JP7477374B2 - Method for changing ion type of monolithic organic porous anion exchanger and method for producing monolithic organic porous anion exchanger - Google Patents

Method for changing ion type of monolithic organic porous anion exchanger and method for producing monolithic organic porous anion exchanger Download PDF

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本発明は、アニオン交換体のイオン形を変更する方法およびアニオン交換体を製造する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for changing the ionic form of an anion exchanger and a method for producing an anion exchanger.

従来より、超純水中に混入する金属イオン等を除去したり、各種アルコールやエーテル等の薬液に混入する金属イオン等を除去するために、アニオン交換体が利用されている。 Anion exchangers have traditionally been used to remove metal ions and other contaminants from ultrapure water, as well as from various chemical solutions such as alcohols and ethers.

例えば、半導体製造プロセスで用いられる超純水は、サブシステムと呼ばれる精製設備において高純度化されるが(例えば、特許文献1(特開2010-234356号公報)参照)、サブシステムから半導体製造処理が行われる各ユースポイント(ウェットステーション)への送液中に、配管やバルブ等から金属成分等の不純物が溶出する場合がある。また、洗浄剤、溶解溶剤に用いられる各種アルコールやエーテル等の薬液に関しても、薬液貯蔵タンクや送液配管から金属成分等の不純物が溶出する場合がある。 For example, ultrapure water used in semiconductor manufacturing processes is highly purified in refining equipment called a subsystem (see, for example, Patent Document 1 (JP 2010-234356 A)), but impurities such as metal components may leach out from pipes and valves during delivery from the subsystem to each use point (wet station) where the semiconductor manufacturing process is carried out. In addition, impurities such as metal components may leach out from chemical storage tanks and delivery pipes for chemicals such as various alcohols and ethers used as cleaning agents and dissolving solvents.

このため、上記不純物がアニオン性である場合は、各ユースポイント近傍にアニオン交換体を含む精製カートリッジを配置して不純物除去をすることが考えられる。 For this reason, if the above impurities are anionic, it may be possible to remove the impurities by placing purification cartridges containing anion exchangers near each use point.

また、上記半導体製造プロセスでユースポイントへ供給され、洗浄に用いられた超純水は、回収水として、再度超純水製造用原料水の一部として用いられている。 In addition, the ultrapure water that is supplied to the point of use in the above semiconductor manufacturing process and used for cleaning is recovered and reused as part of the raw water for producing ultrapure water.

しかしながら、上記半導体製造プロセスでは、被処理物の構成材料(半導体材料)から超純水中にB元素やAs元素等のイオン性不純物又は微粒子等が溶出する場合が考えられるため、回収された超純水は、イオン性不純物又は微粒子等を多く含有すると考えられる。
このため、回収された超純水を再利用する上では、予め超純水中に混入したイオン性不純物又は微粒子等を除去することが求められる。
However, in the above-mentioned semiconductor manufacturing process, it is conceivable that ionic impurities such as B elements and As elements or fine particles may be eluted from the constituent material of the workpiece (semiconductor material) into the ultrapure water, and therefore the recovered ultrapure water is likely to contain a large amount of ionic impurities or fine particles.
For this reason, when reusing the recovered ultrapure water, it is necessary to remove ionic impurities or fine particles that have been mixed into the ultrapure water in advance.

上記回収された超純水からイオン性不純物又は微粒子等を除去する方法として、出願人は、先に、モノリス状有機多孔質アニオン交換体が充填されたイオン交換体充填モジュールを用いて超純水を精製する方法を提案するに至っている(国際出願番号PCT/JP2019/019348参照)。 As a method for removing ionic impurities or fine particles from the recovered ultrapure water, the applicant has previously proposed a method for purifying ultrapure water using an ion exchanger-packed module packed with a monolithic organic porous anion exchanger (see International Application No. PCT/JP2019/019348).

特開2010-234356号公報JP 2010-234356 A

このように、超純水中や薬液中に含まれるイオン性不純物又は微粒子等を除去するためにアニオン交換体を利用することが提案されるようになっており、上記超純水の精製に適したアニオン交換体を調製したり、上記超純水の精製に使用したアニオン交換体を使用後に再生して再度使用することが求められるようになっている。 In this way, the use of anion exchangers has been proposed to remove ionic impurities or fine particles contained in ultrapure water or chemical solutions, and there is a demand for preparing anion exchangers suitable for purifying the above-mentioned ultrapure water, and for regenerating anion exchangers used in purifying the above-mentioned ultrapure water after use and reusing them again.

陰イオン交換基として四級アンモニウム基やアミノ基を有するアニオン交換体において、そのイオン形(陰イオン交換基のカウンターイオンの形態)は、不純物元素の除去性能を高める上でOH形が望ましいことから、アニオン交換体の調製時にイオン形をOH形にしたりアニオン交換体のイオン形の再生時にイオン形をOH形に再生することが求められる。
アニオン交換体のイオン形をOH形に変更するためには、通常、(1)酸処理、(2)水処理、(3)塩酸処理、(4)水処理、(5)炭酸塩または重炭酸塩処理、(6)水処理および(7)水酸化ナトリウム処理の順で処理することが行われている。
すなわち、アニオン交換体の酸洗浄を行った後、陰イオン交換基のカウンターイオンを、順次、硝酸イオン、塩化物イオンおよび炭酸イオンとした後に水酸化物イオンにする処理が行われており、係る順番で処理することにより、イオン形を高い割合でOH形に変更することができるとされている。
In anion exchangers having quaternary ammonium groups or amino groups as anion exchange groups, the ionic form (the form of the counter ion of the anion exchange group) is preferably the OH form in order to enhance the performance of removing impurity elements. Therefore, it is required to convert the ionic form to the OH form during preparation of the anion exchanger, and to regenerate the ionic form of the anion exchanger to the OH form during regeneration.
In order to change the ionic form of an anion exchanger to the OH form, the following treatments are usually carried out in the following order: (1) acid treatment, (2) water treatment, (3) hydrochloric acid treatment, (4) water treatment, (5) carbonate or bicarbonate treatment, (6) water treatment, and (7) sodium hydroxide treatment.
That is, after the anion exchanger is washed with an acid, the counter ions of the anion exchange groups are successively converted to nitrate ions, chloride ions, and carbonate ions, and then converted to hydroxide ions. By performing the processes in this order, it is believed that a high proportion of the ionic form can be changed to the OH form.

しかしながら、上記イオン形変更方法は、処理工程数が多く、処理時間が長くなったり処理に手間を要することから、より簡便かつ短時間にイオン形をOH形に変更する方法が求められるようになっていた。
また、上記イオン形の変更方法は、上記「(5)炭酸塩または重炭酸塩処理」時に炭酸塩または重炭酸塩中に不純物として混入する各種金属がアニオン交換体中に残存したり、上記「(7)水酸化ナトリウム処理」時にナトリウムがアニオン交換体中に残存するために、上記「(7)水酸化ナトリウム」処理後にさらに長時間の水処理を要したり、使用時にアニオン交換体の下流側にさらにカチオン交換体を配置して金属溶出物(金属イオン)を除去する必要があった。
However, the above-mentioned ionic form changing method requires many processing steps, and the processing time is long and the processing is laborious, so there has been a demand for a simpler method for changing the ionic form to the OH form in a short time.
In addition, the above-mentioned ion form changing method requires a long water treatment after the above-mentioned "(7) Sodium hydroxide treatment" because various metals mixed as impurities in the carbonate or bicarbonate remain in the anion exchanger during the above-mentioned "(5) Carbonate or bicarbonate treatment" and because sodium remains in the anion exchanger during the above-mentioned "(7) Sodium hydroxide treatment". In addition, it is necessary to place an additional cation exchanger downstream of the anion exchanger during use to remove metal eluates (metal ions).

このような状況下、本発明は、各種金属の残存を抑制しつつ、アニオン交換体のイオン形を簡便かつ短時間に高い割合で変更する方法およびアニオン交換体の製造方法を提供することを目的とするものである。 Under these circumstances, the present invention aims to provide a method for easily and quickly changing the ionic form of an anion exchanger at a high rate while suppressing the residual amount of various metals, and a method for producing an anion exchanger.

本発明者等は、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、超純水の精製または薬液の精製に使用するアニオン交換体のイオン形を変更するために、前記アニオン交換体と第四級アンモニウム水酸化物の水溶液とを接触させることにより、上記技術課題を解決し得ることを見出し、本知見に基づいて本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research conducted by the inventors to achieve the above object, they discovered that the above technical problems can be solved by contacting an anion exchanger used in the purification of ultrapure water or chemical solutions with an aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide in order to change the ionic form of the anion exchanger. Based on this finding, they have completed the present invention.

すなわち、本発明は、
(1)超純水の精製または薬液の精製に使用するアニオン交換体のイオン形を変更するために、前記アニオン交換体と第四級アンモニウム水酸化物の水溶液とを接触させることを特徴とするアニオン交換体のイオン形変更方法、
(2)前記第四級アンモニウム水酸化物が、下記一般式(I)

Figure 0007477374000001
(式中、R~Rは、各々水酸基を有していてもよい炭素数1~4の炭化水素基であり、互いに同一であっても異なっていてもよい。)
で表される化合物から選ばれる一種以上である上記(1)に記載のアニオン交換体のイオン形変更方法、
(3)前記第四級アンモニウム水酸化物の水溶液中における第四級アンモニウム水酸化物の濃度が0.1~2.0Nである上記(1)または(2)に記載のアニオン交換体のイオン形変更方法、
(4)前記アニオン交換体を、鉱酸と接触し、次いで水で洗浄した後に前記第四級アンモニウム水酸化物の水溶液と接触させる上記(1)~(3)のいずれかに記載のアニオン交換体のイオン形変更方法、
(5)前記アニオン交換体を、鉱酸と接触し、次いで水で洗浄した後、さらに塩酸と接触し、次いで水で洗浄した上で、前記第四級アンモニウム水酸化物の水溶液と接触させる上記(1)~(4)のいずれかに記載のアニオン交換体のイオン形変更方法、
(6)前記アニオン交換体がモノリス状有機多孔質アニオン交換体である上記(1)~(5)のいずれかに記載のアニオン交換体のイオン形変更方法、
(7)前記モノリス状有機多孔質アニオン交換体が、全構成単位中、架橋構造単位を0.1~5.0モル%含有する芳香族ビニルポリマーからなる平均太さが乾燥状態で1~60μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に平均直径が乾燥状態で10~200μmの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であって、乾燥状態での全細孔容積が0.5~10mL/gであり、アニオン交換基を有しており、水湿潤状態での体積当りのアニオン交換容量が、0.2~1.0mg当量/mL(水湿潤状態)であり、アニオン交換基が有機多孔質アニオン交換体中に均一に分布しているモノリス状有機多孔質アニオン交換体である上記(6)に記載のアニオン交換体のイオン形変更方法、
(8)前記アニオン交換体に対し、第四級アンモニウム水酸化物の水溶液を、液空間速度SVが20000h-1以下となるように通液する上記(6)または~(7)に記載のアニオン交換体のイオン形変更方法、および
(9)超純水の精製または薬液の精製に使用するアニオン交換体の製造時にイオン形を変更するために、前記アニオン交換体と第四級アンモニウム水酸化物の水溶液とを接触させることを特徴とするアニオン交換体の製造方法、
を提供するものである。 That is, the present invention provides
(1) A method for changing the ion type of an anion exchanger used in the purification of ultrapure water or chemical solutions, comprising contacting the anion exchanger with an aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide;
(2) The quaternary ammonium hydroxide is represented by the following general formula (I):
Figure 0007477374000001
(In the formula, R 1 to R 4 are each a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms which may have a hydroxyl group, and may be the same or different.)
The method for changing the ion type of an anion exchanger according to the above (1),
(3) The method for changing the ion form of an anion exchanger according to (1) or (2) above, wherein the concentration of the quaternary ammonium hydroxide in the aqueous solution of the quaternary ammonium hydroxide is 0.1 to 2.0 N;
(4) A method for changing the ion form of an anion exchanger according to any one of (1) to (3) above, which comprises contacting the anion exchanger with a mineral acid, washing the anion exchanger with water, and then contacting the anion exchanger with an aqueous solution of the quaternary ammonium hydroxide;
(5) A method for changing the ion form of an anion exchanger according to any one of (1) to (4) above, which comprises contacting the anion exchanger with a mineral acid, washing it with water, contacting it with hydrochloric acid, washing it with water, and then contacting it with an aqueous solution of the quaternary ammonium hydroxide;
(6) The method for changing the ionic form of an anion exchanger according to any one of (1) to (5) above, wherein the anion exchanger is a monolithic organic porous anion exchanger;
(7) The method for changing the ionic form of an anion exchanger according to (6) above, wherein the monolithic organic porous anion exchanger is a bicontinuous structure consisting of a three-dimensionally continuous skeleton having an average thickness of 1 to 60 μm in a dry state, which is made of an aromatic vinyl polymer containing 0.1 to 5.0 mol % of crosslinked structural units among all structural units, and three-dimensionally continuous pores having an average diameter of 10 to 200 μm in a dry state between the skeletons, the total pore volume in a dry state being 0.5 to 10 mL/g, the anion exchange group being present, the anion exchange capacity per volume in a water-wet state being 0.2 to 1.0 mg equivalent/mL (water-wet state), and the anion exchange group being uniformly distributed in the organic porous anion exchanger;
(8) A method for changing the ion type of an anion exchanger according to any one of (6) to (7) above, in which an aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide is passed through the anion exchanger so that the liquid hourly space velocity (SV) is 20,000 h -1 or less; and (9) a method for producing an anion exchanger, in order to change the ion type during the production of an anion exchanger used in the purification of ultrapure water or chemical solutions, the method being characterized in that the anion exchanger is brought into contact with an aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide.
This provides:

本発明によれば、各種金属の残存を抑制しつつ、アニオン交換体のイオン形を簡便かつ短時間に高い割合で変更する方法およびアニオン交換体の製造方法を提供することができる。 The present invention provides a method for easily and quickly changing the ionic form of an anion exchanger at a high rate while suppressing the residual amount of various metals, and a method for producing an anion exchanger.

モノリス状有機多孔質アニオン交換体の形態例のSEM写真である。1 is a SEM photograph of an example of the morphology of a monolithic organic porous anion exchanger. モノリス状有機多孔質アニオン交換体の共連続構造の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a bicontinuous structure of a monolithic organic porous anion exchanger. モノリス状有機多孔質中間体の形態例のSEM写真である。1 is a SEM photograph of an example of the morphology of a monolithic organic porous intermediate body. 本発明におけるアニオン交換体と第四級アンモニウム水酸化物の水溶液との接触形態例を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the contact form between an anion exchanger and an aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide in the present invention. アニオン交換体を含む容器Aとカチオン交換体を含む容器Cとを有する精製装置Uを示す図である。FIG. 1 shows a purification apparatus U having a vessel A containing an anion exchanger and a vessel C containing a cation exchanger. 本発明の実施例および比較例における結果を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing results in an example of the present invention and a comparative example.

先ず、本発明に係るアニオン交換体のイオン形変更方法について説明する。
本発明に係るアニオン交換体のイオン形変更方法は、超純水の精製または薬液の精製に使用するアニオン交換体のイオン形を変更するために、前記アニオン交換体と第四級アンモニウム水酸化物の水溶液とを接触させることを特徴とするものである。
First, the method for changing the ion type of an anion exchanger according to the present invention will be described.
The method for changing the ion form of an anion exchanger according to the present invention is characterized in that the anion exchanger used for purifying ultrapure water or purifying chemical solutions is brought into contact with an aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide in order to change the ion form of the anion exchanger.

<アニオン交換体>
本発明において、超純水の精製に使用されるアニオン交換体とは、各種製造工程で使用される超純水を精製するために同製造工程中に組み込まれたものであってもよいし、一旦使用された超純水を回収し精製するために使用されるものであってもよい。
<Anion exchanger>
In the present invention, the anion exchanger used for purifying ultrapure water may be one that is incorporated into various production processes in order to purify ultrapure water used in the same production processes, or one that is used to recover and purify ultrapure water that has been used once.

本発明において、薬液の精製に使用されるアニオン交換体とは、薬液を精製するために薬液の製造工程中に組み込まれたものであってもよいし、一旦製造された薬液を別途精製するために使用されるものであってもよい。 In the present invention, the anion exchanger used to purify a drug solution may be one that is incorporated into the drug solution manufacturing process in order to purify the drug solution, or it may be one that is used to separately purify a drug solution that has already been manufactured.

上記精製対象となる薬液としては、過酸化水素、塩酸、フッ化水素酸、燐酸、酢酸、水酸化テトラメチルアンモニウム、フッ化アンモニウム、アセトン、2-ブタノン、酢酸-n-ブチル、エタノール、メタノール、2-プロパノール、トルエン、キシレン、酢酸プロピレングリコールメチルエーテル、N-メチル-2-ピロリジノン、乳酸エチル、フェノール化合物、ジメチルスルホキシド、テトラヒドラフラン、γ-ブチルラクトン、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル(PGMEA)等を挙げることができる。 The chemicals to be purified include hydrogen peroxide, hydrochloric acid, hydrofluoric acid, phosphoric acid, acetic acid, tetramethylammonium hydroxide, ammonium fluoride, acetone, 2-butanone, n-butyl acetate, ethanol, methanol, 2-propanol, toluene, xylene, propylene glycol methyl ether acetate, N-methyl-2-pyrrolidinone, ethyl lactate, phenolic compounds, dimethyl sulfoxide, tetrahydrofuran, gamma-butyrolactone, polyethylene glycol monomethyl ether (PGMEA), etc.

本発明において、アニオン交換体とは陰イオン交換能を有するイオン交換体を意味し、アニオン交換体としては、モノリス状有機多孔質アニオン交換体、アニオン交換樹脂(陰イオン交換樹脂)等から選択することができ、モノリス状有機多孔質アニオン交換体であることが好ましい。 In the present invention, the anion exchanger means an ion exchanger having an anion exchange capacity. The anion exchanger can be selected from a monolithic organic porous anion exchanger, an anion exchange resin (anion exchange resin), etc., and is preferably a monolithic organic porous anion exchanger.

<モノリス状有機多孔質アニオン交換体>
本発明において、アニオン交換体がモノリス状有機多孔質アニオン交換体である場合、モノリス状有機多孔質アニオン交換体としては特に限定されない。
<Monolithic organic porous anion exchanger>
In the present invention, when the anion exchanger is a monolithic organic porous anion exchanger, the monolithic organic porous anion exchanger is not particularly limited.

モノリス状有機多孔質アニオン交換体は、モノリス状有機多孔質体にアニオン交換基が導入されている多孔質体である。モノリス状有機多孔質アニオン交換体に係るモノリス状有機多孔質体は、骨格が有機ポリマーにより形成されており、骨格間に反応液の流路となる連通孔を多数有する多孔質体である。そして、モノリス状有機多孔質アニオン交換体は、このモノリス状有機多孔質体の骨格中にアニオン交換基が均一に分布するように導入されている多孔質体である。
なお、本明細書中、「モノリス状有機多孔質体」を単に「モノリス」と、「モノリス状有機多孔質アニオン交換体」を単に「モノリスアニオン交換体」とも称し、「モノリス状有機多孔質カチオン交換体」を単に「モノリスカチオン交換体」とも称し、また、モノリスの製造における中間体(モノリスの前駆体)である「モノリス状有機多孔質中間体」を単に「モノリス中間体」とも称する。
The monolithic organic porous anion exchanger is a porous body in which anion exchange groups are introduced into the monolithic organic porous body. The monolithic organic porous body relating to the monolithic organic porous anion exchanger is a porous body in which the skeleton is formed from an organic polymer and has a large number of communicating holes between the skeletons that serve as flow paths for the reaction solution. The monolithic organic porous anion exchanger is a porous body in which anion exchange groups are introduced so as to be uniformly distributed in the skeleton of the monolithic organic porous body.
In this specification, a "monolithic organic porous material" is also referred to simply as a "monolith," a "monolithic organic porous anion exchanger" is also referred to simply as a "monolith anion exchanger," a "monolithic organic porous cation exchanger" is also referred to simply as a "monolith cation exchanger," and a "monolithic organic porous intermediate," which is an intermediate (precursor of a monolith) in the production of a monolith, is also referred to simply as a "monolith intermediate."

本発明において、モノリスアニオン交換体は、モノリスにアニオン交換基を導入することで得られるものであり、その構造は、連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体であって、連続骨格の厚みは1~100μm、連続空孔の平均直径は1~1000μm、全細孔容積は0.5~50mL/gであるものが好ましい。 In the present invention, the monolith anion exchanger is obtained by introducing anion exchange groups into a monolith, and its structure is an organic porous body consisting of a continuous skeleton phase and a continuous pore phase, and it is preferable that the thickness of the continuous skeleton is 1 to 100 μm, the average diameter of the continuous pores is 1 to 1000 μm, and the total pore volume is 0.5 to 50 mL/g.

モノリスアニオン交換体の連続骨格の厚みが1μm未満であると、体積当りのアニオン交換容量が低下するといった欠点のほか、機械的強度が低下して、特に高流速で通液した際にモノリスアニオン交換体が大きく変形し易くなったり、反応液とモノリスアニオン交換体との接触効率が低下し、触媒活性が低下し易くなるため好ましくない。
一方、モノリスアニオン交換体の連続骨格の厚みが100μmを越えると、骨格が太くなり過ぎ、基質の拡散に時間を要するようになって触媒活性が低下し易くなるため好ましくない。
なお、上記連続骨格の厚みは、SEM観察により決定される。
If the thickness of the continuous skeleton of the monolith anion exchanger is less than 1 μm, not only will the anion exchange capacity per volume decrease, but the mechanical strength will also decrease, making the monolith anion exchanger more susceptible to significant deformation, particularly when liquid is passed through it at a high flow rate, and the contact efficiency between the reaction liquid and the monolith anion exchanger will decrease, making it easier for the catalytic activity to decrease, which is undesirable.
On the other hand, if the thickness of the continuous skeleton of the monolith anion exchanger exceeds 100 μm, the skeleton becomes too thick, which takes time for the substrate to diffuse and undesirably reduces the catalytic activity.
The thickness of the continuous skeleton is determined by SEM observation.

モノリスアニオン交換体の連続空孔の平均直径が1μm未満であると、通水時の圧力損失が高くなり易く、モノリスアニオン交換体の連続空孔の平均直径が1000μmを超えると、被処理液とモノリスアニオン交換体との接触が不十分となり、除去性能が低下し易くなる。
なお、モノリスアニオン交換体の乾燥状態での連続空孔の平均直径は、水銀圧入法により測定され、水銀圧入法により得られた細孔分布曲線の極大値を指す。
If the average diameter of the interconnected pores of the monolith anion exchanger is less than 1 μm, the pressure loss during water flow is likely to be high, and if the average diameter of the interconnected pores of the monolith anion exchanger exceeds 1000 μm, contact between the treated liquid and the monolith anion exchanger becomes insufficient, and the removal performance is likely to decrease.
The average diameter of the continuous pores of the monolith anion exchanger in a dry state is measured by mercury intrusion porosimetry and refers to the maximum value of the pore distribution curve obtained by mercury intrusion porosimetry.

モノリスアニオン交換体の全細孔容積が0.5mL/g未満であると、被処理液の接触効率が低くなり易く、単位断面積当りの透過液量が小さくなり、処理量が低下し易くなり、モノリスアニオン交換体の全細孔容積が50mL/gを超えると、体積当りのアニオン交換容量が低下し、除去性能が低下し易くなるとともに、機械的強度が低下して、特に高速で通液した際にモノリスアニオン交換体が大きく変形し、通液時の圧力損失が急上昇し易くなる。
なお、全細孔容積は、水銀圧入法で測定される。
If the total pore volume of the monolith anion exchanger is less than 0.5 mL/g, the contact efficiency of the treated liquid is likely to be low, the amount of permeated liquid per unit cross-sectional area is small, and the treatment amount is likely to be reduced. If the total pore volume of the monolith anion exchanger exceeds 50 mL/g, the anion exchange capacity per volume is reduced, the removal performance is likely to be reduced, and the mechanical strength is reduced, causing the monolith anion exchanger to deform significantly, especially when liquid is passed through it at high speed, and causing a sudden increase in pressure loss during liquid passage.
The total pore volume is measured by mercury intrusion porosimetry.

このようなモノリスアニオン交換体の構造例としては、特開2002-306976号公報や特開2009-62512号公報に開示されている連続気泡構造や、特開2009-67982号公報に開示されている共連続構造や、特開2009-7550号公報に開示されている粒子凝集型構造や、特開2009-108294号公報に開示されている粒子複合型構造等が挙げられる。 Examples of such monolith anion exchanger structures include the open cell structure disclosed in JP-A-2002-306976 and JP-A-2009-62512, the bicontinuous structure disclosed in JP-A-2009-67982, the particle aggregate structure disclosed in JP-A-2009-7550, and the particle composite structure disclosed in JP-A-2009-108294.

モノリスアニオン交換体の水湿潤状態での体積当りのアニオン交換容量は、0.1~1.0mg当量/mL(水湿潤状態)であるものが好ましい。
モノリスアニオン交換体の乾燥状態でのアニオン交換容量が0.1mg当量/mL未満であると、破過するまでに処理する処理水量が少なくなってモノリスアニオン交換体を充填した交換モジュールの交換頻度が高くなり易く、また、上記モノリスアニオン交換体の乾燥状態でのアニオン交換容量が1.0mg当量/mLを超えると、通水時の圧力損失が増大し易くなる。
なお、アニオン交換基が骨格表面のみに導入された多孔質体のアニオン交換容量は、多孔質体やアニオン交換基の種類により一概には決定できないものの、せいぜい500μg当量/gである。
The anion exchange capacity per volume of the monolith anion exchanger in a water-wet state is preferably 0.1 to 1.0 mg equivalent/mL (water-wet state).
If the anion exchange capacity of the monolith anion exchanger in a dry state is less than 0.1 mg equivalent/mL, the amount of water to be treated before breakthrough will be reduced, and the exchange module filled with the monolith anion exchanger will tend to need to be replaced more frequently. On the other hand, if the anion exchange capacity of the monolith anion exchanger in a dry state exceeds 1.0 mg equivalent/mL, the pressure loss during water flow will tend to increase.
The anion exchange capacity of a porous material in which anion exchange groups are introduced only on the skeleton surface cannot be determined in general terms depending on the type of porous material and anion exchange group, but is at most 500 μg equivalent/g.

モノリスアニオン交換体に導入されているアニオン交換基は、モノリスの表面のみならず、モノリスの骨格内部にまで均一に分布している。ここで言う「アニオン交換基が均一に分布している」とは、アニオン交換基の分布が少なくともμmオーダーで表面および骨格内部に均一に分布していることを指す。アニオン交換基の分布状況は、EPMAを用いることで簡単に確認される。また、アニオン交換基が、モノリスの表面のみならず、モノリスの骨格内部にまで均一に分布していると、表面と内部の物理的性質及び化学的性質を均一にできるため、膨潤及び収縮に対する耐久性が向上し易くなる。 The anion exchange groups introduced into the monolith anion exchanger are distributed uniformly not only on the surface of the monolith but also inside the monolith skeleton. Here, "the anion exchange groups are distributed uniformly" means that the anion exchange groups are distributed uniformly on the surface and inside the skeleton at least on the order of μm. The distribution of the anion exchange groups can be easily confirmed using EPMA. Furthermore, if the anion exchange groups are distributed uniformly not only on the surface of the monolith but also inside the skeleton of the monolith, the physical and chemical properties of the surface and inside can be made uniform, which makes it easier to improve durability against swelling and shrinkage.

モノリスアニオン交換体に導入されているアニオン交換基としては、トリメチルアンモニウム基、トリエチルアンモニウム基、トリブチルアンモニウム基、ジメチルヒドロキシエチルアンモニウム基、ジメチルヒドロキシプロピルアンモニウム基、メチルジヒドロキシエチルアンモニウム基等の四級アンモニウム基や、第三スルホニウム基、ホスホニウム基等が挙げられる。 Examples of anion exchange groups introduced into the monolith anion exchanger include quaternary ammonium groups such as trimethylammonium groups, triethylammonium groups, tributylammonium groups, dimethylhydroxyethylammonium groups, dimethylhydroxypropylammonium groups, and methyldihydroxyethylammonium groups, as well as tertiary sulfonium groups and phosphonium groups.

モノリスアニオン交換体において、連続骨格を構成する材料は、通常、架橋構造を有する有機ポリマー材料である。
ポリマー材料の架橋密度は特に限定されないが、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、0.1~30モル%、好適には0.1~20モル%の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。
架橋構造単位が0.1モル%未満であると、機械的強度が不足するため好ましくなく、一方、架橋構造単位が30モル%を越えると、アニオン交換基の導入が困難になる場合があるため好ましくない。該ポリマー材料の種類に特に制限はなく、例えば、ポリスチレン、ポリ(α-メチルスチレン)、ポリビニルトルエン、ポリビニルベンジルクロライド、ポリビニルビフェニル、ポリビニルナフタレン等の芳香族ビニルポリマー;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン等のポリ(ハロゲン化ポリオレフィン);ポリアクリロニトリル等のニトリル系ポリマー;ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸グリシジル、ポリアクリル酸エチル等の(メタ)アクリル系ポリマー等の架橋重合体が挙げられる。上記ポリマーは、単独のビニルモノマーと架橋剤を共重合させて得られるポリマーでも、複数のビニルモノマーと架橋剤を重合させて得られるポリマーであってもよく、また、二種類以上のポリマーがブレンドされたものであってもよい。これら有機ポリマー材料の中で、連続構造形成の容易さ、アニオン交換基導入の容易性と機械的強度の高さ、および酸又はアルカリに対する安定性の高さから、芳香族ビニルポリマーの架橋重合体が好ましく、特に、スチレン-ジビニルベンゼン共重合体やビニルベンジルクロライド-ジビニルベンゼン共重合体が好ましい材料として挙げられる。
In monolithic anion exchangers, the material constituting the continuous framework is usually an organic polymer material having a cross-linked structure.
The crosslink density of the polymer material is not particularly limited, but it is preferable that the polymer material contains 0.1 to 30 mol %, and more preferably 0.1 to 20 mol %, of crosslinked structural units based on the total structural units constituting the polymer material.
If the crosslinked structural unit is less than 0.1 mol%, the mechanical strength is insufficient, which is not preferable, whereas if the crosslinked structural unit is more than 30 mol%, the introduction of anion exchange groups may be difficult, which is not preferable. The type of the polymer material is not particularly limited, and examples thereof include aromatic vinyl polymers such as polystyrene, poly(α-methylstyrene), polyvinyltoluene, polyvinylbenzyl chloride, polyvinylbiphenyl, and polyvinylnaphthalene; polyolefins such as polyethylene and polypropylene; poly(halogenated polyolefins) such as polyvinyl chloride and polytetrafluoroethylene; nitrile-based polymers such as polyacrylonitrile; and (meth)acrylic polymers such as polymethyl methacrylate, polyglycidyl methacrylate, and polyethyl acrylate. The polymer may be a polymer obtained by copolymerizing a single vinyl monomer and a crosslinking agent, or a polymer obtained by polymerizing multiple vinyl monomers and a crosslinking agent, or may be a blend of two or more polymers. Among these organic polymer materials, crosslinked polymers of aromatic vinyl polymers are preferred from the viewpoints of ease of forming a continuous structure, ease of introducing anion exchange groups, high mechanical strength, and high stability against acids or alkalis. In particular, styrene-divinylbenzene copolymers and vinylbenzyl chloride-divinylbenzene copolymers are cited as preferred materials.

<モノリス状有機多孔質アニオン交換体の形態例>
モノリス状有機多孔質アニオン交換体の形態例(以下、適宜、モノリスアニオン交換体aと称する)としては、全構成単位中、架橋構造単位を0.1~5.0モル%含有する芳香族ビニルポリマーからなる平均太さが乾燥状態で1~60μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に平均直径が乾燥状態で10~200μmの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であって、乾燥状態での全細孔容積が0.5~10mL/gであり、アニオン交換基を有しており、水湿潤状態での体積当りのアニオン交換容量が、0.2~1.0mg当量/mL(水湿潤状態)であり、アニオン交換基が有機多孔質アニオン交換体中に均一に分布しているモノリスアニオン交換体が好ましい。
また、モノリスアニオン交換体aを構成する(アニオン交換基が導入される前の)モノリス(以下、適宜、モノリスaと称する)は、全構成単位中、架橋構造単位を0.1~5.0モル%含有する芳香族ビニルポリマーからなる平均太さが乾燥状態で1~60μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に平均直径が乾燥状態で10~200μmの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であって、乾燥状態での全細孔容積が0.5~10mL/gである有機多孔質体であることが好ましい。
<Examples of the form of monolithic organic porous anion exchanger>
As an example of the form of the monolithic organic porous anion exchanger (hereinafter, appropriately referred to as monolith anion exchanger a), a monolith anion exchanger having a bicontinuous structure consisting of a three-dimensionally continuous skeleton having an average thickness of 1 to 60 μm in a dry state, which is made of an aromatic vinyl polymer containing 0.1 to 5.0 mol% of crosslinked structural units among all constituent units, and three-dimensionally continuous pores having an average diameter of 10 to 200 μm in a dry state between the skeletons, a total pore volume in a dry state of 0.5 to 10 mL/g, anion exchange groups, an anion exchange capacity per volume in a water-wet state of 0.2 to 1.0 mg equivalent/mL (water-wet state), and anion exchange groups uniformly distributed in the organic porous anion exchanger is preferred.
Furthermore, the monolith (before the anion exchange groups are introduced) constituting the monolith anion exchanger a (hereinafter, appropriately referred to as monolith a) is preferably an organic porous body having a bicontinuous structure consisting of a three-dimensionally continuous skeleton having an average thickness of 1 to 60 μm in a dry state, which skeleton is made of an aromatic vinyl polymer containing 0.1 to 5.0 mol % of crosslinked structural units among all structural units, and three-dimensionally continuous pores having an average diameter of 10 to 200 μm in a dry state between the skeletons, and having a total pore volume in a dry state of 0.5 to 10 mL/g.

モノリスアニオン交換体aは、平均太さが乾燥状態で1~60μm、好ましくは3~58μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に平均直径が乾燥状態で10~200μm、好ましくは15~180μm、特に好ましくは20~150μmの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体である。
図1には、モノリスアニオン交換体aの形態例のSEM写真を示し、図2には、モノリスアニオン交換体aの共連続構造の模式図を示す。共連続構造は図2の模式図に示すように、連続する骨格相1と連続する空孔相2とが絡み合ってそれぞれが共に三次元的に連続する構造10である。この連続した空孔2は、従来の連続気泡型モノリスや粒子凝集型モノリスに比べて空孔の連続性が高くてその大きさに偏りがない。また、骨格が太いため機械的強度が高い。
The monolith anion exchanger a is a bicontinuous structure consisting of a three-dimensionally continuous skeleton having an average thickness in a dry state of 1 to 60 μm, preferably 3 to 58 μm, and three-dimensionally continuous pores between the skeleton having an average diameter in a dry state of 10 to 200 μm, preferably 15 to 180 μm, particularly preferably 20 to 150 μm.
Fig. 1 shows an SEM photograph of an example of the form of monolith anion exchanger a, and Fig. 2 shows a schematic diagram of the cocontinuous structure of monolith anion exchanger a. As shown in the schematic diagram of Fig. 2, the cocontinuous structure is a structure 10 in which a continuous skeleton phase 1 and a continuous pore phase 2 are intertwined and are three-dimensionally continuous. These continuous pores 2 have higher pore continuity and no bias in size compared to conventional open-cell monoliths and particle-aggregation monoliths. In addition, the skeleton is thick, so the mechanical strength is high.

三次元的に連続した空孔の平均直径が乾燥状態で10μm未満であると、被処理液が拡散し難くなるため好ましくなく、200μmを超えると、被処理液とモノリスアニオン交換体aとの接触が不十分となり、その結果、除去性能が不十分となるため好ましくない。また、骨格の平均太さが乾燥状態で1μm未満であると、アニオン交換容量が低くなるため、また、機械的強度が低くなるため好ましくない。更に、反応液とモノリスアニオン交換体aとの接触効率が低下し、除去性能が低下するため好ましくない。一方、骨格の太さが60μmを越えると、骨格が太くなり過ぎ、被処理液の拡散が不均一になるため好ましくない。 If the average diameter of the three-dimensionally continuous pores is less than 10 μm in a dry state, it is not preferable because the treated liquid is difficult to diffuse, and if it exceeds 200 μm, the contact between the treated liquid and the monolith anion exchanger a becomes insufficient, resulting in insufficient removal performance, which is not preferable. Also, if the average thickness of the skeleton is less than 1 μm in a dry state, it is not preferable because the anion exchange capacity is low and the mechanical strength is low. Furthermore, it is not preferable because the contact efficiency between the reaction liquid and the monolith anion exchanger a decreases, resulting in a decrease in removal performance. On the other hand, if the thickness of the skeleton exceeds 60 μm, it is not preferable because the skeleton becomes too thick and the treated liquid is diffused unevenly.

乾燥状態のモノリスaの開口の平均直径、乾燥状態のモノリスアニオン交換体aの開口の平均直径及び以下に述べるモノリスaの製造のI工程で得られる、乾燥状態のモノリス中間体(以下、適宜、モノリス中間体aと称する)の開口の平均直径は、水銀圧入法により求められ、水銀圧入法により得られた細孔分布曲線の極大値を指す。また、モノリスアニオン交換体aの骨格の乾燥状態での平均太さは、乾燥状態のモノリスアニオン交換体aのSEM観察により求められる。具体的には、乾燥状態のモノリスアニオン交換体aのSEM観察を少なくとも3回行い、得られた画像中の骨格の太さを測定し、それらの平均値を平均太さとする。なお、骨格は棒状であり円形断面形状であるが、楕円断面形状等異径断面のものが含まれていてもよい。この場合の太さは短径と長径の平均である。 The average diameter of the openings of the monolith a in the dry state, the average diameter of the openings of the monolith anion exchanger a in the dry state, and the average diameter of the openings of the monolith intermediate in the dry state (hereinafter referred to as monolith intermediate a) obtained in step I of the production of monolith a described below are determined by mercury intrusion porosimetry and refer to the maximum value of the pore distribution curve obtained by mercury intrusion porosimetry. The average thickness of the skeleton of the monolith anion exchanger a in the dry state is determined by SEM observation of the monolith anion exchanger a in the dry state. Specifically, SEM observation of the monolith anion exchanger a in the dry state is performed at least three times, the thickness of the skeleton in the obtained image is measured, and the average value of these is taken as the average thickness. The skeleton is rod-shaped and has a circular cross-sectional shape, but may also include one with a cross-section of different diameters such as an elliptical cross-sectional shape. In this case, the thickness is the average of the minor axis and the major axis.

また、モノリスアニオン交換体aの乾燥状態での重量当りの全細孔容積は、0.5~10mL/gである。全細孔容積が0.5mL/g未満であると、基質や溶媒の接触効率が低くなるため好ましくなく、更に、単位断面積当りの透過量が小さくなり、処理量が低下してしまうため好ましくない。一方、全細孔容積が10ml/gを超えると、被処理液とモノリスアニオン交換体との接触効率が低下するため、除去性能が低下してしまうため好ましくない。三次元的に連続した空孔の大きさ及び全細孔容積が上記範囲にあれば、被処理液との接触が極めて均一で接触面積も大きくなる。 The total pore volume per weight of the monolith anion exchanger a in a dry state is 0.5 to 10 mL/g. If the total pore volume is less than 0.5 mL/g, the contact efficiency of the substrate and the solvent will be low, which is undesirable, and furthermore, the permeation amount per unit cross-sectional area will be small, which is undesirable, resulting in a decrease in the processing amount. On the other hand, if the total pore volume exceeds 10 mL/g, the contact efficiency between the treated liquid and the monolith anion exchanger will decrease, which is undesirable, resulting in a decrease in removal performance. If the size of the three-dimensionally continuous pores and the total pore volume are within the above ranges, the contact with the treated liquid will be extremely uniform and the contact area will be large.

モノリスアニオン交換体aにおいて、骨格を構成する材料は、全構成単位中、0.1~5.0モル%、好ましくは0.5~3.0モル%の架橋構造単位を含んでいる芳香族ビニルポリマーであり疎水性である。架橋構造単位が0.1モル%未満であると、機械的強度が不足するため好ましくなく、一方、架橋構造単位が5モル%を越えると、多孔質体の構造が共連続構造から逸脱しやすくなる。芳香族ビニルポリマーの種類に特に制限はなく、例えば、ポリスチレン、ポリ(α-メチルスチレン)、ポリビニルトルエン、ポリビニルベンジルクロライド、ポリビニルビフェニル、ポリビニルナフタレン等が挙げられる。上記ポリマーは、単独のビニルモノマーと架橋剤を共重合させて得られるポリマーでも、複数のビニルモノマーと架橋剤を重合させて得られるポリマーであってもよく、また、二種類以上のポリマーがブレンドされたものであってもよい。これら有機ポリマー材料の中で、共連続構造形成の容易さ、アニオン交換基導入の容易性と機械的強度の高さ、および酸又はアルカリに対する安定性の高さから、スチレン-ジビニルベンゼン共重合体やビニルベンジルクロライド-ジビニルベンゼン共重合体が好ましい。 In the monolith anion exchanger a, the material constituting the skeleton is an aromatic vinyl polymer containing 0.1 to 5.0 mol %, preferably 0.5 to 3.0 mol %, of crosslinked structural units in all structural units, and is hydrophobic. If the crosslinked structural units are less than 0.1 mol %, the mechanical strength is insufficient, which is not preferable, while if the crosslinked structural units exceed 5 mol %, the structure of the porous body is likely to deviate from the co-continuous structure. There is no particular restriction on the type of aromatic vinyl polymer, and examples thereof include polystyrene, poly(α-methylstyrene), polyvinyltoluene, polyvinylbenzyl chloride, polyvinylbiphenyl, and polyvinylnaphthalene. The above polymer may be a polymer obtained by copolymerizing a single vinyl monomer and a crosslinking agent, or a polymer obtained by polymerizing multiple vinyl monomers and a crosslinking agent, or may be a blend of two or more types of polymers. Among these organic polymer materials, styrene-divinylbenzene copolymers and vinylbenzyl chloride-divinylbenzene copolymers are preferred because of the ease of forming a co-continuous structure, the ease of introducing anion exchange groups, high mechanical strength, and high stability against acids or alkalis.

モノリスアニオン交換体aに導入されているアニオン交換基(陰イオン交換基)としては、トリメチルアンモニウム基、トリエチルアンモニウム基、トリブチルアンモニウム基、ジメチルヒドロキシエチルアンモニウム基、ジメチルヒドロキシプロピルアンモニウム基、メチルジヒドロキシエチルアンモニウム基等の四級アンモニウム基や、第三スルホニウム基、ホスホニウム基等から選ばれる一種以上が挙げられる。 The anion exchange group (negative ion exchange group) introduced into the monolith anion exchanger a may be one or more selected from quaternary ammonium groups such as trimethylammonium groups, triethylammonium groups, tributylammonium groups, dimethylhydroxyethylammonium groups, dimethylhydroxypropylammonium groups, and methyldihydroxyethylammonium groups, tertiary sulfonium groups, and phosphonium groups.

モノリスアニオン交換体aに導入されたアニオン交換基は、多孔質体の表面のみならず、多孔質体の骨格内部にまで均一に分布している。 The anion exchange groups introduced into the monolith anion exchanger a are distributed uniformly not only on the surface of the porous body but also inside the skeleton of the porous body.

モノリスアニオン交換体aは、水湿潤状態での体積当り、0.2~1.0mg当量/mL(水湿潤状態)のアニオン交換容量を有する。モノリスアニオン交換体aは、三次元的に連続した空孔の連続性や均一性が高いため、基質や溶媒が均一に拡散する。そのため、反応の進行が速い。アニオン交換容量が上記範囲にあることにより、除去性能が高く且つ寿命が長くなる。 Monolith anion exchanger a has an anion exchange capacity of 0.2 to 1.0 mg equivalent/mL (in a water-wet state) per volume when wetted with water. Monolith anion exchanger a has high continuity and uniformity of three-dimensionally connected pores, allowing the substrate and solvent to diffuse uniformly. This allows the reaction to proceed quickly. Having an anion exchange capacity in the above range results in high removal performance and a long life.

<モノリスa及びモノリスアニオン交換体aの製造方法>
モノリスaは、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤及び水の混合物を撹拌することにより油中水滴型エマルジョンを調製し、次いで油中水滴型エマルジョンを重合させて全細孔容積が16mL/gを超え、30mL/g以下の連続マクロポア構造のモノリス状の有機多孔質中間体(モノリス中間体a)を得るI工程、芳香族ビニルモノマー、一分子中に少なくとも2個以上のビニル基を有する全油溶性モノマー中、0.3~5モル%の架橋剤、芳香族ビニルモノマーや架橋剤は溶解するが芳香族ビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒及び重合開始剤からなる混合物を調製するII工程、II工程で得られた混合物を静置下、かつI工程で得られたモノリス中間体aの存在下に重合を行い、共連続構造体である有機多孔質体であるモノリスaを得るIII工程、を行うことにより得られる。
<Method of producing monolith a and monolith anion exchanger a>
Monolith a can be obtained by carrying out the following steps: Step I, in which a water-in-oil emulsion is prepared by stirring a mixture of an oil-soluble monomer not containing an ion exchange group, a surfactant, and water, and then the water-in-oil emulsion is polymerized to obtain a monolithic organic porous intermediate (monolith intermediate a) having a continuous macropore structure with a total pore volume exceeding 16 mL/g and not exceeding 30 mL/g; Step II, in which a mixture is prepared consisting of an aromatic vinyl monomer, 0.3 to 5 mol % of a crosslinking agent in all oil-soluble monomers having at least two or more vinyl groups in one molecule, an organic solvent in which the aromatic vinyl monomer and the crosslinking agent are soluble but not a polymer produced by polymerization of the aromatic vinyl monomer, and a polymerization initiator; and Step III, in which the mixture obtained in Step II is allowed to stand and is polymerized in the presence of the monolith intermediate a obtained in Step I to obtain monolith a, which is an organic porous body having a co-continuous structure.

上記モノリスaの製造方法において、モノリス中間体aを得るI工程は、特開2002-306976号公報記載の方法に準拠して行えばよい。 In the above-mentioned method for producing monolith a, step I for obtaining monolith intermediate a may be carried out in accordance with the method described in JP-A-2002-306976.

すなわち、モノリスaの製造方法に係るI工程において、イオン交換基を含まない油溶性モノマーとしては、例えば、カルボン酸基、スルホン酸基、三級アミノ基、四級アンモニウム基等のイオン交換基を含まず、水に対する溶解性が低く、親油性のモノマーが挙げられる。これらモノマーの具体例としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン等の芳香族ビニルモノマー;エチレン、プロピレン、1-ブテン、イソブテン等のα-オレフィン;ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等のジエン系モノマー;塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン、テトラフルオロエチレン等のハロゲン化オレフィン;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル系モノマー;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸グリシジル等の(メタ)アクリル系モノマーが挙げられる。これらモノマーの中で、好適なものとしては、芳香族ビニルモノマーであり、例えばスチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ジビニルベンゼン等が挙げられる。これらモノマーは、一種単独又は二種以上を組み合わせて使用することができる。ただし、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート等の架橋性モノマーを少なくとも油溶性モノマーの一成分として選択し、その含有量を全油溶性モノマー中、0.3~5モル%、好ましくは0.3~3モル%とすることが、共連続構造の形成に有利となるため好ましい。 That is, in step I of the manufacturing method of monolith a, examples of oil-soluble monomers that do not contain ion exchange groups include monomers that do not contain ion exchange groups such as carboxylic acid groups, sulfonic acid groups, tertiary amino groups, and quaternary ammonium groups, have low solubility in water, and are lipophilic. Specific examples of these monomers include aromatic vinyl monomers such as styrene, α-methylstyrene, vinyltoluene, vinylbenzyl chloride, vinylbiphenyl, and vinylnaphthalene; α-olefins such as ethylene, propylene, 1-butene, and isobutene; diene monomers such as butadiene, isoprene, and chloroprene; halogenated olefins such as vinyl chloride, vinyl bromide, vinylidene chloride, and tetrafluoroethylene; nitrile monomers such as acrylonitrile and methacrylonitrile; vinyl esters such as vinyl acetate and vinyl propionate; and (meth)acrylic monomers such as methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, butyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, benzyl methacrylate, and glycidyl methacrylate. Among these monomers, preferred are aromatic vinyl monomers, such as styrene, α-methylstyrene, vinyltoluene, vinylbenzyl chloride, and divinylbenzene. These monomers can be used alone or in combination of two or more. However, it is preferable to select a crosslinkable monomer such as divinylbenzene or ethylene glycol dimethacrylate as at least one component of the oil-soluble monomer and set its content to 0.3 to 5 mol%, preferably 0.3 to 3 mol%, of the total oil-soluble monomers, because this is advantageous for the formation of a co-continuous structure.

モノリスaの製造方法に係るI工程で用いられる界面活性剤は、アニオン交換基を含まない油溶性モノマーと水とを混合した際に、油中水滴型(W/O)エマルジョンを形成できるものであれば特に制限はなく、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート等の非イオン界面活性剤;オレイン酸カリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、スルホコハク酸ジオクチルナトリウム等の陰イオン界面活性剤;ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド等の陽イオン界面活性剤;ラウリルジメチルベタイン等の両性界面活性剤を用いることができる。これら界面活性剤は一種単独又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。なお、油中水滴型エマルジョンとは、油相が連続相となり、その中に水滴が分散しているエマルジョンを言う。上記界面活性剤の添加量としては、油溶性モノマーの種類および目的とするエマルジョン粒子(マクロポア)の大きさによって大幅に変動するため一概には言えないが、油溶性モノマーと界面活性剤の合計量に対して約2~70%の範囲で選択することができる。 The surfactant used in step I of the manufacturing method of monolith a is not particularly limited as long as it can form a water-in-oil (W/O) emulsion when an oil-soluble monomer not containing an anion exchange group is mixed with water. Examples of the surfactant include nonionic surfactants such as sorbitan monooleate, sorbitan monolaurate, sorbitan monopalmitate, sorbitan monostearate, sorbitan trioleate, polyoxyethylene nonylphenyl ether, polyoxyethylene stearyl ether, and polyoxyethylene sorbitan monooleate; anionic surfactants such as potassium oleate, sodium dodecylbenzenesulfonate, and dioctyl sodium sulfosuccinate; cationic surfactants such as distearyl dimethyl ammonium chloride; and amphoteric surfactants such as lauryl dimethyl betaine. These surfactants can be used alone or in combination of two or more. The water-in-oil emulsion refers to an emulsion in which the oil phase is the continuous phase and water droplets are dispersed therein. The amount of the surfactant added cannot be generalized because it varies greatly depending on the type of oil-soluble monomer and the size of the desired emulsion particles (macropores), but it can be selected in the range of about 2 to 70% of the total amount of the oil-soluble monomer and surfactant.

また、モノリスaの製造方法に係るI工程では、油中水滴型エマルジョン形成の際、必要に応じて重合開始剤を使用してもよい。重合開始剤は、熱又は光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は水溶性であっても油溶性であってもよく、例えば、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイソ酪酸ジメチル、4,4’-アゾビス(4-シアノ吉草酸)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、テトラメチルチウラムジスルフィド、過酸化水素-塩化第一鉄、過硫酸ナトリウム-酸性亜硫酸ナトリウム等が挙げられる。 In step I of the manufacturing method of monolith a, a polymerization initiator may be used as necessary when forming a water-in-oil emulsion. The polymerization initiator is preferably a compound that generates radicals when exposed to heat or light. The polymerization initiator may be water-soluble or oil-soluble, and examples of the polymerization initiator include 2,2'-azobis(isobutyronitrile), 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2'-azobis(2-methylbutyronitrile), 2,2'-azobis(4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2'-azobisdimethylisobutyrate, 4,4'-azobis(4-cyanovaleric acid), 1,1'-azobis(cyclohexane-1-carbonitrile), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, potassium persulfate, ammonium persulfate, tetramethylthiuram disulfide, hydrogen peroxide-ferrous chloride, sodium persulfate-acidic sodium sulfite, etc.

モノリスaの製造方法に係るI工程において、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤、水及び重合開始剤とを混合し、油中水滴型エマルジョンを形成させる際の混合方法としては、特に制限はなく、各成分を一括して一度に混合する方法、油溶性モノマー、界面活性剤及び油溶性重合開始剤である油溶性成分と、水や水溶性重合開始剤である水溶性成分とを別々に均一溶解させた後、それぞれの成分を混合する方法などが使用できる。エマルジョンを形成させるための混合装置についても特に制限はなく、通常のミキサーやホモジナイザー、高圧ホモジナイザー等を用いることができ、目的のエマルジョン粒径を得るのに適切な装置を選択すればよい。また、混合条件についても特に制限はなく、目的のエマルジョン粒径を得ることができる攪拌回転数や攪拌時間を、任意に設定することができる。 In step I of the manufacturing method of monolith a, the oil-soluble monomer not containing an ion exchange group, the surfactant, water and the polymerization initiator are mixed to form a water-in-oil type emulsion. There are no particular limitations on the mixing method, and it is possible to mix each component all at once, or to dissolve the oil-soluble components, i.e., the oil-soluble monomer, the surfactant and the oil-soluble polymerization initiator, and the water-soluble components, i.e., water and the water-soluble polymerization initiator, uniformly separately and then mix each component. There are no particular limitations on the mixing device for forming the emulsion, and a normal mixer, homogenizer, high-pressure homogenizer, etc. can be used, and it is sufficient to select a device appropriate for obtaining the desired emulsion particle size. There are also no particular limitations on the mixing conditions, and the stirring speed and stirring time that can obtain the desired emulsion particle size can be set as desired.

モノリスaの製造方法に係るI工程で得られるモノリス中間体aは、架橋構造を有する有機ポリマー材料、好適には芳香族ビニルポリマーである。該ポリマー材料の架橋密度は特に限定されないが、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、0.1~5モル%、好ましくは0.3~3モル%の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。架橋構造単位が0.3モル%未満であると、機械的強度が不足するため好ましくない。一方、架橋構造単位が5モル%を超えると、得られるモノリスの構造が共連続構造を逸脱し易くなるため好ましくない。特に、全細孔容積が16~20ml/gの場合には、共連続構造を形成させるため、架橋構造単位は3モル%未満とすることが好ましい。 The monolith intermediate a obtained in step I of the manufacturing method of monolith a is an organic polymer material having a crosslinked structure, preferably an aromatic vinyl polymer. The crosslink density of the polymer material is not particularly limited, but it is preferable that the polymer material contains 0.1 to 5 mol %, preferably 0.3 to 3 mol %, of crosslinked structural units relative to the total structural units constituting the polymer material. If the crosslinked structural units are less than 0.3 mol %, the mechanical strength will be insufficient, which is not preferable. On the other hand, if the crosslinked structural units exceed 5 mol %, the structure of the obtained monolith will tend to deviate from the co-continuous structure, which is not preferable. In particular, when the total pore volume is 16 to 20 ml/g, it is preferable that the crosslinked structural units are less than 3 mol % in order to form a co-continuous structure.

モノリスaの製造方法に係るI工程において、モノリス中間体aのポリマー材料の種類は、特に制限されず、各種有機ポリマー、例えば、ポリスチレン、ポリ(α-メチルスチレン)、ポリビニルトルエン、ポリビニルベンジルクロライド、ポリビニルビフェニル、ポリビニルナフタレン等の芳香族ビニルポリマー;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン等のポリ(ハロゲン化ポリオレフィン);ポリアクリロニトリル等のニトリル系ポリマー;ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸グリシジル、ポリアクリル酸エチル等の(メタ)アクリル系ポリマー等の架橋重合体が挙げられる。
上記有機ポリマーは、単独のビニルモノマーと架橋剤を共重合させて得られるポリマーでも、複数のビニルモノマーと架橋剤を重合させて得られるポリマーであってもよく、また、二種類以上のポリマーがブレンドされたものであってもよい。これら有機ポリマー材料の中で、連続マクロポア構造形成の容易さ、アニオン交換基導入の容易性と機械的強度の高さ、および酸又はアルカリに対する安定性の高さから、芳香族ビニルポリマーの架橋重合体が好ましく、特に、スチレン-ジビニルベンゼン共重合体やビニルベンジルクロライド-ジビニルベンゼン共重合体が好ましい材料として挙げられる。
In step I of the method for producing monolith a, the type of polymer material of monolith intermediate a is not particularly limited, and examples thereof include various organic polymers, for example, aromatic vinyl polymers such as polystyrene, poly(α-methylstyrene), polyvinyl toluene, polyvinyl benzyl chloride, polyvinyl biphenyl, and polyvinyl naphthalene; polyolefins such as polyethylene and polypropylene; poly(halogenated polyolefins) such as polyvinyl chloride and polytetrafluoroethylene; nitrile-based polymers such as polyacrylonitrile; and (meth)acrylic polymers such as polymethyl methacrylate, polyglycidyl methacrylate, and polyethyl acrylate.
The organic polymer may be a polymer obtained by copolymerizing a single vinyl monomer and a crosslinking agent, a polymer obtained by polymerizing a plurality of vinyl monomers and a crosslinking agent, or a blend of two or more polymers. Among these organic polymer materials, crosslinked polymers of aromatic vinyl polymers are preferred in view of the ease of forming a continuous macropore structure, the ease of introducing anion exchange groups, high mechanical strength, and high stability against acids or alkalis, and in particular, styrene-divinylbenzene copolymers and vinylbenzyl chloride-divinylbenzene copolymers are cited as preferred materials.

モノリスaの製造方法に係るI工程で得られるモノリス中間体aの乾燥状態での重量当りの全細孔容積は、16mL/gを超え、30mL/g以下、好適には16mL/gを超え、25mL/g以下である。すなわち、このモノリス中間体aは、基本的には連続マクロポア構造ではあるが、マクロポアとマクロポアの重なり部分である開口(メソポア)が格段に大きいため、モノリス構造を構成する骨格が二次元の壁面から一次元の棒状骨格に限りなく近い構造を有している。図3には、モノリス中間体aの形態例のSEM写真を示すが、棒状に近い骨格を有している。これを重合系に共存させると、モノリス中間体aの構造を型として共連続構造の多孔質体が形成される。全細孔容積が小さ過ぎると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの構造が共連続構造から連続マクロポア構造に変化してしまうため好ましくなく、一方、全細孔容積が大き過ぎると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの機械的強度が低下したり、アニオン交換基を導入する場合は、体積当たりのアニオン交換容量が低下してしまうため好ましくない。モノリス中間体aの全細孔容積を上記範囲とするには、モノマーと水の比を、概ね1:20~1:40とすればよい。 The total pore volume per weight of the monolith intermediate a obtained in step I of the manufacturing method of monolith a in a dry state is more than 16 mL/g and 30 mL/g or less, preferably more than 16 mL/g and 25 mL/g or less. That is, although this monolith intermediate a basically has a continuous macropore structure, the openings (mesopores) where the macropores overlap are significantly larger, so that the skeleton constituting the monolith structure has a structure that is as close as possible to a one-dimensional rod-like skeleton from the two-dimensional wall surface. Figure 3 shows an SEM photograph of an example of the form of monolith intermediate a, which has a skeleton close to a rod shape. When this is allowed to coexist in a polymerization system, a porous body with a cocontinuous structure is formed using the structure of monolith intermediate a as a mold. If the total pore volume is too small, the structure of the monolith obtained after polymerization of the vinyl monomer will change from a co-continuous structure to a continuous macropore structure, which is not preferable. On the other hand, if the total pore volume is too large, the mechanical strength of the monolith obtained after polymerization of the vinyl monomer will decrease, and if an anion exchange group is introduced, the anion exchange capacity per volume will decrease, which is not preferable. In order to set the total pore volume of the monolith intermediate a within the above range, the ratio of monomer to water should be approximately 1:20 to 1:40.

また、モノリスaの製造方法に係るI工程で得られるモノリス中間体aは、マクロポアとマクロポアの重なり部分である開口(メソポア)の平均直径が乾燥状態で5~100μmである。開口の平均直径が乾燥状態で5μm未満であると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの開口径が小さくなり、流体透過時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。一方、100μmを超えると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの開口径が大きくなりすぎ、被処理液とモノリスアニオン交換体との接触が不十分となり、その結果、除去性能が低下してしまうため好ましくない。モノリス中間体aは、マクロポアの大きさや開口の径が揃った均一構造のものが好適であるが、これに限定されず、均一構造中、均一なマクロポアの大きさよりも大きな不均一なマクロポアが点在するものであってもよい。 In addition, the monolith intermediate a obtained in step I of the manufacturing method of the monolith a has an average diameter of the openings (mesopores) at the overlapping portions of the macropores, which is 5 to 100 μm in a dry state. If the average diameter of the openings is less than 5 μm in a dry state, the opening diameter of the monolith obtained after polymerization of the vinyl monomer becomes small, which is undesirable because the pressure loss during fluid transmission becomes large. On the other hand, if it exceeds 100 μm, the opening diameter of the monolith obtained after polymerization of the vinyl monomer becomes too large, which is undesirable because the contact between the treated liquid and the monolith anion exchanger becomes insufficient, which results in a decrease in removal performance. The monolith intermediate a is preferably one having a uniform structure with uniform macropore size and opening diameter, but is not limited thereto, and may be one having a uniform structure in which non-uniform macropores larger than the uniform macropore size are scattered.

モノリスaの製造方法に係るII工程は、芳香族ビニルモノマー、一分子中に少なくとも2個以上のビニル基を有する全油溶性モノマー中、0.3~5モル%の架橋剤、芳香族ビニルモノマーや架橋剤は溶解するが芳香族ビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒及び重合開始剤からなる混合物を調製する工程である。
なお、I工程とII工程の順序はなく、I工程後にII工程を行ってもよく、II工程後にI工程を行ってもよい。
Step II in the manufacturing method of Monolith a is a step of preparing a mixture consisting of an aromatic vinyl monomer, 0.3 to 5 mol % of a crosslinking agent in all oil-soluble monomers having at least two vinyl groups in one molecule, an organic solvent that dissolves the aromatic vinyl monomer and the crosslinking agent but not the polymer produced by polymerization of the aromatic vinyl monomer, and a polymerization initiator.
The order of steps I and II does not matter, and step II may be performed after step I, or step I may be performed after step II.

モノリスaの製造方法に係るII工程で用いられる芳香族ビニルモノマーとしては、分子中に重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒に対する溶解性が高い親油性の芳香族ビニルモノマーであれば、特に制限はないが、上記重合系に共存させるモノリス中間体aと同種類もしくは類似のポリマー材料を生成するビニルモノマーを選定することが好ましい。これらビニルモノマーの具体例としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン等が挙げられる。これらモノマーは、一種単独又は二種以上を組み合わせて使用することができる。好適に用いられる芳香族ビニルモノマーは、スチレン、ビニルベンジルクロライド等である。 The aromatic vinyl monomer used in step II of the manufacturing method of monolith a is not particularly limited as long as it is an aromatic vinyl monomer that contains a polymerizable vinyl group in the molecule and is lipophilic and highly soluble in organic solvents, but it is preferable to select a vinyl monomer that produces the same or similar polymer material as monolith intermediate a that is coexisted in the polymerization system. Specific examples of these vinyl monomers include styrene, α-methylstyrene, vinyltoluene, vinylbenzyl chloride, vinylbiphenyl, vinylnaphthalene, etc. These monomers can be used alone or in combination of two or more. The aromatic vinyl monomers that are preferably used are styrene, vinylbenzyl chloride, etc.

モノリスaの製造方法に係るII工程で用いられる芳香族ビニルモノマーの添加量は、重合時に共存させるモノリス中間体aに対して、重量で5~50倍、好ましくは5~40倍である。芳香族ビニルモノマー添加量がモノリス中間体aに対して5倍未満であると、棒状骨格を太くできず、また、アニオン交換基を導入する場合、アニオン交換基導入後の体積当りのアニオン交換容量が小さくなってしまうため好ましくない。一方、芳香族ビニルモノマー添加量が50倍を超えると、連続空孔の径が小さくなり、通液時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。 The amount of aromatic vinyl monomer used in step II of the method for producing monolith a is 5 to 50 times, preferably 5 to 40 times, by weight, relative to the amount of monolith intermediate a that is allowed to coexist during polymerization. If the amount of aromatic vinyl monomer added is less than 5 times that of monolith intermediate a, the rod-shaped skeleton cannot be made thicker, and when anion exchange groups are introduced, the anion exchange capacity per volume after the introduction of the anion exchange groups becomes small, which is not preferred. On the other hand, if the amount of aromatic vinyl monomer added is more than 50 times, the diameter of the continuous pores becomes small, which is not preferred, as it increases the pressure loss during liquid passage.

モノリスaの製造方法に係るII工程で用いられる架橋剤は、分子中に少なくとも2個の重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒への溶解性が高いものが好適に用いられる。架橋剤の具体例としては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル、エチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ブタンジオールジアクリレート等が挙げられる。これら架橋剤は、一種単独又は二種以上を組み合わせて使用することができる。好ましい架橋剤は、機械的強度の高さと加水分解に対する安定性から、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル等の芳香族ポリビニル化合物である。架橋剤使用量は、ビニルモノマーと架橋剤の合計量(全油溶性モノマー)に対して0.3~5モル%、特に0.3~3モル%である。架橋剤使用量が0.3モル%未満であると、モノリスの機械的強度が不足するため好ましくなく、一方、多過ぎると、アニオン交換基を導入する場合、アニオン交換基の定量的導入が困難になる場合があるため好ましくない。なお、上記架橋剤使用量は、ビニルモノマー/架橋剤重合時に共存させるモノリス中間体aの架橋密度とほぼ等しくなるように用いることが好ましい。両者の使用量があまりに大きくかけ離れると、生成したモノリス中で架橋密度分布の偏りが生じ、また、アニオン交換基を導入する場合、アニオン交換基導入反応時にクラックが生じやすくなる。 The crosslinking agent used in step II of the manufacturing method of monolith a preferably contains at least two polymerizable vinyl groups in the molecule and is highly soluble in an organic solvent. Specific examples of crosslinking agents include divinylbenzene, divinylnaphthalene, divinylbiphenyl, ethylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, butanediol diacrylate, etc. These crosslinking agents can be used alone or in combination of two or more. Preferred crosslinking agents are aromatic polyvinyl compounds such as divinylbenzene, divinylnaphthalene, and divinylbiphenyl, because of their high mechanical strength and stability against hydrolysis. The amount of crosslinking agent used is 0.3 to 5 mol%, particularly 0.3 to 3 mol%, based on the total amount of vinyl monomer and crosslinking agent (total oil-soluble monomer). If the amount of crosslinking agent used is less than 0.3 mol%, the mechanical strength of the monolith will be insufficient, which is not preferable, while if the amount is too large, it is not preferable because it may be difficult to quantitatively introduce anion exchange groups when introducing anion exchange groups. It is preferable to use the crosslinking agent in an amount that is approximately equal to the crosslink density of the monolith intermediate a that is coexistent during the vinyl monomer/crosslinking agent polymerization. If the amounts of the two used are too far apart, the crosslink density distribution in the produced monolith will be biased, and if an anion exchange group is introduced, cracks will be more likely to occur during the anion exchange group introduction reaction.

モノリスaの製造方法に係るII工程で用いられる有機溶媒は、芳香族ビニルモノマーや架橋剤は溶解するが芳香族ビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒、言い換えると、芳香族ビニルモノマーが重合して生成するポリマーに対する貧溶媒である。有機溶媒は、芳香族ビニルモノマーの種類によって大きく異なるため一般的な具体例を列挙することは困難であるが、例えば、芳香族ビニルモノマーがスチレンの場合、有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、オクタノール、2-エチルヘキサノール、デカノール、ドデカノール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール等のアルコール類;ジエチルエーテル、ブチルセロソルブ、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等の鎖状(ポリ)エーテル類;ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、デカン、ドデカン等の鎖状飽和炭化水素類;酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸セロソルブ、プロピオン酸エチル等のエステル類が挙げられる。また、ジオキサンやTHF、トルエンのようにポリスチレンの良溶媒であっても、上記貧溶媒と共に用いられ、その使用量が少ない場合には、有機溶媒として使用することができる。これら有機溶媒の使用量は、上記芳香族ビニルモノマーの濃度が30~80重量%となるように用いることが好ましい。有機溶媒使用量が上記範囲から逸脱して芳香族ビニルモノマー濃度が30重量%未満となると、重合速度が低下したり、重合後のモノリス構造がモノリスaの範囲から逸脱してしまうため好ましくない。一方、芳香族ビニルモノマー濃度が80重量%を超えると、重合が暴走する恐れがあるため好ましくない。 The organic solvent used in step II of the manufacturing method of monolith a is an organic solvent in which aromatic vinyl monomers and crosslinking agents dissolve but not the polymer produced by polymerization of aromatic vinyl monomers, in other words, it is a poor solvent for the polymer produced by polymerization of aromatic vinyl monomers. Since the organic solvent varies greatly depending on the type of aromatic vinyl monomer, it is difficult to list general specific examples. For example, when the aromatic vinyl monomer is styrene, examples of the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, hexanol, cyclohexanol, octanol, 2-ethylhexanol, decanol, dodecanol, propylene glycol, and tetramethylene glycol; linear (poly)ethers such as diethyl ether, butyl cellosolve, polyethylene glycol, polypropylene glycol, and polytetramethylene glycol; linear saturated hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, isooctane, decane, and dodecane; and esters such as ethyl acetate, isopropyl acetate, cellosolve acetate, and ethyl propionate. In addition, even if a good solvent for polystyrene, such as dioxane, THF, or toluene, is used together with the poor solvent and in a small amount, it can be used as an organic solvent. The amount of these organic solvents used is preferably such that the concentration of the aromatic vinyl monomer is 30 to 80% by weight. If the amount of organic solvent used deviates from the above range and the aromatic vinyl monomer concentration is less than 30% by weight, this is not preferable because the polymerization rate decreases and the monolith structure after polymerization deviates from the range of monolith a. On the other hand, if the aromatic vinyl monomer concentration exceeds 80% by weight, this is not preferable because there is a risk of runaway polymerization.

モノリスaの製造方法に係るII工程で用いられる重合開始剤は、熱又は光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は油溶性であるほうが好ましい。重合開始剤の具体例としては、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイソ酪酸ジメチル、4,4’-アゾビス(4-シアノ吉草酸)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、テトラメチルチウラムジスルフィド等が挙げられる。重合開始剤の使用量は、モノマーの種類や重合温度等によって大きく変動するが、ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対して、約0.01~5%の範囲で使用することができる。 The polymerization initiator used in step II of the manufacturing method of monolith a is preferably a compound that generates radicals by heat or light irradiation. It is preferable that the polymerization initiator is oil-soluble. Specific examples of polymerization initiators include 2,2'-azobis(isobutyronitrile), 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2'-azobis(2-methylbutyronitrile), 2,2'-azobis(4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2'-azobisisobutyric acid dimethyl, 4,4'-azobis(4-cyanovaleric acid), 1,1'-azobis(cyclohexane-1-carbonitrile), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, potassium persulfate, ammonium persulfate, tetramethylthiuram disulfide, etc. The amount of polymerization initiator used varies greatly depending on the type of monomer, polymerization temperature, etc., but can be used in the range of about 0.01 to 5% of the total amount of vinyl monomer and crosslinking agent.

モノリスaの製造方法に係るIII工程は、II工程で得られた混合物を静置下、且つ該I工程で得られたモノリス中間体aの存在下に重合を行い、該モノリス中間体aの連続マクロポア構造を共連続構造に変化させ、共連続構造モノリスであるモノリスaを得る工程である。III工程で用いるモノリス中間体aは、本発明の構造を有するモノリスを創出する上で、極めて重要な役割を担っている。特表平7-501140号等に開示されているように、モノリス中間体aの不存在下でビニルモノマーと架橋剤を特定の有機溶媒中で静置重合させると、粒子凝集型のモノリス状有機多孔質体が得られる。それに対して、モノリスaのように上記重合系に特定の連続マクロポア構造のモノリス中間体aを存在させると、重合後のモノリスの構造は劇的に変化し、粒子凝集構造は消失し、上述の共連続構造を持つモノリスaが得られる。その理由は詳細には解明されていないが、モノリス中間体aが存在しない場合は、重合により生じた架橋重合体が粒子状に析出・沈殿することで粒子凝集構造が形成されるのに対し、重合系に全細孔容積が大きな多孔質体(中間体)が存在すると、ビニルモノマー及び架橋剤が液相から多孔質体の骨格部に吸着又は分配され、多孔質体中で重合が進行し、モノリス構造を構成する骨格が二次元の壁面から一次元の棒状骨格に変化して共連続構造を有するモノリスaが形成されると考えられる。 In step III of the method for producing monolith a, the mixture obtained in step II is left to stand while being polymerized in the presence of monolith intermediate a obtained in step I, and the continuous macropore structure of monolith intermediate a is changed to a co-continuous structure to obtain monolith a, which is a co-continuous structure monolith. Monolith intermediate a used in step III plays an extremely important role in creating a monolith having the structure of the present invention. As disclosed in JP-T-7-501140 and the like, when a vinyl monomer and a crosslinking agent are polymerized in a specific organic solvent in the absence of monolith intermediate a, a particle-aggregated monolithic organic porous material is obtained. In contrast, when monolith intermediate a with a specific continuous macropore structure is present in the above polymerization system as in monolith a, the structure of the monolith after polymerization changes dramatically, the particle-aggregated structure disappears, and monolith a with the above-mentioned co-continuous structure is obtained. The reason for this has not been elucidated in detail, but in the absence of monolith intermediate a, the crosslinked polymer produced by polymerization precipitates and settles in particulate form, forming a particle aggregate structure, whereas in the presence of a porous body (intermediate) with a large total pore volume in the polymerization system, the vinyl monomer and crosslinking agent are adsorbed or distributed from the liquid phase to the skeleton of the porous body, polymerization proceeds within the porous body, and the skeleton that constitutes the monolith structure changes from a two-dimensional wall surface to a one-dimensional rod-like skeleton, forming monolith a with a co-continuous structure.

モノリスaの製造方法において、反応容器の内容積は、モノリス中間体aを反応容器中に存在させる大きさのものであれば特に制限されず、反応容器内にモノリス中間体aを載置した際、平面視でモノリスの周りに隙間ができるもの、反応容器内にモノリス中間体aが隙間無く入るもののいずれであってもよい。このうち、重合後の骨太のモノリスが容器内壁から押圧を受けることなく、反応容器内に隙間無く入るものが、モノリスに歪が生じることもなく、反応原料などの無駄がなく効率的である。なお、反応容器の内容積が大きく、重合後のモノリスの周りに隙間が存在する場合であっても、ビニルモノマーや架橋剤は、モノリス中間体aに吸着、分配されるため、反応容器内の隙間部分に粒子凝集構造物が生成することはない。 In the method for producing monolith a, the internal volume of the reaction vessel is not particularly limited as long as it is large enough to allow the monolith intermediate a to exist in the reaction vessel. When the monolith intermediate a is placed in the reaction vessel, it may be either one in which there is a gap around the monolith in a plan view, or one in which the monolith intermediate a fits into the reaction vessel without any gaps. Of these, if the thick monolith after polymerization fits into the reaction vessel without any gaps without being pressed by the inner wall of the vessel, the monolith does not become distorted and there is no waste of reaction raw materials, etc., which is efficient. Even if the internal volume of the reaction vessel is large and there are gaps around the monolith after polymerization, the vinyl monomer and crosslinking agent are adsorbed and distributed to the monolith intermediate a, so that particle aggregate structures do not form in the gaps in the reaction vessel.

モノリスaの製造方法に係るIII工程において、反応容器中、モノリス中間体aは混合物(溶液)で含浸された状態に置かれる。II工程で得られた混合物とモノリス中間体aの配合比は、前述の如く、モノリス中間体aに対して、ビニルモノマーの添加量が重量で3~50倍、好ましくは4~40倍となるように配合するのが好適である。これにより、適度な開口径を有しつつ、骨太の骨格を有するモノリスaを得ることができる。反応容器中、混合物中のビニルモノマーと架橋剤は、静置されたモノリス中間体の骨格に吸着、分配され、モノリス中間体aの骨格内で重合が進行する。 In step III of the method for producing monolith a, monolith intermediate a is placed in a reaction vessel in a state of being impregnated with the mixture (solution). As described above, the mixture obtained in step II and monolith intermediate a are preferably mixed in such a ratio that the amount of vinyl monomer added is 3 to 50 times, preferably 4 to 40 times, by weight, relative to monolith intermediate a. This makes it possible to obtain monolith a having a suitable opening diameter and a thick skeleton. In the reaction vessel, the vinyl monomer and crosslinking agent in the mixture are adsorbed and distributed to the skeleton of the stationary monolith intermediate, and polymerization proceeds within the skeleton of monolith intermediate a.

モノリスaの製造方法に係るIII工程において、反応容器中、モノリス中間体aは混合物(溶液)で含浸された状態に置かれる。II工程で得られた混合物とモノリス中間体aの配合比は、前述の如く、モノリス中間体aに対して、芳香族ビニルモノマーの添加量が重量で5~50倍、好ましくは5~40倍となるように配合するのが好適である。これにより、適度な大きさの空孔が三次元的に連続し、且つ骨太の骨格が3次元的に連続する共連続構造のモノリスaを得ることができる。反応容器中、混合物中の芳香族ビニルモノマーと架橋剤は、静置されたモノリス中間体aの骨格に吸着、分配され、モノリス中間体aの骨格内で重合が進行する。 In step III of the method for producing monolith a, monolith intermediate a is placed in a reaction vessel in a state of being impregnated with the mixture (solution). As described above, the mixture obtained in step II and monolith intermediate a are preferably mixed in such a ratio that the amount of aromatic vinyl monomer added is 5 to 50 times, preferably 5 to 40 times, by weight, relative to monolith intermediate a. This makes it possible to obtain monolith a with a bicontinuous structure in which pores of appropriate size are three-dimensionally continuous and a thick skeleton is three-dimensionally continuous. In the reaction vessel, the aromatic vinyl monomer and crosslinking agent in the mixture are adsorbed and distributed to the skeleton of monolith intermediate a, which is left stationary, and polymerization proceeds within the skeleton of monolith intermediate a.

モノリスaの製造方法に係るIII工程の重合条件は、モノマーの種類、開始剤の種類により様々な条件が選択される。例えば、開始剤として2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム等を用いたときには、不活性雰囲気下の密封容器内において、30~100℃で1~48時間加熱重合させればよい。加熱重合により、モノリス中間体aの骨格に吸着、分配したビニルモノマーと架橋剤が骨格内で重合し、骨格を太らせる。重合終了後、内容物を取り出し、未反応ビニルモノマーと有機溶媒の除去を目的に、アセトン等の溶剤で抽出してモノリスaを得る。 The polymerization conditions for step III in the manufacturing method of monolith a are selected according to the type of monomer and the type of initiator. For example, when 2,2'-azobis(isobutyronitrile), 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, potassium persulfate, or the like is used as the initiator, the polymerization can be carried out by heating at 30 to 100°C for 1 to 48 hours in a sealed container under an inert atmosphere. By the thermal polymerization, the vinyl monomer and crosslinking agent adsorbed and distributed to the skeleton of monolith intermediate a are polymerized within the skeleton, thickening the skeleton. After the polymerization is completed, the contents are removed and extracted with a solvent such as acetone to remove the unreacted vinyl monomer and organic solvent, to obtain monolith a.

モノリスアニオン交換体aは、III工程で得られたモノリスaにアニオン交換基を導入するIV工程を施すことにより得ることができる。
上記モノリスaにアニオン交換基を導入する方法としては、特に制限はなく、高分子反応やグラフト重合等の公知の方法を用いることができる。
例えば、四級アンモニウム基を導入する方法としては、モノリスがスチレン-ジビニルベンゼン共重合体等であればクロロメチルメチルエーテル等によりクロロメチル基を導入した後、三級アミンと反応させる方法; モノリスをクロロメチルスチレンとジビニルベンゼンの共重合により製造し、三級アミンと反応させる方法;モノリスに、均一にラジカル開始基や連鎖移動基を骨格表面及び骨格内部導入し、N,N,N-トリメチルアンモニウムエチルアクリレートやN,N,N-トリメチルアンモニウムプロピルアクリルアミドをグラフト重合する方法;同様にグリシジルメタクリレートをグラフト重合した後、官能基変換により四級アンモニウム基を導入する方法等が挙げられる。
これらの方法のうち、四級アンモニウム基を導入する方法としては、スチレン-ジビニルベンゼン共重合体にクロロメチルメチルエーテル等によりクロロメチル基を導入した後、三級アミンと反応させる方法やクロロメチルスチレンとジビニルベンゼンの共重合によりモノリスを製造し、三級アミンと反応させる方法が、イオン交換基を均一かつ定量的に導入できる点で好ましい。なお、導入するイオン交換基としては、トリメチルアンモニウム基、トリエチルアンモニウム基、トリブチルアンモニウム基、ジメチルヒドロキシエチルアンモニウム基、ジメチルヒドロキシプロピルアンモニウム基、メチルジヒドロキシエチルアンモニウム基等の四級アンモニウム基や、第三スルホニウム基、ホスホニウム基等が挙げられる。
The monolith anion exchanger a can be obtained by subjecting the monolith a obtained in the step III to the step IV in which an anion exchange group is introduced.
The method for introducing anion exchange groups into the monolith a is not particularly limited, and known methods such as polymer reaction and graft polymerization can be used.
For example, examples of methods for introducing quaternary ammonium groups include, if the monolith is a styrene-divinylbenzene copolymer or the like, a method in which chloromethyl groups are introduced using chloromethyl methyl ether or the like, followed by reaction with a tertiary amine; a method in which a monolith is produced by copolymerizing chloromethylstyrene and divinylbenzene, followed by reaction with a tertiary amine; a method in which radical initiation groups or chain transfer groups are uniformly introduced into the surface and interior of the skeleton of a monolith, followed by graft polymerization of N,N,N-trimethylammonium ethyl acrylate or N,N,N-trimethylammonium propyl acrylamide; and a method in which glycidyl methacrylate is graft polymerized in a similar manner, followed by introduction of quaternary ammonium groups by functional group conversion.
Among these methods, the method of introducing quaternary ammonium groups is preferably a method of introducing chloromethyl groups into a styrene-divinylbenzene copolymer using chloromethyl methyl ether or the like, followed by reaction with a tertiary amine, or a method of producing a monolith by copolymerizing chloromethylstyrene with divinylbenzene, followed by reaction with a tertiary amine, since ion exchange groups can be introduced uniformly and quantitatively. Examples of the ion exchange groups to be introduced include quaternary ammonium groups such as trimethylammonium groups, triethylammonium groups, tributylammonium groups, dimethylhydroxyethylammonium groups, dimethylhydroxypropylammonium groups, and methyldihydroxyethylammonium groups, as well as tertiary sulfonium groups and phosphonium groups.

モノリスa及びモノリスアニオン交換体aは、3次元的に連続する空孔の大きさが格段に大きいにもかかわらず、骨太骨格を有するため機械的強度が高い。また、モノリスアニオン交換体aは、骨格が太いため、水湿潤状態での体積当りのカチオン交換容量を大きくでき、更に、被処理液を低圧、大流量で長期間通液することが可能である。 Although the size of the three-dimensionally continuous pores in Monolith A and Monolith Anion Exchanger A is significantly larger, they have a thick skeleton and therefore high mechanical strength. In addition, because Monolith Anion Exchanger A has a thick skeleton, it is possible to increase the cation exchange capacity per volume when wet with water, and furthermore, it is possible to pass the liquid to be treated through it at low pressure and at a large flow rate for a long period of time.

<アニオン交換樹脂(陰イオン交換樹脂)>
本発明において、アニオン交換体がアニオン交換樹脂(陰イオン交換樹脂)である場合、アニオン交換樹脂としては、特に制限されないが、有機高分子を母体とする有機高分子系のものが好ましく、母体となる有機高分子としては、スチレン系樹脂またはアクリル系樹脂を挙げることができる。
<Anion exchange resin (negative ion exchange resin)>
In the present invention, when the anion exchanger is an anion exchange resin (anion exchange resin), the anion exchange resin is not particularly limited, but is preferably an organic polymer-based resin having an organic polymer as a parent body, and examples of the parent organic polymer include a styrene-based resin and an acrylic-based resin.

本出願書類において、スチレン系樹脂とは、スチレン又はスチレン誘導体を単独または共重合した、スチレン又はスチレン誘導体に由来する構成単位を50質量%以上含む樹脂を意味する。 In this application, styrene-based resin means a resin containing 50% by mass or more of structural units derived from styrene or a styrene derivative, either homopolymerized or copolymerized with styrene or a styrene derivative.

上記スチレン誘導体としては、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、クロロスチレン、エチルスチレン、i-プロピルスチレン、ジメチルスチレン、ブロモスチレン等が挙げられる。 Examples of the styrene derivatives include α-methylstyrene, vinyltoluene, chlorostyrene, ethylstyrene, i-propylstyrene, dimethylstyrene, and bromostyrene.

スチレン系樹脂としては、スチレンまたはスチレン誘導体の単独または共重合体を主成分とするものであれば、共重合可能な他のビニルモノマーとの共重合体であってもよく、このようなビニルモノマーとしては、例えば、o-ジビニルベンゼン、m-ジビニルベンゼン、p-ジビニルベンゼン等のジビニルベンゼン、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート等のアルキレングリコールジ(メタ)アクリレート等の多官能性モノマーや、(メタ)アクリロニトリル、メチル(メタ)アクリレート等から選ばれる一種以上を挙げることができる。 As for styrene-based resins, as long as the main component is a homopolymer or copolymer of styrene or a styrene derivative, it may be a copolymer with other copolymerizable vinyl monomers. Examples of such vinyl monomers include one or more selected from polyfunctional monomers such as divinylbenzenes such as o-divinylbenzene, m-divinylbenzene, and p-divinylbenzene, alkylene glycol di(meth)acrylates such as ethylene glycol di(meth)acrylate and polyethylene glycol di(meth)acrylate, (meth)acrylonitrile, methyl (meth)acrylate, etc.

上記共重合可能な他のビニルモノマーとしては、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、エチレン重合数が4~16のポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジビニルベンゼンがより好ましく、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジ(メタ)アクリレートがより好ましく、ジビニルベンゼンがさらに好ましい。 The other copolymerizable vinyl monomers are preferably ethylene glycol di(meth)acrylate, polyethylene glycol di(meth)acrylate having an ethylene polymerization number of 4 to 16, and divinylbenzene, more preferably divinylbenzene and ethylene glycol di(meth)acrylate, and even more preferably divinylbenzene.

本出願書類において、アクリル系樹脂とは、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステルから選ばれる一種以上を単独重合または共重合した、アクリル酸に由来する構成単位、メタクリル酸に由来する構成単位、アクリル酸エステルに由来する構成単位およびメタクリル酸エステルに由来する構成単位から選ばれる構成単位を50質量%以上含む樹脂を意味する。 In this application, acrylic resin means a resin that is homopolymerized or copolymerized with one or more selected from acrylic acid, methacrylic acid, acrylic acid esters, and methacrylic acid esters, and contains 50% by mass or more of structural units selected from structural units derived from acrylic acid, structural units derived from methacrylic acid, structural units derived from acrylic acid esters, and structural units derived from methacrylic acid esters.

上記アクリル系樹脂として、より具体的には、アクリル酸の単独重合体、メタクリル酸の単独重合体、アクリル酸エステルの単独重合体、メタクリル酸エステルの単独重合体、アクリル酸と他のモノマー(例えば、アクリル酸エステル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、α-オレフィン(例えばエチレン、ジビニルベンゼン等)等)との共重合体、メタクリル酸と他のモノマー(例えば、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、α-オレフィン(例えばエチレン、ジビニルベンゼン等)等)との共重合体、アクリル酸エステルと他のモノマー(例えば、アクリル酸、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、α-オレフィン(例えばエチレン、ジビニルベンゼン等)等)との共重合体、メタクリル酸エステルと他のモノマー(例えば、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸、α-オレフィン(例えばエチレン、ジビニルベンゼン等))との共重合体から選ばれる一種以上を挙げることができ、これ等のうち、メタクリル酸・ジビニルベンゼン共重合体またはアクリル酸・ジビニルベンゼン共重合体が好ましい。 More specifically, the acrylic resin may be one or more selected from the group consisting of homopolymers of acrylic acid, homopolymers of methacrylic acid, homopolymers of acrylic acid esters, homopolymers of methacrylic acid esters, copolymers of acrylic acid and other monomers (e.g., acrylic acid esters, methacrylic acid, methacrylic acid esters, α-olefins (e.g., ethylene, divinylbenzene, etc.), etc.), copolymers of methacrylic acid and other monomers (e.g., acrylic acid, acrylic acid esters, methacrylic acid esters, α-olefins (e.g., ethylene, divinylbenzene, etc.), etc.), copolymers of acrylic acid esters and other monomers (e.g., acrylic acid, methacrylic acid, methacrylic acid esters, α-olefins (e.g., ethylene, divinylbenzene, etc.), etc.), and copolymers of methacrylic acid esters and other monomers (e.g., acrylic acid, acrylic acid esters, methacrylic acid, α-olefins (e.g., ethylene, divinylbenzene, etc.)). Among these, methacrylic acid-divinylbenzene copolymers or acrylic acid-divinylbenzene copolymers are preferred.

アクリル酸エステルとしては、アクリル酸アルキルエステルが好ましく、アクリル酸の直鎖アルキルエステル又は分岐鎖アルキルエステルがより好ましく、アクリル酸の直鎖アルキルエステルが更に好ましい。
アクリル酸エステルとしては、アルキルエステルの部位に含まれるアルキル基の炭素数が1~4であるアクリル酸アルキルエステルが更に好ましく、アクリル酸メチル、アクリル酸エチルが更に好ましく、アクリル酸メチルが特に好ましい。
The acrylic acid ester is preferably an alkyl acrylate, more preferably a linear or branched alkyl ester of acrylic acid, and even more preferably a linear alkyl ester of acrylic acid.
As the acrylic ester, an alkyl acrylate having an alkyl group contained in the alkyl ester moiety having 1 to 4 carbon atoms is more preferred, methyl acrylate and ethyl acrylate are more preferred, and methyl acrylate is particularly preferred.

メタクリル酸エステルとしては、メタクリル酸アルキルエステルが好ましく、メタクリル酸の直鎖アルキルエステル又は分岐鎖アルキルエステルがより好ましく、メタクリル酸の直鎖アルキルエステルが更に好ましい。
メタクリル酸エステルとしては、アルキルエステルの部位に含まれるアルキル基の炭素数が1~4であるメタクリル酸アルキルエステルがより好ましく、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチルが更に好ましく、メタクリル酸メチルが特に好ましい。
As the methacrylic acid ester, a methacrylic acid alkyl ester is preferable, a linear alkyl ester or a branched alkyl ester of methacrylic acid is more preferable, and a linear alkyl ester of methacrylic acid is further preferable.
As the methacrylic acid ester, a methacrylic acid alkyl ester in which the alkyl group contained in the alkyl ester moiety has 1 to 4 carbon atoms is more preferable, methyl methacrylate and ethyl methacrylate are further preferable, and methyl methacrylate is particularly preferable.

上記アニオン交換樹脂としては、陰イオン交換基として四級アンモニウム基を有する強塩基性のものや、陰イオン交換基としてアミノ基を有する弱塩基性のものを挙げることができる。
本発明に係るイオン交換樹脂の前処理装置において、イオン交換樹脂容器に収容する非水溶媒を通液するイオン交換樹脂としては、弱塩基性イオン交換樹脂が好ましい。
Examples of the anion exchange resin include strongly basic resins having quaternary ammonium groups as anion exchange groups, and weakly basic resins having amino groups as anion exchange groups.
In the pretreatment device for ion exchange resin according to the present invention, the ion exchange resin through which the non-aqueous solvent contained in the ion exchange resin container is passed is preferably a weakly basic ion exchange resin.

弱塩基性イオン交換樹脂を構成する弱塩基性のイオン交換基としては、一級~三級のアミノ基であることが好ましい。 The weakly basic ion exchange groups that make up the weakly basic ion exchange resin are preferably primary to tertiary amino groups.

このようなアニオン交換樹脂は、市販品であってもよく、例えば、三菱化学株式会社製ダイヤイオンWA30や、オルガノ株式会社製ORLITE DS-6等から選ばれる一種以上を挙げることができる。 Such anion exchange resins may be commercially available products, for example, one or more selected from Diaion WA30 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation and ORLITE DS-6 manufactured by Organo Corporation.

上記アニオン交換樹脂は、ゲル型構造を有するものであってもよいし、マクロレティキュラー型(MR型)構造を有するものであってもよいし、マクロポーラス型(MP型)構造を有するものであってもよいし、ポーラス型構造を有するものであってもよい。 The anion exchange resin may have a gel structure, a macroreticular (MR) structure, a macroporous (MP) structure, or a porous structure.

上記アニオン交換樹脂のサイズは特に制限されないが、その調和平均径が、300~1000μmであるものが好ましく、400~800μmであるものがより好ましく、500~700μmであるものがさらに好ましい。 The size of the anion exchange resin is not particularly limited, but the harmonic mean diameter is preferably 300 to 1000 μm, more preferably 400 to 800 μm, and even more preferably 500 to 700 μm.

また、上記アニオン交換樹脂としては、その湿潤状態の総イオン交換容量が、0.1~3.0(eq/L-R)であるものが好ましく、0.5~2.5(eq/L-R)であるものがより好ましく、1.0~2.0(eq/L-R)であるものがさらに好ましい。 The anion exchange resin preferably has a total ion exchange capacity in a wet state of 0.1 to 3.0 (eq/L-R), more preferably 0.5 to 2.5 (eq/L-R), and even more preferably 1.0 to 2.0 (eq/L-R).

本発明において、アニオン交換体の収容形態は、後述する第四級アンモニウム水酸化物の水溶液と接触し得る形態であれば、特に制限されない。
例えば、アニオン交換体の収容形態が、第四級アンモニウム水酸化物の水溶液を通液し得るように充填されたカラムまたは槽等の形態であってもよい。
上記カラムまたは槽は、第四級アンモニウム水酸化物の水溶液を通液するためのポンプを備えたものであってもよい。
In the present invention, the form in which the anion exchanger is contained is not particularly limited as long as it is in a form that allows it to come into contact with an aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide, which will be described later.
For example, the anion exchanger may be contained in the form of a column or tank packed so that an aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide can pass through.
The column or tank may be equipped with a pump for passing the aqueous solution of the quaternary ammonium hydroxide through the column or tank.

<アニオン交換体のイオン形変更態様>
本発明においては、上記超純水の精製または薬液の精製に使用したアニオン交換体と第四級アンモニウム水酸化物の水溶液とを接触させる。
本発明において、アニオン交換体と第四級アンモニウム水酸化物の水溶液とを接触させる態様としては、以下の態様(a)~態様(c)を挙げることができる。
(態様(a))
アニオン交換体を第四級アンモニウム水酸化物の水溶液と接触させ、アニオン交換体のイオン形を変更する態様。
(態様(b))
アニオン交換体を、鉱酸と接触し、次いで水で洗浄した後に第四級アンモニウム水酸化物の水溶液と接触させて、アニオン交換体のイオン形を変更する態様。
(態様(c))
アニオン交換体を、鉱酸と接触し、次いで水で洗浄した後、さらに塩酸と接触し、次いで水で洗浄した上で、前記第四級アンモニウム水酸化物の水溶液と接触させる態様。
上記態様(a)~態様(c)のいずれかの態様により、アニオン交換体のイオン形をOH形に効果的に変更することができる。
本発明においては、態様(b)または態様(c)によりアニオン交換体のイオン形を変更することが好ましく、態様(c)によりアニオン交換体のイオン形を変更することがより好ましい。
以下の説明は、特に断らない限り、態様(a)~態様(c)に共通する事項として記載するものとする。
<Changes in ion type of anion exchanger>
In the present invention, the anion exchanger used for purifying the above-mentioned ultrapure water or purifying the chemical solution is brought into contact with an aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide.
In the present invention, the anion exchanger is brought into contact with the aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide in the following manner (a) to (c).
(Aspect (a))
The anion exchanger is contacted with an aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide to change the ionic form of the anion exchanger.
(Aspect (b))
The anion exchanger is contacted with a mineral acid, then washed with water, and then contacted with an aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide to change the ionic form of the anion exchanger.
(Aspect (c))
An embodiment in which the anion exchanger is contacted with a mineral acid, then washed with water, then contacted with hydrochloric acid, then washed with water, and then contacted with the aqueous solution of the quaternary ammonium hydroxide.
According to any one of the above-mentioned embodiments (a) to (c), the ionic form of the anion exchanger can be effectively changed to the OH form.
In the present invention, it is preferable to change the ionic form of the anion exchanger according to embodiment (b) or embodiment (c), and it is more preferable to change the ionic form of the anion exchanger according to embodiment (c).
The following description will be given regarding matters common to aspects (a) to (c) unless otherwise specified.

上述した態様(a)~態様(c)に例示するように、本発明においては、アニオン交換体と第四級アンモニウム水酸化物の水溶液とを接触させる。
<第四級アンモニウム水酸化物>
第四級アンモニウム水酸化物としては、下記一般式(I)

Figure 0007477374000002
(式中、R~Rは、各々水酸基を有していてもよい炭素数1~4の炭化水素基であり、互いに同一であっても異なっていてもよい。)
で表される化合物から選ばれる一種以上であることが好ましい。 As exemplified in the above-mentioned embodiments (a) to (c), in the present invention, the anion exchanger is contacted with an aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide.
<Quaternary ammonium hydroxide>
The quaternary ammonium hydroxide may be represented by the following general formula (I):
Figure 0007477374000002
(In the formula, R 1 to R 4 are each a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms which may have a hydroxyl group, and may be the same or different.)
It is preferable that the compound is one or more selected from the compounds represented by the following formula:

~Rとしては、水酸基を有していてもよい直鎖状または分岐鎖状の炭化水素基を挙げることができ、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、ブチル基を挙げることができる。
~Rは、互いに同一であってもよいし異なっていてもよい。
Examples of R 1 to R 4 include linear or branched hydrocarbon groups which may have a hydroxyl group, such as a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, and a butyl group.
R 1 to R 4 may be the same or different.

下記一般式(I)で表される化合物として、具体的には、トリメチルヒドロキシアンモニウム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)、トリメチルヒドロキシエチルアンモニウムハイドロオキサイド(コリン)、メチルトリヒドロキシエチルアンモニウムハイドロオキサイド、ジメチルジヒドロキシエチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド、トリメチルエチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド(TBAH)等から選ばれる一種以上を挙げることができる。 Specific examples of the compound represented by the following general formula (I) include one or more selected from trimethylhydroxyammonium, tetramethylammonium hydroxide (TMAH), trimethylhydroxyethylammonium hydroxide (choline), methyltrihydroxyethylammonium hydroxide, dimethyldihydroxyethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, trimethylethylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide (TBAH), etc.

本発明において、第四級アンモニウム水酸化物の水溶液中における第四級アンモニウム水酸化物の濃度は、0.1~2.0Nであることが好ましく、0.5~2.0Nであることがより好ましく、0.5~1.0Nであることがさらに好ましい。
また、本発明において、上記第四級アンモニウム水酸化物の水溶液中における金属不純物の濃度は、1000ng/L以下であることが好ましく、100ng/L以下であることがより好ましい。
なお、本出願書類において、金属不純物の濃度は、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS、アジレント・テクノロジー(株)製Agilent7500cs)を用いて測定した値を意味する。
In the present invention, the concentration of the quaternary ammonium hydroxide in the aqueous solution of the quaternary ammonium hydroxide is preferably 0.1 to 2.0N, more preferably 0.5 to 2.0N, and even more preferably 0.5 to 1.0N.
In the present invention, the concentration of metal impurities in the aqueous solution of the quaternary ammonium hydroxide is preferably 1000 ng/L or less, and more preferably 100 ng/L or less.
In the present application, the concentration of metal impurities refers to a value measured by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS, Agilent 7500cs, manufactured by Agilent Technologies, Inc.).

本発明において、第四級アンモニウム水酸化物の水溶液アニオン交換体に通液する通液速度(液空間速度)は、アニオン交換体を構成する陰イオン交換基のカウンダーイオンをOH形に変更し得る速度であれば、特に制限されない。 In the present invention, the flow rate (liquid hourly space velocity) of the aqueous solution of quaternary ammonium hydroxide through the anion exchanger is not particularly limited as long as it is a rate at which the counter ions of the anion exchange groups constituting the anion exchanger can be converted to the OH form.

本発明においては、上記アニオン交換体に対し、第四級アンモニウム水酸化物の水溶液を、液空間速度SV(流量/アニオン交換体体積比)が、20000h-1以下となるように通液することが好ましく、10~4000h-1となるように通液することがより好ましく、300~1000h-1となるように通液することがさらに好ましい。 In the present invention, the aqueous solution of quaternary ammonium hydroxide is preferably passed through the anion exchanger at a liquid hourly space velocity (SV) (flow rate/anion exchanger volume ratio) of 20,000 h -1 or less, more preferably 10 to 4,000 h -1 , and even more preferably 300 to 1,000 h -1 .

本発明において、上記アニオン交換体に対する第四級アンモニウム水酸化物の水溶液の通液量は、体積基準で、5~100倍量であることが好ましく、10~100倍量であることがより好ましく、15~75倍量であることがさらに好ましい。 In the present invention, the amount of the aqueous solution of quaternary ammonium hydroxide passed through the anion exchanger is preferably 5 to 100 times, more preferably 10 to 100 times, and even more preferably 15 to 75 times, by volume.

本発明においては、容器内に収容されたアニオン交換体に対し、第四級アンモニウム水酸化物の水溶液を上向流または下向流となるように通液して両者を接触させることが好ましく、容器内に収容されたアニオン交換体に対し、第四級アンモニウム水酸化物の水溶液を上向流となるように通液して両者を接触することがより好ましい。 In the present invention, it is preferable to pass an aqueous solution of quaternary ammonium hydroxide through the anion exchanger contained in a container in an upward or downward flow manner to bring the two into contact with each other, and it is more preferable to pass an aqueous solution of quaternary ammonium hydroxide through the anion exchanger contained in a container in an upward flow manner to bring the two into contact with each other.

例えば、図4に示すように、タンク4に貯蔵した第四級アンモニウム水酸化物の水溶液Sを、上記アニオン交換体を収容した容器3の底部から頂部方向にポンプPを用いて上向流で通液した後、流出した排出液Wを貯留タンク5内に貯留する処理を行う通液処理が挙げられる。 For example, as shown in FIG. 4, a liquid passing process may be used in which an aqueous solution S of quaternary ammonium hydroxide stored in a tank 4 is passed through a container 3 containing the anion exchanger in an upward flow direction from the bottom to the top using a pump P, and the discharged liquid W is then stored in a storage tank 5.

容器3内に収容されたアニオン交換体に対し、第四級アンモニウム水酸化物の水溶液を上向流で通液することにより、容器3内に収容されたアニオン交換体中に気泡等が混入した場合であっても、第四級アンモニウム水酸化物の水溶液がアニオン交換体内を上向に流通する際にアニオン交換体中の気泡を脱泡しながら流通してこれを除去することができる。
このため、アニオン交換体中に気泡等が混入した場合であっても、第四級アンモニウム水酸化物の水溶液とアニオン交換体との接触性を好適に維持しながらアニオン交換体のイオン形を高い割合で簡便かつ短時間にOH形に変更することができる。
By passing the aqueous solution of quaternary ammonium hydroxide through the anion exchanger contained in the container 3 in an upward direction, even if air bubbles or the like become mixed into the anion exchanger contained in the container 3, the air bubbles in the anion exchanger can be removed by degassing the aqueous solution of quaternary ammonium hydroxide as it flows upward through the anion exchanger.
Therefore, even if air bubbles or the like are mixed into the anion exchanger, the ionic form of the anion exchanger can be changed to the OH form at a high rate, easily, and in a short time while maintaining favorable contact between the aqueous solution of the quaternary ammonium hydroxide and the anion exchanger.

本発明においては、上述した態様(b)および態様(c)に例示するように、アニオン交換体を四級アンモニウム水酸化物の水溶液と接触させることに先立って、鉱酸と接触させることが好ましい。
鉱酸としては、硝酸、塩酸、硫酸等から選ばれる一種以上を挙げることができ、硝酸および塩酸から選ばれる一種以上が好ましく、硝酸がより好ましい。
In the present invention, as exemplified in the above-mentioned embodiments (b) and (c), it is preferable to contact the anion exchanger with a mineral acid prior to contacting it with the aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide.
The mineral acid may be one or more selected from nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, etc., and is preferably one or more selected from nitric acid and hydrochloric acid, and more preferably nitric acid.

本発明において、鉱酸の濃度は、0.1~2.0Nであることが好ましく、0.5~2.0Nであることがより好ましく、0.5~1.0Nであることがさらに好ましい。
また、本発明において、上記鉱酸中の金属不純物の濃度は、100ng/L以下であることが好ましく、10ng/L以下であることがより好ましい。
In the present invention, the concentration of the mineral acid is preferably 0.1 to 2.0N, more preferably 0.5 to 2.0N, and even more preferably 0.5 to 1.0N.
In the present invention, the concentration of metal impurities in the mineral acid is preferably 100 ng/L or less, and more preferably 10 ng/L or less.

本発明においては、上記アニオン交換体に対し、鉱酸を、液空間速度SV(流量/アニオン交換体体積比)が、20000h-1以下となるように通液することが好ましく、10~4000h-1となるように通液することがより好ましく、300~1000h-1となるように通液することがさらに好ましい。 In the present invention, the mineral acid is preferably passed through the anion exchanger at a liquid hourly space velocity (SV) (flow rate/anion exchanger volume ratio) of 20,000 h -1 or less, more preferably 10 to 4,000 h -1 , and even more preferably 300 to 1,000 h -1 .

本発明において、上記アニオン交換体に対する鉱酸の通液量は、体積基準で、5~100倍量であることが好ましく、10~100倍量であることがより好ましく、15~75倍量であることがさらに好ましい。 In the present invention, the amount of mineral acid passed through the anion exchanger is preferably 5 to 100 times, more preferably 10 to 100 times, and even more preferably 15 to 75 times, by volume.

本発明においては、容器内に収容されたアニオン交換体に対し、鉱酸を上向流または下向流となるように通液して両者を接触させることが好ましく、容器内に収容されたアニオン交換体に対し、鉱酸を上向流となるように通液して両者を接触することがより好ましい。
この場合、具体的には、上述した図4に示す態様と同様に、タンク内に貯蔵した鉱酸を、上記アニオン交換体を収容した容器の底部から頂部方向にポンプPを用いて上向流で通液する接触態様を挙げることができる。
In the present invention, it is preferable to pass the mineral acid through the anion exchanger contained in a container in an upward or downward flow manner to bring them into contact with each other, and it is more preferable to pass the mineral acid through the anion exchanger contained in a container in an upward flow manner to bring them into contact with each other.
In this case, specifically, a contact mode can be mentioned in which the mineral acid stored in a tank is passed in an upward flow manner from the bottom to the top of a container containing the anion exchanger by using a pump P, similar to the mode shown in FIG. 4 described above.

次いで、上記鉱酸と接触させた上記アニオン交換体を、水で洗浄する。
上記水による洗浄処理は、アニオン交換体中に存在する余剰の鉱酸を流出させることができれば、その通液速度や通液時間は特に制限されない。
The anion exchanger that has been contacted with the mineral acid is then washed with water.
The above-mentioned washing treatment with water is not particularly limited in terms of the liquid passing speed or time, so long as it is possible to flush out the excess mineral acid present in the anion exchanger.

上述した態様(b)においては、上述した方法により鉱酸と接触し、次いで水で洗浄したアニオン交換体を、第四級アンモニウム水酸化物の水溶液と接触させる。
アニオン交換体と第四級アンモニウム水酸化物の水溶液とを接触させる方法の詳細は、上述した内容と同様である。
In the above-mentioned embodiment (b), the anion exchanger which has been contacted with a mineral acid by the above-mentioned method and then washed with water is contacted with an aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide.
The details of the method for contacting the anion exchanger with the aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide are the same as those described above.

本発明の態様(b)においては、アニオン交換体を鉱酸と接触させることにより、アニオン交換体を構成する陰イオンの少なくとも一部を対応するイオン形に置換することができ、その後、第四級アンモニウム水酸化物の水溶液と接触させることにより、OH形(水酸化物イオン)に高い割合で簡便かつ短時間に変更することができる。
例えば、本発明の態様(b)において、アニオン交換体を硝酸または塩酸と接触させることにより、アニオン交換体を構成する陰イオンの少なくとも一部を硝酸イオンまたは塩化物イオンに置換することができ、その後第四級アンモニウム水酸化物の水溶液と接触させることにより、硝酸形(硝酸イオン)または塩酸形(塩化物イオン)からOH形(水酸化物イオン)に高い割合で簡便かつ短時間に変更することができる。
In embodiment (b) of the present invention, at least a portion of the anions constituting the anion exchanger can be converted to the corresponding ionic form by contacting the anion exchanger with a mineral acid, and then, by contacting the anion exchanger with an aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide, a high proportion of the anions can be converted to the OH form (hydroxide ion) easily and in a short time.
For example, in embodiment (b) of the present invention, by contacting the anion exchanger with nitric acid or hydrochloric acid, at least a portion of the anions constituting the anion exchanger can be replaced with nitrate ions or chloride ions, and then by contacting the anion exchanger with an aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide, the nitric acid form (nitrate ions) or hydrochloric acid form (chloride ions) can be easily and quickly converted to the OH form (hydroxide ions) at a high rate.

本発明においては、上述した態様(c)に例示するように、アニオン交換体を鉱酸と接触し、次いで水で洗浄した後、さらに塩酸と接触し、次いで水で洗浄した上で、前記第四級アンモニウム水酸化物の水溶液と接触させることが好ましい。 In the present invention, as exemplified in the above-mentioned embodiment (c), it is preferable to contact the anion exchanger with a mineral acid, then wash with water, then contact with hydrochloric acid, then wash with water, and then contact with the aqueous solution of the quaternary ammonium hydroxide.

アニオン交換体を鉱酸と接触し、次いで水で洗浄する方法の詳細は、上述した内容と同様である。 The details of the method for contacting the anion exchanger with a mineral acid and then washing with water are the same as described above.

上記鉱酸と接触し、次いで水で洗浄されたアニオン交換体を、さらに塩酸と接触し、次いで水で洗浄する。 The anion exchanger that has been contacted with the mineral acid and then washed with water is then contacted with hydrochloric acid and then washed with water.

本発明において、(鉱酸と接触し、水で洗浄した後に接触させる)上記塩酸の濃度は、0.1~2.0Nであることが好ましく、0.5~2.0Nであることがより好ましく、1.0~2.0Nであることがさらに好ましい。
また、本発明において、上記塩酸中の金属不純物の含有量は、100ng/L以下が好ましく、10ng/L以下がより好ましい。
In the present invention, the concentration of the hydrochloric acid (which is contacted with the mineral acid and then washed with water) is preferably 0.1 to 2.0N, more preferably 0.5 to 2.0N, and even more preferably 1.0 to 2.0N.
In the present invention, the content of metal impurities in the hydrochloric acid is preferably 100 ng/L or less, and more preferably 10 ng/L or less.

本発明においては、上記アニオン交換体に対し、塩酸を、液空間速度SV(流量/アニオン交換体体積比)が、20000h-1以下となるように通液することが好ましく、10~4000h-1となるように通液することがより好ましく、300~1000h-1となるように通液することがさらに好ましい。 In the present invention, hydrochloric acid is passed through the anion exchanger at a liquid hourly space velocity (SV) (flow rate/anion exchanger volume ratio) of preferably 20,000 h -1 or less, more preferably 10 to 4,000 h -1 , and even more preferably 300 to 1,000 h -1 .

本発明において、上記アニオン交換体に対し、塩酸を通液する通液量は、5~100倍量であることが好ましく、10~100倍量であることがより好ましく、15~75倍量であることがさらに好ましい。 In the present invention, the amount of hydrochloric acid passed through the anion exchanger is preferably 5 to 100 times, more preferably 10 to 100 times, and even more preferably 15 to 75 times.

本発明においては、容器内に収容されたアニオン交換体に対し、塩酸を上向流または下向流となるように通液して両者を接触させることが好ましく、容器内に収容されたアニオン交換体に対し、塩酸を上向流となるように通液して両者を接触することがより好ましい。
この場合、具体的には、上述した図4に示す態様と同様に、タンク内に貯蔵した塩酸を、上記アニオン交換体を収容した容器の底部から頂部方向にポンプPを用いて上向流で通液する接触態様を挙げることができる。
In the present invention, it is preferable to pass hydrochloric acid through the anion exchanger contained in a container in an upward or downward flow manner to bring the two into contact with each other, and it is more preferable to pass hydrochloric acid through the anion exchanger contained in a container in an upward flow manner to bring the two into contact with each other.
In this case, specifically, a contact mode can be mentioned in which hydrochloric acid stored in a tank is passed in an upward flow manner from the bottom to the top of a container containing the anion exchanger by using a pump P, similar to the mode shown in FIG. 4 described above.

次いで、上記塩酸と接触させた上記アニオン交換体を、水で洗浄する。
上記水による洗浄処理は、アニオン交換体中に存在する余剰の塩酸を流出させることができれば、その通液速度や通液時間は特に制限されない。
The anion exchanger that has been contacted with the hydrochloric acid is then washed with water.
The above-mentioned washing treatment with water is not particularly limited in terms of the flow rate or time, so long as it is possible to flush out the excess hydrochloric acid present in the anion exchanger.

上述した態様(c)においては、上述した方法により鉱酸と接触し、次いで水で洗浄した後、さらに塩酸と接触し、次いで水で洗浄したアニオン交換体を、第四級アンモニウム水酸化物の水溶液と接触させる。
アニオン交換体と第四級アンモニウム水酸化物の水溶液とを接触させる方法の詳細は、上述した内容と同様である。
In the above-mentioned embodiment (c), the anion exchanger which has been contacted with a mineral acid by the above-mentioned method, then washed with water, and then further contacted with hydrochloric acid and then washed with water, is contacted with an aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide.
The details of the method for contacting the anion exchanger with the aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide are the same as those described above.

本発明の態様(c)においては、アニオン交換体を鉱酸で初期洗浄した後、塩酸と接触させることにより、アニオン交換体の金属含有量を低減した上で、アニオン交換体を構成する陰イオンの少なくとも一部塩化物イオンに置換することができ、その後第四級アンモニウム水酸化物の水溶液と接触させることにより、塩酸形(塩化物イオン)からOH形(水酸化物イオン)に高い割合で簡便かつ短時間に変更することができる。 In embodiment (c) of the present invention, the anion exchanger is initially washed with a mineral acid, and then contacted with hydrochloric acid to reduce the metal content of the anion exchanger, and at least some of the anions constituting the anion exchanger can be replaced with chloride ions. Then, by contacting the anion exchanger with an aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide, the hydrochloric acid form (chloride ions) can be easily and quickly converted to the OH form (hydroxide ions) at a high rate.

次に、本発明によって再生されたアニオン交換体の使用態様について説明する。
図5(a)は、各種製造プロセスにおいて、超純水が供給される任意のユースポイントの下流側に組み込まれ、アニオン交換体を含む容器Aおよびカチオン交換体を含む容器Cとが通水可能に連結された精製装置Uを示すものである。図5(a)に示す形態においては、容器Aの一方の端部から超純水が流入し、容器Aおよび容器C内を流通した後、容器Cの反対側端部から流出する。
本発明によって再生されたアニオン交換体を上記容器A中に装入することにより、仮に再生時にアニオン交換体中に金属分が残存し、係る金属分が流出した場合であっても、アニオン交換体の下流側に配置したカチオン交換体で容易に除去することができる。
一方、図5(b)は、各種製造プロセスにおいて、超純水が供給される任意のユースポイントの下流側に組み込まれたカチオン交換体を含む容器Cおよびアニオン交換体を含む容器Aとが通水可能に連結された精製装置Uを示すものである。図5(b)に示す形態においては、容器Cの一方の端部から超純水が流入し、容器Cおよび容器A内を流通した後、容器Cの反対側端部から流出する。
本発明によって再生されたアニオン交換体は、再生時に残存する金属分を高度に低減されたものであるため、本発明によって再生されたアニオン交換体を含む容器Aをカチオン交換体を含む容器Cの下流側に配置した場合であっても、アニオン交換体からの各種金属の流出を高度に抑制することができる。また、容器C中のカチオン交換体から仮にマイナスチャージした微粉が流出した場合であっても、下流側に配置した容器A中のアニオン交換体により容易に除去することができる。
Next, the mode of use of the anion exchanger regenerated by the present invention will be described.
5(a) shows a purification apparatus U which is installed downstream of any use point to which ultrapure water is supplied in various manufacturing processes and is connected so as to be capable of passing water to a container A containing an anion exchanger and a container C containing a cation exchanger. In the embodiment shown in Fig. 5(a), ultrapure water flows in from one end of the container A, flows through the containers A and C, and then flows out from the opposite end of the container C.
By loading the anion exchanger regenerated by the present invention into the above-mentioned vessel A, even if metal components remain in the anion exchanger during regeneration and such metal components flow out, they can be easily removed by the cation exchanger placed downstream of the anion exchanger.
5(b) shows a purification apparatus U in which a container C containing a cation exchanger and a container A containing an anion exchanger, which are incorporated downstream of any use point to which ultrapure water is supplied in various manufacturing processes, are connected so as to be able to pass water therethrough. In the embodiment shown in Fig. 5(b), ultrapure water flows in from one end of the container C, flows through the containers C and A, and then flows out from the opposite end of the container C.
The anion exchanger regenerated by the present invention has a highly reduced amount of residual metals at the time of regeneration, and therefore, even when a container A containing an anion exchanger regenerated by the present invention is placed downstream of a container C containing a cation exchanger, the outflow of various metals from the anion exchanger can be highly suppressed. Furthermore, even if negatively charged fine powder flows out from the cation exchanger in container C, it can be easily removed by the anion exchanger in container A placed downstream.

本発明によれば、各種金属の残存を抑制しつつ、アニオン交換体のイオン形を簡便かつ短時間に高い割合でOH形に変更する方法を提供することができる。 The present invention provides a method for easily and quickly changing the ionic form of an anion exchanger to the OH form at a high rate while suppressing the residual presence of various metals.

次に、本発明に係るアニオン交換体の製造方法について説明する。
本発明に係るアニオン交換体の製造方法は、超純水の精製または薬液の精製に使用するアニオン交換体の製造時にイオン形を変更するために、前記アニオン交換体と第四級アンモニウム水酸化物の水溶液とを接触させることを特徴とするものである。
Next, the method for producing the anion exchanger according to the present invention will be described.
The method for producing an anion exchanger according to the present invention is characterized in that, in the production of an anion exchanger for use in the purification of ultrapure water or in the purification of chemical solutions, the anion exchanger is brought into contact with an aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide in order to change the ion form.

本発明に係るアニオン交換体の製造方法は、超純水の精製または薬液の精製に使用するアニオン交換体の製造時、すなわち超純水中または薬液中のアニオン性不純物の除去に使用するアニオン交換体の調製時または再生時において、そのイオン形を変更するために本発明に係るアニオン交換体のイオン形変更方法を適用するものである。
本発明に係るアニオン交換体の製造方法において、製造対象となるアニオン交換体やイオン形の変更方法等の詳細は、本発明に係るアニオン交換体のイオン形変更方法の説明で述べたとおりである。
The method for producing an anion exchanger according to the present invention is to apply the method for changing the ion form of an anion exchanger according to the present invention in order to change the ion form of an anion exchanger used for purifying ultrapure water or purifying chemicals, i.e., during the preparation or regeneration of an anion exchanger used for removing anionic impurities in ultrapure water or chemicals.
In the method for producing an anion exchanger according to the present invention, the details of the anion exchanger to be produced and the method for changing the ion form are as described above in the description of the method for changing the ion form of an anion exchanger according to the present invention.

本発明によれば、各種金属の残存を抑制しつつ、アニオン交換体のイオン形を簡便かつ短時間に高い割合でOH形に変更可能なアニオン交換体の製造方法を提供することができる。 The present invention provides a method for producing an anion exchanger that can easily and quickly change the ionic form of the anion exchanger to the OH form at a high rate while suppressing the residual amount of various metals.

次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。 Next, the present invention will be explained in more detail with reference to examples, but these are merely illustrative and do not limit the present invention.

特開平2010-234357号公報に係る明細書の実施例の参考例17と同様の方法で、モノリスアニオン交換体を製造するとともに、モノリスカチオン交換体を製造した。
(参考例1)
<モノリスアニオン交換体及びモノリスカチオン交換体の製造>
(I工程;モノリス中間体の製造)
スチレン5.4g、ジビニルベンゼン0.17g、ソルビタンモノオレエート(以下SMOと略す)1.4gおよび2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)0.26gを混合し、均一に溶解させた。次に、当該スチレン/ジビニルベンゼン/SMO/2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)混合物を180gの純水に添加し、遊星式撹拌装置である真空撹拌脱泡ミキサー(イーエムイー社製)を用いて5~20℃の温度範囲において減圧下撹拌して、油中水滴型エマルションを得た。このエマルションを速やかに反応容器に移し、密封後静置下で60℃、24時間重合させた。重合終了後、内容物を取り出し、メタノールで抽出した後、減圧乾燥して、連続マクロポア構造を有するモノリス中間体を製造した。このようにして得られたモノリス中間体(乾燥体)の内部構造をSEM画像により観察したところ、隣接する2つのマクロポアを区画する壁部は極めて細く棒状であるものの、連続気泡構造を有しており、水銀圧入法により測定したマクロポアとマクロポアが重なる部分の開口(メソポア)の平均直径は70μm、全細孔容積は21.0ml/gであった。
A monolithic anion exchanger and a monolithic cation exchanger were produced in the same manner as in Reference Example 17 of the Examples of the specification of JP-A-2010-234357.
(Reference Example 1)
<Production of monolithic anion exchanger and monolithic cation exchanger>
(Step I: Production of monolith intermediate)
5.4 g of styrene, 0.17 g of divinylbenzene, 1.4 g of sorbitan monooleate (hereinafter abbreviated as SMO), and 0.26 g of 2,2'-azobis(isobutyronitrile) were mixed and uniformly dissolved. Next, the styrene/divinylbenzene/SMO/2,2'-azobis(isobutyronitrile) mixture was added to 180 g of pure water, and stirred under reduced pressure at a temperature range of 5 to 20 ° C using a planetary stirring device, a vacuum stirring and degassing mixer (manufactured by EME Co., Ltd.) to obtain a water-in-oil emulsion. This emulsion was quickly transferred to a reaction vessel, sealed, and polymerized at 60 ° C for 24 hours under static conditions. After the polymerization was completed, the contents were removed, extracted with methanol, and then dried under reduced pressure to produce a monolith intermediate having a continuous macropore structure. When the internal structure of the monolith intermediate (dried body) obtained in this manner was observed using SEM images, it was found that the walls separating two adjacent macropores were extremely thin and rod-shaped but had an open-cell structure, and the average diameter of the openings (mesopores) where the macropores overlapped, as measured by mercury intrusion porosimetry, was 70 μm, and the total pore volume was 21.0 ml/g.

(共連続構造モノリスの製造)
次いで、スチレン76.0g、ジビニルベンゼン4.0g、1-デカノール120g、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.8gを混合し、均一に溶解させた(II工程)。次に上記モノリス中間体を直径70mm、厚さ約40mmの円盤状に切断して4.1gを分取した。分取したモノリス中間体を内径110mmの反応容器に入れ、当該スチレン/ジビニルベンゼン/1-デカノール/2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)混合物に浸漬させ、減圧チャンバー中で脱泡した後、反応容器を密封し、静置下60℃で24時間重合させた。重合終了後、厚さ約60mmのモノリス状の内容物を取り出し、アセトンでソックスレー抽出した後、85℃で一夜減圧乾燥した(III工程)。
(Production of bicontinuous structure monolith)
Next, 76.0 g of styrene, 4.0 g of divinylbenzene, 120 g of 1-decanol, and 0.8 g of 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile) were mixed and dissolved uniformly (II step). Next, the monolith intermediate was cut into a disk shape with a diameter of 70 mm and a thickness of about 40 mm, and 4.1 g was taken out. The taken out monolith intermediate was placed in a reaction vessel with an inner diameter of 110 mm, immersed in the styrene/divinylbenzene/1-decanol/2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile) mixture, degassed in a vacuum chamber, sealed the reaction vessel, and polymerized at 60°C for 24 hours under static conditions. After the polymerization was completed, the monolith-shaped contents with a thickness of about 60 mm were taken out, extracted with acetone by Soxhlet extraction, and then dried overnight at 85°C under reduced pressure (III step).

このようにして得られたスチレン/ジビニルベンゼン共重合体よりなる架橋成分を3.2モル%含有したモノリス(乾燥体)の内部構造をSEMにより観察したところ、当該モノリスは骨格及び空孔はそれぞれ3次元的に連続し、両相が絡み合った共連続構造であった。また、SEM画像から測定した骨格の太さは17μmであった。また、水銀圧入法により測定した当該モノリスの三次元的に連続した空孔の大きさは41μm、全細孔容積は2.9ml/gであった。 When the internal structure of the monolith (dried body) thus obtained, which contained 3.2 mol% of a crosslinking component consisting of a styrene/divinylbenzene copolymer, was observed by SEM, it was found that the monolith had a three-dimensionally continuous skeleton and pores, and had a co-continuous structure in which the two phases were entangled. The skeleton thickness measured from the SEM image was 17 μm. The size of the three-dimensionally continuous pores of the monolith measured by mercury intrusion porosimetry was 41 μm, and the total pore volume was 2.9 ml/g.

(共連続構造モノリスアニオン交換体の製造)
上記の方法で製造したモノリスを、直径70mm、厚み約50mmの円盤状に切断した。これにジメトキシメタン4700ml、四塩化スズ67mlを加え、氷冷下クロロ硫酸1870mlを滴下した。滴下終了後、昇温して35℃で5時間反応させ、クロロメチル基を導入した。反応終了後、母液をサイフォンで抜き出し、THF/水=2/1の混合溶媒で洗浄した後、更にTHFで洗浄した。このクロロメチル化モノリス状有機多孔質体にTHF3400mlとトリメチルアミン30%水溶液2000mlを加え、60℃、6時間反応させた。反応終了後、生成物をメタノール/水混合溶媒で洗浄し、次いで純水で洗浄して単離し、共連続構造を有するモノリスアニオン交換体aを得た。
(Production of bicontinuous monolithic anion exchanger)
The monolith produced by the above method was cut into a disk shape with a diameter of 70 mm and a thickness of about 50 mm. 4700 ml of dimethoxymethane and 67 ml of tin tetrachloride were added thereto, and 1870 ml of chlorosulfuric acid was added dropwise under ice cooling. After the dropwise addition, the temperature was raised and the mixture was reacted at 35°C for 5 hours to introduce chloromethyl groups. After the reaction was completed, the mother liquor was removed by siphoning and washed with a mixed solvent of THF/water = 2/1, and then further washed with THF. 3400 ml of THF and 2000 ml of a 30% aqueous solution of trimethylamine were added to this chloromethylated monolithic organic porous material, and the mixture was reacted at 60°C for 6 hours. After the reaction was completed, the product was washed with a mixed solvent of methanol/water, and then with pure water to isolate it, and a monolithic anion exchanger a having a bicontinuous structure was obtained.

(共連続構造モノリスカチオン交換体の製造)
上記の方法で製造したモノリスを、直径75mm、厚み約15mmの円盤状に切断した。これにジクロロメタン1500mlを加え、35℃で1時間加熱した後、10℃以下まで冷却し、クロロ硫酸99gを徐々に加え、昇温して35℃で24時間反応させた。その後、メタノールを加え、残存するクロロ硫酸をクエンチした後、メタノールで洗浄してジクロロメタンを除き、更に純水で洗浄して共連続構造を有するモノリスカチオン交換体cを得た。
(Production of bicontinuous monolithic cation exchanger)
The monolith produced by the above method was cut into a disk shape with a diameter of 75 mm and a thickness of about 15 mm. 1500 ml of dichloromethane was added to the monolith, and the monolith was heated at 35° C. for 1 hour, cooled to 10° C. or less, and 99 g of chlorosulfuric acid was gradually added. The mixture was then heated to 35° C. and reacted for 24 hours. Methanol was then added to quench the remaining chlorosulfuric acid, and the monolith was washed with methanol to remove dichloromethane and further washed with pure water to obtain a monolith cation exchanger c having a bicontinuous structure.

(モノリスアニオン交換体aの分析)
得られたモノリスアニオン交換体aを一部切り出し、乾燥させた後、その内部構造をSEMにより観察したところ、共連続構造を維持していることを確認した。また、上記モノリスアニオン交換体aの反応前後の膨潤率は1.4倍であり、体積当りのアニオン交換容量は水湿潤状態で0.72mg当量/mlであった。水湿潤状態でのモノリスの連続空孔の大きさを、モノリスの値と水湿潤状態のカチオン交換体の膨潤率から見積もったところ70μmであり、骨格の直径は23μm、全細孔容積は2.9ml/gであった。
(Analysis of monolith anion exchanger a)
A portion of the obtained monolith anion exchanger a was cut out and dried, and the internal structure was observed by SEM, confirming that the bicontinuous structure was maintained. The swelling ratio of the monolith anion exchanger a before and after the reaction was 1.4 times, and the anion exchange capacity per volume was 0.72 mg equivalent/ml in a water-wet state. The size of the continuous pores of the monolith in a water-wet state was estimated to be 70 μm from the value of the monolith and the swelling ratio of the cation exchanger in a water-wet state, and the skeleton diameter was 23 μm, and the total pore volume was 2.9 ml/g.

また、水を透過させた際の圧力損失の指標である差圧係数は、0.005MPa/m・LVであった。更に、該モノリスアニオン交換体aの塩化物イオンに関するイオン交換帯長さを測定したところ、LV=20m/hにおけるイオン交換帯長さは16mmであった。 The differential pressure coefficient, which is an index of pressure loss when water is passed through, was 0.005 MPa/m·LV. Furthermore, when the ion exchange zone length for chloride ions of the monolith anion exchanger a was measured, the ion exchange zone length at LV=20 m/h was 16 mm.

次に、モノリスアニオン交換体a中の四級アンモニウム基の分布状態を確認するため、アニオン交換体aを塩酸水溶液で処理して塩化物型とした後、EPMAにより塩素原子の分布状態を観察した。その結果、四級アンモニウム基はアニオン交換体の骨格表面及び骨格内部(断面方向)にそれぞれ均一に導入されていることが観察された。 Next, to confirm the distribution of quaternary ammonium groups in monolithic anion exchanger a, anion exchanger a was treated with an aqueous hydrochloric acid solution to convert it to a chloride form, and the distribution of chlorine atoms was observed using EPMA. As a result, it was observed that the quaternary ammonium groups were uniformly introduced onto the surface and inside (cross-sectional direction) of the anion exchanger's skeleton.

(モノリスカチオン交換体の分析)
また、得られたモノリスカチオン交換体cを一部切り出し、乾燥させた後、その内部構造をSEMにより観察したところ、当該モノリスカチオン交換体cは共連続構造を維持していることを確認した。また、該モノリスカチオン交換体cの反応前後の膨潤率は1.4倍であり、体積当りのカチオン交換容量は水湿潤状態で0.72mg当量/mlであった。水湿潤状態でのモノリスの連続空孔の大きさを、モノリスの値と水湿潤状態のカチオン交換体の膨潤率から見積もったところ70μmであり、骨格の直径(平均太さ)は23μm、全細孔容積は2.9ml/gであった。
(Analysis of monolithic cation exchanger)
In addition, a part of the obtained monolith cation exchanger c was cut out and dried, and the internal structure was observed by SEM, confirming that the monolith cation exchanger c maintained a bicontinuous structure. In addition, the swelling ratio of the monolith cation exchanger c before and after the reaction was 1.4 times, and the cation exchange capacity per volume was 0.72 mg equivalent/ml in a water-wet state. The size of the continuous pores of the monolith in a water-wet state was estimated to be 70 μm from the value of the monolith and the swelling ratio of the cation exchanger in a water-wet state, and the diameter (average thickness) of the skeleton was 23 μm, and the total pore volume was 2.9 ml/g.

また、水を透過させた際の圧力損失の指標である差圧係数は、0.005MPa/m・LVであった。更に、該モノリスカチオン交換体cのナトリウムイオンに関するイオン交換帯長さを測定したところ、LV=20m/hにおけるイオン交換帯長さは16mmであり、市販の強酸性カチオン交換樹脂であるアンバーライトIR120B(ダウケミカル社製)の値(320mm)に比べて圧倒的に短いばかりでなく、従来の連続気泡構造を有するモノリス状多孔質カチオン交換体の値に比べても短かった。 The differential pressure coefficient, which is an index of pressure loss when water is permeated, was 0.005 MPa/m·LV. Furthermore, when the ion exchange zone length for sodium ions of the monolithic cation exchanger c was measured, the ion exchange zone length at LV = 20 m/h was 16 mm, which is not only overwhelmingly shorter than the value (320 mm) of Amberlite IR120B (manufactured by Dow Chemical), a commercially available strongly acidic cation exchange resin, but also shorter than the value of a conventional monolithic porous cation exchanger having an open-cell structure.

次に、モノリスカチオン交換体c中のスルホン酸基の分布状態を確認するため、EPMAにより硫黄原子の分布状態を観察した。その結果、スルホン酸基はカチオン交換体の骨格表面及び骨格内部(断面方向)にそれぞれ均一に導入されていることが観察された。 Next, to confirm the distribution of sulfonic acid groups in monolith cation exchanger c, the distribution of sulfur atoms was observed by EPMA. As a result, it was observed that sulfonic acid groups were uniformly introduced onto the skeleton surface and inside the skeleton (cross-sectional direction) of the cation exchanger.

<金属元素の分析方法>
以下の実施例および比較例において、水溶媒中の金属元素量(質量ppb)は、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS、アジレント・テクノロジー(株)製Agilent7500cs)を用いて測定した値を意味する。
<Metal element analysis method>
In the following Examples and Comparative Examples, the amount of metal elements (mass ppb) in an aqueous solvent refers to a value measured using inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS, Agilent 7500cs manufactured by Agilent Technologies, Inc.).

(実施例1)
合成したモノリスアニオン交換体aの一部を内径10mm×高さ50mmのPFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)カラム中に3.9mL充填して、アニオン交換体充填カートリッジAを製作した。
上記アニオン交換体充填カートリッジAに対し、以下の(1)~(3)の処理を施すことによりイオン形の変更処理を行った。
(1)鉱酸処理および水洗処理
上記アニオン交換体充填カートリッジAに対し、濃度1.0Nの硝酸水溶液(多摩化学工業(株)製TAMAPURE-AA-100)300mLをSV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=1500(100ml/min)で通液処理した後、超純水をSV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=750(50ml/min)で10分間水洗処理した。
(2)塩酸処理および水洗処理
上記(1)の処理を施したアニオン交換体充填カートリッジAに対し、濃度1.0Nの塩酸水溶液(多摩化学工業(株)製TAMAPURE-AA-100)300mLをSV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=1500(100ml/min)で通液処理した後、超純水をSV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=750(50ml/min)で10分間水洗処理した。
(3)第四級アンモニウム水酸化物の水溶液による処理
上記(2)の処理を施したアニオン交換体充填カートリッジAに対し、濃度1.0Nのトリメチルヒドロキシアンモニウム(TMAH)水溶液(多摩化学工業(株)製TAMAPURE-AA TMAH)300mLを、SV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=1500(100ml/min)で通液処理した後、超純水をSV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=750(50ml/min)で10分間水洗処理した。
上記(1)~(3)の処理に要した全合計時間は、約40分間であった。
上記(3)の通液処理後のアニオン交換体充填カートリッジA端部の出口で採取した排出液中の金属元素量を測定した。結果を表1に示す。
Example 1
A portion of the synthesized monolithic anion exchanger a was packed in an amount of 3.9 mL into a PFA (tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinylether copolymer) column having an inner diameter of 10 mm and a height of 50 mm to prepare an anion exchanger-packed cartridge A.
The above-mentioned anion exchanger-packed cartridge A was subjected to the following treatments (1) to (3) to change the ion form.
(1) Mineral acid treatment and water washing treatment 300 mL of a 1.0 N nitric acid aqueous solution (TAMAPURE-AA-100, manufactured by Tama Chemical Industries Co., Ltd.) was passed through the anion exchanger-filled cartridge A at an SV (flow rate/monolith anion exchanger volume ratio) of 1,500 (100 ml/min), and then ultrapure water was used for washing at an SV (flow rate/monolith anion exchanger volume ratio) of 750 (50 ml/min) for 10 minutes.
(2) Hydrochloric acid treatment and water washing treatment The anion exchanger-filled cartridge A that had been subjected to the treatment in (1) above was passed through with 300 mL of a 1.0 N hydrochloric acid aqueous solution (TAMAPURE-AA-100, manufactured by Tama Chemical Industries Co., Ltd.) at an SV (flow rate/monolith anion exchanger volume ratio) of 1,500 (100 ml/min), and then washed with ultrapure water at an SV (flow rate/monolith anion exchanger volume ratio) of 750 (50 ml/min) for 10 minutes.
(3) Treatment with an aqueous solution of quaternary ammonium hydroxide To the anion exchanger-filled cartridge A that had been treated in (2) above, 300 mL of a 1.0 N aqueous solution of trimethylhydroxyammonium (TMAH) (TAMAPURE-AA TMAH, manufactured by Tama Chemical Industries Co., Ltd.) was passed through the cartridge at a SV (flow rate/monolith anion exchanger volume ratio) of 1,500 (100 ml/min), and then the cartridge was washed with ultrapure water at a SV (flow rate/monolith anion exchanger volume ratio) of 750 (50 ml/min) for 10 minutes.
The total time required for the above steps (1) to (3) was about 40 minutes.
The amount of metal elements in the discharged liquid collected at the outlet of the anion exchanger-packed cartridge A after the liquid passing treatment in the above (3) was measured. The results are shown in Table 1.

(比較例1)
実施例1でイオン形の変更処理対象としたモノリスアニオン交換体aと同一のモノリスアニオン交換体aを、内径10mm×高さ50mmのPFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)カラム中に3.9mL充填し、アニオン交換体充填カートリッジを製作した。
上記アニオン交換体充填カートリッジに対し、以下の(1)~(4)の処理を施すことにより再生処理を行った。
(1)鉱酸処理および水洗処理
上記アニオン交換体充填カートリッジに対し、濃度1.0Nの硝酸水溶液300mLをSV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=1500(100ml/min)で通液処理した後、超純水をSV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=750(50ml/min)で10分間水洗処理した。
(2)塩酸処理および水洗処理
上記(1)の処理を施したアニオン交換体充填カートリッジに対し、濃度1.0Nの塩酸水溶液300mLをSV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=1500(100ml/min)で通液処理した後、超純水をSV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=750(50ml/min)で10分間水洗処理した。
(3)重炭酸塩処理および水洗処理
上記(2)の処理を施したアニオン交換体充填カートリッジに対し、濃度2.0%の重炭酸アンモニウム水溶液(関東化学(株)、鹿特急)300mLをSV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=1500(100ml/min)で通液処理した後、超純水をSV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=750(50ml/min)で10分間水洗処理した。
(4)水酸化ナトリウム処理
上記(3)の処理を施したアニオン交換体充填カートリッジに対し、濃度1.0Nの水酸化ナトリウム水溶液(関東化学(株)、特級)300mLを、SV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=1500(100ml/min)で通液処理した後、超純水をSV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=750(50ml/min)で10分間水洗処理した。
上記(1)~(4)の処理に要した全合計時間は、約60分間であった。
上記(4)の通液処理後のアニオン交換体充填カートリッジ出口で採取した排出液中の金属元素量を測定した。結果を表1に示す。
Comparative Example 1
An anion exchanger-packed cartridge was prepared by packing 3.9 mL of the same monolith anion exchanger a as the monolith anion exchanger a used in the ion form change treatment in Example 1 into a PFA (tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer) column with an inner diameter of 10 mm and a height of 50 mm.
The above-mentioned anion exchanger-filled cartridge was regenerated by carrying out the following steps (1) to (4).
(1) Mineral acid treatment and water washing treatment 300 mL of a 1.0 N nitric acid aqueous solution was passed through the anion exchanger-filled cartridge at an SV (flow rate/monolith anion exchanger volume ratio) of 1,500 (100 ml/min), and then ultrapure water was used for water washing at an SV (flow rate/monolith anion exchanger volume ratio) of 750 (50 ml/min) for 10 minutes.
(2) Hydrochloric acid treatment and water washing treatment The anion exchanger-filled cartridge subjected to the treatment in (1) above was passed through with 300 mL of a 1.0 N hydrochloric acid aqueous solution at an SV (flow rate/monolith anion exchanger volume ratio) of 1,500 (100 ml/min), and then washed with ultrapure water at an SV (flow rate/monolith anion exchanger volume ratio) of 750 (50 ml/min) for 10 minutes.
(3) Bicarbonate treatment and water washing treatment The anion exchanger-filled cartridge that had been treated in (2) above was passed through with 300 mL of a 2.0% aqueous ammonium bicarbonate solution (Kanto Chemical Co., Ltd., Kagoshima Tokkyu) at an SV (flow rate/monolith anion exchanger volume ratio) of 1,500 (100 ml/min), and then washed with ultrapure water at an SV (flow rate/monolith anion exchanger volume ratio) of 750 (50 ml/min) for 10 minutes.
(4) Sodium hydroxide treatment To the anion exchanger-filled cartridge that had been treated in (3) above, 300 mL of a 1.0 N aqueous sodium hydroxide solution (Kanto Chemical Co., Ltd., special grade) was passed through at an SV (flow rate/monolith anion exchanger volume ratio) of 1,500 (100 ml/min), and then ultrapure water was washed for 10 minutes at an SV (flow rate/monolith anion exchanger volume ratio) of 750 (50 ml/min).
The total time required for the above steps (1) to (4) was about 60 minutes.
The amount of metal elements in the discharged liquid collected at the outlet of the anion exchanger-packed cartridge after the liquid passing treatment in (4) above was measured. The results are shown in Table 1.

Figure 0007477374000003
Figure 0007477374000003

上記結果から、実施例1においては、モノリスアニオン交換体aを調製する際に第四級アンモニウム水酸化物の水溶液と接触させていることから、各種金属の残存を抑制しつつ、アニオン交換体を簡便かつ短時間に調製し得ることが分かる。
一方、比較例1においては、モノリスアニオン交換体aの調製時に水酸化ナトリウムの水溶液と接触させていることから、調製工程が多工程で長時間を要する他、モノリスアニオン交換体a中にNa元素等の各種金属元素が一定量残存することが分かる。
From the above results, it can be seen that in Example 1, since the monolith anion exchanger a is prepared by contacting it with an aqueous solution of quaternary ammonium hydroxide, the anion exchanger can be prepared easily and in a short time while suppressing the residual presence of various metals.
On the other hand, in Comparative Example 1, since the monolith anion exchanger a is prepared by contacting it with an aqueous solution of sodium hydroxide, the preparation process involves multiple steps and requires a long time, and it is clear that a certain amount of various metal elements such as Na element remain in the monolith anion exchanger a.

(実施例2)
図5(a)に示すように、実施例1と同様に調製したアニオン交換体充填カートリッジAに対し、上記モノリスカチオン交換体cを内径10mm×高さ50mmのPFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)カラム中に3.9mL充填して作製したカチオン交換体充填カートリッジCを通液可能に連結して精製装置Uを作製した。
図5(a)に示すように、上記精製装置Uのアニオン交換体充填カートリッジAの端部に設けられた入口から濃度1000ng/LのNaイオン水溶液をSV(流量/アニオン交換体体積比)=1500(100ml/min)で通液し、上記精製装置Uのカチオン交換体充填カートリッジCの端部に設けられた出口から流出する排出液中のNaイオン濃度を一定時間毎に測定した。
結果を図6に示す。
図6においては、アニオン交換体充填カートリッジの入口におけるNaイオン濃度に対するカチオン交換体充填カートリッジの出口におけるNaイオン濃度の比(カチオン交換体充填カートリッジの出口におけるNaイオン濃度/アニオン交換体充填カートリッジの入口におけるNaイオン濃度)の経時変化により、上記精製装置Uによる除去性能を評価している。
Example 2
As shown in FIG. 5(a), a purification apparatus U was prepared by connecting a cation exchanger-packed cartridge C prepared by packing 3.9 mL of the above-mentioned monolithic cation exchanger c in a PFA (tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinylether copolymer) column having an inner diameter of 10 mm and a height of 50 mm to an anion exchanger-packed cartridge A prepared in the same manner as in Example 1 in a manner allowing a liquid to pass through.
As shown in FIG. 5(a), an aqueous Na ion solution with a concentration of 1000 ng/L was passed through an inlet provided at the end of the anion exchanger-packed cartridge A of the purification apparatus U at an SV (flow rate/anion exchanger volume ratio) of 1500 (100 ml/min), and the Na ion concentration in the discharged liquid flowing out from an outlet provided at the end of the cation exchanger-packed cartridge C of the purification apparatus U was measured at regular intervals.
The results are shown in Figure 6.
In Figure 6, the removal performance of the purification device U is evaluated based on the change over time in the ratio of the Na ion concentration at the outlet of the cation exchanger-packed cartridge to the Na ion concentration at the inlet of the anion exchanger-packed cartridge (Na ion concentration at the outlet of the cation exchanger-packed cartridge/Na ion concentration at the inlet of the anion exchanger-packed cartridge).

(比較例2)
比較例1と同様に調製したアニオン交換体充填カートリッジに対し、上記モノリスカチオン交換体cを内径10mm×高さ50mmのPFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)カラム中に3.9mL充填して作製したカチオン交換体充填カートリッジを通液可能に連結して精製装置を作製した。
上記精製装置のアニオン交換体充填カートリッジの端部に設けられた入口から濃度1000ng/LのNaイオン水溶液をSV(流量/アニオン交換体体積比)=1500(100ml/min)で通液し、上記精製装置のカチオン交換体充填カートリッジの端部に設けられた出口から流出する排出液中のNaイオン濃度を一定時間毎に測定した。
結果を図6に示す。
(Comparative Example 2)
A purification apparatus was prepared by connecting a cation exchanger-packed cartridge prepared by packing 3.9 mL of the above-mentioned monolithic cation exchanger c into a PFA (tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer) column having an inner diameter of 10 mm and a height of 50 mm to an anion exchanger-packed cartridge prepared in the same manner as in Comparative Example 1 in a manner allowing liquid to pass through.
An aqueous Na ion solution with a concentration of 1000 ng/L was passed through an inlet provided at the end of the anion exchanger-packed cartridge of the purification device at an SV (flow rate/anion exchanger volume ratio) of 1500 (100 ml/min), and the Na ion concentration in the discharged liquid flowing out from an outlet provided at the end of the cation exchanger-packed cartridge of the purification device was measured at regular intervals.
The results are shown in Figure 6.

上記結果より、実施例2においては、モノリスアニオン交換体の再生時第四級アンモニウム水酸化物の水溶液と接触させていることから、金属イオンの残存を抑制することができ、このためにNaイオン水溶液を通水してもモノリスカチオン交換体にてNaイオンを効果的に除去してその流出を抑制し得ることが分かる。
一方、比較例2においては、モノリスアニオン交換体の再生時に水酸化ナトリウムの水溶液とを接触させていることから、モノリスアニオン交換体中にNa元素が残存し、このためにNaイオン水溶液の通水時にモノリスアニオン交換体からNaイオンが流出するため、後続するモノリスカチオン交換体へのNaイオンの負荷量が増加してしまい、除去性能が低下してしまうことが分かる。
From the above results, it can be seen that in Example 2, the monolith anion exchanger is regenerated by contacting it with an aqueous solution of quaternary ammonium hydroxide, which prevents metal ions from remaining. Therefore, even if an aqueous solution of Na ions is passed through the monolith cation exchanger, Na ions can be effectively removed and their leakage can be prevented.
On the other hand, in Comparative Example 2, since the monolith anion exchanger is contacted with an aqueous solution of sodium hydroxide during regeneration, Na element remains in the monolith anion exchanger. As a result, Na ions flow out of the monolith anion exchanger when the aqueous Na ion solution is passed through it, which increases the loading of Na ions on the subsequent monolith cation exchanger and reduces the removal performance.

(実施例3)
合成したモノリスアニオン交換体aの一部を内径10mm×高さ50mmのPFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)カラム中に3.9mL充填し、アニオン交換体充填カートリッジを製作した。
上記アニオン交換体充填カートリッジに対し、以下の(1)~(3)の処理を施すことにより再生処理を行った。
(1)鉱酸処理および水洗処理
上記アニオン交換体充填カートリッジに対し、濃度1.0Nの硝酸水溶液300mLをSV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=1500(100ml/min)で通液処理した後、超純水をSV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=750(50ml/min)で10分間水洗処理した。
(2)塩酸処理および水洗処理
上記アニオン交換体充填カートリッジに対し、濃度1.0Nの硝酸水溶液300mLをSV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=1500(100ml/min)で通液処理した後、超純水をSV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=750(50ml/min)で10分間水洗処理した。
(3)第四級アンモニウム水酸化物の水溶液による処理
上記アニオン交換体充填カートリッジに対し、濃度1.0Nのトリメチルヒドロキシアンモニウム(TMAH)水溶液80mLを、SV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=800(53ml/min)で通液処理した。
上記(1)~(3)の処理に要した全合計時間は、約35分間であった。
上記(1)~(3)の処理を施して得られたアニオン交換体充填カートリッジの再生率を以下の方法で算出した。
Example 3
A portion of the synthesized monolithic anion exchanger a was packed in an amount of 3.9 mL into a PFA (tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinylether copolymer) column having an inner diameter of 10 mm and a height of 50 mm to prepare an anion exchanger-packed cartridge.
The above-mentioned anion exchanger-filled cartridge was regenerated by carrying out the following steps (1) to (3).
(1) Mineral acid treatment and water washing treatment 300 mL of a 1.0 N nitric acid aqueous solution was passed through the anion exchanger-filled cartridge at an SV (flow rate/monolith anion exchanger volume ratio) of 1,500 (100 ml/min), and then ultrapure water was used for water washing at an SV (flow rate/monolith anion exchanger volume ratio) of 750 (50 ml/min) for 10 minutes.
(2) Hydrochloric acid treatment and water washing treatment 300 mL of a 1.0 N nitric acid aqueous solution was passed through the anion exchanger-filled cartridge at an SV (flow rate/monolith anion exchanger volume ratio) of 1,500 (100 ml/min), and then ultrapure water was used for water washing at an SV (flow rate/monolith anion exchanger volume ratio) of 750 (50 ml/min) for 10 minutes.
(3) Treatment with an aqueous solution of quaternary ammonium hydroxide 80 mL of an aqueous solution of trimethylhydroxyammonium (TMAH) having a concentration of 1.0 N was passed through the anion exchanger-filled cartridge at an SV (flow rate/monolith anion exchanger volume ratio) of 800 (53 ml/min).
The total time required for the above steps (1) to (3) was about 35 minutes.
The regeneration rate of the anion exchanger-packed cartridge obtained by carrying out the above treatments (1) to (3) was calculated by the following method.

<再生率の算出方法>
再生率(%)={R-OH (meq/g) / 総イオン交換容量(meq/g)} ×100
<How to calculate the reproduction rate>
Regeneration rate (%) = {R-OH (meq/g) / total ion exchange capacity (meq/g)} × 100

本出願書類において、上記R-OHは、アニオン交換体が有する第四級アンモニウム基(R)に対イオンとして存在するOHイオンの量を意味する。
また、本出願書類において、R-OHは、所定の方法で再生処理をしたアニオン交換体に硝酸ナトリウム溶液を通液し、回収した液を硫酸で滴定を行い測定した値を意味する。
また、本出願書類において、総イオン交換容量は、上記アニオン交換体に塩酸を通液しCl形にした後、硝酸ナトリウムを通液し、回収した液を硝酸銀滴定法(モール法)により測定した値を意味する。
結果を表2に示す。
In this application, the above R-OH means the amount of OH ions present as counter ions to the quaternary ammonium groups (R) of the anion exchanger.
In addition, in the present application, R-OH means a value measured by passing a sodium nitrate solution through an anion exchanger that has been regenerated by a predetermined method, and titrating the recovered solution with sulfuric acid.
In addition, in the present application, the total ion exchange capacity means a value obtained by passing hydrochloric acid through the anion exchanger to convert it to Cl form, passing sodium nitrate through the anion exchanger, and measuring the recovered liquid by silver nitrate titration (Mohr's method).
The results are shown in Table 2.

(実施例4)
実施例3の「(3)第四級アンモニウム水酸化物の水溶液による処理」において、濃度1.0Nのトリメチルヒドロキシアンモニウム(TMAH)水溶液の通液速度をSV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=400(25ml/min)で処理した以外は、実施例3と同様に処理してアニオン交換体充填カートリッジを再生した。
上記再生処理に要した全合計時間は、約40分間であった。
上記再生処理を施して得られたアニオン交換体充填カートリッジの再生率を実施例3と同様の方法で算出した。結果を表2に示す。
Example 4
The anion exchanger-filled cartridge was regenerated in the same manner as in Example 3, except that in "(3) Treatment with an aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide" in Example 3, the flow rate of a 1.0 N aqueous trimethylhydroxyammonium (TMAH) solution was set at SV (flow rate/monolith anion exchanger volume ratio) = 400 (25 ml/min).
The total time required for the above regeneration process was about 40 minutes.
The regeneration rate of the anion exchanger-filled cartridge obtained after the above regeneration treatment was calculated in the same manner as in Example 3. The results are shown in Table 2.

(実施例5)
合成したモノリスアニオン交換体aを超純水製造装置で1ヵ月間使用した後、
実施例4と同様に処理してアニオン交換体を充填したカートリッジを再生した。
上記再生処理に要した全合計時間は、約40分間であった。
上記再生処理を施して得られたアニオン交換体充填カートリッジの再生率を実施例3と同様の方法で算出した。結果を表2に示す。
Example 5
After using the synthesized monolithic anion exchanger a in an ultrapure water production system for one month,
The cartridge packed with the anion exchanger was regenerated in the same manner as in Example 4.
The total time required for the above regeneration process was about 40 minutes.
The regeneration rate of the anion exchanger-filled cartridge obtained by the above-mentioned regeneration treatment was calculated in the same manner as in Example 3. The results are shown in Table 2.

参考例1
下記アニオン交換樹脂を、内径10mm×高さ50mmのPFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)カラム中に3.9mL充填し、アニオン交換体充填カートリッジを製作した。
<アニオン交換樹脂>
Cl型の強塩基性アニオン交換樹脂(ダウケミカル社アンバージェット4002、詳細は以下のとおり)。
母体(樹脂の材質):スチレン系
イオン交換基 :四級アンモニウム基
イオン交換当量 :アニオン交換基1.2mg当量/ml湿潤樹脂以上
飽和平衡状態の含水率 :40質量%
飽和水湿潤状態のイオン形:Cl形
モノリスアニオン交換体aに代えて上記アニオン交換樹脂を用いた以外は実施例3と同様に処理してアニオン交換体充填カートリッジを再生した。
上記再生処理に要した全合計時間は、35分間であった。
上記再生処理を施して得られたアニオン交換体充填カートリッジの再生率を実施例3と同様の方法で算出した。結果を表2に示す。
( Reference Example 1 )
An anion exchanger-packed cartridge was prepared by packing 3.9 mL of the following anion exchange resin into a PFA (tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer) column having an inner diameter of 10 mm and a height of 50 mm.
<Anion exchange resin>
A strongly basic anion exchange resin in the Cl form (Dow Chemical Company Amberjet 4002, details below).
Base (resin material): styrene-based Ion exchange group: quaternary ammonium group Ion exchange equivalent: anion exchange group 1.2 mg equivalent/ml wet resin or more Water content in saturated equilibrium state: 40% by mass
Ionic form in saturated water-wet state: Cl form. The anion exchanger-packed cartridge was regenerated in the same manner as in Example 3, except that the above anion exchange resin was used instead of the monolithic anion exchanger a.
The total time required for the regeneration process was 35 minutes.
The regeneration rate of the anion exchanger-filled cartridge obtained by the above-mentioned regeneration treatment was calculated in the same manner as in Example 3. The results are shown in Table 2.

参考例2
参考例1において、濃度1.0Nのトリメチルヒドロキシアンモニウム(TMAH)水溶液の通液速度をSV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=400に変更した以外は、実施例4と同様に処理してアニオン交換体充填カートリッジを再生した。
上記再生処理に要した全合計時間は、40分間であった。
上記再生処理を施して得られたアニオン交換体充填カートリッジの再生率を実施例3と同様の方法で算出した。結果を表2に示す。
( Reference Example 2 )
In Reference Example 1 , the anion exchanger-filled cartridge was regenerated in the same manner as in Example 4, except that the flow rate of the 1.0 N trimethylhydroxyammonium (TMAH) aqueous solution was changed to SV (flow rate/monolith anion exchanger volume ratio) = 400.
The total time required for the above regeneration process was 40 minutes.
The regeneration rate of the anion exchanger-filled cartridge obtained after the above regeneration treatment was calculated in the same manner as in Example 3. The results are shown in Table 2.

(比較例3)
実施例6で再生処理対象としたアニオン交換樹脂と同一のアニオン交換樹脂を、内径10mm×高さ50mmのPFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)カラム中に3.9mL充填し、アニオン交換体充填カートリッジを製作した。
上記アニオン交換体充填カートリッジに対し、以下の(1)~(4)の処理を施すことにより再生処理を行った。
(1)鉱酸処理および水洗処理
上記アニオン交換体充填カートリッジに対し、濃度1.0Nの硝酸水溶液300mLをSV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=1500(100ml/min)で通液処理した後、超純水をSV(流量/アニオン交換樹脂体積比)=750(50ml/min)で10分間水洗処理した。
(2)塩酸処理および水洗処理
上記アニオン交換体充填カートリッジに対し、濃度1.0Nの硝酸水溶液300mLをSV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=1500(100ml/min)で通液処理した後、超純水をSV(流量/アニオン交換樹脂体積比)=750(50ml/min)で10分間水洗処理した。
(3)重炭酸塩処理および水洗処理
上記アニオン交換体充填カートリッジに対し、濃度2.0%の重炭酸アンモニウム水溶液(関東化学、鹿特急)300mLをSV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=1500(100ml/min)で通液処理した後、超純水をSV(流量/アニオン交換樹脂体積比)=750(50ml/min)で10分間水洗処理した。
(4)水酸化ナトリウム処理
上記アニオン交換体充填カートリッジに対し、濃度1.0Nの水酸化ナトリウム水溶液300mLを、SV(流量/モノリスアニオン交換体体積比)=800(53ml/min)で通液処理した。
上記(1)~(4)の再生処理に要した全合計時間は、約60分間であった。
上記再生処理を施して得られたアニオン交換体充填カートリッジの再生率を実施例4と同様の方法で算出した。結果を表2に示す。
(Comparative Example 3)
An anion exchanger-packed cartridge was prepared by packing 3.9 mL of the same anion exchange resin as that used for the regeneration treatment in Example 6 into a PFA (tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer) column having an inner diameter of 10 mm and a height of 50 mm.
The above-mentioned anion exchanger-filled cartridge was regenerated by carrying out the following steps (1) to (4).
(1) Mineral acid treatment and water washing treatment 300 mL of a 1.0 N nitric acid aqueous solution was passed through the anion exchanger-filled cartridge at an SV (flow rate/volume ratio of monolith anion exchanger) of 1,500 (100 ml/min), and then ultrapure water was washed for 10 minutes at an SV (flow rate/volume ratio of anion exchange resin) of 750 (50 ml/min).
(2) Hydrochloric acid treatment and water washing treatment 300 mL of a 1.0 N nitric acid aqueous solution was passed through the anion exchanger-filled cartridge at an SV (flow rate/volume ratio of monolith anion exchanger) of 1,500 (100 ml/min), and then ultrapure water was used for water washing treatment at an SV (flow rate/volume ratio of anion exchange resin) of 750 (50 ml/min) for 10 minutes.
(3) Bicarbonate treatment and water washing treatment 300 mL of a 2.0% aqueous ammonium bicarbonate solution (Kanto Chemical, Kagoshima Tokkyu) was passed through the anion exchanger-filled cartridge at an SV (flow rate/monolith anion exchanger volume ratio) of 1500 (100 ml/min), and then ultrapure water was washed for 10 minutes at an SV (flow rate/anion exchange resin volume ratio) of 750 (50 ml/min).
(4) Sodium Hydroxide Treatment 300 mL of a 1.0 N aqueous sodium hydroxide solution was passed through the anion exchanger-filled cartridge at an SV (flow rate/monolith anion exchanger volume ratio) of 800 (53 ml/min).
The total time required for the above regeneration processes (1) to (4) was about 60 minutes.
The regeneration rate of the anion exchanger-filled cartridge obtained by the above-mentioned regeneration treatment was calculated in the same manner as in Example 4. The results are shown in Table 2.

Figure 0007477374000004
Figure 0007477374000004

上記結果から、実施例3~実施例においては、アニオン交換体のイオン形を変更して再生する際に第四級アンモニウム水酸化物の水溶液とを接触させていることから、各種金属の残存を抑制しつつ、アニオン交換体のイオン形簡便かつ短時間に高い割合でOH形に変更できることが分かる。
一方、比較例3においては、アニオン交換体の再生時に水酸化ナトリウムの水溶液とを接触させていることから、再生工程が多工程で長時間を要する他、再生率に劣ることが分かる。
From the above results, it can be seen that in Examples 3 to 5 , the ionic form of the anion exchanger is changed and regenerated by contacting it with an aqueous solution of quaternary ammonium hydroxide, which makes it possible to easily and quickly change the ionic form of the anion exchanger to the OH form at a high rate while suppressing the remaining of various metals.
On the other hand, in Comparative Example 3, since the anion exchanger is regenerated by contacting it with an aqueous solution of sodium hydroxide, the regeneration process requires many steps and takes a long time, and the regeneration rate is poor.

各種金属の残存を抑制しつつ、アニオン交換体のイオン形を簡便かつ短時間に高い割合でOH形に変更する方法およびアニオン交換体の製造方法を提供することができる。 It is possible to provide a method for easily and quickly changing the ionic form of an anion exchanger to the OH form at a high rate while suppressing the residual amount of various metals, and a method for producing an anion exchanger.

1 骨格相
2 空孔相
3 容器
4 タンク
5 貯留タンク
10 構造
P ポンプ
S 第四級アンモニウム水酸化物の水溶液
W 排出液
A アニオン交換体
C カチオン交換体
U 精製装置
REFERENCE SIGNS LIST 1 Skeleton phase 2 Pore phase 3 Container 4 Tank 5 Storage tank 10 Structure P Pump S Aqueous solution of quaternary ammonium hydroxide W Discharge liquid A Anion exchanger C Cation exchanger U Purification device

Claims (7)

超純水の精製または薬液の精製に使用するモノリス状有機多孔質アニオン交換体のイオン形を変更するために、
前記モノリス状有機多孔質アニオン交換体と第四級アンモニウム水酸化物の水溶液とを、前記モノリス状有機多孔質アニオン交換体に対し、前記第四級アンモニウム水酸化物の水溶液を、液空間速度SVが300~4000h -1 となるように通液して接触させる
ことを特徴とするモノリス状有機多孔質アニオン交換体のイオン形変更方法。
In order to change the ion form of a monolithic organic porous anion exchanger used in the purification of ultrapure water or chemical solutions,
A method for changing the ionic form of a monolithic organic porous anion exchanger , comprising contacting the monolithic organic porous anion exchanger with an aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide by passing the aqueous solution of the quaternary ammonium hydroxide through the monolithic organic porous anion exchanger at a liquid hourly space velocity (SV) of 300 to 4000 h -1 .
前記第四級アンモニウム水酸化物が、下記一般式(I)
Figure 0007477374000005
(式中、R~Rは、各々水酸基を有していてもよい炭素数1~4の炭化水素基であり、互いに同一であっても異なっていてもよい。)
で表される化合物から選ばれる一種以上である請求項1に記載のモノリス状有機多孔質アニオン交換体のイオン形変更方法。
The quaternary ammonium hydroxide is represented by the following general formula (I):
Figure 0007477374000005
(In the formula, R 1 to R 4 are each a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms which may have a hydroxyl group, and may be the same or different.)
2. The method for changing the ion type of a monolithic organic porous anion exchanger according to claim 1, wherein the anion exchanger is one or more compounds selected from the group consisting of compounds represented by the formula:
前記第四級アンモニウム水酸化物の水溶液中における第四級アンモニウム水酸化物の濃度が0.1~2.0Nである請求項1または請求項2に記載のモノリス状有機多孔質アニオン交換体のイオン形変更方法。 The method for changing the ion type of a monolithic organic porous anion exchanger according to claim 1 or 2, wherein the concentration of the quaternary ammonium hydroxide in the aqueous solution of the quaternary ammonium hydroxide is 0.1 to 2.0N. 前記モノリス状有機多孔質アニオン交換体を、鉱酸と接触し、次いで水で洗浄した後に前記第四級アンモニウム水酸化物の水溶液と接触させる請求項1~請求項3のいずれかに記載のモノリス状有機多孔質アニオン交換体のイオン形変更方法。 The method for changing the ion form of a monolithic organic porous anion exchanger according to any one of claims 1 to 3, comprising contacting the monolithic organic porous anion exchanger with a mineral acid, washing the monolithic organic porous anion exchanger with water, and then contacting the monolithic organic porous anion exchanger with an aqueous solution of the quaternary ammonium hydroxide. 前記モノリス状有機多孔質アニオン交換体を、鉱酸と接触し、次いで水で洗浄した後、さらに塩酸と接触し、次いで水で洗浄した上で、前記第四級アンモニウム水酸化物の水溶液と接触させる請求項1~請求項4のいずれかに記載のモノリス状有機多孔質アニオン交換体のイオン形変更方法 The method for changing the ion form of a monolithic organic porous anion exchanger according to any one of claims 1 to 4, comprising contacting the monolithic organic porous anion exchanger with a mineral acid, washing the monolithic organic porous anion exchanger with water, contacting the monolithic organic porous anion exchanger with hydrochloric acid, washing the monolithic organic porous anion exchanger with water, and then contacting the monolithic organic porous anion exchanger with an aqueous solution of the quaternary ammonium hydroxide . 前記モノリス状有機多孔質アニオン交換体が、全構成単位中、架橋構造単位を0.1~5.0モル%含有する芳香族ビニルポリマーからなる平均太さが乾燥状態で1~60μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に平均直径が乾燥状態で10~200μmの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であって、乾燥状態での全細孔容積が0.5~10mL/gであり、アニオン交換基を有しており、水湿潤状態での体積当りのアニオン交換容量が、0.2~1.0mg当量/mL(水湿潤状態)であり、アニオン交換基が有機多孔質アニオン交換体中に均一に分布しているモノリス状有機多孔質アニオン交換体である請求項に記載のモノリス状有機多孔質アニオン交換体のイオン形変更方法 The monolithic organic porous anion exchanger according to claim 1, wherein the monolithic organic porous anion exchanger is a bicontinuous structure consisting of a three-dimensionally continuous skeleton having an average thickness of 1 to 60 μm in a dry state, which is made of an aromatic vinyl polymer containing 0.1 to 5.0 mol% of crosslinked structural units among all structural units, and three-dimensionally continuous pores having an average diameter of 10 to 200 μm in a dry state between the skeletons, the total pore volume in a dry state is 0.5 to 10 mL/g, the anion exchange group is present, the anion exchange capacity per volume in a water-wet state is 0.2 to 1.0 mg equivalent/mL (water-wet state), and the anion exchange group is uniformly distributed in the organic porous anion exchanger . 超純水の精製または薬液の精製に使用するモノリス状有機多孔質アニオン交換体の製造時にイオン形を変更するために、
前記モノリス状有機多孔質アニオン交換体と第四級アンモニウム水酸化物の水溶液とを、前記モノリス状有機多孔質アニオン交換体に対し、前記第四級アンモニウム水酸化物の水溶液を、液空間速度SVが300~4000h -1 となるように通液して接触させることを特徴とするモノリス状有機多孔質アニオン交換体の製造方法。
In order to change the ion form during the production of monolithic organic porous anion exchangers used in the purification of ultrapure water or chemical solutions,
A method for producing a monolithic organic porous anion exchanger , comprising contacting the monolithic organic porous anion exchanger with an aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide by passing the aqueous solution of the quaternary ammonium hydroxide through the monolithic organic porous anion exchanger at a liquid hourly space velocity (SV) of 300 to 4000 h -1 .
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