JPH0153118B2

JPH0153118B2 -

Info

Publication number: JPH0153118B2
Application number: JP58039754A
Authority: JP
Inventors: Toshio Yoshioka; Seiichi Yoshikawa; Seiji Shimamura
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1983-03-10
Filing date: 1983-03-10
Publication date: 1989-11-13
Also published as: JPS59166245A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、純水の製造方法に関する。さらに詳
しくは被処理液中の不用物や有用物をイオン交換
または吸着して純水を製造する方法に関する。従来から、イオン交換や吸着を必要とする分野
においては被処理液をイオン交換樹脂で処理する
方法が広範囲に利用されている。しかし、この方
法はイオン交換樹脂の交換基が樹脂粒子の表面に
比較して網目構造の内部に極めて多く存在してい
るため、反応速度が遅く、処理に長い時間がかか
り、また高度にイオン交換や吸着を行なうことが
難しい欠点がある。一方、イオン交換樹脂を粉末
化もしくは微粒子化すると取り扱いが難しくな
り、また通液抵抗が非常に大きくなる欠点があ
る。近年、反応速度が大きくかつ使用形態の自由
度が増すことから表面積の大きいイオン交換繊維
で処理する方法が提案されている。しかし、この
方法は繊維がかさ高いため処理容量が小さいとい
う致命的な欠点がある。本発明者らは、これらの欠点を改良すべく鋭意
検討した結果、本発明に到達したものである。すなわち本発明は、 (1) 原水を処理して純水を製造するに際し、カチ
オン交換樹脂およびアニオン交換樹脂で処理し
た後、カチオン交換繊維とアニオン交換繊維の
混合体またはカチオン交換繊維とアニオン交換
樹脂の混合体で処理することを特徴とする純水
の製造方法に関する。本発明は、被処理液をイオン交換樹脂で処理し
た後、イオン交換繊維で処理することによつて、
驚くべきことに被処理液中の不用物や有用物が短
時間に高度にイオン交換や吸着されるうえ、処理
容量が非常に大きくなることを見い出したもので
あり、各種分野に対して従来法に比べてはるかに
優れたイオン交換ならびに吸着法を提供するもの
である。本発明の別の目的は、原水から不用物を
短時間にイオン交換や吸着を行ない高純度の水を
大量に得ることのできる純水の製造法を提供する
にある。本発明を構成するイオン交換樹脂とは通常直径
が100〜1000μの公知ならびに市販のイオン交換
樹脂を意味する。具体的には耐薬品性、耐熱性に
優れたスチレン−ジビニルベンゼン共重合体にイ
オン交換基を導入したゲル型ならびにMR型イオ
ン交換樹脂などを挙げることができる。イオン交
換樹脂の種類としては、スルホン酸基、ホスホン
酸基、カルボン酸基などのカチオン交換基を有す
るカチオン交換樹脂、１〜３級のアミノ基、４級
アンモニウム基などのアニオン交換基を有するア
ニオン交換樹脂およびアミノカルボン酸基、アミ
ドキシム基、アミノリン酸基、ポリアミン基、ピ
リジン基、ジチオカルバミン酸基などのキレート
基を有するキレート樹脂を挙げることができる。本発明を構成するイオン交換繊維とは通常直径
が0.1〜100μ、好ましくは１〜100μの公知のイオ
ン交換繊維を意味する。その具体例としては、ポ
リスチレン系、ポリフエノール系、ポリビニルア
ルコール系、ポリアクリル系、ポリアミド系など
の合成有機質ポリマ（イオン交換用ポリマ）にイ
オン交換基を導入した不溶性合成有機質イオン交
換繊維を挙げることができる。そのなかでもイオ
ン交換用ポリマと補強用ポリマからなる繊維、好
ましくはイオン交換用ポリマを鞘成分の主成分
に、補強用ポリマを芯成分にした多芯型混合およ
び複合繊維を基材としたイオン交換繊維が操作上
の十分な機械的強度ならびに形態保持性を有して
いるのでよい。補強用ポリマの割合は通常10〜90
％であるが、あまり少なすぎると機械的強度が弱
くなり、逆にあまり多すぎるとイオン交換量や吸
着量が低下するので、20〜80％の範囲が好まし
い。イオン交換用ポリマとしてはポリ（モノビニ
ル芳香族化合物）特にポリスチレン系化合物が耐
薬品性、耐熱性に優れており、操作を長期にわた
つて何回も繰り返してできるので好ましい。また
補強用ポリマとしてはポリ−α−オレフインが耐
薬品性に優れているので好ましい。本発明における繊維の含水度は通常0.5〜10で
あるが、あまり小さすぎると高度にイオン交換や
吸着を行なうのが難しくなり、逆にあまり大きす
ぎると通液抵抗が大きくなるので、１〜５の範囲
が好ましい。ここで含水度とはNa型（Cl型）の
カチオン（アニオン）交換繊維を蒸留水に浸した
後、家庭用の遠心脱水機で５分間遠心脱水して表
面の水分を除去し、ただちに重量（Ｗ）を測定
し、さらに絶乾して重さを測り（W₀）、次式より
求めた値である。含水度＝Ｗ−W₀／W₀ イオン交換繊維の種類としては前述したカチオ
ン交換基、アニオン交換基、キレート基を有する
カチオン交換繊維、アニオン交換繊維、キレート
繊維を挙げることができる。繊維の形態として
は、短繊維、フイラメント系、フエルト、織物、
不織布、編物、繊維束、ひも状物、紙などの公知
の任意の形態、集合体もしくはそれらの裁断物を
挙げることできる。そのなかでも特に0.1〜３mm、
望ましくは0.5〜２mmの短繊維充填しやすく、ま
た異種繊維同志の混合が容易なので好ましく用い
られる。本発明はバツチ法でも実施できるが、特に被処
理液をカチオン交換樹脂およびアニオン交換樹脂
で処理した後、カチオン交換繊維とアニオン交換
繊維の混合体またはカチオン交換繊維とアニオン
交換樹脂の混合体で処理する固定床式法が操作が
容易でかつ高度にイオン交換や吸着を行なつて純
水を製造することができる。本発明におけるイオ
ン交換樹脂に対するイオン交換繊維の使用交換容
量の割合は通常0.01〜50％であるが、あまり小さ
すぎると短時間に高度にイオン交換や吸着を行な
うことが難しくなり、また逆にあまり大きすぎる
と固定床容量当りの処理容量が低下するので好ま
しくは0.05〜30％、特に好ましくは0.1〜20％が
よい。また使用するイオン交換樹脂の種類ならび
に組み合わせ（複合、混合）については、被処理
液中の不用物や有用物の種類に応じて適宜選択さ
れる。本発明方法は、水の軟化、水、非水溶液（有機
溶媒）および海水などの脱塩、純水の製造、原子
力発電所や火力発電所における復水系統や純水系
統、銅、水銀、カドミウムなど有害金属の除去、
海水中のウランや希土類などの有用重金属の分離
回収、クロム酸の除去、種々の糖液の脱色、脱
塩、ストレプトマイシン、ペニシリンなどの抗生
物質および各種医薬品の精製分離、リジン、グル
タミン酸などのアミノ酸の精製分離、ブドウ糖と
果糖などの異性化体や光学活性体の分離、各種有
機酸や有機塩基の吸着、界面活性剤の吸着、ヨウ
素の精製、ホルマリンの精製、染料などの色素物
質の吸着、水分の除去などの通常のイオン交換樹
脂で行なわれている分野に適用することができ
る。さらに、タンパク質、ペプチド、酵素、核酸、
ホルモン、ヌクレオチド、アルカロイド、脂質、
ステロイド、ウイルス、菌体などの細胞、コロイ
ド物質、および硫化水素、ハロゲン化水素、亜硫
酸ガスなどの酸性ガスやアンモニア、アミン類な
どの塩基性ガスの吸着・除去、血液や血漿の浄化
などにも適用することができる。本発明方法は、特に不用物をイオン交換や吸着
して被処理液を精製する分野に好ましく用いられ
る。そのなかでも、原水をカチオン交換体とアニ
オン交換体で処理して純水を製造する方法に最も
好ましく用いられる。以下純水の製造方法について詳細に説明する。通常カチオン交換基好ましくはスルホン酸基を
有するカチオン交換体は酸で活性化し、アニオン
交換基好ましくは４級アンモニウム基を有するア
ニオン交換体はアルカリで活性化して用いられ
る。原水としては、通常工業用水、市水、井水、
水道水、地下水、RO膜透過水、蒸留水、原子力
発電所や火力発電所の復水、などが好ましく用い
られる。処理する順序の具体例としては、K_R→A_R→K_F
A_F，K_RA_R→K_FA_F，K_R→A_R→K_RA_R→K_FA_Fなど
を挙げることができる。ここで、K_R，A_Rはそれ
ぞれカチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂、K_R
A_Rはカチオンおよびアニオン交換樹脂の混合体、
K_FA_Fはカチオンおよびアニオン交換繊維の混合
体を意味する。カチオンおよびアニオン交換繊維
の混合体のかわりにカチオン交換繊維と粉末アニ
オン交換樹脂の混合体を用いてもよい。高純度水を製造するにはイオン交換樹脂で処理
した後、少なくともカチオンおよびアニオン交換
繊維の混合体で処理するのが最も好ましく、処理
する順序の具体例としては前記したK_R→A_R→K_F
A_F，K_RA_R→K_FA_F，K_R→A_R→K_RA_R→K_FA_Fなど
を挙げることができる。ここでカチオン交換体と
アニオン交換体、特に繊維の混合（当量）比率と
しては、通常５：１〜１：５であるが好ましくは
３：１〜１：３がよい。さらに、前処理→RO膜→イオン交換→紫外線
殺菌→MF、UFもしくはRO膜などからなる公知
の超純水システムのイオン交換に本発明を適用す
ることによつて、従来法よりも電気比抵抗、
TOC（有機物）、微粒子数、生菌数の点において、
はるかに優れた超純水を容易にかつ経済的に製造
することができる。本発明方法は上記のごとく第１にイオン交換や
吸着処理が短時間で行なえること、第２に高度に
イオン交換や吸着が行なえること、第３にイオン
交換や吸着の処理容量が大きいこと、第４に短時
間に高純水を大量に製造することができること、
などの特徴を有している。以下に実施例を示すが、これに限定されるもの
ではない。実施例１市販の混合樹脂アンバーライトMB−１ 30ml
（カチオン29ミリ当量、アニオン21ミリ当量）が
下層部に、MB−２ 90ml（カチオン57ミリ当
量、アニオン81ミリ当量）が上層部になるように
カラム（1.7cmφ×54cm）に充填した（カラムK_R
A_R）。１mmカツトフアイバー状の繊維混合体120
ml（カチオン15ミリ当量、アニオン10ミリ当量）
をカラム（1.7cmφ×54cm）に充填した（カラム
K_FA_F）。水道水を３／hrの流速でカラムK_RA_R
→カラムK_FA_Fの順序で通液し純水を製造した。
通液量と電気比抵抗の関係を表１に示す。比較例１実施例１に準じてカラムK_RA_RとカラムK_FA_Fを
用いて、それぞれ別々に純水製造を行なつた。通
液量と電気比抵抗の関係を表１に示す。表１から、本発明では３／hrの流速において
も10MΩ・cm以上の処理水が47であり、比較例
ではそれぞれ25、７で両者を合計しても32
にすぎず、本発明法は処理容量が非常に大きいこ
とがわかる。また本発明では電気比抵抗が高く、
被処理液中の不純物が高度にイオン交換や吸着さ
れており、高純度水が大量に得られることがわか
る。

【表】実施例２１mmカツトフアイバー状の繊維混合体30ml（カ
チオン3.8ミリ当量、アニオン2.5ミリ当量）が下
層部に、市販の混合樹脂アンバーライトMB−２
90ml（カチオン57ミリ当量、アニオン81ミリ当
量）が上層部になるようにカラム（1.7cmφ×54
cm）に充填した（カラムK_RA_R90ml→K_FA_F30ml）。
水道水を３／hrの流速で上部よりカラムに通液
して純水を製造した。通液量と電気比抵抗の関係
を表２に示す。実施例３１mmカツトフアイバー状の繊維混合体10ml（カ
チオン1.3ミリ当量、アニオン0.85ミリ当量）が
下層部に、市販の混合樹脂アンバーライトMB−
２ 110ml（カチオン70ミリ当量、アニオン99ミ
リ当量）が上層部になるようにカラム（1.7cmφ
×54cm）に充填した（カラムK_RA_R110ml→K_FA_F
10ml）。実施例２に準じて純水を製造したときの
通液量と電気比抵抗の関係を表２に示す。比較例２市販の混合樹脂アンバーライトMB−２ 120
ml（カチオン76ミリ当量、アニオン108ミリ当量）
をカラム（1.7cmφ×54cm）に充填した（K_RA_R
120ml）。実施例２に準じて純水を製造したときの
通液量と電気比抵抗の関係を表２に示す。

【表】表２から、本発明では３／hrの流速において
も10MΩ・cm以上の処理水がそれぞれ35、43
であり、比較例では30にすぎず、本発明は固定
床容量当りの処理容量が大きいことがわかる。ま
た本発明では電気比抵抗が高く、被処理液中の不
純物が高度にイオン交換や吸着されており、高純
度水が大量に得られることを認めた。繊維の使用
容量が大きくなると処理液の純度が高くなるが処
理容量が低下し、逆に小さすぎると処理容量は大
きくなるが処理液の純度が低下することがわか
る。なお前記実施例および比較例で用いたカチオン
ならびにアニオン交換繊維は次の方法で製造しこ
ものである。多芯海島型複合繊維（未延伸糸）〔海成分（ポ
リスチレンポリプロピレン）／島成分（ポリプ
ロピレン）＝（47４）／49（島数16、繊維直径
34μ）〕を長さ１mmに切断してカツトフアイバー
を得た。該カツトフアイバー１重量部を市販の１
級硫酸7.5容量部とパラホルムアルデヒド0.15重
量部からなる架橋・スルホン化液に加え80℃で４
時間反応処理した後、水洗した。次にアルカリで
処理してから水洗することによつてスルホン酸基
を有するカチオン交換繊維を得た（交換容量2.8
ミリ当量／ｇ−Na、含水度1.5）。上記カツトフアイバー１重量部を市販の１級硫
酸５容量部、水0.5容量部とパラホルムアルデヒ
ド0.2重量部からなる架橋液に加え80℃で４時間
架橋反応を行なつた。次にクロルメチルエーテル
8.5容量部と塩化第２スズ1.5容量部からなる溶液
に架橋系を加え、30℃で１時間反応した。反応終
了後、10％塩酸、蒸留水、アセトンで洗浄した。
クロルメチル化系を30％トリメチルアミン水溶液
10容量部に加え、30℃で１時間アミノ化して水洗
した。さらに塩酸で処理してから水洗することに
よつてトリメチルアンモニウムメチル基を有する
アニオン交換繊維を得た（交換容量2.4ミリ当
量／ｇ−Cl、含水度1.8）。繊維混合体はカチオン交換繊維およびアニオン
交換繊維をそれぞれ酸、アルカリで活性化した
後、両者を所定の割合で撹拌混合したものを用い
た。

Claims

【特許請求の範囲】

１原水を処理して純水を製造するに際し、カチ
オン交換樹脂およびアニオン交換樹脂で処理した
後、カチオン交換繊維とアニオン交換繊維の混合
体またはカチオン交換繊維とアニオン交換樹脂の
混合体で処理することを特徴とする純水の製造方
法。