JPS6115885B2 - - Google Patents

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JPS6115885B2
JPS6115885B2 JP53081466A JP8146678A JPS6115885B2 JP S6115885 B2 JPS6115885 B2 JP S6115885B2 JP 53081466 A JP53081466 A JP 53081466A JP 8146678 A JP8146678 A JP 8146678A JP S6115885 B2 JPS6115885 B2 JP S6115885B2
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JP
Japan
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cation exchange
exchange membrane
molecular weight
hlb
treatment agent
Prior art date
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Application number
JP53081466A
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Japanese (ja)
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JPS558838A (en
Inventor
Toshikatsu Sada
Yasuhiro Kagyama
Fumio Kurokawa
Kuniaki Takada
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Tokuyama Corp
Original Assignee
Tokuyama Corp
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Publication date
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Publication of JPS558838A publication Critical patent/JPS558838A/en
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  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は改良された陽イオン交換膜、電荷の異
なる2種以上の陽イオンを含む電解質溶液を電気
透析して特に電荷の小なる陽イオンを選択的に透
過するに適した陽イオン交換膜及び該陽イオン交
換膜を用いた電解質物質の電気透析方法に関す
る。更に詳しくは、陽イオン交換膜の少なくとも
片面に特定の範囲の親水性親油性バランス
(HLB)および分子量を有する陰イオン交換基を
有する非架橋性物質を存在させた改良された陽イ
オン交換膜に関する。 また本発明は陽イオン交換膜の少なくとも片面
に、HLBが3〜12で且つ分子量が600〜20000の
陰イオン交換基を有する非架橋性物質を存在させ
た改良陽イオン交換膜を用い、電解質溶液を電気
透析する電気透析方法を提供するものである。 従来、イオン交換膜を用いる電気透析法によ
り、海水を濃縮して食塩を得ることが行なわれて
いるが、海水中の食塩成分以外の例えばCa++
Mg++、K+、SO4 --等も電気透析される結果、透
析槽の濃縮室に特に石膏の結晶が生じ易く、ひい
てはイオン交換膜の劣化を生ずる。また、イオン
交換膜電気透析による製塩においては食塩以外の
成分が不必要な電力浪費との因なるばかりでな
く、更にCa++等の分離工程の負担が大きくなる
等の問題点がある。これらの問題点は海水から食
塩を得るプロセスに限られず、電荷の異なるイオ
ンの分離を目的とする全てのプロセスについても
いえることである。したがつて、特に電荷の小な
るイオンを選択的に透過させるイオン交換膜ある
いは透析方法が種々提案されている。 本発明者等も既に種々の提案をし、特に電解質
溶液に分子量が約100以上で分子内に陽イオンと
なりうる官能基を有する物質を添加することによ
つて電荷の小なる陽イオンを選択的に電気透析す
る方法、および陽イオン交換膜の表面に分子量が
約100以上で分子内に陽イオンとなりうる官能基
を有する物質を実質的に均一に存在させた電荷の
小なる陽イオンに対して選択透過性を有する電気
透析用陽イオン交換膜の提案を行なつた(特許第
704599号)。上記の陽イオン交換膜は電気抵抗の
増加もわずかで選択透過性を示し、更に選択化処
理が簡単であるという利点を有しているが、長時
間の電気透析を続けると若干選択透過性の効果が
低下し耐久性に問題がある。 本発明者等は上記の問題に鑑み更に研究を重ね
た結果、特定の範囲のHLBおよび分子量を有す
る陰イオン交換基を有する物質を用いることによ
り、陽イオンの選択透過性が大で且つ2種以上の
陽イオン間で特に一価陽イオンの選択透過性に優
れており、更に長時間の運転に対しても電気抵抗
が増大しない改良された陽イオン交換膜が得られ
るを見い出し、本発明を提供するに至つた。即
ち、本発明はHLBが3〜12で且つ分子量が600〜
20000の陰イオン交換基を有する非架橋性物質
(以下、単に処理剤という)を陽イオン交換膜の
少なくとも片面に存在させたことを特徴とする改
良された陽イオン交換膜である。 また本発明は陽イオン交換膜の少なくとも片面
に、HLBが3〜12で且つ分子量が600〜20000の
陰イオン交換基を有する非架橋性物質を存在させ
た改良陽イオン交換膜を用い、電解質溶液を電気
透析することを特徴とする電気透析方法をも提供
するものである。 本発明に適用される陽イオン交換膜は公知のも
のであれば特に制限されず、更に両性イオン交換
膜であつても0.5N−食塩溶液を2A/dm2で電気透
析し電流効率が70%以上の実質的に陽イオン交換
膜として働くものであれば使用できる。 本発明においては、上記した如き陽イオン交換
膜に電荷の小なる陽イオンに対して選択透過性を
付与するために陰イオン交換基を有する処理剤を
用いることを特徴とするものであるが、該処理剤
はHLBが3〜12であること及びその分子量が600
〜20000であることの組合せが極めて重要であ
る。 界面活性剤の親油性基と親水性基のバランス
HLBは、その界面活性の度合、溶解度などの物
理化学的性質は、その両成分のバランスに依存
し、一般にHLBが小さいほど親油性であり、大
きいほど親水性である。HLBの数値化が種々行
われているが、本発明においては小田良平、寺村
一広共著「界面活性剤の合成とその応用」501〜
502ページ(槙書店発行)に記載の計算法に準じ
た。即ち、 HLB=無機性/有期性×k(k=10) 無機性の数値(強さ)=上記刊行物502ページの記
載から下記の第1表に示す値。 有機性の数値(強さ)=炭素原子1個の値を20と
定める。
The present invention provides an improved cation exchange membrane, a cation exchange membrane suitable for electrodialyzing an electrolyte solution containing two or more types of cations with different charges, and selectively permeating cations with a small charge; The present invention relates to a method for electrodialysis of electrolyte substances using the cation exchange membrane. More specifically, it relates to an improved cation exchange membrane in which a non-crosslinkable substance having an anion exchange group having a hydrophilic-lipophilic balance (HLB) and molecular weight in a specific range is present on at least one side of the cation exchange membrane. . In addition, the present invention uses an improved cation exchange membrane in which a non-crosslinkable substance having an anion exchange group with an HLB of 3 to 12 and a molecular weight of 600 to 20,000 is present on at least one side of the cation exchange membrane, and an electrolyte solution The present invention provides an electrodialysis method for electrodialyzing. Conventionally, salt has been obtained by concentrating seawater using an electrodialysis method using an ion exchange membrane.
As a result of electrodialysis of Mg ++ , K + , SO 4 -- , etc., gypsum crystals are particularly likely to form in the concentration chamber of the dialysis tank, which in turn causes deterioration of the ion exchange membrane. In addition, in salt production by ion exchange membrane electrodialysis, there are problems such as components other than common salt not only causing unnecessary power consumption, but also increasing the burden of the separation process for Ca ++ and the like. These problems are not limited to the process of obtaining salt from seawater, but also apply to all processes that aim to separate ions with different charges. Therefore, various ion exchange membranes or dialysis methods have been proposed that selectively allow ions with low charges to permeate. The present inventors have already made various proposals, in particular adding a substance with a molecular weight of about 100 or more and a functional group that can become a cation in the electrolyte solution to selectively remove cations with a small charge. and a method of electrodialysis for cations with a small electric charge, in which a substance with a molecular weight of about 100 or more and a functional group that can become a cation in the molecule is substantially uniformly present on the surface of a cation exchange membrane. We proposed a cation exchange membrane for electrodialysis with selective permselectivity (patent no.
No. 704599). The above-mentioned cation exchange membrane shows permselectivity with only a slight increase in electrical resistance, and also has the advantage of being easy to perform selective treatment. The effectiveness is reduced and there are problems with durability. As a result of further research in view of the above problems, the present inventors have found that by using a substance with an anion exchange group having a specific range of HLB and molecular weight, the selective permeability of cations is high and two types of We have discovered that an improved cation exchange membrane can be obtained which has particularly excellent permselectivity for monovalent cations among the above cations, and which does not increase electrical resistance even during long-term operation, and has developed the present invention. We have come to offer it. That is, the present invention has an HLB of 3 to 12 and a molecular weight of 600 to 12.
This is an improved cation exchange membrane characterized in that a non-crosslinkable substance (hereinafter simply referred to as a treatment agent) having 20,000 anion exchange groups is present on at least one side of the cation exchange membrane. In addition, the present invention uses an improved cation exchange membrane in which a non-crosslinkable substance having an anion exchange group with an HLB of 3 to 12 and a molecular weight of 600 to 20,000 is present on at least one side of the cation exchange membrane, and an electrolyte solution The present invention also provides an electrodialysis method characterized by electrodialyzing. The cation exchange membrane applied to the present invention is not particularly limited as long as it is a known one, and even if it is an amphoteric ion exchange membrane, the current efficiency is 70% when a 0.5N-salt solution is electrodialyzed at 2A/ dm2. Any membrane that substantially functions as a cation exchange membrane can be used. The present invention is characterized by using a treatment agent having an anion exchange group in order to impart selective permeability to cations with a small electric charge to the cation exchange membrane as described above. The processing agent has an HLB of 3 to 12 and a molecular weight of 600.
The combination of ~20000 is extremely important. Balance of lipophilic and hydrophilic groups in surfactants
The physicochemical properties of HLB, such as its degree of surface activity and solubility, depend on the balance of its two components; generally, the smaller the HLB, the more lipophilic it is, and the larger the HLB, the more hydrophilic it is. Various methods have been used to quantify HLB, but in the present invention, we will use Ryohei Oda and Kazuhiro Teramura, “Synthesis of Surfactants and Their Applications,” 501-
Based on the calculation method described on page 502 (published by Maki Shoten). That is, HLB=inorganic/temporal x k (k=10) Numerical value (strength) of inorganicity=values shown in Table 1 below from the description on page 502 of the above publication. Organic value (strength) = value of one carbon atom is set as 20.

【表】【table】

【表】 尚、上記におけるアミン、アンモニウム塩の数
値は400以上とあるが本発明においては400、また
ピリジン環はベンゼン環と同一の数値15とする。 本発明において処理剤のHLBが12以上と高い
場合には、処理された陽イオン交換膜を海水等の
透析溶液に浸漬したとき該処理剤が膜から離脱し
本発明の効果が十分に発揮されない。本発明にお
いてHLBが12以下の処理剤を用いる場合には、
陽イオン交換基の親油性部分と処理剤の親油性部
分とが疎水結合を形成するため、処理された陽イ
オン交換膜を透析溶液に浸漬しても該処理剤が膜
から離脱し難いためにイオン選択透過性の効果の
持続が大である。しかしながら、HLBが3以下
の処理剤を用いる場合は、該処理剤が陽イオン交
換膜表面に疎水性被膜を形成して電気抵抗を増大
させるので好ましくない。したがつて、本発明に
おいては陽イオン交換膜の処理剤のHLBが3〜
12、好ましくは4〜11のものが好ましく使用され
る。 次に陽イオン交換膜を処理する上記処理剤は、
その分子量が600〜20000であることも陽イオン交
換膜の電気抵抗の増大を抑えてイオン選択透過性
の効果を持続して発揮させるために至つて重要で
ある。処理剤の分子量が600以下であれば、該処
理剤が陽イオン交換膜内に浸透して膜の電気抵抗
の増大が避けられない。他方、処理剤の分子量が
20000以上の場合には該処理剤が膜面から離脱し
易く比イオン選択透過性の効果が持続されない。 本発明に用いられるHLBが3〜12で且つ分子
量が600〜20000の陰イオン交換基を有する処理剤
の製造方法は特に限定されないが、主なものを大
別すると次の2方法がある。 (A) あらかじめ分子量のコントロールされた(最
終生成物が分子量が600〜20000になるように調
整された)陰イオン交換基を導入できる化合物
を製造し、次いで導入する陰イオン交換基の種
類あるいは導入量を調整してHLBが3〜12に
なるように製造する。陰イオン交換基としては
4級アンモニウム基、第4級ピリジニウム基、
ホスホニウム基、スルホニウム基、アルソニウ
ム基、第1級、第2級もしくは第3級アミノ
基、ピリジン基、イミノ基等の公知のものが適
宜採用される。 (B) 陰イオン交換基を有する化合物自体の重合、
または該化合物とスチレン、アクリロニトリル
等の共重合が可能な化合物との共重合によつ
て、HLBを3〜12および分子量を600〜20000
に制御する方法。 (A)の方法についてその代表的な例を示すと、分
子量を600〜20000にコントロールされたポリスチ
レンをクロルメチルエーテル、四塩化炭素および
無水四塩化スズからなるクロルメチル化溶液で一
部あるいは全部をクロルメチル化し、次いでトリ
メチルアミンあるいはN・N−ジエチルドデシル
アミンで4級アミノ化する。この場合、HLBを
3〜12にする制御はクロルメチル化の程度、使用
するアミノ化合物の種類およびアミノ化度によつ
て行なわれる。(A)において使用される容易に陰イ
オン交換基を導入しうる化合物としてはフエニル
基、ナフチル基、ハロメチル化フエニル基などの
ハロゲン化アルキル基、エポキシ基等を有してい
る種々の重合体(ポリオレフイン、ポリビニル化
合物、ポリジエン化合物等)が一般的に用いられ
る。(B)の方法においては、モノマー自体が陰イオ
ン交換基を有しているので、これをHLBが3〜
12および分子量が600〜20000になるごとく重合さ
せればよい。また、陰イオン交換基を有する化合
物を例えばスチレン、アクリロニトリル等の化合
物で共重合を行なわせ陰イオン交換基の量を調節
することもできる。なお、(B)において使用される
陰イオン交換基を有する化合物としては、一般に
塩基性窒素含有ビニル化合物系の重合体があげら
れ、例えばビニルピリジン類、ビニルキノリン
類、ビニルピペリジン類、ビニルイミダゾール
類、ビニルアニリン類、ビニルベンジルモノアル
キルアミン類、ビニルベンジルジアルキルアミン
類、ビニルベンジルトリアルキルアンモニウム塩
類等の重合体が使用される。 更に、このようにして得られた重合体の一部ま
たは全部の塩基性窒素を、必要に応じてヨウ化メ
チル、臭化メチル、塩化ベンジル、臭化ドデシル
などのアルキル化ハロゲン;エチレンオサイド、
プロピレンオキサイド、スチレンオキサイドなど
のエポキシ化合物;1・2−ジブロムエタン、
1・5−ジブロムペンタン、1・6−ジブロモヘ
キサンなどのポリハロゲン化アルキル、その他エ
ピハロヒドリン、ジメチル硫酸などのアルキル化
剤で処理して、HLBを更に制御してもよい。 本発明において、HLBが3〜12で且つ分子量
が600〜20000の陰イオン交換基を有する物質であ
る処理剤を陰イオン交換膜の表面に存在させる方
法は特に限定されず、膜の片面でも両面でもよ
く、一般に膜の表面積1dm2に当り0.01mmg以上存
在させればよい。その態様としては膜を処理剤の
溶液中へ浸漬する方法、膜面へ処理剤の溶液を塗
布あるいは噴霧する方法、陽イオン交換膜および
陰イオン交換膜を電気透析槽に組立てた後、通電
または非通電下に処理剤の溶液を通液する方法、
あるいは処理剤を電解質溶液に添加して電気透析
する方法等がある。 処理剤の陽イオン交換膜表面における存在する
形態は単に吸着、付着で本発明の効果の持続性が
十分に認められる例えば、陽イオン交換膜として
スチレン−ジビニルベンゼン−2−メチル−5−
ビニルピリジルなどからなる膜に、処理剤として
部分アミノ化ポリクロルメチルスチレンを用いる
ことによつて、処理剤中の未反応クロルメチル基
と膜中のピリジル基とを化学結合させることがで
きる。 上記した態様において、処理剤を電解質溶液に
添加して電気透析を行ないながら膜面上に存在さ
せる方法は、本発明の効果を測定しながら必要な
だけ処理できること、更に電槽内で解体すること
なくそのまま処理できるため好ましく採用され
る。例えば電槽の陽極側の溶液又は両極側の溶液
は一定時間に連続的或いは間けつ的に処理剤を添
加して電気透析する方法が採用される。添加され
た処理剤は陰極へ電気泳動するが、該処理剤は陽
イオン交換膜を透過することが困難であり、その
殆んどが陽イオン交換膜の陽極側面に短時間で付
着し、部分的にイオン交換することにより、本発
明の諸効果が達成される。処理剤の添加効果は陽
イオン交換膜の種類、被透析液組成によつて変化
するが、処理剤の使用量は一般に電解質溶液に対
し、0.1ppm以上であれば好結果が得られる。 上記の種々の態様において、処理剤は一般に水
溶液の状態で使用されるが、有機溶媒に溶解して
使用してもよい。上記の処理温度は通常5〜90℃
であり、処理剤濃度は1中0.1mg〜10g好まし
くは1mg〜1gである。処理時間は10分〜数日間
であるが、その処理条件については、処理する陽
イオン交換膜の性質、使用する処理剤の性質に応
じて温度、濃度、PH、時間等を適宜決定すればよ
い。 本発明の処理された陽イオン交換膜は、陽イオ
ン交換膜の電気抵抗の増大が小さく、一価陽イオ
ンの比選択透過性が大で且つその効果の持続性が
極めて大であるという効果を有する。 本発明において陽イオン間の比選択透過性が良
好に改善される理由は、以下のように推測してい
る。すなわち、陽イオン交換膜の処理剤は陰イオ
ン交換基密度の高いもの程その効果が発揮される
ものと考えられていたが、実際に重要なのは陽イ
オン交換膜表面での処理剤、陰イオン交換基を有
する物質の存在状態である。本発明で用いる処理
剤はHLBが3〜12と小さいため該処理剤と陽イ
オン交換膜が膜の表面で疎水結合を形成するた
め、HLBが大きな処理剤に比べて陽イオン交換
膜の表面に多くの処理剤が付着することにより、
この処理剤の陽イオンによつて多価の陽イオンは
強く反撥を受け、弱く反撥を受ける一価の陽イオ
ンを選択的に透過させるものと思われる。 更に、本発明の効果が持続する理由は、処理剤
のHLBが高いと処理剤が親水性的となり、これ
を陽イオン交換膜に処理した後に海水などの塩溶
液に浸漬する場合には、該処理剤は膜から離脱さ
れてゆく傾向が強い。しかしながら本発明のよう
にHLBが3〜12のとき処理剤は親油性が増大
し、これを陽イオン交換膜に処理した場合には膜
表面の親油性部分と処理剤の親油性部分とが疎水
結合を形成するために離脱が避けられる。 従つて、本発明の改良陽イオン交換膜は電荷の
異なる2種以上の陽イオンを含む電解質溶液か
ら、荷電数の少ない陽イオンを選択的に透過させ
る電気透析方法に好ましく用いられる。その使用
方法及び使用目的は特に限定されず、従来公知の
陽イオン交換性イオン交換基を有する膜状物を用
いる系には何ら制限なく適用される。即ち侵透、
透析の現象が発現する如何なる系にも適用され、
例えば拡散透析、ドナン透析、圧透析、その他の
電気透析逆浸透等々である。また電極反応の隔膜
としても極めて有効に用いられる場合がある。更
にまた、使用される溶液系は無機系の中性塩溶
液、酸溶液、アルカリ溶液、また有機系の有機塩
溶液、有機酸溶液、有機塩基溶液等に、特に電解
質溶液に制限なく用いられる。なお本発明の膜を
用いる装置については特に限定されず、従来公知
のそれぞれの膜状高分子量を用いる装置が何ら制
限なく用いられる。 本発明を更に具体的に説明するため、以下実施
例を挙げて説明する。実施例において分子量、
HLB、電気抵抗、純塩率は以下のようにして求
めた。 分子量:ゲルパーミエイシヨンクロマトグラフイ
ー(GPC)法によつて求めた。GPCの装置は
日立製作所製の液体クロマトグラフイー635で
カラムはA803などである。数平均の分子量
N)、重量平均の分子量(W)で示す。 HLB:前述の小田良平氏の方法に準じて計算し
た。 電気抵抗(R):25℃の食塩溶液中で1000サイク
ル交流を用いて測定し、単位膜面積りの電気抵
抗(Ω・cm2)で表示した。本方法による測定値
は使用条件における電気抵抗値と概ね一致す
る。 純塩率(β):陰・陽イオン交換膜を対にして多
数並べ隔室毎に海水を6cm/秒の流速で流し、
その両端に設けた電極を通して3.0A/dm2の電
流密度で通電したときの濃縮液をその液組成が
平衡に達してから分析して、次の式から求め
た。 純塩率(β)=〔Na〕+〔K〕/〔Cl〕×100% この値が100%に近いほど一価の陽イオンの選
択透過性が大な陽イオン交換膜と言える。 実施例 1 ポリ塩化ビニル微粉末20部、スチレン80部、50
%ジビニルベンゼン20部、アセチルドリブチルサ
イトレート20部およびベンゾイルパーオキサイド
1部を均一に混合して、ポリ塩化ビニル布に塗布
した後その両端をセロハンで覆つて加熱重合し膜
状高分子を得た。 この膜状高分子物をクロルスルホン酸:濃硫酸
の1:1混合液中で40℃1時間処理した後、98
%、80%および40%硫酸溶液に順次に浸漬した。
更に10%苛性ソーダ水溶液中へ2時間浸漬して、
Na+型の陽イオン交換膜を得た。この膜の電気抵
抗は、2.0Ω・cm2であつた。 他方、スチレンをテトラヒドロフラン、ナフタ
レンおよびナトリウム中でリビングアニオン重合
を行つた。得られたポリマーの分子量Nは1500
Wは1650)であつた。このポリマーをクロルメ
チルエーテル、四塩化炭素および無水四塩化スズ
からなるクロルメチル化溶液の中でクロルメチル
化度80%にクロルメチル化した。このもののクロ
ルメチル基のうち75%をトリエチルアミンで4級
アミノ化した。 上記アミノ化ポリマーの100ppm水溶液中に上
記の陽イオン交換膜を40℃で6時間浸漬した。こ
れら処理した陽イオン交換膜および未処理の陽イ
オン交換膜を用いて、それぞれ60日間連続して海
水を濃縮した結果を第2表に示す。
[Table] Note that the numerical value of the amine and ammonium salt in the above is 400 or more, but in the present invention, it is 400, and the numerical value of the pyridine ring is 15, which is the same as the benzene ring. In the present invention, if the HLB of the treatment agent is high, such as 12 or more, the treatment agent will separate from the membrane when the treated cation exchange membrane is immersed in a dialysis solution such as seawater, and the effects of the present invention will not be fully exhibited. . In the present invention, when using a processing agent with an HLB of 12 or less,
Because the lipophilic part of the cation exchange group and the lipophilic part of the treatment agent form a hydrophobic bond, the treatment agent is difficult to separate from the membrane even if the treated cation exchange membrane is immersed in a dialysis solution. The ion selective permselectivity effect lasts for a long time. However, when a treatment agent having an HLB of 3 or less is used, it is not preferable because the treatment agent forms a hydrophobic film on the surface of the cation exchange membrane and increases electrical resistance. Therefore, in the present invention, the HLB of the treatment agent for the cation exchange membrane is 3 to 3.
12, preferably 4 to 11 are preferably used. Next, the above treatment agent for treating the cation exchange membrane is:
It is also extremely important that the molecular weight is 600 to 20,000 in order to suppress an increase in the electrical resistance of the cation exchange membrane and to maintain the effect of selective ion permeability. If the molecular weight of the treatment agent is 600 or less, the treatment agent will permeate into the cation exchange membrane and inevitably increase the electrical resistance of the membrane. On the other hand, if the molecular weight of the processing agent
If it is more than 20,000, the processing agent tends to separate from the membrane surface and the effect of specific ion permselectivity cannot be sustained. The method for producing the treatment agent having an anion exchange group having an HLB of 3 to 12 and a molecular weight of 600 to 20,000 used in the present invention is not particularly limited, but there are two main methods as follows. (A) Manufacture a compound capable of introducing an anion exchange group whose molecular weight is controlled in advance (adjusted so that the final product has a molecular weight of 600 to 20,000), and then determine the type of anion exchange group to be introduced or the introduction. Adjust the amount so that the HLB is 3 to 12. Examples of anion exchange groups include quaternary ammonium groups, quaternary pyridinium groups,
Known groups such as a phosphonium group, a sulfonium group, an arsonium group, a primary, secondary or tertiary amino group, a pyridine group, an imino group, etc. are appropriately employed. (B) polymerization of the compound itself having an anion exchange group;
Or, by copolymerizing the compound with a compound capable of copolymerization such as styrene or acrylonitrile, the HLB is 3 to 12 and the molecular weight is 600 to 20,000.
How to control. To give a typical example of method (A), polystyrene whose molecular weight is controlled to be between 600 and 20,000 is partially or completely chloromethylated using a chloromethylation solution consisting of chloromethyl ether, carbon tetrachloride, and anhydrous tin tetrachloride. and then quaternary amination with trimethylamine or N·N-diethyldodecylamine. In this case, the HLB is controlled to be 3 to 12 depending on the degree of chloromethylation, the type of amino compound used, and the degree of amination. The compounds used in (A) into which anion exchange groups can be easily introduced include various polymers having halogenated alkyl groups such as phenyl groups, naphthyl groups, and halomethylated phenyl groups, and epoxy groups ( Polyolefins, polyvinyl compounds, polydiene compounds, etc.) are commonly used. In method (B), since the monomer itself has an anion exchange group, HLB is
12 and the molecular weight is 600 to 20,000. Furthermore, the amount of anion exchange groups can be adjusted by copolymerizing a compound having an anion exchange group with a compound such as styrene or acrylonitrile. The compound having an anion exchange group used in (B) generally includes basic nitrogen-containing vinyl compound polymers, such as vinylpyridines, vinylquinolines, vinylpiperidines, and vinylimidazoles. , vinylanilines, vinylbenzylmonoalkylamines, vinylbenzyldialkylamines, vinylbenzyltrialkylammonium salts, and the like are used. Furthermore, some or all of the basic nitrogen of the polymer thus obtained is optionally removed by alkylating halogens such as methyl iodide, methyl bromide, benzyl chloride, and dodecyl bromide; ethylene oxide;
Epoxy compounds such as propylene oxide and styrene oxide; 1,2-dibromoethane,
HLB may be further controlled by treatment with polyalkyl halides such as 1,5-dibromopentane and 1,6-dibromohexane, and other alkylating agents such as epihalohydrin and dimethyl sulfate. In the present invention, there is no particular limitation on the method of making the treatment agent, which is a substance having an anion exchange group with an HLB of 3 to 12 and a molecular weight of 600 to 20,000, exist on the surface of the anion exchange membrane. In general, it is sufficient that the amount is present in an amount of 0.01 mm or more per 1 dm 2 of the surface area of the membrane. The methods include immersing the membrane in a treatment agent solution, applying or spraying a treatment agent solution onto the membrane surface, and applying electricity or A method of passing a solution of a processing agent in a non-energized state;
Alternatively, there is a method of adding a treatment agent to an electrolyte solution and performing electrodialysis. The form of the treatment agent present on the surface of the cation exchange membrane is simply adsorption or adhesion, which is sufficient to ensure the sustainability of the effects of the present invention.For example, as a cation exchange membrane, styrene-divinylbenzene-2-methyl-5-
By using partially aminated polychloromethylstyrene as a treatment agent for a film made of vinylpyridyl or the like, unreacted chloromethyl groups in the treatment agent and pyridyl groups in the film can be chemically bonded. In the above embodiment, the method of adding the treatment agent to the electrolyte solution and making it exist on the membrane surface while performing electrodialysis allows processing as much as necessary while measuring the effect of the present invention, and furthermore, it is possible to disassemble it in the battery container. It is preferably adopted because it can be processed as is. For example, a method is adopted in which a treatment agent is added continuously or intermittently to the solution on the anode side or the solution on both electrode sides of the tank for a certain period of time, and then electrodialyzed. The added treatment agent is electrophoresed to the cathode, but it is difficult for the treatment agent to permeate through the cation exchange membrane, and most of it adheres to the anode side of the cation exchange membrane in a short period of time, causing some The various effects of the present invention are achieved by ion exchange. Although the effect of adding a treatment agent varies depending on the type of cation exchange membrane and the composition of the dialysate, good results can generally be obtained if the amount of treatment agent used is 0.1 ppm or more based on the electrolyte solution. In the various embodiments described above, the processing agent is generally used in the form of an aqueous solution, but it may also be used after being dissolved in an organic solvent. The above processing temperature is usually 5-90℃
The concentration of the processing agent is 0.1 mg to 10 g, preferably 1 mg to 1 g. The treatment time is 10 minutes to several days, and the treatment conditions may be determined as appropriate, such as temperature, concentration, pH, time, etc., depending on the properties of the cation exchange membrane to be treated and the properties of the treatment agent used. . The treated cation exchange membrane of the present invention has the following effects: a small increase in the electrical resistance of the cation exchange membrane, a high specific permselectivity for monovalent cations, and an extremely long-lasting effect. have The reason why the specific permselectivity between cations is favorably improved in the present invention is surmised as follows. In other words, it was thought that the higher the density of anion exchange groups, the more effective the treatment agent for cation exchange membranes, but what is actually important is the treatment agent on the surface of the cation exchange membrane, the anion exchange It is the state of existence of a substance having a group. The treatment agent used in the present invention has a small HLB of 3 to 12, so the treatment agent and the cation exchange membrane form a hydrophobic bond on the surface of the membrane. Due to the adhesion of many processing agents,
It is thought that polyvalent cations are strongly repelled by the cations of this treatment agent, and monovalent cations that are weakly repelled are selectively transmitted. Furthermore, the reason why the effect of the present invention lasts is that when the HLB of the treatment agent is high, the treatment agent becomes hydrophilic. The processing agent has a strong tendency to be separated from the membrane. However, as in the present invention, when the HLB is 3 to 12, the lipophilicity of the treatment agent increases, and when this is applied to a cation exchange membrane, the lipophilic portion of the membrane surface and the lipophilic portion of the treatment agent are hydrophobic. Detachment is avoided in order to form a bond. Therefore, the improved cation exchange membrane of the present invention is preferably used in an electrodialysis method that selectively permeates cations with a small number of charges from an electrolyte solution containing two or more types of cations with different charges. The method and purpose of its use are not particularly limited, and it can be applied to any system using a membrane-like material having a conventionally known cation-exchangeable ion-exchange group. i.e. penetration,
Applicable to any system in which the phenomenon of dialysis occurs,
Examples include diffusion dialysis, Donnan dialysis, pressure dialysis, other electrodialysis reverse osmosis, and the like. It may also be used extremely effectively as a diaphragm for electrode reactions. Furthermore, the solution system used is not limited to inorganic neutral salt solutions, acid solutions, alkaline solutions, organic salt solutions, organic acid solutions, organic base solutions, etc., and especially electrolyte solutions. Note that the apparatus using the membrane of the present invention is not particularly limited, and any conventionally known apparatus using each of the membrane-like polymers can be used without any restriction. In order to explain the present invention more specifically, examples will be given and explained below. In the examples, molecular weight,
HLB, electrical resistance, and pure salt rate were determined as follows. Molecular weight: Determined by gel permeation chromatography (GPC) method. The GPC equipment is Liquid Chromatography 635 manufactured by Hitachi, Ltd., and the column is A803. Shown as number average molecular weight ( N ) and weight average molecular weight ( W ). HLB: Calculated according to the method of Ryohei Oda mentioned above. Electrical resistance (R): Measured in a saline solution at 25°C using 1000 cycles of alternating current, and expressed as electrical resistance (Ω·cm 2 ) per unit membrane area. The measured values obtained by this method generally agree with the electrical resistance values under the conditions of use. Pure salt rate (β): A large number of anion and cation exchange membranes are arranged in pairs and seawater is flowed through each compartment at a flow rate of 6 cm/sec.
The concentrated liquid was analyzed when current was applied at a current density of 3.0 A/dm 2 through electrodes provided at both ends, and the liquid composition reached equilibrium, and the concentration was determined from the following formula. Pure salt ratio (β) = [Na] + [K] / [Cl] × 100% The closer this value is to 100%, the higher the selective permselectivity of monovalent cations can be said to be a cation exchange membrane. Example 1 20 parts of polyvinyl chloride fine powder, 80 parts of styrene, 50 parts
% divinylbenzene, 20 parts of acetyl dobutyl citrate, and 1 part of benzoyl peroxide were uniformly mixed and applied to a polyvinyl chloride cloth, then both ends were covered with cellophane and polymerized by heating to obtain a film-like polymer. Ta. After treating this film-like polymer in a 1:1 mixture of chlorosulfonic acid and concentrated sulfuric acid at 40°C for 1 hour, 98
%, 80% and 40% sulfuric acid solutions sequentially.
Furthermore, it was immersed in a 10% caustic soda aqueous solution for 2 hours.
A Na + type cation exchange membrane was obtained. The electrical resistance of this film was 2.0Ω·cm 2 . On the other hand, styrene was subjected to living anionic polymerization in tetrahydrofuran, naphthalene, and sodium. The molecular weight N of the obtained polymer is 1500
( W was 1650). This polymer was chloromethylated to a degree of chloromethylation of 80% in a chloromethylation solution consisting of chloromethyl ether, carbon tetrachloride, and anhydrous tin tetrachloride. 75% of the chloromethyl groups of this product were quaternary aminated with triethylamine. The above cation exchange membrane was immersed in a 100 ppm aqueous solution of the above aminated polymer at 40°C for 6 hours. Table 2 shows the results of concentrating seawater for 60 consecutive days using these treated and untreated cation exchange membranes.

【表】 以上の結果から未処理の陽イオン交換膜に比
べ、処理したものは極めて純塩率が高く、従つて
一価の陽イオンNa+、K+が選択的に透過したこと
がわかる。 比較例 実施例1で用いた処理剤に代り、HLBが17.5
で、分子量が1万のポリエチレンイミンの
100ppmのメタノール溶液を用い室温下16時間浸
漬処理した以外は実施例1と同様に実施した。そ
の結果、抵抗(R)は2.2Ω・cm2で、純塩率
(β)は92%で、純塩率の変化速度(Δβ)は9
×10-2であつた。この結果からHLBが大きくなる
と純塩率及びその変化速度に大きな影響を及ぼす
ことがわかる。 実施例 2 クロルメチルスチレン100部、ドデシルメルカ
プタン5部およびアゾビスイソブチロニトリル4
部を二塩化エチレン中にて重合した。このものの
分子量Nは2000、Wは3600であつた。これを4
分割してこれら物質のクロルメチル基の25%、50
%、75%および全部を耐圧瓶中でトリエチルアミ
ンと反応させた。 これら得られた処理剤のそれぞれ50ppm水溶
液に、実施例1で用いた陽イオン交換膜を50℃で
2時間浸漬し処理した。このように処理した陽イ
オン交換膜を用いた海水を60日間濃縮した結果を
第3表に示す。
[Table] From the above results, it can be seen that compared to the untreated cation exchange membrane, the treated one had an extremely high salt purity ratio, and therefore monovalent cations Na + and K + selectively permeated. Comparative Example Instead of the treatment agent used in Example 1, HLB was 17.5.
So, polyethyleneimine with a molecular weight of 10,000
The same procedure as in Example 1 was carried out except that a 100 ppm methanol solution was used for immersion treatment at room temperature for 16 hours. As a result, the resistance (R) was 2.2Ω・cm 2 , the pure salt rate (β) was 92%, and the rate of change in the pure salt rate (Δβ) was 9.
It was ×10 -2 . This result shows that the larger the HLB, the greater the effect on the pure salt ratio and its rate of change. Example 2 100 parts of chloromethylstyrene, 5 parts of dodecylmercaptan and 4 parts of azobisisobutyronitrile
A portion was polymerized in ethylene dichloride. The molecular weight N of this product was 2000, and the molecular weight W was 3600. This is 4
Divide 25% of the chloromethyl group of these substances, 50
%, 75% and all were reacted with triethylamine in a pressure bottle. The cation exchange membrane used in Example 1 was immersed in a 50 ppm aqueous solution of each of the obtained treatment agents at 50° C. for 2 hours for treatment. Table 3 shows the results of concentrating seawater for 60 days using the cation exchange membrane treated in this way.

【表】 上記の結果から、処理剤がほぼ同一分子量であ
つてもHLBが12以上のものに比べ、その値が小
さい処理剤を用いた場合の方が純塩率が高く、そ
の効果の持続性も大であることがわかる。 実施例 3 4−ビニルピリジン、チオフエトルおよびアゾ
ビスイソブチロニトリルをメタノール中で撹拌、
加熱して4−ビニルピリジンのポリマーを得た。
そのものの分子量はNは500、(Wは750であつ
た。更に、このもののピリジル基をドデシルプロ
マイドで50%4級化した。 得られた処理剤の100ppmメタノール溶液に、
実施例1の陽イオン交換膜を室温にて24時間浸漬
した。このように処理された陽イオン交換膜を用
いて60日間海水の濃縮を行つた結果は、第4表に
示す通りであつた。
[Table] From the above results, even if the treatment agents have almost the same molecular weight, the pure salt ratio is higher when using a treatment agent with a smaller HLB value than when using one with a HLB value of 12 or more, and the effect lasts longer. It turns out that sex is also a big deal. Example 3 Stirring 4-vinylpyridine, thiophethle and azobisisobutyronitrile in methanol,
A polymer of 4-vinylpyridine was obtained by heating.
The molecular weight of the product was 500 for N and 750 for W.Furthermore , the pyridyl group of this product was quaternized by 50% with dodecyl bromide.The resulting treatment agent was added to a 100ppm methanol solution.
The cation exchange membrane of Example 1 was soaked for 24 hours at room temperature. The results of concentrating seawater for 60 days using the cation exchange membrane treated in this way are shown in Table 4.

【表】 実施例 4 第5表に示す所定の分子量を有する各ポリエチ
レンイミンをベンジルクロライドで処理し、ポリ
エチレンイミン中の窒素の半分とベンジル基とを
反応させた。これらのものを各100ppmメタノー
ル溶液とし、実施例1で用いた陽イオン交換膜を
室温16時間浸漬処理した。 このように処理された陽イオン交換膜を用いて
海水を60日間濃縮した結果は第5表に示す通りで
あつた。
[Table] Example 4 Each polyethyleneimine having a predetermined molecular weight shown in Table 5 was treated with benzyl chloride to cause half of the nitrogen in the polyethyleneimine to react with the benzyl group. Each of these was made into a 100 ppm methanol solution, and the cation exchange membrane used in Example 1 was immersed at room temperature for 16 hours. The results of concentrating seawater for 60 days using the cation exchange membrane treated in this way are shown in Table 5.

【表】 第5表より、処理剤のほぼ同一のHLBであつ
ても、分子量が600以下では純塩率は良好だがそ
の効果の持続性が小さく、電気抵抗も大きくな
る。また分子量が20000以上になると純塩率の持
続性が小さくなることがわかる。
[Table] From Table 5, even if the treatment agent is almost the same HLB, if the molecular weight is less than 600, the pure salt ratio will be good, but the sustainability of the effect will be short and the electrical resistance will be high. Furthermore, it can be seen that when the molecular weight becomes 20,000 or more, the sustainability of the pure salt ratio decreases.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 陽イオン交換膜の少なくとも片面に、HLB
が3〜12で且つ分子量が600〜20000の陰イオン交
換基を有する非架橋性物質を存在させたことを特
徴とする改良陽イオン交換膜。 2 陽イオン交換膜の少なくとも片面に、HLB
が3〜12で且つ分子量が600〜20000の陰イオン交
換基を有する非架橋性物質を存在させた改良陽イ
オン交換膜を用い、電解質溶液を電気透析するこ
とを特徴とする電気透析方法。
[Claims] 1. HLB on at least one side of the cation exchange membrane.
An improved cation exchange membrane characterized in that a non-crosslinkable substance having an anion exchange group having a molecular weight of 3 to 12 and a molecular weight of 600 to 20,000 is present. 2 HLB on at least one side of the cation exchange membrane
An electrodialysis method characterized by electrodialyzing an electrolyte solution using an improved cation exchange membrane containing a non-crosslinkable substance having an anion exchange group with a molecular weight of 3 to 12 and a molecular weight of 600 to 20,000.
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