JPH073051A - Bipolar membrane - Google Patents

Bipolar membrane

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JPH073051A
JPH073051A JP5169544A JP16954493A JPH073051A JP H073051 A JPH073051 A JP H073051A JP 5169544 A JP5169544 A JP 5169544A JP 16954493 A JP16954493 A JP 16954493A JP H073051 A JPH073051 A JP H073051A
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JP
Japan
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membrane
exchange membrane
bipolar
inorganic ion
anion exchange
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Application number
JP5169544A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Umemura
和郎 梅村
Tsutomu Naganuma
力 長沼
Haruhisa Miyake
晴久 三宅
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AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH073051A publication Critical patent/JPH073051A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain a bipolar membrane having small lowering of voltage, having high dissociation efficiency in water and exhibiting stable performance over a long period. CONSTITUTION:The bipolar membrane 1 has an inorganic ion exchanger layer 3 between a cation-exchange membrane 2 and an anion-exchange membrane 4 whose either one surface or both surfaces are coarsened.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電気透析による水スプ
リット法において特に有用なバイポーラ膜に関するもの
である。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a bipolar membrane which is particularly useful in the water splitting method by electrodialysis.

【0002】[0002]

【従来の技術】バイポーラ膜の陰イオン交換膜側を陽極
側に、陽イオン交換膜側を陰極側に向けて電極間に電流
を印可せしめると、水が分裂(split )して水素イオン
と水酸イオンに解離することは、Friletteが1956年
に報告しており、広く知られている。
2. Description of the Related Art When a current is applied between the electrodes with the anion-exchange membrane side of the bipolar membrane facing the anode side and the cation-exchange membrane side facing the cathode side, the water splits and hydrogen ions and water Dissociation into acid ions was reported by Frilette in 1956 and is widely known.

【0003】バイポーラ膜はこの能力を有するために有
用であり、陰イオン交換膜及び/又は陽イオン交換膜を
適宜併用することにより、芒硝などの中性塩を原料とし
て硫酸と苛性ソーダなどの酸とアルカリを製造できるこ
とが知られている。酸やアルカリの製造コストの面から
考えると、膜による電圧降下が小さく、また同時に水の
解離効率が高いバイポーラ膜がなければならず、これら
の性能が長期にわたって発現されなければならない。
A bipolar membrane is useful because it has this ability, and by using an anion exchange membrane and / or a cation exchange membrane in appropriate combination, a neutral salt such as Glauber's salt is used as a raw material to produce sulfuric acid and an acid such as caustic soda. It is known that alkali can be produced. Considering the production costs of acids and alkalis, it is necessary to have a bipolar membrane that has a small voltage drop across the membrane and at the same time has high water dissociation efficiency, and these performances must be exhibited for a long period of time.

【0004】バイポーラ膜及びその製造方法は、すでに
いくつかのものが報告されている。例えば、スチレン−
ジビニルベンゼン共重合体をベースとするフィルムの片
面をスルホン化等の処理により陽イオン交換基を導入
し、もう一方の片面を4級化アンモニウム基の陰イオン
交換基を導入してなるバイポーラ膜が特公昭60−31
860号及び特開昭63−95235号に開示されてい
る。また、予め製造された陰イオン交換膜と陽イオン交
換膜とを熱と圧力で融着させることによって製造する方
法が米国特許第3,372,101号に、ポリビニルア
ミンを接着剤として用いて接合する方法が特開昭61−
207444号に開示されている。
Several bipolar films and their manufacturing methods have already been reported. For example, styrene-
A bipolar membrane in which one side of a film based on a divinylbenzene copolymer is introduced with a cation exchange group by a treatment such as sulfonation and the other side is introduced with an anion exchange group of a quaternized ammonium group is formed. Japanese Patent Sho 60-31
860 and JP-A-63-95235. In addition, a method of producing by previously fusing an anion exchange membrane and a cation exchange membrane by heat and pressure is disclosed in US Pat. No. 3,372,101, which uses polyvinylamine as an adhesive agent. The method to do this is JP-A-61-1
No. 207444.

【0005】しかしながら、これらのバイポーラ膜は同
一膜中に陽イオン交換基と陰イオン交換基を有するた
め、これらの反対の電荷を持つ基が相互に侵入してイオ
ン的に結合し、中性の層を形成し大きな電圧降下を生じ
る欠点を有している。
However, since these bipolar membranes have a cation exchange group and an anion exchange group in the same membrane, these oppositely charged groups invade each other and are ionically bound to each other, resulting in neutralization. It has the disadvantage of forming layers and causing a large voltage drop.

【0006】これを回避するために、米国特許第4,2
53,900号、特公昭60−35936号に高い架橋
構造を有するイオン交換樹脂をカチオン交換層とアニオ
ン交換層の間に導入し、反対の電荷を有する基の相互侵
入を防ぐバイポーラ膜が開示されている。また、積層界
面に無機化合物を介在させて後プレスすることによって
バイポーラ膜を製造する方法が特開昭59−47235
号及び特表平3−505894号に開示されている。
To avoid this, US Pat.
No. 53,900 and JP-B No. 60-35936 disclose a bipolar membrane in which an ion exchange resin having a high cross-linking structure is introduced between a cation exchange layer and an anion exchange layer to prevent mutual intrusion of groups having opposite charges. ing. Further, there is a method for producing a bipolar film by post-pressing with an inorganic compound interposed at the stacking interface, as disclosed in JP-A-59-47235.
And Japanese Patent Publication No. 3-505894.

【0007】しかし、いずれのバイポーラ膜も次のごと
き欠点を有している。即ち、高架橋イオン交換樹脂を界
面に介在させる場合、高架橋といえども有機物ではイオ
ン交換基の相互侵入を防ぎ得ず、経時的な電圧降下の増
加を生ずる。また、界面に無機化合物を介在させる場合
も、それらの物質が次第に膜外に溶出し、やはり経時的
な電圧降下の上昇を生じてしまう。
However, each of the bipolar films has the following drawbacks. That is, when a highly crosslinked ion exchange resin is interposed at the interface, even if highly crosslinked, an organic substance cannot prevent mutual intrusion of ion exchange groups, resulting in an increase in voltage drop over time. Further, even when an inorganic compound is interposed at the interface, those substances are gradually eluted out of the film, which also causes an increase in voltage drop over time.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の如きバ
イポーラ膜における欠点を解決し、電圧降下が小さく、
水解離効率が高く、しかも長期間にわたって安定な性能
を有するバイポーラ膜を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned drawbacks in the bipolar film, has a small voltage drop,
It is intended to provide a bipolar membrane having high water dissociation efficiency and stable performance over a long period of time.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的は、陽イオン交
換膜及び陰イオン交換膜の間に無機イオン交換体層を存
在せしめたバイポーラ膜であって、無機イオン交換体層
と接触する、陽イオン交換膜及び又は陰イオン交換膜の
表面が粗面化されることを特徴とするバイポーラ膜によ
って達成される。
The above object is a bipolar membrane in which an inorganic ion exchange layer is present between a cation exchange membrane and an anion exchange membrane, which is in contact with the inorganic ion exchange layer. This is achieved by a bipolar membrane characterized in that the surface of the ion exchange membrane and / or the anion exchange membrane is roughened.

【0010】本発明で使用される無機イオン交換体とし
ては、種々のものが使用される。例えば、アルミノケイ
酸塩型無機イオン交換体、含水酸化物型無機イオン交換
体、酸性塩型無機イオン交換体、塩基性塩型無機イオン
交換体、ヘテロポリ酸型無機イオン交換体などがあり、
陽イオン交換体、陰イオン交換体、両性イオン交換体の
いずれもバイポーラ膜の無機イオン交換体層として使用
できる。本発明で使用される無機イオン交換体の代表例
としては、含水酸化ジルコニウム、含水酸化チタン、含
水酸化ビスマス、含水酸化マンガン、アンチモン酸、リ
ン酸ジルコニウム、リン酸チタン、アルミノケイ酸塩、
ゼオライト、トバモライト、モリブドリン酸アンモニウ
ム、ヘキサシアノ鉄(III )コバルト(II)カリウム、
チタン酸カリウムなどが挙げられる。無機イオン交換体
は、結晶性であれば溶解度が低くさらに好ましい。
Various types of inorganic ion exchangers are used in the present invention. For example, there are aluminosilicate type inorganic ion exchangers, hydrous oxide type inorganic ion exchangers, acidic salt type inorganic ion exchangers, basic salt type inorganic ion exchangers, heteropolyacid type inorganic ion exchangers, etc.,
Any of a cation exchanger, an anion exchanger and an amphoteric ion exchanger can be used as the inorganic ion exchanger layer of the bipolar membrane. Representative examples of the inorganic ion exchanger used in the present invention include hydrous zirconium oxide, hydrous titanium oxide, hydrous bismuth oxide, hydrous manganese oxide, antimonic acid, zirconium phosphate, titanium phosphate, aluminosilicate,
Zeolite, tobermorite, ammonium molybdophosphate, hexacyanoferrate (III) cobalt (II) potassium,
Examples thereof include potassium titanate. If the inorganic ion exchanger is crystalline, it has a low solubility and is more preferable.

【0011】無機イオン交換体層の厚みは、0.01〜
100μm、特には0.1〜10μmが好ましい。無機
イオン交換体層がこれよりも薄いと経時的に膜外に溶出
し、バイポーラ膜の電圧降下が次第に増加し、一方これ
よりも厚いと陰イオン交換膜と陽イオン交換膜の接合強
度が低下し好ましくない。
The thickness of the inorganic ion exchanger layer is from 0.01 to
100 μm, particularly 0.1 to 10 μm is preferable. If the inorganic ion exchanger layer is thinner than this, it elutes out of the membrane over time and the voltage drop of the bipolar membrane gradually increases, while if it is thicker than this, the bonding strength between the anion exchange membrane and the cation exchange membrane decreases. However, it is not preferable.

【0012】無機イオン交換体の粒径は1μm以下であ
ることが好ましく、粒径がこれより大きいと、陰イオン
交換膜と陽イオン交換膜の接合強度が低下したり、接合
時に接合界面に気泡が入り好ましくない。なかでも粒径
0.01〜0.5μmが特に好ましい。
The particle size of the inorganic ion exchanger is preferably 1 μm or less. If the particle size is larger than this, the bonding strength between the anion exchange membrane and the cation exchange membrane is lowered, and bubbles are formed at the bonding interface during bonding. Is not preferable. Among them, the particle diameter of 0.01 to 0.5 μm is particularly preferable.

【0013】無機イオン交換体層を陰イオン交換膜と陽
イオン交換膜の間に存在させる方法としては、種々の方
法が採用されるが、好ましくは次の方法が採用される。
無機イオン交換体を溶媒中に分散させた液又はペースト
を陽イオン交換膜又は陰イオン交換膜の表面に、塗布、
キャスト、スプレー、スクリーン印刷、熱転写などを用
いて付着させ、しかる後、最初のイオン交換膜と反対の
電荷を有するイオン交換膜をキャスト、熱圧着などによ
り接合する方法を用いることができる。また、バインダ
ーとして溶媒に可溶な高分子化合物を添加すれば、接合
強度が増しさらに好ましい。
Various methods can be adopted as the method of allowing the inorganic ion exchanger layer to exist between the anion exchange membrane and the cation exchange membrane, but the following method is preferably employed.
A liquid or paste prepared by dispersing an inorganic ion exchanger in a solvent is applied to the surface of the cation exchange membrane or the anion exchange membrane,
A method can be used in which the particles are attached by using casting, spraying, screen printing, thermal transfer, etc., and then an ion exchange membrane having a charge opposite to that of the initial ion exchange membrane is cast, or bonded by thermocompression bonding. Further, it is more preferable to add a polymer compound soluble in a solvent as a binder because the bonding strength is increased.

【0014】無機イオン交換体層を陰イオン交換膜と陽
イオン交換膜の間に導入する際、予め無機イオン交換体
層と接するイオン交換膜の表面を粗面化することによ
り、さらに接合強度を増すとともに、バイポーラ膜の電
圧降下を低減することができる。粗面化の方法として
は、凹凸の大きさによって種々の方法を採用することが
でき、無機イオン交換体の大きさに応じて好ましく用い
られる。例えば、サンドプラスト、サンドペーパーなど
による研磨、ワイヤブラシによるブラッシング、織布、
不織布、エンボスフィルム若しくはエンボスロールの熱
転写、プラズマ表面処理、膜面に設けた粒子層の除去な
どが用いられる。
When the inorganic ion exchange layer is introduced between the anion exchange membrane and the cation exchange membrane, the surface of the ion exchange membrane which is in contact with the inorganic ion exchange layer is roughened in advance to further improve the bonding strength. As well as increasing the voltage drop, the voltage drop of the bipolar film can be reduced. As a roughening method, various methods can be adopted depending on the size of the unevenness, and are preferably used depending on the size of the inorganic ion exchanger. For example, sandblasting, sandpaper polishing, wire brush brushing, woven cloth,
Thermal transfer of a non-woven fabric, an embossed film or an embossing roll, plasma surface treatment, removal of a particle layer provided on the film surface, etc. are used.

【0015】イオン交換膜の粗面は、膜表面に形成され
る微細な凹凸によりきめられるが、微細な凹凸は、膜面
からの深さ又は高さが平均0.01〜50μm,好まし
くは0.1〜20μmとし、膜面1cm2 あたり平均1
3 〜1015個、特には平均105 〜1012個が好まし
い。凹凸の表面又は断面形状は、円形、矩形などの適着
の形状が選ばれる。
The rough surface of the ion exchange membrane is determined by the fine irregularities formed on the membrane surface. The fine irregularities have an average depth or height from the membrane surface of 0.01 to 50 μm, preferably 0. 1 to 20 μm, average 1 per cm 2 of film surface
0 3 to 10 15 pieces, particularly 10 5 to 10 12 pieces on average are preferable. As the surface or cross-sectional shape of the unevenness, a suitable shape such as a circle or a rectangle is selected.

【0016】本発明のバイポーラ膜を構成する陽イオン
交換膜としては、バイポーラ膜内で生成する水素イオン
の透過性が大きく、陰イオンを透過させがたい陽イオン
交換膜が使用でき、好ましくはスルホン酸基を含有する
陽イオン交換膜が例示される。かかる強酸性陽イオン交
換膜としては、スチレン−ジビニルベンゼン系重合体フ
ィルム、スチレン−ブタジエン系重合体フィルム、ポリ
スルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリエーテルス
ルホン等の芳香環を有する重合体フィルムにスルホン酸
基を導入した膜、又はスチレン等のモノマーを、オレフ
ィン系や含フッ素系の重合体、織布、不織布などにグラ
フト重合したものにスルホン酸基を導入した膜などが例
示される。
As the cation exchange membrane which constitutes the bipolar membrane of the present invention, a cation exchange membrane which has a large permeability for hydrogen ions generated in the bipolar membrane and which is difficult for anions to permeate can be used, and preferably a sulfone. An example is a cation exchange membrane containing an acid group. As such a strongly acidic cation exchange membrane, a styrene-divinylbenzene-based polymer film, a styrene-butadiene-based polymer film, polysulfone, polyphenylene oxide, a sulfonic acid group is introduced into a polymer film having an aromatic ring such as polyethersulfone. Examples of the film include a film obtained by graft-polymerizing a monomer such as styrene onto an olefin-based or fluorine-containing polymer, woven fabric, non-woven fabric or the like and introducing a sulfonic acid group.

【0017】更に、化2で表される繰り返し単位からな
るパーフルオロ系陽イオン交換重合体によって形成され
る陽イオン交換膜が電流効率の発現性に加えて、硫酸、
硝酸、フッ酸などに対する耐酸性に優れていることか
ら、好ましい陽イオン交換層を形成する重合体であるこ
とがわかった。
Further, the cation exchange membrane formed of the perfluoro cation exchange polymer composed of the repeating unit represented by the chemical formula 2 has a current efficiency and a sulfuric acid,
Since it is excellent in acid resistance to nitric acid, hydrofluoric acid, etc., it was found to be a polymer which forms a preferable cation exchange layer.

【0018】[0018]

【化2】 [Chemical 2]

【0019】なお、化2においてmは0又は1、nは1
〜5、x/yは2〜16、XはSO3 M又はCOOM。
Mは水素、アルカリ金属、アルカリ土類金属又はアンモ
ニウムを表す。
In Chemical formula 2, m is 0 or 1, and n is 1.
To 5, x / y is 2 to 16, X is SO 3 M or COOM.
M represents hydrogen, an alkali metal, an alkaline earth metal or ammonium.

【0020】かかる陽イオン交換膜は、パーフルオロ重
合体により形成されているので、塩酸、硫酸、硝酸、フ
ッ酸などに対する耐酸性や耐熱性に優れている。また、
イオン交換基がクラスター構造を形成するため高いアニ
オン排除性を有し、バイポーラ膜で高い水の解離効率を
発現することができる。
Since the cation exchange membrane is formed of a perfluoropolymer, it has excellent acid resistance and heat resistance against hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, hydrofluoric acid and the like. Also,
Since the ion exchange group forms a cluster structure, it has a high anion-excluding property, and can exhibit a high water dissociation efficiency in a bipolar membrane.

【0021】陽イオン交換膜の厚さは5μm〜300μ
mの範囲で通常使用されるが、膜抵抗及び強度の点か
ら、好ましくは20μm〜150μmの範囲のものが使
用される。イオン交換容量については、膜抵抗と輸率の
面から、0.5〜2.0ミリ当量/g乾燥樹脂、特には
0.8〜1.5ミリ当量/g乾燥樹脂であることが望ま
しい。
The thickness of the cation exchange membrane is 5 μm to 300 μm.
It is usually used in the range of m, but from the viewpoint of membrane resistance and strength, the range of 20 μm to 150 μm is preferably used. The ion exchange capacity is preferably 0.5 to 2.0 meq / g dry resin, more preferably 0.8 to 1.5 meq / g dry resin from the viewpoint of membrane resistance and transport number.

【0022】本発明のバイポーラ膜を構成する陰イオン
交換膜としては、バイポーラ膜内で生成される水酸イオ
ンの透過性が大きく、陽イオンの透過が可及的に小さい
陰イオン交換膜が使用される。その例としてはスチレン
とジビニルベンゼンとの共重合体に4級アンモニウム基
を導入した膜、陰イオン交換基又は該基に転換できる官
能基を有するモノマーをオレフィン系や含フッ素系の重
合体の多孔体、織布、不織布、フィルムなどの基材グラ
フト重合した陰イオン交換膜などが使用できる。
As the anion exchange membrane constituting the bipolar membrane of the present invention, an anion exchange membrane having a large permeability of hydroxyl ions generated in the bipolar membrane and a minimum permeability of cations is used. To be done. Examples thereof include a membrane obtained by introducing a quaternary ammonium group into a copolymer of styrene and divinylbenzene, an anion-exchange group or a monomer having a functional group capable of being converted to the group, which is a porous olefin-based or fluorine-containing polymer. A base material such as a body, a woven cloth, a non-woven cloth or a film, and an anion exchange membrane obtained by graft polymerization can be used.

【0023】なかでも耐アルカリ性及び耐薬品性に優れ
ていることから、好ましくはポリプロピレン、ポリエチ
レンなどのポリオレフィンの織布を用い、その織布にス
チレンとジビニルベンゼンとの共重合体又は、さらにこ
れにビニルベンジルクロライドを加えた共重合体の一部
が放射線などによって上記ポリオレフィンにグラフト重
合した4級アンモニウム基を有する陰イオン交換膜を使
うことが望ましい。
Of these, a woven fabric of polyolefin such as polypropylene or polyethylene is preferably used because of its excellent alkali resistance and chemical resistance, and the woven fabric is a copolymer of styrene and divinylbenzene, or further It is desirable to use an anion exchange membrane having a quaternary ammonium group in which a part of the copolymer added with vinylbenzyl chloride is graft-polymerized to the above-mentioned polyolefin by radiation or the like.

【0024】バイポーラ膜を構成する陰イオン交換膜の
厚さは、5μm〜300μmの範囲で通常使用される
が、膜抵抗及び強度の点から、好ましくは20μm〜1
50μmの範囲のものが使用される。イオン交換容量に
ついては、0.5〜4.0ミリ当量/g乾燥樹脂、特に
は0.8〜3.0ミリ当量/g乾燥樹脂であることが好
ましい。
The thickness of the anion exchange membrane constituting the bipolar membrane is usually in the range of 5 μm to 300 μm, but preferably 20 μm to 1 from the viewpoint of membrane resistance and strength.
Those in the range of 50 μm are used. Regarding the ion exchange capacity, it is preferably 0.5 to 4.0 meq / g dry resin, particularly 0.8 to 3.0 meq / g dry resin.

【0025】[0025]

【作用】本発明のバイポーラ膜は、上記のように長期間
にわたって低い電圧降下が保持されるが、そのメカニズ
ムは下記のように推測される。すなわち、無機イオン交
換体は堅固な構造を持つために、バイポーラ膜において
無機イオン交換体層と接触する各イオン交換基は、無機
イオン交換体層に進入することができず、したがって、
イオン的な結合を生じて中性層を形成することが困難で
ある。また無機イオン交換体は有機イオン交換樹脂に比
べ体積あたりのイオン交換容量が大きく、しかも多くの
水を保持できる構造のために、無機イオン交換体層の電
気抵抗が小さく、バイポーラ膜の電圧降下を小さく保持
することができるものと思われる。さらに、無機イオン
交換体層と接触するイオン交換膜の表面を粗面化するこ
とにより、無機イオン交換体とイオン交換膜との接触面
積を増し、電圧降下が低下するものと考えられる。
The bipolar film of the present invention retains a low voltage drop for a long period of time as described above, but the mechanism is presumed as follows. That is, since the inorganic ion exchanger has a solid structure, each ion-exchange group in contact with the inorganic ion-exchange layer in the bipolar membrane cannot enter the inorganic ion-exchange layer, and therefore,
It is difficult to form an ionic bond to form a neutral layer. Further, the inorganic ion exchanger has a larger ion exchange capacity per volume than the organic ion exchange resin, and because of the structure capable of holding a large amount of water, the electric resistance of the inorganic ion exchanger layer is small and the voltage drop of the bipolar membrane is suppressed. It seems that it can be kept small. Further, it is considered that by roughening the surface of the ion exchange membrane that is in contact with the inorganic ion exchanger layer, the contact area between the inorganic ion exchanger and the ion exchange membrane is increased and the voltage drop is reduced.

【0026】[0026]

【実施例】以下実施例により本発明を説明するが、かか
る実施例により本発明が制限されるものではない。
The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples.

【0027】[実施例1]スチレン−ジビニルベンゼン
共重合体よりなり、ポリプロピレン織布にて補強した4
級アンモニウム基を有する陰イオン交換膜(イオン交換
容量3.0meq/g乾燥樹脂、膜厚120μm)をサ
ンドペーパーで研磨した。膜面には、平均深さ0.2μ
m、平均幅0.8μmの微細な凹部が全面にわたり形成
されていた。かかる膜をよく水洗、乾燥した後、この上
に10重量%の結晶性リン酸ジルコニウム分散液を塗布
して60℃で乾燥し、厚さ5μmの無機イオン交換体層
を形成させた。
[Example 1] 4 made of a styrene-divinylbenzene copolymer and reinforced with a polypropylene woven fabric
An anion exchange membrane having a primary ammonium group (ion exchange capacity 3.0 meq / g dry resin, film thickness 120 μm) was polished with sandpaper. Membrane surface has an average depth of 0.2μ
m, and a fine recess having an average width of 0.8 μm was formed over the entire surface. The membrane was thoroughly washed with water and dried, and then 10% by weight of a crystalline zirconium phosphate dispersion was applied and dried at 60 ° C. to form an inorganic ion exchange layer having a thickness of 5 μm.

【0028】これにCF2 =CF2 とCF2 =CFOC
2 CFCF3 OCF2 CF2 SO3 Hとの共重合体か
らなる陽イオン交換膜(イオン交換容量1.1ミリ当量
/g乾燥樹脂、厚さ80μm)を190℃、70kg/
cmでプレスし、バイポーラ膜を製造した。バイポーラ
膜は0.5Nの塩化ナトリウム水溶液中に保管後、図1
に示す電気透析槽にてその性能を評価した。
In addition to this, CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFOC
A cation exchange membrane (ion exchange capacity 1.1 meq / g dry resin, thickness 80 μm) made of a copolymer with F 2 CFCF 3 OCF 2 CF 2 SO 3 H was used at 190 ° C., 70 kg /
The bipolar film was manufactured by pressing in cm. After storing the bipolar membrane in 0.5N sodium chloride solution,
The performance was evaluated in the electrodialysis tank shown in.

【0029】図1の電気透析槽において、両極室13、
14及び中性塩室9、10に15重量%の硫酸ナトリウ
ム水溶液を供給し、アルカリ生成室5は生成される水酸
化ナトリウムの濃度が20重量%となるようにイオン交
換水を調節して供給するとともに、酸生成室6は生成さ
れる硫酸水溶液の濃度が10重量%となるようにイオン
交換水の量を調節した。
In the electrodialysis tank of FIG. 1, the bipolar chambers 13,
14 and the neutral salt chambers 9 and 10 are supplied with a 15% by weight aqueous solution of sodium sulfate, and the alkali generation chamber 5 is supplied with ion-exchanged water adjusted so that the concentration of sodium hydroxide produced is 20% by weight. At the same time, the acid generation chamber 6 adjusted the amount of ion-exchanged water so that the concentration of the generated sulfuric acid aqueous solution was 10% by weight.

【0030】陽イオン交換膜にはスチレン−ジビニルベ
ンゼン共重合体系スルホン酸膜(イオン交換容量3.3
ミリ当量/g乾燥樹脂、厚さ140μm)を用い、陰イ
オン交換膜にはスチレン−ジビニルベンゼン共重合体系
弱塩基性陰イオン交換膜(イオン交換容量2.0ミリ当
量/g乾燥樹脂、厚さ120μm)を用いた。60℃に
て電流密度10A/dm2 の電気透析を行ったところ、
バイポーラ膜による電圧降下は1.0V、水の解離効率
は95%以上であった。この性能は3ケ月を経過しても
変わらず、膜の剥離もみられなかった。
The cation exchange membrane is a styrene-divinylbenzene copolymer type sulfonic acid membrane (ion exchange capacity 3.3).
Milli-equivalent / g dry resin, thickness 140 μm) is used, and the anion exchange membrane is a styrene-divinylbenzene copolymer system weakly basic anion-exchange membrane (ion exchange capacity 2.0 meq / g dry resin, thickness 120 μm) was used. When electrodialysis at a current density of 10 A / dm 2 was performed at 60 ° C.,
The voltage drop due to the bipolar membrane was 1.0 V, and the dissociation efficiency of water was 95% or more. This performance did not change after 3 months, and no peeling of the film was observed.

【0031】[実施例2]実施例1で用いた陰イオン交
換膜を、エンボスフィルムを熱転写し、膜面に平均深さ
3μm、1cm2 あたり平均108 個の凹凸を形成する
ことにより粗面化した後、その上にスクリーン印刷法を
用いて厚さ1μmの結晶性アンチモン酸層を形成させ
た。しかる後に実施例1で用いた陽イオン交換膜を19
0℃、70kg/cmでプレスし、バイポーラ膜を製造
した。このバイポーラ膜を実施例1と同様の方法で性能
を測定したところ、電圧降下は1.2V、水の解離効率
は95%以上であった。この性能は3ケ月を経過しても
変わらず、膜の剥離もみられなかった。
[Embodiment 2] The anion exchange membrane used in Embodiment 1 was thermally transferred to an embossed film to form a rough surface by forming an average depth of 3 μm and an average of 10 8 irregularities per cm 2 on the membrane surface. Then, a crystalline antimonic acid layer having a thickness of 1 μm was formed thereon by screen printing. Thereafter, the cation exchange membrane used in Example 1 was replaced with 19
A bipolar film was manufactured by pressing at 0 ° C. and 70 kg / cm. When the performance of this bipolar film was measured by the same method as in Example 1, the voltage drop was 1.2 V and the water dissociation efficiency was 95% or more. This performance did not change after 3 months, and no peeling of the film was observed.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明におけるバイポーラ膜は、従来法
に比して電圧降下が小さく、また水解離効率が高く、し
かも長期間にわたり安定な性能を示す。
The bipolar membrane of the present invention has a smaller voltage drop than the conventional method, a high water dissociation efficiency, and stable performance for a long period of time.

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

【図1】バイポーラ膜を評価する電気透析装置の模式図FIG. 1 is a schematic diagram of an electrodialysis device for evaluating a bipolar membrane.

【符号の説明】 1:バイポーラ膜 2:陽イオン交換膜 3:無機イオン交換体層 4:陰イオン交換膜 5:アルカリ生成室 6:酸生成室 7、11、12:陽イオン交換膜 8:陰イオン交換膜 9、10:中性塩室 13:陽極室 14:陰極室 15:陽極 16:陰極[Explanation of Codes] 1: Bipolar membrane 2: Cation exchange membrane 3: Inorganic ion exchanger layer 4: Anion exchange membrane 5: Alkali production chamber 6: Acid production chamber 7, 11, 12: Cation exchange membrane 8: Anion exchange membrane 9, 10: Neutral salt chamber 13: Anode chamber 14: Cathode chamber 15: Anode 16: Cathode

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】陽イオン交換膜と陰イオン交換膜の間に無
機イオン交換体層を存在せしめたバイポーラ膜であっ
て、無機イオン交換体層と接触する陽イオン交換膜及び
又は陰イオン交換膜の表面が粗面化されていることを特
徴とするバイポーラ膜。
1. A bipolar membrane in which an inorganic ion exchange layer is present between a cation exchange membrane and an anion exchange membrane, wherein the cation exchange membrane and / or anion exchange membrane is in contact with the inorganic ion exchange layer. Is a bipolar film having a roughened surface.
【請求項2】無機イオン交換体が結晶性無機イオン交換
体である請求項1のバイポーラ膜。
2. The bipolar membrane according to claim 1, wherein the inorganic ion exchanger is a crystalline inorganic ion exchanger.
【請求項3】無機イオン交換体層の厚みが0.01〜1
00μmである請求項1又は2のバイポーラ膜。
3. The inorganic ion exchanger layer has a thickness of 0.01 to 1.
The bipolar film according to claim 1, which has a thickness of 00 μm.
【請求項4】陽イオン交換膜が化1で表される繰り返し
単位を有する重合体よりなる請求項1、2又は3のバイ
ポーラ膜。 【化1】 なお、化1においてmは0又は1、nは1〜5、x/y
は2〜16、XはSO3 M又はCOOM。Mは水素、ア
ルカリ金属、アルカリ土類金属又はアンモニウム基を表
す。
4. The bipolar membrane according to claim 1, 2 or 3, wherein the cation exchange membrane is made of a polymer having a repeating unit represented by Chemical formula 1. [Chemical 1] In Chemical formula 1, m is 0 or 1, n is 1 to 5, x / y
Is 2 to 16, and X is SO 3 M or COOM. M represents hydrogen, an alkali metal, an alkaline earth metal or an ammonium group.
【請求項5】陰イオン交換膜が、ポリオレフィンフィル
ム基材に担持されたスチレン重合体またはスチレンとジ
ビニルベンゼンとの共重合体からなり、陰イオン交換基
として4級アンモニウム基を有する請求項1、2、3又
は4のバイポーラ膜。
5. An anion exchange membrane comprising a styrene polymer or a copolymer of styrene and divinylbenzene supported on a polyolefin film substrate, and having a quaternary ammonium group as an anion exchange group. 2, 3 or 4 bipolar membranes.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001200079A (en) * 2000-01-17 2001-07-24 Tokuyama Corp Bipolar film and its production method
KR20150073651A (en) * 2013-12-23 2015-07-01 상명대학교 천안산학협력단 Manufacturing Method of Thin Ion Exchange Membrane Using High Molecular Support

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