JPS6078603A - イオン交換膜法電気透析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、陰・陽画極間に陰イオン交換膜と陽イオン交
換膜を交互に配列して脱塩室及び濃縮室を夫々構成した
イオン交換農法電気透析装置（以下、単に電気透析装置
ともいう）の新規な構造忙関する。

一般にイオン性有機物質及び電解質を、含有する溶液を
電気透析槽の脱塩室に供給して電気透析を行な５と、峡
イオン性有機物質がイオン交換膜の表面に付着して膜抵
抗を増大させる０その結果、電気透析における電流効率
が著しく低下するという問題を有する。

従来、上記のようなイオン性有機物による膜汚染を防止
する手段として、■表面に中性層を有するイオン交換膜
を用いる方法■酸、アルカリ吟の薬剤によって、汚染さ
れたイオン交換を間欠的に洗浄する方法■電気透析槽を
間欠的に転極させて運転を行なう方法■溶液のＰＨを調
整してイオン性有機物質の生成を抑える方法■イオン交
換膜に代えて中性隔膜を用いる方法などが提案されてい
る。しかしながら、上記■〜■の方法は、イオン性有機
物質の濃度が高い溶液、例えば、廃糖密、バルブ廃液、
界面活性剤溶液等の溶液に適用した場合は、膜汚染の防
止効果がほとんど期待されない。即ち■の方法では膜表
面に存在するイオン性有機物質の密度が極めて高いため
、イオン性有機物質が該膜表面に急激に蓄積し、短時間
で膜抵抗の上昇を招く。

また、■及び■の方法は、処理頻度が増大し実用的でな
い。更に■の方法においてはイオン性有機物質の生成を
充分抑制することが困難であり、前記■と同様、短時間
で膜抵抗の上昇を招く。一方、前記■の方法においては
、膜汚染は＋１とんと問題ないが、中性隔膜を用いるた
め、濃縮室からのイオンの漏洩が起こり、電流効率が著
しく低下すると共に、充分な脱塩を行なうことが不可能
であった。

従って、電気透析槽を用い【、イオン性有機物質の濃度
が島い溶液な脱塩室に供給して、膜汚染による問題を生
ずることなく効率的に電気透析する方法或いは装置の開
発は従来からの大きな課題であった。

本発明者等は上記課題を達成すべく、鋭意研究を重ねた
結果、電気透析装置の脱塩室内でイオン性有機物質の移
動方向に面するイオン交換膜の表面に、該イオン性有機
物質を実質的に通さない中性膜を、該イオン交換膜と一
体化することなく単に重ね合せてなる電気透析装置によ
り高電流効率で長期間安定して運転を行なうことができ
ることを見い出し、本発明を完成するに至った。

本発明は陰・陽画極間に陰イオン交換膜と陽イオン交換
膜を交互に配列して脱塩室及び濃縮室を夫々構成したイ
オン交換脱法電気透析装置において、イオン交換膜表面
に拡散透過性を有する中性膜（以下、単に中性膜という
）を該イオン交換膜と一体化することなく重ね合せたこ
とを特徴とするイオン交換脱法電気透析装置である。

本発明において、電気透析装置は基本的には陰・陽画極
間に陰イオン交換膜及び陽イオン交換膜を交互に配列し
て脱塩室及び濃縮室を夫々構成した構造を有するもので
あれば特に制限されないが、フィルタープレス式の電気
透析装置が好適に使用される。

また、本発明の電気透析装置はイオン性有機物質及び電
解質を含有する溶液を脱塩室に供給して電気透析する場
合に有効である。上記イオン性有機物質は溶液中に不純
物として含まれる１ａ様もあり得るが、本発明において
は特に、該イオン性有機物が溶液の主成分として大量に
含まれる態様に関して後述するように従来の方法では達
成することが困難な優れた効果が得られる。尚、イオン
性有機物質とはアニオン性有機物質、カチオン性有機物
質及び両性イオン性有機物質を総称するものである。具
体的には、アニオン性有機物質はスルホン酸基、カルボ
ン酸基、硫酸エステル基、リン酸エステル基等の官能基
を、カチオン性有機物質は四級アンモニウム塩郷の官能
基を、また両性イオン性有機物質は上記アニオン性及び
カチオン性の両官能基を有する脂肪族化合物、脂環式化
合物、芳香族化合物、複＊＊式化合物、天然高分子、合
成高分子などの有機物質のうち水溶性を有するものが挙
げられる。更に具体的には、アニオン性有機物質として
はベンゼンスルホン酸ソーダフェノールスルホン酸ソー
ダ、ナフタレンスルホン酸ソーダ、リクニンスルホン酸
ソーダ、ポリスチレンスルホン酸ソーダ；シクロヘキサ
７カルボン酸ソーダ、ポリアクリル酸ソーダ；ラウリル
サルフェート：ラウリルフオスフー−ト等カ、カチオン
性有機物質としてはトリメチル７−ニルアンモニウム塩
、アルキルピリ８ム塩、テトラ−ｎ−ブチルアンモニウ
ムブロマイド等が、また両性イオン性有機物質としては
アミノ酸、たんばく質等が一般に挙げられる。また前記
した電解質は無機酸、低分子量の有機酸又はそれらの可
溶性塩を総称するものである。具体的には塩酸、硝酸、
硫酸尋の無機酸、ギ酸、酢酸、蓚酸などの有機酸、及び
これらの酸の可溶性塩が挙げられる。

本発明において、中性膜はイオン性有機物質を実質的に
通さず、電解質のイオンを通過し得るものが特に制限な
く使用される。一般にはイオン性有機物質より小さく、
電解質イオンより大きい細孔を有するシート又はフィル
ムが好適である。例えば、セルロース系膜、ノく−チメ
ント紙、微多孔性プラスチックシート又はフィルムなど
、従来より中性膜と称されるものが挙げられる。特に、
塩の拡散定数が大きい膜が電流密度を維持することがで
き、好適である。

本発明の電気透析装置における最大の特徴は、脱塩室で
前記イオン性有機物質が移動する側のイオン交換膜表面
に、上記中性膜を該イオン交換膜と一体化することなく
重ね合せて電気透析するととＫある。即ち、上記脱塩室
液に含まれるイオン性有機物質がアニオン性の場合は、
第１図に示すよりに脱塩室（１）の陰イオン交換膜（２
）の表面に中性膜（３）を重ね合せばよい。なお、（４
）は陽イオン交換膜、（５）は濃縮室である。また、前
記イオン性有機物質がカチオン性の場合は、第２図に示
すように脱塩室（１）の陽イオン交換膜（４）の表面に
中性膜釦な重ね合せればよい。更に、前記イオン性有機
物質が両イオン性の場合は、第３図に示すように脱塩室
（１）の陰イオン交換膜（２）及び陽イオン交換膜（４
）の表面に夫々中性膜（３）を重ね合せればよい。勿論
、イオン性有機物質がアニオン性又はカチオン性であっ
ても陰イオン交換膜（２）及び陽イオン交換膜（４）の
両方に中性膜（５）を重ね合せてもよい。

上記したように、脱塩室のイオン交換膜表面に、中性膜
を一体化することなく重ね合せることＫよって、イオン
性有機物質の濃度が高い溶液を処理する場合でも、該イ
オン性有機物質による摺電圧の上昇などの悪影響を長期
間にわたりて効果的に防止できると共にイオンの選択性
の低下もなく、該溶液の脱塩を高電流効率で行なうこと
ができる。また、本発明において、イオン性有機物質に
よって汚染されるのは中性膜であるため、イオン交換膜
が上記汚染物質により汚染されることかはとんとなく、
洗浄は専ら中性膜に対して行なうのみでよい。従って、
汚染物質によるイオン交換膜の性能の低下が防止でき、
しかも洗浄割介が少ないため洗浄作業により損傷を受け
る割合が極めて少なく、その寿命を著しく延長させるこ
とができる。

更に、前記した中性隔膜を使用した装置では、浸透圧差
による水移動量が極めて大きく、脱塩液或は濃縮液量が
大巾に変化する現象が起り、問題となる場合があるが、
本発明によれば、中性膜とイオン交換膜間に塩漉度稀薄
層ができ、脱塩・濃縮室液間に於ける浸透圧による水移
動は殆ど生じないという利点がある。

本命ＩＪＩＪＩｃおいて、上述した効果が得られる作用
機構は明らかではないが、本発明者等は、前記イオン交
換膜と中性膜とを一体化せずに重ね合せることＫより、
両者の間に電解質溶液が介在し、該電解質溶液による伺
うかの作用により、従来の中性層がイオン交換膜表面に
一体化された場合に比べて、中性膜に付着するイオン性
有機物質の密着度が弱く、上記付着柳が多孔膜上に存在
しても電解質イオンの、透過にほとんど影響を与えない
ことによるものと推定している。

本発明において、前記中性膜を重ね合せる態様も特に制
限されるものではない。例えば、フィルタープレス式の
電気透析装置にあっては、第４図に示すよ５にイオン交
換膜（５）と直接重ねてセットする態様、或いはＭ５図
に示すよ５にガスケット（６）を介してイオン交換膜（
５）と重ねてセットする態様が一般的である。

本発明の電気透析装置において、他の構造、例えば装置
への液の供給、排出機構等は公知の構造が特に制限なく
使用される。

本発明の電気透析装置の運転条件等は公知の電気透析に
おける条件が特に制限なく適用される。例えば、運転電
流密度は限界電流密度の４０〜９０％、好ましくは６０
〜８０チが、また電気透析装置内の温度は２０℃〜５０
℃が一般的である。

以上の説明より理解されるように、本発明の装置は通常
のイオン交換膜を用いて、イオン性有機物質及び電解質
を含有する溶液を脱塩室に供給して高電流効率で長期間
安定して電気透析することが可能であり、特に、イオン
性有機物質の濃度が高い溶液例えば廃糖蜜、バルブ廃液
、界面活性剤溶液−ホニー等を脱塩する場合に効果的で
ある。

本発明を具体的に説明するため、以下に実施例を示すが
、本発明はこれに限定されるものでシミない。

実施例　１゜ 廃糖密液を４５　Ｂ、’　Ｋ稀釈した液の脱塩を行なっ
た。装置は、陰イオン交換膜としてネオセフｐ　ＡＦＭ
（商品名：徳山１達（株）社製）を、陽イオン交換膜と
じ【ネオセフ”タ　（１−６６−５テ（商品名：徳山１
達（株）社製）を用いた、有効膜面積２ｄがのフィルタ
ープレス型電気透析装置（Ｔ８−２型電気透析装置ｌ：
徳山曹達（株）社＄１）の脱塩室に１中性膜として基準
分画分子量２５０００のセルロース系膜（厚み０．１ｍ
）を陰イオン交換膜の表面に位置するように、直接重ね
合せて装着したものを用いた。脱塩は、脱塩室内の液温
が５０℃、電流／電導度比（１／ｚ　）が２となるよう
な条件で２時間単位のパッチ運転を２４回繰返して行な
った〇 その結果、２４回目の運転まで初期電圧の上昇は１回目
と比べてわずか０．５ｖと極めて少なかりた。また、脱
塩率は平均で約６５　％、電流効率は平均で約９０チで
あった。

比較例　１゜ 実施例１において、中性膜を装着しなかった以外は同様
な条件でバッチ運転を繰返したが、摺電圧が急激に増加
し、運転を６回繰返した時点で、１回目と比べて初期電
圧がＳＯＶ近くも上昇していた。

実施例　２ 固形分２０’ｌａのチーズ・ホエーの脱塩を行なった。

装置は実施例１と同種のイオン交換膜を用いた有効膜面
積１Ｑｄｒｎ”のフィルタープレス型電気透析装置（Ｔ
ｓ−ＩＱ型電気透析装置：徳山１達（株）社製）の脱塩
室に、実施例１と同様な中性膜を陰イオン交換膜及び陽
イオン交換膜の表面に夫々位置するように、直接重ね合
せて、装着したものを用いた。脱塩は、脱塩室内の線速
度が約６０Ｌ／秒となるように液を循環しながら、抜出
量が５９（１ｍ／分となるよう連続的に新液を供給して
行なった０また１このとき循環液の温度は約３０℃に保
ち、電流／電導度比（ｉ／ｋ　）が２となるように制御
した。

その結果、８時間連続１転後の摺電圧は初期の電圧に比
してわずか０．５ｖの上昇に過ぎなかった。また、脱塩
率は約６５チ、電流効率は約８８チであった。

比較例　２゜ 実施例２において、中性膜を装着しなかった以外は同様
にしてチーズ・ホエーの脱塩を行なった。その結果、８
時間連続運転後の摺電圧は初期の電圧に比べて４．３ｖ
も上昇していたＯ実施例　＆ ポリエチレンジアミド（界面活性剤）ヲ５００　ｐｐｍ
含有する純塩率８０チの海水を用いて濃縮海水の製造を
行なった。陰イオン交換膜とし【ネオセプタム−１Ｏ−
ｘｓ（商品名：徳山曹達（株）社製）を、陽イオン交換
膜としてネオセフタ　ＯＩＭ　（商品名：徳山１達（株
）社製）を用いた。有効膜面積１ｄ♂のフィルタープレ
ス型電気透析装置（Ｔ　８−　ＩＩＩ電気透析装置：徳
山１達（株）社製）の脱塩室に、実施例１と同様の中性
膜を陽イオン交換膜の表面に位置するように１直接重ね
合せで装着したものを用いた。脱塩室に前記海水を線速
度６ｃＩＬ／秒となるように連続的に供給し、湊縮室か
ら綿塊率９５−の濃縮海水を取り出した。また、液温は
３０℃、電流密度３ム／ｆＬ　ｍ　”で電気透析を行な
った◎連続１時間の運転で、初期摺電圧５．１ｖが１１
．７ｖまで上昇した。同様の条件で中性膜を装置しなか
った場合３．２ｖに対して１８．／ｉＶの上昇があった
・その後稀釈室を（１，５Ｋｐ／ｃｒＩＬ”の圧力をか
けて水洗し、再度、同様な透析条件で実験を試みた結果
、中性膜の無い場合、電圧の上昇が激しく直ちに５０ｖ
を超えたので運転を停止した。一方、中性展装着分につ
いては、初期値５、ＩＶＫ対し１１．８Ｖと電圧上昇が
ほば前回と同様に１抑えられた。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明において、中性膜の装着の仕方
を示す概略図である。（１）は脱塩室、Ｑ）は陰イオン
交換膜、（５）は中性膜、（４）は陽イオン交換膜、（
５）はイオン交換膜を夫々示す。 、ｌ−／　呂 ｌ オＪ図 オｑ副 ＪｒＩα

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　陰・陽画極間に陰イオン交換膜と陽イオン交換
   膜を交互に配列して脱塩章及び捩縮室を夫々構成したイ
   オン交換農法電気透析装置において脱塩室内の少なくと
   も一方のイオン交換膜表面に拡散透過性を有する中性膜
   を一体化することなく重ね台せたことを特徴とするイオ
   ン交換農法電気透析装置。