JPH0318924B2

JPH0318924B2 -

Info

Publication number: JPH0318924B2
Application number: JP57131385A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Mizuguchi
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1982-07-27
Filing date: 1982-07-27
Publication date: 1991-03-13
Also published as: JPS5922607A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、電気透析装置に関する。さらに詳
しくは、外部からの電力供給を必要としない省エ
ネルギー形の構成からなり、海水淡水化や食品脱
塩処理等に有用な電気透析装置に関する。

従来から、イオン透過性膜と電解槽とを組合せ
た電気透析装置は電解質溶液の濃縮及び／又は希
釈（脱電解質）を目的として種々の用途に用いら
れている。これらのうち多重イオン透過性膜式電
気透析装置の概略図を第１図に示す。第１図は電
解質溶液として塩化ナトリウム溶液を例としたも
のであり、濃縮液入口５より塩化ナトリウム溶液
が、アニオン透過性膜Ａ及びカチオン透過性膜Ｋ
を処理槽２′内に交互に張設して区画形成した濃
縮室Ｃに導入される。一方、希釈液入口４より塩
化ナトリウム溶液が希釈室Ｄにも導入される。こ
の状態で処理槽内の電極１３及び１４に直流の電
圧をかけるとナトリウムイオン（Na⁺）は陰極
方向に引かれ、塩素イオン（Cl^-）は陰極方向
に引かれるが、希釈室Ｄ内のNa⁺とCl^-はそれぞ
れカチオン透過性膜Ｋ及びアニオン透過性膜Ａを
通して隣接した濃縮室Ｃへと透過移行する。一
方、濃縮室Ｃ内のNa⁺とCl^-はＫ及びＡの作用に
よつて透過できず、希釈室Ｄに移行しない（図
中、矢印参照）。すなわち希釈室Ｄ内の塩化ナト
リウム濃度は低下し、濃縮室Ｃ内の塩化ナトリウ
ム濃度は上昇する。従つて電解質溶液の濃縮及
び／又は希釈が行なわれることとなる。

しかしながら上記のごとき従来の装置において
は処理槽内の電極１３及び１４に直流電圧を外部
から連続的に供給する必要があり、高電力を必要
とし稼動コストが高くなる点不利であつた。

この発明は、このような欠点を解消すべくなさ
れたものであり、外部からの電力供給を必要とし
ない省エネルギー形の電気透析装置を提供するも
のである。

かくしてこの発明によれば、処理槽内にアニオ
ン透過性膜とカチオン透過性膜とを交互に張設し
て区画し、それぞれの膜の両面近傍に異なる酸化
還元電位を有する二種の多孔性物質層をそれぞれ
規則的に設けて濃縮室及び希釈室を交互に設定す
ると共に、それぞれの二種の多孔性物質層を処理
液外部で短絡させることにより、電解質含有溶液
の濃縮液と希釈液をそれぞれ濃縮室と希釈室に生
成できるよう構成されてなり、さらに上記多孔性
物質層から溶出されうるイオンと逆性のイオン透
過性膜を希釈室及び／又は濃縮室内の対応する多
孔性物質層の近傍に張設区画し上記イオンの希釈
液及び／又は濃縮液中への混入を防止すべく構成
したことからなる外部電源を要しない電気透析装
置が提供される。

以下、添付図面に従いこの発明を詳しく説明す
る。

第２図は、この発明の電気透析装置の一具体例
を示す構成説明図である。図において、まず異な
る酸化還元電位を有する銅多孔質層１ａとニツケ
ル多孔質層１ｂとを両面にそれぞれ蒸着によつて
密着形成させたアニオン透過性膜Ａと、同様に銅
多孔質層１ａ及びニツケル多孔質層１ｂを密着形
成させたカチオン透過性膜Ｋが、それぞれ直方体
状の処理槽２内に交互に所定間隔で複数張設され
ており、これらの膜及び処理槽によつて濃縮室Ｃ
及び希釈室Ｄが交互に多数区画形成されている。
イオン透過性膜Ａ，Ｋの両面に規則的に密着した
銅多孔質層１ａとニツケル多孔質層１ｂは、それ
ぞれ銅製の結線からなる短絡部３によつて処理槽
外で電気的に接続されている。そして、各希釈質
Ｄ内のニツケル多孔質層１ｂの近傍にはさらにア
ニオン透過性膜１ａがそれぞれ張設されてなりこ
れによりニツケルイオン捕集部Ｇが区画形成され
ている。また濃縮室Ｃ及び希釈室Ｄには、第１図
に示したと同様な濃縮液入口５及び出口５′並び
に希釈液入口４及び出口４′が液送管を通して接
続されており、さらに希釈室Ｄのニツケルイオン
捕集部Ｇには同様に捕集用液入口４ａ及び出口４
a′が液送管を通して接続されている。

上記構成において、電解質として塩化ナトリウ
ム溶液を用いた場合の機能を説明する。まず、従
来と同様に濃縮液入口５、希釈液入口４及び捕集
用液入口４ａを通じて各々の濃縮室Ｃ及び希釈室
Ｄ内に塩化ナトリウム溶液が導入される。この状
態において、イオン交換膜Ａ，Ｋに密着された銅
多孔質層１ａとニツケル多孔質層１ｂとはそれぞ
れ電解質中に浸漬された状態となりそれぞれ異な
つた電位を示し、その間に電位差を生じる。例え
ば0.1Nの塩化ナトリウム溶液中においては約340
ｍＶの電位差が生じる。そしてこの電位差に基づ
いて短絡部３を通じて電流が流れるが、ニツケル
多孔質層１ｂからニツケルイオンが連続的にアノ
ード溶出イオンとして希釈槽Ｄへと溶出するため
両層の電位差は消滅することなく、従つて両層は
第２図中に示すごとくの分極状態を維持す
る。

従つて、捕集部Ｇを除く希釈室Ｄ内のNa⁺はそ
れぞれ矢印の如く銅多孔質層１ａ及びカチオン透
過性膜Ｋを透過して隣室の濃縮室Ｄのマイナスに
分極したニツケル多孔質層１ｂ附近に移動する。
また希釈室Ｄ内のCl^-は同様にニツケル多孔質層
１ｂ及びアニオン透過性膜Ａを透過して隣室の濃
縮室Ｄ内のプラスに分極した銅多孔質層１ａ附近
に移動する。一方、濃縮室Ｃ内のNa⁺及びCl^-は
矢印の如く多孔質層の分極極性及びイオン透過性
膜Ａ，Ｋの作用により隣接した希釈室Ｄ内に移動
することはなくそのまま滞留する。従つて濃縮室
Ｃ内にはNa⁺とCl^-が濃縮され、希釈室Ｄ内にお
いてはニツケルイオン捕集部Ｇを除いてNa⁺と
Cl^-が希釈され、従来と同様にして電解質の濃縮
及び／又は希釈が行なわれる。

さらに、希釈室Ｄ内においてアニオン透過性膜
A′がそれぞれ張設されているためニツケル多孔
質層１ｂから溶出されるニツケルイオンは捕集部
Ｇ内に滞留保持され、希釈室Ｄ内のNa⁺及びCl^-
が希釈された希釈液中に混入することはない。従
つて、多孔質層からの新たなイオンが混入するこ
となくNa⁺及びCl^-の濃度が薄められた希釈液を
得ることができる。

この発明における異なる酸化還元電位を有する
二つの多孔性物質層は、上記のごとき金属からな
るものに限定されることはなく、少なくとも電解
質溶液中に浸漬させた場合に充分な電位差を生ず
る物質の組合せであればよく、各種金属や導電性
物質等が使用できる。また、多孔性とは、目的イ
オンが通過できる程度のものであればよく、網状
のものであつてもよい。

また、アニオン透過性膜及びカチオン透過性膜
としては、イオン選択性を有する各種アニオン交
換膜やカチオン交換膜等、当該分野で知られたも
のが種々適用できる。

一方、二つの多孔性物質層はそれぞれイオン透
過性膜の両面又はその近傍に位置されておればよ
いが、通常、無電解メツキ、蒸着又はスパツタリ
ング等の方法によつて両面に密着形成されている
ことが効率の上昇や取り扱いの簡易さ等の点で好
ましい。

また、この発明において短絡部とは比較的低い
電気抵抗の物質からなり電源素子のないものであ
ればよく、例えば当該膜の端部を貫通してボルト
とナツトで固定した程度のものでもよい。また、
運転状況の管理のためにこの短絡回路に電流計等
を挿入する場合もありうるが、これらのインピー
ダンスが小さいかぎり、所望の電気透析現象は具
現されるので短絡されているものとみなされる。

なお、前記具体例において、ニツケルイオンを
含有しない濃縮液の生成をも所望する場合には、
濃縮室Ｃ内のニツケル多孔質層１ｂ近傍にさらに
アニオン透過性膜を張設して捕集部Ｇを設ければ
よく、場合によつてはこれのみを行なつてもよ
い。さらに、かようなアノード溶出イオンのみな
らず、カソードから溶出されうる各種陰イオン
（例えば、多孔性物質層としてTTF−TCNQ、ポ
リアセチレン、弗化黒鉛等の有機高分子材料をカ
ソードとして用いた際にはカソードから陰イオン
が溶出される惧れがある）の希釈液及び／又は濃
縮液への混入を防止するために陽イオン透過性膜
を張設区画してもよい。すなわち、少なくともア
ノード及びカソードとなる多孔性物質層から溶出
されうるイオンと逆性のイオン透過性膜を、希釈
室及び／又は濃縮室内の対応する（イオンを溶出
する）多孔性物質層の近傍に張設区画しておれば
よい。これによつて希釈液及び／又は濃縮液への
夾雑イオンの混入を防止することができる。

この発明の電気透析装置は、海水淡水化のみな
らず、牛乳や醤油等の食品の脱塩、水の電解、ア
ルカリ電解、造塩等に適用することができ、いず
れにおいても外部電力を必要としない点で有利で
ある。そして、船舶や離島等、電力が得難い場所
での電気透析に好適である。

以下、実施例を示してこの発明をさらに詳しく
説明する。

実施例１第３図にその構成を示すごとき電気透析装置を
作製した。図において６，７，８はそれぞれ希釈
液、濃縮液、ニツケルイオン捕集液を流量５ml／
分で循環させる流路であり、それぞれ送液ポンプ
９，１０，１１が付設されてなる。アニオン透過
性膜Ａ，A′としては膜表面積約28cm²、厚み約0.11
〜0.15mmのアニオン交換膜（セレミオンASV、
旭硝子(株)の商標名）を用いた。一方、カチオン透
過性膜Ｋとしては、同じく膜表面積約28cm²、厚み
約0.15〜0.17mmのカチオン交換膜（ネオセプター
CL−25T、徳山曹達(株)の商標名）を用いた。そ
してアニオン透過性膜Ａ及びカチオン透過性膜Ｋ
にはそれぞれ図に示した配列で銅多孔質層１ａ及
びニツケル多孔質層１ｂが無電解メツキによつて
密着形成されている（厚み約0.5μｍ）。そして他
の構成は、前記第２図と同様とされている。な
お、各区画部分の容積はそれぞれ約5.6mlである。
場合によつては捕集部Ｇも濃縮部Ｃと同程度の容
積としてもよい。

かような構成において、槽内にそれぞれNaCl
溶液（2000ppｍ）を導入し、循環させた。そし
てナトリウムイオン選択性ガラス電極、塩素イオ
ン電極及び参照電極を備えた検出部１２で希釈液
のNaCl濃度を測定したところ、約50分後に希釈
液内のNaCl濃度が約200ppｍと減少しているこ
とが確認された。さらにこの希釈液をサンプリン
グし原子吸光光度計にかけたところ、ニツケルイ
オンは検出されなかつた（なお、原子吸光光度計
によるニツケルイオンの検出限界は0.02mg／で
あつた）。

第４図に、上記実施例におけるNa⁺及びCl^-の
希釈液中の濃度の経時変化を示す。

一方、アニオン透過性膜A′及び捕集液流路７
を除く以外、上記実施例と同様にしてNaCl溶液
の電気透析を行なつたところ、Na⁺とCl^-の経時
変化は同様であつたが、希釈液中に0.31mg／の
ニツケルイオンが混入していることが判明した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の電気透析装置の一例を示す構
成説明図、第２図は、この発明の電気透析装置の
一具体例を示す構成説明図、第３図は、この発明
の電気透析装置の他の具体例を示す構成説明図、
第４図は、この発明の電気透析装置の透析効果の
一例を示すグラフである。１ａ……銅多孔質層、１ｂ……ニツケル多孔質
層、２，２′……処理槽、３……短絡部、４……
希釈液入口、４′……希釈液出口、４ａ……捕集
用液入口、４a′……捕集用液出口、５……濃縮液
入口、５′……濃縮液出口、６，７，８……流路、
９，１０，１１……送液ポンプ、１２……検出
部、１３……陰極、１４……陽極、１５……陰極
室、１６……陽極室、１７……陰極室液、１８…
…陽極室液、Ａ……アニオン透過性膜、Ｋ……カ
チオン透過性膜、Ｃ……濃縮室、Ｄ……希釈室、
Ｇ……ニツケルイオン捕集部。

Claims

【特許請求の範囲】１処理槽内にアニオン透過性膜とカチオン透過
性膜とを交互に張設して区画し、それぞれの膜の
両面近傍に異なる酸化還元電位を有する二種の多
孔性物質層をそれぞれ規則的に設けて濃縮室及び
希釈室を交互に設定すると共に、それぞれの二種
の多孔性物質層を処理液外部で短絡させることに
より電解質含有溶液の濃縮液と希釈液をそれぞれ
濃縮室と希釈室に生成できるよう構成されてな
り、さらに上記多孔性物質層から溶出されうるイ
オンと逆性のイオン透過性膜を希釈室及び／又は
濃縮室内の対応する多孔性物質層の近傍に張設区
画し上記イオンの希釈液及び／又は濃縮液中への
混入を防止すべく構成したことからなる外部電源
を要しない電気透析装置。２アニオン透過性膜及びカチオン透過性膜が、
イオン選択性を有するアニオン交換膜及びカチオ
ン交換膜からなる特許請求の範囲第１項記載の装
置。