオン、銀イオン(Ag+)、銅イオン(Cu+)、水銀イオン(Hg2 2+)等の金属イオンであり、代表的な多原子イオンとしてアンモニウムイオン(NH4 +)であり、多価単原子イオンとして2価のマグネシウムイオン(Mg2+)、カルシウムイオン(Ca2+)、ストロンチウムイオン(Sr2+)、バリウムイオン(Ba2+)等のアルカリ土類金属イオン、カドミウムイオン(Cd2+)、ニッケルイオン(Ni2+)、亜鉛イオン(Zn2+)、銅イオン(Cu2+)、水銀イオン(Hg2+)、鉄イオン(Fe2+)、コバルトイオン(Co+2)、スズイオン(Sn2+)、鉛イオン(Pb2+)、マンガンイオン(Mn2+)や3価のアルミニウムイオン(Al3+)、鉄イオン(Fe3+)、クロムイオン(Cr3+)、および4価のスズイオン(Sn4+)、鉛イオン(Pb4+)等の金属イオンを挙げることができる。 The cations to be concentrated here are alkali metal ions such as lithium ions (Li + ), sodium ions (Na + ), potassium ions (K + ), and silver ions (Ag + ) as typical monovalent monoatomic ions. Metal ions such as copper ions (Cu + ) and mercury ions (Hg 2 2+ ), ammonium ions (NH 4 + ) as typical polyatomic ions, and divalent magnesium ions as polyvalent monoatomic ions (Mg 2+ ), calcium ions (Ca 2+ ), strontium ions (Sr 2+ ), barium ions (Ba 2+ ) and other alkaline earth metal ions, cadmium ions (Cd 2+ ), nickel ions (Ni 2+ ), zinc ions ( Zn 2+), copper ions (Cu 2+), mercury ions (Hg 2+), iron ions (Fe 2+), the edge Toion (Co +2), tin ions (Sn 2+), lead ions (Pb 2+), manganese ions (Mn 2+) and trivalent aluminum ions (Al 3+), iron ion (Fe 3+), chromium ions (Cr 3+), And metal ions such as tetravalent tin ion (Sn 4+ ) and lead ion (Pb 4+ ).
また、濃縮対象とする陰イオンは代表的な単原子イオンとして塩化物イオン(Cl−)、フッ化物イオン(F−)、臭化物イオン(Br−)、ヨウ化物イオン(I−)等のハロゲン化物イオンであり、代表的な多原子イオンまたは分子イオンとして次亜塩素酸イオン(ClO−)、亜塩素酸イオン(ClO2 −)、塩素酸イオン(ClO3 −)、過塩素酸イオン(ClO4 −)といった塩素のオキソアニオンや炭酸水素イオン(HCO3 −)、炭酸イオン(CO3 2−)、酢酸イオン(CH3COO−)、ギ酸イオン(HCOO−)、メタアクリル酸イオン(CH2C(CH3)COO−)、安息香酸イオン(C6H5COO−)、過マンガン酸イオン(MnO4 −)、シアン化イオン(CN−)、チオシアン酸イオン(SCN−)、硝酸イオン(NO3 −)、亜硝酸イオン(NO2 −)、リン酸イオン(PO4 3−)、リン酸二水素イオン(H2PO4 −)、硫酸イオン(SO4 2−)、硫酸水素イオン(HSO4 −)、硫化水素イオン(HS−)といったイオンである。 The anions to be concentrated are typical monoatomic ions such as chloride ions (Cl − ), fluoride ions (F − ), bromide ions (Br − ), iodide ions (I − ), and other halides. As typical polyatomic ions or molecular ions, hypochlorite ion (ClO − ), chlorite ion (ClO 2 − ), chlorate ion (ClO 3 − ), perchlorate ion (ClO 4). - ) Chlorine oxoanion, bicarbonate ion (HCO 3 − ), carbonate ion (CO 3 2− ), acetate ion (CH 3 COO − ), formate ion (HCOO − ), methacrylate ion (CH 2 C) (CH 3) COO -), benzoate (C 6 H 5 COO -) , permanganate ion (MnO 4 -), cyanide ion (CN -), Chioshi Phosphate ion (SCN -), nitrate ion (NO 3 -), nitrite (NO 2 -), phosphate ion (PO 4 3-), dihydrogen phosphate ion (H 2 PO 4 -), sulfate ion These are ions such as (SO 4 2− ), hydrogen sulfate ion (HSO 4 − ), and hydrogen sulfide ion (HS − ).
そこで、イオンの溶存する水溶液を濃縮する手段について、公知文献に記載された先行技術を調べると、特許文献1特公表2012−500353号公報に電気化学駆動式ポンプが開示されている。前記公報によれば、両電極で挟んでイオン交換膜で仕切り、陽極ゾーンと陰極ゾーン、さらに中央の発生ゾーンの3ゾーンを形成し、陽極ゾーンには陽イオン水溶液または純水を、陰極ゾーンには純水または陰イオン水溶液を注入し、両電極に通電して発生ゾーンに濃縮された陽イオン水溶液または陰イオン水溶液、水を生成し、その出口から取出すものである。両電極ゾーンと発生ゾーンの間に設置された仕切り膜がイオン交換膜で両ゾーン間の液体自体の移動を阻み、イオン交換膜の極性に選択的に許容されたイオンのみが移動し、反対側の電極に移動する。その結果、発生ゾーンに、陽イオンまたは陰イオンと両電極で水の電気分解で生成されたHイオンとOHイオンが集積してイオン濃度の高い溶液を発生させるという。
しかし、簡素な構造ではあるが、電極表面にイオン水溶液原液が直接、触れることから電極反応により酸化あるいは還元された副産物が生成し、目的の濃縮イオン溶液中に混入するおそれがある。
さらに、全体の装置構成がイオン水溶液をイオン交換膜で仕切った構成であるから電極間に必要とする電流量を流すためには、単位面積当たりに印加する電圧を高くする必要があり、高電界、高電流を要する装置のため、より電力効率の改善された装置が要望される。
Then, when the prior art described in the publicly known literature is examined for means for concentrating the aqueous solution in which ions are dissolved, an electrochemically driven pump is disclosed in Japanese Patent Publication No. 2012-500333. According to the above publication, it is sandwiched between both electrodes and partitioned by an ion exchange membrane to form an anode zone, a cathode zone, and a central generation zone, and a cation aqueous solution or pure water is added to the anode zone. Injects pure water or an anion aqueous solution, energizes both electrodes to produce a cation aqueous solution or an anion aqueous solution, water concentrated in the generation zone, and takes it out from the outlet. The partition membrane installed between the two electrode zones and the generation zone is an ion exchange membrane that prevents the movement of the liquid itself between the two zones, and only ions that are selectively allowed for the polarity of the ion exchange membrane move and the opposite side. Move to the electrode. As a result, the cation or anion and H ions and OH ions generated by electrolysis of water at both electrodes are accumulated in the generation zone to generate a solution having a high ion concentration.
However, although the structure is simple, a by-product oxidized or reduced by the electrode reaction is generated due to direct contact of the ionic aqueous solution with the electrode surface, which may be mixed into the target concentrated ionic solution.
Furthermore, since the entire device configuration is a configuration in which an aqueous ionic solution is partitioned by an ion exchange membrane, it is necessary to increase the voltage applied per unit area in order to pass the required amount of current between the electrodes. For devices that require high currents, devices with improved power efficiency are desired.
本発明の解決しようとする課題はイオン分析の前処理として希薄濃度のイオンを含むサンプル溶液からイオンを濃縮する装置であって、濃縮対象陽イオンまたは濃縮対象陰イオンを水溶液中に溶出したもの、あるいは濃縮対象陽イオンを陰イオン源溶液中に溶出したもの、濃縮対象陰イオンを陽イオン源溶液中に溶出したものを良好に回収する装置および濃縮する方法を提供することである。さらには、濃縮過程で生ずる濃縮対象イオンが電極反応で酸化または還元された副産物の混入がないこと、濃縮装置全体の運転上、電力効率にすぐれた省エネルギー装置であることである。 The problem to be solved by the present invention is an apparatus for concentrating ions from a sample solution containing dilute concentrations of ions as a pretreatment for ion analysis, in which the cation to be concentrated or the anion to be concentrated is eluted in an aqueous solution, Alternatively, it is an object to provide a device and a method for concentrating, which favorably recovers an object in which the cation to be concentrated is eluted in the anion source solution, and an object in which the cation anion to be concentrated is eluted in the cation source solution. Furthermore, there is no contamination of by-products that are oxidized or reduced by the electrode reaction during the concentration process, and the energy-saving device is excellent in power efficiency in the operation of the entire concentration device.
上記課題を解決するため
<本発明の装置基本形>
(A)両電極間の容器空間にイオン交換膜で仕切られた3室からなる内部ゾーンと
(a1)前記ゾーンの中の一端部が陰極室ゾーンであり、陰極電極側に接して液体透過性を付与した陽イオン交換膜で、隣接する中央の濃縮室ゾーン側に陰イオン交換膜で仕切り、前記仕切られた空間内に陰イオン交換樹脂を充填し、前記空間の上部に設置された濃縮対象陰イオンを含む溶液または純水、陰イオン源溶液を注入する入口1からなる
(a2)前記ゾーンの中の他端部が陽極室ゾーンであり、陽極電極側に接して液体透過性を付与した陽イオン交換膜と液体透過性を付与した陰イオン交換膜を重ねて、隣接する中央の濃縮室ゾーン側に陽イオン交換膜で仕切り、前記仕切られた空間内に陽イオン交換樹脂を充填し、前記空間の上部に設置された濃縮対象陽イオンを含む溶液または純水、陽イオン源溶液を注入する入口3からなる
(a3)前記ゾーンの中の中央部が濃縮室ゾーンであり、前記陰極室側と陰イオン交換膜でおよび前記陽極室側と陽イオン交換膜で仕切られた空間内に陰極側に陰イオン交換樹脂を陽極側に陽イオン交換樹脂を、中央縦断面を挟んで充填し、前記空間の上部又は下部に設置された陰イオン交換樹脂層側に純水を注入する入口21若しくは陽イオン交換樹脂層側に純水を注入する入口22と、さらに前記空間の下部又は上部に設置された陽イオン交換樹脂層側に入口21に対応して液の排出口22若しくは陰イオン交換樹脂層側に入口22に対応して液の排出口21からなる
(B)両電極を囲む2室からなる外部ゾーンと
(b1)前記ゾーンが陰極電極を囲む外部ゾーンであり、前記陰極電極に接する液体透過性を付与した陽イオン交換膜で仕切られ、電極を囲む空間の一部に設置された水と水素ガスを排出する出口1からなる
(b2)前記ゾーンが陽極電極を囲む外部ゾーンであり、前記陽極電極に接する液体透過性を付与した陽イオン交換膜と液体透過性を付与した陰イオン交換膜を重ねて仕切られ、電極を囲む空間の一部に設置された水と酸素ガスを排出する出口3からなる
(c)上記電極を結ぶ外部電源と
を備えるイオン濃縮装置
を提案している。
In order to solve the above-described problems, the basic apparatus of the present invention
(A) An internal zone consisting of three chambers partitioned by an ion exchange membrane in the container space between both electrodes, and (a1) one end of the zone is a cathode chamber zone, which is in contact with the cathode electrode side and is liquid permeable The cation exchange membrane to which the concentration is applied is partitioned by an anion exchange membrane on the side of the adjacent central concentration chamber, the anion exchange resin is filled in the partitioned space, and the concentration target is installed above the space. (A2) The other end of the zone is an anode chamber zone, which is in contact with the anode electrode side and imparts liquid permeability. The cation exchange membrane and the anion exchange membrane imparted with liquid permeability are overlapped and partitioned by the cation exchange membrane on the adjacent central concentration chamber zone side, and the cation exchange resin is filled in the partitioned space, Deep installed in the upper part of the space (A3) The central portion of the zone is a concentration chamber zone, and the cathode chamber side and an anion exchange membrane are used. An anion exchange resin on the cathode side is filled with a cation exchange resin on the anode side in a space partitioned by the anode chamber side and the cation exchange membrane, with a central longitudinal section sandwiched therebetween, and is installed at the upper or lower part of the space. The inlet 21 for injecting pure water into the anion exchange resin layer side, the inlet 22 for injecting pure water into the cation exchange resin layer side, and the cation exchange resin layer side installed at the lower or upper part of the space. (B) an external zone consisting of two chambers surrounding both electrodes; (B) consisting of a liquid outlet 22 corresponding to the inlet 21 or a liquid outlet 21 corresponding to the inlet 22 on the anion exchange resin layer side; Outside the zone surrounding the cathode electrode A zone, which is partitioned by a cation exchange membrane imparting liquid permeability in contact with the cathode electrode, and comprises an outlet 1 for discharging water and hydrogen gas installed in a part of the space surrounding the electrode (b2) Is an external zone that surrounds the anode electrode, and is partitioned by overlapping the cation exchange membrane imparting liquid permeability and the anion exchange membrane imparting liquid permeability in contact with the anode electrode, in a part of the space surrounding the electrode It proposes an ion concentrator equipped with (c) an external power source connecting the above-mentioned electrodes, which is composed of installed water and an outlet 3 for discharging oxygen gas.
本発明の装置基本形は図1〜図6に示す。
すなわち、本発明の装置概要は両電極で挟んで液体透過性を付与したイオン交換膜と通常のイオン交換膜で仕切った3室からなる内部ゾーンを形成した本体と両電極を囲む2室からなる外部ゾーンと電極を結ぶ外部電源を備えるイオン濃縮装置である。そして、装置の基本形は上記に記載した内容で構成され、その他変形として、前記装置基本形の一部の構成要件である前記(a3)記載の中央部濃縮室ゾーンについてのみ変更し、他の構成要件は同じであるイオン濃縮装置の変形例を5例挙げている。
本発明の詳細は実施例を交えて後述することとして、複雑な本発明の把握を容易にするために、ここでは先ず本発明の基本形を述べ、陽イオン濃縮の例を挙げて、その濃縮が進行する様子を上記の装置、図4を使って説明する。
The basic apparatus of the present invention is shown in FIGS.
That is, the outline of the apparatus of the present invention is composed of an ion exchange membrane provided with liquid permeability sandwiched between both electrodes, a main body forming an internal zone composed of three chambers partitioned by a normal ion exchange membrane, and two chambers surrounding both electrodes. An ion concentrator provided with an external power source connecting an external zone and an electrode. The basic form of the apparatus is configured as described above, and as other modifications, only the central concentrating chamber zone described in (a3), which is a part of the basic structure of the apparatus, is changed, and the other constituent elements are changed. Shows five variations of the same ion concentrator.
The details of the present invention will be described later with reference to examples. In order to facilitate understanding of the complicated present invention, the basic form of the present invention will be described first, and an example of cation concentration will be given. The state of progress will be described with reference to the above apparatus, FIG.
陽イオンを含むサンプル溶液、実施例にはセシウムイオンの希薄溶液を示しているがアルカリ金属イオン溶液の代表例としての対象である。このサンプル溶液を入口3より上記装置の陽極室ゾーンに注入し、他方、純水を入口1より上記装置の陰極室ゾーンに注入する。陽極室ゾーンには陽イオン交換樹脂が充填されており、隣接するゾーンとの仕切りにイオン交換膜が使用され、中央濃縮室側には陽イオン交換膜が、陽極電極側には電極に接して液体透過性を付与した陽イオン交換膜とさらに液体透過性を付与した陰イオン交換膜を重ね合わせて設置されている。そして、陰極室ゾーンには陰イオン交換樹脂が充填されており、隣接するゾーンとの仕切りにイオン交換膜が使用され、中央濃縮室側には陰イオン交換膜が、陰極電極側には電極に接して液体透過性を付与した陽イオン交換膜が設置されている。
ここで用いる液体透過性イオン交換膜とは、通常のイオン交換膜にスリット等を入れて液体透過性を付与したものである。通常のイオン交換膜では有孔径が小さく、イオンの選択透過性はあるが、液体を透過しにくい性質を有しているので、スリット等の液体を透過しうる透過孔を付与する加工が必要である。
また、電極面に接する液体透過性のイオン交換膜に陽イオン交換膜が使用されているのは
フッソ系の材質ですぐれた耐酸、耐塩基性、機械的強度を有し電極反応による損耗に充分に耐えられるからである。
中央部の濃縮室には極性の異なるイオン交換樹脂が中央断面を挟んで陽極側に陽イオン交換樹脂を陰極側に陰イオン交換樹脂が充填されている。そして、前記濃縮室の陽イオン交換樹脂上部又は下部にある入口22より純水を注入し、図4に示すように点線に沿って前記中央断面を通って陰イオン交換樹脂側の出口21より界面に集まった陽イオンと共に排出される。
A sample solution containing cations, a dilute solution of cesium ions is shown in the examples, but is a representative example of an alkali metal ion solution. This sample solution is injected from the inlet 3 into the anode chamber zone of the apparatus, while pure water is injected from the inlet 1 into the cathode chamber zone of the apparatus. The anode chamber zone is filled with a cation exchange resin, and an ion exchange membrane is used to partition the adjacent zone. The cation exchange membrane is in contact with the central concentrating chamber side, and the anode electrode side is in contact with the electrode. A cation exchange membrane imparted with liquid permeability and an anion exchange membrane further imparted with liquid permeability are overlapped and installed. The cathode chamber zone is filled with an anion exchange resin, and an ion exchange membrane is used to partition the adjacent zone. An anion exchange membrane is provided on the central concentration chamber side, and an electrode is provided on the cathode electrode side. A cation exchange membrane that is in contact with and imparts liquid permeability is installed.
The liquid permeable ion exchange membrane used here is one obtained by adding slits or the like to a normal ion exchange membrane to provide liquid permeability. A normal ion exchange membrane has a small pore size and selective permeability of ions, but has a property of being difficult to permeate liquid, and therefore processing to provide a permeation hole that can permeate liquid such as a slit is necessary. is there.
Also, the cation exchange membrane is used as the liquid permeable ion exchange membrane in contact with the electrode surface. It has excellent acid resistance, base resistance and mechanical strength due to the fluorine-based material, and is sufficient for wear due to electrode reaction. Because it can withstand.
In the central concentration chamber, ion exchange resins having different polarities are filled with a cation exchange resin on the anode side and an anion exchange resin on the cathode side with the central cross section interposed therebetween. And pure water is inject | poured from the inlet_port | entrance 22 in the upper part or the lower part of the cation exchange resin of the said concentration chamber, and as shown in FIG. It is discharged together with the cations gathered in the.
前記陽極室ゾーンに注入された陽イオンサンプル溶液において、その中、陽イオンは陽イオン交換樹脂にイオン吸着し、その他水、対イオンの陰イオンは陽イオン交換樹脂の間を通過して陽極電極側に仕切られた液体透過性を付与した陽イオン交換膜と液体透過性を付与した陰イオン交換膜の重ね合わせた膜を通して陽極電極側に排出される。陽極電極で水、対イオンは電解反応を受けて発生した酸素ガスや対イオン酸化物が水と一緒に出口3から外部に排出される。
そのほか、この電極反応で生じた水素イオンは前記二層構造に重ね合わせた膜の陰イオン交換膜側の極性から静電反発を受けて濃縮装置本体側に移動することができない。
従って仕切り膜の外側から系内に電極反応生成物ほか不純物イオンが入り込む余地はない。
このように陽イオンサンプル溶液を濃縮する過程において電極反応で生ずる副産物等不純物イオンが系内に入らないように工夫されている。
その電極反応で生成したHイオンに代えて、前記陰イオン交換膜と陽イオン交換樹脂の界面、これをイオン界面と呼ぶことにするがこのイオン界面には水の解離平衡からのズレからHイオンとOHイオンが生ずる。すなわち、イオン界面に注入される水由来のOHイオンが陰イオン交換膜側に、Hイオンが陽イオン交換樹脂側に生成する。OHイオンは陰イオン交換膜を介して陽極電極側に水と共に移動し、Hイオンは陽イオン交換樹脂にイオン吸着され電気泳動により陰極電極側へ向かって電気泳動して移動する。中央部濃縮室に向けて陽イオン交換膜を通過して、さらに陽イオン交換樹脂の中を電気泳動して中央断面部界面に到達する。
さらに、陽イオン交換樹脂にイオン吸着した陽イオンは両電極から電界の力をうけて陰極電極側へ向かって電気泳動して移動する。中央濃縮室に向けて陽イオン交換膜を通過して、さらに陽イオン交換樹脂の中を電気泳動して中央断面部界面に到達する。
In the cation sample solution injected into the anode chamber zone, cations are adsorbed on the cation exchange resin, and other water and counterion anions pass between the cation exchange resins and pass through the anode electrode. It is discharged to the anode electrode side through a membrane formed by superposing a cation exchange membrane imparted with liquid permeability and an anion exchange membrane imparted with liquid permeability. Oxygen gas and counter ion oxide generated by the electrolytic reaction of water and counter ions at the anode electrode are discharged from the outlet 3 together with water.
In addition, the hydrogen ions generated by this electrode reaction cannot be moved to the concentrator main body side due to electrostatic repulsion from the polarity on the anion exchange membrane side of the membrane superposed on the two-layer structure.
Therefore, there is no room for electrode reaction products and other impurity ions to enter the system from the outside of the partition membrane.
Thus, it has been devised so that impurity ions such as by-products generated in the electrode reaction do not enter the system in the process of concentrating the cation sample solution.
Instead of H ions generated by the electrode reaction, the interface between the anion exchange membrane and the cation exchange resin, which will be referred to as an ion interface, is a H ion due to a deviation from the dissociation equilibrium of water. And OH ions are generated. That is, OH ions derived from water injected into the ion interface are generated on the anion exchange membrane side and H ions are generated on the cation exchange resin side. The OH ions move together with water to the anode electrode side through the anion exchange membrane, and the H ions are ion-adsorbed on the cation exchange resin and move by electrophoresis toward the cathode electrode side by electrophoresis. It passes through the cation exchange membrane toward the central concentration chamber, and further undergoes electrophoresis in the cation exchange resin to reach the central cross section interface.
Furthermore, the cation adsorbed on the cation exchange resin is electrophoresed and moved from both electrodes to the cathode electrode side under the force of an electric field. It passes through the cation exchange membrane toward the central concentrating chamber, and further undergoes electrophoresis in the cation exchange resin to reach the central cross section interface.
他方、陰極室ゾーンでは、注入された純水は陰イオン交換樹脂の間を通って、液体透過性が付与された陽イオン交換膜を通過して陰極電極側へ水が排出される。そして、水が直接、接触した陰極電極では電極反応により水素ガス、OHイオンが発生し、水と一緒に出口1から外部に排出される。OHイオンは陽イオン交換膜の極性から反発を受け、系内に入ることが出来ない。その電極反応で生成したOHイオンに代えて、前記陰極電極に接触する陽イオン交換膜と陰イオン交換樹脂の界面、これをイオン界面と呼ぶことにするがこのイオン界面には水の解離平衡からのズレからHイオンとOHイオンが生ずる。すなわち、イオン界面に注入される水由来のOHイオンが陰イオン交換樹脂側に、Hイオンが陽イオン交換膜側に生成する。Hイオンは陽イオン交換膜を介して陰極電極側に水と共に移動し、OHイオンは陰イオン交換樹脂にイオン吸着され電気泳動により陽極電極側へ向かって電気泳動して移動する。中央部濃縮室に向けて陰イオン交換膜を通過して、さらに陰イオン交換樹脂の中を電気泳動して中央断面部界面に到達する。 On the other hand, in the cathode chamber zone, the injected pure water passes between the anion exchange resins, passes through the cation exchange membrane provided with liquid permeability, and is discharged to the cathode electrode side. And in the cathode electrode which water contacted directly, hydrogen gas and OH ion generate | occur | produce by electrode reaction, and are discharged | emitted from the exit 1 outside with water. OH ions are repelled by the polarity of the cation exchange membrane and cannot enter the system. Instead of the OH ions generated in the electrode reaction, the interface between the cation exchange membrane and anion exchange resin that contacts the cathode electrode, which is called the ion interface, From this deviation, H ions and OH ions are generated. That is, OH ions derived from water injected into the ion interface are generated on the anion exchange resin side and H ions are generated on the cation exchange membrane side. H ions move together with water to the cathode electrode side through the cation exchange membrane, and OH ions are adsorbed on the anion exchange resin and move by electrophoresis toward the anode electrode side by electrophoresis. It passes through the anion exchange membrane toward the central concentration chamber, and further undergoes electrophoresis in the anion exchange resin to reach the central cross section interface.
上記のように中央部の濃縮室へ移動してくるイオンは電気泳動によりサンプル溶液由来の陽イオンのほかイオン界面で生じたHイオン、OHイオンであるが、さらにイオンの移動に伴う電気浸透流というイオンのまわりに生ずる会合水分子の流れと推察される水の流れがある。
濃縮室の中央断面部界面まで電気泳動してきた陽イオンは極性の異なる陰イオン交換樹脂の静電反発壁により移動を停止し、イオン吸着していた樹脂から脱離して、前記した電気浸透流さらには濃縮室の入口22から注入された水により押し流され出口21から陽イオンの濃縮された水溶液が排出される。
ここで、注意すべきことは濃縮室の入口22から水が注入されなくても陽イオンは前記した電気浸透流で押し流され出口21から陽イオンの濃縮された水溶液が排出されるのである。また、界面で陽イオンを水で溶出して外部に排出しているので水で溶出すると表現する。さらに陰イオン源溶液を純水に代えて入口1から使用する場合は上記の説明に加え、陰イオン源溶液中の陰イオンが陰極室ゾーンで陰イオン交換樹脂にイオン吸着し、さらに電気泳動で仕切り膜の陰イオン交換膜を透過し、濃縮室ゾーンに入って、なお陰イオン交換樹脂の中を移動して濃縮室の中央断面部界面まで移動してくることになる。界面を挟んで反対方向から移動してきたHイオンと酸を形成するものと推察される。
この生成される酸で陽イオンを溶出することになるので、前記水で溶出するという表現と便宜的に区別するため、酸で溶出すると表現する。この詳細はさらに遷移金属イオンの濃縮に特有の効果を発揮するので後述することとする。
陽極室ゾーンに供給するサンプル液中の陽イオンは充填した陽イオン交換樹脂にイオン吸着し、その後、ほぼ100%回収され、サンプル溶液中の大部分の水は陽極室ゾーンに設けている出口から系外に選別排出される。陽イオン交換樹脂にイオン吸着したイオンは中央部の濃縮室へ電気泳動により移動し、界面付近で微量な電気浸透流と、あるいは濃縮室の入口22から注入された水で溶出されることになるので主に、濃縮室の入口22から注入される水の量を制御してイオンは濃縮率を変えて濃縮されることになる。
The ions moving to the central concentration chamber as described above are cations derived from the sample solution as well as H ions and OH ions generated at the ion interface by electrophoresis. There is a flow of water presumed to be a flow of associated water molecules generated around ions.
The cations that have been electrophoresed to the interface of the central section of the concentrating chamber stop moving due to the electrostatic repulsion walls of the anion exchange resins of different polarities, desorb from the resin that has adsorbed ions, Is swept away by water injected from the inlet 22 of the concentrating chamber, and a cation-concentrated aqueous solution is discharged from the outlet 21.
Here, it should be noted that even if water is not injected from the inlet 22 of the concentrating chamber, the cation is swept away by the electroosmotic flow described above, and the concentrated aqueous solution of the cation is discharged from the outlet 21. Moreover, it expresses that it elutes with water since the cation is eluted with water at the interface and discharged to the outside. Further, when the anion source solution is used from the inlet 1 instead of pure water, in addition to the above description, the anion in the anion source solution is ion-adsorbed on the anion exchange resin in the cathode chamber zone and is further subjected to electrophoresis. It passes through the anion exchange membrane of the partition membrane, enters the concentration chamber zone, still moves through the anion exchange resin, and moves to the interface of the central section of the concentration chamber. It is presumed that an acid is formed with H ions that have moved from the opposite direction across the interface.
Since the cations are eluted with the acid thus generated, it is expressed as being eluted with an acid for the sake of convenience and distinction from the expression of elution with water. This detail will be described later because it further exhibits an effect specific to the concentration of transition metal ions.
The cations in the sample solution supplied to the anode chamber zone are adsorbed on the filled cation exchange resin, and then almost 100% is recovered, and most of the water in the sample solution is discharged from the outlet provided in the anode chamber zone. Sorted out of the system. Ions adsorbed on the cation exchange resin migrate to the central concentration chamber by electrophoresis, and are eluted with a small amount of electroosmotic flow near the interface or with water injected from the inlet 22 of the concentration chamber. Therefore, mainly by controlling the amount of water injected from the inlet 22 of the concentration chamber, the ions are concentrated by changing the concentration rate.
本発明の装置基本形についての概要説明は以上であるが、中央部濃縮室ゾーンの5変形例については以下のとおりである。
<変形例1>
前記請求項1記載のイオン濃縮装置であって、構成要件の一部である前記(a3)記載の濃縮室ゾーンに代えて、
前記ゾーンの中の中央部が濃縮室ゾーンであり、前記陰極室側と陰イオン交換膜でおよび前記陽極室側と陽イオン交換膜で仕切られた空間内に陰極側に陰イオン交換樹脂を陽極側に陽イオン交換樹脂を、液体透過性を付与された陽イオン交換膜からなる中央縦断面部を挟んで充填し、前記空間の上部又は下部に設置された陰イオン交換樹脂層側に純水を注入する入口21若しくは陽イオン交換樹脂層側に純水を注入する入口22と、さらに前記空間の下部又は上部に設置された陽イオン交換樹脂層側に入口21に対応して液の排出口22若しくは陰イオン交換樹脂層側に入口22に対応して液の排出口21からなる
として他の構成要件を同一としたイオン濃縮装置である。
Although the outline | summary description about the apparatus basic form of this invention is above, it is as follows about the 5 modification of a center part concentration chamber zone.
<Modification 1>
In the ion concentrator according to claim 1, in place of the concentration chamber zone according to (a3), which is a part of the constituent elements,
The central portion of the zone is a concentration chamber zone, and an anion exchange resin is provided on the cathode side in a space partitioned by the cathode chamber side and the anion exchange membrane and by the anode chamber side and the cation exchange membrane. pure cation exchange resin on the side, was charged across the central vertical plane portion comprising a cation-exchange membrane the liquid permeability imparted to the upper or anion exchange resin layer side disposed in the lower part of the space An inlet 22 for injecting pure water or an inlet 22 for injecting pure water into the cation exchange resin layer side, and a liquid discharge port corresponding to the inlet 21 on the cation exchange resin layer side installed below or above the space 22 or an anion exchange resin layer side corresponding to the inlet 22, and an ion concentrator having the same other components as the liquid outlet 21.
本発明の変形例1は図7〜図13に示す。
濃縮室中央断面は液体透過性を付与した陽イオン交換膜で仕切られており、陽イオン交換樹脂層と陰イオン交換樹脂層の界面をより強固にサポートするためである。
この陽イオン交換膜に液透過性が付与されているのは純水を入口22から注入して中央の液体透過性陽イオン交換膜を通過して出口21から排出、または入口21から注入して中央の液体透過性陽イオン交換膜を通過して出口22から排出されるように図7〜図13に実線と点線で示される水の流れを必要とするためである。
この変形例1を使って、陽イオンを含むサンプル溶液、実施例には2価鉄イオンの希薄溶液を示しているが遷移金属イオン溶液の代表例を挙げて説明する。
金属イオンのうちOHイオンの存在下でアルカリ金属、アルカリ土類金属は強くイオンに解離して水溶液中に溶解するが多くの金属イオンは水酸化物を形成して沈殿する。
これら沈殿する性質を有する水酸化物金属イオンの中にあっても工業的に特に重要である遷移金属イオンを本発明の濃縮対象イオンとしている。
Modification 1 of the present invention is shown in FIGS.
This is because the central section of the concentrating chamber is partitioned by a cation exchange membrane imparted with liquid permeability and more firmly supports the interface between the cation exchange resin layer and the anion exchange resin layer.
The cation exchange membrane is given liquid permeability by injecting pure water from the inlet 22 and passing through the central liquid permeable cation exchange membrane and discharging it from the outlet 21 or injecting it from the inlet 21. This is because the water flow indicated by the solid line and the dotted line in FIGS. 7 to 13 is required so as to pass through the central liquid-permeable cation exchange membrane and be discharged from the outlet 22.
A sample solution containing a cation will be described using this modification 1, and a dilute solution of divalent iron ions is shown in the examples, but a typical example of a transition metal ion solution will be described.
Among the metal ions, alkali metals and alkaline earth metals are strongly dissociated into ions and dissolved in the aqueous solution in the presence of OH ions, but many metal ions form hydroxides and precipitate.
Among these hydroxide metal ions having the property of precipitating, transition metal ions that are particularly important industrially are used as the ions to be concentrated in the present invention.
このような沈殿物が生ずる系では本発明の中央部濃縮室の中央界面で純水による溶出を困難にする。そこで、入口1から純水に代えて陰イオン源溶液を注入し、界面で陰イオン源溶液由来の陰イオンを酸性雰囲気下で遷移金属イオンに接触反応させて溶出させてしまう。酸はその種類によって一部の金属イオン、例えば銀イオン、鉛イオン、1価水銀イオンに塩酸中の塩化物イオンが作用すると水に不溶性を示すものがあるが、そのような例外を除いて水溶性である。塩酸、硝酸、硫酸等の強酸または弱酸であって、弱酸はその内、硼酸および炭酸を除き蟻酸、酢酸を含むものであって入口1より上記装置の陰極室ゾーンに注入する。
ここで陰イオン源溶液とは、本目的に必要な陰イオンが含まれた溶液であり、その陰イオンはOHイオンを除く本願明細書の段落番号0004欄に記載されたものと同じである。
また、陰イオンの濃縮で出てくる陽イオン源溶液とは、本目的に必要な陽イオンが含まれた溶液であり、その陽イオンはHイオンを除く本願明細書の段落番号0003欄に記載されたものと同じである。
従って、通常、陰イオン源溶液としては各種酸性溶液や各種塩水溶液を指し、陽イオン源溶液としては各種塩基性溶液や各種塩水溶液を指す。
In a system in which such a precipitate is generated, elution with pure water is difficult at the central interface of the central concentration chamber of the present invention. Therefore, an anion source solution is injected from the inlet 1 instead of pure water, and the anion derived from the anion source solution is contacted and reacted with transition metal ions in an acidic atmosphere at the interface. Depending on the type of acid, some metal ions, such as silver ions, lead ions, and monovalent mercury ions, may be insoluble in water when chloride ions in hydrochloric acid act on them. It is sex. Strong acid or weak acid such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, etc., which includes formic acid and acetic acid except boric acid and carbonic acid, and is injected from the inlet 1 into the cathode chamber zone of the apparatus.
Here, the anion source solution is a solution containing an anion necessary for this purpose, and the anion is the same as that described in paragraph No. 0004 of the present specification excluding OH ions.
Further, the cation source solution produced by the concentration of the anion is a solution containing a cation necessary for this purpose, and the cation is described in the paragraph No. 0003 in the present specification excluding H ions. Is the same as
Accordingly, the anion source solution usually refers to various acidic solutions and various salt aqueous solutions, and the cation source solution refers to various basic solutions and various salt aqueous solutions.
遷移金属イオンを含むサンプル溶液を入口3より注入し、両電極間にながれる電流のもとで陽極室ゾーンでは陽イオン交換樹脂にイオン吸着された遷移金属イオンは電気泳動で陰極電極側に移送され、陽イオン交換膜を透過して中央の濃縮室ゾーンへ運ばれる。また、酸性溶液を入口1から注入して陰極室ゾーンでは陰イオン交換樹脂にイオン吸着された酸の対イオンである陰イオンは電気泳動で陽極電極側に移送され、陰イオン交換膜を透過して中央の濃縮室ゾーンへ運ばれる。さらに純水が濃縮室の入口22から出口21に向けて、あるいは濃縮室の入口21から出口22に向けて注入される。また、前記純水を注入することなく前記した遷移金属イオンと陰イオンはそれぞれ濃縮室の陽イオン交換樹脂および陰イオン交換樹脂を経て中央の界面、陰イオン交換樹脂と液体透過性を付与した陽イオン交換膜の界面で、水溶性の塩を形成し、電気浸透流や注入水により外部に濃縮イオン液を排出する。 A sample solution containing transition metal ions is injected from the inlet 3, and the transition metal ions adsorbed on the cation exchange resin in the anode chamber zone under the current flowing between the electrodes are transferred to the cathode electrode side by electrophoresis. , Through the cation exchange membrane and carried to the central concentration chamber zone. In addition, an anion, which is a counter ion of an acid that is injected from the inlet 1 and is ion-adsorbed on the anion exchange resin in the cathode chamber zone, is transferred to the anode electrode side by electrophoresis and permeates the anion exchange membrane. To the central concentration chamber zone. Further, pure water is injected from the inlet 22 of the concentration chamber toward the outlet 21 or from the inlet 21 of the concentration chamber toward the outlet 22. In addition, the transition metal ions and the anions described above without injecting pure water passed through the cation exchange resin and the anion exchange resin in the concentrating chamber, respectively. A water-soluble salt is formed at the interface of the ion exchange membrane, and the concentrated ionic liquid is discharged to the outside by electroosmotic flow or injected water.
<変形例2>
前記請求項1記載のイオン濃縮装置であって、構成要件の一部である前記(a3)記載の濃縮室ゾーンに代えて、
前記ゾーンの中の中央部が濃縮室ゾーンであり、前記陰極室側と陰イオン交換膜でおよび前記陽極室側と陽イオン交換膜で仕切られた空間内に陰極側に陰イオン交換樹脂を陽極側に陽イオン交換樹脂を、液体透過性を付与された陰イオン交換膜からなる中央縦断面部を挟んで充填し、前記空間の上部又は下部に設置された陰イオン交換樹脂層側に純水を注入する入口21若しくは陽イオン交換樹脂層側に純水を注入する入口22と、さらに前記空間の下部又は上部に設置された陽イオン交換樹脂層側に入口21に対応して液の排出口22若しくは陰イオン交換樹脂層側に入口22に対応して液の排出口21からなる
として他の構成要件を同一としたイオン濃縮装置である。
<Modification 2>
In the ion concentrator according to claim 1, in place of the concentration chamber zone according to (a3), which is a part of the constituent elements,
The central portion of the zone is a concentration chamber zone, and an anion exchange resin is provided on the cathode side in a space partitioned by the cathode chamber side and the anion exchange membrane and by the anode chamber side and the cation exchange membrane. pure cation exchange resin on the side, was charged across the central vertical plane portion consisting of an anion exchange membrane a liquid permeable granted, the upper or anion exchange resin layer side disposed in the lower part of the space An inlet 22 for injecting pure water or an inlet 22 for injecting pure water into the cation exchange resin layer side, and a liquid discharge port corresponding to the inlet 21 on the cation exchange resin layer side installed below or above the space 22 or an anion exchange resin layer side corresponding to the inlet 22, and an ion concentrator having the same other components as the liquid outlet 21.
本発明の変形例2は図面への記載は省略した。
これは、前記変形例1における界面部分の液体透過性を付与された陽イオン交換膜に代えて
液体透過性を付与された陰イオン交換膜とした以外は同じである。
Modification 2 of the present invention is not shown in the drawings.
This is the same except that the anion exchange membrane provided with liquid permeability is used instead of the cation exchange membrane provided with liquid permeability at the interface in the first modification.
<変形例3>
前記請求項1記載のイオン濃縮装置であって、構成要件の一部である前記(a3)記載の濃縮室ゾーンに代えて、
前記ゾーンの中の中央部が濃縮室ゾーンであり、前記陰極室側と陰イオン交換膜でおよび前記陽極室側と陽イオン交換膜で仕切られた空間内に陰極側に陰イオン交換樹脂を、陽極側に前記濃縮室ゾーンの中心軸に略直角に積層した陽イオン交換膜層を、中央縦断面を挟んで充填し、前記空間の上部又は下部に設置された陰イオン交換樹脂層側に純水を注入する入口21若しくは陽イオン交換膜層側に純水を注入する入口22と、さらに前記空間の下部又は上部に設置された陽イオン交換膜層側に入口21に対応して液の排出口22若しくは陰イオン交換樹脂層側に入口22に対応して液の排出口21からなる
として他の構成要件を同一としたイオン濃縮装置である。
<Modification 3>
In the ion concentrator according to claim 1, in place of the concentration chamber zone according to (a3), which is a part of the constituent elements,
The central portion in the zone is a concentration chamber zone, and an anion exchange resin is provided on the cathode side in a space partitioned by the cathode chamber side and the anion exchange membrane and the anode chamber side and the cation exchange membrane. The anode side is filled with a cation exchange membrane layer laminated at a right angle to the central axis of the concentration chamber zone with a central longitudinal section sandwiched between them, and the anion exchange resin layer installed on the upper or lower side of the space is pure. The inlet 21 for injecting water or the inlet 22 for injecting pure water into the cation exchange membrane layer side, and the drainage of liquid corresponding to the inlet 21 on the cation exchange membrane layer side installed below or above the space This is an ion concentrator in which the other constituent elements are the same as the outlet 22 or the anion exchange resin layer side corresponding to the inlet 22 and having a liquid outlet 21.
本発明の変形例3は図14〜図21に示す。
これは濃縮室に陽イオン交換樹脂に代えて積層した陽イオン交換膜を充填したもの以外は同じである。積層したイオン交換膜はイオンの選択的透過性にすぐれ、電気泳動により同極性のイオンをよく透過させる。また、膜内で発生する電気浸透流の流れとその他の液体
の流れを分離する効果にもすぐれ、界面の安定性もよい。イオン濃縮装置として、前記装置の基本形と同じ機能を有する。
A third modification of the present invention is shown in FIGS.
This is the same except that the concentration chamber is filled with a laminated cation exchange membrane instead of the cation exchange resin. The laminated ion exchange membrane is excellent in the selective permeability of ions, and permeates ions of the same polarity well by electrophoresis. Further, it is excellent in the effect of separating the flow of the electroosmotic flow generated in the membrane from the flow of other liquids, and the interface stability is also good. As an ion concentrator, it has the same function as the basic form of the device.
<変形例4>
前記請求項1記載のイオン濃縮装置であって、構成要件の一部である前記(a3)記載の濃縮室ゾーンに代えて、
前記ゾーンの中の中央部が濃縮室ゾーンであり、前記陰極室側と陰イオン交換膜でおよび前記陽極室側と陽イオン交換膜で仕切られた空間内に陰極側に前記濃縮室ゾーンの中心軸に略直角に積層した陰イオン交換膜層を、陽極側に陽イオン交換樹脂を、中央縦断面を挟んで充填し、前記空間の上部又は下部に設置された陰イオン交換膜層側に純水を注入する入口21若しくは陽イオン交換樹脂層側に純水を注入する入口22と、さらに前記空間の下部又は上部に設置された陽イオン交換樹脂層側に入口21に対応して液の排出口22若しくは陰イオン交換膜層側に入口22に対応して液の排出口21からなる
として他の構成要件を同一としたイオン濃縮装置である。
<Modification 4>
In the ion concentrator according to claim 1, in place of the concentration chamber zone according to (a3), which is a part of the constituent elements,
Central portion in said zone is a concentrating chamber zone, the center of the concentrating chamber zone on the cathode side to the cathode chamber side and an anion exchange membrane and in the anode chamber side and the space partitioned by a cation exchange membrane An anion exchange membrane layer laminated at a substantially right angle to the axis is filled with a cation exchange resin on the anode side across the central longitudinal section, and pure anion exchange membrane layer installed on the upper or lower part of the space. The inlet 21 for injecting water or the inlet 22 for injecting pure water into the cation exchange resin layer side, and the drain of the liquid corresponding to the inlet 21 on the cation exchange resin layer side installed at the lower part or upper part of the space. This is an ion concentrator in which other constituent elements are the same as the outlet 22 or the anion exchange membrane layer side corresponding to the inlet 22 and having a liquid outlet 21.
本発明の変形例4は図22〜図29に示す。
これは前記変形例3に使用したケースと同様に、濃縮室において陰極側に陰イオン交換樹脂に代えて積層した陰イオン交換膜を充填したものでそれ以外は同じである。その機能および効用については前記変形例3と同様である。
Modification 4 of the present invention is shown in FIGS.
This is the same as the case used in Modification 3 except that the anion exchange membrane laminated in place of the anion exchange resin on the cathode side in the concentration chamber is filled. Its function and utility are the same as in the third modification.
<変形例5>
前記請求項1記載のイオン濃縮装置であって、構成要件の一部である前記(a3)記載の濃縮室ゾーンに代えて、
前記ゾーンの中の中央部が濃縮室ゾーンであり、前記陰極室側と陰イオン交換膜でおよび前記陽極室側と陽イオン交換膜で仕切られた空間内に陰極側に前記濃縮室ゾーンの中心軸に略直角に積層した陰イオン交換膜層を、陽極側に陽前記濃縮室ゾーンの中心軸に略直角に積層した陽イオン交換膜層を、中央縦断面を挟んで充填し、前記空間の上部又は下部に設置された陰イオン交換膜層側に純水を注入する入口21若しくは陽イオン交換膜層側に純水を注入する入口22と、さらに前記空間の下部又は上部に設置された陽イオン交換膜層側に入口21に対応して液の排出口22若しくは陰イオン交換膜層側に入口22に対応して液の排出口21からなる
として他の構成要件を同一としたイオン濃縮装置である。
<Modification 5>
In the ion concentrator according to claim 1, in place of the concentration chamber zone according to (a3), which is a part of the constituent elements,
Central portion in said zone is a concentrating chamber zone, the center of the concentrating chamber zone on the cathode side to the cathode chamber side and an anion exchange membrane and in the anode chamber side and the space partitioned by a cation exchange membrane An anion exchange membrane layer laminated at a substantially right angle to the axis is filled with a cation exchange membrane layer laminated at a substantially right angle to the central axis of the cation enrichment zone on the anode side with a central longitudinal section sandwiched therebetween, An inlet 21 for injecting pure water into the anion exchange membrane layer side installed at the top or bottom, or an inlet 22 for injecting pure water into the cation exchange membrane layer side, and a positive electrode installed at the bottom or top of the space An ion concentrator having the same other components as the liquid discharge port 22 corresponding to the inlet 21 on the ion exchange membrane layer side or the liquid discharge port 21 corresponding to the inlet 22 on the anion exchange membrane layer side. It is.
本発明の変形例5は図30〜図37に示す。
これは濃縮室内の両、イオン交換樹脂に代えて積層したイオン交換膜を充填したもので、それ以外は同じである。その機能および効用について前記変形例3、4で示した内容と同じである。
Modification 5 of the present invention is shown in FIGS.
This is the same as the other, except that both the inside of the concentrating chamber are filled with a laminated ion exchange membrane instead of the ion exchange resin. Its function and utility are the same as those described in the third and fourth modifications.
<本発明の装置を使った濃縮方法>
本発明の装置を使った濃縮方法には連続法と間欠法があり、それぞれの詳細は後述することとしてそれらの代表ケースを取り上げ、以下説明する。
<Concentration method using the apparatus of the present invention>
Concentration methods using the apparatus of the present invention include a continuous method and an intermittent method. The details of each method will be described later, and their representative cases will be described later.
<連続濃縮方法>
濃縮対象イオンが陰イオンである場合には、
電極間に電流を流し、濃縮対象イオンである陰イオンを含む溶液を入口1より注入し、純水を入口3から注入し、さらに純水を入口21より注入して出口22より濃縮イオンを含む溶液を排出するか又は純水を入口21に注入することなく出口22から濃縮イオンを含む溶液を排出する前記請求項1から4のいずれかに記載のイオン濃縮装置を使用する陰イオン連続イオン濃縮方法である。
<Continuous concentration method>
When the ion to be concentrated is an anion,
A current is passed between the electrodes, a solution containing anions, which are ions to be concentrated, is injected from the inlet 1, pure water is injected from the inlet 3, pure water is injected from the inlet 21, and concentrated ions are included from the outlet 22. 5. Anion continuous ion concentration using the ion concentrating device according to claim 1, wherein the solution containing concentrated ions is discharged from the outlet 22 without discharging the solution or injecting pure water into the inlet 21. Is the method.
また、
電極間に電流を流し、濃縮対象イオンである陰イオンを含む溶液を入口1より注入し、純水を入口3から注入し、さらに純水を入口21より注入して出口22より濃縮イオンを含む溶液を排出するか若しくは入口22より注入して出口21より濃縮イオンを含む溶液を排出するか又は前記純水を注入することなく出口21若しくは出口22から濃縮イオンを含む溶液を排出する前記請求項5と6のいずれかに記載のイオン濃縮装置を使用する陰イオン連続イオン濃縮方法である。
Also,
A current is passed between the electrodes, a solution containing anions, which are ions to be concentrated, is injected from the inlet 1, pure water is injected from the inlet 3, pure water is injected from the inlet 21, and concentrated ions are included from the outlet 22. The above-mentioned claim, wherein the solution is discharged or injected from the inlet 22 to discharge the solution containing concentrated ions from the outlet 21, or the solution containing concentrated ions is discharged from the outlet 21 or outlet 22 without injecting the pure water. An anion continuous ion concentration method using the ion concentrator according to any one of 5 and 6.
さらに、
電極間に電流を流し、濃縮対象イオンである陰イオンを含む溶液を入口1より注入し、陽イオン源溶液を入口3から注入し、さらに純水を入口21より注入して出口22より濃縮イオンを含む溶液を排出するか若しくは入口22より注入して出口21より濃縮イオンを含む溶液を排出するか又は前記純水を注入することなく出口21若しくは出口22から濃縮イオンを含む溶液を排出する前記請求項1から6のいずれかに記載のイオン濃縮装置を使用する陰イオン連続イオン濃縮方法である。
further,
A current is passed between the electrodes, a solution containing anions, which are ions to be concentrated, is injected from the inlet 1, a cation source solution is injected from the inlet 3, and pure water is injected from the inlet 21, and concentrated ions are injected from the outlet 22. The solution containing concentrated ions is discharged, or the solution containing concentrated ions is discharged from the inlet 22 and discharged from the outlet 21, or the solution containing concentrated ions is discharged from the outlet 21 or the outlet 22 without injecting the pure water. It is an anion continuous ion concentration method using the ion concentration apparatus in any one of Claim 1 to 6.
濃縮対象イオンが陽イオンである場合には、
電極間に電流を流し、濃縮対象イオンである陽イオンを含む溶液を入口3より注入し、純水を入口1から注入し、さらに純水を入口22より注入して出口21より濃縮イオンを含む溶液を排出するか又は純水を入口22に注入することなく出口21から濃縮イオンを含む溶液を排出する前記請求項1、2、3、5のいずれかに記載のイオン濃縮装置を使用する陽イオン連続イオン濃縮方法である。
When the ion to be concentrated is a cation,
A current is passed between the electrodes, a solution containing cations that are ions to be concentrated is injected from the inlet 3, pure water is injected from the inlet 1, pure water is injected from the inlet 22, and concentrated ions are included from the outlet 21. The positive ion using the ion concentrator according to any one of claims 1, 2, 3, and 5 wherein the solution containing concentrated ions is discharged from the outlet 21 without discharging the solution or injecting pure water into the inlet 22. It is an ion continuous ion concentration method.
また、
電極間に電流を流し、濃縮対象イオンである陽イオンを含む溶液を入口3より注入し、純水を入口1から注入し、さらに純水を入口21より注入して出口22より濃縮イオンを含む溶液を排出するか若しくは入口22より注入して出口21より濃縮イオンを含む溶液を排出するか又は前記純水を注入することなく出口21若しくは出口22から濃縮イオンを含む溶液を排出する前記請求項4,6のいずれかに記載のイオン濃縮装置を使用する陽イオン連続イオン濃縮方法である。
Also,
An electric current is passed between the electrodes, a solution containing cations that are ions to be concentrated is injected from the inlet 3, pure water is injected from the inlet 1, pure water is injected from the inlet 21, and concentrated ions are included from the outlet 22. The above-mentioned claim, wherein the solution is discharged or injected from the inlet 22 to discharge the solution containing concentrated ions from the outlet 21, or the solution containing concentrated ions is discharged from the outlet 21 or outlet 22 without injecting the pure water. A cation continuous ion concentration method using the ion concentrator according to any one of 4 and 6.
さらに、
電極間に電流を流し、濃縮対象イオンである陽イオンを含む溶液を入口3より注入し、陰イオン源溶液を入口1から注入し、さらに純水を入口21より注入して出口22より濃縮イオンを含む溶液を排出するか若しくは入口22より注入して出口21より濃縮イオンを含む溶液を排出するか又は前記純水を注入することなく出口21若しくは出口22から濃縮イオンを含む溶液を排出する前記請求項1から6のいずれかに記載のイオン濃縮装置を使用する陽イオン連続イオン濃縮方法である。
further,
A current is passed between the electrodes, a solution containing cations as ions to be concentrated is injected from the inlet 3, an anion source solution is injected from the inlet 1, pure water is injected from the inlet 21, and concentrated ions are injected from the outlet 22. The solution containing concentrated ions is discharged, or the solution containing concentrated ions is discharged from the inlet 22 and discharged from the outlet 21, or the solution containing concentrated ions is discharged from the outlet 21 or the outlet 22 without injecting the pure water. It is a cation continuous ion concentration method using the ion concentration apparatus in any one of Claim 1 to 6.
濃縮対象イオンが遷移金属イオンである場合には
電極間に電流を流し、濃縮対象イオンである遷移金属イオンを含む溶液を入口3より注入し、強酸または硼酸および炭酸を除き蟻酸、酢酸を含む弱酸を入口1から注入し、さらに純水を入口21より注入して出口22より濃縮イオンを含む溶液を排出するか若しくは入口22より注入して出口21より濃縮イオンを含む溶液を排出するか又は前記純水を注入することなく出口21若しくは出口22から濃縮イオンを含む溶液を排出する前記請求項1から6のいずれかに記載のイオン濃縮装置を使用する遷移金属イオン連続イオン濃縮方法である。
When the ion to be concentrated is a transition metal ion, a current is passed between the electrodes, a solution containing the transition metal ion that is the ion to be concentrated is injected from the inlet 3, and a strong acid or a weak acid containing formic acid and acetic acid is removed except for boric acid and carbonic acid. Is injected from the inlet 1 and pure water is injected from the inlet 21 and the solution containing concentrated ions is discharged from the outlet 22, or the solution containing concentrated ions is discharged from the inlet 22 and discharged from the outlet 21. It is a transition metal ion continuous ion concentration method using the ion concentration apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein a solution containing concentrated ions is discharged from the outlet 21 or the outlet 22 without injecting pure water.
本連続濃縮方法は陰イオンおよび陽イオンを濃縮するケースを示すが、ポイントは本装置に通電した状態のまま、サンプル溶液を注入し、濃縮したイオン溶液を連続して排出する方法にある。希薄濃度のサンプル溶液の変動を常時、検出可能なプロセス監視用に適する。具体的には超純水使用プラントでの水質監視用が挙げられる。
イオンの濃縮率について詳細は後述することにして、前記の濃縮方法では主に濃縮率の調整に純水の入口21または入口22から注入する流量調整が使用される。純水の注入量が少なければ濃縮率が増大し、反対に注入量が多ければ濃縮率が減少する。
This continuous concentration method shows a case where anions and cations are concentrated, but the point is in a method of injecting a sample solution while the device is energized and continuously discharging the concentrated ion solution. It is suitable for process monitoring that can always detect variations in dilute sample solutions. Specifically, for water quality monitoring in a plant using ultrapure water.
The details of the ion concentration rate will be described later. In the above-described concentration method, the flow rate adjustment injecting from the pure water inlet 21 or the inlet 22 is mainly used for adjusting the concentration rate. If the injection amount of pure water is small, the concentration rate increases. Conversely, if the injection amount is large, the concentration rate decreases.
<間欠濃縮方法>
濃縮対象イオンが陰イオンである場合には
電極間に電流を流していない状態において、濃縮対象イオンである陰イオンを含む溶液を入口1より注入して処理目標量を溜め、純水を入口3から注入して陽極室ゾーンを満たし、次いで、電極間に電流を流し、入口1、3より純水を連続して注入しつつ、純水を入口21より連続して注入して出口22より濃縮イオンを含む溶液を排出するか又は純水を入口21に注入することなく出口22から濃縮イオンを含む溶液を排出する前記請求項1から4のいずれかに記載のイオン濃縮装置を使用する陰イオン間欠イオン濃縮方法である。
<Intermittent concentration method>
When the ion to be concentrated is an anion, in a state where no current flows between the electrodes, a solution containing the anion that is the ion to be concentrated is injected from the inlet 1 to accumulate a processing target amount, and pure water is supplied to the inlet 3. Then, the anode chamber zone is filled, and then a current is passed between the electrodes, and pure water is continuously injected from the inlets 1 and 3, while pure water is continuously injected from the inlet 21 and concentrated from the outlet 22. The anion using the ion concentrator according to any one of claims 1 to 4, wherein the solution containing ions is discharged or the solution containing concentrated ions is discharged from the outlet 22 without injecting pure water into the inlet 21. This is an intermittent ion concentration method.
また、
電極間に電流を流していない状態において、濃縮対象イオンである陰イオンを含む溶液を入口1より注入して処理目標量を溜め、純水を入口3から注入して陽極室ゾーンを満たし、次いで、電極間に電流を流し、入口1、3より純水を連続して注入しつつ、純水を入口21より注入して出口22より濃縮イオンを含む溶液を排出するか若しくは入口22より注入して出口21より濃縮イオンを含む溶液を排出するか又は前記純水を注入することなく出口21若しくは出口22から濃縮イオンを含む溶液を排出する前記請求項5と6のいずれかに記載のイオン濃縮装置を使用する陰イオン間欠イオン濃縮方法である。
Also,
In a state where no current is passed between the electrodes, a solution containing anions, which are ions to be concentrated, is injected from the inlet 1 to accumulate a processing target amount, pure water is injected from the inlet 3 to fill the anode chamber zone, and While flowing a current between the electrodes and continuously injecting pure water from the inlets 1 and 3, pure water is injected from the inlet 21 and a solution containing concentrated ions is discharged from the outlet 22, or injected from the inlet 22. 7. The ion concentration according to claim 5, wherein the solution containing concentrated ions is discharged from the outlet 21 or the solution containing concentrated ions is discharged from the outlet 21 or the outlet 22 without injecting the pure water. This is an anion intermittent ion concentration method using an apparatus.
さらに、
電極間に電流を流していない状態において、濃縮対象イオンである陰イオンを含む溶液を入口1より注入して処理目標量を溜め、陽イオン源溶液を入口3から注入して陽極室ゾーンを満たし、次いで、電極間に電流を流し、入口1より純水を、入口3から陽イオン源溶液を連続して注入し、純水を入口21より連続して注入して出口22より濃縮イオンを含む溶液を排出するか若しくは入口22より連続して注入して出口21より濃縮イオンを含む溶液を排出するか又は前記純水を入口21若しくは22より注入することなく出口21若しくは出口22から濃縮イオンを含む溶液を排出する前記請求項1から6のいずれかに記載のイオン濃縮装置を使用する陰イオン間欠イオン濃縮方法である。
further,
In a state where no current flows between the electrodes, a solution containing anions, which are ions to be concentrated, is injected from the inlet 1 to accumulate a processing target amount, and a cation source solution is injected from the inlet 3 to fill the anode chamber zone. Then, a current is passed between the electrodes, pure water is continuously injected from the inlet 1, a cation source solution is continuously injected from the inlet 3, pure water is continuously injected from the inlet 21, and concentrated ions are contained from the outlet 22. The solution is discharged or continuously injected from the inlet 22 and the solution containing concentrated ions is discharged from the outlet 21, or the concentrated ions are discharged from the outlet 21 or the outlet 22 without injecting the pure water from the inlet 21 or 22. It is an anion intermittent ion concentration method using the ion concentration apparatus in any one of the said 1 to 6 which discharges the solution containing.
濃縮対象イオンが陽イオンである場合には
電極間に電流を流していない状態において、濃縮対象イオンである陽イオンを含む溶液を入口3より注入して処理目標量を溜め、純水を入口1から注入して陰極室ゾーンを満たし、次いで、電極間に電流を流し、入口1、3より純水を連続して注入しつつ、純水を入口22より連続して注入して出口21より濃縮イオンを含む溶液を排出するか又は純水を入口22に注入することなく出口21から濃縮イオンを含む溶液を排出する前記請求項1,2,3,5のいずれかに記載のイオン濃縮装置を使用する陽イオン間欠イオン濃縮方法である。
When the ion to be concentrated is a cation, in a state where no current is passed between the electrodes, a solution containing the cation that is the ion to be concentrated is injected from the inlet 3 to accumulate a processing target amount, and pure water is supplied to the inlet 1. Then, the cathode chamber zone is filled, and then a current is passed between the electrodes, and pure water is continuously injected from the inlets 1 and 3, while pure water is continuously injected from the inlet 22 and concentrated from the outlet 21. The ion concentrator according to any one of claims 1, 2, 3, and 5 that discharges a solution containing concentrated ions from the outlet 21 without discharging a solution containing ions or injecting pure water into the inlet 22. This is a cation intermittent ion concentration method to be used.
また、
電極間に電流を流していない状態において、濃縮対象イオンである陽イオンを含む溶液を入口3より注入して処理目標量を溜め、純水を入口1から注入して陰極室ゾーンを満たし、次いで、電極間に電流を流し、入口1、3より純水を連続して注入しつつ、純水を入口21より注入して出口22より濃縮イオンを含む溶液を排出するか若しくは入口22より注入して出口21より濃縮イオンを含む溶液を排出するか又は前記純水を注入することなく出口21若しくは出口22から濃縮イオンを含む溶液を排出する前記請求項4と6のいずれかに記載のイオン濃縮装置を使用する陽イオン間欠イオン濃縮方法である。
Also,
In a state in which no current is passed between the electrodes, a solution containing cations that are ions to be concentrated is injected from the inlet 3 to accumulate a processing target amount, pure water is injected from the inlet 1 to fill the cathode chamber zone, and then While flowing a current between the electrodes and continuously injecting pure water from the inlets 1 and 3, pure water is injected from the inlet 21 and a solution containing concentrated ions is discharged from the outlet 22, or injected from the inlet 22. 7. The ion concentration according to claim 4, wherein the solution containing concentrated ions is discharged from the outlet 21 or the solution containing concentrated ions is discharged from the outlet 21 or the outlet 22 without injecting the pure water. It is a cation intermittent ion concentration method using an apparatus.
さらに、
電極間に電流を流していない状態において、濃縮対象イオンである陽イオンを含む溶液を入口3より注入して処理目標量を溜め、陰イオン源溶液入口1から注入して陰極室ゾーンを満たし、次いで、電極間に電流を流し、入口3より純水を、入口1から陰イオン源溶液を連続して注入し、純水を入口21より連続して注入して出口22より濃縮イオンを含む溶液を排出するか若しくは入口22より連続して注入して出口21より濃縮イオンを含む溶液を排出するか又は前記純水を入口21または22より注入することなく出口21若しくは出口22から濃縮イオンを含む溶液を排出する前記請求項1から6のいずれかに記載のイオン濃縮装置を使用する陽イオン間欠イオン濃縮方法である。
further,
In a state where no current is flowing between the electrodes, a solution containing cations that are ions to be concentrated is injected from the inlet 3 to accumulate a processing target amount, and injected from the anion source solution inlet 1 to fill the cathode chamber zone. Next, an electric current is passed between the electrodes, pure water is continuously injected from the inlet 3, an anion source solution is continuously injected from the inlet 1, pure water is continuously injected from the inlet 21, and a solution containing concentrated ions from the outlet 22. Or the solution containing concentrated ions is discharged from the outlet 21 continuously or the concentrated water is contained from the outlet 21 or the outlet 22 without injecting the pure water from the inlet 21 or 22. It is a cation intermittent ion concentration method using the ion concentration apparatus in any one of said 1 to 6 which discharges | emits a solution.
濃縮対象イオンが遷移金属イオンである場合には
電極間に電流を流していない状態において、濃縮対象イオンである遷移金属イオンを含む溶液を入口3より注入し、強酸または硼酸および炭酸を除き蟻酸、酢酸を含む弱酸を入口1から注入し、次いで、電極間に電流を流し、純水を入口21より注入して出口22より濃縮イオンを含む溶液を排出するか若しくは入口22より注入して出口21より濃縮イオンを含む溶液を排出するか又は前記純水を注入することなく出口21若しくは出口22から濃縮イオンを含む溶液を排出する前記請求項1から6のいずれかに記載のイオン濃縮装置を使用する遷移金属イオン間欠イオン濃縮方法である。
When the ion to be concentrated is a transition metal ion, a solution containing the transition metal ion that is the ion to be concentrated is injected from the inlet 3 in a state in which no current flows between the electrodes, and strong acid or boric acid and carbonic acid are removed to remove formic acid, A weak acid containing acetic acid is injected from the inlet 1, and then a current is passed between the electrodes, and pure water is injected from the inlet 21 and a solution containing concentrated ions is discharged from the outlet 22, or injected from the inlet 22 and injected from the outlet 21. The ion concentrator according to any one of claims 1 to 6, wherein the solution containing concentrated ions is discharged or the solution containing concentrated ions is discharged from the outlet 21 or the outlet 22 without injecting the pure water. It is a transition metal ion intermittent ion concentration method.
本間欠濃縮方法は陰イオンおよび陽イオンを濃縮するケースを示すが、ポイントは本装置に通電しない状態のまま、サンプル溶液を注入してサンプル溶液を溜め込み、しかる後、通電を開始して濃縮したイオン溶液を排出する方法にある。これはサンプル溶液の注入流量速度が微速であり、注入時間が多大にかかる一方で、装置から濃縮イオンを排出する時間はさほどかからないことから、本間欠濃縮方法は一日の中で一定の時間帯に集中して分析作業するスケジュールを立てやすい。また、バッジ処理で行う通常の分析業務の大半がこの方法で行われる。 This intermittent concentration method shows a case where anions and cations are concentrated. However, the point is that the sample solution is injected and the sample solution is stored while the device is not energized, and then energization is started to concentrate. There is a method of discharging the ionic solution. This is because the injection flow rate of the sample solution is very slow and the injection time takes a long time, but the time for discharging the concentrated ions from the apparatus does not take much time. It is easy to make a schedule to concentrate on analysis work. In addition, most of the normal analysis work performed in badge processing is performed by this method.
本発明の濃縮装置を使用して連続あるいは間欠濃縮方法により、希薄濃度の陰イオン、陽イオンを含む溶液を純水、陰イオン源溶液または陽イオン源溶液由来の酸または塩基で溶出して濃縮したイオン溶液を得ることができ、イオン分析の高感度分析を達成する前処理として有効な手段である。 Using a concentration apparatus of the present invention, a solution containing dilute anions and cations is eluted with pure water, an anion source solution or an acid or base derived from a cation source solution and concentrated by a continuous or intermittent concentration method. This is an effective means for pretreatment to achieve high sensitivity analysis of ion analysis.
本願発明について最良の実施形態を示し、実施例を交えて詳述する。
本発明の濃縮装置で図7から図13に示す変形例1、図14から図21に示す変形例3、図22から図29に示す変形例4さらに図30から図37に示す変形例5を使用してセシウムイオン、2価鉄イオン、サンプル陰イオンを濃縮し、イオンクロマトグラフ装置にかけてイオンクロマトグラムを求め、さらに濃縮率を求め、濃縮装置内に注入する純水の流れ方の影響有無について実施例に示す。また、濃縮目的イオンを濃縮部界面において純水で溶出する場合のほか陽イオン源溶液または陰イオン源溶液で溶出する場合を示す。
実施例1から3、14で、変形例1タイプ濃縮装置(図10、図11、図12、図13)を使用してCsイオンを純水または陰イオン源溶液の酸で溶出することが可能であることを示す。ただし、中央濃縮部に注入する純水の流し方(点線か実線か)に純水で溶出する場合には溶出時間が長くなって好ましくないという意味での制限があるが陰イオン源溶液ではその制限がないことを示す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The best mode of the present invention will be described and described in detail with reference to examples.
7 to 13, Modification 3 shown in FIGS. 14 to 21, Modification 4 shown in FIGS. 22 to 29, and Modification 5 shown in FIGS. 30 to 37. Concentrate cesium ions, divalent iron ions, sample anions, obtain an ion chromatogram by applying to an ion chromatograph, further determine the concentration rate, and whether there is an effect on the flow of pure water injected into the concentrator It is shown in the examples. Moreover, the case where the concentration target ion is eluted with pure water at the interface of the concentration part, as well as the case where it is eluted with a cation source solution or an anion source solution is shown.
In Examples 1 to 3 and 14, it is possible to elute Cs ions with pure water or acid of anion source solution using a modified type 1 type concentrator (FIGS. 10, 11, 12, and 13). Indicates that However, there is a limitation in the sense that the elution time becomes longer when eluting with pure water in the way of flowing pure water (dotted line or solid line) to be injected into the central concentrating part. Indicates no limit.
中央濃縮部界面に向かって陽イオン交換樹脂上を電気泳動してくるCsイオンは、界面の陽イオン交換膜を透過して極性の異なる陰イオン交換樹脂との界面に到達すると静電反発を受けて、陽イオン交換樹脂から脱離してフリーなイオンとなってイオンを取り巻く純水のながれに押し流されて外部に排出されることになる。その際、図10に示す点線にそって純水が流れるならばCsイオンはほぼ100%外部に排出、回収されることになるが図11に示す実線にそって純水が流れる場合は界面でフリーになったCsイオンは陽イオン交換樹脂側に押し戻され、Csイオンの一部が陽イオン交換樹脂に再びイオン吸着して、これを脱離させ外部に排出させるのに多大な時間を要するからである。 Cs ions that are electrophoresed on the cation exchange resin toward the interface of the central concentrating portion permeate the cation exchange membrane on the interface and reach the interface with the anion exchange resin having a different polarity. As a result, they are desorbed from the cation exchange resin and become free ions, which are washed away by the flow of pure water surrounding the ions and discharged to the outside. At that time, if pure water flows along the dotted line shown in FIG. 10, Cs ions are discharged and collected almost 100% outside, but if pure water flows along the solid line shown in FIG. The free Cs ions are pushed back to the cation exchange resin side, and a part of the Cs ions are again adsorbed on the cation exchange resin, and it takes a long time to desorb and discharge the Cs ions to the outside. It is.
そこで、純水に代えて陰イオン源溶液の酸を入口1から注入すると、この酸由来の陰イオンが電気泳動により移動し、界面の液体透過性を付与した陽イオン交換膜を経て陽イオン交換樹脂側に入り込み、反対側から運ばれてきたHイオンと酸性雰囲気を形成し、イオン吸着していたCsイオンを溶離させるのである。Csイオンはほぼ100%外部に排出、回収されることになる。従って、純水に代えて陰イオン源溶液の酸を入口1から注入すると中央濃縮部に注入する純水の流し方(点線か実線か)に左右されない。
上記で説明した中央濃縮部に注入する純水の流し方(点線か実線か)に純水で溶出する場合には制限があるのは本発明の基本形タイプと変形タイプ1、変形3の図15、変形4の
図27の濃縮装置であるが他の変形例タイプの濃縮装置ではこのような制限はない。それ
は濃縮部のイオン交換樹脂に代えてイオン交換膜積層体で構成され、界面を介してイオン交換膜積層体側に水が中に透過せず、表面を流れるからである。従って、界面のCsイオンが押し戻されてイオン交換膜積層体の内側に取り込まれるということがないからである。
実施例4から10では変形例3タイプ濃縮装置を使用してCsイオンを純水で溶出する場合も陰イオン源溶液の酸で溶出する場合も濃縮が可能であることを示す。
さらに、陰イオンの濃縮も可能であることを示す。
Therefore, when the acid of the anion source solution is injected from the inlet 1 instead of pure water, the anion derived from this acid migrates by electrophoresis, and passes through the cation exchange membrane to which the liquid permeability of the interface is imparted. It enters the resin side, forms an acidic atmosphere with H ions carried from the opposite side, and elutes the Cs ions adsorbed by ions. Cs ions are discharged and collected almost 100% outside. Therefore, when the acid of the anion source solution is injected from the inlet 1 instead of pure water, it does not depend on the flow of pure water (dotted line or solid line) injected into the central concentration section.
FIG. 15 of the basic type of the present invention, the deformation type 1, and the deformation 3 has a limitation in the case of elution with pure water in the way of flowing pure water (dotted line or solid line) injected into the central concentrating portion described above. Although the concentration device shown in FIG. 27 of the modified example 4 does not have such a limitation in the concentration device of another modified type. This is because the ion exchange membrane laminate is used instead of the ion exchange resin in the concentrating portion, and water does not permeate into the ion exchange membrane laminate via the interface and flows on the surface. Therefore, the Cs ions at the interface are not pushed back and taken into the ion exchange membrane laminate.
In Examples 4 to 10, it is shown that concentration is possible both when the Cs ions are eluted with pure water and with the acid of the anion source solution using the modified type 3 type concentrator.
Furthermore, it shows that anion concentration is also possible.
実施例13で中央濃縮部に注入する純水の流し方(点線か実線か)に左右されないことも示す。
また、Feイオンについて純水で溶出する場合にはFeイオンの沈殿がおきて濃縮が不充分であるが陰イオン源溶液の酸で溶出する場合には沈殿が回避されるため、ほぼ100%外部に排出、回収される。
実施例11から12では変形例4タイプ濃縮装置について間欠濃縮方法および陰イオンの濃縮に、陽イオン源溶液として塩溶液で溶出する場合について示す。
本発明の間欠濃縮方法により、希薄濃度の陰イオンサンプル溶液を一旦、所定の液量分を陰極室ゾーンに溜めた後、通電して純水で溶出していく実施例を示す。
実施例15では変形例5タイプ濃縮装置について陰イオンの濃縮が可能であることを示す。
実施例16では本発明の装置が電力効率にすぐれた性能を有する実験例を示す。
本装置の濃縮装置は、前記との重複記載を避けつつ、以下詳細に述べる。
It also shows that it does not depend on the way of flowing pure water (dotted line or solid line) injected into the central concentration section in Example 13.
Further, when Fe ions are eluted with pure water, precipitation of Fe ions occurs and concentration is insufficient, but when they are eluted with acid in the anion source solution, precipitation is avoided, so that almost 100% outside. Discharged and collected.
Examples 11 to 12 show the case of elution with a salt solution as a cation source solution in the intermittent concentration method and the concentration of anions for the modified type 4 type concentrator.
An embodiment in which a dilute concentration anion sample solution is once stored in the cathode chamber zone by the intermittent concentration method of the present invention and then eluted with pure water after being energized.
In Example 15, it is shown that anion concentration is possible for the modified type 5 type concentrator.
Example 16 shows an experimental example in which the apparatus of the present invention has excellent power efficiency.
The concentration apparatus of the present apparatus will be described in detail below while avoiding duplication with the above description.
<装置本体容器>
濃縮装置本体容器はPEEK樹脂ほか耐酸、塩基性にすぐれ、機械的強度、電気絶縁性にもすぐれたエンジニアリグ樹脂が好ましい。
<イオン交換樹脂>
陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂は通常、特に不溶性高分子化合物にイオン交換基をもつイオン交換樹脂で、ビーズ状のものが入手性にすぐれ好ましいがイオン交換性があればよく、フレーク状、繊維状、不織布状ほかに形成されたものでもよい。また、イオン交換樹脂層全体として陽イオン又は陰イオンの交換機能を有するならばこれらに二種以上のイオン交換樹脂を適宜、交互に積層、混層してもよい。
<Device body container>
The concentrator main body container is preferably PEEK resin, engineered resin having excellent acid resistance and basicity, mechanical strength and electrical insulation.
<Ion exchange resin>
The cation exchange resin and the anion exchange resin are usually ion exchange resins having an ion exchange group in an insoluble polymer compound, and beads are preferable because of their excellent availability, but they only need to have ion exchange properties, flakes, It may be formed in a fibrous form or a non-woven form. Further, if the ion exchange resin layer as a whole has a cation or anion exchange function, two or more kinds of ion exchange resins may be alternately laminated and mixed as appropriate.
<イオン交換膜>
内部の仕切り膜に使う陽イオン交換膜、陰イオン交換膜は、通常、特に不溶性高分子化合物にイオン交換基をもつイオン交換樹脂を膜状に成形したものであり、イオンの選択透過性はあるが液体透過性は小さく、ほとんど無しに等しい。従って、液体透過性を付与したイオン交換膜は膜にスリット加工等を施し、液体透過性を確保したものである。
とりわけ、耐酸、塩基性にすぐれ、機械的強度にもすぐれる陽イオン交換膜としてテフロン(登録商標)系のナフィオン(登録商標)NRE−212、115,117,324,424、551やネオセプタ(登録商標)C66などを用いることが出来る。
また、陰イオン交換膜としてはスチレン系のネオセプタ(登録商標)AHA(商品名:アトムズ社製)、AMX、ACM、ACS、AFN、AFXなどを用いることが出来る。
<Ion exchange membrane>
The cation exchange membrane and anion exchange membrane used for the internal partition membrane are usually formed by ion-exchange resin having an ion-exchange group on an insoluble polymer compound, and have selective ion permeability. However, the liquid permeability is small and equal to almost none. Therefore, the ion exchange membrane imparted with liquid permeability is obtained by subjecting the membrane to slit processing or the like to ensure liquid permeability.
In particular, Teflon (registered trademark) -based Nafion (registered trademark) NRE-212, 115, 117, 324, 424, 551 and neoceptor (registered) are used as cation exchange membranes having excellent acid resistance and basicity and excellent mechanical strength. (Trademark) C66 etc. can be used.
As the anion exchange membrane, styrene-based Neoceptor (registered trademark) AHA (trade name: manufactured by Atoms), AMX, ACM, ACS, AFN, AFX, or the like can be used.
<イオン交換膜層>
また濃縮室に用いるイオン交換膜層は通常、膜状積層体であるが前記イオン交換樹脂と同様に、イオン交換性があればよく、フレーク状、繊維状、不織布状ほかに形成されたものでもよい。また、イオン交換膜層全体として陽イオン又は陰イオンの交換機能を有するならば、これらに二種以上のイオン交換膜を適宜、交互に積層、混層してもよい。
<Ion exchange membrane layer>
The ion exchange membrane layer used in the concentrating chamber is usually a membrane-like laminate, but as with the ion exchange resin, it may have ion exchange properties, and may be formed in flakes, fibers, nonwoven fabrics, etc. Good. In addition, if the ion exchange membrane layer as a whole has a cation or anion exchange function, two or more types of ion exchange membranes may be alternately laminated and mixed as appropriate.
<電極>
電極は電極反応に耐える耐食性のすぐれた白金等が好ましいが、形状については特に限定されるものでなく、網目状、環状、棒状、板状、メッシュ状、フリッツ状等とすることができる。
<電源>
通常、外部電源として直流電源が好ましく用いられるが、正のバイアスあるいは低周波のパルス型交流電源でもよい。
<Electrode>
The electrode is preferably platinum or the like having excellent corrosion resistance that can withstand the electrode reaction, but the shape is not particularly limited, and may be a mesh shape, a ring shape, a rod shape, a plate shape, a mesh shape, a fritz shape, or the like.
<Power supply>
Usually, a DC power supply is preferably used as the external power supply, but a positive bias or low-frequency pulse AC power supply may be used.
<濃縮部における純水の注入・排出構造>
濃縮部がイオン交換樹脂で充填されており、その上部に入口が設けられた構造については容器本体部に注入孔が設けられ、その注入孔内側に通常、フィルターが装着された構造となっている。外部配管から純水が注入孔に注入され、フィルターを介してイオン交換樹脂を通過して界面を通って反対側のイオン交換樹脂充填層に入り、または反対側のイオン交換膜層の界面に沿って、その下部に前記入口と同様な構造を有する排出孔から外部に排出される。前記入口、出口について上部と下部が逆の関係の場合でもよい。基本形装置および変形例1、2、3、4タイプ装置に該当する。
濃縮部がイオン交換膜積層体で充填されており、その上部に入口が設けられた構造については、注入孔、排出孔周りは同様であるが、容器本体の内径より僅かに小さい径のイオン交換膜積層体で充填しており、その僅かに空いた空隙に純水を注入して界面を挟んで反対側の樹脂充填層やイオン交換膜積層体の下部隙間から外部に排出する構造である。前記入口、出口について上部と下部が逆の関係の場合でもよい。変形例3,4,5タイプ装置に該当する。
<Pure water injection / discharge structure in the concentration section>
Concentration part is filled with ion-exchange resin, and the structure in which the inlet is provided in the upper part is provided with the injection hole in the container body part, and the filter is usually mounted inside the injection hole. . Pure water is injected from the external piping into the injection hole, passes through the ion exchange resin through the filter, enters the opposite ion exchange resin packed layer through the interface, or along the interface of the opposite ion exchange membrane layer. Then, it is discharged to the outside through a discharge hole having a structure similar to that of the inlet at the lower part. The upper and lower portions of the inlet and outlet may be reversed. It corresponds to a basic type device and modified examples 1, 2, 3, and 4 type devices.
The structure where the concentrating part is filled with an ion exchange membrane laminate and the inlet is provided at the top is the same around the injection hole and the discharge hole, but the ion exchange is slightly smaller than the inner diameter of the container body. The structure is filled with a membrane laminate, and pure water is injected into the slightly vacant space and is discharged to the outside through the lower gap of the opposite resin filling layer or ion exchange membrane laminate across the interface. The upper and lower portions of the inlet and outlet may be reversed. It corresponds to modification 3, 4, 5 type device.
図10の変形例1タイプ濃縮装置を定電流40mAの条件で使用し、入口1に純水を供給し、ECの入口22に純水を点線のように流し、その純水の流速を0.1〜1.0mL/分で変化させた時の出口21から溶出される濃縮液中のCsイオンの濃縮率を測定した。測定に使用した装置の概略図を図38に示す。変形例1装置のAC(陽極室:anode chamber),EC(濃縮室:enrichiment chamber),CC(陰極室:cathode chamber)に供給するポンプ1、2、3にはCCPM(東ソー製)を使用し、ポンプ1は1mL/分でサンプル溶液(10μM CsCl)を送り、ポンプ2は、0.1〜1.0mL/分で純水を送り、ポンプ3は1.0mL/分で純水を送った。出口21はカチオン分析用イオンクロマトシステムのインジェクター(20μL、ICA−2000に搭載、東亜製)と接続されており、出口21の溶出液は、外気に触れることなく、カチオンクロマトグラフへ送られる。陽イオンの分析に用いたカチオンクロマトグラフは、溶離液に2mMメタンスルホン酸溶液を使用し、分離カラムにTSKgel super IC CR(東ソー製)を使用した。2mMメタンスルホン酸溶液は0.7mL/分で流し、分離カラムは40℃に設定したカラム恒温槽に入れて用いた。 10 is used under the condition of a constant current of 40 mA, pure water is supplied to the inlet 1, pure water is allowed to flow through the EC inlet 22 as indicated by a dotted line, and the flow rate of the pure water is set to 0. The concentration ratio of Cs ions in the concentrated solution eluted from the outlet 21 when the flow rate was changed at 1 to 1.0 mL / min was measured. A schematic view of the apparatus used for the measurement is shown in FIG. Modification 1 CCPM (manufactured by Tosoh Corporation) is used for pumps 1, 2 and 3 which are supplied to AC (anode chamber), EC (enrichment chamber) and CC (cathode chamber) of the apparatus. The pump 1 sent the sample solution (10 μM CsCl) at 1 mL / min, the pump 2 sent pure water at 0.1 to 1.0 mL / min, and the pump 3 sent pure water at 1.0 mL / min. . The outlet 21 is connected to an injector (20 μL, mounted on ICA-2000, manufactured by Toa) of an ion chromatography system for cation analysis, and the eluate from the outlet 21 is sent to the cation chromatograph without touching the outside air. In the cation chromatograph used for analyzing cations, 2 mM methanesulfonic acid solution was used as an eluent, and TSKgel super IC CR (manufactured by Tosoh Corp.) was used as a separation column. The 2 mM methanesulfonic acid solution was allowed to flow at 0.7 mL / min, and the separation column was used in a column thermostat set at 40 ° C.
図41に変形例1タイプ濃縮装置を定電流40mAの条件で使用し、入口1に純水を供
給し、ECに純水を点線のように流し、ポンプ2の流速を0.1、0.2、0.5、1.0mL/分で変化させたときのCsイオンのイオンクロマトグラムを示す。
図中、(a)1mL/分、(b)0.5mL/分、(c)0.2mL/分、(d)0.1 mL/分である。図41からポンプ2の流速が遅くすることで、Csイオンのピークが大きくなり、出口21から溶出される濃縮液中のCsイオンの濃縮率が高くなることが確認できた。
In FIG. 41, the modified type 1 type concentrator is used under the condition of a constant current of 40 mA, pure water is supplied to the inlet 1, pure water is supplied to the EC as indicated by the dotted line, and the flow rate of the pump 2 is 0.1, 0,. The ion chromatogram of Cs ion when it changes with 2, 0.5 and 1.0 mL / min is shown.
In the figure, (a) 1 mL / min, (b) 0.5 mL / min, (c) 0.2 mL / min, and (d) 0.1 mL / min. From FIG. 41, it was confirmed that the peak of Cs ions was increased and the concentration rate of Cs ions in the concentrate eluted from the outlet 21 was increased by reducing the flow rate of the pump 2.
図42に変形例1タイプ濃縮装置を定電流40mAの条件で使用し、入口1に純水を供給し、ECに純水を点線のように流し、ポンプ1の流速をポンプ2の流速で割った比とCsイオンの濃縮率の関係グラフを示す。
符合■はポンプ1の流速をポンプ2の流速で割った比から求めた濃縮率、符合●は出口21から溶出された濃縮液中のCsイオンのピーク面積を、濃縮装置を利用しなかった時のCsのピーク面積で割った比から求めた濃縮率である。
FIG. 42 shows a variation 1 type concentrator used under the condition of a constant current of 40 mA, supplying pure water to the inlet 1, flowing pure water to the EC as shown by a dotted line, and dividing the flow rate of the pump 1 by the flow rate of the pump 2. The graph of the relationship between the ratio and the concentration rate of Cs ions is shown.
The symbol ■ indicates the concentration ratio obtained from the ratio of the flow rate of the pump 1 divided by the flow rate of the pump 2, and the symbol ● indicates the peak area of the Cs ions in the concentrate eluted from the outlet 21 when the concentrator is not used. It is the concentration rate calculated | required from the ratio divided by the peak area of Cs.
表1に変形例1タイプ濃縮装置を定電流40mAの条件で使用し、入口1に純水を供給し、ECに純水を点線のように流し、ポンプ1の流速をポンプ2の流速で割った比とCsイオンのピーク面積比から求めた濃縮率の関係を示す。 Table 1 shows a variation 1 type concentrator using constant current of 40 mA, supplying pure water to the inlet 1, flowing pure water to the EC as indicated by the dotted line, and dividing the flow rate of the pump 1 by the flow rate of the pump 2. The relationship between the ratio and the concentration ratio obtained from the peak area ratio of Cs ions is shown.
濃縮率をポンプ流速比から求めた時の検量線は傾き1の直線となり、濃縮率をCsイオンのピーク面積比から求めた時の検量線は傾き1.0951で、その時の、相関係数Rは0.996であった。このことから、ポンプの流速比から求めた濃縮率と実測したCsイオンのピーク面積比から求めた濃縮率がほぼ同じ値となり、ほぼ100%の回収率で、ACに供給されたCsイオンを回収できた結果となった。そして、ポンプ1と出口21から溶出される濃縮液の流速比を調整することで陽イオンの希釈・濃縮が容易に行えることが確認できた。
図13の変形例1タイプ濃縮装置を定電流40mAの条件で使用し、入口1に供給する純水に代えて陰イオン源溶液として100mM硝酸溶液を供給した時、ECの入口22に純水を点線のように流し、その純水の流速を0.1〜1.0mL/分で変化させた時の出口21から溶出される濃縮液中のCsイオンの濃縮率を測定した。測定に使用した装置の概略図を図39に示す。変形例1の装置のAC,EC,CCに供給するポンプ1、2、3にはCCPM(東ソー製)を使用し、ポンプ1は1.0mL/分でサンプル溶液(10μM CsCl)を送り、ポンプ2は、0.1〜1.0mL/分で純水を送り、ポンプ3は0.5mL/分で100mM硝酸溶液を送った。出口21とカチオン分析用イオンクロマトシステムのインジェクター(20μL、ICA-2000に搭載、東亜製)との間にはカチオンクロ用のサプレッサーが接続されており、出口21から溶出される濃縮液中の陰イオンは、サプレッサーで除去される。
濃縮装置の後にカチオンクロ用サプレッサーを接続した理由は入口1に硝酸溶液を供給した場合、出口21から溶出される濃縮液中には高濃度の硝酸イオンが含まれることになり、高濃度の陰イオンがカチオンクロマトグラフに流れ込むと、サンプルの溶出時間が大きく変化してしまうため、濃縮液中の陰イオンを除去する必要があった。
陰イオンが除去された濃縮液がカチオンクロマトグラフへ送られる。陽イオンの分析に用いたカチオンクロマトグラフは、溶離液に2mMメタンスルホン酸溶液を使用し、分離カラムにTSKgel super IC CR(東ソー製)を使用した。2mMメタンスルホン酸溶液は0.7mL/分で流し、分離カラムは40℃に設定したカラム恒温槽に入れて用いた。
13 is used under the condition of a constant current of 40 mA, and when a 100 mM nitric acid solution is supplied as an anion source solution instead of the pure water supplied to the inlet 1, pure water is supplied to the EC inlet 22. The concentration rate of Cs ions in the concentrate eluted from the outlet 21 when the flow rate of the pure water was changed at 0.1 to 1.0 mL / min was measured as indicated by the dotted line. A schematic view of the apparatus used for the measurement is shown in FIG. CCPM (manufactured by Tosoh) is used for the pumps 1, 2, and 3 supplied to the AC, EC, and CC of the apparatus of Modification 1, and the pump 1 sends the sample solution (10 μM CsCl) at 1.0 mL / min. 2 sent pure water at 0.1 to 1.0 mL / min, and pump 3 sent 100 mM nitric acid solution at 0.5 mL / min. A cation chromatograph suppressor is connected between the outlet 21 and the injector of the ion chromatography system for cation analysis (20 μL, mounted on ICA-2000, manufactured by Toa). The ions are removed with a suppressor.
The reason for connecting a cation chromatograph suppressor after the concentrator is that when a nitric acid solution is supplied to the inlet 1, the concentrated liquid eluted from the outlet 21 contains a high concentration of nitrate ions. When ions flow into the cation chromatograph, the elution time of the sample changes greatly, so it was necessary to remove the anions in the concentrate.
The concentrated solution from which the anion has been removed is sent to a cation chromatograph. In the cation chromatograph used for analyzing cations, 2 mM methanesulfonic acid solution was used as an eluent, and TSKgel super IC CR (manufactured by Tosoh Corp.) was used as a separation column. The 2 mM methanesulfonic acid solution was allowed to flow at 0.7 mL / min, and the separation column was used in a column thermostat set at 40 ° C.
図43に変形例1タイプ濃縮装置を定電流40mAの条件で使用し、入口1に陰イオン源溶液として硝酸を供給し、ECに純水を点線のように流し、ポンプ2の流速を0.1、0.2、0.5、1.0mL/分で変化させたときのCsイオンのイオンクロマトグラムを示す。
図中、(a)1mL/分、(b)0.5mL/分、(c)0.2mL/分、(d)0.1 mL/分である。
In FIG. 43, a modified type 1 type concentrator is used under the condition of a constant current of 40 mA, nitric acid is supplied to the inlet 1 as an anion source solution, pure water is allowed to flow through the EC as indicated by a dotted line, and the flow rate of the pump 2 is set to 0. The ion chromatogram of Cs ion when changing at 1, 0.2, 0.5, and 1.0 mL / min is shown.
In the figure, (a) 1 mL / min, (b) 0.5 mL / min, (c) 0.2 mL / min, and (d) 0.1 mL / min.
図44に変形例1タイプ濃縮装置を定電流40mAの条件で使用し、入口1に陰イオン源溶液として硝酸を供給し、ECに純水を点線のように流し、ポンプ1の流速をポンプ2の流速で割った比とCsイオンの濃縮率の関係グラフを示す。符合■はポンプ1の流速をポンプ2の流速で割った比から求めた濃縮率、符合●は出口21から溶出された濃縮液中のCsイオンのピーク面積を、濃縮装置を利用しなかった時のCsイオンのピーク面積で割った比から求めた濃縮率である。 In FIG. 44, a modified type 1 type concentrator is used under the condition of a constant current of 40 mA, nitric acid is supplied to the inlet 1 as an anion source solution, pure water is allowed to flow through the EC as indicated by a dotted line, and the flow rate of the pump 1 is set to the pump 2 The graph of the relationship between the ratio divided by the flow rate of Cs and the concentration rate of Cs ions is shown. The symbol ■ indicates the concentration ratio obtained from the ratio of the flow rate of the pump 1 divided by the flow rate of the pump 2, and the symbol ● indicates the peak area of the Cs ions in the concentrate eluted from the outlet 21 when the concentrator is not used. It is the concentration rate calculated | required from the ratio divided by the peak area of Cs ion.
表2に変形例1タイプ濃縮装置を定電流40mAの条件で使用し、入口1に陰イオン源溶液として硝酸を供給し、ECに純水を点線のように流し、ポンプ1の流速をポンプ2の流速で割った比とCsイオンのピーク面積比から求めた濃縮率の関係を示す。
濃縮率をポンプ流速比から求めた時の検量線は傾き1の直線となり、濃縮率をCsイオンのピーク面積比から求めた時の検量線は傾き0.9089で、その時の、相関係数Rは0.999であった。
The calibration curve when the concentration rate is determined from the pump flow rate ratio is a straight line with a slope of 1. The calibration curve when the concentration rate is determined from the peak area ratio of Cs ions is the slope of 0.9089, and the correlation coefficient R at that time Was 0.999.
図41と図43、図42と図44をそれぞれ比較すると、ほとんど同じ結果が得られており、したがって、アルカリ金属イオンであるCsイオンでは、入口1に純水を供給した場合と酸を供給した場合に、出口21から溶出される濃縮液の濃縮率に差が表れないことが確認できた。ここに結果は記載していないが、アルカリ土類金属イオンについても同様の実験結果が得られた。また、遷移金属イオンについては、入口1に酸溶液を流した場合と純水を流した場合で、大きな差が表れることが確認できており、遷移金属イオンについては別途、詳細に説明している。 41 and FIG. 43, and FIG. 42 and FIG. 44, respectively, show almost the same results. Therefore, in the case of Cs ions, which are alkali metal ions, pure water is supplied to the inlet 1 and acid is supplied. In this case, it was confirmed that there was no difference in the concentration rate of the concentrate eluted from the outlet 21. Although the results are not shown here, similar experimental results were obtained for alkaline earth metal ions. As for transition metal ions, it has been confirmed that a large difference appears between when the acid solution is flowed to the inlet 1 and when pure water is flowed. The transition metal ions are separately described in detail. .
図12の変形例1タイプ濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1に供給する純水に代えて陰イオン源溶液として100mM硝酸溶液を供給した時、ECの入口21に純水を実線のように流し、その純水の流速を0.1〜1.0mL/分で変化させた時の出口22から溶出される濃縮液中のCsイオンの濃縮率を測定した。測定に使用した装置の概略図を図39に示す。変形例1タイプ装置のAC,EC,CCに供給するポンプ1、2、3にはCCPM(東ソー製)を使用し、ポンプ1は1.0mL/分でサンプル溶液(10μMCsCl)を送り、ポンプ2は、0.1〜1.0mL/分で純水を送り、ポンプ3は0.5mL/分で100mM硝酸溶液を送った。出口22とカチオン分析用イオンクロマトシステムのインジェクター(20μL、ICA-2000に搭載、東亜製)との間にはカチオンクロ用のサプレッサーが接続されており、出口22から溶出される濃縮液中の陰イオンは、サプレッサーで除去される。陰イオンが除去された濃縮液がカチオンクロマトグラフへ送られる。陽イオンの分析に用いたカチオンクロマトグラフは、溶離液に2mMメタンスルホン酸溶液を使用し、分離カラムにTSKgel super IC CR(東ソー製)を使用した。2mMメタンスルホン酸溶液は0.7mL/分で流し、分離カラムは40℃に設定したカラム恒温槽に入れて用いた。 12 is used under the condition of a constant current of 30 mA, and when 100 mM nitric acid solution is supplied as an anion source solution instead of pure water supplied to the inlet 1, pure water is supplied to the EC inlet 21. The concentration rate of Cs ions in the concentrated solution eluted from the outlet 22 when the flow rate of the pure water was changed at 0.1 to 1.0 mL / min was measured as indicated by the solid line. A schematic view of the apparatus used for the measurement is shown in FIG. Modification 1 CCPM (manufactured by Tosoh) is used for the pumps 1, 2, and 3 supplied to the AC, EC, and CC of the type device, the pump 1 sends the sample solution (10 μMCsCl) at 1.0 mL / min, and the pump 2 Sent pure water at 0.1-1.0 mL / min, and pump 3 sent 100 mM nitric acid solution at 0.5 mL / min. A cation chromatograph suppressor is connected between the outlet 22 and the injector of the ion chromatography system for cation analysis (20 μL, mounted on ICA-2000, manufactured by Toa). The ions are removed with a suppressor. The concentrated solution from which the anion has been removed is sent to a cation chromatograph. In the cation chromatograph used for analyzing cations, 2 mM methanesulfonic acid solution was used as an eluent, and TSKgel super IC CR (manufactured by Tosoh Corp.) was used as a separation column. The 2 mM methanesulfonic acid solution was allowed to flow at 0.7 mL / min, and the separation column was used in a column thermostat set at 40 ° C.
図45に変形例1タイプ濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1に陰イオン源溶液として硝酸を供給し、ECに純水を実線のように流し、ポンプ2の流速を0.1、0.2、0.5、1.0mL/分で変化させたときのCsイオンのイオンクロマトグラムを示す。
図中、(a)1mL/分、(b)0.5mL/分、(c)0.2mL/分、(d)0.1 mL/分である。
In FIG. 45, a variation 1 type concentrator is used under the condition of a constant current of 30 mA, nitric acid is supplied to the inlet 1 as an anion source solution, pure water is allowed to flow through the EC as indicated by a solid line, and the flow rate of the pump 2 is set to 0. The ion chromatogram of Cs ion when changing at 1, 0.2, 0.5, and 1.0 mL / min is shown.
In the figure, (a) 1 mL / min, (b) 0.5 mL / min, (c) 0.2 mL / min, and (d) 0.1 mL / min.
図46に変形例1タイプ濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1に陰イオン源溶液として硝酸を供給し、ECに純水を実線のように流し、ポンプ1の流速をポンプ2の流速で割った比とCsイオンの濃縮率の関係グラフを示す。符合■はポンプ1の流速をポンプ2の流速で割った比から求めた濃縮率、符合●は出口22から溶出された濃縮液中のCsイオンのピーク面積を、濃縮装置を利用しなかった時のCsのピーク面積で割った比から求めた濃縮率である。 In FIG. 46, a modified type 1 type concentrator is used under the condition of a constant current of 30 mA, nitric acid is supplied to the inlet 1 as an anion source solution, pure water is allowed to flow through the EC as indicated by a solid line, and the flow rate of the pump 1 is changed to the pump 2. The graph of the relationship between the ratio divided by the flow rate of Cs and the concentration rate of Cs ions is shown. The symbol ■ indicates the concentration ratio obtained by dividing the flow rate of the pump 1 by the flow rate of the pump 2, and the symbol ● indicates the peak area of Cs ions in the concentrate eluted from the outlet 22 when the concentration device is not used. It is the concentration rate calculated | required from the ratio divided by the peak area of Cs.
表3に変形例1タイプ濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1に陰イオン源溶液として硝酸を供給し、ECに純水を実線のように流し、ポンプ1の流速をポンプ2の流速で割った比とCsイオンのピーク面積比から求めた濃縮率の関係を示す。
濃縮率をポンプ流速比から求めた時の検量線は傾き1の直線となり、濃縮率をCsイオンのピーク面積比から求めた時の検量線は傾き0.9007で、その時の、相関係数Rは0.998であった。
The calibration curve when the concentration rate is determined from the pump flow rate ratio is a straight line with a slope of 1. The calibration curve when the concentration rate is determined from the peak area ratio of Cs ions is the slope of 0.9007, and the correlation coefficient R at that time Was 0.998.
図43と図45、図44と図46をそれぞれ比較すると、ほとんど同じ結果が得られており、したがって、入口1に酸性溶液を供給する場合、ECの実線と点線どちらの方向に純水を供給しても、出口22から溶出される濃縮液の濃縮率に差が表れないことが確認できた。 43 and 45, and FIGS. 44 and 46 show almost the same results. Therefore, when supplying an acidic solution to the inlet 1, pure water is supplied in either the solid line or the dotted line of EC. Even so, it was confirmed that there was no difference in the concentration rate of the concentrate eluted from the outlet 22.
図20または図21の変形例3タイプ濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1に供給する純水に代えて陰イオン源溶液として100mM硝酸溶液を供給した時、純水をECの入口21により実線または入口22により点線のように流し、その純水の流速を0.1〜1.0mL/分で変化させた時の出口22または出口21から溶出される濃縮液中のCsイオンの濃縮率を測定した。測定に使用した装置の概略図を図39に示す。変形例3タイプ装置のAC,EC,CCに供給するポンプ1、2、3にはCCPM(東ソー製)を使用し、ポンプ1は1.0mL/分でサンプル溶液(10μM CsCl)を送り、ポンプ2は、0.1〜1.0mL/分で純水を送り、ポンプ3は0.5mL/分で100mM硝酸溶液を送った。出口22または出口21とカチオン分析用イオンクロマトシステムのインジェクター(20μL、ICA-2000に搭載、東亜製)との間にはカチオンクロ用のサプレッサーが接続されており、出口22または出口21から溶出される濃縮液中の陰イオンは、サプレッサーで除去される。陰イオンが除去された濃縮液がカチオンクロマトグラフへ送られる。陽イオンの分析に用いたカチオンクロマトグラフは、溶離液に2mMメタンスルホン酸溶液を使用し、分離カラムにTSKgel super IC CR(東ソー製)を使用した。2mMメタンスルホン酸溶液は0.7mL/分で流し、分離カラムは40℃に設定したカラム恒温槽に入れて用いた。 20 or 21 is used under the condition of a constant current of 30 mA, and when a 100 mM nitric acid solution is supplied as an anion source solution instead of the pure water supplied to the inlet 1, the pure water is converted into EC. Cs ions in the concentrated solution eluted from the outlet 22 or the outlet 21 when flowing as indicated by a solid line by the inlet 21 or a dotted line by the inlet 22 and changing the flow rate of the pure water at 0.1 to 1.0 mL / min. The concentration ratio of was measured. A schematic view of the apparatus used for the measurement is shown in FIG. Modification 3 CCPM (manufactured by Tosoh) is used for pumps 1, 2, and 3 that are supplied to AC, EC, and CC of the type device, and pump 1 sends a sample solution (10 μM CsCl) at 1.0 mL / min. 2 sent pure water at 0.1 to 1.0 mL / min, and pump 3 sent 100 mM nitric acid solution at 0.5 mL / min. A cation chromatograph suppressor is connected between the outlet 22 or 21 and an ion chromatography system injector for cation analysis (20 μL, mounted on ICA-2000, manufactured by Toa) and eluted from the outlet 22 or 21. The anion in the concentrated solution is removed with a suppressor. The concentrated solution from which the anion has been removed is sent to a cation chromatograph. In the cation chromatograph used for analyzing cations, 2 mM methanesulfonic acid solution was used as an eluent, and TSKgel super IC CR (manufactured by Tosoh Corporation) was used as a separation column. The 2 mM methanesulfonic acid solution was allowed to flow at 0.7 mL / min, and the separation column was used in a column thermostat set at 40 ° C.
図47に変形例3タイプ濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1に陰イオン源溶液として硝酸溶液を供給し、ECに純水を点線のように流し、ポンプ2の流速を0.1、0.2、0.5、1.0mL/分で変化させたときのCsイオンのイオンクロマトグラムを示す。
図中、(a)1mL/分、(b)0.5mL/分、(c)0.2mL/分、(d)0.1 mL/分である。
47, a modified type 3 type concentrator is used under the condition of a constant current of 30 mA, a nitric acid solution is supplied to the inlet 1 as an anion source solution, pure water is allowed to flow through the EC as indicated by a dotted line, and the flow rate of the pump 2 is reduced to 0. The ion chromatogram of Cs ion when changing by 0.1, 0.2, 0.5, and 1.0 mL / min is shown.
In the figure, (a) 1 mL / min, (b) 0.5 mL / min, (c) 0.2 mL / min, and (d) 0.1 mL / min.
図48に変形例3タイプ濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1に陰イオン源溶液として硝酸溶液を供給し、ECに純水を実線のように流し、ポンプ2の流速を0.1、0.2、0.5、1.0mL/分で変化させたときのCsイオンのイオンクロマトグラムを示す。
図中、(a)1mL/分、(b)0.5mL/分、(c)0.2mL/分、(d)0.1 mL/分である。
In FIG. 48, the modified type 3 type concentrator is used under the condition of a constant current of 30 mA, a nitric acid solution is supplied to the inlet 1 as an anion source solution, pure water is allowed to flow through the EC as shown by a solid line, and the flow rate of the pump 2 is set to 0 The ion chromatogram of Cs ion when changing by 0.1, 0.2, 0.5, and 1.0 mL / min is shown.
In the figure, (a) 1 mL / min, (b) 0.5 mL / min, (c) 0.2 mL / min, and (d) 0.1 mL / min.
図49に変形例3タイプ濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1に陰イオン源溶液として硝酸溶液を供給し、ECに純水を点線のように流し、ポンプ1の流速をポンプ2の流速で割った比とCsイオンの濃縮率の関係グラフを示す。符号■はポンプ1の流速をポンプ2の流速で割った比から求めた濃縮率、符号●は出口21から溶出された濃縮液中のCsイオンのピーク面積を、濃縮装置を利用しなかった時のCsのピーク面積で割った比から求めた濃縮率である。 49, a modified type 3 type concentrator is used under the condition of a constant current of 30 mA, a nitric acid solution is supplied to the inlet 1 as an anion source solution, pure water is supplied to the EC as indicated by a dotted line, and the flow rate of the pump 1 is pumped. 2 is a graph showing the relationship between the ratio divided by the flow rate of 2 and the concentration ratio of Cs ions. The symbol ■ indicates the concentration ratio obtained from the ratio of the flow rate of the pump 1 divided by the flow rate of the pump 2, and the symbol ● indicates the peak area of Cs ions in the concentrate eluted from the outlet 21 when the concentrator is not used. It is the concentration rate calculated | required from the ratio divided by the peak area of Cs.
表4に変形例3タイプ濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1に陰イオン源溶液として硝酸溶液を供給し、ECに純水を点線のように流し、ポンプ1の流速をポンプ2の流速で割った比とCsイオンのピーク面積比から求めた濃縮率との関係を示す。
濃縮率をポンプ流速比から求めた時の検量線は傾き1の直線となり、濃縮率をCsイオンのピーク面積比から求めた時の検量線は傾き1.0724で、その時の、相関係数Rは0.9983であった。
The calibration curve when the concentration rate is determined from the pump flow rate ratio is a straight line with a slope of 1. The calibration curve when the concentration rate is determined from the peak area ratio of Cs ions is the slope of 1.0724, and the correlation coefficient R at that time Was 0.9983.
図50に変形例3タイプ濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1に陰イオン源溶液として硝酸溶液を供給し、ECに純水を実線のように流し、ポンプ1の流速をポンプ2の流速で割った比とCsイオンの濃縮率の関係グラフを示す。符号■はポンプ1の流速をポンプ2の流速で割った比から求めた濃縮率、符号●は出口22から溶出された濃縮液中のCsイオンのピーク面積を、濃縮装置を利用しなかった時のCsのピーク面積で割った比から求めた濃縮率である。 In FIG. 50, a modified type 3 type concentrator is used under the condition of a constant current of 30 mA, a nitric acid solution is supplied to the inlet 1 as an anion source solution, pure water is supplied to the EC as shown by a solid line, and the flow rate of the pump 1 is pumped. 2 is a graph showing the relationship between the ratio divided by the flow rate of 2 and the concentration ratio of Cs ions. The symbol ■ indicates the concentration ratio obtained from the ratio of the flow rate of the pump 1 divided by the flow rate of the pump 2, and the symbol ● indicates the peak area of the Cs ions in the concentrate eluted from the outlet 22 when the concentrator is not used. It is the concentration rate calculated | required from the ratio divided by the peak area of Cs.
表5に変形例3タイプ濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1に陰イオン源溶液として硝酸溶液を供給し、ECに純水を実線のように流し、ポンプ1の流速をポンプ2の流速で割った比とCsイオンのピーク面積比から求めた濃縮率との関係を示す。
濃縮率をポンプ流速比から求めた時の検量線は傾き1の直線となり、濃縮率をCsイオンのピーク面積比から求めた時の検量線は傾き1.0845で、その時の、相関係数Rは0.996であった。
The calibration curve when the concentration rate is determined from the pump flow rate ratio is a straight line with a slope of 1. The calibration curve when the concentration rate is determined from the peak area ratio of the Cs ion is a slope of 1.0845, and the correlation coefficient R at that time Was 0.996.
図43と図45と図47と図48、図44と図46と図49と図50を比較すると、ほとんど同じ結果が得られており、したがって、入口1に酸溶液を供給するとき、変形例1と変形例3どちらを使用しても、出口21から溶出される濃縮液の濃縮率に差が表れないことが確認できた。 43, 45, 47, 48, 44, 46, 49, and 50 show almost the same results. Therefore, when the acid solution is supplied to the inlet 1, the modified example is obtained. It was confirmed that no difference was observed in the concentration rate of the concentrate eluted from the outlet 21 by using either 1 or Modification 3.
図18の変形例3タイプ濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1に純水を供給し、ECの入口22に純水を点線のように流し、その純水の流速を0.1〜1.0mL/分で変化させた時の出口21から溶出される濃縮液中のCsイオンの濃縮率を測定した。測定に使用した装置の概略図を図38に示す。変形例3タイプ装置のAC,EC,CCに供給するポンプ1、2、3にはCCPM(東ソー製)を使用し、ポンプ1は1.0mL/分でサンプル溶液(10μMCsCl)を送り、ポンプ2は、0.1〜1.0mL/分で純水を送り、ポンプ3は1.0mL/分で純水を送った。出口21はカチオン分析用イオンクロマトシステムのインジェクター(20μL、ICA-2000に搭載、東亜製)と接続されており、出口21の溶出液は、外気に触れることなく、カチオンクロマトグラフへ送られる。陽イオンの分析に用いたカチオンクロマトグラフはICA−2000(東亜製)で、溶離液に2mMメタンスルホン酸溶液を使用し、分離カラムにTSKgel super IC CR(東ソー製)を使用した。2mMメタンスルホン酸溶液は0.7mL/minで流し、分離カラムは40度に設定したカラム恒温槽に入れて用いた。 18 is used under the condition of a constant current of 30 mA, pure water is supplied to the inlet 1, pure water is allowed to flow to the EC inlet 22 as indicated by a dotted line, and the flow rate of the pure water is set to 0. The concentration ratio of Cs ions in the concentrated solution eluted from the outlet 21 when changing at 1 to 1.0 mL / min was measured. A schematic view of the apparatus used for the measurement is shown in FIG. Modified Example 3 CCPM (manufactured by Tosoh) is used for pumps 1, 2, and 3 that are supplied to AC, EC, and CC of the type device, pump 1 sends a sample solution (10 μMCsCl) at 1.0 mL / min, Sent pure water at 0.1-1.0 mL / min, and pump 3 sent pure water at 1.0 mL / min. The outlet 21 is connected to an injector of an ion chromatography system for cation analysis (20 μL, mounted on ICA-2000, manufactured by Toa), and the eluate from the outlet 21 is sent to the cation chromatograph without touching the outside air. The cation chromatograph used for the analysis of the cation was ICA-2000 (manufactured by Toa), a 2 mM methanesulfonic acid solution was used as an eluent, and TSKgel super IC CR (manufactured by Tosoh) was used as a separation column. The 2 mM methanesulfonic acid solution was flowed at 0.7 mL / min, and the separation column was used in a column thermostat set at 40 degrees.
図51に変形例3タイプ濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1に純水を供給し、ECに純水を点線のように流し、ポンプ2の流速を0.1、0.2、0.5、1.0mL/分で変化させたときのCsイオンのイオンクロマトグラムを示す。
図中、(a)1mL/分、(b)0.5mL/分、(c)0.2mL/分、(d)0.1 mL/分である。
51, a modified type 3 type concentrator is used under the condition of a constant current of 30 mA, pure water is supplied to the inlet 1, pure water is supplied to the EC as indicated by a dotted line, and the flow rate of the pump 2 is 0.1, 0.00. The ion chromatogram of Cs ion when it changes with 2, 0.5 and 1.0 mL / min is shown.
In the figure, (a) 1 mL / min, (b) 0.5 mL / min, (c) 0.2 mL / min, and (d) 0.1 mL / min.
図52に変形例3タイプ濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1に純水を供給し、ECに純水を点線のように流し、ポンプ1の流速をポンプ2の流速で割った比とCsイオンの濃縮率の関係グラフを示す。符号■はポンプ1の流速をポポンプ2の流速で割った比から求めた濃縮率、符号●は出口21から溶出された濃縮液中のCsイオンのピーク面積を、濃縮装置を利用しなかった時のCsのピーク面積で割った比から求めた濃縮率である。 In FIG. 52, a modified type 3 concentrator is used under the condition of a constant current of 30 mA, pure water is supplied to the inlet 1, pure water is supplied to the EC as indicated by a dotted line, and the flow rate of the pump 1 is divided by the flow rate of the pump 2. The graph of the relationship between the ratio and the concentration rate of Cs ions is shown. The symbol ■ indicates the concentration ratio obtained from the ratio of the flow rate of the pump 1 divided by the flow rate of the popump 2, and the symbol ● indicates the peak area of Cs ions in the concentrate eluted from the outlet 21 when the concentrator is not used. It is the concentration rate calculated | required from the ratio divided by the peak area of Cs.
表6に変形例3濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1に純水を供給し、ECに純水を点線のように流し、ポンプ1の流速をポンプ2の流速で割った比とCsイオンのピーク面積比から求めた濃縮率の関係を示す。
濃縮率をポンプ流速比から求めた時の検量線は傾き1の直線となり、濃縮率をCsイオンのピーク面積比から求めた時の検量線は傾き1.246で、その時の、相関係数Rは0.977であった。
The calibration curve when the concentration rate is determined from the pump flow rate ratio is a straight line with a slope of 1. The calibration curve when the concentration rate is determined from the peak area ratio of Cs ions is the slope of 1.246, and the correlation coefficient R at that time Was 0.977.
図41と図51、図42と図52を比較すると、ほとんど同じ結果が得られており、したがって、入口1に純水を供給するとき、変形例1と変形例3どちらを使用しても、出口21から溶出される濃縮液の濃縮率に差が表れないことが確認できた。 41 and 51, and FIG. 42 and FIG. 52, almost the same results were obtained. Therefore, when pure water is supplied to the inlet 1, either the first modification or the third modification is used. It was confirmed that there was no difference in the concentration rate of the concentrate eluted from the outlet 21.
図18または図21の変形例3タイプ濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、ECの入口22に純水を点線のように1mL/分で流し、入口1に純水を使用した時と陰イオン源溶液としてMSA(メタンスルホン酸溶液)を供給した時、出口21から溶出される濃縮液中の2価Feイオンの濃縮率を測定した。測定に使用した装置の概略図を図40に示す。変形例3タイプ装置のAC,EC,CCに供給するポンプ1、2、3にはCCPM(東ソー製)を使用し、ポンプ1は1.0mL/分でサンプル溶液(10μM FeCl2)を送り、ポンプ2は、1.0mL/分で純水を送り、ポンプ3は0.5mL/分で純水または100mM MSA溶液を送った。出口21は2価Feイオンを測定することが可能なフェナントリン分析システムに接続している。出口21から溶出される濃縮液中のFeイオンは、外気と触れることなく分析システムへ送られる。Feイオンの分析に用いた検出器はUV−8020(510nm, 東ソー製)で、キャリアー溶液にフェナントロリン溶液(0.5 mM phenanthroline + 10 mM NH2OH in 100 mM acetate buffer)を使用した。フェナントロリン溶液は0.5mL/分で流した。 A modification 3 type concentrator of FIG. 18 or FIG. 21 is used under the condition of a constant current of 30 mA, pure water is allowed to flow to the EC inlet 22 at 1 mL / min as indicated by a dotted line, and pure water is used to the inlet 1 When MSA (methanesulfonic acid solution) was supplied as the anion source solution, the concentration ratio of divalent Fe ions in the concentrate eluted from the outlet 21 was measured. A schematic view of the apparatus used for the measurement is shown in FIG. Modification 3 CCPM (manufactured by Tosoh) is used for pumps 1, 2 and 3 supplied to AC, EC and CC of the type device, and pump 1 sends a sample solution (10 μM FeCl 2 ) at 1.0 mL / min. Pump 2 sent pure water at 1.0 mL / min, and pump 3 sent pure water or 100 mM MSA solution at 0.5 mL / min. The outlet 21 is connected to a phenanthrin analysis system capable of measuring divalent Fe ions. Fe ions in the concentrated solution eluted from the outlet 21 are sent to the analysis system without touching the outside air. The detector used for the analysis of Fe ions was UV-8020 (510 nm, manufactured by Tosoh Corporation), and a phenanthroline solution (0.5 mM phenanthroline + 10 mM NH 2 OH in 100 mM acetate buffer) was used as a carrier solution. The phenanthroline solution was run at 0.5 mL / min.
図53に変形例3濃縮装置を30mAで使用し、ECの入口22に純水を点線のように1.0mL/分で流し、入口1に純水を供給した時と陰イオン源溶液としてMSAを供給した時、出口21から溶出される濃縮液中の2価Feイオンの濃縮率増減に伴う吸光度の変化を示す。
図中、(a)と(c)は入口1に純水を流したときで、(b)と(d)は入口1に陰イオン源溶液としてMSA溶液を流したときである。
FIG. 53 shows a modification 3 using a concentrator at 30 mA, flowing pure water to the EC inlet 22 at a rate of 1.0 mL / min as shown by a dotted line, and supplying pure water to the inlet 1 and MSA as an anion source solution. The change of the light absorbency accompanying the increase / decrease in the concentration rate of the divalent Fe ions in the concentrate eluted from the outlet 21 is shown.
In the figure, (a) and (c) are when pure water is flowed to the inlet 1, and (b) and (d) are when MSA solution is flowed to the inlet 1 as an anion source solution.
図53に示すように入口1に純水を供給すると、吸光度が下がり、陰イオン源溶液としてMSAを供給すると吸光度は増加し、安定していることが確認できた。これは、純水が流れると、EC内の陽イオン交換体と陰イオン交換体の界面にイオン吸着したままとなり、出口21から2価のFeイオンが溶出されなくなり、濃縮液中のFeイオン量が減るためである。酸性溶液を供給すると、EC内の陽イオン交換体と陰イオン交換体の界面のFeイオンは、イオン吸着されることなく溶出される。 As shown in FIG. 53, when pure water was supplied to the inlet 1, the absorbance decreased, and when MSA was supplied as an anion source solution, the absorbance increased and was confirmed to be stable. This is because when pure water flows, ions remain adsorbed on the interface between the cation exchanger and anion exchanger in the EC, and divalent Fe ions are not eluted from the outlet 21, and the amount of Fe ions in the concentrate This is because of the decrease. When the acidic solution is supplied, Fe ions at the interface between the cation exchanger and the anion exchanger in the EC are eluted without being adsorbed.
図20または図21の変形例3タイプ濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1に陰イオン源溶液としてMSA(メタンスルホン酸溶液)を供給し、純水をECの入口21に実線又は入口22に点線のように1.0mL/分で流し、出口22または出口21から溶出される濃縮液中の2価Feイオンの濃縮率を測定した。測定に使用した装置の概略図を図40に示す。変形例3タイプ装置のAC,EC,CCに供給するポンプ1、2、3にはCCPM(東ソー製)を使用し、ポンプ1は1.0mL/分でサンプル溶液(10μM FeCl2)を送り、ポンプ2は、1.0mL/分で純水を送り、ポンプ3は0.5mL/分で100mM MSA溶液を送った。
出口21、22は2価Feイオンを測定することが可能なフェナントリン分析システムに接続している。出口21、22から溶出される濃縮液中のFeイオンは、外気と触れることなく分析システムへ送られる。Feイオンの分析に用いた検出器はUV−8020(510nm, 東ソー製)で、キャリアー溶液にフェナントロリン溶液(0.5 mM phenanthroline + 10 mM NH2OH in 100 mM acetate buffer)を使用した。フェナントロリン溶液は0.5mL/分で流した。
A modification 3 type concentrator of FIG. 20 or FIG. 21 is used under the condition of a constant current of 30 mA, MSA (methane sulfonic acid solution) is supplied to the inlet 1 as an anion source solution, and pure water is connected to the EC inlet 21 by a solid line Or it flowed at 1.0 mL / min to the inlet 22 like a dotted line, and the concentration rate of the bivalent Fe ion in the concentrate eluted from the outlet 22 or the outlet 21 was measured. A schematic view of the apparatus used for the measurement is shown in FIG. CCPM (manufactured by Tosoh) is used for pumps 1, 2, and 3 that supply AC, EC, and CC of type 3 type apparatus, pump 1 sends a sample solution (10 μM FeCl 2 ) at 1.0 mL / min, Pump 2 sent pure water at 1.0 mL / min, and pump 3 sent 100 mM MSA solution at 0.5 mL / min.
The outlets 21 and 22 are connected to a phenanthrin analysis system capable of measuring divalent Fe ions. Fe ions in the concentrate eluted from the outlets 21 and 22 are sent to the analysis system without touching the outside air. The detector used for the analysis of Fe ions was UV-8020 (510 nm, manufactured by Tosoh Corporation), and a phenanthroline solution (0.5 mM phenanthroline + 10 mM NH 2 OH in 100 mM acetate buffer) was used as a carrier solution. The phenanthroline solution was run at 0.5 mL / min.
図54に変形例3タイプ濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1に陰イオン源溶液としてMSAを供給し、純水をECの入口22に実線または入口21に点線のように1.0mL/分で流し、出口21、22から溶出される濃縮液中の2価Feイオンの濃縮率増減に伴う吸光度の変化を示す。
図中、(a)はECに点線のように純水を流したとき(b)はECに実線のように純水を流した時である。
図54から、(a)と(b)は、ほとんど同じ吸光度をしており、ECに実線また点線のようにどちらの方向に純水をながしても、出口21、22から溶出される濃縮液の濃縮率に差が表れないことが確認できた。
In FIG. 54, a modified type 3 type concentrator is used under the condition of a constant current of 30 mA, MSA is supplied to the inlet 1 as an anion source solution, and pure water is supplied to the EC inlet 22 as a solid line or as indicated by a dotted line at the inlet 21. The change of the light absorbency accompanying the increase / decrease in the concentration rate of the bivalent Fe ion in the concentrate eluted from the outlets 21 and 22 is shown by flowing at 0 mL / min.
In the figure, (a) shows the time when pure water is allowed to flow through the EC as indicated by a dotted line, and (b) is the time when pure water is allowed to flow through the EC as indicated by a solid line.
From FIG. 54, (a) and (b) have almost the same absorbance, and the concentrated solution eluted from the outlets 21 and 22 regardless of which direction the pure water is applied to the EC, such as a solid line or a dotted line. It was confirmed that there was no difference in the concentration ratio.
図21の変形例3タイプ濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1に陰イオン源溶液としてMSA(メタンスルホン酸溶液)を供給し、ECの入口22に純水を点線のように1mL/分で流し、出口21から溶出される濃縮液中の2価Feイオンの濃縮率が1となる条件下において、出口21から溶出される濃縮液中の2価Feイオンの回収率を測定した。測定に使用した装置の概略図を図40に示す。変形例3タイプ装置のAC,EC,CCに供給するポンプ1、2、3にはCCPM(東ソー製)を使用し、ポンプ1は1mL/分でサンプル溶液(10μM FeCl2)を送り、ポンプ2は、1.0mL/分で純水を送り、ポンプ3は0.5mL/分で100mM MSA溶液を送った。
出口21は2価Feイオンを測定することが可能なフェナントリン分析システムに接続している。出口21から溶出される濃縮液中のFeイオンは、外気と触れることなく分析システムへ送られる。Feイオンの分析に用いた検出器はUV−8020(510nm, 東ソー製)で、キャリアー溶液にフェナントロリン溶液(0.5 mM phenanthroline + 10 mM NH2OH in 100 mM acetate buffer)を使用した。フェナントロリン溶液は0.5mL/分で流した。
21 is used under the condition of a constant current of 30 mA, MSA (methanesulfonic acid solution) is supplied to the inlet 1 as an anion source solution, and pure water is supplied to the EC inlet 22 as indicated by a dotted line. Measure the recovery rate of divalent Fe ions in the concentrate eluted from the outlet 21 under conditions where the concentration rate of divalent Fe ions in the concentrate eluted from the outlet 21 is 1 at a flow rate of 1 mL / min. did. A schematic view of the apparatus used for the measurement is shown in FIG. Modified Example 3 CCPM (manufactured by Tosoh) is used for pumps 1, 2, and 3 that are supplied to AC, EC, and CC of the type device. Pump 1 sends a sample solution (10 μM FeCl 2 ) at 1 mL / min, and pump 2 Sent pure water at 1.0 mL / min and pump 3 sent 100 mM MSA solution at 0.5 mL / min.
The outlet 21 is connected to a phenanthrin analysis system capable of measuring divalent Fe ions. Fe ions in the concentrated solution eluted from the outlet 21 are sent to the analysis system without touching the outside air. The detector used for the analysis of Fe ions was UV-8020 (510 nm, manufactured by Tosoh Corporation), and a phenanthroline solution (0.5 mM phenanthroline + 10 mM NH 2 OH in 100 mM acetate buffer) was used as a carrier solution. The phenanthroline solution was run at 0.5 mL / min.
図55に変形例3濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1にMSA(メタンスルホン酸溶液)を供給し、ECの入口22に純水を点線のように1mL/分で流し、出口21から溶出される濃縮液中の2価Feイオンの濃縮率が1となる条件下において、出口21から溶出される濃縮液中の2価Feイオンの増減に伴う吸光度を示す。
図中、(a)は変形例3タイプ濃縮装置を通過する前の2価Feイオンの吸光度、(b)は上述した条件下で、変形例3タイプ濃縮装置を通過した後の2価Feイオンの吸光度である。図55から、(a)と(b)の吸光度の値がほぼ同じであることが確認でき、このことから、ACに供給した2価Feイオンは、出口21から溶出される濃縮液中に100%回収できていることが確認できた。
In FIG. 55, the third variation apparatus is used under the condition of a constant current of 30 mA, MSA (methanesulfonic acid solution) is supplied to the inlet 1, pure water is allowed to flow to the EC inlet 22 at 1 mL / min as indicated by the dotted line, The light absorbency accompanying the increase / decrease of the bivalent Fe ion in the concentrate eluting from the exit 21 is shown under the condition that the concentration ratio of the divalent Fe ion in the concentrate eluted from the outlet 21 is 1.
In the figure, (a) is the absorbance of the divalent Fe ion before passing through the modified type 3 type concentrator, and (b) is the divalent Fe ion after passing through the modified type 3 type concentrator under the above-mentioned conditions. Absorbance. From FIG. 55, it can be confirmed that the absorbance values of (a) and (b) are almost the same, and from this, the divalent Fe ions supplied to the AC are 100% in the concentrated solution eluted from the outlet 21. % Recovery was confirmed.
図21の変形例3タイプ濃縮装置を定電流10−40mAの条件で使用し、入口1に陰イオン源溶液としてMSA(メタンスルホン酸溶液)を供給し、ECの入口22に純水を点線のように1mL/分で流し、ACに供給した2価Feイオンが出口21から溶出されるまでの時間を測定した。測定に使用した装置の概略図を図40に示す。変形例3タイプの装置のAC,EC,CCに供給するポンプ1、2、3にはCCPM(東ソー製)を使用し、ポンプ1は1 mL/分でサンプル溶液(10μM FeCl2)を送り、ポンプ2は、1.0mL/分で純水を送り、ポンプ3は0.5mL/分で100mM MSA溶液を送った。
出口21は2価Feイオンを測定することが可能なフェナントリン分析システムに接続している。出口21から溶出される濃縮液中のFeイオンは、外気と触れることなく分析システムへ送られる。Feイオンの分析に用いた検出器はUV−8020(510nm, 東ソー製)で、キャリアー溶液にフェナントロリン溶液(0.5 mM phenanthroline + 10 mM NH2OH in 100 mM acetate buffer)を使用した。フェナントロリン溶液は0.5mL/分で流した。
21 is used under the condition of a constant current of 10-40 mA, MSA (methanesulfonic acid solution) is supplied to the inlet 1 as an anion source solution, and pure water is supplied to the EC inlet 22 by a dotted line. The time until the divalent Fe ions supplied to AC were eluted from the outlet 21 was measured. A schematic view of the apparatus used for the measurement is shown in FIG. CCPM (manufactured by Tosoh) is used for pumps 1, 2, and 3 that are supplied to AC, EC, and CC of three types of devices, and pump 1 sends a sample solution (10 μM FeCl 2 ) at 1 mL / min. Pump 2 sent pure water at 1.0 mL / min, and pump 3 sent 100 mM MSA solution at 0.5 mL / min.
The outlet 21 is connected to a phenanthrin analysis system capable of measuring divalent Fe ions. Fe ions in the concentrated solution eluted from the outlet 21 are sent to the analysis system without touching the outside air. The detector used for the analysis of Fe ions was UV-8020 (510 nm, manufactured by Tosoh Corporation), and a phenanthroline solution (0.5 mM phenanthroline + 10 mM NH 2 OH in 100 mM acetate buffer) was used as a carrier solution. The phenanthroline solution was run at 0.5 mL / min.
図56に図21の変形例3タイプ濃縮装置を10〜40mAで使用し、入口1にMSAを供給し、ECの入口22に純水を点線のように1mL/分で流し、ACに供給した2価Feイオンが出口21から溶出されるまでの吸光度の変化を示す。
図中、(a)10mA、(b)20mA、(c)30mA、(d)40mAである。
図56から電極間に印加する電流を高くすることで、ACに入った2価Feイオンが出口21から溶出されるまでの時間が速くなることが確認できた。また、(a)〜(d)の電流条件下において、一定時間経過後の吸光度は、約60mV付近に収束ことが分かった。入口3に入ったサンプルイオンが100%、ECに運べる電流条件下で、図40の装置を使用して濃縮を行う場合、出口21から溶出される濃縮液の濃縮率は、印加電流に依存しないことが確認できた。
In FIG. 56, the modification 3 type concentrator of FIG. 21 is used at 10 to 40 mA, MSA is supplied to the inlet 1, pure water is supplied to the EC inlet 22 at 1 mL / min as indicated by the dotted line, and supplied to AC. Changes in absorbance until divalent Fe ions are eluted from the outlet 21 are shown.
In the figure, (a) 10 mA, (b) 20 mA, (c) 30 mA, (d) 40 mA.
From FIG. 56, it was confirmed that by increasing the current applied between the electrodes, the time until the divalent Fe ions entering AC were eluted from the outlet 21 was confirmed. In addition, it was found that the absorbance after a lapse of a certain time converged around about 60 mV under the current conditions (a) to (d). When concentration is performed using the apparatus of FIG. 40 under the current condition that 100% of the sample ions entering the inlet 3 can be transported to the EC, the concentration rate of the concentrate eluted from the outlet 21 does not depend on the applied current. I was able to confirm.
図14の変形例3タイプ濃縮装置を定電流40mAの条件で使用し、入口1に陰イオンサンプル溶液を供給して、入口3に純水を供給し、ECの入口21に純水を実線のように流し、その純水の流速を0.1〜1.0mL/分で変化させた時の出口22から溶出される濃縮液中のF、Br、PO4、SO4イオンの濃縮率を測定した。測定に使用した装置の概略図を図57に示す。変形例3の装置のAC,EC,CCに供給するポンプ1、2、3にはCCPM(東ソー製)を使用し、ポンプ1は1.0mL/分で純水を送り、ポンプ2は、0.1〜1.0mL/分で純水を送り、ポンプ3は1.0mL/分でサンプル溶液(2μM NaF、NaBr、Na2SO4と5μM Na2HPO4の混合溶液)を送った。出口22はアニオン分析用イオンクロマトシステムのインジェクター(20μL、ICA-2000に搭載、東亜製)と接続されており、出口22の溶出液は、外気に触れることなく、アニオンクロマトグラフへ送られる。陰イオンの分析に用いたアニオンクロマトグラフは、溶離液に炭酸溶液(12mM NaHCO3+0.6mM Na2CO3in H2O)を使用し、分離カラムにPCI-205(東亜製)を使用した。炭酸溶液は1mL/分で流し、分離カラムは40℃に設定したカラム恒温槽に入れて用いた。 14 is used under the condition of a constant current of 40 mA, an anion sample solution is supplied to the inlet 1, pure water is supplied to the inlet 3, and pure water is supplied to the EC inlet 21 with a solid line. The concentration rate of F, Br, PO 4 and SO 4 ions in the concentrate eluted from the outlet 22 when the flow rate of pure water was changed at 0.1 to 1.0 mL / min was measured. did. A schematic view of the apparatus used for the measurement is shown in FIG. CCPM (manufactured by Tosoh) is used for the pumps 1, 2 and 3 supplied to the AC, EC and CC of the apparatus of the modified example 3, the pump 1 sends pure water at 1.0 mL / min, and the pump 2 is 0 1. Pure water was sent at a rate of 1 to 1.0 mL / min, and pump 3 was sent a sample solution (a mixed solution of 2 μM NaF, NaBr, Na 2 SO 4 and 5 μM Na 2 HPO 4 ) at 1.0 mL / min. The outlet 22 is connected to an injector of an ion chromatography system for anion analysis (20 μL, mounted on ICA-2000, manufactured by Toa), and the eluate at the outlet 22 is sent to the anion chromatograph without touching the outside air. The anion chromatograph used for the analysis of the anion used a carbonate solution (12 mM NaHCO 3 +0.6 mM Na 2 CO 3 in H 2 O) as an eluent and PCI-205 (manufactured by Toa) as a separation column. . The carbonic acid solution was flowed at 1 mL / min, and the separation column was used in a column thermostat set at 40 ° C.
図58に変形例3タイプ濃縮装置を定電流40mAの条件で使用し、入口3に純水を供給し、ECに純水を実線のように流し、ポンプ2の流速を0.01、0.1、0.2、0.5、1.0mL/分で変化させたときのF、Br、PO4、SO4イオンのイオンクロマトグラムを示す。図中1:Fイオン、2:Brイオン、3:PO4イオン、4:SO4イオンである。
(1) 2μM NaF、(2)2μM NaBr、(3)5μM Na2HPO4、(4)2μM Na2SO4であり、(a)1mL/分、(b)0.5mL/分、(c)0.2mL/分、(d)0.1mL/分、(e)0.01mL/分である。
図58からポンプ2の流速が遅くすることで、各陰イオンのピークが大きくなり、出口22から溶出される濃縮液中の各陰イオンの濃縮率が高くなることが確認できた。
58, a modified type 3 type concentrator is used under the condition of a constant current of 40 mA, pure water is supplied to the inlet 3, pure water is supplied to the EC as shown by a solid line, and the flow rate of the pump 2 is set to 0.01, 0.00. The ion chromatograms of F, Br, PO 4 and SO 4 ions when changing at 1, 0.2, 0.5 and 1.0 mL / min are shown. In the figure, 1: F ion, 2: Br ion, 3: PO 4 ion, 4: SO 4 ion.
(1) 2 μM NaF, (2) 2 μM NaBr, (3) 5 μM Na 2 HPO 4 , (4) 2 μM Na 2 SO 4 , (a) 1 mL / min, (b) 0.5 mL / min, (c ) 0.2 mL / min, (d) 0.1 mL / min, (e) 0.01 mL / min.
From FIG. 58, it was confirmed that the peak of each anion increased by decreasing the flow rate of the pump 2, and the concentration rate of each anion in the concentrate eluted from the outlet 22 increased.
図59に変形例3タイプ濃縮装置を定電流40mAの条件で使用し、入口3に純水を供給し、ECに純水を実線のように流し、ポンプ3の流速をポンプ2の流速で割った比とPO4イオンの濃縮率の関係グラフを示す。符号■はポンプ3の流速をポンプ2の流速で割った比から求めた濃縮率、符号●は出口22から溶出された濃縮液中のPO4イオンのピーク高さを、濃縮装置を利用しなかった時のPO4イオンのピーク高さで割った比から求めた 濃縮率である。 59, a modified type 3 type concentrator is used under the condition of a constant current of 40 mA, pure water is supplied to the inlet 3, pure water is supplied to the EC as shown by a solid line, and the flow rate of the pump 3 is divided by the flow rate of the pump 2. The relationship graph of the ratio and the concentration rate of PO 4 ions is shown. The symbol ■ indicates the concentration ratio obtained from the ratio of the flow rate of the pump 3 divided by the flow rate of the pump 2, and the symbol ● indicates the peak height of PO 4 ions in the concentrate eluted from the outlet 22 without using a concentrator. It is the concentration ratio obtained from the ratio divided by the peak height of the PO 4 ion at the time.
表7に変形例3タイプ濃縮装置を定電流40mAの条件で使用し、入口3に純水を供給し、ECに純水を実線のように流し、ポンプ3の流速をポンプ2の流速で割った比とPO4イオンのピーク高さ比から求めた濃縮率との関係を示す。
濃縮率をポンプ流速比から求めた時の検量線は傾き1の直線となり、濃縮率をPO4イオンのピーク高さ比から求めた時の検量線は傾き1.108で、その時の、相関係数Rは0.999であった。このことから、ポンプの流速比から求めた濃縮率と実測したPO4イオンのピーク高さ比から求めた濃縮率がほぼ同じ値となり、ほぼ100%の回収率で、ACに供給されたPO4イオンを回収できた結果となった。そして、陽イオンの濃縮同様に、陰イオンもまた、ポンプ3と出口22から溶出される濃縮液の流速比を調整することで陰イオンの希釈・濃縮が容易に行えることが確認できた。
The calibration curve when the concentration rate is determined from the pump flow rate ratio is a straight line with a slope of 1, and the calibration curve when the concentration rate is determined from the peak height ratio of PO 4 ions is the slope of 1.108. The number R was 0.999. From this, the concentration rate obtained from the flow rate ratio of the pump and the concentration rate obtained from the measured peak height ratio of PO 4 ions are almost the same value, and PO 4 supplied to AC with a recovery rate of almost 100%. As a result, ions could be recovered. And it was confirmed that the anion can be easily diluted and concentrated by adjusting the flow rate ratio of the concentrate eluted from the pump 3 and the outlet 22 as in the case of the cation concentration.
図22の変形例4タイプ濃縮装置を定電流160mAの条件で使用し、入口3に純水を供給し、ECに純水を実線のように流し、CCにサンプル溶液を9、18、36mL供給した時の出口22から溶出された9mLの濃縮液中のF、Br、PO4、SO4イオンの濃縮率を測定した。本実施例で間欠濃縮方法を示す。測定に使用した装置の概略図を図57に示す。図22の装置のAC,EC,CCに供給するポンプ1、2、3にはCCPM(東ソー製)を使用し、同装置の両電極間に通電する前にポンプ1は1.0mL/分で純水を送り、ポンプ3は1.0〜2.0mL/分でサンプル溶液(2μM NaF、NaBr、Na2SO4と5μM Na2HPO4の混合溶液)を送り、CCに処理目標量のサンプル溶液を供給し、濃縮する。今回CCに供給したサンプル溶液の処理目標量は9,18,36mLの3つの条件である。前記各処理目標量のサンプル溶液を送った後、両電極間に通電を開始し、ポンプ2から0.1mL/分で純水を送り、ポンプ3から純水に切り替えて1.0mL/分で送り、ポンプ1からは引き続き純水を送り、EC出口22から9mLの濃縮液を溶出し、当該溶液はアニオン分析用イオンクロマトシステムのインジェクター(20μL、ICA-2000に搭載、東亜製)に送られる。陰イオンの分析に用いたアニオンクロマトグラフは、溶離液に炭酸溶液(12mM NaHCO3+0.6mM Na2CO3in H2O)を使用し、分離カラムにPCI-205(東亜製)を使用した。炭酸溶液は1mL/分で流し、分離カラムは40℃に設定したカラム恒温槽に入れて用いた。 22 is used under the condition of a constant current of 160 mA, pure water is supplied to the inlet 3, pure water is supplied to the EC as shown by a solid line, and sample solutions of 9, 18, and 36 mL are supplied to the CC. The concentration rate of F, Br, PO 4 , and SO 4 ions in 9 mL of the concentrated solution eluted from the outlet 22 was measured. This example shows an intermittent concentration method. A schematic view of the apparatus used for the measurement is shown in FIG. CCPM (manufactured by Tosoh) is used for the pumps 1, 2, and 3 supplied to the AC, EC, and CC of the apparatus of FIG. 22, and the pump 1 is 1.0 mL / min before energizing between both electrodes of the apparatus. Pure water is sent, and the pump 3 sends a sample solution (mixed solution of 2 μM NaF, NaBr, Na 2 SO 4 and 5 μM Na 2 HPO 4 ) at 1.0 to 2.0 mL / min. Supply solution and concentrate. The processing target amount of the sample solution supplied to CC this time is three conditions of 9, 18, and 36 mL. After each sample target amount of sample solution is sent, energization is started between both electrodes, pure water is sent from the pump 2 at 0.1 mL / min, and the pump 3 is switched to pure water at 1.0 mL / min. Then, pure water is continuously sent from the pump 1 and 9 mL of the concentrated liquid is eluted from the EC outlet 22, and the solution is sent to an ion chromatography system injector for anion analysis (20 μL, mounted on ICA-2000, manufactured by Toa). . The anion chromatograph used for the analysis of the anion used a carbonate solution (12 mM NaHCO 3 +0.6 mM Na 2 CO 3 in H 2 O) as an eluent and PCI-205 (manufactured by Toa) as a separation column. . The carbonic acid solution was flowed at 1 mL / min, and the separation column was used in a column thermostat set at 40 ° C.
図60に図22の変形例4タイプ濃縮装置を定電流160mAの条件で使用し、入口3に純水を供給し、ECに純水を実線のように流し、CCにサンプル溶液を9、18、36mL供給した時の出口22から溶出された9mLの濃縮液中のF、Br、PO4、SO4イオンのイオンクロマトグラムを示す。(1)2μM NaF、(2)2μM NaBr、(3)5μM Na2HPO4、(4)2μM Na2SO4であり、(a)9mL、(b)18mL、(c)36mLである。
図60からCCに供給したサンプル溶液の量が増えることで、出口22から溶出される濃縮液中の各陰イオンのピーク高さが高くなることが確認できた。
FIG. 60 shows a variation 4 type concentrator of FIG. 22 used under the condition of a constant current of 160 mA, supplies pure water to the inlet 3, flows pure water to the EC as shown by a solid line, and passes sample solutions 9 and 18 to CC. The ion chromatograms of F, Br, PO 4 , and SO 4 ions in 9 mL of the concentrate eluted from the outlet 22 when 36 mL was supplied are shown. (1) 2 μM NaF, (2) 2 μM NaBr, (3) 5 μM Na 2 HPO 4 , (4) 2 μM Na 2 SO 4 , (a) 9 mL, (b) 18 mL, (c) 36 mL.
From FIG. 60, it was confirmed that the peak height of each anion in the concentrated solution eluted from the outlet 22 was increased by increasing the amount of the sample solution supplied to the CC.
図61、表8に図22の変形例4タイプ濃縮装置を定電流160mAの条件で使用し、入口3に純水を供給し、ECに純水を実線のように流し、CCに供給したサンプル溶液の量をECから溶出した濃縮液の量で割った比とECの溶出液中に含まれていたBrイオンとPO4イオンのピーク高さの関係を表とグラフに示す。符号■はBrイオンのピーク高さ、符号▲はPO4イオンのピーク高さである。
Brイオンの検量線は相関係数Rが0.995であり、PO4イオンの検量線は相関係数Rが0.993であった。このことから、液量比から求めた濃縮率と実測したBrイオンとPO4イオンのピーク高さの関係に直線性が成り立つことが分かる。
The calibration curve for Br ions had a correlation coefficient R of 0.995, and the calibration curve for PO4 ions had a correlation coefficient R of 0.993. From this, it can be seen that linearity is established in the relationship between the concentration ratio obtained from the liquid volume ratio and the peak heights of the measured Br ions and PO 4 ions.
図25に示す変形例4タイプ濃縮装置におけるアニオン濃縮について、ACに陽イオン源溶液を供給することによるアニオンの濃縮が可能であることを確認する。
図25の濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口3に供給する純水に代えて200mM炭酸ナトリウム溶液を供給した時、ECの入口22に純水を点線のように流し、その純水の流速を0.01〜1.0mL/分で変化させた時の出口21から溶出される濃縮液中のPO4イオンの濃縮率を測定した。測定に使用した装置の概略図を図62に示す。図62の装置のAC,EC,CCに供給するポンプ1、2、3にはCCPM(東ソー製)を使用し、ポンプ1は0.3 mL/分で炭酸ナトリウム溶液(20mM)を送り、ポンプ2は、0.01〜1.0mL/分で純水を送り、ポンプ3は1.0mL/分でサンプル溶液(5μM Na2HPO4)を送った。出口21とアニオン分析用イオンクロマトシステムのインジェクター(20μL、ICA-2000に搭載、東亜製)との間にはアニオンクロ用のサプレッサーが接続されており、出口21から溶出される濃縮液中の陽イオンは、サプレッサーで除去される。陽イオンが除去された濃縮液がアニオンクロマトグラフへ送られる。陰イオンの分析に用いたアニオンクロマトグラフは、溶離液に炭酸溶液(12mM NaHCO3+0.6mM Na2CO3in H2O)を使用し、分離カラムにPCI−205(東亜製)を使用した。炭酸溶液は1.0mL/分で流し、分離カラムは40℃に設定したカラム恒温槽に入れて用いた。
About the anion concentration in the modification 4 type concentration apparatus shown in FIG. 25, it is confirmed that the anion can be concentrated by supplying a cation source solution to AC.
When the concentrator of FIG. 25 is used under the condition of a constant current of 30 mA and 200 mM sodium carbonate solution is supplied instead of pure water supplied to the inlet 3, pure water is allowed to flow through the EC inlet 22 as shown by a dotted line. The concentration ratio of PO 4 ions in the concentrate eluted from the outlet 21 when the water flow rate was changed from 0.01 to 1.0 mL / min was measured. A schematic diagram of the apparatus used for the measurement is shown in FIG. The pumps 1, 2, and 3 that supply AC, EC, and CC of the apparatus shown in FIG. 62 use CCPM (manufactured by Tosoh Corporation), and pump 1 sends a sodium carbonate solution (20 mM) at 0.3 mL / min. 2 sent pure water at 0.01 to 1.0 mL / min, and pump 3 sent sample solution (5 μM Na 2 HPO 4 ) at 1.0 mL / min. An anion chromatograph suppressor is connected between the outlet 21 and an injector for ion chromatography system for anion analysis (20 μL, mounted on ICA-2000, manufactured by Toa). Cations in the concentrated solution eluted from the outlet 21 Is removed with a suppressor. The concentrated liquid from which the cation has been removed is sent to the anion chromatograph. In the anion chromatograph used for the analysis of anions, a carbonate solution (12 mM NaHCO 3 +0.6 mM Na 2 CO 3 in H 2 O) was used as an eluent, and PCI-205 (manufactured by Toa) was used as a separation column. . The carbonic acid solution was flowed at 1.0 mL / min, and the separation column was used in a column thermostat set at 40 ° C.
図63に図25の変形例4タイプ濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口3に陽イオン源溶液を供給し、ECに純水を点線のように流し、ポンプ2の流速を0.01、0.1、1.0mL/分で変化させたときのPO4イオンのイオンクロマトグラムを示す。(a) 1mL/分、(b)0.1mL/分、 (c)0.01mL/分である。 In FIG. 63, a modified type 4 type concentrator of FIG. 25 is used under the condition of a constant current of 30 mA, a cation source solution is supplied to the inlet 3, pure water is allowed to flow through the EC as indicated by a dotted line, and the flow rate of the pump 2 is reduced to 0. The ion chromatogram of PO 4 ion when changed at 0.01, 0.1, 1.0 mL / min is shown. (A) 1 mL / min, (b) 0.1 mL / min, (c) 0.01 mL / min.
図64に図25の変形例4タイプ濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口3に陽イオン源溶液を供給し、ECに純水を点線のように流し、ポンプ3の流速をポンプ2の流速で割った比とPO4イオンの濃縮率の関係グラフを示す。符合◆はポンプ1の流速をポンプ2の流速で割った比から求めた濃縮率、符合▲は出口21から溶出された濃縮液中のPO4イオンのピーク高さを、濃縮装置を利用しなかった時のPO4のピーク高さで割った比から求めた濃縮率である。濃縮率をポンプ流速比から求めた時の検量線は傾き1の直線となり、濃縮率をピーク高さ比から求めた時の検量線は傾き1.0244で、その時の、相関係数Rは0.996であった。 In FIG. 64, the modified type 4 type concentrator of FIG. 25 is used under the condition of a constant current of 30 mA, the cation source solution is supplied to the inlet 3, pure water is allowed to flow through the EC as indicated by the dotted line, and the flow rate of the pump 3 is pumped. 2 is a graph showing the relationship between the ratio divided by the flow rate of 2 and the concentration ratio of PO 4 ions. The symbol ◆ indicates the concentration ratio obtained by dividing the flow rate of the pump 1 by the flow rate of the pump 2, and the symbol ▲ indicates the peak height of PO 4 ions in the concentrate eluted from the outlet 21 without using a concentrator. It is the concentration rate obtained from the ratio divided by the peak height of PO 4 at the time. The calibration curve when the concentration rate is obtained from the pump flow rate ratio is a straight line with a slope of 1. The calibration curve when the concentration rate is obtained from the peak height ratio is a slope of 1.0244, and the correlation coefficient R at that time is 0. .996.
この結果は、実施例11に示すように図22の濃縮装置を使った陰イオンの濃縮で得られた図60,61の結果とほとんど同じ結果とであり、したがって、陰イオンでは、入口3に純水を供給した場合と陽イオン源を供給した場合に、出口21から溶出される濃縮液の濃縮率に差が表れないことが確認できた。
なお、濃縮装置の後にアニオンクロ用サプレッサーを接続したのは以下の理由である。
入口3に塩溶液を供給した場合、出口21から溶出される濃縮液中には高濃度の陽イオンが含まれることになり、高濃度の陽イオンがアニオンクロマトグラフに流れ込むと、サンプルの溶出時間が大きく変化してしまうため、濃縮液中の陽イオンを除去する必要があった。
This result is almost the same as the result of FIGS. 60 and 61 obtained by the concentration of the anion using the concentrator of FIG. 22 as shown in Example 11. Therefore, in the anion, at the inlet 3 It was confirmed that there was no difference in the concentration rate of the concentrate eluted from the outlet 21 when pure water was supplied and when the cation source was supplied.
In addition, the reason for connecting the suppressor for anion chromatography after the concentrator is as follows.
When a salt solution is supplied to the inlet 3, the concentrated solution eluted from the outlet 21 contains a high concentration of cations. When the high concentration of cations flows into the anion chromatograph, the elution time of the sample As a result, the cation in the concentrate must be removed.
表9は図25の変形例4タイプ濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口3に陽イオン源溶液を供給し、ECに純水を点線のように流し、ポンプ3の流速をポンプ2の流速で割った比とPO4イオンの濃縮率の関係を表す。
変形例3の膜を積層したタイプの陽イオンの濃縮において、ECに流す純水は、実線・点線どちらに流しても問題がないことを確認する実験を行った。実施例5において同じく変形例3タイプの図18に示す濃縮装置でECに流す純水を点線に沿って流す濃縮実験を実施しているので、ここでは図19に示す変形例3タイプ濃縮装置を使用し、ECの入口21に純水を実線のように流した時のデータを作成した。
図19の濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1に純水を供給し、ECの入口21に純水を実線のように流し、その純水の流速を0.1〜1mL/分で変化させた時の出口22から溶出される濃縮液中のCsイオンの濃縮率を測定した。測定に使用した装置の概略図を図71に示す。図19の装置のAC,EC,CCに供給するポンプ1、2、3にはCCPM(東ソー製)を使用し、ポンプ1は1mL/分でサンプル溶液(10μMCsCl)を送り、ポンプ2は、0.1〜1.0mL/分で純水を送り、ポンプ3は0.1mL/分で純水を送った。出口2はカチオン分析用イオンクロマトシステムのインジェクター(20μL、ICA-2000に搭載、東亜製)と接続されており、出口2の溶出液は、外気に触れることなく、カチオンクロマトグラフへ送られる。陽イオンの分析に用いたカチオンクロマトグラフはICA−2000(東亜製)で、溶離液に2.5mMメタンスルホン酸溶液を使用し、分離カラムにShim pack IC- C4(島津製)を使用した。2.5mMメタンスルホン酸溶液は1mL/分で流し、分離カラムは40度に設定したカラム恒温槽に入れて用いた。
In the concentration of the cation in which the membrane of the modified example 3 was laminated, an experiment was conducted to confirm that there was no problem whether pure water flowing to the EC flowed to either the solid line or the dotted line. In Example 5, since a concentration experiment in which pure water flowing through the EC is performed along the dotted line in the same manner as in the variation 3 type concentration device shown in FIG. 18 is performed, the variation 3 type concentration device shown in FIG. 19 is used here. It was used to create data when pure water was allowed to flow at the EC inlet 21 as shown by a solid line.
19 is used under the condition of a constant current of 30 mA, pure water is supplied to the inlet 1, pure water is allowed to flow to the EC inlet 21 as shown by a solid line, and the flow rate of the pure water is 0.1-1 mL / The concentration ratio of Cs ions in the concentrated solution eluted from the outlet 22 when changed in minutes was measured. A schematic view of the apparatus used for the measurement is shown in FIG. CCPM (manufactured by Tosoh) is used for pumps 1, 2, and 3 supplied to AC, EC, and CC of the apparatus of FIG. 19, pump 1 sends a sample solution (10 μMCsCl) at 1 mL / min, and pump 2 is 0 .Pure water was sent at a rate of 1 to 1.0 mL / min, and pump 3 sent pure water at a rate of 0.1 mL / min. The outlet 2 is connected to an injector of an ion chromatography system for cation analysis (20 μL, mounted on ICA-2000, manufactured by Toa), and the eluate from the outlet 2 is sent to the cation chromatograph without touching the outside air. The cation chromatograph used for the analysis of the cation was ICA-2000 (manufactured by Toa), a 2.5 mM methanesulfonic acid solution was used as an eluent, and Shim pack IC-C4 (manufactured by Shimadzu) was used as a separation column. The 2.5 mM methanesulfonic acid solution was flowed at 1 mL / min, and the separation column was used in a column thermostat set at 40 degrees.
図66に図19の濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1に純水を供給し、ECに純水を実線のように流し、ポンプ2の流速を0.1、0.2、0.5、1.0mL/分で変化させたときのCsイオンのイオンクロマトグラムを示す。(a) 1mL/分、(b)0.5mL/分、 (c)0.2mL/分、(d)0.1mL/分である。 In FIG. 66, the concentrator of FIG. 19 is used under the condition of a constant current of 30 mA, pure water is supplied to the inlet 1, pure water is supplied to the EC as shown by the solid line, and the flow rate of the pump 2 is 0.1, 0.2 , 0.5, and 1.0 mL / min, Cs ion ion chromatograms are shown. (A) 1 mL / min, (b) 0.5 mL / min, (c) 0.2 mL / min, (d) 0.1 mL / min.
表10は図19の変形例3タイプ濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1に純水を供給し、ECに純水を実線のように流し、ポンプ1の流速をポンプ2の流速で割った比とCsイオンの濃縮率の関係を表わす。 Table 10 shows a variation 3 type concentrator of FIG. 19 used under the condition of a constant current of 30 mA, supplying pure water to the inlet 1, flowing pure water to the EC as shown by a solid line, and changing the flow rate of the pump 1 to that of the pump 2. The relationship between the ratio divided by the flow rate and the concentration rate of Cs ions is shown.
図67に図19の濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1に純水を供給し、ECに純水を実線のように流し、ポンプ1の流速をポンプ2の流速で割った比とCsイオンの濃縮率の関係グラフを示す。符合■はポンプ1の流速をポンプ2の流速で割った比から求めた濃縮率、符合◆は出口22から溶出された濃縮液中のCsイオンのピーク高さを、濃縮装置を利用しなかった時のCsのピーク高さで割った比から求めた濃縮率である。濃縮率をポンプ流速比から求めた時の検量線は傾き1の直線となり、濃縮率をピーク高さ比から求めた時の検量線は傾き1.0883で、その時の、相関係数Rは0.998であった。 In FIG. 67, the concentrator of FIG. 19 is used under the condition of a constant current of 30 mA, pure water is supplied to the inlet 1, pure water is supplied to the EC as shown by a solid line, and the flow rate of the pump 1 is divided by the flow rate of the pump 2. The relationship graph of ratio and the concentration rate of Cs ion is shown. The symbol ■ indicates the concentration ratio obtained by dividing the flow rate of the pump 1 by the flow rate of the pump 2, and the symbol ◆ indicates the peak height of Cs ions in the concentrate eluted from the outlet 22 without using a concentrator. It is the concentration ratio obtained from the ratio divided by the peak height of Cs at the time. The calibration curve when the concentration rate is determined from the pump flow rate ratio is a straight line with a slope of 1. The calibration curve when the concentration rate is determined from the peak height ratio is the slope of 1.0883, and the correlation coefficient R at that time is 0. .998.
実施例5の結果と図66、67を比較するとほとんど同じ結果が得られており、したがって、変形例3の膜を積層したタイプにおいて、ECに流す純水は、実線・点線どちらに流しても濃縮率に差が表れないことが確認できた。
図10または11の変形例1タイプ濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1に純水を供給し、ECの入口21又は22に純水を実線と点線のように流した時、出口22又は21から溶出される濃縮液中のCsイオンの濃縮率を測定した。測定に使用した装置の概略図を図71に示す。図10または11の変形例1タイプ濃縮装置のAC,EC,CCに供給するポンプ1、2、3にはCCPM(東ソー製)を使用し、ポンプ1は1mL/分 でサンプル溶液(10μMCsCl)を送り、ポンプ2は1mL/分で純水を送り、ポンプ3は1mL/分で純水を送った。出口2はカチオン分析用イオンクロマトシステムのインジェクター(20μL、ICA-2000に搭載、東亜製)と接続されており、出口2の溶出液は、外気に触れることなく、カチオンクロマトグラフへ送られる。陽イオンの分析に用いたカチオンクロマトグラフはICA−2000(東亜製)で、溶離液に2.5mMメタンスルホン酸溶液を使用し、分離カラムにShim pack IC-C4(島津製)を使用した。2.5mMメタンスルホン酸溶液は1mL/分で流し、分離カラムは40℃に設定したカラム恒温槽に入れて用いた。 When the modified type 1 type concentrator in FIG. 10 or 11 is used under the condition of a constant current of 30 mA, pure water is supplied to the inlet 1 and pure water is allowed to flow to the EC inlet 21 or 22 as shown by a solid line and a dotted line, The concentration ratio of Cs ions in the concentrate eluted from the outlet 22 or 21 was measured. A schematic view of the apparatus used for the measurement is shown in FIG. 10 or 11 CCPM (manufactured by Tosoh) is used for pumps 1, 2, and 3 that supply AC, EC, and CC of the type concentrator, and pump 1 receives a sample solution (10 μMCsCl) at 1 mL / min. The pump 2 sent pure water at 1 mL / min, and the pump 3 sent pure water at 1 mL / min. The outlet 2 is connected to an injector of an ion chromatography system for cation analysis (20 μL, mounted on ICA-2000, manufactured by Toa), and the eluate from the outlet 2 is sent to the cation chromatograph without touching the outside air. The cation chromatograph used for the analysis of the cation was ICA-2000 (manufactured by Toa), a 2.5 mM methanesulfonic acid solution was used as an eluent, and Shim pack IC-C4 (manufactured by Shimadzu) was used as a separation column. The 2.5 mM methanesulfonic acid solution was flowed at 1 mL / min, and the separation column was used in a column thermostat set at 40 ° C.
図65に図10または11の変形例1タイプ濃縮装置を定電流30mAの条件で使用し、入口1に純水を供給し、ECに純水を点線と実線のように流したときのCsイオンのイオンクロマトグラムを示す。(a)点線,(b)実線である。
この結果から、陽イオンを濃縮する場合、ECの出口の場所が重要で、陽イオン交換樹脂上に設けることができないことが分かった。反対に陰イオンを濃縮する場合は、ECの出口を陰イオン交換樹脂上に設けることができないことになる。
FIG. 65 shows the Cs ion when the modified type 1 type concentrator of FIG. 10 or 11 is used under the condition of a constant current of 30 mA, pure water is supplied to the inlet 1 and pure water is allowed to flow through the EC as indicated by the dotted line and the solid line. The ion chromatogram of is shown. (A) dotted line, (b) solid line.
From this result, it was found that when the cation was concentrated, the location of the EC outlet was important and could not be provided on the cation exchange resin. On the other hand, when the anion is concentrated, the EC outlet cannot be provided on the anion exchange resin.
図30の変形例5膜積層タイプ濃縮装置において、アニオンの濃縮が可能であることの確認実験をした。
図30の変形例5タイプ濃縮装置を定電流40mAの条件で使用し、入口3に純水を供給した時、ECの入口21に純水を流し、その純水の流速を0.01−1mL/分で変化させた時の出口22から溶出される濃縮液中のPO4イオンの濃縮率を測定した。測定に使用した装置の概略図を図68に示す。図68の装置のAC,EC,CCに供給するポンプ1、2、3にはCCPM(東ソー製)を使用し、ポンプ1は1mL/分で純水を送り、ポンプ2は、0.01〜1.0mL/分で純水を送り、ポンプ3は1.0mL/分でサンプル溶液(5μM Na2HPO4)を送った。出口2はアニオン分析用イオンクロマトシステムのインジェクター(20μL、ICA-2000に搭載、東亜製)と接続されており、出口22の溶出液は、外気に触れることなく、アニオンクロマトグラフへ送られる。陰イオンの分析に用いたアニオンクロマトグラフは、溶離液に炭酸溶液(12mM NaHCO3+0.6mM Na2CO3in H2O)を使用し、分離カラムにPCI−205(東亜製)を使用した。炭酸溶液は1.0mL/分で流し、分離カラムは40℃に設定したカラム恒温槽に入れて用いた。
In the modified example 5 membrane lamination type concentrator of FIG. 30, an experiment was conducted to confirm that anion concentration was possible.
When the type 5 concentrator of the modified example 5 in FIG. 30 is used under the condition of a constant current of 40 mA and pure water is supplied to the inlet 3, pure water is allowed to flow through the EC inlet 21, and the flow rate of the pure water is 0.01-1 mL. The concentration ratio of PO 4 ions in the concentrate eluted from the outlet 22 when changed at 1 / min was measured. A schematic view of the apparatus used for the measurement is shown in FIG. 68. CCPM (manufactured by Tosoh) is used for the pumps 1, 2, and 3 supplied to the AC, EC, and CC of the apparatus of FIG. 68, the pump 1 sends pure water at 1 mL / min, and the pump 2 is 0.01 to Pure water was sent at 1.0 mL / min, and pump 3 sent the sample solution (5 μM Na 2 HPO 4 ) at 1.0 mL / min. The outlet 2 is connected to an injector of an ion chromatography system for anion analysis (20 μL, mounted on ICA-2000, manufactured by Toa), and the eluate at the outlet 22 is sent to the anion chromatograph without touching the outside air. In the anion chromatograph used for the analysis of anions, a carbonate solution (12 mM NaHCO 3 +0.6 mM Na 2 CO 3 in H 2 O) was used as an eluent, and PCI-205 (manufactured by Toa) was used as a separation column. . The carbonic acid solution was flowed at 1.0 mL / min, and the separation column was used in a column thermostat set at 40 ° C.
図69に図30の変形例5タイプ濃縮装置を定電流40mAの条件で使用し、入口3に純水を供給し、ECに純水を流し、ポンプ2の流速を0.01、0.1、1.0mL/分で変化させたときのPO4イオンのイオンクロマトグラムを示す。(a)1mL/分、(b)0.1mL/分、(c)0.01mL/分である。 In FIG. 69, the modified type 5 concentrator of FIG. 30 is used under the condition of a constant current of 40 mA, pure water is supplied to the inlet 3, pure water is supplied to EC, and the flow rate of the pump 2 is set to 0.01, 0.1. , Shows an ion chromatogram of PO 4 ion when changed at 1.0 mL / min. (A) 1 mL / min, (b) 0.1 mL / min, (c) 0.01 mL / min.
表11は図30の変形例5タイプ濃縮装置を定電流40mAの条件で使用し、入口3に純水を供給し、ECに純水を流し、ポンプ3の流速をポンプ2の流速で割った比とPO4イオンの濃縮率の関係を表わす。 Table 11 shows that a modified type 5 type concentrator of FIG. 30 is used under the condition of a constant current of 40 mA, pure water is supplied to the inlet 3, pure water is supplied to EC, and the flow rate of the pump 3 is divided by the flow rate of the pump 2. The relationship between the ratio and the concentration ratio of PO 4 ions is shown.
図70に図30の変形例5タイプ濃縮装置を定電流40mAの条件で使用し、入口3に純水を供給し、ECに純水を流し、ポンプ3の流速をポンプ2の流速で割った比とPO4イオンの濃縮率の関係グラフを示す。符号◆はポンプ1の流速をポンプ2の流速で割った比から求めた濃縮率、符号■は出口2から溶出された濃縮液中のPO4イオンのピーク高さを、濃縮装置を利用しなかった時のPO4のピーク高さで割った比から求めた濃縮率である。濃縮率をポンプ流速比から求めた時の検量線は傾き1の直線となり、濃縮率をピーク高さ比から求めた時の検量線は傾き0.84で、その時の、相関係数Rは0.996であった。
この結果は、実施例11に示すように図22の変形例4タイプ濃縮装置を使用して陰イオンの濃縮をした図60、61の結果とほとんど同じ結果であり、したがって、図30の装置においても陰イオンの濃縮が可能であることが確認できた。また、この結果から図30の装置は、陽イオンの濃縮にも利用できる。
This result is almost the same as the result of FIGS. 60 and 61 in which the anion concentration is performed using the variation 4 type concentrator of FIG. 22 as shown in Example 11, and therefore, in the apparatus of FIG. It was also confirmed that anions can be concentrated. From this result, the apparatus of FIG. 30 can also be used for cation concentration.
イオン溶液を単にイオン交換膜を使って電極間に挟んだ構造の装置に比べれば、本発明の濃縮装置が電力効率の面ですぐれていることを示すため、実験をした。図22の変形4タイプ濃縮装置におけるEC内に陽イオン交換樹脂と陰イオン交換膜積層体とで形成した界面が低電流で作動する上で必要であることを確認するため、図22の変形4タイプ濃縮装置のEC内に充填してある陽イオン交換樹脂の有無による電極間の電気抵抗の差を測定した。
陽イオン交換樹脂があるとき、電流20mA、電圧100V、電気抵抗5kオームであり、陽イオン交換樹脂がないとき、電流0.3mA,電圧100V、電気抵抗333kオームであった。このようにEC内に陽イオン交換体層を有することで、単にイオン溶液が存在する構造よりも電極間の電気抵抗を下げることができることを確認できた。
従って、本発明の濃縮装置が電力効率の面ですぐれていることを示している。
An experiment was conducted to show that the concentration device of the present invention is superior in terms of power efficiency as compared with a device having a structure in which an ion solution is simply sandwiched between electrodes using an ion exchange membrane. In order to confirm that the interface formed by the cation exchange resin and the anion exchange membrane laminate in the EC in the modified 4-type concentrator in FIG. 22 is necessary to operate at a low current, the modified 4 in FIG. The difference in electrical resistance between the electrodes with and without the cation exchange resin packed in the EC of the type concentrator was measured.
When the cation exchange resin was present, the current was 20 mA, the voltage was 100 V, and the electrical resistance was 5 kohm, and when there was no cation exchange resin, the current was 0.3 mA, the voltage was 100 V, and the electrical resistance was 333 kohm. Thus, it has been confirmed that by having the cation exchanger layer in the EC, it is possible to lower the electrical resistance between the electrodes as compared with the structure in which the ion solution simply exists.
Therefore, it shows that the concentrating device of the present invention is excellent in terms of power efficiency.
本発明のイオン濃縮装置は、地下水、河川、湖沼の水質検査や酸性雨、放射性セシウム等の自然環境分析ほか純水の水質管理にその他医薬、農薬、食品添加物等工業用、医療用向けに微量イオンの採取、分析に濃縮による分析機器の感度向上に利用することが出来る。
さらに産業用洗浄、再生、分離、溶解ほか各種処理用高濃度強酸、強塩基の使用後の再処理に高濃縮性を生かした再処理装置として利用することが出来る。
The ion concentrator of the present invention is used for groundwater, river, lake water quality inspection and acid rain, natural environmental analysis such as radioactive cesium, etc., as well as water quality management of pure water, and other industrial, medical, etc. medicines, agricultural chemicals, food additives, etc. It can be used to improve the sensitivity of analytical instruments by collecting and analyzing trace ions.
Furthermore, it can be used as a reprocessing apparatus utilizing high concentration for reprocessing after use of industrial high-concentration strong acids and bases for industrial cleaning, regeneration, separation and dissolution.
1 陰イオン交換樹脂、イオン交換基固定基極性のプラスで示す。
2 陽イオン交換樹脂、イオン交換基固定基極性のマイナスで示す。
3 陰イオン交換膜
4 陽イオン交換膜
5 液体透過性を付与した陽イオン交換膜
6 液体透過性を付与した陰イオン交換膜
7 液体透過性を付与した陽イオン交換膜
8 陰極電極
9 陽極電極
1 Anion exchange resin, indicated by plus ion exchange group fixing group polarity.
2 Cation exchange resin, indicated by minus of ion exchange group fixing group polarity.
3 Anion Exchange Membrane 4 Cation Exchange Membrane 5 Cation Exchange Membrane with Liquid Permeability 6 Anion Exchange Membrane with Liquid Permeability 7 Cation Exchange Membrane with Liquid Permeability 8 Cathode Electrode 9 Anode Electrode
Claims (20)
(a1)前記内部ゾーンの中の一端部が陰極室ゾーンであり、陰極電極側に接して液体透過性を付与した陽イオン交換膜で、隣接する中央の濃縮室ゾーン側に陰イオン交換膜で仕切られた前記陰極室ゾーン内に陰イオン交換樹脂を充填し、前記陰極室ゾーンの上部に設置された濃縮対象陰イオンを含む溶液または純水、陰イオン源溶液を注入する入口1からなる
(a2)前記内部ゾーンの中の他端部が陽極室ゾーンであり、陽極電極側に接して液体透過性を付与した陽イオン交換膜と液体透過性を付与した陰イオン交換膜を重ねて、隣接する中央の濃縮室ゾーン側に陽イオン交換膜で仕切られた前記陽極室ゾーン内に陽イオン交換樹脂を充填し、前記陽極室ゾーンの上部に設置された濃縮対象陽イオンを含む溶液または純水、陽イオン源溶液を注入する入口3からなる
(a3)前記内部ゾーンの中の中央部が濃縮室ゾーンであり、前記陰極室ゾーン側と陰イオン交換膜でおよび前記陽極室ゾーン側と陽イオン交換膜で仕切られた前記濃縮室ゾーン内に陰極側に陰イオン交換樹脂を陽極側に陽イオン交換樹脂を、前記濃縮室ゾーンの中央縦断面を挟んで充填し、前記濃縮室ゾーンの上部又は下部に設置された陰イオン交換樹脂層側に純水を注入する入口21若しくは陽イオン交換樹脂層側に純水を注入する入口22と、さらに前記濃縮室ゾーンの下部又は上部に設置された陽イオン交換樹脂層側に入口21に対応して液の排出口22若しくは陰イオン交換樹脂層側に入口22に対応して液の排出口21からなる
(B) 両電極をそれぞれ別個に囲む2室からなる外部ゾーンと
(b1)前記外部ゾーンが陰極電極を囲む外部ゾーンであり、前記陰極電極に接する液体透過性を付与した陽イオン交換膜で仕切られ、電極を囲む空間の一部に設置された水と水素ガスを排出する出口1からなる
(b2) )前記外部ゾーンが陽極電極を囲む外部ゾーンであり、前記陽極電極に接する液体透過性を付与した陽イオン交換膜と液体透過性を付与した陰イオン交換膜を重ねて仕切られ、電極を囲む空間の一部に設置された水と酸素ガスを排出する出口3からなる
(C)上記電極を結ぶ外部電源と
を備えるイオン濃縮装置。 (A) An internal zone consisting of three chambers partitioned by an ion exchange membrane in the container space between both electrodes, and (a1) one end of the internal zone is a cathode chamber zone, which is in contact with the cathode electrode side and transmits liquid An anion exchange resin is filled in the cathode chamber zone partitioned by an anion exchange membrane on the adjacent central concentration chamber zone side, and installed at the upper part of the cathode chamber zone. (A2) The other end of the inner zone is the anode chamber zone, and is in contact with the anode electrode side to transmit liquid. Cation exchange resin in the anode chamber zone divided by the cation exchange membrane on the side of the adjacent central concentration chamber zone by overlapping the cation exchange membrane imparted with the property and the anion exchange membrane imparted with the liquid permeability filled with, the anode chamber zone The solution or pure water including installation enriching target cations part consists inlet 3 for injecting a cation source solution (a3) central portion in the inner zone is a concentrating chamber zone, said cathode chamber zone side And an anion exchange membrane and in the concentration chamber zone partitioned by the anode chamber zone side and the cation exchange membrane, an anion exchange resin on the cathode side and a cation exchange resin on the anode side, and the center of the concentration chamber zone An inlet 21 for injecting pure water into the anion exchange resin layer side, or an inlet 22 for injecting pure water into the cation exchange resin layer side, which is filled in across the longitudinal section and installed in the upper or lower part of the concentration chamber zone ; Further, a liquid discharge port 22 corresponding to the inlet 21 on the cation exchange resin layer side installed in the lower part or upper part of the concentration chamber zone or a liquid discharge port corresponding to the inlet 22 on the anion exchange resin layer side Consisting of 21 ( B) an external zone consisting of two chambers surrounding each electrode separately
(b1 ) The external zone is an external zone surrounding the cathode electrode, and is partitioned by a cation exchange membrane imparting liquid permeability in contact with the cathode electrode, and water and hydrogen gas installed in a part of the space surrounding the electrode Consisting of outlet 1 for discharging
(b2) ) The external zone is an external zone surrounding the anode electrode, and is partitioned by overlapping a liquid permeable cation exchange membrane in contact with the anode electrode and a liquid permeable anion exchange membrane. Consists of an outlet 3 for discharging water and oxygen gas installed in a part of the space surrounding
(C) An ion concentrator provided with an external power source connecting the electrodes.
濃縮室ゾーンに代えて、
前記内部ゾーンの中の中央部が濃縮室ゾーンであり、前記陰極室ゾーン側と陰イオン交換膜でおよび前記陽極室ゾーン側と陽イオン交換膜で仕切られた前記濃縮室ゾーン内に陰極側に陰イオン交換樹脂を陽極側に陽イオン交換樹脂を、前記濃縮室ゾーンの中央縦断面に液体透過性を付与された陽イオン交換膜からなる中央縦断面部を挟んで充填し、前記濃縮室ゾーンの上部又は下部に設置された陰イオン交換樹脂層側に純水を注入する入口21若しくは陽イオン交換樹脂層側に純水を注入する入口22と、さらに前記濃縮室ゾーンの下部又は上部に設置された陽イオン交換樹脂層側に入口21に対応して液の排出口22若しくは陰イオン交換樹脂層側に入口22に対応して液の排出口21からなる
として他の構成要件を同一としたイオン濃縮装置。 In the ion concentrator according to claim 1, in place of the concentrating chamber zone according to (a3), which is a part of the constituent elements,
The central part of the inner zone is a concentration chamber zone, and is located on the cathode side in the concentration chamber zone partitioned by the cathode chamber zone side and the anion exchange membrane and by the anode chamber zone side and the cation exchange membrane. An anion exchange resin is filled on the anode side with a cation exchange resin, and a central longitudinal section made of a cation exchange membrane having a liquid permeability is provided in the central longitudinal section of the concentration chamber zone . An inlet 21 for injecting pure water into the anion exchange resin layer side installed at the upper part or the lower part, an inlet 22 for injecting pure water into the cation exchange resin layer side, and a lower part or an upper part of the concentration chamber zone. The other cation exchange resin layer side corresponding to the inlet 21 and the liquid discharge port 22 corresponding to the inlet 21 or the anion exchange resin layer side corresponding to the inlet 22 and the liquid discharge port 21 corresponding to the other components are the same. concentrated Location.
濃縮室ゾーンに代えて、
前記内部ゾーンの中の中央部が濃縮室ゾーンであり、前記陰極室ゾーン側と陰イオン交換膜でおよび前記陽極室ゾーン側と陽イオン交換膜で仕切られた前記濃縮室ゾーン内に陰極側に陰イオン交換樹脂を陽極側に陽イオン交換樹脂を、前記濃縮室ゾーンの中央縦断面に液体透過性を付与された陰イオン交換膜からなる中央縦断面部を挟んで充填し、前記濃縮室ゾーンの上部又は下部に設置された陰イオン交換樹脂層側に純水を注入する入口21若しくは陽イオン交換樹脂層側に純水を注入する入口22と、さらに前記濃縮室ゾーンの下部又は上部に設置された陽イオン交換樹脂層側に入口21に対応して液の排出口22若しくは陰イオン交換樹脂層側に入口22に対応して液の排出口21からなる
として他の構成要件を同一としたイオン濃縮装置。 In the ion concentrator according to claim 1, in place of the concentrating chamber zone according to (a3), which is a part of the constituent elements,
The central part of the inner zone is a concentration chamber zone, and is located on the cathode side in the concentration chamber zone partitioned by the cathode chamber zone side and the anion exchange membrane and by the anode chamber zone side and the cation exchange membrane. An anion exchange resin is filled on the anode side with a cation exchange resin, and a central longitudinal section made of an anion exchange membrane imparted with liquid permeability is filled in the central longitudinal section of the concentration chamber zone , and the concentration chamber zone An inlet 21 for injecting pure water into the anion exchange resin layer side installed at the upper part or the lower part, an inlet 22 for injecting pure water into the cation exchange resin layer side, and a lower part or an upper part of the concentration chamber zone. The other cation exchange resin layer side corresponding to the inlet 21 and the liquid discharge port 22 corresponding to the inlet 21 or the anion exchange resin layer side corresponding to the inlet 22 and the liquid discharge port 21 corresponding to the other components are the same. concentrated Location.
濃縮室ゾーンに代えて、
前記内部ゾーンの中の中央部が濃縮室ゾーンであり、前記陰極室ゾーン側と陰イオン交換膜でおよび前記陽極室ゾーン側と陽イオン交換膜で仕切られた前記濃縮室ゾーン内に陰極側に陰イオン交換樹脂を、陽極側に前記濃縮室ゾーンの中心軸に略直角に積層した陽イオン交換膜層を、前記濃縮室ゾーンの中央縦断面を挟んで充填し、前記濃縮室ゾーンの上部又は下部に設置された陰イオン交換樹脂層側に純水を注入する入口21若しくは陽イオン交換膜層側に純水を注入する入口22と、さらに前記濃縮室ゾーンの下部又は上部に設置された陽イオン交換膜層側に入口21に対応して液の排出口22若しくは陰イオン交換樹脂層側に入口22に対応して液の排出口21からなる
として他の構成要件を同一としたイオン濃縮装置。 In the ion concentrator according to claim 1, in place of the concentrating chamber zone according to (a3), which is a part of the constituent elements,
The central part of the inner zone is a concentration chamber zone, and is located on the cathode side in the concentration chamber zone partitioned by the cathode chamber zone side and the anion exchange membrane and by the anode chamber zone side and the cation exchange membrane. A cation exchange membrane layer in which an anion exchange resin is laminated on the anode side at a substantially right angle to the central axis of the concentration chamber zone is filled with a central longitudinal section of the concentration chamber zone interposed therebetween, and an upper portion of the concentration chamber zone or An inlet 21 for injecting pure water into the anion exchange resin layer side installed in the lower part, an inlet 22 for injecting pure water into the cation exchange membrane layer side, and a positive part installed in the lower part or upper part of the concentration chamber zone. An ion concentrator having the same other components as the liquid discharge port 22 corresponding to the inlet 21 on the ion exchange membrane layer side or the liquid discharge port 21 corresponding to the inlet 22 on the anion exchange resin layer side. .
濃縮室ゾーンに代えて、
前記内部ゾーンの中の中央部が濃縮室ゾーンであり、前記陰極室ゾーン側と陰イオン交換膜でおよび前記陽極室ゾーン側と陽イオン交換膜で仕切られた前記濃縮室ゾーン内に陰極側に前記濃縮室ゾーンの中心軸に略直角に積層した陰イオン交換膜層を、陽極側に陽イオン交換樹脂を、前記濃縮室ゾーンの中央縦断面を挟んで充填し、前記濃縮室ゾーンの上部又は下部に設置された陰イオン交換膜層側に純水を注入する入口21若しくは陽イオン交換樹脂層側に純水を注入する入口22と、さらに前記濃縮室ゾーンの下部又は上部に設置された陽イオン交換樹脂層側に入口21に対応して液の排出口22若しくは陰イオン交換膜層側に入口22に対応して液の排出口21からなる
として他の構成要件を同一としたイオン濃縮装置。 In the ion concentrator according to claim 1, in place of the concentrating chamber zone according to (a3), which is a part of the constituent elements,
The central part of the inner zone is a concentration chamber zone, and is located on the cathode side in the concentration chamber zone partitioned by the cathode chamber zone side and the anion exchange membrane and by the anode chamber zone side and the cation exchange membrane. An anion exchange membrane layer laminated at a substantially right angle to the central axis of the concentration chamber zone is filled with a cation exchange resin on the anode side across the central longitudinal section of the concentration chamber zone , and the upper portion of the concentration chamber zone or An inlet 21 for injecting pure water into the anion exchange membrane layer side installed in the lower part, an inlet 22 for injecting pure water into the cation exchange resin layer side, and a positive part installed in the lower or upper part of the concentration chamber zone. An ion concentrating device having the same other constituent elements as the liquid discharge port 22 corresponding to the inlet 21 on the ion exchange resin layer side or the liquid discharge port 21 corresponding to the inlet 22 on the anion exchange membrane layer side. .
濃縮室ゾーンに代えて、
前記内部ゾーンの中の中央部が濃縮室ゾーンであり、前記陰極室ゾーン側と陰イオン交換膜でおよび前記陽極室ゾーン側と陽イオン交換膜で仕切られた前記濃縮室ゾーン内に陰極側に前記濃縮室ゾーンの中心軸に略直角に積層した陰イオン交換膜層を、陽極側に前記濃縮室ゾーンの中心軸に略直角に積層した陽イオン交換膜層を、前記濃縮室ゾーンの中央縦断面を挟んで充填し、前記濃縮室ゾーンの上部又は下部に設置された陰イオン交換膜層側に純水を注入する入口21若しくは陽イオン交換膜層側に純水を注入する入口22と、さらに前記濃縮室ゾーンの下部又は上部に設置された陽イオン交換膜層側に入口21に対応して液の排出口22若しくは陰イオン交換膜層側に入口22に対応して液の排出口21からなる
として他の構成要件を同一としたイオン濃縮装置。 In the ion concentrator according to claim 1, in place of the concentrating chamber zone according to (a3), which is a part of the constituent elements,
The central part of the inner zone is a concentration chamber zone, and is located on the cathode side in the concentration chamber zone partitioned by the cathode chamber zone side and the anion exchange membrane and by the anode chamber zone side and the cation exchange membrane. An anion exchange membrane layer laminated at a substantially right angle to the central axis of the concentration chamber zone, and a cation exchange membrane layer laminated at a substantially right angle to the central axis of the concentration chamber zone on the anode side, the central longitudinal section of the concentration chamber zone An inlet 21 for injecting pure water into the anion exchange membrane layer side, or an inlet 22 for injecting pure water into the cation exchange membrane layer side, which is filled across the surface and installed at the upper or lower part of the concentration chamber zone ; Further, a liquid discharge port 22 corresponding to the inlet 21 on the cation exchange membrane layer side installed in the lower or upper part of the concentration chamber zone or a liquid discharge port 21 corresponding to the inlet 22 on the anion exchange membrane layer side. Other configuration requirements as First and ion concentrator.
In a state where no current is passed between the electrodes, a solution containing transition metal ions, which are ions to be concentrated, is injected from the inlet 3, a strong acid is injected from the inlet 1, or no boric acid and carbonic acid are contained, and A weak acid containing formic acid and acetic acid is injected, and then an electric current is passed between the electrodes, and pure water is injected from the inlet 21 and a solution containing concentrated ions is discharged from the outlet 22 or injected from the inlet 22 and discharged. The ion concentrator according to any one of claims 1 to 6, wherein a solution containing concentrated ions is discharged from the outlet 21 or a solution containing concentrated ions is discharged from the outlet 21 or the outlet 22 without injecting the pure water. Transition metal ion intermittent ion concentration method to be used.
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