JPH0910769A - 電解イオン水の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水の電解に際し、電力量の節約を図り、電導
率の低い水を原水として容易に電解イオン水を得る。 【構成】 原水を、Ｈ型陽イオン交換樹脂槽６またはＯ
Ｈ型陰イオン交換樹脂槽に通して一次処理水を得、固体
高分子電解質電極槽１２のアノード１７およびカソード
１８の一方に前記一次処理水を、他の一方に別の水系を
それぞれ接触させて通電する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電解イオン水の製造方
法に関するものである。

【０００２】なお、本発明で得られる電解イオン水中の
一つである酸性酸化水は、微生物（細菌・ウイルス等）
の死滅・繁殖の防止、有機物の除去および洗浄水として
用いる場合の金属付着防止に効果があり、他方、アルカ
リ性還元水は酸化防止、油脂・蛋白質などの微粒子の除
去に効果がある。また、純水および超純水などを酸性還
元水並びにアルカリ性酸化水にすることによって半導体
などの洗浄用水としての用途が考えられる。

【０００３】

【従来の技術】従来、酸性酸化水およびアルカリ性還元
水を得る方法としては、塩化ナトリウム等の塩を含む原
水を隔膜を隔てて直接電気分解する隔膜電解法がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来例の前記隔膜電解
法は、多量の電流を通して電気分解を行う必要があり、
その結果、電気分解を行う電極のアノード側には多量の
酸素が、また、カソード側には多量の水素が発生する。
また、電気伝導率の低い水から電解イオン水を得るのは
困難であった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】原水をＨ型陽イオン交換
樹脂槽またはＯＨ型陰イオン交換樹脂槽に通し、この一
次処理水を固体高分子電解質電極槽のアノードまたはカ
ソードに導いて接触させ、それぞれの対極には別の水系
を接触させて通電することによって、酸性酸化水、酸性
還元水、アルカリ性酸化水、又はアルカリ性還元水を得
るようにするのである。

【０００６】また、原水を二分にしてＨ型陽イオン交換
樹脂槽とＯＨ型陰イオン交換樹脂槽に別々に通してか
ら、Ｈ型陽イオン交換樹脂槽を通した一次処理水を固体
高分子電解質電極槽のアノード側に接触させ、ＯＨ型陰
イオン交換樹脂槽を通した一次処理水を固体高分子電解
質電極槽のカソード側に接触させることにより、また
は、ＯＨ型陰イオン交換樹脂槽を通した一次処理水を固
体高分子電解質電極槽のアノード側に接触させ、Ｈ型陽
イオン交換樹脂槽を通した一次処理水を固体高分子電解
質電極槽のカソード側に接触させることにより、電気分
解を行う固体高分子電解質電極槽のアノードとカソード
両極に通電する電流を減少させ、かつ、アノード側より
発生する酸素およびカソード側より発生する水素の量を
抑えて、効率良く酸性酸化水とアルカリ性還元水を得、
または効率良く酸性還元水とアルカリ性酸性水を得るよ
うにするのである。

【０００７】或いは、ＯＨ型陰イオン交換樹脂槽を通し
た一次処理水を固体高分子電解質電極槽のアノード側に
接触させ、Ｈ型陽イオン交換樹脂槽を通した一次処理水
を固体高分子電解質電極槽のカソード側に接触させて、
両極に通電することにより、従来の隔膜電気分解を行う
方法では得られない、アノード側処理水はアルカリ性酸
化水、カソード側処理水は酸性還元水として得るように
するのである。

【０００８】本発明について、塩化ナトリウムなどの塩
類を含んでいる水を原水としてＨ型陽イオン交換樹脂槽
に通すと、槽中では式の反応が起こる。但し、Ｒはイ
オン交換樹脂の母体を示す。

【０００９】

【化１】

【００１０】同様にＯＨ型陰イオン交換樹脂槽では式
の反応が起こる。

【００１１】

【化２】

【００１２】例えば、比抵抗１００万Ω・ｃｍ（ａｔ２
５℃）の純水にＮａＣｌのみ含まれるとみなした場合、
比抵抗１００万Ω・ｃｍすなわち電気伝導率１μＳ／ｃ
ｍに含まれるＮａＣｌの濃度は、ＮａＣｌ１ｍｇ（ａｓ
ＣａＣＯ₃）／ｌの電気伝導率が２．５３μＳ／ｃｍ
（ａｔ２５℃）であることにより、式のように４００
μｇ／ｌ（ａｓ ＣａＣＯ₃）となる。

【００１３】

【化３】

【００１４】従って、この比抵抗１００万Ω・ｃｍ（ａ
ｔ２５℃）の純水を原水としてＨ型陽イオン交換樹脂槽
に通水すると、原水中のＮａＣｌは式により４００μ
ｇ／ｌ（ａｓ ＣａＣＯ₃）のＨＣｌとなり、計算上の
ｐＨは約５．１となる。これよりＮａＣｌの濃度が大で
あればＨ型陽イオン交換樹脂槽を通過することにより生
成する酸の量も増えｐＨは５．１よりも酸性側となる。

【００１５】また、ＮａＣｌのみを含む比抵抗１０００
万Ω・ｃｍ（ａｔ２５℃）の純水を原水としてＯＨ型陰
イオン交換樹脂槽に通水すると、原水中には４０μｇ／
ｌ（ａｓ ＣａＣＯ₃）のＮａＣｌから式により４０
μｇ／ｌ（ａｓ ＣａＣＯ₃）のＮａＯＨを生じ、計算
上のｐＨは約７．９となる。これよりＮａＣｌの濃度が
大であればＯＨ型陰イオン交換樹脂槽を通過することに
より生成するアルカリの量も増えｐＨは７．９よりもア
ルカリ側となる。

【００１６】ここで、原水にＮａＣｌ等の塩類を添加
し、その添加量を変えることにより、Ｈ型陽イオン交換
樹脂槽に通水した場合は交換されるＨＣｌの量が変わ
り、ＯＨ型陰イオン交換樹脂槽に通水した場合は交換さ
れるＮａＯＨの量が変わるため、結果的に得られる処理
水のｐＨ値を任意に変えることができる。

【００１７】Ｈ型陽イオン交換樹脂槽を通した水を固体
高分子電解質電極槽のアノード側に接触させると、アノ
ード側では式の反応が行われ、酸素を発生してアノー
ド側処理水は強い酸化性を示す。また、Ｈ型陽イオン交
換樹脂槽にて交換されたＨＣｌはアノード側処理水にそ
のまま残るため、結果的にアノード側処理水は酸性酸化
水となる。また、アノード表面の触媒（例えば、β−二
酸化鉛触媒）によってはオゾンを発生させることもでき
る。

【００１８】

【化４】

【００１９】同様に、ＯＨ型陰イオン交換樹脂槽を通し
て水を固体高分子電解質電極槽のカソード側に接触させ
ると、カソード側では水中の溶存酸素の一部が式のよ
うに水となる還元反応が行われ、同時に式に示すよう
に水素を発生するため、カソード側処理水は強い還元性
を示す。また、ＯＨ型陰イオン交換樹脂槽にて交換され
たＮａＯＨはカソード側処理水にそのまま残るため、結
果的にカソード側処理水はアルカリ性還元水となる。

【００２０】

【化５】

【００２１】

【化６】

【００２２】Ｈ型陽イオン交換樹脂槽を通した水を固体
高分子電解質電極槽のカソード側に接触させると、カソ
ード側では水中の溶存酸素の一部が式のように水とな
る還元反応が行われ、同時に式に示すように水素を発
生するため、カソード側処理水は強い還元性を示す。ま
た、Ｈ型陽イオン交換樹脂槽にて交換されたＨＣｌはカ
ソード側処理水にそのまま残るため、結果的にカソード
側処理水は酸性還元水となる。

【００２３】同様に、ＯＨ型陰イオン交換樹脂槽を通し
た水を固体高分子電解質電極槽のアノード側に接触させ
ると、アノード側では式の反応が行われ、酸素を発生
してアノード側処理水は強い酸化性を示す。また、ＯＨ
型陰イオン交換樹脂槽にて交換されたＮａＯＨはアノー
ド側処理水はそのまま残るため、結果的にアノード側処
理水はアルカリ性酸化水となる。

【００２４】

【実施例】図面は本発明に係る電解イオン水の製造方法
を適用した装置例を示し、図１は第一装置例を示す略示
説明図、図２は第二装置例を示す略示説明図、図３は第
三装置例を示す略示説明図である。

【００２５】各装置例において、２はＮａＣｌ等の塩類
注入装置、６はＨ型陽イオン交換樹脂槽、１０はＯＨ型
陰イオン交換樹脂槽、１２は固体高分子電解質電極槽、
２６は直流電源部をそれぞれ示し、塩類注入装置２は、
原水に計算量の塩類を注入混合することにより、電解イ
オン水のｐＨ値を所望の値に変える場合に用い、ＮａＣ
ｌ等の塩類はこの装置２から添加量を設定された注入弁
３を通じて原水中に添加混合される。

【００２６】Ｈ型陽イオン交換樹脂槽６は、Ｈ型陽イオ
ン交換樹脂７を備え、槽上部に注入バルブ４と空気抜き
バルブ５を備え、注入バルブ４を通じて原水を受入れ、
槽下部より処理水を槽外に排出するようになっている。

【００２７】ＯＨ型陰イオン交換樹脂槽１０は、ＯＨ型
イオン交換樹脂１１を備え、槽上部にＨ型陽イオン交換
樹脂槽６と同様に注入バルブ８と空気抜きバルブ９を備
え、注入バルブ８より原水を受入れて処理し、槽下部よ
り処理水を槽外に排出するようにしてある。

【００２８】固体高分子電解質電極槽１２は、固体高分
子電極膜２１でアノード側とカソード側に区画され、固
体高分子電極膜２１とアノード１７及びカソード１８と
で固体高分子電解質電極を構成し、アノード１７には液
体の通過が可能な多孔性又は間隙を有するアノード側給
電体１９が隣接し、カソード１８には同様なカソード側
給電体２０が隣接している。また、アノード側入口径路
１５の外側にはアノード側注入バルブ１３及びアノード
側出口径路２２の外側にはアノード側排出バルブ２７
が、カソード側入口径路１６の外側にはカソード側注入
バルブ１４及びカソード側出口径路２３の外側にはカソ
ード側排出バルブ２８が配されている。

【００２９】なお、アノード側給電体１９は陽極板２４
を、カソード側給電体２０は陰極板２５をそれぞれ介し
て直流電源部２６に導通させてある。

【００３０】図１で示す第一装置例において、原水はＨ
型陽イオン交換樹脂槽６内のＨ型陽イオン交換樹脂（商
品名 ダイヤイオン ＳＫ １Ｂ）７を通過して酸性一
次処理水となりカソード側注入バルブ１４よりカソード
側入口径路１６に通じ、液体の通過が可能な多孔性又は
間隙を有するカソード側給電体２０を通過して、カソー
ド側出口径路２３よりカソード側排出バルブ２８を通っ
て、酸性還元水として回収される。被処理水（原水）と
は別の水系すなわち純水は純水槽３３よりポンプ３４、
アノード側注入バルブ１３を介してアノード側入口径路
１５に通じ、液体の通過が可能な多孔性又は間隙を有す
るアノード側給電体１９を通過して、アノード側出口径
路２２よりアノード側排出バルブ２７を通って、再び純
水槽３３に至る循環経路を形成する。

【００３１】この第一装置例において、Ｈ型陽イオン交
換樹脂槽６の代わりにＯＨ型陰イオン交換樹脂槽を配
し、原水をＯＨ型陰イオン交換樹脂槽内のＯＨ型イオン
交換樹脂を通過させてアルカリ性一次処理水とし、カソ
ード側注入バルブ１４よりカソード側入口径路１６に通
じさせ、カソード側給電体２０を通過させると、カソー
ド側出口径路２３よりカソード側排出バルブ２８を通っ
て、アルカリ性還元水を得ることができる。

【００３２】また、第一装置例において、原水とは別の
水系すなわち純水をアノード側ではなくカソード側を循
環させる経路を形成した場合、原水をＨ型陽イオン交換
樹脂槽６内のＨ型陽イオン交換樹脂７を通過させて酸性
一次処理水とし、アノード側入口バルブ１３よりアノー
ド側入口径路１５に通じ、液体の通電が可能な多孔性又
は間隙を有するアノード側給電体１９を通過させて、ア
ノード側出口径路２２よりアノード側排出バルブ２７を
通すと、酸性酸化水を得ることができる。

【００３３】また、この場合、原水をＯＨ型陰イオン交
換樹脂槽内のＯＨ型陰イオン交換樹脂を通過させてアル
カリ性水とし、アノード側入口バルブ１３よりアノード
側入口径路１５に通じ、液体の通電が可能な多孔性又は
間隙を有するアノード側給電体１９を通過させて、アノ
ード側出口径路２２よりアノード側出口バルブ２７を通
すと、アルカリ性酸化水を得ることができる。

【００３４】このとき、別の水系すなわち純水は純水槽
３３よりポンプ３４、カソード側入口バルブ１４を介し
てカソード側入口径路１６に通じ、カソード側給電体２
０を通過して、カソード側出口径路２３よりカソード側
出口バルブ２８を通って、再び純水槽３３に到る循環経
路を形成する。

【００３５】図２で示す第二装置例においては、原水は
Ｈ型陽イオン交換樹脂槽６とＯＨ型陰イオン交換樹脂槽
１０の手前で分岐して流れ、一方はＨ型陽イオン交換樹
脂槽６内のＨ型陽イオン交換樹脂７を通過して酸性一次
処理水となりアノード側入口バルブ１３よりアノード側
入口径路１５に通じ、アノード側給電体１９を通過し
て、アノード側出口径路２２よりアノード側出口バルブ
２７を通って、酸性酸化水として回収される。

【００３６】Ｈ型陽イオン交換樹脂槽６とＯＨ型陰イオ
ン交換樹脂槽１０の手前で分岐された原水の他の一方
は、ＯＨ型陰イオン交換樹脂槽１０内のＯＨ型陰イオン
交換樹脂（商品名 ダイヤイオン ＳＡ １０Ａ）１１
を通過してアルカリ性一次処理水となり、カソード側入
口バルブ１４よりカソード側入口径路１６に通じ、カソ
ード側給電体２０を通過して、カソード側出口径路２３
よりカソード側出口バルブ２８を通って、アルカリ性還
元水として回収される。

【００３７】図３で示す第三装置例において、原水はＨ
型陽イオン交換樹脂槽６とＯＨ型陰イオン交換樹脂槽１
０の手前で分岐して流れ、一方はＯＨ型陰イオン交換樹
脂槽１０内のＯＨ型陰イオン交換樹脂１１を通過してア
ルカリ性一次処理水となり、アノード側入口バルブ１３
よりアノード側入口径路１５に通じ、アノード側給電体
１９を通過して、アノード側出口径路２２よりアノード
側出口バルブ２７を通って、アルカリ性酸化水として回
収される。

【００３８】Ｈ型陽イオン交換樹脂槽６とＯＨ型陰イオ
ン交換樹脂槽１０の手前で分岐された原水の他の一方
は、Ｈ型陽イオン交換樹脂槽６内のＨ型陽イオン交換樹
脂７を通過して酸性一次処理水となり、カソード側入口
バルブ１４よりカソード側入口径路１６に通じ、カソー
ド側給電体２０を通過して、カソード側出口径路２３よ
りカソード側出口バルブ２８を通って、酸性還元水とし
て回収される。

【００３９】なお、第二装置例及び第三装置例におい
て、それぞれの固体高分子電解質電極の極性変換をする
ことにより、第二装置例の場合は第三装置例と、第三装
置例の場合は第二装置例と同様の結果を得ることもでき
る。

【００４０】また、硬度成分を含む原水の場合、ＯＨ型
陰イオン交換樹脂槽にそのまま通水すると水酸化カルシ
ウムＣａ（ＯＨ）₂や水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）₂
を析出し、樹脂層を閉塞し障害を来すので、ＯＨ型陰イ
オン交換樹脂槽の前にＮａ型の陽イオン交換樹脂槽を別
に設け、被処理水を該樹脂槽で処理し軟水としてからＯ
Ｈ型陰イオン交換樹脂槽に通水するのが望ましい。

【００４１】以下、上記装置に適用した本発明の実施例
について述べる。

【００４２】

【実施例１】図１の装置において、チタン網に白金メッ
キしたアノード１７およびカソード１８の面積をそれぞ
れ２５０ｃｍ²とし、原水には電気伝導率約０．４μＳ
／ｃｍ（２５℃）の純水に塩化ナトリウムの５０ｍｇＣ
ａＣＯ₃／ｌの希薄溶液を連続的に注入して電気伝導率
を約１０μＳ／ｃｍ（２５℃）に調整したものを用い
た。原水を毎時５００リットルでＨ型陽イオン交換樹脂
槽６を通過させ、固体高分子電解質電極槽１２のカソー
ド側給電体２０に供給した。固体高分子電解質電極槽内
の水圧は、発生する水素ガスの原水への溶解を良くする
ために約１．８ｋｇｆ／ｃｍ³になるようにし、電極間
には３．９ボルトで１４アンペアの電流を流した。ま
た、電気伝導率０．１μＳ／ｃｍの純水を毎時１８００
ミリリットルでアノード側給電体に供給した。結果を表
１に示す。

【００４３】

【実施例２】図２の装置において、原水として電気伝導
率約０．４μＳ／ｃｍ（２５℃）の純水をそのまま薬品
を注入せずに用い、それを二分してＨ型陽イオン交換樹
脂槽６に毎時２００リットル、およびＯＨ型陰イオン交
換樹脂１０に毎時５００リットル供給した。その他の条
件は実施例１と同じである。結果を表１に示す。

【００４４】

【実施例３】図３の装置において、アノードおよびカソ
ードの面積をそれぞれ１００ｃｍ²とし、原水には電気
伝導率約１６５μＳ／ｃｍ（２５℃）の塩化ナトリウム
の溶液を用いた。原水を二分してそれぞれ毎時１００リ
ットルずつＨ型強酸性陽イオン交換樹脂槽６、およびＯ
Ｈ型強塩基性イオン交換樹脂槽１０に供給した。固体高
分子電解質電極槽内の水圧は約１．７ｋｇｆ／ｃｍ³に
なるようにし、電極間には２．８ボルトで４アンペア、
および２．７ボルトで３アンペアの電流を流した。結果
を表１に示す。

【００４５】

【表１】

【００４６】

【発明の効果】本発明は、Ｈ型陽イオン交換樹脂槽とＯ
Ｈ型陰イオン交換樹脂槽を固体高分子電解質電極槽の手
前に配し通水することにより、水の電解に際し、電力量
の節約を図ることができ、また、電導率の低い水を原水
として容易に電解イオン水を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一実施例の略示説明図。

【図２】第二実施例の略示説明図。

【図３】第三実施例の略示説明図。

【符号の説明】

６ Ｈ型陽イオン交換樹脂槽 １０ ＯＨ型陰イオン交換樹脂槽 １２ 固体高分子電解質電極槽

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原水を、Ｈ型陽イオン交換樹脂槽または
   ＯＨ型陰イオン交換樹脂槽に通して一次処理水を得、固
   体高分子電解質電極槽のアノードおよびカソードの一方
   に前記一次処理水を、他の一方に別の水系をそれぞれ接
   触させて通電して得ることを特徴とする電解イオン水の
   製造方法。
2. 【請求項２】 原水を、Ｈ型陽イオン交換樹脂槽とＯＨ
   型陰イオン交換樹脂槽に別々に通して酸性一次処理水と
   アルカリ性一次処理水を得、固体高分子電解質電極槽の
   アノードおよびカソードの一方に、前記酸性一次処理水
   を、他の一方に前記アルカリ性一次処理水をそれぞれ接
   触させて通電して得ることを特徴とする電解イオン水の
   製造方法。
3. 【請求項３】 原水に計算量の塩化ナトリウムなどの塩
   類を予め混合することを特徴とする請求項１又は２記載
   の電解イオン水の製造方法。