JPH08290165A - イオン除去装置およびイオン除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水溶液中に含有されている錆、かび、濁りお
よび汚れ等やイオンを効率よく除去することができ、か
つ装置構成がコンパクトなイオン除去装置を提供すると
ともに、水溶液中に含有されている錆、かび、濁りおよ
び汚れ等や、イオンを効率よく除去可能なイオン除去方
法を提供する。 【構成】 水溶液２４を収容可能な容器１２内に、金属
が被覆された中空糸膜からなる電極１４と、白金電極１
６とを配設し、電極１４に水溶液２４を吸引する定流量
ポンプ２０と、直流電源１８の陰極を接続し、電源１６
に直流電源１８の陽極を接続した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオン除去装置および
イオン除去方法に係わり、特に、水溶液に含有された不
要なイオンや菌等を除去する装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、様々な材質からなる各種フィ
ルタを利用した水処理方法が行われている。このような
フィルタとしては、例えば、プリーツ型、中空糸型、デ
ィスポーザブル型およびカートリッジ型等、多岐にわた
る形状の製品が開発され、使用されている。特に、中空
糸型のフィルタは、主に、日常生活に欠かせない飲料水
中に含有されている錆、かび、濁りおよび汚れ等を効率
よく取り除くことができることから、浄水器（清水器）
に利用されている。近年では、水道水の汚染やマンショ
ン等の高層ビルに設置されている貯水タンク内に貯めら
れた水の汚染などが問題となってきており、浄水器によ
る水飲料水の浄水化が益々要求されるようになってきて
いる。

【０００３】また、最近では、イオン交換膜と電極との
組み合わせにより、水溶液中の化学物質を分離する装置
が開発されている。この装置は、例えば、実用レベルで
は、海水の濃縮、塩水の脱塩、工業用水の軟化、工業排
水の処理、イオンの除去や回収等に利用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記中
空糸型フィルタは、飲料水のような水溶液中に含有され
ている錆、かび、濁り等は取り除くことができるが、ナ
トリウム等のイオンを除去することができないという問
題がある。このため、例えば、海水からの製塩や、水溶
液のｐＨ調整を行おうとする場合、電気透析の原理を利
用する以外に方法はなかった。すなわち、陰陽イオン交
換膜で仕切った各室と、陰極および陽極からなる電極を
併用する方法である。

【０００５】また、前記イオン交換膜と電極とを組み合
わせた装置は、前記水溶液を収容する容器内をイオン交
換膜で仕切り、当該イオン交換膜により分割された各エ
リアに各々の電極（陽極および陰極）を配設する構造を
有している。このため、装置が比較的大型化し、持ち運
びが困難であるという問題もある。さらに、イオン交換
膜は、前記中空糸型フィルタのように、水溶液中に含有
されている錆、かび、濁りおよび汚れ等を効率よく取り
除くことができないという問題もある。

【０００６】さらにまた、イオン交換膜を使用する製塩
工業においては、カルシウムイオン（Ｃａ²⁺）、マグネ
シウムイオン（Ｍｇ²⁺）、硫酸イオン（ＳＯ₄ ^2ー）等
が、食塩と同様に濃縮されるので、スケールが発生し、
膜の劣化をともなう。一般に、イオン交換膜では、２価
のイオンの方が１価のイオンより透過し易く、その比率
は、１．２〜２．５倍になることが知られている。この
ため、１価のイオンに選択性を持たせるために、２価の
イオンと１価のイオンのイオン半径の差を利用して、網
目構造を密にした薄層を膜表面に形成させる方法がとら
れている。この他に、膜表面に固定電荷と反対電荷を持
つ高分子を吸着させることにより、電荷の高いイオンが
より大きな反発力を受けることで、１価のイオンの選択
性を得ている。例えば、陽イオン交換膜では、ポリエチ
レンイミン等の高分子電解質の薄層を膜面上に形成させ
る方法がとられている。しかしながら、この方法は、特
定の高分子を選択したり、吸着させたりするなどの複雑
な作業の経過を必要とする。

【０００７】一方、これに反し、本発明に係る中空糸膜
を使用することは、以下に述べるような大きな特徴を有
する。すなわち、分離膜自体を電極とし、電極電位を任
意に変えることにより、溶液中に溶けているイオンの分
離が行われる。また、電気透析用の従来の電極に比べ、
表面積の大きい分離膜自身を電極としているため、溶液
の電気抵抗の低減、溶質の拡散係数の増大等をもたら
し、エネルギー消費を低減できる。

【０００８】本発明は、このような従来の問題点を解決
することを課題とするものであり、水溶液中に含有され
ている錆、かび、濁りおよび汚れ等は勿論のこと、水溶
液中に含有されている不要なイオンや菌も効率よく取り
除くことができ、かつ優れた殺菌効果が得られるイオン
除去装置を提供することを目的とする。

【０００９】また、装置構成がコンパクトで持ち運び性
に優れたイオン除去装置を提供することを目的とする。

【００１０】そしてまた、水溶液中に含有されている
錆、かび、濁りおよび汚れ等や、不要なイオンを効率よ
く取り除くことができ、かつ優れた殺菌効果が得られる
イオン除去方法を提供することを目的とするものであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、水溶液を収容可能な容器内に、電気回路を
形成する電極を配設し、当該電極の一方は、金属が被覆
された中空糸膜から構成し、当該金属が被覆された中空
糸膜からなる電極を介して前記水溶液を吸引する吸引装
置を接続したイオン除去装置を提供するものである。

【００１２】そして、前記中空糸膜は、水溶液のｐＨに
より適宜選択される。また、この中空糸膜には、導通を
与える各種金属が被覆されていること、好ましくは、ニ
ッケルや白金を被覆することが望ましく、また、前記ニ
ッケルの表面には、金を被覆することが望ましい。ま
た、前記ニッケルの表面には、白金、バナジウム、銀、
ロジウム、ハフニウム、ルテニウム等、耐薬品性の高い
金属を被覆してもよいし、ニッケルを被覆することな
く、中空糸膜にこれらを直接被覆してもよい。

【００１３】そしてまた、水溶液が収容される容器内に
配設した電極の一方を、金属が被覆された中空糸膜から
構成し、前記両電極を含む電気回路に一定量の電流を流
すとともに、前記金属が被覆された中空糸膜からなる電
極を介して前記水溶液を吸引排出するイオン除去方法を
提供するものである。前記電流値は、１０ｍＡ以上、５
００ｍＡ以下、好ましくは、３０ｍＡ以上、１００ｍＡ
以下、さらに好ましくは、４０ｍＡ以上、８０ｍＡ以
下、であることが望ましい。また、前記水溶液が、電気
分解により殺菌作用を有する物質を生成する陰イオンを
含有することが望ましい。この陰イオンとしては、例え
ば、硫酸イオンや塩化物イオン等が挙げられる。

【００１４】

【作用】本発明によれば、容器内に収容された水溶液
は、吸引装置により金属が被覆された中空糸膜からなる
電極を介して吸引され、排出される。すなわち、前記水
溶液は、前記中空糸膜の細孔を通過した後、排出される
が、このとき、前記水溶液に含有されている錆、かび、
濁りおよび汚れ等は、前記中空糸膜により取り除かれ
る。

【００１５】また、前記金属が被覆された中空糸膜から
なる電極が陰極の場合には、前記水溶液中に含有されて
いる正の電荷を持つ金属イオンが、この電極付近に集ま
り、この金属イオン濃度が極めて高くなった水溶液が排
出される。したがって、前記水溶液に含有されている前
記金属イオンが効率よく簡単に前記容器の外に除去され
る。

【００１６】一方、前記金属が被覆された中空糸膜から
なる電極が陽極の場合には、前記水溶液中に含有されて
いる正の電荷を持つ金属イオンが、この電極から遠ざか
り、この金属イオン濃度が極めて低くなった水溶液が排
出される。したがって、前記容器内に前記金属イオンが
残され、前記排出された水溶液からは、前記金属イオン
が効率よく除去される。

【００１７】また、水溶液に含有されている負の電荷を
持つイオンを除去する場合には、前記と同様の原理か
ら、前記金属が被覆された中空糸膜からなる電極が陰極
の場合には、前記容器内にこのイオンが残され、前記排
出された水溶液からは、当該イオンが効率よく除去され
る。一方、前記金属が被覆された中空糸膜からなる電極
が陽極の場合には、前記水溶液に含有されている前記イ
オンが効率よく簡単に前記容器の外に除去される。

【００１８】そしてまた、前記中空糸膜に、ニッケルま
たは白金を被覆することで、前記水溶液の電気分解をさ
らに効率よく行え、前記イオンがより効率よく除去され
る。そしてまた、前記ニッケルの表面に、金を被覆する
ことで、前記水溶液の電気分解をより一層効率よく行
え、前記イオンがさらに効率よく除去される。

【００１９】さらに、産業上の利用分野としては、本発
明に係る中空糸膜の機能により海水浄化、緊急時の飲料
水の製造、酸・アルカリイオン水の製造、重金属イオン
の除去を含めた水処理、活性炭との組み合わせによる血
液の透析、製塩工業および乳工業等のプロセス中で使用
されている電気透析工程の代替え等、幅広い分野で使用
が可能である。

【００２０】また、前記電気分解時の電流値が大きいほ
どイオンの除去効率は高いが、電流値が高すぎると、前
記中空糸膜と電極との接点が溶けやすくなる。これよ
り、前記電流値を、１０ｍＡ以上、５００ｍＡ以下、好
ましくは、３０ｍＡ以上、１００ｍＡ以下、さらに好ま
しくは、４０ｍＡ以上、８０ｍＡ以下、とすることが望
ましい。前記電流値が１０ｍＡ未満であると、イオンの
除去効率が低下し、最適なイオンの除去を行うことが困
難になる。一方、前記電流値が５００ｍＡを越えると、
前記中空糸膜と電極との接点が溶けやすくなり、イオン
除去装置の寿命を低下させるとともに、最適なイオンの
除去を行うことが困難になる。

【００２１】そしてまた、前記水溶液は、電気分解によ
り殺菌作用を有する物質を生成する陰イオンを含有する
ことが望ましい。前記殺菌作用を有する物質としては、
例えば、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）、次亜塩素酸（ＨＣｌ
Ｏ）、酸素（０₂）等があげられる。過酸化水素（Ｈ₂Ｏ
₂）を生成する陰イオンとしては、たとえば、硫酸イオ
ン（ＳＯ₄ ^2-）がある。この硫酸イオンは、以下に示す
反応式 ２ＳＯ₄ ^2-→２ＳＯ₄ ^-＋２ｅ ２ＳＯ₄ ^-→Ｓ₂Ｏ₈ ^2- Ｓ₂Ｏ₈ ^2-＋Ｈ₂Ｏ→ＳＯ₅ ^2-＋Ｈ₂ＳＯ₄ ＳＯ₅ ^2-＋Ｈ₂Ｏ→Ｈ₂Ｏ₂＋ＳＯ₄ ^2- のように、硫酸イオン（ＳＯ₄ ^2-）を生成する。陰イオ
ンが硫酸イオンの場合、硫酸イオンの濃度が低い場合に
は、水酸化物イオン（水の電離による）が電気分解を受
けるが、硫酸イオンの濃度が高くなるにしたがって、上
記反応が起こるようになり、過酸化水素が生じる。

【００２２】また、次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）を生成する
陰イオンとしては、例えば、塩化物イオン（Ｃｌ^-）が
ある。この塩化物イオンは、以下に示す反応式 ２Ｃｌ^-→Ｃｌ₂＋２ｅ Ｃｌ₂＋Ｈ₂Ｏ→ＨＣｌ＋ＨＣｌＯ のように、次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）を生成する。

【００２３】そしてまた、酸素（Ｏ₂）を生成する陰イ
オンとしては、例えば、硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）がある。
この硝酸イオンは、以下に示す反応式 ４ＨＯ^-→２Ｈ₂Ｏ＋Ｏ₂ のように、酸素（Ｏ₂）を生成する。

【００２４】このように、前記電気分解により、殺菌作
用を有する物質が生成することで、イオンの除去と同時
に、殺菌を行うことができる。

【００２５】

【実施例】次に、本発明に係る実施例について図面を参
照して説明する。

【００２６】（実施例１）図１は、本発明の実施例１に
係るイオン除去装置の模式図である。図１に示すイオン
除去装置は、水溶液２４を収容する容器１２と、容器１
２内に配設された電極１４および１６と、電極１４およ
び１６に電流を供給する直流電源１８と、電極１６に接
続された吸引装置である定流量ポンプ２０と、を備えて
いる。

【００２７】前記電極１４は、外側がニッケルで被覆さ
れた中空糸膜から構成されており、下端には栓１５が設
けられ、上端にはタイゴンチューブ２２が接続されてい
る。このタイゴンチューブ２２には、定流量ポンプ２０
が接続されており、前記容器１２内に収容されている溶
液２４を、前記電極１４を介して吸引する（汲み上げ
る）ようになっている。すなわち、前記水溶液２４は、
定流量ポンプ２０が作動すると、電極１４を構成してい
る中空糸膜の細孔を通過してタイゴンチューブ２２に至
り、外部に排出されるようになっている。また、電極１
４は、直流電源１８の陰極に接続されている。一方、前
記電極１６は、白金から構成されており、直流電源１８
の陽極に接続されている。

【００２８】次に、実施例１に係わるイオン除去装置の
具体的動作について説明する。実施例１では、水溶液２
４からナトリウムイオン（Ｎａ⁺）を除去する場合につ
いて説明する。

【００２９】容器１２内に、金属イオンとしてＮａ⁺が
含有された水溶液２４を収容する。次に、直流電源１８
を作動して４０ｍＡの一定電流を流して水溶液２４の電
気分解を行うとともに、定流量ポンプ２０を作動して一
定流速で水溶液２４を吸引する。このとき、正の電荷を
持つＮａ⁺が、陰極である電極１４付近に集まり、この
付近の水溶液のＮａ⁺濃度が極めて高くなる。したがっ
て、このＮａ⁺濃度が極めて高い水溶液が、電極１４を
構成している中空糸膜の細孔を通過し、タイゴンチュー
ブ２２を経て外部に排出される。このため、水溶液２４
に含有されているＮａ⁺は、効率よく簡単に容器１２の
外に除去され、かつ、水溶液２４に含有されている錆、
かび、濁りおよび汚れ等は、前記中空糸膜により取り除
かれる。

【００３０】次に、容器１２内に、Ｎａ⁺濃度が１０ppm
である水溶液を収容し、以下に示す電流量および吸引条
件（水溶液を吸引した際の流速）で電気分解を行い、こ
の電気分解時間（分）と容器１２内に残留した水溶液の
Ｎａ⁺濃度(ppm)との関係を調査した。また、前記電気分
解時間（分）と容器１２内に残留した水溶液のｐＨとの
関係を調査した。なお、Ｎａ⁺濃度は、原子吸光光度計
により測定した。電気分解時間（分）とＮａ⁺濃度(ppm)
との関係を図２に、電気分解時間（分）とｐＨとの関係
を図３に示す。

【００３１】 電流量 ４０ｍＡ 吸引条件 流速１０（０．８８ｍｌ／ｍｉｎ） 流速６ （０．５３ｍｌ／ｍｉｎ） 流速４ （０．３４ｍｌ／ｍｉｎ） 図２から、容器１２内に残留した水溶液のＮａ⁺濃度
は、最大で０．８ppm程度まで減少することがわかる。
すなわち、Ｎａ⁺は、最大９２％程度除去できることが
確認された。

【００３２】また、図３（１）は、吸引した溶液のｐＨ
の経時変化を示す図である。この図から、溶液のｐＨ
は、初期において急速に上がりｐＨ約１１を示し、その
後序々に下がっていくことが判る。これは、電極１４が
陰極であるため、溶液中の陽イオンが電極１４付近に移
動し、陽イオンである水素イオンが陰極で還元されるこ
とにより、水酸化物イオンの濃度の高い溶液が吸引され
るためである。そして、時間の経過とともに、後述する
図３（２）に示すように、容器１２内に残った溶液のｐ
Ｈが下がるため、吸引溶液のｐＨもこれに伴って下がる
からである。

【００３３】図３（２）は、容器１２内に残った溶液の
ｐＨの経時変化を示す図である。この図から、容器１２
内に残った溶液のｐＨは、急に低くなり酸性を呈するこ
とが判る。これは、中空糸中のｐＨが高いことや、白金
電極が陽極であるため溶液中の水酸化物イオンが消費さ
れ、水素イオン濃度が高くなるからである。

【００３４】（実施例２）次に、本発明の実施例２につ
いて説明する。図４は、本発明の実施例２に係るイオン
除去装置の模式図である。なお、実施例２では、実施例
１と同様の部材には、同一の符号を付してその説明は省
略する。

【００３５】図４に示すイオン除去装置の実施例１と異
なる点は、電極の構成である。実施例２に係る電極２６
は、実施例１に係る電極１４のニッケル表面に金を被覆
した構造を備えている。この電極２６は、直流電源１８
の陽極に接続されている。一方、前記電極１６は、白金
から構成されており、直流電源１８の陰極に接続されて
いる。

【００３６】次に、実施例２に係わるイオン除去装置の
具体的動作について説明する。実施例２では、水溶液２
４からＮａ⁺を除去する場合について説明する。

【００３７】容器１２内に、金属イオンとしてＮａ⁺が
含有された水溶液２４を収容する。次に、直流電源１８
を作動して４０ｍＡの一定電流を流して水溶液２４の電
気分解を行うとともに、定流量ポンプ２０を作動して一
定流速で水溶液２４を吸引する。このとき、正の電荷を
持つＮａ⁺が、陽極である電極２６付近から遠ざかり、
この付近の水溶液のＮａ⁺濃度が極めて低くなる。この
時、電極表面では、陰イオンが電気分解を受け、酸や酸
素が発生する。したがって、このＮａ⁺濃度が極めて低
い水溶液が、電極２６を構成している中空糸膜の細孔を
通過し、タイゴンチューブ２２を経て外部に排出され
る。このため、水溶液２４に含有されているＮａ⁺は、
容器１２内に残されるため、結果的に、前記排出された
水溶液からＮａ⁺を効率よく簡単に除去できることにな
る。また、水溶液２４に含有されていた錆、かび、濁り
および汚れ等は、電極２６を構成している中空糸膜によ
り取り除かれる。

【００３８】次に、前記容器１２内に、Ｎａ⁺濃度が１
０ppmである水溶液を収容し、以下に示す電流量および
吸引条件で電気分解を行い、当該電気分解時間（分）と
容器１２から排出された水溶液のＮａ⁺濃度(ppm)との関
係を調査した。なお、Ｎａ⁺濃度は、原子吸光光度計に
より測定した。この結果を図５に示す。

【００３９】 電流量 ４０ｍＡ 吸引条件 流速１０（０．８８ｍｌ／ｍｉｎ） 流速４ （０．３４ｍｌ／ｍｉｎ） 図５から、容器１２から排出された水溶液のＮａ⁺濃度
は、１ppm 以下であり、Ｎａ⁺は、最大９８％程度除去
できることが確認された。

【００４０】次に、実施例２に係わるイオン除去装置を
使用して、表１に示す濃度(ppm)でＮａ⁺を含有する各々
の水溶液に、以下に示す電流量および吸引条件で電気分
解を行い、容器１２から排出された水溶液のＮａ⁺濃度
(ppm)を、原子吸光光度計により測定した。この結果を
表１に示す。

【００４１】 電流量 ４０ｍＡ 吸引条件 流速１０（０．８８ｍｌ／ｍｉｎ）

【００４２】

【表１】

【００４３】表１から、含有されるＮａ⁺濃度が高い水
溶液ほどＮａ⁺の除去効率が悪くなることがわかる。

【００４４】次に、実施例２に係わるイオン除去装置を
使用してＮａ⁺を１０ppm含有する水溶液を、表２に示す
各々の流速で吸引しかつ４０ｍＡの電流量で電気分解を
行い、容器１２から排出された水溶液のＮａ⁺濃度 (pp
m）を、原子吸光光度計により測定した。この結果を表
２に示す。

【００４５】

【表２】

【００４６】表２から、水溶液の流速が遅い（すなわ
ち、定流量ポンプの吸引力が小さいほうが、Ｎａ⁺の除
去効率が良くなることがわかる。

【００４７】（実施例３）次に、本発明の実施例３につ
いて説明する。図６は、本発明の実施例３に係るイオン
除去装置の模式図である。なお、実施例３では、実施例
１と同様の部材には、同一の符号を付してその説明は省
略する。

【００４８】図６に示すイオン除去装置の実施例１と異
なる点は、電極の構成でである。実施例３に係る電極２
８は、実施例１に係る電極１４より大きな径を備えた中
空糸膜の外側をニッケルで被覆した構造を備えている。
電極２８には、電極１６が、電極２８と隙間をおいて内
設されている。この電極２８は、直流電源１８の陰極に
接続されている。一方、前記電極１６は、直流電源１８
の陽極に接続されている。

【００４９】次に、実施例３に係わるイオン除去装置の
具体的動作について説明する。実施例３では、水溶液２
４からＮａ⁺を除去する場合について説明する。

【００５０】容器１２内に、金属イオンとしてＮａ⁺が
含有された水溶液２４を収容する。次に、直流電源１８
を作動して２０ｍＡの一定電流を流して水溶液２４の電
気分解を行うとともに、定流量ポンプ２０を作動して一
定流速で水溶液２４を吸引する。このとき、正の電荷を
持つＮａ⁺が、陰極である電極２８付近に集まるが、電
極２８を構成している中空糸膜の細孔を通過した水溶液
に含有されているＮａ⁺は、陽極である電極１６と反発
して電極２８の外側に追い出される。このため、Ｎａ⁺
濃度が極めて低い水溶液が、タイゴンチューブ２２を経
て外部に排出される。

【００５１】すなわち、水溶液２４に含有されているＮ
ａ⁺は、容器１２内に残されるため、結果的に、前記排
出された水溶液からＮａ⁺を効率よく簡単に除去できる
ことになる。また、水溶液２４に含有されていた錆、か
び、濁りおよび汚れ等は、電極２８を構成している中空
糸膜により取り除かれる。

【００５２】次に、前記容器１２内に、Ｎａ⁺濃度が１
０ppmである水溶液を収容し、以下に示す電流量および
吸引条件で電気分解を行い、容器１２から排出された水
溶液のＮａ⁺濃度(ppm）を、原子吸光光度計により測定
した。この結果を表１に示す。

【００５３】 電流量 ２０ｍＡ 吸引条件 流速１０（０．８８ｍｌ／ｍｉｎ） 流速４ （０．３４ｍｌ／ｍｉｎ）

【００５４】

【表３】

【００５５】表３から、容器１２から排出された水溶液
のＮａ⁺は、最大９１％程度除去できることが確認され
た。

【００５６】なお、実施例１ないし実施例３では、中空
糸膜の表面にニッケルを被覆した電極について説明した
が、これに限らず、本発明に係る電極は、中空糸膜の表
面に例えば、銀、銅、白金、バナジウム等の他の金属お
よびカーボンを被覆してもよい。また、実施例２では、
ニッケルの表面に金を被覆した電極について説明した
が、これに限らず、ニッケルの表面には、例えば、白
金、バナジウム、銀等、水溶液のｐＨに影響されにくい
金属およびカーボンを被覆してもよい。

【００５７】また、実施例１ないし実施例３では、Ｎａ
⁺が、含有された水溶液からＮａ⁺を除去する場合につい
て説明したが、これに限らず、本発明に係るイオン除去
装置は、例えば、リチウム、カリウム、カルシウム、マ
グネシウム、アンモニウム、ルビジウム、セシウム、バ
リウム、亜鉛、鉄、ニッケル、銅、アルミニウム、他の
重金属等、正の電荷を持つ他の金属イオンを除去するこ
ともでき、また、塩素以外にも臭素、フッ素、沃素や、
ＣｌＯ₄ ^-、ＯＨ^-、ＮＯ₃ ^-、ＳＯ₄ ^2-、ＳＯ₃ ^-等、負の電
荷を持つ他のイオンを除去することもできる。

【００５８】そしてまた、前記水溶液２４に、例えば、
前記電気分解により、過酸化水素、次亜塩素酸、酸素等
の殺菌作用を有する物質を生成する陰イオンを含有させ
ることで、前記水溶液２４からイオンを除去することが
できるとともに、殺菌を行うこともできる。このような
陰イオンとしては、例えば、塩化物イオン、硝酸イオ
ン、硫酸イオン等がある。

【００５９】また、前記電気回路に、流す電流値は、前
記実施例１ないし実施例３で説明した値に限らず、イオ
ンの除去効率が低下することを抑制でき、かつ中空糸膜
に支障をきたさない電流値であればよく、具体的には、
１０ｍＡ以上、５００ｍＡ以下、好ましくは、３０ｍＡ
以上、１００ｍＡ以下、さらに好ましくは、４０ｍＡ以
上、８０ｍＡ以下、とすることが望ましい。

【００６０】また、実施例１ないし実施例３では、吸引
装置として定流量ポンプを使用したが、これに限らず、
他の構造を有する吸引装置を使用してもよい。また、実
施例１ないし実施例３では、直流電源により電極に電流
を流して電気回路を形成したが、これに限らず、電極を
含んだ電気回路を構成することが可能であれば、他の電
源を用いてもよい。

【００６１】（実施例４）次に、本発明に係る実施例４
について説明する。この実施例では、図６に示すイオン
除去装置を使用し、水溶液２４として、Ｎａ⁺、Ｆｅ³⁺
（鉄(III)イオン）およびＣｕ²⁺（銅(II)イオン）を含
む混合溶液を用い、この水溶液２４からＮａ⁺、Ｆｅ³⁺
およびＣｕ²⁺を除去する場合について説明する。

【００６２】先ず、硫酸ナトリウム（Ｎａ₂ＳＯ₄）０．
７７２３ｇをイオン交換水を用いて２５０ｍｌに希釈
し、１０００ppmのＮａ⁺溶液（Ｎａ₂ＳＯ₄溶液）を調整
する。また、硫酸銅(II)五水和物（ＣｕＳＯ₄・５Ｈ
₂Ｏ）０．７９３７ｇをイオン交換水により２００ｍｌ
に希釈し、１０００ppmのＣｕ²⁺溶液（ＣｕＳＯ₄溶液）
を調整する。また、無水硫酸第二鉄（Ｆｅ₂（Ｓ
Ｏ₄）₃）１．１９３３ｇをイオン交換水により２００ｍ
ｌに希釈し、１０００ppmのＦｅ³⁺溶液（Ｆｅ₂（Ｓ
Ｏ₄）₃溶液）を調整する。

【００６３】次に、前記調整したＮａ⁺溶液、Ｃｕ²⁺溶
液およびＦｅ³⁺溶液を各々２ｍｌずつ取り、これらに濃
硫酸を０．２ｍｌ加える。次いでこれにイオン交換水を
加えて２リットルに希釈し、各イオンが１０ppm含まれ
たＮａ⁺、Ｃｕ²⁺、Ｆｅ³⁺混合溶液を調整する。

【００６４】次に、図６に示す装置の容器１２内に、こ
の混合溶液を水溶液２４として収容し、以下に示す電流
量および吸引条件で電気分解を行い、各電流とも通電後
３〜８分の５分間吸引して得られた水溶液（容器１２か
ら排出された水溶液）の金属イオン濃度(ppm)を測定し
た。このときの電流値と各金属イオンの濃度(ppm)との
関係を図７に示す。

【００６５】 電流量 ０〜８０ｍＡ 吸引条件 流速１０（０．８８ｍｌ／ｍｉｎ） 図７から、各金属イオンとも、電流が０〜５０ｍＡ程度
までは序々に除去されるが、５０ｍＡより高い電流にな
ると、その濃度はあまり変化しなくなることが判る。ま
た、Ｎａ⁺およびＣｕ²⁺は約３５％除去でき、Ｆｅ³⁺は
約５０％除去できたことが判る。ここで、単独の金属イ
オンが含まれた水溶液における金属イオンの除去率と、
複数の金属イオン（本実施例では３種類）が含まれた水
溶液における金属イオンの除去率とを比較すると、後者
の方が低い除去率を示している。これは、後者の方が前
者より、金属イオン数が多いためであると考えられる。

【００６６】次に、前記各イオンが１０ppm含まれたＮ
ａ⁺、Ｃｕ²⁺、Ｆｅ³⁺混合溶液を水溶液２４として、図
２に示すイオン除去装置の容器１２内に収容し、以下に
示す電流量および吸引条件で電気分解を行い、各電流と
も通電後３〜８分の５分間吸引して得られた水溶液（容
器１２から排出された水溶液）の金属イオン濃度(ppm)
を測定した。このときの電流値と各金属イオンの濃度(p
pm)との関係を図８に示す。

【００６７】 電流量 ０〜７０ｍＡ 吸引条件 流速１０（０．８８ｍｌ／ｍｉｎ） 図８から、Ｎａ⁺は電流値が高いほど、その濃度が高く
なることが判る。また、Ｃｕ²⁺は電流が５ｍＡ程度から
完全に除去され、Ｆｅ³⁺は５０ｍＡ程度の電流でで約９
３％、６０ｍＡ程度の電流で約９７％の除去率を示すこ
とが判る。

【００６８】以上の結果から、本発明に係るイオン除去
装置により、前述した３種類の金属イオンを除去するに
は、図６に示すイオン除去装置を用いて流速１０（０．
８８ｍｌ／ｍｉｎ）で水溶液を吸引しながら５０〜６０
ｍＡの電流により電気分解し、吸引された水溶液を図２
に示すイオン除去装置により５０ｍＡ以上の電流で電気
分解を行うというサイクルを繰り返すことで、Ｎａ⁺、
Ｃｕ²⁺およびＦｅ³⁺を高い除去率で除去することができ
る。

【００６９】（実施例５）次に、本発明に係る実施例５
について説明する。この実施例では、図６に示すイオン
除去装置を使用し、硫酸ナトリウム（Ｎａ₂ＳＯ₄）およ
び塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）を含んだ電解水の殺菌性
について調査する。

【００７０】実施例４で調整した１０００ppmのＮａ⁺溶
液をイオン交換水にて１００倍に希釈し、１０ppmのＮ
ａ⁺溶液（Ｎａ₂ＳＯ₄溶液）を調整する。また、ＮａＣ
ｌ、０．５０８４ｇをイオン交換水を用いて２００ｍｌ
に希釈し、１０００ppmのＮａＣｌ溶液を調整した後、
さらにイオン交換水で１００倍に希釈し、１０ppmのＮ
ａＣｌ溶液を調整する。

【００７１】次いで、この１０ppmのＮａ₂ＳＯ₄溶液
を、図６に示すイオン除去装置の容器１２内に収容し、
以下に示す電流量および吸引条件で２０分間の電気分解
を行い、吸引により得られた水溶液（容器１２から排出
された水溶液）の酸化還元電位とｐＨを測定した。ま
た、濃度１％(W/V)であるＮａ₂ＳＯ₄溶液、濃度１０ppm
であるＮａＣｌ溶液、５％(W/V)であるＮａＣｌ溶液に
ついても各々同様に電気分解を行い、吸引により得られ
た水溶液（容器１２から排出された水溶液）の酸化還元
電位とｐＨを測定した。なお、比較として水道水の酸化
還元電位とｐＨも測定した。この結果を表４に示す。

【００７２】 電流量 ６０〜８０ｍＡ 吸引条件 流速１０（０．８８ｍｌ／ｍｉｎ）

【００７３】

【表４】

【００７４】硫酸イオン（ＳＯ₄ ^2-）が電気分解を受け
ると、作用の欄でも説明したが、以下のような反応を起
こす。

【００７５】２ＳＯ₄ ^2-→２ＳＯ₄ ^-＋２ｅ ２ＳＯ₄ ^-→Ｓ₂Ｏ₈ ^2- Ｓ₂Ｏ₈ ^2-＋Ｈ₂Ｏ→ＳＯ₅ ^2-＋Ｈ₂ＳＯ₄ ＳＯ₅ ^2-＋Ｈ₂Ｏ→Ｈ₂Ｏ₂＋ＳＯ₄ ^2- ここで、硫酸イオンの場合、濃度が低いときには、水の
電離による水酸化物イオンが電気分解を受けるが、硫酸
イオンの濃度が高くなるにしたがい、前述した反応が起
こる。したがって、濃度１０ppmのＮａ₂ＳＯ₄溶液（電
解液）よりも、濃度１％のＮａ₂ＳＯ₄溶液（電解液）の
方が、Ｈ₂Ｏ₂が多く発生されるため、表４に示すように
酸化還元電位が高くなっている。

【００７６】また、塩化物イオン（Ｃｌ^-）が電気分解
を受けると、作用の欄でも説明したが、以下のような反
応を起こす。

【００７７】２Ｃｌ^-→Ｃｌ₂＋２ｅ Ｃｌ₂＋Ｈ₂Ｏ→ＨＣｌ＋ＨＣｌＯ ここで、塩化物イオンの場合、この反応式にしたがっ
て、ＨＣｌＯが生じるため、各濃度のＮａＣｌ溶液の酸
化還元電位が、表４に示すように１２００ｍＶ以上の高
い値を示した。

【００７８】また、表４から、いずれの溶液も水道水の
酸化還元電位よりも高い値を示すことが確認できる。

【００７９】次に、前記電気分解により得られた１０pp
mのＮａ₂ＳＯ₄溶液（電解液）および１０ppmのＮａＣｌ
溶液（電解液）の各々３０ｍｌに、大腸菌を１ｍｌ（約
１０⁶個）接種する。これを３０分間放置した後の菌数
を調査した。なお、菌数は、普通寒天培地を用いた混釈
培養法で測定した。

【００８０】また、比較として生理食塩水３０ｍｌおよ
び滅菌蒸留水３０ｍｌについても同様の調査を行った。
この結果を表５に示す。

【００８１】

【表５】

【００８２】表５から、Ｎａ₂ＳＯ₄電解液では、処理３
０分後に約９０％の菌が殺菌され、ＮａＣｌ電解液で
は、９９％以上の菌が殺菌されたことが判る。

【００８３】次に、これらの結果を基に、大腸菌、ネズ
ミチフス菌および黄色ブドウ球菌の３種類の菌を用い、
各々の菌について前記と同様の方法により菌数の変化を
調査した。なお、大腸菌に関しては、放置時間を１０分
間に短縮した群を加えて検討した。この結果を表６に示
す。

【００８４】

【表６】

【００８５】表６から、Ｎａ₂ＳＯ₄電解液およびＮａＣ
ｌ電解液は、３種類全ての菌に対して高い殺菌性を示す
ことが判る。特に、ＮａＣｌ電解液は、１０分間の放置
時間でも十分な殺菌性を示すことが確認された。これ
は、電気分解により、ＮａＣｌ溶液ではＨＣｌＯを生
じ、Ｎａ₂ＳＯ₄溶液ではＨ₂Ｏ₂を生じるため、電解液の
酸化還元電位が高くなり殺菌作用を示すためである。ま
た、ＮａＣｌ電解液の方がＮａ₂ＳＯ₄電解液より高い酸
化還元電位を示したのは、ＨＣｌＯがＨ₂Ｏ₂より強力な
酸化作用を持ち、強力な殺菌性を示すからである。

【００８６】なお、採水後１０日目にも前記と同様の実
験を行った結果、経日による殺菌作用の劣化がないこと
が確認された。

【００８７】（実施例６）次に、本発明の実施例６につ
いて説明する。この実施例では、図１に示すイオン除去
装置を使用し、電気分解前と後述する条件で３０分間電
気分解した後の水道水に含まれるナトリウムイオン（Ｎ
ａ⁺）、カリウムイオン（Ｋ⁺）、カルシウムイオン（Ｃ
ａ²⁺）、鉄イオン（Ｆｅ³⁺）、銅イオン（Ｃｕ²⁺）、マ
グネシウムイオン（Ｍｇ²⁺）およびニッケルイオン（Ｎ
ｉ²⁺）の濃度(ppm)変化と、溶液のｐＨを調査した。こ
の結果を表８に示す。なお、本実施例では、図１に示す
電極１４に替えて、外側が白金で被覆された中空糸膜か
らなる電極も使用した。

【００８８】 電流量 ２０ｍＡ ６０ｍＡ 吸引条件 流速１０（０．８８ｍｌ／ｍｉｎ） なお、電気分解前の水道水に含まれる各金属イオン濃度
(ppm)を表７に示す。

【００８９】

【表７】

【００９０】表７に示す濃度は「水質基準に関する省
令」の基準値以下であり、特にＦｅ³⁺、Ｃｕ²⁺およびＮ
ｉ²⁺は、検出されなかった。

【００９１】

【表８】

【００９２】表８から、外側がニッケルで被覆された中
空糸電極および外側が白金で被覆された中空糸電極を使
用した電気分解後に得られた両溶液からは、Ｆｅ³⁺、Ｃ
ｕ²⁺およびＮｉ²⁺は検出されなかったことが判る。この
結果、中空糸に被覆されたニッケル金属は、２０ｍＡお
よび６０ｍＡの電流による電気分解にも酸化による溶出
がないことが確認された。

【００９３】また、Ｎａ⁺、Ｋ⁺およびＣａ²⁺は、２０ｍ
Ａの電気分解により、ニッケルで被覆された中空糸電極
および白金で被覆された中空糸電極とも、２．５倍以上
濃縮されたことが判る。また、６０ｍＡの電気分解で
は、Ｎａ⁺およびＣａ²⁺とも３倍以上濃縮されたことが
確認された。これは、Ｎａ⁺、Ｋ⁺およびＣａ²⁺は、還元
されず、水酸化物が沈澱しないため、陰極であるニッケ
ルで被覆された中空糸電極に引き寄せられて中空糸を通
過するからである。

【００９４】また、Ｍｇ²⁺は、全ての条件において濃度
が減少し、特に６０ｍＡでの電気分解では、８５％以上
の除去率を示した。これは、Ｍｇ²⁺の酸化還元電位から
みて陰極により還元されたのではなく、陰極付近のｐＨ
上昇により、Ｍｇ₂₊の一部がＭｇ（ＯＨ）₂となり中空
糸を通過できなかったためである。なお、電解液のｐＨ
は、６０ｍＡの方（電流が高い方）が高くなった。

【００９５】これより、ニッケルで被覆された中空糸電
極および白金で被覆された中空糸電極とも、ほとんど同
じ効果が得られることが確認された。また、電流の大き
さを調整することにより、金属イオンの濃度、ｐＨの調
整がある程度可能であることも確認された。

【００９６】（実施例７）次に、本発明に係る実施例７
について図面を参照して説明する。図９は、本発明の実
施例７に係るイオン除去装置の模式図である。なお、実
施例７では、実施例１と同様の部材には、同一の符号を
付してその説明は省略する。

【００９７】図９に示すイオン除去装置の実施例１と異
なる点は、電極の構成である。すなわち、実施例７に係
る電極３６は、外側が白金で被覆された中空糸膜から構
成された構造を備えている。

【００９８】このイオン除去装置を用いて、１０ppmの
Ｎａ⁺溶液、１０ppmのＣｕ²⁺溶液および１０ppmのＦｅ
³⁺溶液について以下に示す条件で電気分解を行い、吸引
された溶液のｐＨの経時変化および容器１２に残った溶
液のｐＨの経時変化を調査した。

【００９９】 電流量 ５０〜６０ｍＡ 吸引条件 流速１０（０．８８ｍｌ／ｍｉｎ） 図１０（１）は、吸引された溶液のｐＨの経時変化を示
した図であり、図１０（２）は、容器１２に残った溶液
のｐＨの経時変化を示した図である。

【０１００】図１０（１）から、Ｎａ⁺溶液およびＣｕ
²⁺溶液は、初期において（０〜５分程度まで）急速にｐ
Ｈが下がり、両イオン溶液とも約ｐＨ２．６を示し、そ
の後序々に上がっていくことが判る。これは、白金が被
覆された中空糸電極３６が陽極であるため、陰イオンが
この電極付近に移動し、陰イオンである水酸化物イオン
が酸化されるため、水素イオン濃度が高くなるためであ
る。そして、時間の経過とともに、容器１２に残った溶
液のｐＨが高くなるため、吸引された溶液のｐＨも高く
なるからである。

【０１０１】また、図１０（２）から、各イオン溶液と
も時間の経過とともに容器１２に残った溶液のｐＨが高
くなることが判る。これは、吸引された溶液のｐＨが低
いこと、白金電極１６が陰極であるため、陽イオンであ
る水素イオンが還元されるためである。

【０１０２】次に、前記条件で電気分解を行い、吸引さ
れた各溶液の濃度(ppm)の経時変化を調査した。この結
果を図１１に示す。

【０１０３】図１１から、各溶液とも時間の経過ととも
に濃度が低下し、特にＮａ⁺は、電気分解の直後から約
９４％以上除去できることが判る。これは、電極３６が
陽極であるため、陽イオンであるＮａ⁺、Ｃｕ²⁺および
Ｆｅ³⁺が電気的斥力によって電極３６付近で低濃度とな
るからである。また、Ｃｕ²⁺およびＦｅ³⁺は、電気的斥
力の他に、陰極である白金電極１６による還元を受けＣ
ｕおよびＦｅが一部析出されるため、Ｃｕ²⁺およびＦｅ
³⁺の濃度が低くなる。

【０１０４】また、Ｃｕ²⁺溶液において５分以上経過
後、容器１２に残った溶液のｐＨが５．５以上、Ｆｅ³⁺
溶液において４５分以上経過後、容器１２に残った溶液
のｐＨが４以上となる（図１０（２）参照）ため、容器
１２側の溶液では水酸化鉄(III)（Ｆｅ（ＯＨ）₃）およ
び水酸化銅(II)（Ｃｕ（ＯＨ）₂）が生成されることが
判る。これより、Ｃｕ²⁺およびＦｅ³⁺が除去されたこと
が確認できる。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明よれ
ば、電極を構成する中空糸膜により水溶液中に含有され
ている錆、かび、濁りおよび汚れ等を効率よく除去する
ことができるとともに、当該水溶液を電気分解すること
により、当該水溶液に含有されているイオンも効率よく
除去することができる。また、電極がフィルタの役割も
果たしているため、装置構成をコンパクトにすることが
できる。

【０１０６】さらに、１０ｍＡ以上、５００ｍＡ以下の
電流値で電気分解を行うことで、イオンの除去効率を向
上できるとともに、イオン除去装置の寿命も向上するこ
とができる。そしてまた、前記水溶液が、電気分解によ
り殺菌作用を有する物質を生成する陰イオンを含有する
ことで、イオンの除去と同時に殺菌も行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係るイオン除去装置の模式
図である。

【図２】本発明の実施例１に係るイオン除去装置を使用
した際の電気分解時間（分）とナトリウムイオン（Ｎａ
⁺）濃度(ppm）との関係を示す図である。

【図３】本発明の実施例１に係るイオン除去装置を使用
した際の電気分解時間（分）と水溶液のｐＨとの関係を
示す図である。

【図４】本発明の実施例２に係るイオン除去装置の模式
図である。

【図５】本発明の実施例２に係るイオン除去装置を使用
した際の電気分解時間（分）とナトリウムイオン（Ｎａ
⁺）濃度(ppm）との関係を示す図である。

【図６】本発明の実施例３に係るイオン除去装置の模式
図である。

【図７】本発明の実施例４に係る混合溶液の電流と濃度
との関係を示す図である。

【図８】本発明の実施例４に係る混合溶液の電流と濃度
との関係を示す図である。

【図９】本発明の実施例７に係るイオン除去装置の模式
図である。

【図１０】本発明の実施例７に係る溶液のｐＨの経時変
化を示した図である。

【図１１】本発明の実施例７に係る電気分解を行い、吸
引された各溶液の濃度(ppm)の経時変化を示す図であ
る。

【符号の説明】

１２ 容器 １４ 電極 １６ 電極 １８ 直流電源 ２０ 定流量ポンプ ２４ 水溶液

───────────────────────────────────────────────────── 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 1/50 ５３１ Ｃ０２Ｆ 1/50 ５３１Ｊ ５３１Ｍ ５４０ ５４０Ｚ ５６０ ５６０Ｄ ５６０Ｅ ５６０Ｆ (72)発明者 勝浦 信夫 神奈川県相模原市西橋本２丁目23番３号 日幸工業株式会社Ｒ＆Ｄセンター内 (72)発明者 五十嵐 治 神奈川県相模原市西橋本２丁目23番３号 日幸工業株式会社Ｒ＆Ｄセンター内 (72)発明者 中山 敦 神奈川県相模原市西橋本２丁目23番３号 日幸工業株式会社Ｒ＆Ｄセンター内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水溶液を収容可能な容器内に、電気回路
   を形成する電極を配設し、当該電極の一方を金属が被覆
   された中空糸膜から構成し、当該金属が被覆された中空
   糸膜からなる電極に、この電極を介して前記水溶液を吸
   引する吸引装置を接続したイオン除去装置。
2. 【請求項２】 前記中空糸膜にニッケルを被覆した請求
   項１記載のイオン除去装置。
3. 【請求項３】 前記ニッケルの表面に金を被覆した請求
   項２記載のイオン除去装置。
4. 【請求項４】 前記中空糸膜に白金を被覆した請求項１
   記載のイオン除去装置。
5. 【請求項５】 水溶液が収容される容器内に配設した電
   極の一方を、金属が被覆された中空糸膜から構成し、前
   記両電極を含む電気回路に所定量の電流を流すととも
   に、前記金属が被覆された中空糸膜からなる電極を介し
   て前記水溶液を吸引排出するイオン除去方法。
6. 【請求項６】 前記電流値が、１０ｍＡ以上、５００ｍ
   Ａ以下である請求項５記載のイオン除去方法。
7. 【請求項７】 前記水溶液が、電気分解により殺菌作用
   を有する物質を生成する陰イオンを含有する請求項５ま
   たは請求項６記載のイオン除去方法。
8. 【請求項８】 前記陰イオンが、硫酸イオンまたは塩化
   物イオンである請求項７記載のイオン除去方法。