JPH07265864A - Fluorine-ion removing method - Google Patents

Fluorine-ion removing method

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JPH07265864A
JPH07265864A JP6051294A JP6051294A JPH07265864A JP H07265864 A JPH07265864 A JP H07265864A JP 6051294 A JP6051294 A JP 6051294A JP 6051294 A JP6051294 A JP 6051294A JP H07265864 A JPH07265864 A JP H07265864A
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JP
Japan
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membrane
anion exchange
exchange membrane
ion
fluorine ions
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JP6051294A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshikatsu Sada
俊勝 佐田
Takanobu Yamaguchi
隆宣 山口
Tomonari Todoroki
智成 轟
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Tokuyama Corp
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Tokuyama Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To selectively remove fluorine ions from aqueous liquid containing fluorine ions by increasing selective permeability of fluorine ions compared to a conventional anion exchange membrane. CONSTITUTION:When fluorine ions are removed from aqueous liquid containing fluorine ions by electric dialysis, a membrane having a negative charged thin film of 10Angstrom -5mum thickness on the membrane surface, e.g. a layer of polyvinyl sulfonic acid salt is used as the anion exchange membrane.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】近年、医薬品、農薬、機能性薬
品、高分子などにその特性からふっ素を含んだものが数
多く製造され、また今後益々広く展開されようとしてい
る。また従来から行われている金属表面処理技術の一つ
としてふっ酸が用いられている。このように無機、有
機、高分子といわず、ふっ素を結合した化合物は広く利
用されてきている。しかし同時にこれらの化合物を合成
し、或いは使用したりする場合に、当然何らかの形でふ
っ素イオンを含んだ廃液が排出される場合が多い。ふっ
素イオンは有害なイオン種であり、環境保全のためには
何らかの処理をして排出する必要がある。
[Industrial field of application] In recent years, a large number of pharmaceuticals, agricultural chemicals, functional chemicals, polymers, and the like containing fluorine due to their properties have been manufactured, and are expected to be further expanded in the future. Hydrofluoric acid is used as one of the conventional metal surface treatment techniques. Thus, not only inorganic, organic, and polymeric compounds, but also fluorine-bonded compounds have been widely used. However, when synthesizing or using these compounds at the same time, a waste liquid containing fluorine ions in some form is naturally discharged in many cases. Fluorine ion is a harmful ion species, and it is necessary to treat it and discharge it in order to protect the environment.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】有害な
ふっ素イオンを除去する方法としては各種の方法が提案
されているが、典型的な例はふっ素イオンをふっ化カル
シウムとして不溶化して沈澱させ、除去する方法があ
る。また、金属表面処理に用いた廃酸としてのふっ酸は
陰イオン交換膜を用いた拡散透析法によって回収されて
いる。また、陰イオン交換樹脂に交換吸着させる方法も
行われている。
2. Description of the Related Art Various methods have been proposed as methods for removing harmful fluorine ions, but a typical example is insolubilizing the fluorine ions as calcium fluoride and precipitating it. , There is a way to remove it. Further, hydrofluoric acid as a waste acid used for the metal surface treatment is recovered by a diffusion dialysis method using an anion exchange membrane. In addition, a method of performing exchange adsorption on an anion exchange resin is also performed.

【0003】しかし、上記のふっ化カルシウムとして不
溶化して沈澱させる方法は、ふっ素イオンを単に除去す
るということでは望しいにしても沈澱物の処理を考慮し
なければならない。陰イオン交換膜を用いた拡散透析法
は酸濃度が濃い場合のみ適用でき、希薄となると駆動力
が小さくなる。陰イオン交換樹脂による除去はふっ素イ
オン単独の場合は別として他に塩素イオン、硝酸イオ
ン、硫酸イオン等の陰イオンが共存する溶液の場合、こ
れらの他の陰イオンに対するふっ素イオンの選択係数は
著しく小さい。そのため大量の陰イオン交換樹脂を用い
なければならない。また、電気透析によってふっ素イオ
ンを含む塩溶液を処理してふっ素イオンを除去する場
合、他の陰イオンに対するふっ素イオンの透過性は極め
て低く、大容量の電気透析槽を用いなければならない。
このような観点から特に電気透析に於いてふっ素イオン
を選択的に透過する陰イオン交換膜、或いはふっ素イオ
ンを選択的に透過させる電気透析方法が求められてい
る。
However, in the above method of insolubilizing calcium fluoride to precipitate it, the treatment of the precipitate must be considered even if it is desired to simply remove the fluorine ion. The diffusion dialysis method using an anion exchange membrane can be applied only when the acid concentration is high, and the driving force becomes small when the acid concentration becomes low. The removal by anion exchange resin is not limited to the case of fluorine ion alone, but in the case of a solution in which anions such as chlorine ion, nitrate ion, and sulfate ion coexist, the selectivity coefficient of fluorine ion to these other anions is remarkable. small. Therefore, a large amount of anion exchange resin must be used. In addition, when a salt solution containing a fluorine ion is treated by electrodialysis to remove the fluorine ion, the permeability of the fluorine ion to other anions is extremely low, and a large capacity electrodialysis tank must be used.
From this point of view, an anion exchange membrane that selectively permeates fluorine ions in electrodialysis or an electrodialysis method that selectively permeates fluorine ions is required.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明者は、このような
観点から従来の陰イオン交換膜と比較してその電気化学
的性質を著しく変えることなく、ふっ素イオンを選択的
に透過する陰イオン交換膜、或いは電気透析方法につい
て鋭意研究を重ねたところ、陰イオン交換膜の表層部に
負の電荷の薄層を形成することによって、膜の電気抵抗
の上昇は殆んどなく、電流効率の低下を招くこともな
く、意外にもふっ素イオンが選択的に膜透過することを
見出し、本発明を完成するに到った。
In view of the above, the present inventors have found that anions that selectively permeate fluorine ions do not significantly change their electrochemical properties as compared with conventional anion exchange membranes. As a result of intensive studies on the exchange membrane or the electrodialysis method, by forming a thin layer of negative charge on the surface layer portion of the anion exchange membrane, the electric resistance of the membrane hardly increased, and the current efficiency Surprisingly, it was found that fluorine ions selectively permeate through the membrane without causing a decrease, and the present invention has been completed.

【0005】即ち、本発明は、ふっ素イオンを含む水溶
液から電気透析によりふっ素イオンを除去するにあた
り、陰イオン交換膜として、膜表面に負の電荷の薄層を
有する陰イオン交換膜を用いることを特徴とするふっ素
イオンの除去方法である。
That is, the present invention uses an anion exchange membrane having a thin layer of negative charge on the surface of the membrane as an anion exchange membrane when removing the fluorine ions from an aqueous solution containing fluorine ions by electrodialysis. This is a characteristic method for removing fluorine ions.

【0006】本発明において処理の対象となる水溶液は
ふっ素イオンを含んでいるものであり、他の陰イオン、
例えば、硫酸イオン、硝酸イオン、塩素イオン、臭素イ
オン、炭酸イオン、重炭酸イオンなどの無機イオン及び
場合によっては有機イオンを含んでいてもよい。
The aqueous solution to be treated in the present invention contains fluorine ions and other anions,
For example, it may contain an inorganic ion such as a sulfate ion, a nitrate ion, a chlorine ion, a bromine ion, a carbonate ion, and a bicarbonate ion and an organic ion depending on the case.

【0007】特にふっ素化合物を合成、或いは使用する
工程から生じる廃液が処理対象の水溶液として好適であ
る。ふっ素イオンを含む水溶液の塩濃度については特に
限定はなく、全塩濃度で数100ppmから数規定の範
囲であってよく、目的に応じて選ばれる。水溶液の塩濃
度によって特にふっ素イオンの透過性が変わることはな
い。
Particularly, a waste liquid generated from a step of synthesizing or using a fluorine compound is suitable as an aqueous solution to be treated. The salt concentration of the aqueous solution containing fluorine ions is not particularly limited, and may be in the range of several 100 ppm to several stipulated in terms of total salt concentration, and is selected according to the purpose. Permeability of fluorine ions is not particularly changed by the salt concentration of the aqueous solution.

【0008】本発明において用いられる陰イオン交換膜
は、膜表面に負の電荷の薄層を有する陰イオン交換膜で
ある。負の電荷の薄層は陰イオン交換膜の両面に存在し
ていてもよく、また、片面のみに存在していてもよい。
負の電荷の薄層の厚みは、あまりに薄いときには本発明
の効果が得られ難く、また、あまりに厚いときには、一
種のバイポーラ・イオン交換膜となって膜の電気抵抗の
上昇や水の加水分解などが生じるため、10オングスト
ローム〜5μmの範囲であることが好ましく、20〜3
μmの範囲であることがさらに好ましい。
The anion exchange membrane used in the present invention is an anion exchange membrane having a thin layer of negative charge on the membrane surface. The thin layer of negative charge may be present on both sides of the anion exchange membrane, or may be present on only one side.
If the thickness of the thin layer of negative charges is too thin, the effect of the present invention is difficult to obtain, and if it is too thick, it becomes a kind of bipolar ion exchange membrane, which increases the electric resistance of the membrane and causes hydrolysis of water. Therefore, the range is preferably 10 Å to 5 μm, and 20 to 3 is preferable.
More preferably, it is in the range of μm.

【0009】本発明で用いられる陰イオン交換膜の表面
に存在する負の電荷の薄層が、ある程度の厚みを有する
場合はX線マイクロアナライザーによって陰イオン交換
膜断面に関して薄層に存在する特定元素、例えば、イオ
ウの存在強度を観察することによって求めることが出来
るが、薄層が極めて薄い場合は厚みを測定することは難
しい。そのような場合には陰イオン交換膜の表面に負の
電荷の薄層を形成させる前と後の重量増加によってその
重量を求め、厚みを推定することができる。また、FT
IR、ESCA等の分析手段を用いることができる。さ
らに、膜表面層を形成する陽イオン交換基を有する物質
の溶液中に陰イオン交換膜を浸漬して、浸漬前後の溶液
中の陽イオン交換基を有する物質の濃度変化から求める
こともできる。上記の負の電荷の薄層の厚みは、陰イオ
ン交換膜の単位表面積当りの負の電荷の薄層の重量に換
算すると、概ね10-7〜10-2g/cm2の範囲とな
る。
When the thin layer of negative charges existing on the surface of the anion exchange membrane used in the present invention has a certain thickness, a specific element existing in the thin layer with respect to the cross section of the anion exchange membrane by an X-ray microanalyzer. For example, it can be determined by observing the intensity of sulfur present, but it is difficult to measure the thickness when the thin layer is extremely thin. In such a case, the weight can be calculated by increasing the weight before and after forming a thin layer of negative charge on the surface of the anion exchange membrane, and the thickness can be estimated. Also, FT
Analytical means such as IR and ESCA can be used. Furthermore, the anion exchange membrane can be dipped in a solution of a substance having a cation exchange group that forms the membrane surface layer, and the concentration change of the substance having a cation exchange group in the solution before and after the immersion can be obtained. The thickness of the above-mentioned thin layer of negative charge is approximately in the range of 10 −7 to 10 −2 g / cm 2 when converted into the weight of the thin layer of negative charge per unit surface area of the anion exchange membrane.

【0010】本発明において用いられる陰イオン交換膜
の表面に形成された薄層は負の電荷を有する。負の電荷
は、通常、陽イオン交換基の導入によって付与される。
陽イオン交換基としては、例えば、スルホン酸基、カル
ボン酸基、リン酸基、亜リン酸基、フェノール性水酸
基、スルホン酸エステル基、リン酸エステル基、チオー
ル基、第三級パーフルオロアルコール基等を挙げること
ができる。
The thin layer formed on the surface of the anion exchange membrane used in the present invention has a negative charge. The negative charge is usually imparted by the introduction of cation exchange groups.
Examples of the cation exchange group include a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, a phosphoric acid group, a phosphorous acid group, a phenolic hydroxyl group, a sulfonic acid ester group, a phosphoric acid ester group, a thiol group, and a tertiary perfluoroalcohol group. Etc. can be mentioned.

【0011】薄層の有する負の電荷の量は特に制限され
るものではないが、ふっ素イオンの透過性を良好とする
ためには、5.0×10-10〜5×10-5当量/cm2
範囲であることが好ましい。
The amount of the negative charges possessed by the thin layer is not particularly limited, but 5.0 × 10 −10 to 5 × 10 −5 equivalents / equivalent to improve the permeability of fluorine ions. It is preferably in the range of cm 2 .

【0012】負の電荷の薄層の陰イオン交換膜表面での
存在状態は特に制限されないが、次の(1)〜(3)の
状態であることが好ましい。
The state of existence of the thin layer of negative charges on the surface of the anion exchange membrane is not particularly limited, but the following states (1) to (3) are preferable.

【0013】(1)膜表面に付着、イオン交換、また
は、吸着している。
(1) Adhesion, ion exchange, or adsorption on the film surface.

【0014】(2)膜本体とは化学結合していないが、
膜表面で絡合い、3次元構造をとっている。
(2) Although not chemically bonded to the membrane body,
It is entangled on the film surface and has a three-dimensional structure.

【0015】(3)膜本体と化学結合している。(3) It is chemically bonded to the film body.

【0016】以下に本発明の陰イオン交換膜の一般的製
法を示す。本発明の膜表面に負の電荷の薄層を有する陰
イオン交換膜の母体となる陰イオン交換膜(以下、単に
未処理陰イオン交換膜ともいう。)は従来公知の陰イオ
ン交換膜が用いられる。例えば、重合系、縮合系、均一
系、不均一系等の種類、あるいは製造方法、更には補強
材の有無等により種々の未処理陰イオン交換膜が適宜使
用される。また未処理陰イオン交換膜として陰イオン交
換基を容易に導入できる高分子膜状物を用い、これに陰
イオン交換基を導入したものも用いられる。
The general method for producing the anion exchange membrane of the present invention will be described below. A conventionally known anion exchange membrane is used as the anion exchange membrane (hereinafter, also simply referred to as untreated anion exchange membrane) which is a base of the anion exchange membrane having a thin layer of negative charge on the membrane surface of the present invention. To be For example, various untreated anion exchange membranes are appropriately used depending on the type of polymerization system, condensation system, homogeneous system, heterogeneous system, etc., the manufacturing method, and the presence or absence of a reinforcing material. Further, as the untreated anion exchange membrane, a polymer membrane material into which an anion exchange group can be easily introduced is used, and an anion exchange group is introduced into the polymer membrane material.

【0017】本発明で使用される膜表面に負の電荷の薄
層を有する陰イオン交換膜とするため、未処理陰イオン
交換膜の表面に陽イオン交換基を有する物質を存在させ
る。陽イオン交換基を有する物質としては、フェノール
スルホン酸とホルマリンとの縮合生成物、ポリスチレン
スルホン酸、ポリビニルスルホン酸、ポリビニルアルコ
ールの硫酸エステル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル
酸およびこれらの塩類等があげられる。これらの陽イオ
ン交換基を有する物質は、未処理陰イオン交換膜の表面
への存在させ易さの点から、分子量300以上であるこ
とが好ましい。
In order to obtain an anion exchange membrane having a thin layer of negative charge on the surface of the membrane used in the present invention, a substance having a cation exchange group is present on the surface of the untreated anion exchange membrane. Examples of the substance having a cation exchange group include condensation products of phenolsulfonic acid and formalin, polystyrenesulfonic acid, polyvinylsulfonic acid, polyvinyl alcohol sulfate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid and salts thereof. . It is preferable that these substances having a cation exchange group have a molecular weight of 300 or more from the viewpoint of easy presence on the surface of the untreated anion exchange membrane.

【0018】陽イオン交換基を有する物質のイオン交換
能を調節するために、イオン交換基を含まない物質と共
重合または共縮合させたものを用いてもよく、更には陽
イオン性交換基を有する物質をジビニルベンゼン、フェ
ノールなどの架橋性物質によって一部架橋構造を形成さ
せたものを用いてもよい。
In order to adjust the ion exchange capacity of the substance having a cation exchange group, a substance which is copolymerized or cocondensed with a substance not having an ion exchange group may be used. A substance having a partially crosslinked structure formed by a crosslinkable substance such as divinylbenzene or phenol may be used.

【0019】以上に述べた陽イオン交換基を有する物質
を未処理陰イオン交換膜の実質上の表面に存在させる方
法を前述の(1)〜(3)の結合形態別に示せば次の通
りとなる。
The method of allowing the above-mentioned substance having a cation exchange group to exist on the substantial surface of the untreated anion exchange membrane will be described below according to the bonding forms (1) to (3). Become.

【0020】陽イオン交換基を有する物質を未処理陰イ
オン交換膜表面に付着、イオン交換、吸着させる方法
は、浸漬でも塗布でもあるいは噴霧でもよく、更には透
析槽に組立てた後に通液により付着、イオン交換、吸着
させてもよい。陽イオン交換基を有する物質は水溶液の
状態で使用してもよく、有機溶剤に溶解して使用しても
よい。架橋高分子のような不溶性物質の場合には懸濁液
で使用すればよい。また、陽イオン交換基を有する物質
の溶液或いは懸濁液中には、無機の電解質、あるいはそ
の他害とならない物質が存在していてもよい。付着、イ
オン交換、吸着の条件である温度、時間、濃度、溶液、
pH等は陽イオン交換基を有する物質の性質に応じて適
宜選べばよい。
The substance having a cation exchange group may be attached, ion-exchanged or adsorbed on the surface of the untreated anion exchange membrane by dipping, coating or spraying, and further by assembling it in a dialysis tank and then attaching it by liquid passage. , Ion exchange, or adsorption may be performed. The substance having a cation exchange group may be used in the state of an aqueous solution or may be used by dissolving it in an organic solvent. In the case of an insoluble substance such as a crosslinked polymer, it may be used as a suspension. Further, in the solution or suspension of the substance having a cation exchange group, an inorganic electrolyte or other substance which does not harm may be present. The conditions of adhesion, ion exchange, and adsorption are temperature, time, concentration, solution,
The pH and the like may be appropriately selected according to the properties of the substance having a cation exchange group.

【0021】次に、陽イオン交換基を有する物質を未処
理陰イオン交換膜本体とは化学結合していないが、膜表
面で膜本体とからみ合い、三次元構造となるように形成
させる方法は次の通りである。陽イオン交換基を有し、
且つ反応性官能基を有する物質、例えば、第1、2、3
級アミン等のアミノ基、水酸基、ハロゲン原子、エポキ
シ基、カルボニル基、エチレン系あるいはアセチレン系
の不飽和結合、縮合可能な位置が置換されていないフェ
ノール核、アルデヒド基を有する物質等を浸漬、塗布等
の前述の方法で未処理陰イオン交換膜表面に付着させた
後、これらと反応し得る官能基を有する物質、例えば、
ホルムアルデヒド等のアルデヒド類;ジブロモブタン等
の如きポリハロゲン化アルキル類;エピクロルヒドリン
等のハロエポキシ化合物類;ポリエポキシ化合物類;ポ
リエチレンイミン等のポリアミン類;ポリアクリル酸等
のポリカルボン酸類等を反応させる。また、未処理陰イ
オン交換膜表面に付着させた不飽和結合にラジカル重
合、イオン重合を開始させる放射線照射を施こしたり、
あるいは過酸化物、ルイス酸等を作用させ、膜表面に三
次元構造を形成させることもできる。
Next, although a substance having a cation exchange group is not chemically bonded to the untreated anion exchange membrane body, a method for forming a three-dimensional structure by entangled with the membrane body on the membrane surface is provided. It is as follows. Has a cation exchange group,
And a substance having a reactive functional group, for example, first, second, third
Immersion and application of substances such as amino groups such as primary amines, hydroxyl groups, halogen atoms, epoxy groups, carbonyl groups, ethylenic or acetylenic unsaturated bonds, phenol nuclei in which the condensable position is not substituted, and aldehyde groups After being attached to the surface of the untreated anion exchange membrane by the aforementioned method such as, a substance having a functional group capable of reacting with these, for example,
Aldehydes such as formaldehyde; polyhalogenated alkyls such as dibromobutane; haloepoxy compounds such as epichlorohydrin; polyepoxy compounds; polyamines such as polyethyleneimine; polycarboxylic acids such as polyacrylic acid. Further, the unsaturated bond attached to the surface of the untreated anion exchange membrane is subjected to radical polymerization, irradiation to initiate ionic polymerization, or
Alternatively, a three-dimensional structure can be formed on the film surface by acting a peroxide, a Lewis acid, or the like.

【0022】更に、陽イオン交換基を有する物質を未処
理陰イオン交換膜本体と化学結合させる方法は、陽イオ
ン交換基を有し且つ反応性官能基を有する物質を膜本体
と反応させる方法、また、陰イオン交換膜を作る際に陽
イオン交換基を有しているか、あるいは陽イオン交換基
に変換できる表面層を作っておき、内部に陰イオン交換
基を導入した後、表面層を陽イオン交換基に変換する方
法等がある。例えば、スチレン−ジビニルベンゼン系の
膜状物を表面だけスルホン化し、次いで内部をクロロメ
チル化、アミノ化する等の方法等がその例である。
Further, a method of chemically bonding a substance having a cation exchange group to the untreated anion exchange membrane body is a method of reacting a substance having a cation exchange group and a reactive functional group with the membrane body, In addition, when forming the anion exchange membrane, a surface layer having a cation exchange group or capable of being converted into a cation exchange group is prepared, and after introducing the anion exchange group into the inside, the surface layer is annealed. There is a method of converting into an ion exchange group. For example, a method such as sulfonation of a styrene-divinylbenzene-based film only on the surface and then chloromethylation and amination of the inside thereof is an example.

【0023】このような特殊な陰イオン交換膜を用いる
ことによって、例えば、塩素イオンに対するふっ素イオ
ンの透過性は著しく向上し、且つ共存する陰イオン、例
えば、硫酸イオンに対する透過性も著しく向上する。こ
の場合、硫酸イオンが難透過性となる。このとき電気透
析ではふっ素イオンが選択的に膜透過するため、濃縮液
中でふっ素イオン濃度が上り、該濃縮液中にカルシウム
イオンが含まれていると、ふっ化カルシウムの沈澱が析
出する可能性がある。ふっ化カルシウムの沈澱析出を防
止するためには、濃縮液中へのカルシウムイオンの透過
を抑制する方法が好適であり、そのために、陽イオン交
換膜としてカルシウムイオン等の多価イオンに対してナ
トリウムイオン等の一価イオンを選択的に透過させる一
価陽イオン選択透過性膜を用いることが好ましい。
By using such a special anion exchange membrane, for example, the permeability of fluorine ions to chlorine ions is significantly improved, and the permeability of coexisting anions, such as sulfate ions, is also significantly improved. In this case, sulfate ion becomes impermeable. At this time, in the electrodialysis, the fluorine ion selectively permeates through the membrane, so the concentration of the fluorine ion increases in the concentrated solution, and if calcium ion is contained in the concentrated solution, precipitation of calcium fluoride may occur. There is. In order to prevent the precipitation of calcium fluoride, a method of suppressing the permeation of calcium ions into the concentrated solution is suitable. Therefore, as a cation exchange membrane, sodium is used against polyvalent ions such as calcium ions. It is preferable to use a monovalent cation selective permeable membrane that selectively permeates monovalent ions such as ions.

【0024】上記した負の電荷の薄層を有する陰イオン
交換膜は、一般に薄層を有する側が脱塩室側になるよう
に配列されて使用される。
The above-mentioned anion exchange membrane having a thin layer of negative charge is generally used by being arranged such that the side having the thin layer is the desalination chamber side.

【0025】本発明において、ふっ素イオンを含む水溶
液を電気透析するにあたり、陽イオン交換膜と上記した
負の電荷の薄層を有する陰イオン交換膜とが交互に配列
された公知の電気透析槽を好適に用いることができる。
即ち、締付型、水槽型電気透析槽のいづれも用いること
が出来、限界電流密度が出来るだけ高い電気透析槽を公
知の方法によって運転して実施される。また、電気透析
の一種と見做せる陽極と陰極の間に陰イオン交換膜のみ
を配して陰極室にふっ素を含む溶液を流して、陽極室に
ふっ素イオンを回収、濃縮する場合にも用いられ、この
場合の電気透析槽(電解槽)は従来公知のものが何ら制
限なく用いられる。
In the present invention, in electrodialyzing an aqueous solution containing fluorine ions, a known electrodialysis cell in which a cation exchange membrane and the above-mentioned anion exchange membrane having a thin layer of negative charge are alternately arranged is used. It can be preferably used.
That is, either a clamp type or a water tank type electrodialysis tank can be used, and the electrodialysis tank having a limiting current density as high as possible is operated by a known method. It is also used for collecting and concentrating fluorine ions in the anode chamber by placing only an anion exchange membrane between the anode and cathode, which can be regarded as a type of electrodialysis, and flowing a solution containing fluorine into the cathode chamber. As the electrodialysis tank (electrolysis tank) in this case, a conventionally known one can be used without any limitation.

【0026】電気透析に用いられる陽イオン交換膜は従
来公知の陽イオン交換膜が用いられる。例えば、重合
系、縮合系、均一系、不均一系等の種類、あるいは製造
方法、更には補強材の有無等により種々の陽イオン交換
膜が適宜使用される。また陽イオン交換膜として陽イオ
ン交換基を容易に導入できる高分子膜状物を用い、これ
に陽イオン交換基を導入したものも用いられる。陽イオ
ン交換膜としては、前記したように一価陽イオン選択透
過性膜を用いることが好ましい。
As the cation exchange membrane used for electrodialysis, a conventionally known cation exchange membrane is used. For example, various cation exchange membranes are appropriately used depending on the type of polymerization system, condensation system, homogeneous system, heterogeneous system, etc., the manufacturing method, and the presence or absence of a reinforcing material. Further, as the cation exchange membrane, a polymer membrane material into which a cation exchange group can be easily introduced is used, and the one having a cation exchange group introduced therein is also used. As the cation exchange membrane, it is preferable to use a monovalent cation selective permeable membrane as described above.

【0027】[0027]

【作用】本来、ふっ素イオンは陰イオン交換樹脂、陰イ
オン交換膜に極めてイオン交換吸着され難い性質がある
ため、陰イオン交換樹脂による吸着除去、陰イオン交換
膜を透過させて除く電気透析による除去は極めて困難で
ある。しかし、陰イオン交換膜表面に負の電荷の薄層を
形成することによってふっ素イオンは著しく膜透過し易
くなる。この作用については尚明確でないが、膜表面に
存在する負の電荷の各陰イオン種に対する静電的反撥力
が異なるためと思われる。例えば、塩素イオンに対して
ふっ素イオンはその強い水和力のため水和イオン半径が
大きく、膜表面の負の電荷による反撥が塩素イオンに比
較して小さいために陰イオン交換膜を透過し易くなるも
のと推測される。
[Function] Originally, since fluorine ions are extremely difficult to be ion-exchanged and adsorbed on anion-exchange resins and anion-exchange membranes, they are adsorbed and removed by anion-exchange resins and removed by electrodialysis after passing through anion-exchange membranes. Is extremely difficult. However, by forming a thin layer of negative charge on the surface of the anion-exchange membrane, fluorine ions are remarkably easily permeated through the membrane. Although this effect is still unclear, it is considered that the electrostatic repulsion of negative charges existing on the film surface to each anion species is different. For example, fluoride ion has a large hydration ion radius due to its strong hydration power with respect to chlorine ion, and the repulsion due to the negative charge on the membrane surface is smaller than that of chlorine ion, so that it easily permeates anion exchange membranes. It is supposed to be.

【0028】[0028]

【効果】従来の陰イオン交換膜に比較してふっ素イオン
の透過性が増大した結果、同一の膜面積を有する電気透
析槽で、より多くのふっ素イオンを含んだ溶液の処理が
可能となり、その工業的意義は極めて大きい。
[Effect] Compared with conventional anion exchange membranes, the permeability of fluorine ions is increased, and as a result, it becomes possible to treat a solution containing more fluorine ions in an electrodialysis tank having the same membrane area. The industrial significance is extremely large.

【0029】[0029]

【実施例】以下の実施例によって本発明の内容を具体的
に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら制限される
ものではない。
EXAMPLES The contents of the present invention will be specifically described by the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0030】ふっ素イオンの透過性の測定は、図1に示
すように銀−塩化銀電極を両端に有する四室電気透析槽
によって行った。陽極室1、陰極室4には、脱塩室2お
よび濃縮室3に入れた測定溶液のナトリウムイオン濃度
と同じになるように塩化ナトリウム溶液を満たした。即
ち、脱塩室2および濃縮室3に0.04規定塩化ナトリ
ウムおよび0.04規定ふっ化ナトリウムの1:1の混
合水溶液を満たしたときは、両極室には0.08規定の
塩化ナトリウム水溶液を満たした。脱塩室2および濃縮
室3には濃度の異なる塩化ナトリウムとふっ化ナトリウ
ムの1:1の混合水溶液、またはふっ化ナトリウムと硫
酸ナトリウムの1:1の混合水溶液を満たした。
The fluorine ion permeability was measured by a four-chamber electrodialysis cell having silver-silver chloride electrodes at both ends as shown in FIG. The anode chamber 1 and the cathode chamber 4 were filled with a sodium chloride solution so as to have the same sodium ion concentration as the measurement solution contained in the desalting chamber 2 and the concentrating chamber 3. That is, when the desalting chamber 2 and the concentrating chamber 3 are filled with a 1: 1 mixed aqueous solution of 0.04N sodium chloride and 0.04N sodium fluoride, both electrode chambers are filled with a 0.08N sodium chloride aqueous solution. Satisfied. The desalting chamber 2 and the concentrating chamber 3 were filled with a 1: 1 mixed aqueous solution of sodium chloride and sodium fluoride or a 1: 1 mixed aqueous solution of sodium fluoride and sodium sulfate.

【0031】Cは陽イオン交換膜(4cm×5cm)で
隔膜として用い、Aは陰イオン交換膜(2cm×5c
m)である。電流密度は濃度に比例して変化させた。電
気透析後、ふっ素イオン、塩素イオン、硫酸イオンの濃
度はイオンクロマトグラフィーによって分析し、陰イオ
ン交換膜Aを透過する塩素イオンに対するふっ素イオン
の透過当量比、硫酸イオンに対するふっ素イオンの透過
当量比を求めた。
C is a cation exchange membrane (4 cm × 5 cm) used as a diaphragm, and A is an anion exchange membrane (2 cm × 5 c).
m). The current density was changed in proportion to the concentration. After electrodialysis, the concentrations of fluorine ion, chlorine ion, and sulfate ion were analyzed by ion chromatography, and the permeation equivalent ratio of fluorine ion to chlorine ion permeating the anion-exchange membrane A and permeation equivalence ratio of fluorine ion to sulfate ion were determined. I asked.

【0032】尚、陰イオン交換膜への陽イオン交換基を
有する物質の付着量は、膜を該物質の溶液中に浸漬した
ときの前後の濃度変化から求めた。定量は紫外吸収スペ
クトルを用いて行った。
The amount of the substance having a cation exchange group attached to the anion exchange membrane was determined from the change in concentration before and after the membrane was immersed in the solution of the substance. The quantification was carried out using an ultraviolet absorption spectrum.

【0033】実施例1 陽イオン交換膜としてNEOSEPTA CM-2(商品名、徳山曹
達株式会社製)を用いた。陰イオン交換膜NEOSEPTA AM-
1(商品名、徳山曹達株式会社製)を分子量約10,0
00のポリスチレンスルホンの1000ppm水溶液に
25℃で17時間浸漬した後水洗し、膜両面にポリスチ
レンスルホン酸の薄層を有する陰イオン交換膜を調製し
た。これらのイオン交換膜を図1に示した四室電気透析
槽に組み込み、表1に示すような濃度(濃度はナトリウ
ムイオン濃度)の塩化ナトリウムとふっ化ナトリウムの
1:1の混合水溶液を測定溶液として用いて塩素イオン
に対するふっ素イオンの透過性を測定した。
Example 1 NEOSEPTA CM-2 (trade name, manufactured by Tokuyama Soda Co., Ltd.) was used as a cation exchange membrane. Anion exchange membrane NEOSEPTA AM-
1 (trade name, manufactured by Tokuyama Soda Co., Ltd.) has a molecular weight of about 10,0.
It was immersed in a 1000 ppm aqueous solution of polystyrene sulfone of 00 at 25 ° C. for 17 hours and then washed with water to prepare an anion exchange membrane having a thin layer of polystyrene sulfonic acid on both sides of the membrane. These ion-exchange membranes were installed in the four-chamber electrodialysis tank shown in FIG. 1, and a 1: 1 mixed aqueous solution of sodium chloride and sodium fluoride with a concentration (concentration is sodium ion concentration) shown in Table 1 was used as a measurement solution. The permeability of fluorine ions to chlorine ions was measured.

【0034】[0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】透過量比は塩素イオンが一当量膜透過した
ときのふっ素イオンの透過当量数を示す。
The permeation ratio indicates the number of permeation equivalents of fluorine ions when one equivalent of chlorine ions permeates the membrane.

【0036】更にこの膜を用いて硫酸イオンに対するふ
っ素イオンの透過量比を0.04規定の濃度で測定した
ところ、通常の陰イオン交換膜では透過量比は0.38
であったが、本発明の電気透析方法では1.8であっ
た。
Further, when the permeation ratio of fluorine ions to sulfate ions was measured at a concentration of 0.04N using this membrane, the permeation ratio of an ordinary anion exchange membrane was 0.38.
However, it was 1.8 in the electrodialysis method of the present invention.

【0037】尚、この膜の表面に付着しているポリスチ
レンスルホン酸の量は単位面積あたり0.05×10-5
g/cm2であり、この値は薄層の厚み12オングスト
ロームに相当した。また、ポリスチレンスルホン酸の薄
層の電荷量は5.5×10-1 0当量/cm2であった。
The amount of polystyrene sulfonic acid adhering to the surface of this membrane was 0.05 × 10 -5 per unit area.
It was g / cm 2 , which corresponds to a thin layer thickness of 12 Å. The charge amount of the thin layer of polystyrene sulfonic acid was 5.5 × 10 -1 0 equivalents / cm 2.

【0038】次にこの膜を0.5規定食塩水に平衡にし
て1000サイクル交流によって25.0℃で電気抵抗
を測定したところ、1.7Ω・cm2であり、未処理陰
イオン交換膜は1.6Ω・cm2であった。
Next, the membrane was equilibrated with 0.5N saline and the electric resistance was measured at 25.0 ° C. by 1000 cycles of alternating current. As a result, it was 1.7 Ω · cm 2 , and the untreated anion exchange membrane was It was 1.6 Ω · cm 2 .

【0039】実施例2 実施例1と同じ電気透析槽を用い、陽イオン交換膜とし
てNEOSEPTA CM-2(商品名、徳山曹達株式会社製)を用
いた。陰イオン交換膜としてはNEOSEPTA AM-2(商品
名、徳山曹達株式会社製)を用い、この膜をナフタリン
スルホン酸ソーダとホルマリン縮合物の10,000p
pm水溶液に50℃で10時間浸漬し、膜両面に上記縮
合物を付着させた。膜への上記縮合物の付着量は8.3
×10-5g/cm2でありX線マイクロアナライザーで
硫黄の分布を測定したところ膜表面から約3μmのとこ
ろまで硫黄の存在が認められた。この膜の薄層の電荷量
は3×10-7当量/cm2であった。この膜の0.25
規定塩化ナトリウム、0.25規定ふっ化ナトリウムの
混合溶液の電気透析では塩素イオンに対するふっ素イオ
ンの膜透過当量比は0.35であり、他方、上記処理を
施していない未処理陰イオン交換膜では塩素イオンに対
するふっ素イオンの膜透過当量比は0.013であっ
た。また硫酸イオンのふっ素イオンに対する膜透過当量
比は本発明の電気透析法の場合、11.7であり、通常
の未処理の陰イオン交換膜の場合は0.33であった。
Example 2 Using the same electrodialysis tank as in Example 1, NEOSEPTA CM-2 (trade name, manufactured by Tokuyama Soda Co., Ltd.) was used as a cation exchange membrane. NEOSEPTA AM-2 (trade name, manufactured by Tokuyama Soda Co., Ltd.) was used as the anion exchange membrane, and this membrane was used at 10,000 p of sodium naphthalenesulfonate and formalin condensate.
It was immersed in a pm aqueous solution at 50 ° C. for 10 hours to adhere the condensate to both surfaces of the film. The amount of the above condensate attached to the film was 8.3.
× presence of sulfur was observed from 10 -5 g / cm 2 a and X-ray was measured the distribution of sulfur microanalyzer film surface up to the about 3 [mu] m. The charge of the thin layer of this film was 3 × 10 −7 equivalent / cm 2 . 0.25 of this membrane
In electrodialysis of a mixed solution of normal sodium chloride and 0.25 normal sodium fluoride, the membrane permeation equivalent ratio of fluorine ion to chlorine ion was 0.35, while on the other hand, in the untreated anion exchange membrane not subjected to the above treatment. The membrane permeation equivalent ratio of fluorine ions to chlorine ions was 0.013. Further, the ratio of the permeation equivalent of sulfate ion to fluorine ion was 11.7 in the case of the electrodialysis method of the present invention, and was 0.33 in the case of the usual untreated anion exchange membrane.

【0040】また、膜の電気抵抗を0.5規定食塩水中
で測定したところ1.7Ω・cm2であった。他方未処
理陰イオン交換膜は1.8Ω・cm2であった。
Further, the electric resistance of the film was measured in 0.5N saline and found to be 1.7 Ω · cm 2 . On the other hand, the untreated anion exchange membrane had a resistance of 1.8 Ω · cm 2 .

【0041】実施例3 陰イオン交換膜としてビニルピリジン系の陰イオン交換
膜NEOSEPTA AF-4T(商品名、徳山曹達株式会社製)を用
いて実施した。この膜を塩素イオン型にしてスチレンス
ルホン酸ソーダの5%水溶液に3時間浸漬して膜両面の
表層部にスチレンスルホン酸をイオン交換吸着させたあ
と過硫酸ソーダ2%と亜硫酸ソーダ2%を含んだ水溶液
に8時間浸漬してスチレンスルホン酸を膜表面で重合さ
せた。この膜を用いて実施例2と同様に塩素イオンに対
するふっ素イオンの膜透過当量比、および、硫酸イオン
に対するふっ素イオンの膜透過当量比を測定したとこ
ろ、それぞれ0.42と12.5であった。他方未処理
陰イオン交換膜のそれぞれの値は0.021と0.32
であった。
Example 3 A vinylpyridine-based anion exchange membrane NEOSEPTA AF-4T (trade name, manufactured by Tokuyama Soda Co., Ltd.) was used as the anion exchange membrane. This membrane was made into a chlorine ion type and immersed in a 5% aqueous solution of sodium styrene sulfonate for 3 hours to allow styrene sulfonic acid to be ion-exchanged and adsorbed on the surface layers on both sides of the membrane, and then 2% sodium persulfate and 2% sodium sulfite were contained. The membrane surface was polymerized with styrene sulfonic acid by immersing it in an aqueous solution for 8 hours. Using this membrane, the membrane permeation equivalent ratio of fluorine ion to chlorine ion and the membrane permeation equivalent ratio of fluorine ion to sulfate ion were measured in the same manner as in Example 2, and were 0.42 and 12.5, respectively. . On the other hand, the respective values of the untreated anion exchange membrane are 0.021 and 0.32.
Met.

【0042】また、得られた膜の断面についてX線マイ
クロアナライザーで硫黄の分布を測定したところ膜表面
から約4μmの厚みに硫黄の存在が認められた。さら
に、この膜の薄層の電荷量は1.6×10-6当量/cm
2であった。
When the distribution of sulfur was measured on the cross section of the obtained film with an X-ray microanalyzer, the presence of sulfur was recognized at a thickness of about 4 μm from the film surface. Furthermore, the electric charge of the thin layer of this film is 1.6 × 10 −6 equivalent / cm 2.
Was 2 .

【0043】また、膜の電気抵抗を0.5規定食塩水中
で25.0℃で測定したところ表面処理した膜と未処理
の膜で2.4Ω・cm2と2.3Ω・cm2であった。
[0043] Further, 2.4Ω · cm 2 and 2.3Ω · cm 2 met the surface treated membrane and untreated membrane was the electrical resistance of the film was measured at 25.0 ° C. in 0.5N saline It was

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は、本発明の実施例において使用された電
気透析槽の構造を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of an electrodialysis tank used in an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

C:陽イオン交換膜 A:陰イオン交換膜 1:陽極室 2:脱塩室 3:濃縮室 4:陰極室 C: Cation exchange membrane A: Anion exchange membrane 1: Anode chamber 2: Desalination chamber 3: Concentration chamber 4: Cathode chamber

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C02F 1/58 ZAB M ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location C02F 1/58 ZAB M

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ふっ素イオンを含む水溶液から電気透析に
よりふっ素イオンを除去するにあたり、陰イオン交換膜
として、膜表面に負の電荷の薄層を有する陰イオン交換
膜を用いることを特徴とするふっ素イオンの除去方法。
1. When removing fluorine ions from an aqueous solution containing fluorine ions by electrodialysis, an anion exchange membrane having a thin layer of negative charge on the membrane surface is used as the anion exchange membrane. Ion removal method.
JP6051294A 1994-03-30 1994-03-30 Fluorine-ion removing method Ceased JPH07265864A (en)

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Effective date: 20040325

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