KR102269869B1 - The deionized water manufacturing system, and the electric deionized water manufacturing device and deionized water manufacturing method - Google Patents

The deionized water manufacturing system, and the electric deionized water manufacturing device and deionized water manufacturing method Download PDF

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Abstract

원수가 공급되어서 탈이온수를 제조하는 탈이온수 제조 시스템은, 원수가 공급되는 역침투막장치(RO 장치)와, 이온교환막으로 구획되어서 역침투막장치의 투과수가 공급되는 탈염실을 포함하는 전기식 탈이온수 제조장치(EDI 장치)를 포함한다. EDI 장치에 있어서, 탈염실의 내부에 이온교환체가 충전되고, 이온교환막의 적어도 일부 및 이온교환체의 적어도 일부 중 적어도 한쪽 표면에 다가 금속을 포함하는 입자가 흡착되어 있다.A deionized water production system for producing deionized water by supplying raw water includes a reverse osmosis membrane device (RO device) to which raw water is supplied, and a desalination chamber partitioned by an ion exchange membrane to supply permeate water of the reverse osmosis membrane device. It includes an ionized water production device (EDI device). In the EDI apparatus, an ion exchanger is filled in the desalting chamber, and particles containing a polyvalent metal are adsorbed on at least one surface of at least a part of the ion exchange membrane and at least a part of the ion exchanger.

Description

탈이온수 제조 시스템, 전기식 탈이온수 제조장치 및 탈이온수 제조방법{The deionized water manufacturing system, and the electric deionized water manufacturing device and deionized water manufacturing method}The deionized water manufacturing system, and the electric deionized water manufacturing device and deionized water manufacturing method

본 발명은, 탈이온수의 제조에 관한 것으로, 특히, 탈이온수 제조 시스템, 전기식 탈이온수 제조장치 및 탈이온수 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to the production of deionized water, and more particularly, to a deionized water production system, an electric deionized water production apparatus, and a deionized water production method.

이온교환수지 등의 이온교환체에 피처리수를 통수시켜서 이온교환반응에 의해 탈이온을 행하는 탈이온수 제조 시스템이 알려져 있다. 이러한 시스템은, 일반적으로, 이온교환체를 갖는 장치를 구비해서 이온교환체에 의한 이온교환반응을 이용해서 탈이온수를 생성한다. 그러나, 이온교환체를 갖는 장치에서는, 이온교환체의 이온교환기가 포화되어 탈염 성능이 저하되었을 때에, 산이나 알칼리 등의 약제에 의해서 이온교환체를 재생하는 처리, 즉, 재생 처리를 행할 필요가 있다. 재생 처리는, 이온교환체에 흡착한 카티온(양이온)이나 아니온(음이온)을, 산 혹은 알칼리에 유래하는 수소 이온(H+), 수산화물 이온(OH-)로 치환시키고, 이것에 의해 이온교환체의 탈염 성능을 부활시키는 처리이다. 따라서, 이온교환체를 이용하는 탈이온수 제조장치는, 연속 운전을 행할 수 없고, 재생 처리를 위한 약제 보충의 수고도 든다는 과제를 지닌다. 이 과제를 해결하는 것으로서, 최근, 약제에 의한 재생이 불필요한 전기식 탈이온수 제조장치(EDI(ElectroDeIonization) 장치라고도 칭함)가 개발되어, 실용화되고 있다.A deionized water production system is known in which water to be treated is passed through an ion exchanger such as an ion exchange resin and deionized by an ion exchange reaction. Such systems generally include a device having an ion exchanger to generate deionized water using an ion exchange reaction with the ion exchanger. However, in an apparatus having an ion exchanger, when the ion exchanger of the ion exchanger is saturated and the desalting performance is reduced, it is not necessary to perform a treatment for regenerating the ion exchanger with a chemical such as acid or alkali, that is, a regeneration treatment. have. In the regeneration treatment, cations (cations) and anions (anions) adsorbed to the ion exchanger are replaced with hydrogen ions (H + ) and hydroxide ions (OH ) derived from acids or alkalis, whereby ions This is a treatment to revive the desalination performance of the exchanger. Therefore, the deionized water manufacturing apparatus using the ion exchanger has the problem that continuous operation cannot be performed and the labor of replenishing the chemical for the regeneration process is also required. In order to solve this problem, in recent years, an electric deionized water manufacturing apparatus (also called an EDI (ElectroDeIonization) apparatus) that does not require regeneration by a chemical has been developed and put into practical use.

EDI 장치는, 전기영동과 전기 투석을 조합시킨 장치이며, 음이온만을 투과시키는 음이온 교환막과 양이온만을 투과시키는 양이온 교환막 사이에 이온교환체를 충전시켜 탈염실을 구성하고, 탈염실에서부터 보아서 음이온 교환막 및 양이온 교환막의 외측에 각각 농축실을 배치하고, 또한, 그들의 외측에, 양극을 구비하는 양극실과 음극을 구비하는 음극실을 배치한 구조를 갖는다. 탈염실에 충전되는 이온교환체는 음이온 교환체 및 양이온 교환체 중 적어도 한쪽이다. 탈염실에서는 양극을 향한 쪽에 음이온 교환막이 배치되고, 음극을 향한 쪽에 양이온 교환막이 배치된다. 농축실에 이온교환체를 충전시켜도 되고, 양극실에 양이온 교환체를 충전해도 되며, 음극실에 음이온 교환체를 충전시켜도 된다.EDI device is a device that combines electrophoresis and electrodialysis, and consists of a desalting chamber by filling an ion exchanger between an anion exchange membrane that transmits only anions and a cation exchange membrane that transmits only cations, and an anion exchange membrane and cations when viewed from the desalting chamber It has a structure in which each of the enrichment chambers is arranged outside the exchange membrane, and an anode chamber having an anode and a cathode chamber having a cathode are arranged outside them. The ion exchanger charged in the desalting chamber is at least one of an anion exchanger and a cation exchanger. In the desalting chamber, an anion exchange membrane is disposed on a side facing the anode, and a cation exchange membrane is disposed on a side facing the cathode. The concentration chamber may be filled with an ion exchanger, the anode chamber may be filled with a cation exchanger, and the cathode chamber may be filled with an anion exchanger.

EDI 장치에 의해 피처리수로부터 탈이온수를 제조하기 위해서, 양극과 음극 사이에 직류 전압을 인가한 상태에서, 탈염실에 피처리수를 통수시킨다. 그러면, 피처리수 중의 이온 성분은 탈염실 내의 이온교환체에 흡착되게 되고, 탈이온화 처리, 즉, 탈염 처리가 행해지는 것이 된다. 그 결과, 탈염실로부터 탈이온수가 유출된다. 이때 탈염실에서는, 이종의 이온교환성 물질 간의 계면, 즉, 음이온 교환체와 양이온 교환체의 계면, 음이온 교환체와 양이온 교환막의 계면, 음이온 교환막과 양이온 교환체의 계면, 및 음이온 교환막과 양이온 교환막의 계면에 있어서, 인가 전압에 의해서 하기 식에 나타낸 바와 같이 물의 해리 반응이 일어나, 수소 이온 및 수산화물 이온이 생성된다.In order to produce deionized water from untreated water by the EDI device, the deionized water is passed through the demineralization chamber while a DC voltage is applied between the anode and the cathode. Then, the ion component in the to-be-treated water is adsorbed to the ion exchanger in the desalination chamber, and deionization treatment, that is, desalination treatment is performed. As a result, deionized water flows out from the demineralization chamber. At this time, in the desalting chamber, the interface between the heterogeneous ion exchange materials, that is, the interface between the anion exchanger and the cation exchanger, the anion exchanger and the cation exchange membrane, the anion exchange membrane and the cation exchanger interface, and the anion exchange membrane and the cation exchange membrane At the interface of , a dissociation reaction of water occurs as shown in the following formula by the applied voltage to generate hydrogen ions and hydroxide ions.

H2O → H+ + OH- H 2 O → H + + OH -

이 해리 반응에 의해서 생성된 수소 이온과 수산화물 이온에 의해서, 먼저 탈염실 내의 이온교환체에 흡착되어 있던 이온 성분이 이온교환되어서 이온교환체로부터 유리된다. 유리한 이온 성분 중 음이온은, 음이온 교환막까지 전기영동되어 음이온 교환막에 의해 전기 투석되어서, 탈염실로부터 보아서 양극에 가까운 쪽의 농축실을 흐르는 농축수에 배출된다. 마찬가지로 유리된 이온 성분 중 양이온은, 양이온 교환막까지 전기영동되어 양이온 교환막에 의해 전기 투석되어서, 탈염실로부터 보아서 음극에 가까운 쪽의 농축실을 흐르는 농축수에 배출된다. 결국, 탈염실에 공급된 피처리수 중의 이온 성분은 농축실로 이행되어 배출되게 되고, 동시에 탈염실의 이온교환체도 재생되게 된다.By the hydrogen ions and hydroxide ions generated by this dissociation reaction, the ion components adsorbed to the ion exchanger in the desalting chamber are ion exchanged and released from the ion exchanger. Among the advantageous ion components, anions are electrophoresed to the anion exchange membrane, electrodialyzed by the anion exchange membrane, and discharged into concentrated water flowing through the concentration chamber on the side closer to the anode as viewed from the desalting chamber. Similarly, cations among the liberated ion components are electrophoresed to the cation exchange membrane, electrodialyzed by the cation exchange membrane, and discharged into the concentrated water flowing through the concentration chamber near the cathode as viewed from the desalination chamber. As a result, ion components in the water to be treated supplied to the desalination chamber are transferred to the concentration chamber and discharged, and at the same time, the ion exchanger in the desalination chamber is also regenerated.

이와 같이 EDI 장치로는, 직류 전압의 인가에 의해서 생기는 수소 이온 및 수산화물 이온이, 이온교환체를 재생하는 산 및 알칼리의 재생제로서 연속적으로 작용한다. 이때문에, EDI 장치에서는, 외부에서부터 공급되는 약제에 의해서 재생 처리를 행하는 것은 기본적으로 불필요하여, 약제에 의한 이온교환체의 재생을 행하는 일 없이 연속 운전을 행할 수 있다.In this way, in the EDI device, hydrogen ions and hydroxide ions generated by the application of a DC voltage continuously act as regenerating agents for acids and alkalis that regenerate ion exchangers. For this reason, in the EDI apparatus, it is basically unnecessary to perform the regeneration process with the chemical supplied from the outside, and continuous operation can be performed without regeneration of the ion exchanger by the chemical.

상기에서는, [농축실(C)|음이온 교환막(AEM)|탈염실(D)|양이온 교환막(CEM)|농축실(C)]로 이루어진 기본구성이 양극과 음극 사이에 배치되어 있는 것으로 하였다. 이 기본구성을 셀 세트라 부른다. 실제로는, 전극 간에 이러한 셀 세트를 복수개 병치시키고, 전기적으로는 복수개의 셀 세트가 일단을 양극으로 하고, 타단을 음극으로 해서 직렬 접속되도록 해서 처리 능력의 증대를 도모하는 것이 일반적이다. 이 경우, 인접하는 셀 세트 간에 이웃하는 농축실을 공유할 수 있으므로, EDI 장치의 구성으로서는, [양극실|C|AEM|D|CEM|C|AEM|D|CEM|C|AEM|D|CEM|…|C|음극실]의 구성이 된다. 또한, 양극실과 그에 인접하는 농축실 사이에 양이온 교환막을 설치하고, 음극실과 그에 인접하는 농축실 사이에는 음이온 교환막을 설치할 경우가 많다. 또한, 이러한 직렬 구조에 있어서, 양극실에 가장 가까운 탈염실에 대해서는, 양극실과의 사이에 독립적인 농축실을 개재시키는 일 없이 양극실 자체를 농축실로서도 기능시킬 수 있다. 마찬가지로, 음극실에 가장 가까운 탈염실에 대해서는, 음극실과의 사이에 농축실을 개재시키는 일 없이 음극실 자체를 농축실로서도 기능시킬 수 있다. 직류 전압의 인가에 의해서 소비하는 전력을 억제하기 위해서는, 각 농축실, 양극실 및 음극실에도 이온교환체를 충전시켜 전기 저항을 낮추는 것이 바람직하다.In the above, it is assumed that the basic configuration of [concentration chamber (C)|anion exchange membrane (AEM)|demineralization chamber (D)|cation exchange membrane (CEM)|concentration chamber (C)] is disposed between the anode and the cathode. This basic configuration is called a cell set. In practice, it is common to juxtapose a plurality of such cell sets between electrodes, and electrically connect the plurality of cell sets in series with one end as an anode and the other end as a cathode to increase processing capacity. In this case, since adjacent enrichment chambers can be shared between adjacent cell sets, the configuration of the EDI device is [anode chamber|C|AEM|D|CEM|C|AEM|D|CEM|C|AEM|D| CEM|… |C|cathode chamber]. In addition, in many cases, a cation exchange membrane is provided between the anode chamber and the concentrating chamber adjacent thereto, and an anion exchange membrane is provided between the cathode chamber and the concentrating chamber adjacent thereto. In addition, in such a series structure, for the desalination chamber closest to the anode chamber, the anode chamber itself can also function as a enrichment chamber without interposing an independent enrichment chamber between the anode chamber and the anode chamber. Similarly, for the demineralization chamber closest to the cathode chamber, the cathode chamber itself can also function as the enrichment chamber without interposing the enrichment chamber between the chamber and the cathode chamber. In order to suppress the electric power consumed by the application of a DC voltage, it is preferable to lower the electrical resistance by charging the ion exchanger in each of the enrichment chamber, the anode chamber, and the cathode chamber.

EDI 장치를 구비하는 탈이온수 제조 시스템에 있어서 불순물 농도가 현저하게 낮은 탈이온수를 얻기 위해서는, EDI 장치에 공급되는 피처리수로서, 불순물을 미리 어느 정도까지 감소시킨 물을 이용하는 것이 바람직하다. 이때문에, EDI 장치의 전단에 예를 들면 역침투(RO)막장치를 설치해서 탈이온수 제조 시스템을 구성하고, 역침투막장치를 통과한 물을 피처리수로서 EDI 장치에 공급하는 것이 행해지고 있다. 그러나, 피처리수의 도전율이 작아져, 예를 들어, 5μS/㎝ 이하가 되면, 물의 해리 반응을 생기게 하므로 EDI 장치에 인가하지 않으면 안되는 전압이 높아진다. 보다 불순물 농도가 낮은 탈이온수를 얻고자 하여 도전율이 보다 작은 피처리수를 이용하면, 양극과 음극 사이를 흐르는 전류가 일정하다고 하면, EDI 장치에 인가하지 않으면 안되는 전압, 즉, 운전 전압이 보다 높아진다. 운전 전압이 높아지면, 그 만큼, 소비 전력도 증대한다.In order to obtain deionized water having a remarkably low impurity concentration in a deionized water production system having an EDI apparatus, it is preferable to use water in which impurities have been reduced to a certain extent in advance as the water to be treated to be supplied to the EDI apparatus. For this reason, for example, a reverse osmosis (RO) membrane device is installed at the front end of the EDI device to constitute a deionized water production system, and water that has passed through the reverse osmosis membrane device is supplied to the EDI device as target water. However, when the electrical conductivity of the water to be treated becomes small and, for example, 5 µS/cm or less, a dissociation reaction of water occurs, so the voltage that must be applied to the EDI device increases. In order to obtain deionized water with a lower impurity concentration, if water to be treated with a lower conductivity is used, if the current flowing between the anode and the cathode is constant, the voltage that must be applied to the EDI device, that is, the operating voltage, becomes higher. . As the operating voltage increases, the power consumption also increases accordingly.

전술한 바와 같이, EDI 장치에 의한 탈이온수의 연속적인 제조에 있어서 중요한 역할을 하는 것이, 탈염실 내에서의 물의 해리 반응이다. 물의 해리 반응이 효율적으로 행해지면, 피처리수의 도전율이 작을 경우이어도 EDI 장치에의 인가 전압을 낮게 억제할 수 있으므로, 고순도의 탈이온수를 낮은 소비 전력으로 제조하는 것이 가능하게 된다.As mentioned above, it is the dissociation reaction of water in the desalination chamber that plays an important role in the continuous production of deionized water by EDI apparatus. If the dissociation reaction of water is efficiently carried out, even when the conductivity of the water to be treated is low, the voltage applied to the EDI device can be kept low, so that it is possible to produce high-purity deionized water with low power consumption.

EDI 장치의 탈염실 내에서의 물의 해리 반응을 촉진시키기 위하여, 몇 가지 기술이 제안되어 있다. 특허문헌 1은, EDI 장치에 있어서, 양이온 교환막의 탈염실 측의 막 표면 혹은 탈염실 내에 충전하는 이온교환수지에, 수산화마그네슘 등의 금속수산화물을 담지시키는 것을 개시하고 있다. 특허문헌 2는, EDI 장치에 있어서, 양성 이온교환체로서 작용하는 금속산화물 또는 금속수산화물을, 용적비율로 1 내지 50%의 비율로 탈염실 내의 이온교환체에 혼재시키는 것을 개시하고 있다.In order to promote the dissociation reaction of water in the desalting chamber of the EDI apparatus, several techniques have been proposed. Patent Document 1 discloses that, in an EDI apparatus, a metal hydroxide such as magnesium hydroxide is supported on the membrane surface of the cation exchange membrane on the side of the desalting chamber or on the ion exchange resin filled in the desalting chamber. Patent Document 2 discloses that, in an EDI apparatus, a metal oxide or metal hydroxide acting as an amphoteric ion exchanger is mixed in an ion exchanger in a desalting chamber at a ratio of 1 to 50% by volume.

[선행기술문헌][Prior art literature]

[특허문헌][Patent Literature]

(특허문헌 1) JP2000-350991 A(Patent Document 1) JP2000-350991 A

(특허문헌 2) JP2001-340865 A(Patent Document 2) JP2001-340865 A

그러나, 특허문헌 1에 기재된 장치에서는, 탈염실 내에 담지시킨 금속수산화물이, 물의 해리에 의해서 발생한 수소 이온에 의해서 용해되므로, 장기간에 걸쳐서 안정적으로 성능을 유지시키는 것이 어렵다. 특허문헌 2에 기재된 장치에서는, 이온교환체에 혼재시킨 금속산화물이나 금속수산화물이 이종의 이온교환체의 계면에 확실히 존재하는 것은 아니기 때문에, 수 해리의 촉진 효과를 최대한까지 발휘시킬 수 없다.However, in the apparatus described in Patent Document 1, since the metal hydroxide supported in the desalination chamber is dissolved by hydrogen ions generated by dissociation of water, it is difficult to stably maintain the performance over a long period of time. In the apparatus described in Patent Document 2, since the metal oxides and metal hydroxides mixed in the ion exchanger do not reliably exist at the interface between the different types of ion exchangers, the effect of promoting water dissociation cannot be exhibited to the maximum extent.

본 발명의 목적은, 상기와 같은 종래의 탈이온수 제조 시스템의 과제를 감안해서, 도전율이 작은 피처리수를 전기식 탈이온수 제조장치에 공급했을 때이더라도, 보다 안정적이면서도 효율적으로 물의 해리 반응을 촉진시켜 고순도의 탈이온수를 낮은 소비 전력으로 제조하는 것이 가능한 탈이온수 제조 시스템 및 탈이온수의 제조 방법과, 탈이온수 제조 시스템에 있어서 적합하게 이용할 수 있는 전기식 탈이온수 제조장치를 제공하는 것에 있다.It is an object of the present invention to promote the dissociation reaction of water more stably and efficiently even when the water to be treated with low conductivity is supplied to an electric deionized water production apparatus in view of the problems of the conventional deionized water production system as described above. An object of the present invention is to provide a deionized water production system capable of producing high-purity deionized water with low power consumption, a method for producing deionized water, and an electric deionized water production apparatus that can be suitably used in the deionized water production system.

본 발명의 다른 목적은, 전기식 탈이온수 제조장치에 있어서 이용되는 이온교환막 및 이온교환체 중 적어도 한쪽을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide at least one of an ion exchange membrane and an ion exchanger used in an electric deionized water production apparatus.

본 발명의 일 양상에 따르면, 원수가 공급되어서 탈이온수를 제조하는 탈이온수 제조 시스템은, 원수가 공급되는 역침투막장치와, 이온교환막으로 구획되어 역침투막장치의 투과수가 공급되는 탈염실을 포함하는 전기식 탈이온수 제조장치를 구비하고, 탈염실의 내부에 이온교환체가 충전되어, 이온교환막의 적어도 일부 및 이온교환체의 적어도 일부 중 적어도 한쪽 표면에 다가 금속을 포함하는 입자가 흡착되어 있다.According to one aspect of the present invention, a deionized water production system for producing deionized water by supplying raw water includes a reverse osmosis membrane device to which raw water is supplied, and a desalination chamber partitioned by an ion exchange membrane to supply permeate water of the reverse osmosis membrane device. An ion exchanger is filled in the demineralization chamber, and particles containing a polyvalent metal are adsorbed on at least one surface of at least a part of the ion exchange membrane and at least a part of the ion exchanger.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 전기식 탈이온수 제조장치(EDI 장치)는, 양극을 구비한 양극실과 음극을 구비한 음극실 사이에 적어도 1개의 탈염실을 구비하고, 탈염실은 양극을 향한 쪽에 위치하는 음이온 교환막과 음극을 향한 쪽에 위치하는 양이온 교환막에 의해서 구획되어, 탈염실 내에 음이온 교환체 및 양이온 교환체 중 적어도 한쪽이 충전되어 있는 EDI 장치에 있어서, 음이온 교환막, 양이온 교환막, 음이온 교환체 및 양이온 교환체 중 적어도 하나의 표면에 다가 금속을 포함하는 입자를 흡착시킨 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, an electric deionized water production apparatus (EDI apparatus) includes at least one desalting chamber between an anode chamber having an anode and a cathode chamber having a cathode, the desalination chamber being located on a side facing the anode An EDI device comprising at least one of an anion exchanger and a cation exchanger in a desalting chamber, partitioned by an anion exchange membrane and a cation exchange membrane positioned toward the cathode, an anion exchange membrane, a cation exchange membrane, an anion exchanger and a cation exchange It is characterized in that particles containing a polyvalent metal are adsorbed on at least one surface of a sieve.

다가 금속, 즉, 양이온이 되었을 때의 이온가가 2 이상인 금속 원소는, 물의 해리 반응의 촉매로서 작용한다. 본 발명에서는, 탈염실 내의 음이온 교환체, 양이온 교환체, 음이온 교환막 및 양이온 교환막 중 적어도 하나의 표면에 대해서 다가 금속을 포함하는 입자를 흡착시키는 것에 의해, 탈염실 내에서의 이종의 이온교환성 물질 간의 계면에, 수 해리 반응의 촉매로서 작용하는 다가 금속을 확실히 존재시킬 수 있게 된다. 이때문에, 본 발명에서는, 다가 금속에 의한 수 해리 반응의 촉진 효과를 최대한 얻을 수 있다. 또한, 다가 금속을 포함하는 입자는, 입자의 형상을 갖는 것에 의해, 탈염실 내의 이온교환체나 이온교환막에 대해서 흡착되었 때에 그들의 표면을 덮어버릴 우려가 없기 때문에, 탈이온에 관한 이온교환의 반응성이나 이온의 투과성의 손실을 최소한으로 억제할 수 있다.A polyvalent metal, ie, a metal element having an ionic value of 2 or more when it becomes a cation, acts as a catalyst for the dissociation reaction of water. In the present invention, by adsorbing particles containing a polyvalent metal to the surface of at least one of an anion exchanger, a cation exchanger, an anion exchange membrane, and a cation exchange membrane in the desalting chamber, a heterogeneous ion-exchangeable substance in the desalting chamber It becomes possible to reliably present a polyvalent metal acting as a catalyst for a water dissociation reaction at the interface between the two groups. For this reason, in the present invention, the effect of accelerating the water dissociation reaction by the polyvalent metal can be maximally obtained. In addition, since the particles containing the polyvalent metal have a particle shape, there is no risk of covering their surfaces when adsorbed to the ion exchanger or ion exchange membrane in the desalination chamber, so that the reactivity of ion exchange with respect to deionization is reduced. Loss of permeability of ions can be minimized.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 탈이온수 제조방법은, 전술한 본 발명의 EDI 장치를 사용하는 탈이온수의 제조 방법에 있어서, 탈염실에 있어서의 전류밀도가 0.3A/dm2 이상 10A/dm2 이하가 되도록 양극과 음극 사이에 직류 전압을 인가하면서 탈염실에 피처리수를 흐르게 해서 탈이온수를 얻는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, in the method for producing deionized water, in the method for producing deionized water using the EDI device of the present invention, the current density in the demineralization chamber is 0.3A/dm 2 or more and 10A/dm It is characterized in that the deionized water is obtained by flowing the water to be treated in the demineralization chamber while applying a DC voltage between the anode and the cathode so as to be 2 or less.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 탈이온수 제조방법은, 양극을 구비한 양극실과 음극을 구비한 음극실 사이에 적어도 1개의 탈염실을 구비하고, 탈염실은 양극을 향한 쪽에 위치하는 음이온 교환막과 음극을 향한 쪽에 위치하는 양이온 교환막에 의해서 구획되어, 탈염실 내에 음이온 교환체 및 양이온 교환체 중 적어도 한쪽이 충전되어 있는 EDI 장치를 이용한 탈이온수의 제조 방법에 있어서, 음이온 교환막, 양이온 교환막, 음이온 교환체 및 양이온 교환체 중 적어도 하나의 표면에 다가 금속을 포함하는 입자를 흡착시키는 공정과, 흡착시키는 공정 이후, 양극과 음극 사이에 직류 전압을 인가하면서 탈염실에 피처리수를 흐르게 해서 탈이온수를 얻는 공정을 포함한다.According to another aspect of the present invention, a method for producing deionized water includes at least one desalting chamber between an anode chamber having an anode and a cathode chamber having a cathode, wherein the desalting chamber includes an anion exchange membrane and a cathode positioned toward the anode. A method for producing deionized water using an EDI device partitioned by a cation exchange membrane located on the side facing toward and in which at least one of an anion exchanger and a cation exchanger is charged in a desalting chamber, an anion exchange membrane, a cation exchange membrane, and an anion exchanger and adsorbing particles containing a polyvalent metal on the surface of at least one of the cation exchangers. After the adsorption process, a DC voltage is applied between the anode and the cathode to flow the to-be-treated water into the desalination chamber to obtain deionized water. includes the process.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, EDI 장치용 이온교환막은, 음이온 교환체 및 양이온 교환체 중 적어도 한쪽이 충전되어 있는 적어도 1개의 탈염실을 양극을 구비한 양극실과 음극을 구비한 음극실 사이에 구비하는 EDI 장치에 있어서 이용되고, 탈염실에 있어서 양극을 향한 쪽에 위치해서 탈염실을 구획하는 음이온 교환막, 탈염실에 있어서 음극을 향한 쪽에 위치해서 탈염실을 구획하는 양이온 교환막 및 탈염실 내를 더욱 소탈염실로 구획하는 중간 이온교환막 중 적어도 하나인 이온교환막에 있어서, 이온교환막의 표면에 다가 금속을 포함하는 입자를 흡착시킨 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, an ion exchange membrane for EDI device comprises at least one desalting chamber filled with at least one of an anion exchanger and a cation exchanger between an anode chamber having an anode and a cathode chamber having a cathode. An anion exchange membrane which is used in an EDI device provided with the desalting chamber and is located on a side facing the anode in the desalting chamber to partition the desalting chamber, a cation exchange membrane which is located on the side toward the cathode in the desalting room to partition the desalting chamber, and the inside of the desalting chamber In the ion exchange membrane which is at least one of the intermediate ion exchange membranes partitioning the demineralization chamber, it is characterized in that particles containing a polyvalent metal are adsorbed on the surface of the ion exchange membrane.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, EDI 장치용 이온교환체는, 양극을 구비한 양극실과 음극을 구비한 음극실 사이에 적어도 1개의 탈염실을 구비하고, 탈염실은 양극을 향한 쪽에 위치하는 음이온 교환막과 음극을 향한 쪽에 위치하는 양이온 교환막에 의해서 구획되어 있는 EDI 장치에 있어서 이용되고, 음이온 교환체 및 양이온 교환체 중 적어도 한쪽을 포함해서 탈염실 내에 충전되는 이온교환체에 있어서, 이온교환체의 표면에 다가 금속을 포함하는 입자를 흡착시킨 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, an ion exchanger for an EDI device comprises at least one desalting chamber between an anode chamber having an anode and a cathode chamber having a cathode, the desalting chamber being an anion exchange membrane positioned on a side facing the anode. An ion exchanger used in an EDI device partitioned by a cation exchange membrane positioned on the side facing the cathode and filled in a desalting chamber including at least one of an anion exchanger and a cation exchanger, the surface of the ion exchanger It is characterized in that particles containing a polyvalent metal are adsorbed to the

본 발명에 따르면, 다가 금속을 포함하는 입자를 EDI 장치의 탈염실 내의 이온교환체 또는 이온교환막에 흡착시킴으로써, 후술하는 실시예 등으로부터도 명백하게 되는 바와 같이, 다가 금속을 포함하는 입자를 이용하지 않는 EDI 장치에 비해서, 보다 안정적이면서도 효율적으로 물의 해리 반응을 촉진시킬 수 있고, 이것에 의해 저전력으로 고순도의 탈이온수를 제조할 수 있게 된다.According to the present invention, particles containing a polyvalent metal are adsorbed to an ion exchanger or an ion exchange membrane in a desalting chamber of an EDI apparatus, so that particles containing a polyvalent metal are not used, as will be apparent from the examples to be described later. Compared to the EDI device, it is possible to promote the dissociation reaction of water more stably and efficiently, thereby making it possible to manufacture high-purity deionized water with low power consumption.

도 1은 본 발명에 의거한 탈이온수 제조 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 탈이온수 제조 시스템의 구성의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 탈이온수 제조 시스템의 구성의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 전기식 탈이온수 제조장치(EDI 장치)의 기본적인 형태를 나타낸 모식단면도이다.
도 5A는 다가 금속을 포함하는 입자에 의한 수 해리의 촉진을 설명하는 도면이다.
도 5B는 다가 금속을 포함하는 입자에 의한 수 해리의 촉진을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명에 의거한 EDI 장치의 다른 형태를 나타낸 모식단면도이다.
도 7은 본 발명에 의거한 EDI 장치의 또 다른 형태를 나타낸 모식단면도이다.
도 8은 본 발명에 의거한 EDI 장치의 또 다른 형태를 나타낸 모식단면도이다.
도 9는 본 발명에 의거한 EDI 장치의 또 다른 형태를 나타낸 모식단면도이다.
도 10은 본 발명에 의거한 EDI 장치의 또 다른 형태를 나타낸 모식단면도이다.
도 11은 다가 금속을 포함하는 입자에 의한 수 해리의 촉진을 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명에 의거한 EDI 장치의 또 다른 형태를 나타낸 모식단면도이다.
도 13은 본 발명에 의거한 EDI 장치의 또 다른 형태를 나타낸 모식단면도이다.
1 is a diagram showing the configuration of a deionized water production system according to the present invention.
2 is a view showing another example of the configuration of the deionized water production system.
3 is a view showing another example of the configuration of the deionized water production system.
4 is a schematic cross-sectional view showing a basic form of an electric deionized water production device (EDI device).
5A is a diagram for explaining the promotion of water dissociation by particles containing a polyvalent metal.
Fig. 5B is a diagram for explaining the promotion of water dissociation by particles containing a polyvalent metal.
6 is a schematic cross-sectional view showing another form of an EDI device according to the present invention.
7 is a schematic cross-sectional view showing another form of an EDI device according to the present invention.
8 is a schematic cross-sectional view showing another form of an EDI device according to the present invention.
9 is a schematic cross-sectional view showing another form of an EDI device according to the present invention.
10 is a schematic cross-sectional view showing another form of an EDI device according to the present invention.
11 is a view for explaining the promotion of water dissociation by particles containing a polyvalent metal.
12 is a schematic cross-sectional view showing another form of an EDI device according to the present invention.
13 is a schematic cross-sectional view showing another form of an EDI device according to the present invention.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서, 도면을 참조해서 설명한다.Next, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은, 본 발명에 의거한 탈이온수 제조 시스템의 구성을 나타내고 있다. 이 탈이온수 제조 시스템은, EDI 장치(10)를 구비하는 것이지만, 불순물 농도를 충분히 저감시킨 탈이온수를 얻기 위하여, EDI 장치(10)의 전단에, 2단 직렬로 설치된 역침투(RO)막장치(51, 52)를 구비하고 있다. 역침투막장치(51, 52)는, 각각, 그 내부에 역침투막(53, 54)을 구비하고 있다. 1단째의 역침투막장치(51)에는 펌프(55)를 개재해서 원수가 공급되고 있고, 역침투막장치(51) 내의 역침투막(53)을 통과한 물, 즉, 투과수가 2단째의 역침투막장치(52)에 공급된다. 2단째의 역침투막장치(52)의 투과수가 피처리수로서 EDI 장치(10)에 공급되게 되어 있다. 2개의 역침투막장치(51, 52)를 직렬로 접속한 구성은, 전체로서, 각각 역침투막(53, 54)을 구비하는 장치를 2단 직렬로 접속한 구성으로 되어 있다. 본 실시형태의 탈이온수 제조 시스템에 이용되는 역침투막장치(51, 52)는, 순수 제조 등에 이용되는 일반적인 것이다. 또한, 도시한 펌프(55), 역침투막장치(51, 52), EDI 장치(10)의 사이에는, 필요에 따라서, 탱크나 펌프, 연화나 탈염을 목적으로 하는 이온교환수지장치, 탈탄산을 목적으로 하는 탈탄산탑이나 막 탈기장치, 부가해서 약물주입설비 등이 적당히 추가되어서 배치되어 있어도 된다.1 shows the configuration of a deionized water production system according to the present invention. Although this deionized water manufacturing system is equipped with the EDI apparatus 10, in order to obtain deionized water with sufficiently reduced impurity concentration, a reverse osmosis (RO) membrane apparatus installed in two stages in series at the front end of the EDI apparatus 10 (51, 52) is provided. The reverse osmosis membrane devices 51 and 52 respectively have reverse osmosis membranes 53 and 54 therein. Raw water is supplied to the reverse osmosis membrane device 51 in the first stage through a pump 55, and water that has passed through the reverse osmosis membrane 53 in the reverse osmosis membrane device 51, that is, permeate is the second stage. It is supplied to the reverse osmosis membrane device (52). The permeated water from the reverse osmosis membrane device 52 in the second stage is supplied to the EDI device 10 as target water. The configuration in which the two reverse osmosis membrane devices 51 and 52 are connected in series as a whole is a configuration in which two devices including the reverse osmosis membranes 53 and 54 are connected in series as a whole. The reverse osmosis membrane devices 51 and 52 used in the deionized water production system of the present embodiment are general ones used for pure water production and the like. Further, between the illustrated pump 55, reverse osmosis membrane devices 51 and 52, and EDI device 10, if necessary, a tank or a pump, an ion exchange resin device for softening or desalting, and decarboxylation A decarbonation tower, a membrane degassing device for the purpose of this, in addition, a drug injection facility, etc. may be suitably added and arranged.

원수로서는, 수돗물, 우물물, 하천수, 공업용수 등이 사용된다. EDI 장치(10)에는, 피처리수 이외에, 후술하는 바와 같이 공급수가 공급되고 있다. 공급수는, 예를 들면 역침투막장치로부터 얻어진 투과수이어도 되고, EDI 장치에서 처리된 물, 즉, 탈이온수이어도 된다. 여기에서는, 2단의 역침투막장치(51, 52)를 설치하고 있지만, 도 2에 나타낸 바와 같이, 1단의 역침투막장치(52)만을 EDI 장치(10)의 전단에 설치하도록 해도 된다.As raw water, tap water, well water, river water, industrial water, etc. are used. The EDI apparatus 10 is supplied with supply water other than the water to be treated, as will be described later. The feed water may be, for example, permeated water obtained from the reverse osmosis membrane device, or may be water treated by the EDI device, ie, deionized water. Here, two stages of reverse osmosis membrane devices 51 and 52 are provided. However, as shown in FIG. 2 , only one stage of reverse osmosis membrane devices 52 may be provided at the front end of the EDI device 10 . .

도 1에 나타낸 시스템보다도 더 불순물 농도를 저감시킨 탈이온수를 얻기 위해서는, EDI 장치를 2단 직렬로 접속해도 된다. 도 3은, 도 1에 나타낸 탈이온수 제조 시스템에 있어서, 역침투막장치(52)와 EDI 장치(10) 사이에, 추가의 EDI 장치(15)를 배치한 것이다. EDI 장치(15)로서는, EDI 장치(10)와 같은 구성인 것을 이용할 수 있고, 다른 구성인 것을 이용할 수도 있다. 역침투막장치(52)의 투과수가 EDI 장치(15)의 탈염실(23)에 공급되고, EDI 장치(15)의 탈염실(23)로부터 흐르는 물이 피처리수로서 EDI 장치(10)의 탈염실에 공급된다. 또한, 도시한 펌프(55), 역침투막장치(51, 52), EDI 장치(10, 15)의 사이에는, 필요에 따라서, 탱크나 펌프, 연화나 탈염을 목적으로 하는 이온교환수지장치, 탈탄산을 목적으로 하는 탈탄산탑이나 막 탈기장치, 부가해서 약물주입설비 등이 적당히 추가되어서 배치되어 있어도 된다.In order to obtain deionized water with a lower impurity concentration than the system shown in Fig. 1, EDI devices may be connected in series in two stages. FIG. 3 shows that, in the deionized water production system shown in FIG. 1 , an additional EDI device 15 is disposed between the reverse osmosis membrane device 52 and the EDI device 10 . As the EDI device 15, a thing having the same configuration as the EDI device 10 can be used, or a thing having a different configuration can also be used. The permeated water of the reverse osmosis membrane device 52 is supplied to the desalination chamber 23 of the EDI device 15 , and the water flowing from the desalination chamber 23 of the EDI device 15 is the treated water of the EDI device 10 . supplied to the desalination chamber. Further, between the illustrated pump 55, reverse osmosis membrane devices 51 and 52, and EDI devices 10 and 15, if necessary, a tank or a pump, an ion exchange resin device for softening or desalting; A decarboxylation tower for the purpose of decarboxylation, a membrane degassing device, in addition, a drug injection facility, etc. may be suitably added and arranged.

도 3에 나타낸 구성의 경우, 2단째가 되는 EDI 장치(10)에 공급되는 피처리수의 도전율은, 이미 예를 들어 1μS/㎝ 이하로 극히 작은 값으로 되어 있다. EDI 장치를 이용해서 탈이온수를 제조할 경우, 피처리수의 도전율이 작을 경우에 EDI 장치의 운전 전압이 높아지는 경향이 있지만, 후단의 EDI 장치(10)로서 본 발명에 의거한 후술하는 EDI 장치를 이용하는 것에 의해, 이 EDI 장치(10)의 운전 전압을 낮은 채로 할 수 있다. 1단째가 되는 추가의 EDI 장치(15)에 공급되는 피처리수의 도전율은 비교적 크므로, 추가의 EDI 장치(15)로서는, 후술하는 EDI 장치가 아니라 일반적인 EDI 장치를 이용할 수도 있다.In the case of the structure shown in FIG. 3, the electrical conductivity of the to-be-processed water supplied to the EDI apparatus 10 used as the 2nd stage has already become an extremely small value, for example, 1 microS/cm or less. In the case of producing deionized water using an EDI device, the operating voltage of the EDI device tends to increase when the conductivity of the water to be treated is low. However, as the EDI device 10 at the rear stage, the EDI device described later according to the present invention is used. By using it, the operating voltage of this EDI device 10 can be kept low. Since the conductivity of the water to be treated supplied to the additional EDI device 15 serving as the first stage is relatively large, a general EDI device can be used instead of the EDI device described later as the additional EDI device 15 .

도 1, 도 2 및 도 3에 나타낸 탈이온수 제조 시스템의 각각에 있어서, EDI 장치(10)에의 피처리수의 도전율은, 예를 들면 10μS/㎝ 이하이고, 5μS/㎝ 이하인 것이 바람직하며, 3μS/㎝ 이하인 것이 보다 바람직하고, 1μS/㎝ 이하인 것이 더욱 바람직하다.In each of the deionized water production systems shown in Figs. 1, 2 and 3, the conductivity of the water to be treated to the EDI device 10 is, for example, 10 µS/cm or less, preferably 5 µS/cm or less, and 3 µS It is more preferable that it is /cm or less, and it is still more preferable that it is 1 microseconds/cm or less.

다음에, 전술한 탈이온수 제조 시스템에 있어서 이용되는, 본 발명에 의거한 EDI 장치(10)에 대해서 설명한다. EDI 장치(10)에서는, 양극(11)을 구비한 양극실(21)과, 음극(12)을 구비한 음극실(25) 사이에, 양극실(21)의 측에서부터 순서대로, 농축실(22), 탈염실(23) 및 농축실(24)이 설치되어 있다. 양극실(21)과 농축실(22)은 양이온 교환막(31)을 사이에 두고 인접하고, 농축실(22)과 탈염실(23)은 음이온 교환막(32)을 사이에 두고 인접하며, 탈염실(23)과 농축실(24)은 양이온 교환막(33)을 사이에 두고 인접하고, 농축실(24)과 음극실(25)은 음이온 교환막(34)을 사이에 두고 인접하고 있다. 따라서 탈염실(23)은, 양극(11)을 향한 쪽에 위치하는 음이온 교환막(32)과, 음극(12)을 향한 쪽에 위치하는 양이온 교환막(33)에 의해 구획되게 된다. 탈염실(23) 내에는, 음이온 교환체 및 양이온 교환체 중 적어도 한쪽이 충전되어 있다. 여기에서 나타낸 예에서는, 탈염실(23) 내에는, 음이온 교환체와 양이온 교환체가 상호 혼합되어서, 즉, 혼상 구성으로 충전되어 있다. 또한 이 EDI 장치(10)에서는, 양이온 교환체가 양극실(21) 내에 충전되고, 음이온 교환체가 농축실(22, 24) 및 음극실(25) 내에 충전되어 있다. 여기에서의 음이온 교환체로서는 예를 들면 음이온 교환 수지가 사용되고, 양이온 교환체로서는 예를 들면 양이온 교환 수지가 사용된다. 또, 양극실(21), 농축실(22, 24) 및 음극실(25)에는, 반드시 음이온 교환체 또는 양이온 교환체를 충전할 필요는 없다. 도 4는, 도 1에 나타낸 탈이온수 제조 시스템에 이용되는 EDI 장치(10)의 단면 구성을 모식적으로 나타내고 있다. 도 4에 있어서, 전극실(21, 25), 농축실(22, 24) 및 탈염실(23) 내에 그려진 소원은, 그것들의 실내에 충전되는 음이온 교환체 및 양이온 교환체를 나타내고 있다. 또 도 4에서는, 음이온 교환체와 음이온 교환막에는 서로 동일한 빗금이 부여되고, 양이온 교환체와 양이온 교환막에는 서로 동일한 빗금이 부여되어 있지만, 음이온 교환체와 양이온 교환체는, 다른 빗금이 부여되는 것에 의해 구별해서 그려져 있다. 빗금에 의한 음이온 교환체와 양이온 교환체의 구별, 및 음이온 교환막과 양이온 교환막의 구별은, 본 명세서에 첨부되는 각 도면에 있어서 공통이다.Next, the EDI apparatus 10 according to the present invention used in the deionized water production system described above will be described. In the EDI device 10, between the anode chamber 21 provided with the anode 11 and the cathode chamber 25 provided with the cathode 12, sequentially from the side of the anode chamber 21, the enrichment chamber ( 22), a desalination chamber 23 and a concentration chamber 24 are provided. The anode chamber 21 and the enrichment chamber 22 are adjacent to each other with a cation exchange membrane 31 interposed therebetween, and the enrichment chamber 22 and the desalting chamber 23 are adjacent to each other with an anion exchange membrane 32 interposed therebetween, and a desalting chamber. 23 and the enrichment chamber 24 are adjacent to each other with a cation exchange membrane 33 interposed therebetween, and the enrichment chamber 24 and the cathode chamber 25 are adjacent to each other with an anion exchange membrane 34 interposed therebetween. Accordingly, the desalting chamber 23 is partitioned by the anion exchange membrane 32 positioned on the side facing the anode 11 and the cation exchange membrane 33 positioned on the side facing the cathode 12 . In the desalting chamber 23, at least one of an anion exchanger and a cation exchanger is filled. In the example shown here, in the desalting chamber 23, an anion exchanger and a cation exchanger are mutually mixed, ie, it is filled with a mixed bed structure. Further, in the EDI device 10 , a cation exchanger is filled in the anode chamber 21 , and an anion exchanger is filled in the concentration chambers 22 , 24 and the cathode chamber 25 . As an anion exchanger here, an anion exchange resin is used, for example, and a cation exchange resin is used as a cation exchanger, for example. In addition, the anode chamber 21, the concentrating chambers 22 and 24, and the cathode chamber 25 are not necessarily filled with an anion exchanger or a cation exchanger. FIG. 4 schematically shows a cross-sectional configuration of an EDI device 10 used in the deionized water production system shown in FIG. 1 . In Fig. 4, wishes drawn in the electrode chambers 21 and 25, the enrichment chambers 22 and 24, and the desalination chamber 23 indicate anion exchangers and cation exchangers filled in those chambers. In Fig. 4, the anion exchanger and the anion exchange membrane are provided with the same hatching, and the cation exchanger and the cation exchange membrane are provided with the same hatching, but the anion exchanger and the cation exchanger are provided with different hatching. are drawn separately. The distinction between the anion exchanger and the cation exchanger by the hatching and the distinction between the anion exchange membrane and the cation exchange membrane are common in each drawing attached to this specification.

이하의 설명에 있어서, 음이온 교환체와 양이온 교환체를 총칭해서 이온교환체라고 지칭하고, 음이온 교환막과 양이온 교환막을 총칭해서 이온교환막이라 지칭한다. 따라서, 이온교환체는 음이온 교환체 및 양이온 교환체 중 적어도 한쪽인 것이고, 이온교환막은 음이온 교환막 및 양이온 교환막 중 적어도 한쪽인 것이다.In the following description, the anion exchanger and the cation exchanger are collectively referred to as an ion exchanger, and the anion exchange membrane and the cation exchange membrane are collectively referred to as an ion exchange membrane. Accordingly, the ion exchanger is at least one of an anion exchanger and a cation exchanger, and the ion exchange membrane is at least one of an anion exchange membrane and a cation exchange membrane.

또한 이 EDI 장치(10)에서는, 탈염실(23)에 있어서, 탈염실(23)에 설치되는 이온교환체의 적어도 일부 및 이온교환막(음이온 교환막(32) 및 양이온 교환막(33))의 적어도 일부 중 적어도 한쪽 표면에 다가 금속을 포함하는 입자가 흡착되어 있다. 여기에서 말하는 다가 금속을 포함하는 입자란, 다가 금속, 즉, 양이온이 되었을 때의 이온가가 2 이상인 금속 원소를 포함하고, 음이온 교환체, 양이온 교환체, 음이온 교환막 혹은 양이온 교환막에 대하여 흡착되고, 그리고 흡착된 후에는 용이하게는 기계적으로 이탈되지 않는 입자이다. 여기에서 이용되는 다가 금속으로서는, 수 해리의 촉매로서 작용하는 것이면, 특별히 한정되는 것은 아니고, 또 1종류의 금속이어도, 복수 종류의 금속이 포함되어 있어도 된다. 다가 금속으로서 이용되는 금속 원소로서는, 예를 들어, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 크롬, 망간, 철, 니켈 등을 들 수 있다. 이와 같이 "다가 금속을 포함하는 입자"는, 수 해리의 촉매로서 작용하는 것이라고 여겨지므로, 이하, 특별히 단정되지 않는 한, "다가 금속을 포함하는 입자"를 단지 "촉매 입자"라 지칭한다.In addition, in the EDI apparatus 10 , in the desalting chamber 23 , at least a part of an ion exchanger and at least a part of an ion exchange membrane (anion exchange membrane 32 and cation exchange membrane 33 ) provided in the desalting chamber 23 . Particles containing a polyvalent metal are adsorbed on at least one surface of the Particles containing a polyvalent metal as used herein include a polyvalent metal, that is, a metal element having an ionic value of 2 or more when it becomes a cation, and is adsorbed to an anion exchanger, a cation exchanger, an anion exchange membrane or a cation exchange membrane, and After being adsorbed, it is a particle that does not easily break off mechanically. The polyvalent metal used here is not particularly limited as long as it acts as a catalyst for water dissociation, and one type of metal or multiple types of metals may be contained. As a metal element used as a polyvalent metal, magnesium, calcium, aluminum, chromium, manganese, iron, nickel, etc. are mentioned, for example. As described above, "particles containing a polyvalent metal" are considered to act as catalysts for water dissociation, and therefore, hereinafter, unless otherwise specified, "particles containing a polyvalent metal" are only referred to as "catalyst particles".

촉매 입자는, 음이온 교환체, 양이온 교환체, 음이온 교환막 혹은 양이온 교환막의 표면에 대해서 흡착되기 쉬운 것이면 특별히 한정되는 것은 아니다. 촉매 입자가 무기물질일 경우, 흡착의 용이함의 관점에서, 촉매 입자가 무기 이온교환재료인 것이 바람직하다. 무기 이온교환재료란, 접촉하고 있는 전해질 용액 중의 이온을 취입하고, 대신에 자기가 가진 이온을 방출함으로써 이온 종의 교환을 행하는 능력, 즉, 이온교환능력을 갖는 무기물질이다. 무기 이온교환재료인 촉매 입자가 음이온 교환체, 양이온 교환체, 음이온 교환막 혹은 양이온 교환막의 표면에 대해서 흡착되기 쉬운 것은, 촉매 입자가, 음이온 교환체, 양이온 교환체, 음이온 교환막 혹은 양이온 교환막의 표면에 대해서, 이들 표면에 존재하는 이온교환기를 개재해서 흡착되기 때문인 것으로 추측된다.The catalyst particles are not particularly limited as long as they are easily adsorbed to the surface of an anion exchanger, cation exchanger, anion exchange membrane, or cation exchange membrane. When the catalyst particles are inorganic materials, it is preferable that the catalyst particles are inorganic ion exchange materials from the viewpoint of easiness of adsorption. An inorganic ion exchange material is an inorganic substance having the ability to exchange ion species by taking in ions in an electrolyte solution in contact with it and releasing ions it possesses instead, that is, an ion exchange capability. Catalyst particles, which are inorganic ion exchange materials, are easily adsorbed on the surface of anion exchangers, cation exchangers, anion exchange membranes or cation exchange membranes. On the other hand, it is estimated that it is because it is adsorb|sucking through the ion exchange group which exists on these surfaces.

무기 이온교환재료인 촉매 입자의 예로서, 다가 금속을 포함하는 규산염을 바람직하게 이용할 수 있고, 그러한 규산염으로서는, 예를 들어, 규산알루미늄, 규산마그네슘, 규산칼슘, 규산칼슘 마그네슘, 각종 알루미노규산염, 각종 규산염 광물을 들 수 있고, 이들 중에서 하나 이상을 단독으로 혹은 혼합해서 사용할 수 있다. 그 중에서도 규산염 광물은, 화학적인 안정성이 우수하고, 특히 음이온 교환체나 음이온 교환막에 강하게 흡착되므로, 보다 안정한 성능을 기대할 수 있다. 또한, 규산염 광물은 천연의 광석에 포함되므로, 선택지가 많고, 비용면에서도 유리하다. 이러한 규산염 광물로서, 예를 들어, 불석, 활석, 카올리나이트, 제올라이트 등을 들 수 있고, 그 중에서도 세피오라이트(CAS번호(Chemical Abstract Service registry number): 63800-37-3, 조성식: Mg8Si12O30(OH)4(OH2)4·8H2O), 규회석(CAS번호: 13983-17-0, 조성식: CaSiO3), 애터펄자이트(attapulgite)(CAS번호: 12174-11-7, 조성식: (Mg, Al)5Si8O20·4H2O) 등은 흡착성이 높기 때문에, 보다 적합하게 이용된다. 촉매 입자로서, 애터펄자이트, 세피오라이트 및 규회석 중 적어도 하나로 이루어진 것을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 또, 애터펄자이트, 세피오라이트 및 규회석은, 바늘 형상 입자의 형태인 것이 알려져 있다. 규산염 광물이 음이온 교환체 등에 흡착되기 쉬운 것은, 규산염 광물의 표면에 존재하는 예를 들어 하이드록시기 혹은 산소 원자에 대해서, 음이온 교환체에 포함되는 아미노기나 제4급 암모늄기 등의 음이온 교환기가 정전적으로 서로 끌리기 때문인 것으로 추측된다.As an example of the catalyst particle which is an inorganic ion exchange material, the silicate containing a polyvalent metal can be used preferably, As such a silicate, For example, aluminum silicate, magnesium silicate, calcium silicate, calcium silicate magnesium, various aluminosilicates, Various silicate minerals are mentioned, One or more of these can be used individually or in mixture. Among them, silicate minerals are excellent in chemical stability and particularly strongly adsorbed to an anion exchanger or an anion exchange membrane, so that more stable performance can be expected. In addition, since silicate minerals are included in natural ore, there are many options and it is advantageous in terms of cost. Examples of such silicate minerals include fluorite, talc, kaolinite, and zeolite. Among them, sepiolite (CAS number (Chemical Abstract Service registry number): 63800-37-3, composition formula: Mg 8 Si 12 O 30) (OH) 4 (OH 2 ) 4 8H 2 O), wollastonite (CAS number: 13983-17-0, compositional formula: CaSiO 3 ), attapulgite (CAS number: 12174-11-7, compositional formula) : because of (Mg, Al) 5 Si 8 O 20 · 4H 2 O) , etc. has a high adsorbability, and is used more suitably. As the catalyst particles, it is more preferable to use those made of at least one of attapulgite, sepiolite and wollastonite. Moreover, it is known that attapulgite, sepiolite, and wollastonite are in the form of needle-like particles. The reason that silicate minerals are easily adsorbed to anion exchangers is that an anion exchanger such as an amino group or a quaternary ammonium group contained in the anion exchanger is electrostatically attached to, for example, a hydroxyl group or an oxygen atom present on the surface of the silicate mineral. It is presumed that they are attracted to each other.

이온교환체 혹은 이온교환막에 대한 촉매 입자의 흡착은, 예를 들어, 촉매 입자를 분산시킨 물에 이온교환체 혹은 이온교환막을 침지함으로써 용이하게 행할 수 있다. 또한, 기존의 EDI 장치의 탈염실에 대해서 촉매 입자를 분산시킨 물을 공급함으로써, 그 탈염실 내의 이온교환체 혹은 이온교환막에 대해서 촉매 입자를 흡착시킬 수 있다. 따라서, 기존의 EDI 장치를 본 발명에 의거한 EDI 장치로 개조하는 것도 용이하고, 기존의 EDI 장치를 본 발명에 의거한 EDI 장치로 개조한 후에 탈이온수를 제조하는 것도 본 발명의 범주에 포함되는 것이다.The adsorption of the catalyst particles to the ion exchanger or the ion exchange membrane can be easily performed, for example, by immersing the ion exchanger or the ion exchange membrane in water in which the catalyst particles are dispersed. In addition, by supplying water in which the catalyst particles are dispersed to the desalting chamber of the existing EDI device, the catalyst particles can be adsorbed to the ion exchanger or ion exchange membrane in the desalting chamber. Therefore, it is easy to convert an existing EDI device into an EDI device according to the present invention, and manufacturing deionized water after converting an existing EDI device into an EDI device according to the present invention is also included in the scope of the present invention. will be.

촉매 입자의 입자 직경은 특별히 한정되는 것은 아니다. 각각의 촉매 입자의 입자 직경은, 예를 들어, 주사형 전자현미경(SEM)에 의해 1000 내지 20000배 정도의 배율로 그 촉매 입자를 관찰하고, 얻어진 상에 있어서 계측을 행하는 것에 의해서 구할 수 있다. 촉매 입자의 형상이 완전한 구가 아닐 경우에는, 최대 직경을 입자 직경으로 한다. 예를 들면 촉매 입자가 바늘 형상 입자일 경우에는, 그 장축의 길이를 입자 직경으로 한다. 촉매 입자의 입자 직경의 범위는, 관찰 시야가 다른 10개소의 SEM 화상에 있어서 촉매 입자의 입자 직경을 계측하고, 계측된 입자 직경의 최소값으로부터 최대값까지의 범위로 한다. 본 발명에서는, 입자 직경의 범위가 예를 들면 0.01㎛ 이상 100㎛ 이하인 바와 같은 촉매 입자를 이용하는 것이 바람직하며, 0.02㎛ 이상 10㎛ 이하인 바와 같은 촉매 입자를 이용하는 것이 보다 바람직하다.The particle diameter of the catalyst particles is not particularly limited. The particle diameter of each catalyst particle can be calculated|required by observing the catalyst particle at a magnification of about 1000-20000 times with a scanning electron microscope (SEM), for example, and measuring in the obtained phase. When the shape of the catalyst particles is not a perfect sphere, the maximum diameter is taken as the particle diameter. For example, when the catalyst particles are needle-shaped particles, the length of the major axis is the particle diameter. The range of the particle diameter of the catalyst particle is the range from the minimum value to the maximum value of the particle diameter measured by measuring the particle diameter of the catalyst particle in 10 SEM images with different observation fields. In the present invention, it is preferable to use catalyst particles having a particle diameter of, for example, 0.01 µm or more and 100 µm or less, and more preferably use catalyst particles having a particle diameter of 0.02 µm or more and 10 µm or less.

촉매 입자의 입자 직경이 지나치게 크면, 이온교환체나 이온교환막의 표면에 적절하게 흡착·고정되지 않게 되는 동시에, 이종의 이온교환성 물질의 계면의 거리를 지나치게 넓히기 때문에, 수 해리 반응을 충분히 촉진시킬 수 없게 될 가능성이 있다. 한편, 촉매 입자의 입자 직경이 지나치게 작으면, 촉매 입자가 이온교환체나 이온교환막의 표면을 조밀하게 덮어서 이온교환체나 이온교환막에서의 이온교환반응이나 이온 이동을 저해하는 등의 문제를 일으킬 가능성이 있다.If the particle diameter of the catalyst particles is too large, the ion exchanger or ion exchange membrane cannot be properly adsorbed and fixed to the surface, and the distance between the interfaces of different ion exchange substances is too wide, so that the water dissociation reaction cannot be sufficiently promoted. there is a possibility that there will be no On the other hand, if the particle diameter of the catalyst particles is too small, there is a possibility that the catalyst particles densely cover the surface of the ion exchanger or ion exchange membrane, thereby causing problems such as inhibiting ion exchange reaction or ion movement in the ion exchanger or ion exchange membrane. .

여기서 탈염실(23)에 충전되는 이온교환체에 대해서 설명한다. 탈염실(23)에 충전할 수 있는 이온교환체의 종류는, 특정한 것으로 한정되는 것은 아니지만, 상기에 예시한 바와 같이, 이온교환수지가 바람직하다. 여기에서 말하는 이온교환수지란, 3차원적인 망상 구조를 가진 고분자 모체에, 이온교환능력을 갖는 작용기, 즉, 이온교환기를 도입한 합성 수지이다. 통상 사용되는 이온교환수지는, 입자 직경이 0.4 내지 0.8㎜ 정도인 구형의 입자이다. 이온교환수지의 고분자 모체로서는, "스타이렌계"라고 불리는 스타이렌-다이비닐벤젠의 공중합체나, "아크릴계"라고 불리는 아크릴산-다이비닐벤젠의 공중합체 등이 있다.Here, an ion exchanger filled in the desalting chamber 23 will be described. The type of the ion exchanger that can be filled in the desalting chamber 23 is not limited to a specific one, but, as exemplified above, an ion exchange resin is preferable. The ion exchange resin as used herein is a synthetic resin in which a functional group having ion exchange ability, that is, an ion exchange group, is introduced into a polymer matrix having a three-dimensional network structure. Ion exchange resins commonly used are spherical particles having a particle diameter of about 0.4 to 0.8 mm. Examples of the polymer matrix of the ion exchange resin include a styrene-divinylbenzene copolymer called “styrene-based” and an acrylic acid-divinylbenzene copolymer called “acrylic acid-based”.

이온교환수지는, 이온교환기가 산성을 나타내는 양이온 교환 수지와, 염기성을 나타내는 음이온 교환 수지로 대별되고, 또한, 도입되는 이온교환기의 종류에 따라, 강산성 양이온 교환 수지, 약산성 양이온 교환 수지, 강염기성 음이온 교환 수지, 약염기성 음이온 교환 수지 등이 있다. 강염기성 음이온 교환 수지로서는, 예를 들어, 제4급 암모늄기를 이온교환기로서 갖는 것이 있고, 약염기성 음이온 교환 수지로서는, 예를 들어, 제1급 아민, 제2급 아민 혹은 제3급 아민을 이온교환기로서 갖는 것이 있다. 강산성 양이온 교환 수지로서는, 예를 들어, 설폰산기를 이온교환기로서 갖는 것이 있고, 약산성 양이온 교환 수지로서는, 예를 들어, 카복실기를 이온교환기로서 갖는 것이 있다. 탈염실에 충전되는 이온교환수지로서는 이들 어느 종류의 것도 이용할 수 있지만, 이온교환수지가 갖는 이온교환기에 대하여 촉매 입자가 흡착되는 바와 같은, 이온교환수지와 촉매 입자의 조합을 선택하는 것이 바람직하다.The ion exchange resin is roughly divided into a cation exchange resin in which an ion exchange group is acidic and an anion exchange resin in which an ion exchange group is basic, and depending on the type of ion exchange group to be introduced, a strongly acidic cation exchange resin, a weakly acidic cation exchange resin, a strongly basic anion exchange resins, weakly basic anion exchange resins, and the like. Strongly basic anion exchange resins include, for example, those having a quaternary ammonium group as an ion exchange group, and weakly basic anion exchange resins include, for example, primary amines, secondary amines or tertiary amines. There is something to have as an exchanger. Examples of the strongly acidic cation exchange resin include those having a sulfonic acid group as an ion exchange group, and examples of the weakly acidic cation exchange resin include those having a carboxyl group as an ion exchange group. As the ion exchange resin to be filled in the desalting chamber, any of these types can be used, but it is preferable to select a combination of the ion exchange resin and the catalyst particles such that the catalyst particles are adsorbed to the ion exchange groups of the ion exchange resin.

탈염실(23) 내의 이온교환체에 대한 촉매 입자의 흡착량은, 이온교환체의 체적을 100%로 하는 체적비로 나타내면, 0.0001체적% 이상 1체적% 미만으로 하는 것이 바람직하며, 0.0125체적% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 촉매 입자의 흡착량을 지나치게 크게 하면, 이 촉매 입자가 오히려 EDI 장치(10) 내에서의 이온교환반응이나 이온 이동을 저해할 가능성이 있다.The amount of catalyst particles adsorbed to the ion exchanger in the desalting chamber 23 is preferably 0.0001 vol% or more and less than 1 vol%, and 0.0125 vol% or less, when expressed as a volume ratio where the volume of the ion exchanger is 100%. It is more preferable to If the adsorption amount of the catalyst particles is too large, the catalyst particles may rather inhibit the ion exchange reaction or ion movement in the EDI device 10 .

다음에, 도 4에 나타낸 EDI 장치(10)에 의한 탈이온수의 제조에 대해서 설명한다.Next, the production of deionized water by the EDI apparatus 10 shown in FIG. 4 will be described.

종래의 EDI 장치의 경우와 마찬가지로, 양극실(21), 농축실(22, 24) 및 음극실(25)에 공급수를 통수하고, 양극(11)과 음극(12) 사이에 직류 전압을 인가한 상태에서, 탈염실(23)에 피처리수를 통수한다. 피처리수를 탈염실(23)에 통수하면, 피처리수 중의 이온 성분은 탈염실(23) 내의 이온교환체에 흡착되고, 탈이온화 처리가 행해져서, 탈염실(23)로부터, 처리된 물로서, 탈이온수가 유출된다. 이때 탈염실(23)에서는, 인가 전압에 의해 이종의 이온교환성 물질 간의 계면에서 물의 해리 반응이 일어나, 수소 이온 및 수산화물 이온이 생성되고, 수소 이온과 수산화물 이온에 의해, 먼저 탈염실(23) 내의 이온교환체에 흡착되어 있던 이온 성분이 이온교환되어서 이온교환체로부터 유리된다. 유리된 이온 성분 중 음이온은 음이온 교환막(32)을 개재해서 양극에 가까운 쪽의 농축실(22)로 이동되어, 이 농축실(22)로부터 농축수로서 배출되고, 양이온은 양이온 교환막(33)을 개재해서 음극에 가까운 쪽의 농축실(24)로 이동되어, 이 농축실(24)로부터 농축수로서 배출된다. 결국, 탈염실(23)에 공급된 피처리수 중의 이온 성분은 농축실(22, 24)로 이행해서 배출되고, 동시에, 탈염실(23)의 이온교환체도 재생된다. 또, 양극실(21) 및 음극실(25)로부터는 전극수가 배출된다.As in the case of the conventional EDI device, supply water is passed through the anode chamber 21 , the enrichment chambers 22 , 24 and the cathode chamber 25 , and a DC voltage is applied between the anode 11 and the cathode 12 . In one state, the water to be treated flows through the desalination chamber 23 . When the water to be treated is passed through the desalination chamber 23 , the ion components in the water to be treated are adsorbed to the ion exchanger in the desalination chamber 23 , deionization is performed, and the treated water is discharged from the desalination chamber 23 . As a result, deionized water flows out. At this time, in the desalination chamber 23, a dissociation reaction of water occurs at the interface between different ion-exchangeable substances by an applied voltage, and hydrogen ions and hydroxide ions are generated, and by the hydrogen ions and hydroxide ions, the desalination chamber 23 first The ion component adsorbed to the ion exchanger inside is ion-exchanged and released from the ion exchanger. Among the liberated ion components, anions are moved to the concentration chamber 22 near the anode via the anion exchange membrane 32 , and discharged as concentrated water from the concentration chamber 22 , and the cations pass through the cation exchange membrane 33 . It moves to the concentrating chamber 24 on the side closer to the negative electrode, and is discharged as concentrated water from the concentrating chamber 24 . As a result, the ion components in the to-be-treated water supplied to the desalination chamber 23 move to the concentration chambers 22 and 24 and are discharged, and at the same time, the ion exchanger in the desalination chamber 23 is also regenerated. Further, electrode water is discharged from the anode chamber 21 and the cathode chamber 25 .

도 4에 나타낸 EDI 장치(10)에서는, 전술한 바와 같이, 탈염실(23) 내에 설치되는 이온교환체, 음이온 교환막(32) 및 양이온 교환막(33) 중 적어도 하나의 표면에 다가 금속을 포함하는 입자 즉, 촉매 입자가 흡착되어 있다. 이 촉매 입자는, 탈염실(23) 내에 있어서의 이종의 이온교환성 물질의 계면에 존재하게 되지만, 촉매 입자에 포함되는 다가 금속은 물의 해리 반응을 촉진하는 촉매로서 작용하기 때문에, 이 EDI 장치(10)에서는, 효율적으로 물의 해리 반응을 행하게 할 수 있다. 따라서, 탈염실(23) 내의 이온교환체의 재생도 효율적으로 행할 수 있게 되고, EDI 장치(10)에의 인가 전압을 억제하면서 저전력으로 고순도의 탈이온수를 제조할 수 있게 된다. 또 인가 전압을 낮게 할 수 있는 만큼, 탈염실(23)에서의 높은 전류밀도, 예를 들어, 0.3A/dm2 이상 10A/dm2 이하라고 하는 전류밀도에서의 장치 운전이 가능하게 된다.In the EDI device 10 shown in FIG. 4, as described above, the surface of at least one of the ion exchanger, the anion exchange membrane 32 and the cation exchange membrane 33 installed in the desalting chamber 23 contains a polyvalent metal. Particles, that is, catalyst particles are adsorbed. The catalyst particles exist at the interface between different ion-exchangeable substances in the desalting chamber 23, but the polyvalent metal contained in the catalyst particles acts as a catalyst for accelerating the dissociation reaction of water, so this EDI device ( In 10), the dissociation reaction of water can be efficiently performed. Accordingly, the regeneration of the ion exchanger in the demineralization chamber 23 can also be efficiently performed, and high-purity deionized water can be produced with low power while suppressing the voltage applied to the EDI device 10 . Further, as the applied voltage can be lowered, the device can be operated at a high current density in the desalination chamber 23 , for example, a current density of 0.3 A/dm 2 or more and 10 A/dm 2 or less.

도 5A 및 도 5B는, 촉매 입자에 의한 물의 해리 반응을 모식적으로 나타내고 있다. 여기에서는 음이온 교환체(42)에 촉매 입자(43)가 흡착하고 있는 것으로 한다. 양이온 교환체(41)와 음이온 교환체(42)에 의해, 이종 이온교환성 물질의 계면이 구성되어 있을 경우에는, 도 5A에 나타낸 바와 같이, 이 계면에 있어서의 물의 해리가 촉진되어서, 음이온 교환체(42) 측에 수산화물 이온이, 양이온 교환체(41) 측에 수소 이온이 효율적으로 생성된다. 마찬가지로, 음이온 교환체(42)와 양이온 교환막(33)의 계면에서는, 도 5B에 나타낸 바와 같이, 음이온 교환체(42) 측에 수산화물 이온이, 양이온 교환막(33) 측에 수소 이온이 효율적으로 생성된다. 이 EDI 장치(10)에 따르면, 이온교환막과 이온교환체의 계면에서의 물의 해리도 촉진시킬 수 있다.5A and 5B schematically show the dissociation reaction of water by catalyst particles. Here, it is assumed that the catalyst particles 43 are adsorbed to the anion exchanger 42 . When the interface of the heterogeneous ion-exchange material is constituted by the cation exchanger 41 and the anion exchanger 42, as shown in FIG. 5A, dissociation of water at this interface is promoted, and anion exchange Hydrogen ions are efficiently generated on the side of the sieve 42 and hydrogen ions are generated on the side of the cation exchanger 41 . Similarly, at the interface between the anion exchanger 42 and the cation exchange membrane 33, as shown in FIG. 5B, hydroxide ions are efficiently generated on the anion exchanger 42 side and hydrogen ions are efficiently generated on the cation exchange membrane 33 side. do. According to the EDI device 10, dissociation of water at the interface between the ion exchange membrane and the ion exchanger can also be promoted.

이상, 본 발명에 의거한 EDI 장치(10)의 기본적인 구성을 설명했지만, 본 발명은 각종 구성의 EDI 장치에 널리 적용할 수 있는 것이다. 이하, 본 발명을 적용할 수 있는 EDI 장치의 구성예를 설명한다. 어느 것에 있어서도, 적어도 탈염실(23)의 이온교환체 혹은 이온교환막에 대해서, 다가 금속을 포함하는 입자, 즉, 촉매 입자가 흡착되어 있다. 이하에 설명하는 EDI 장치는, 도 1, 도 2 및 도 3의 어느 것인가에 나타낸 탈이온수 제조 시스템에 있어서의 EDI 장치(10)로서 사용할 수 있는 것이다.As mentioned above, although the basic structure of the EDI apparatus 10 based on this invention was demonstrated, this invention is widely applicable to EDI apparatus of various structures. Hereinafter, a configuration example of an EDI device to which the present invention can be applied will be described. In either case, particles containing a polyvalent metal, ie, catalyst particles, are adsorbed to at least the ion exchanger or ion exchange membrane of the desalting chamber 23 . The EDI apparatus described below can be used as the EDI apparatus 10 in the deionized water production system shown in either of FIGS. 1, 2 and 3 .

도 6은 본 발명에 의거한 EDI 장치의 다른 형태를 나타내고 있다. 전술한 바와 같이 EDI 장치로는, [농축실|음이온 교환막(AEM)|탈염실|양이온 교환막(CEM)|농축실]로 이루어진 기본구성(즉, 셀 세트)을 양극과 음극 사이에 복수개 병치할 수 있다. 이때, 인접하는 셀 세트 간에 이웃하는 농축실을 공유할 수 있다. 도 6에 나타낸 EDI 장치는, 도 4에 나타낸 장치에 있어서, 이와 같이 셀 세트를 복수 배열한 것이며, 음이온 교환막(32), 탈염실(23), 양이온 교환막(33) 및 농축실(24)로 1개의 셀 세트가 구성되는 것으로서, 이 셀 세트를 양극실(21)에 가장 가까운 농축실(22)과 음극실(25) 사이에 N개 배치한 것이다. 여기에서 N은 1 이상의 정수이다. 양극실(21)에는 양이온 교환 수지(CER)가 충전되고, 농축실(22, 24)과 음극실(25)에는 음이온 교환 수지(AER)이 충전되고, 탈염실(23)에는 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지가 혼상(MB)으로 충전되어 있다. 양극실(21)에 외부에서부터 물을 공급하는 것은 아니고, 음극실(25)의 출구수가 양극실(21)에 공급되게 되어 있다. 또한, 도 4에 나타낸 것과 달리, 탈염실(23) 내에서의 물의 흐름 방향은, 그 양측의 농축실(22, 24)에서의 물의 흐름 방향에 대하여 향류로 되어 있다.6 shows another form of an EDI device according to the present invention. As described above, with the EDI device, a basic configuration (i.e., cell set) consisting of [concentration chamber|anion exchange membrane (AEM)|demineralization chamber|cation exchange membrane (CEM)|concentration chamber] can be juxtaposed between the anode and the cathode. can In this case, adjacent enrichment chambers may be shared between adjacent cell sets. The EDI device shown in FIG. 6 is the device shown in FIG. 4, in which a plurality of cell sets are arranged in this way, and consists of an anion exchange membrane 32 , a desalting chamber 23 , a cation exchange membrane 33 , and a concentration chamber 24 . One cell set is constituted, and N cell sets are arranged between the enrichment chamber 22 and the cathode chamber 25 closest to the anode chamber 21 . Here, N is an integer greater than or equal to 1. The anode chamber 21 is filled with a cation exchange resin (CER), the enrichment chambers 22 and 24 and the cathode chamber 25 are filled with an anion exchange resin (AER), and the desalination chamber 23 is filled with an anion exchange resin and A cation exchange resin is charged in a mixed bed (MB). The anode chamber 21 is not supplied with water from the outside, but the outlet water from the cathode chamber 25 is supplied to the anode chamber 21 . In addition, unlike the one shown in FIG. 4, the flow direction of the water in the desalination chamber 23 is countercurrent with respect to the flow direction of the water in the concentrating chambers 22 and 24 on both sides.

도 7은 본 발명에 의거한 EDI 장치의 또 다른 형태를 나타내고 있다. 이 EDI 장치는 도 4에 나타낸 것과 마찬가지의 것이지만, 탈염실(23) 내에 있어서, 피처리수의 입구에 가까운 영역에 음이온 교환 수지를 배치하고, 출구에 가까운 영역에서는 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지를 혼상으로 설치하고 있다. 당연한 것이지만, 음이온 교환막(32), 탈염실(23), 양이온 교환막(33) 및 농축실(24)로 1개의 셀 세트가 구성되는 것으로 하여, 이 셀 세트를 양극실(21)에 가장 가까운 농축실(22)과 음극실(25) 사이에 N개 배치할 수 있다. 여기에서도 N은 1 이상의 정수이다.7 shows another form of an EDI device according to the present invention. This EDI device is similar to that shown in Fig. 4, but in the desalting chamber 23, an anion exchange resin is disposed in a region close to the inlet of the water to be treated, and an anion exchange resin and a cation exchange resin are disposed in a region close to the outlet. It is installed in a mixed phase. As a matter of course, assuming that one cell set is composed of the anion exchange membrane 32 , the desalting chamber 23 , the cation exchange membrane 33 , and the concentration chamber 24 , this cell set is concentrated closest to the anode chamber 21 . N pieces can be arranged between the chamber 22 and the cathode chamber 25 . Here again, N is an integer greater than or equal to 1.

도 8에 나타낸 EDI 장치는, 도 7에 나타낸 것과 마찬가지의 것이지만, 탈염실(23)을 그 속에서의 물의 흐름 방향에 따라서 4개의 영역으로 나누고, 피처리수의 입구의 위치부터 순서대로, 양이온 교환 수지, 음이온 교환 수지, 양이온 교환 수지, 음이온 교환 수지로 놓이도록, 각각의 영역에 이온교환수지를 배치한 것이다. 즉, 도 8에 나타낸 EDI 장치는, 물의 흐름 방향에 따라 양이온 교환 수지층과 음이온 교환 수지층이 교대로 배치된 복층상 구성의 이온교환체를 탈염실(23)에 구비하는 것이다. 또한, 도 8에 나타낸 EDI 장치에서는, 도 7에 나타낸 것과는 달리, 탈염실(23) 내에서의 물의 흐름 방향은, 그 양측의 농축실(22, 24)에서의 물의 흐름 방향에 대하여 향류로 되어 있다.The EDI apparatus shown in Fig. 8 is the same as that shown in Fig. 7, but the desalination chamber 23 is divided into four regions according to the flow direction of the water therein, and the positive ions are sequentially obtained from the position of the inlet of the to-be-treated water. An ion exchange resin is disposed in each region so as to be placed on an exchange resin, an anion exchange resin, a cation exchange resin, and an anion exchange resin. That is, in the EDI device shown in FIG. 8 , the desalting chamber 23 is provided with an ion exchanger having a multilayer structure in which cation exchange resin layers and anion exchange resin layers are alternately arranged along the flow direction of water. Further, in the EDI device shown in Fig. 8, unlike that shown in Fig. 7, the flow direction of water in the demineralization chamber 23 is countercurrent to the flow direction of water in the enrichment chambers 22 and 24 on both sides thereof. have.

도 9에 나타낸 EDI 장치는, 도 7에 나타낸 것과 마찬가지의 것이지만, 탈염실(23)을 그 속에서의 물의 흐름 방향에 따라서 3개의 영역으로 나누고, 피처리수의 입구의 위치부터 순서대로, 음이온 교환 수지, 양이온 교환 수지, 음이온 교환 수지로 놓이도록, 각각의 영역에 이온교환수지를 배치한 것이다. 도 9에 나타낸 EDI 장치에 있어서도, 탈염실(23) 내의 이온교환체는 복층상 구성으로 되어 있다.The EDI apparatus shown in FIG. 9 is the same as that shown in FIG. 7, but the desalination chamber 23 is divided into three regions according to the flow direction of water therein, and negative ions are An ion exchange resin is disposed in each region so as to be placed as an exchange resin, a cation exchange resin, and an anion exchange resin. Also in the EDI device shown in Fig. 9, the ion exchanger in the desalting chamber 23 has a multi-layered configuration.

본 발명에 의거한 EDI 장치에서는, 각 탈염실에 있어서 양극을 향한 쪽의 음이온 교환막과 음극을 향한 쪽의 양이온 교환막 사이에 중간 이온교환막(IIEM)을 설치하고, 중간 이온교환막에 의해서 그 탈염실을 제1 소탈염실 및 제2 소탈염실로 구획하고, 제1 소탈염실 및 제2 소탈염실 중 한쪽의 소탈염실에 피처리수가 공급되어서 한쪽의 소탈염실로부터 유출되는 물이 다른 쪽의 소탈염실로 유입되도록, 제1 및 제2 소탈염실을 연통 배치할 수 있다. 중간 이온교환막으로서는, 음이온 교환막 및 양이온 교환막을 모두 사용할 수 있다. 이때, 양극에 가까운 쪽의 소탈염실을 제1 소탈염실, 음극에 가까운 쪽의 소탈염실을 제2 소탈염실로 하면, 제1 소탈염실에는 적어도 음이온 교환체가 충전되고, 제2 소탈염실에는 적어도 양이온 교환체가 충전된다. 촉매 입자는, 각각 소탈염실 내의 이온교환체, 중간 이온교환막, 제1 소탈염실의 양극을 향한 쪽에 설치되는 음이온 교환막, 및 제2 소탈염실의 음극을 향한 쪽에 설치되는 양이온 교환막 중 적어도 하나에 흡착된다.In the EDI apparatus according to the present invention, in each desalting chamber, an intermediate ion exchange membrane (IIEM) is provided between the anion exchange membrane on the anode-facing side and the cation exchange membrane on the cathode-facing side, and the desalting chamber is separated by the intermediate ion exchange membrane. The first demineralization chamber and the second demineralization chamber are divided, and the water to be treated is supplied to one demineralization chamber among the first demineralization chamber and the second demineralization chamber, and the water flowing out from one demineralization chamber is discharged from the other demineralization and demineralization chamber. The first and second demineralization chambers may be disposed in communication with each other to flow into the demineralization chamber. As the intermediate ion exchange membrane, both an anion exchange membrane and a cation exchange membrane can be used. At this time, if the demineralization and demineralization chamber close to the positive electrode is the first demineralization chamber and the demineralization and demineralization chamber close to the cathode is the second demineralization chamber, the first demineralization chamber is filled with at least an anion exchanger, and the second demineralization and demineralization chamber is The yarn is at least filled with a cation exchanger. Catalyst particles, respectively, at least one of an ion exchanger in the demineralization chamber, an intermediate ion exchange membrane, an anion exchange membrane provided on a side facing the anode of the first demineralization and demineralization chamber, and a cation exchange membrane provided on a side facing the cathode of the second demineralization and demineralization chamber is adsorbed to

도 10은 이와 같이 탈염실을 중간 이온교환막에 의해서 2개의 소탈염실로 구획한 EDI 장치의 예를 나타내고 있다. 이 EDI 장치는, 도 6에 나타낸 EDI 장치에 있어서의 각 탈염실(23)을 중간 이온교환막(36)에 의해서 제1 소탈염실(26)과 제2 소탈염실(27)로 구획한 구성을 갖는다. 이 예에서는, 중간 이온교환막(36)으로서, 음이온 교환막이 사용되고 있다. 양극(11)에 가까운 쪽의 제1 소탈염실(26)에는 음이온 교환 수지가 충전되고, 음극(12)에 가까운 쪽의 제2 소탈염실(27)에는 양이온 교환 수지가 충전되어 있다. 피처리수는 우선 제2 소탈염실(27)에 공급되고, 제2 소탈염실(27)로부터의 출구수가, 제2 소탈염실(27)에서의 물의 흐름과 병류가 되도록, 제1 소탈염실(26)에 공급되고, 제1 소탈염실(26)로부터, 처리 후의 물로서, 탈이온수가 얻어진다. 제1 및 제2 소탈염실(26, 27)에서의 물의 흐름에 대하여, 양극실(21), 농축실(22, 24) 및 음극실(25)에서의 물의 흐름은 향류로 되어 있다.FIG. 10 shows an example of an EDI apparatus in which the desalting chamber is divided into two demineralization chambers by an intermediate ion exchange membrane in this way. This EDI apparatus has a configuration in which each demineralization chamber 23 in the EDI apparatus shown in FIG. 6 is partitioned into a first demineralization chamber 26 and a second demineralization chamber 27 by an intermediate ion exchange membrane 36. has In this example, as the intermediate ion exchange membrane 36, an anion exchange membrane is used. The first demineralization and desalination chamber 26 closer to the anode 11 is filled with an anion exchange resin, and the second demineralization and demineralization chamber 27 closer to the cathode 12 is filled with a cation exchange resin. The to-be-treated water is first supplied to the second demineralization and demineralization chamber 27, and the outlet water from the second demineralization and demineralization chamber 27 becomes co-current with the flow of water in the second demineralization and demineralization chamber 27. It is supplied to the demineralization chamber 26, and from the 1st demineralization and demineralization chamber 26, deionized water is obtained as water after treatment. With respect to the flow of water in the first and second demineralization and demineralization chambers 26 and 27 , the flow of water in the anode chamber 21 , the enrichment chambers 22 , 24 and the cathode chamber 25 is countercurrent.

도 11은 도 10에 나타낸 EDI 장치에 있어서의 촉매 입자에 의한 물의 해리 반응을 모식적으로 나타내고 있다. 여기에서는 음이온 교환막인 중간 이온교환막(36)에 촉매 입자(43)가 흡착되는 것으로 한다. 양이온 교환체(41)와 중간 이온교환막(36)에 의해서, 이종 이온교환성 물질의 계면이 구성되어 있을 경우에는, 도시한 바와 같이, 이 계면에 있어서의 물의 해리가 촉진되어서, 중간 이온교환막(36) 측에 수산화물 이온이, 양이온 교환체(41) 측에 수소 이온이 효율적으로 생성된다.FIG. 11 schematically shows the dissociation reaction of water by catalyst particles in the EDI apparatus shown in FIG. 10 . Here, it is assumed that the catalyst particles 43 are adsorbed to the intermediate ion exchange membrane 36 which is an anion exchange membrane. When the interface of the heterogeneous ion exchange material is constituted by the cation exchanger 41 and the intermediate ion exchange membrane 36, the dissociation of water at this interface is promoted, as shown in the figure, and the intermediate ion exchange membrane ( Hydroxide ions are efficiently generated on the side of 36) and hydrogen ions are efficiently generated on the side of the cation exchanger (41).

도 12는 이와 같이 탈염실을 중간 이온교환막에 의해서 2개의 소탈염실로 구획한 EDI 장치의 다른 예를 나타내고 있다. 이 EDI 장치는, 도 7에 나타낸 EDI 장치에 있어서의 각 탈염실(23)을 중간 이온교환막(36)에 의해서 양극(11)에 가까운 쪽의 제1 소탈염실(26)과 음극(12)에 가까운 쪽의 제2 소탈염실(27)로 구획한 것이며, 제1 소탈염실(26)에는 음이온 교환 수지를 충전하고, 제2 소탈염실(27)에는 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지를 혼상으로 충전한 것이다. 피처리수는 제1 소탈염실(26)에 공급되고, 제1 소탈염실(26)의 출구수가 제2 소탈염실(27)에 이송되어, 제2 소탈염실(27)로부터 탈이온수가 얻어진다. 중간 이온교환막(36)에는 예를 들면 음이온 교환막이 사용된다.12 shows another example of the EDI device in which the desalting chamber is divided into two demineralization chambers by an intermediate ion exchange membrane in this way. In this EDI apparatus, each demineralization chamber 23 in the EDI apparatus shown in FIG. 7 is connected to a first demineralization chamber 26 and a cathode 12 on the side closer to the anode 11 by an intermediate ion exchange membrane 36. It is divided into a second demineralization and demineralization chamber 27 on the side closer to , and the first demineralization chamber 26 is filled with an anion exchange resin, and an anion exchange resin and a cation exchange resin are added to the second demineralization and demineralization chamber 27 It is filled with soul. The to-be-treated water is supplied to the first demineralization and demineralization chamber 26 , and the outlet water of the first demineralization and demineralization chamber 26 is transferred to the second demineralization and demineralization chamber 27 , and deionized water from the second demineralization and demineralization chamber 27 . is obtained For the intermediate ion exchange membrane 36, for example, an anion exchange membrane is used.

도 13에 나타낸 EDI 장치는, 도 12에 나타낸 EDI 장치에 있어서의 제2 소탈염실(27)에 있어서, 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지를 혼상으로 설치하는 것이 아니라, 제2 소탈염실(27)의 입구에 가까운 영역에 양이온 교환 수지를 배치하고, 출구에 가까운 영역에 음이온 교환 수지를 배치하도록 한 것이다.In the EDI apparatus shown in Fig. 13, in the second demineralization chamber 27 in the EDI apparatus shown in Fig. 12, the anion exchange resin and the cation exchange resin are not provided in a mixed phase, but in the second demineralization chamber 27 ), the cation exchange resin is arranged in the region close to the inlet, and the anion exchange resin is arranged in the region close to the outlet.

[실시예][Example]

이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의거해서, 더욱 상세히 설명한다. 실시예 및 비교예에서는, 전술한 구성의 탈이온수 제조 시스템 혹은 EDI 장치를 조립하고, 이들 탈이온수 제조 시스템 혹은 EDI 장치를 실제로 동작시켰다. 이들 실시예 및 비교예에서는, 조립 시 촉매 입자를 사용할지의 여부를 선택하는 것에 의해, 촉매 입자의 사용의 유무에 의한 본 발명에 의한 효과를 확인하였다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples and Comparative Examples. In Examples and Comparative Examples, the deionized water production system or EDI device having the above-described configuration was assembled, and these deionized water production systems or EDI devices were actually operated. In these Examples and Comparative Examples, by selecting whether or not to use catalyst particles during granulation, the effect of the present invention by the presence or absence of catalyst particles was confirmed.

[실시예 1 및 비교예 1][Example 1 and Comparative Example 1]

실시예 1 및 비교예 1에서 사용한 EDI 장치는, 도 6에 나타낸 EDI 장치에 있어서, 양극실(21)과 음극실(25) 사이에 있어서의 음이온 교환막(AEM)(32), 탈염실(23), 양이온 교환막(CEM)(33) 및 농축실(24)로 이루어진 기본구성(셀 세트)의 반복 횟수 N을 3으로 한 것이다. 양극실(21)에는 양이온 교환 수지(CER)를 충전하고, 각 농축실(22, 24) 및 음극실(25)에는 음이온 교환 수지(AER)를 충전하고, 탈염실(23)에는 양이온 교환 수지와 음이온 교환 수지를 혼상(MB)으로 해서 충전하였다. 양이온 교환 수지에는, 이온교환기로서 설폰산기를 갖는 스타이렌계의 강산성 양이온 교환 수지인 앰버라이트(등록상표)IR120B(다우케미컬사 제품, 겉보기 밀도의 참고값: 약 840g/ℓ)를 사용하고, 음이온 교환 수지에는, 이온교환기로서 제4급 암모늄기를 갖는 스타이렌계의 강염기성 음이온 교환 수지인 앰버라이트(등록상표) IRA402BL(다우케미컬사 제품, 겉보기 밀도의 참고값: 약 715g/ℓ)을 사용하였다. 양이온 교환막에는 셀레미온(SELEMION)(등록상표)CME(AGC엔지니어링사 제품)를 사용하고, 음이온 교환막에는 셀레미온(등록상표)AME(AGC엔지니어링사 제품)를 사용하였다. 여기서 사용한 양이온 교환막 및 음이온 교환막은, 모두 불균질 이온교환막이다. 불균질 이온교환막이란, 입상 이온교환수지를 미분으로 하고, 이것을 열가소성 또는 열경화성 결합제로 응고시켜서 막 형상으로 성형한 것이며, 기계적 강도는 균질 이온교환막에 비해서 일반적으로 우수하다. 이것에 대하여, 균질 이온교환막은, 이온교환수지 자체를 막 형상으로 성형한 것이다.The EDI apparatus used in Example 1 and Comparative Example 1 is the EDI apparatus shown in FIG. 6 , an anion exchange membrane (AEM) 32 and a desalination chamber 23 between the anode chamber 21 and the cathode chamber 25 . ), the cation exchange membrane (CEM) 33 and the concentration chamber 24, the number of repetitions N of the basic configuration (cell set) being set to 3. The anode chamber 21 is filled with a cation exchange resin (CER), each of the concentration chambers 22 and 24 and the cathode chamber 25 is filled with an anion exchange resin (AER), and the desalination chamber 23 is filled with a cation exchange resin. and an anion exchange resin were charged as a mixed phase (MB). As the cation exchange resin, Amberlite (registered trademark) IR120B, a styrene-based strongly acidic cation exchange resin having a sulfonic acid group as an ion exchange group (manufactured by Dow Chemical, reference value of apparent density: about 840 g/L) was used, and anion exchange As the resin, Amberlite (registered trademark) IRA402BL (manufactured by Dow Chemical, reference value of apparent density: about 715 g/L), which is a styrene-based strongly basic anion exchange resin having a quaternary ammonium group as an ion exchange group, was used. SELEMION (registered trademark) CME (manufactured by AGC Engineering) was used for the cation exchange membrane, and SELEMION (registered trademark) AME (manufactured by AGC Engineering) was used for the anion exchange membrane. Both the cation exchange membrane and the anion exchange membrane used herein are heterogeneous ion exchange membranes. The heterogeneous ion-exchange membrane is a finely divided granular ion-exchange resin, solidified with a thermoplastic or thermosetting binder, and molded into a membrane shape, and the mechanical strength is generally superior to that of a homogeneous ion-exchange membrane. In contrast, the homogeneous ion exchange membrane is formed by forming the ion exchange resin itself into a membrane shape.

비교예 1에서는, 촉매 입자를 흡착시키고 있지 않은 음이온 교환 수지를 탈염실(23)에 이용했지만, 실시예 1에서는, 이하의 처리 방법으로 미리 음이온 교환 수지에 대해서 촉매 입자에 의한 처리를 행하고, 처리 후의 음이온 교환 수지를 양이온 교환 수지와 혼합해서 탈염실(23)에 충전하였다. 음이온 교환 수지에 대한 처리에 이용하는 입자로서, 실시예 1에서는, 음이온 교환 수지에 흡착되는 입자를 사용해서 음이온 교환 수지의 처리를 행하고, 그 결과, 해당 입자를 음이온 교환 수지의 표면에 흡착시켰다. 또, 어느 쪽의 경우에 있어서도, 양극실(21), 농축실(22, 24) 및 음극실(25)에 충전되는 이온교환수지로서는, 입자를 흡착시키고 있지 않은 것을 사용하였다.In Comparative Example 1, an anion exchange resin on which catalyst particles were not adsorbed was used for the desalting chamber 23, but in Example 1, the anion exchange resin was previously treated with catalyst particles by the following treatment method and treated The subsequent anion exchange resin was mixed with a cation exchange resin, and the desalting chamber 23 was filled. As the particles used for treatment with the anion exchange resin, in Example 1, the anion exchange resin was treated using particles adsorbed to the anion exchange resin, and as a result, the particles were adsorbed on the surface of the anion exchange resin. In either case, as the ion exchange resin to be filled in the anode chamber 21, the concentration chambers 22 and 24, and the cathode chamber 25, a resin that does not adsorb particles was used.

다음에, 실시예 1에서 사용한 입자에 대해서 구체적으로 설명한다.Next, the particle|grains used in Example 1 are demonstrated concretely.

실시예 1에서는, 다가 금속인 마그네슘과 알루미늄을 포함한 규산염 광물인 애터펄자이트를 촉매 입자로서 사용하였다. SEM에서 20000배로 확대해서 관찰한 바, 실시예 1에서 사용한 애터펄자이트의 입자 직경의 범위는 0.02 내지 10㎛였다. 애터펄자이트는 바늘 형상 입자이므로, 그 장경(長徑)을 입자 직경으로 하였다. 같은 SEM화상으로 계측한 바, 사용한 애터펄자이트의 단경(短頸)의 범위는 0.01 내지 1㎛였다. 단경이란, 장경의 중앙의 위치에서 장경과 직교하는 방향에서의 길이이다. 실시예 1에서 사용한 애터펄자이트(CAS번호: 12174-11-7)는, 일반적인 조성식이 (Mg, Al)5Si8O20·4H2O로 기재되는 것이며, 규소와 마그네슘과 알루미늄의 비가 이산화규소(SiO2)와 산화마그네슘(MgO)과 산화알루미늄(Al2O3)의 질량비로 환산하여, SiO2:MgO:Al2O3=65:13:12인 것이다.In Example 1, attapulgite, a silicate mineral containing polyvalent metal magnesium and aluminum, was used as catalyst particles. When observed at 20000 times magnification by SEM, the particle diameter of the attapulgite used in Example 1 was in the range of 0.02 to 10 µm. Since attapulgite is a needle-shaped particle, the major axis was taken as the particle diameter. As measured by the same SEM image, the range of the minor diameter of the used attapulgite was 0.01 to 1 µm. The minor axis is a length in a direction orthogonal to the major axis at the central position of the major axis. The attapulgite used in Example 1 (CAS No: 12174-11-7) is a general formula (Mg, Al) 5 Si 8 O 20 ·4H 2 O, wherein the ratio of silicon, magnesium and aluminum is In terms of the mass ratio of silicon dioxide (SiO 2 ), magnesium oxide (MgO), and aluminum oxide (Al 2 O 3 ), SiO 2 :MgO:Al 2 O 3 =65:13:12.

(음이온 교환 수지의 처리방법)(Processing method of anion exchange resin)

순수에 입자를 분산시켜, 그 속에 음이온 교환 수지를 침지 후, 교반하면서 음이온 교환 수지의 표면에 입자를 흡착시키는 처리를 행하였다. 이때 사용하는 입자의 양은, 음이온 교환 수지 1ℓ에 대해서 300㎎으로 하였다. 처리한 음이온 교환 수지는 순수로 잘 세정하고, 물기를 빼고 나서 사용하였다.After dispersing the particles in pure water and immersing the anion exchange resin therein, a treatment was performed to adsorb the particles to the surface of the anion exchange resin while stirring. The quantity of the particle|grains used at this time was 300 mg with respect to 1 L of anion exchange resin. The treated anion exchange resin was washed well with pure water and dried before use.

처리 후의 음이온 교환 수지에 대하여, 유도 결합 플라즈마(ICP) 발광 분광 분석법을 이용해서 애터펄자이트의 정량을 행한 바 음이온 교환 수지에 흡착하고 있던 애터펄자이트의 질량은 음이온 교환 수지 1ℓ에 대해서 190㎎이었다. 애터펄자이트의 비중이 2.4g/㎤인 것으로부터, 흡착된 애터펄자이트의 체적의 음이온 교환 수지의 체적에 대한 비율은 0.0079%인 것으로 된다. 음이온 교환 수지의 밀도는 수분 함유율로 변화될 수 있지만, 전술한 겉보기 밀도 715g/ℓ를 사용하면, 음이온 교환 수지에 대한 애터펄자이트의 질량비는 0.027질량%가 된다.With respect to the treated anion exchange resin, attapulgite was quantified using inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopy. As a result, the mass of attapulgite adsorbed to the anion exchange resin was 190 per 1 L of the anion exchange resin. mg was. Since the specific gravity of attapulgite is 2.4 g/cm 3 , the ratio of the adsorbed volume of attapulgite to the volume of the anion exchange resin is 0.0079%. The density of the anion exchange resin can be varied with the water content, but using the above-mentioned apparent density of 715 g/L, the mass ratio of attapulgite to the anion exchange resin becomes 0.027 mass%.

실시예 1 및 비교예 1에 있어서의 EDI 장치의 사양과, 통수 유량, 인가 전압, 공급수의 수질 등의 운전 조건은, 이하와 같다. 또, 이하의 설명에 있어서, 피처리수 유량은 EDI 장치에 있어서의 복수의 탈염실(23)에 공급되는 피처리수의 유량의 총량이고, 전극실 유량은 양극실(21)과 음극실(25)에 공급되는 공급수의 유량이며, 농축수 유량은 복수의 농축실(22, 24)에 공급되는 공급수의 유량의 합이다.The specifications of the EDI apparatus in Example 1 and Comparative Example 1, and operating conditions, such as water flow rate, an applied voltage, and the water quality of supply water, are as follows. In addition, in the following description, the flow rate of to-be-processed water is the total amount of flow rates of the to-be-processed water supplied to the plurality of desalination chambers 23 in EDI apparatus, and the flow rate of electrode chamber is the anode chamber 21 and the cathode chamber ( 25), and the concentrated water flow rate is the sum of the flow rates of the feed water supplied to the plurality of enrichment chambers 22 and 24.

·탈염실: 치수 300×100×10㎜ 혼상(MB) 충전(체적비: 양이온 교환 수지/음이온 교환 수지=1/1)Demineralization chamber: dimensions 300 × 100 × 10 mm multi-phase (MB) filling (volume ratio: cation exchange resin / anion exchange resin = 1/1)

·농축실: 치수 300×100×5㎜ 음이온 교환 수지(AER) 충전Concentration chamber: dimension 300 × 100 × 5 mm filled with anion exchange resin (AER)

·양극실: 치수 300×100×4㎜ 양이온 교환 수지(CER) 충전·Anode chamber: 300 × 100 × 4 mm cation exchange resin (CER) filling

·음극실: 치수 300×100×4㎜ 음이온 교환 수지(AER) 충전·Cathode chamber: dimension 300 × 100 × 4 mm filled with anion exchange resin (AER)

·피처리수 유량: 180ℓ/h・Water flow rate: 180ℓ/h

·농축수 유량: 30ℓ/hConcentrated water flow rate: 30ℓ/h

·전극수 유량: 10ℓ/h・Electrode water flow rate: 10ℓ/h

·공급수 및 피처리수: 역침투막(RO) 투과수, 도전율 5±1μS/㎝Supply water and untreated water: Reverse osmosis membrane (RO) permeated water, conductivity 5±1 μS/cm

·인가 전류값: 0.9A·Applied current value: 0.9A

·인가 전류밀도: 0.3A/dm2 ·Applied current density: 0.3A/dm 2

실시예 1 및 비교예 1의 장치에 대해서, 상기 조건에서의 1000시간의 운전을 행하고, 운전 전압과 얻어진 탈이온수의 비저항을 비교하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.The devices of Example 1 and Comparative Example 1 were operated for 1000 hours under the above conditions, and the operating voltage and specific resistance of the obtained deionized water were compared. A result is shown in Table 1.

실시예 1Example 1 비교예 1Comparative Example 1 음이온교환수지에 흡착시킨 입자Particles adsorbed to anion exchange resin 애터펄자이트attapulgite 없음none 운전전압[V]Operating voltage [V] 11.911.9 23.223.2 비저항[㏁·㎝]Specific resistance [㏁ cm] 17.117.1 9.09.0

실시예 1과 촉매 입자를 사용하지 않은 비교예 1을 비교하면, 분명히 실시예 1 쪽이 운전 전압, 수질 모두 양호하기 때문에, 본 발명의 기본적인 효과를 확인할 수 있었다.When Example 1 was compared with Comparative Example 1 in which no catalyst particles were used, the basic effect of the present invention could be confirmed because Example 1 clearly showed better operating voltage and water quality.

실시예 1에서는, 탈염실에 이용되는 음이온 교환 수지에 촉매 입자를 흡착시켰지만, 또한, EDI 장치를 구성하는 각 전극실이나 농축실에 사용되는 이온교환수지의 전부 또는 일부에 촉매 입자를 흡착시키도록 해도 된다.In Example 1, catalyst particles were adsorbed to the anion exchange resin used in the desalination chamber, but all or part of the ion exchange resin used in each electrode chamber or concentrating chamber constituting the EDI device was allowed to adsorb the catalyst particles. You can do it.

[실시예 2-1, 2-2 및 비교예 2][Examples 2-1, 2-2 and Comparative Example 2]

실시예 2-1, 2-2 및 비교예 2에서 사용한 EDI 장치는, 도 10에 나타낸 EDI 장치에 있어서, 양극실(21)과 음극실(25) 사이에 있어서의 음이온 교환막(32), 제1 탈염실(26), 중간 이온교환막(IIEM)(36), 제2 소탈염실(27), 양이온 교환막(33) 및 농축실(24)로 이루어진 기본구성(셀 세트)의 반복 횟수 N을 3으로 한 것이다. 양극실(21) 및 제2 소탈염실에는 양이온 교환 수지를 충전하고, 각 농축실(22, 24), 제1 소탈염실(26) 및 음극실(25)에는 음이온 교환 수지를 충전하였다. 제1 소탈염실(26)과 제2 소탈염실(27)을 구획하는 중간 이온교환막(36)에는, 음이온 교환막을 사용하였다. 음이온 교환 수지, 양이온 교환 수지, 음이온 교환막 및 양이온 교환막으로서는, 각각, 실시예 1에서 사용한 것과 같은 것을 사용하였다. 단, 음이온 교환 수지에 대해서는 촉매 입자를 흡착시키고 있지 않다. 특히, 실시예 2-1, 2-2에서는, 이하의 처리 방법으로 미리 음이온 교환막에 본 발명에서 말하는 촉매 입자를 흡착시키고, 촉매 입자를 흡착시킨 음이온 교환막을 중간 이온교환막(36)으로서 이용하였다. 음이온 교환막(32, 34)이나 양이온 교환막(31, 33)에는 촉매 입자의 흡착을 행하고 있지 않다. 촉매 입자로서, 실시예 1에서 이용한 바와 같은 규격의 애터펄자이트를 사용하였다. 비교예 2에서는, 음이온 교환막에의 촉매 입자의 흡착을 행하고 있지 않다.The EDI apparatus used in Examples 2-1 and 2-2 and Comparative Example 2 was the EDI apparatus shown in FIG. 10, the anion exchange membrane 32 between the anode chamber 21 and the cathode chamber 25, The number of repetitions N of the basic configuration (cell set) consisting of 1 desalting chamber 26, intermediate ion exchange membrane (IIEM) 36, second demineralization chamber 27, cation exchange membrane 33 and enrichment chamber 24 is it was done with 3. A cation exchange resin was filled in the anode chamber 21 and the second demineralization chamber, and an anion exchange resin was filled in each of the concentration chambers 22 and 24 , the first demineralization chamber 26 and the cathode chamber 25 . An anion exchange membrane was used for the intermediate ion exchange membrane 36 dividing the first demineralization chamber 26 and the second demineralization and demineralization chamber 27 . As an anion exchange resin, a cation exchange resin, an anion exchange membrane, and a cation exchange membrane, the thing similar to that used in Example 1 was used, respectively. However, catalyst particles are not adsorbed to the anion exchange resin. In particular, in Examples 2-1 and 2-2, the catalyst particles referred to in the present invention were adsorbed to the anion exchange membrane in advance by the following treatment method, and the anion exchange membrane to which the catalyst particles were adsorbed was used as the intermediate ion exchange membrane 36 . Catalyst particles are not adsorbed to the anion exchange membranes 32 and 34 and the cation exchange membranes 31 and 33 . As the catalyst particles, attapulgite of the same standard as used in Example 1 was used. In Comparative Example 2, adsorption of the catalyst particles to the anion exchange membrane was not performed.

(음이온 교환막의 처리 방법)(Processing method of anion exchange membrane)

순수 1ℓ에 대해서 촉매 입자를 0.2g 분산시키고, 그 속에 음이온 교환막을 침지 후, 교반하면서 음이온 교환막의 표면에 촉매 입자를 흡착시켰다. 처리한 음이온 교환막은 순수로 잘 세정하고, 물기를 빼고 나서 사용하였다.0.2 g of catalyst particles were dispersed per 1 liter of pure water, the anion exchange membrane was immersed therein, and the catalyst particles were adsorbed on the surface of the anion exchange membrane while stirring. The treated anion exchange membrane was washed well with pure water and dried before use.

실시예 2-1, 2-2 및 비교예 2에 있어서의 EDI 장치의 사양과, 통수 유량, 인가 전압, 공급수의 수질 등의 운전 조건은, 이하와 같다.The specifications of the EDI apparatus in Examples 2-1 and 2-2 and Comparative Example 2, and operating conditions such as water flow rate, applied voltage, and water quality of supply water are as follows.

· 제1 소탈염실: 치수 300×100×10㎜ 음이온 교환 수지(AER) 충전· First demineralization chamber: dimension 300 × 100 × 10 mm filled with anion exchange resin (AER)

· 제2 소탈염실: 치수 300×100×10㎜ 양이온 교환 수지(CER) 충전· Second demineralization chamber: 300 × 100 × 10 mm cation exchange resin (CER) filling

·인가 전류값: 0.9A (실시예 2-1, 비교예 2), 30A (실시예 2-2)-Applied current value: 0.9A (Example 2-1, Comparative Example 2), 30A (Example 2-2)

·인가 전류밀도: 0.3A/dm2(실시예 2-1, 비교예 2), 10A/dm2(실시예 2-2)-Applied current density: 0.3A/dm 2 (Example 2-1, Comparative Example 2), 10A/dm 2 (Example 2-2)

·농축실, 양극실, 음극실, 피처리수 유량, 농축수 유량, 전극수 유량, 공급수 및 피처리수에 대해서는, 실시예 1과 같게 하였다.- The concentration chamber, the anode chamber, the cathode chamber, the to-be-treated water flow rate, the concentrated water flow rate, the electrode water flow rate, the feed water and the to-be-treated water were the same as in Example 1.

실시예 2-1, 2-2 및 비교예 2의 장치에 대해서, 상기 조건에서의 1000시간의 운전을 행하여, 운전 전압과 얻어진 탈이온수의 비저항을 비교하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.The devices of Examples 2-1 and 2-2 and Comparative Example 2 were operated for 1000 hours under the above conditions, and the operating voltage and specific resistance of the obtained deionized water were compared. A result is shown in Table 2.

실시예 2-1Example 2-1 실시예 2-2Example 2-2 비교예 2Comparative Example 2 음이온교환수지에 흡착시킨 입자Particles adsorbed to anion exchange resin 애터펄자이트attapulgite 애터펄자이트attapulgite 없음none 인가전압[V]Applied voltage [V] 0.90.9 3030 0.90.9 인가전류밀도[A/dm2]Applied current density [A/dm 2 ] 0.30.3 1010 0.30.3 운전전압[V]Operating voltage [V] 12.112.1 58.158.1 189.3189.3 비저항[㏁·㎝]Specific resistance [㏁ cm] 16.316.3 17.417.4 15.515.5

실시예 2-1과 비교예 2를 비교하면, 실시예 2-1 쪽이 운전 전압, 수질 모두 양호했기 때문에, 탈염실이 중간 이온교환막에 의해서 2개의 소탈염실로 구획된 EDI 장치의 구성이어도, 탈염실을 구획하지 않을 경우와 마찬가지로 본 발명의 효과가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다. 게다가, 탈염실에 충전되는 이온교환체뿐만 아니라, 탈염실을 구획하는 이온교환막에 촉매 입자를 흡착시키는 것에 의해서도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 것도 확인할 수 있었다. 실시예 2-2와 비교예 2를 비교하면, 실시예 2-2 쪽이 전류밀도 10A/dm2로 높은 설정에도 불구하고 운전 전압, 수질 모두 양호했기 때문에, 적어도 전류밀도가 0.3 내지 10A/dm2의 범위에 있어서, 본 발명에 의한 현저한 효과가 얻어지는 것을 알 수 있다.Comparing Example 2-1 with Comparative Example 2, Example 2-1 showed better operating voltage and water quality, so even if the demineralization chamber was divided into two demineralization chambers by an intermediate ion exchange membrane, It was confirmed that the effect of the present invention was obtained as in the case where the desalting chamber was not partitioned. Furthermore, it was also confirmed that the same effect could be obtained by adsorbing catalyst particles not only to the ion exchanger filled in the desalting chamber, but also to the ion exchange membrane partitioning the desalting chamber. Comparing Example 2-2 with Comparative Example 2, in Example 2-2 , the operating voltage and water quality were both good despite the high current density setting of 10 A/dm 2 , so that at least the current density was 0.3 to 10 A/dm. In the range of 2, it turns out that the remarkable effect by this invention is acquired.

전술한 실시예 1,2-1, 2-2에서는, 일례로서 음이온 교환 수지 혹은 음이온 교환막에 촉매 입자를 흡착시켰을 경우의 결과를 나타냈지만, 양이온 교환 수지 혹은 양이온 교환막에 흡착하는 촉매 입자를 선택했을 경우이어도 마찬가지의 효과가 얻어지는 것은 말할 필요도 없다. 또 전술한 실시예에서 이용한 이온교환막은, 모두 불균질 이온교환막이었지만, 균질 이온교환막을 이용했을 경우이어도 마찬가지의 효과가 얻어지는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 전술한 실시예에서는 촉매 입자를 흡착시키는 처리를 실시한 이온교환막을 사용했지만, 촉매 입자를 미리 흡착시킨 이온교환수지를 사용해서 성형한 이온교환막을 사용해도, 전술한 실시예에서 나타낸 것과 마찬가지의 효과가 얻어지는 것은 말할 필요도 없다. 촉매 입자를 미리 흡착시킨 이온교환수지를 사용해서 성형한 이온교환막을 사용하는 경우도, 본 발명의 범주에 포함되는 것이다.In Examples 1, 2-1 and 2-2 described above, as an example, the results obtained when catalyst particles were adsorbed to an anion exchange resin or an anion exchange membrane were shown, but catalyst particles adsorbed to a cation exchange resin or a cation exchange membrane were selected. Needless to say, the same effect is obtained even in this case. In addition, although all of the ion exchange membranes used in the above-mentioned Examples were heterogeneous ion exchange membranes, it goes without saying that the same effect is obtained even when a homogeneous ion exchange membrane is used. Incidentally, although the ion exchange membrane subjected to a treatment for adsorbing catalyst particles was used in the above-mentioned examples, even if an ion exchange membrane molded using an ion exchange resin to which catalyst particles have been adsorbed in advance is used, the same results as those shown in the above-mentioned examples are used. Needless to say, the effect is obtained. The use of an ion exchange membrane molded using an ion exchange resin to which catalyst particles have been adsorbed in advance is also included in the scope of the present invention.

마찬가지로 전술한 실시예 2-1, 2-2에서는, EDI 장치에서 사용되는 음이온 교환막 중, 탈염실을 더욱 소탈염실로 구획하는 중간 이온교환막에 대하여 그 전체면에 촉매 입자를 흡착시켰지만, EDI 장치에서 다른 이온교환막에 대해서도 촉매 입자를 흡착시켜도 되고, 또한, 이온교환막의 편면이나 이온교환막의 특정한 개소에만 촉매 입자를 흡착시켜도 된다. 특히 실시예 2-1, 2-2에서는 탈염실을 소탈염실로 구획하는 중간 이온교환막으로서 음이온 교환막을 선택했지만, 양이온 교환막을 중간 이온교환막으로서 사용할 경우에도 본 발명의 효과가 얻어지는 것은 말할 필요도 없다. 그 경우, 양이온 교환막에 촉매 입자를 흡착시킬지, 혹은 어느 쪽인가의 소탈염실에 충전되는 음이온 교환 수지에 촉매 입자를 흡착시킬지를 적절하게 선택할 수 있다.Similarly, in Examples 2-1 and 2-2 described above, among the anion exchange membranes used in the EDI apparatus, the catalyst particles were adsorbed on the entire surface of the intermediate ion exchange membrane that further divides the desalting chamber into a demineralization chamber, but in the EDI apparatus The catalyst particles may be adsorbed to other ion exchange membranes as well, or the catalyst particles may be adsorbed only on one side of the ion exchange membrane or a specific location of the ion exchange membrane. In particular, in Examples 2-1 and 2-2, an anion exchange membrane was selected as an intermediate ion exchange membrane for partitioning the desalting chamber into a demineralization chamber, but it goes without saying that the effect of the present invention is obtained even when the cation exchange membrane is used as an intermediate ion exchange membrane. . In that case, it is possible to appropriately select whether the catalyst particles are adsorbed to the cation exchange membrane or the catalyst particles are adsorbed to the anion exchange resin filled in one of the demineralization and desalination chambers.

[실시예 3 및 비교예 3][Example 3 and Comparative Example 3]

실시예 3 및 비교예 3에서는, 실시예 1 및 비교예 1의 EDI 장치와 같은 구성이며, 탈염실, 농축실, 양극실 및 음극실의 치수나 그들에 충전되는 이온교환수지도 실시예 1과 같지만, 셀 세트의 반복 횟수 N을 1로 한 EDI 장치를 사용하였다. 실시예 3의 장치에 있어서, 사용한 촉매 입자는 실시예 1에서 사용한 것과 같은 규격의 것이고, 음이온 교환 수지의 처리 방법도 실시예 1의 경우와 같이 하였다.In Example 3 and Comparative Example 3, the EDI apparatus of Example 1 and Comparative Example 1 has the same configuration, and the dimensions of the desalting chamber, the enrichment chamber, the anode chamber and the cathode chamber and the ion exchange resin filled in them are also the same as in Example 1 The same, but an EDI device with the number of repetitions N of the cell set equal to 1 was used. In the apparatus of Example 3, the catalyst particles used were of the same specifications as those used in Example 1, and the treatment method of the anion exchange resin was the same as that of Example 1.

피처리수 및 공급수로서, 도전율이 1μS/㎝ 이하인 순수를 사용하고, 피처리수 유량을 60ℓ/h, 농축수 유량을 10ℓ/h, 전극수 유량을 10ℓ/h로 설정하였다. 그리고, 표 3의 인가 전류밀도의 난에 나타낸 인가 전류밀도가 되도록 EDI 장치에 전압을 인가하고, 1시간이 경과한 시점에서의 운전 전압을 구하였다. 결과를 표 3에 나타낸다. 표 3에 있어서 화살표는 측정 시의 전압의 거동을 나타낸 것이며, 우향 화살표(→)는 안정 경향이었던 것을 나타내고, 상향 화살표(↑)는 상승 경향이 있었던 것을 나타내고 있다. 화살표에 의해서 전압의 거동을 나타낸 것은, 이것 이후의 각 표에 있어서도 마찬가지이다.Pure water having a conductivity of 1 µS/cm or less was used as the water to be treated and the feed water, and the flow rate of the water to be treated was 60 L/h, the flow rate of the concentrated water was set to 10 L/h, and the flow rate of the electrode water was set to 10 L/h. Then, a voltage was applied to the EDI device so as to achieve the applied current density shown in the column of applied current density in Table 3, and the operating voltage at the time when 1 hour had elapsed was calculated. A result is shown in Table 3. In Table 3, the arrow shows the behavior of the voltage at the time of measurement, the right arrow (→) shows that there was a stable tendency, and the upward arrow (↑) shows that there was an upward tendency. It is the same also in each table|surface after this that the behavior of a voltage was shown by an arrow.

실시예 3Example 3 비교예 3Comparative Example 3 음이온교환수지에 흡착시킨 입자Particles adsorbed to anion exchange resin 애터펄자이트attapulgite 없음none 인가전류밀도[A/dm2]Applied current density [A/dm 2 ] 0.30.3 1010 0.30.3 1010 운전전압[V]Operating voltage [V] 4.0→4.0→ 17→17→ 4.7↑4.7↑ 30↑30↑

실시예 3과 비교예 3의 결과로부터, 피처리수의 도전율이 작다면 비교예 3에서는 운전 전압의 상승 경향이 발현되고, 촉매 입자에 의한 처리를 행하지 않을 경우에는 운전 전압이 현저하게 상승하여, 실용적인 인가 전류밀도에서의 운전을 행할 수 없는 것이 판명되었다.From the results of Example 3 and Comparative Example 3, when the electrical conductivity of the water to be treated was low, the operating voltage increased in Comparative Example 3, and when the treatment with catalyst particles was not performed, the operating voltage was significantly increased, It has been found that operation at a practical applied current density cannot be performed.

[실시예 4 및 비교예 4][Example 4 and Comparative Example 4]

실시예 3 및 비교예 3과 같은 EDI 장치이지만, 탈염실에 충전되는 이온교환체로서, 이온교환기로서 제4급 암모늄기를 갖는 스타이렌계의 강염기성 음이온 교환 수지인 앰버라이트(등록상표)IRA402BL(다우케미컬사 제품, 겉보기의 밀도의 참고값: 약 715g/ℓ)만을 사용하고, 탈염실을 단상 구성인 것으로 하였다. 실시예 4에서 사용하는 음이온 교환 수지에 대해서는, 미리, 실시예 1에서 설명한 방법과 같은 처리를 행하여, 그 표면에 애터펄자이트를 흡착시켰다. 피처리수 및 공급수로서 실시예 3과 같은 것을 사용하고, 각 실에의 통수 유량도 실시예 3과 같이 해서, 표 4의 인가 전류밀도의 난에 나타낸 인가 전류밀도가 되도록 EDI 장치에 전압을 인가하고, 1시간이 경과한 시점에서의 운전 전압을 구하였다.It is the same EDI device as Example 3 and Comparative Example 3, but as an ion exchanger filled in the desalting chamber, Amberlite (registered trademark) IRA402BL (Dow Only a reference value of apparent density manufactured by Chemical Corporation: about 715 g/L) was used, and the desalting chamber was set to have a single-phase configuration. The anion exchange resin used in Example 4 was previously treated in the same manner as in Example 1 to adsorb attapulgite on its surface. Using the same thing as in Example 3 as the water to be treated and the supplied water, and the flow rate of water passing through each room as in Example 3, a voltage was applied to the EDI device so that the applied current density shown in the column of the applied current density of Table 4 was obtained. was applied, and the operating voltage at the time when 1 hour had passed was calculated.

실시예 4Example 4 비교예 4Comparative Example 4 음이온교환수지에 흡착시킨 입자Particles adsorbed to anion exchange resin 애터펄자이트attapulgite 없음none 인가전류밀도[A/dm2]Applied current density [A/dm 2 ] 0.30.3 0.80.8 0.30.3 0.80.8 운전전압[V]Operating voltage [V] 4.3→4.3→ 5.3→5.3→ 61↑61↑ 97↑97↑

실시예 4 및 비교예 4의 결과로부터, 실시예 1, 3과 같이 혼상의 이온교환수지를 탈염실에 충전할 경우에 비해서, 단상의 이온교환수지를 충전할 경우에, 촉매 입자를 흡착시키는 것의 효과가 특히 증대되는 것을 알 수 있었다.From the results of Example 4 and Comparative Example 4, as in Examples 1 and 3, when the single-phase ion exchange resin is filled, the catalyst particles are adsorbed, compared to when the multi-phase ion exchange resin is filled in the desalting chamber. It was found that the effect was particularly increased.

[실시예 5][Example 5]

도 1에 나타낸 탈이온수 제조 시스템을 조립하였다. 탈이온수 제조 시스템에 설치되는 EDI 장치로서는, 실시예 2-1에서 이용한 EDI 장치에 있어서 셀 세트의 반복 횟수 N을 5로 한 것을 사용하였다. 사용하는 이온교환수지 및 이온교환막, 각 실의 치수 등도 실시예 2-1과 같지만, 이온교환막에의 촉매 입자의 흡착은 행하지 않았다. 그 대신에, EDI 장치에서 사용되는 음이온 교환 수지에 대하여, 미리, 실시예 1에서 나타낸 방법과 같은 방법으로 애터펄자이트를 흡착시켜, 실시예 2-1에서는 음이온 교환막이었던 중간 이온교환막을 양이온 교환막으로 변경하였다. 이 구성으로 함으로써, 제1 소탈염실의 애터펄자이트를 흡착시킨 음이온 교환 수지와 중간 이온교환막 사이에서 수 해리 반응을 촉진시키는 것이 가능하게 된다. 실시예 5에서는, 2단의 역침투막장치를 통과한 투과수를 EDI 장치의 피처리수로서 사용하고 있고, 그 도전율은 2±1μS/㎝이며, 나트륨 농도는 100μg/ℓ이고, 실리카 농도는 50μg/ℓ였다. 공급수로서는 역침투막투과수를 사용하였다.The deionized water production system shown in FIG. 1 was assembled. As the EDI apparatus installed in the deionized water production system, the EDI apparatus used in Example 2-1, in which the number of repetitions N of the cell set was set to 5, was used. The ion exchange resin used, the ion exchange membrane, and the dimensions of each chamber were the same as in Example 2-1, but the catalyst particles were not adsorbed to the ion exchange membrane. Instead, with respect to the anion exchange resin used in the EDI apparatus, attapulgite was adsorbed in advance in the same manner as in Example 1, and in Example 2-1, the intermediate ion exchange membrane, which was the anion exchange membrane, was a cation exchange membrane. was changed to With this configuration, it becomes possible to promote a water dissociation reaction between the anion exchange resin having attapulgite adsorbed in the first demineralization chamber and the intermediate ion exchange membrane. In Example 5, the permeated water that passed through the two-stage reverse osmosis membrane device was used as the water to be treated in the EDI device, the electrical conductivity was 2±1 μS/cm, the sodium concentration was 100 μg/L, and the silica concentration was 50 μg. /L. As feed water, reverse osmosis membrane permeation water was used.

피처리수 유량을 800ℓ/h, 농축수 유량을 80ℓ/h, 전극수 유량을 20ℓ/h로 하고, 인가 전류밀도를 0.5A/dm2로 해서, EDI 장치로부터 유출되는 탈이온수의 수질과 운전 전압을 구하였다. 결과를 표 5에 나타낸다.Water quality and operating voltage of deionized water flowing out of the EDI device with the target water flow rate being 800ℓ/h, concentrated water flow rate 80ℓ/h, electrode water flow rate 20ℓ/h, and applied current density being 0.5A/dm 2 . was saved. A result is shown in Table 5.

실시예 5Example 5 탈이온수의 수질[㏁·㎝]Water quality of deionized water [㏁ cm] 17.917.9 인가전류밀도[A/dm2]Applied current density [A/dm 2 ] 0.50.5 운전전압[V]Operating voltage [V] 19→19→

실시예 5의 결과로부터, 2단의 역침투막장치를 통과한 투과수과 같이 잔류 이온 농도가 낮아서 도전율이 낮은 피처리수를 이용할 경우이어도, EDI 장치에 있어서의 전류밀도를 크게 하는 것이 가능하게 되고, 또한, 피처리수의 유량도 크게 될 수 있는 것을 알 수 있었다. EDI 장치에 있어서의 셀 세트당의 피처리수 유량으로 비교하면, 실시예 5에서의 유량은, 실시예 2에서의 유량의 2.67배가 된다.From the results of Example 5, it is possible to increase the current density in the EDI device even when the treated water having a low residual ion concentration and low conductivity is used, such as permeated water that has passed through a two-stage reverse osmosis membrane device, Moreover, it turned out that the flow volume of to-be-processed water can also become large. Comparing with the flow rate of to-be-processed water per cell set in EDI apparatus, the flow volume in Example 5 becomes 2.67 times the flow volume in Example 2. FIG.

[실시예 6][Example 6]

도 3에 나타낸 탈이온수 제조 시스템을 조립하였다. 이 탈이온수 제조 시스템에는, 직렬로 접속된 2개의 EDI 장치(10, 15)가 이용되지만, 어느 쪽의 EDI 장치(10, 15)에도 실시예 5에서 설명한 것과 같은 EDI 장치를 사용하였다. 2단으로 접속된 막침투 장치(51, 52)를 구비하는 동시에 2단의 EDI 장치(10, 15)를 사용하고 있는 것에 의해, 2단째의 EDI 장치(10)에 공급되는 피처리수는, 비저항이 16±2MΩ·㎝(즉, 도전율은 0.0635± 0.008μS/㎝)로 매우 도전율이 작고, 또한, 그 붕소 농도는, 1± 0.2μg/ℓ였다. 1단째의 EDI 장치(15)의 공급수로서는, 역침투막투과수를 사용하고, 2단째의 EDI 장치(10)의 공급수에는, 1단째의 EDI 장치(15)의 처리수, 즉, 1단째의 EDI 장치(15)로부터의 탈이온수를 사용하였다.The deionized water production system shown in FIG. 3 was assembled. In this deionized water production system, two EDI devices 10 and 15 connected in series were used, but the EDI devices as described in Example 5 were used for either EDI devices 10 and 15. By having the membrane osmosis apparatuses 51 and 52 connected in two stages and using the EDI apparatuses 10 and 15 of the two stages, the to-be-treated water supplied to the EDI apparatus 10 of the second stage is, The specific resistance was 16±2 MΩ·cm (that is, the conductivity was 0.0635±0.008 μS/cm), and the electrical conductivity was very low, and the boron concentration was 1±0.2 μg/L. Reverse osmosis membrane permeation water is used as water supplied to the EDI apparatus 15 in the first stage, and water treated by the EDI apparatus 15 in the first stage, that is, 1 in the water supplied to the EDI apparatus 10 in the second stage. Deionized water from the EDI device 15 in the first stage was used.

1단째의 EDI 장치(15)에 있어서의 피처리수 유량을 570ℓ/h, 농축수 유량을 50ℓ/h, 전극수 유량을 20ℓ/h로 하고, 2단째의 EDI 장치(10)에 있어서의 피처리수 유량을 500ℓ/h, 농축수 유량을 50ℓ/h, 전극수 유량을 20ℓ/h로 하였다. EDI 장치(10, 15)에서의 인가 전류밀도를 모두 0.8A/dm2로 하고, 2단째의 EDI 장치(10)로부터의 흘러나오는 탈이온수의 수질 및 붕소 농도와 운전 전압을 구하였다. 결과를 표 6에 나타낸다.The to-be-processed water flow rate in the EDI apparatus 15 of the 1st stage was 570 L/h, the concentrated water flow volume was 50 L/h, and the electrode water flow rate was 20 L/h, and the to-be-processed water flow rate in the EDI apparatus 10 of the 2nd stage was set to 20 L/h. The water flow rate was 500 L/h, the concentrated water flow rate was 50 L/h, and the electrode water flow rate was 20 L/h. The applied current densities in the EDI devices 10 and 15 were both 0.8 A/dm 2 , and the water quality, boron concentration, and operating voltage of deionized water flowing from the EDI device 10 in the second stage were calculated. A result is shown in Table 6.

실시예 6Example 6 탈이온수의 수질[㏁·㎝]Water quality of deionized water [㏁ cm] 18.218.2 탈이온수의 붕소농도[ng/ℓ]Boron concentration in deionized water [ng/ℓ] 10 미만less than 10 인가전류밀도[A/dm2]Applied current density [A/dm 2 ] 0.80.8 운전전압[V]Operating voltage [V] 14→14→

EDI 장치를 2단 접속해서 불순물 농도가 극히 낮은 탈이온수를 얻고자 할 경우, 2단째의 EDI 장치에 공급되는 피처리수의 도전율이 낮으므로 2단째의 EDI 장치의 운전 전압이 상승하는 것이 염려되지만, 실시예 6의 결과로부터, 본 발명에 의거한 EDI 장치를 사용함으로써, 운전 전압의 상승을 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다. 본 발명에 의거하면, 보다 고순도의 탈이온수를 용이하게 얻을 수 있게 된다. 또한, 붕소는 통상의 탈염 처리에 의해서는 제거가 어려운 원소로서 알려져 있지만, 실시예 6에 따르면, ng/ℓ의 정도까지 제거할 수 있는 것을 알 수 있었다.If you want to obtain deionized water with extremely low impurity concentration by connecting two EDI devices, there is concern that the operating voltage of the EDI device in the second stage will increase because the conductivity of the treated water supplied to the EDI device in the second stage is low. , from the results of Example 6, it was found that the increase in the operating voltage can be suppressed by using the EDI device according to the present invention. According to the present invention, it is possible to easily obtain deionized water of higher purity. In addition, although boron is known as an element difficult to remove by normal desalting treatment, according to Example 6, it was found that it can be removed to the extent of ng/L.

[실시예 7][Example 7]

도 1에 나타낸 탈이온수 제조 시스템을 조립하였다. 탈이온수 제조 시스템에 설치되는 EDI 장치로서는, 도 8에 나타낸 EDI 장치를 사용하고, 셀 세트의 반복 횟수 N을 5로 하였다. 피처리수의 흐름에 따라 상류측에서부터 양이온 교환 수지층, 음이온 교환 수지층, 양이온 교환 수지층 및 음이온 교환 수지층이 이 순서로 배치되도록, 탈염실을 복층상 구성으로 하였다. 사용한 이온교환막 및 이온교환수지는, 실시예 1의 경우와 같고, 음이온 교환 수지에 대해서는, 미리, 실시예 1과 같은 처리 방법에 의해 애터펄자이트를 흡착시켰다. 탈염실, 농축실, 양극실 및 음극실의 치수도 실시예 1의 경우와 마찬가지이다. 실시예 7에서는, 2단의 역침투막장치를 통과한 투과수를 EDI 장치의 피처리수로서 사용하고 있고, 그 도전율은 1.5± 0.2μS/㎝였다. 공급수로서는, 역침투막투과수를 사용하였다.The deionized water production system shown in FIG. 1 was assembled. The EDI apparatus shown in Fig. 8 was used as the EDI apparatus installed in the deionized water production system, and the number of repetitions N of the cell set was set to 5. The desalination chamber was configured as a multilayer structure so that the cation exchange resin layer, the anion exchange resin layer, the cation exchange resin layer, and the anion exchange resin layer were arranged in this order from the upstream side according to the flow of the water to be treated. The ion exchange membrane and ion exchange resin used were the same as in Example 1, and with respect to the anion exchange resin, attapulgite was adsorbed in advance by the same treatment method as in Example 1. The dimensions of the desalination chamber, the enrichment chamber, the anode chamber and the cathode chamber are the same as in the case of Example 1. In Example 7, the permeated water that passed through the two-stage reverse osmosis membrane device was used as the water to be treated in the EDI device, and the electrical conductivity was 1.5±0.2 μS/cm. As feed water, reverse osmosis membrane permeation water was used.

피처리수 유량을 1000ℓ/h, 농축수 유량을 100ℓ/h, 전극수 유량을 20ℓ/h로 하고, 인가 전류밀도를 0.6A/dm2로 하고, 1000시간의 운전 후의 운전 전압을 측정한 바, 18V였다.The target water flow rate was 1000 L/h, the concentrated water flow rate was 100 L/h, the electrode water flow rate was 20 L/h, the applied current density was 0.6 A/dm 2 , and the operating voltage after 1000 hours of operation was measured. It was 18V.

실시예 1과 실시예 7을 비교하면, 셀 세트당의 운전 전압은 실시예 1에서는 4.0V인 것에 대해 실시예 7에서는 3.6V였다. 실시예 7에서의 전류밀도는 실시예 1에서의 전류밀도의 2배이며, 게다가 피처리수의 도전율은 실시예 7쪽이 낮은데도 불구하고, 셀 세트당의 운전 전압은 실시예 7쪽이 실시예 1보다도 낮은 것은, 탈염실 내의 이온교환체의 구성을 혼상 구성으로 하는 것보다도 복층상 구성으로 함으로써, 음이온 교환 수지에 애터펄자이트를 흡착시키는 것의 현저한 효과가 얻어지는 것을 나타내고 있다. 또한, EDI 장치 셀 세트당의 피처리수 유량으로 비교하면, 실시예 7에서의 유량은 실시예 1에서의 유량의 3.33배가 된다.Comparing Example 1 and Example 7, the operating voltage per cell set was 3.6V in Example 7, compared to 4.0V in Example 1. Although the current density in Example 7 is twice that of Example 1, and the conductivity of the water to be treated is lower in Example 7, the operating voltage per cell set is in Example 7 A value lower than 1 indicates that the remarkable effect of adsorbing attapulgite to the anion exchange resin is obtained by setting the structure of the ion exchanger in the desalting chamber to a multi-layer structure rather than a multi-phase structure. Moreover, compared with the flow rate of to-be-processed water per EDI apparatus cell set, the flow volume in Example 7 becomes 3.33 times the flow volume in Example 1. FIG.

10, 15: 전기식 탈이온수 제조장치(EDI 장치)
11: 양극 12: 음극
51,52: 역침투막장치 21: 양극실
22,24: 농축실 26: 제1 소탈염실
27: 제2 소탈염실 23: 탈염실
25: 음극실 31,33: 양이온 교환막(CEM)
32,34: 음이온 교환막(AEM) 36: 중간 이온교환막(IIEM)
41: 양이온 교환체 42: 음이온 교환체
43: 촉매 입자
10, 15: Electric deionized water production device (EDI device)
11: positive 12: negative
51, 52: reverse osmosis membrane device 21: anode chamber
22, 24: enrichment room 26: first demineralization room
27: second demineralization chamber 23: desalination chamber
25: cathode chamber 31, 33: cation exchange membrane (CEM)
32,34: anion exchange membrane (AEM) 36: intermediate ion exchange membrane (IIEM)
41: cation exchanger 42: anion exchanger
43: catalyst particles

Claims (1)

양극을 구비한 양극실과 음극을 구비한 음극실 사이에 적어도 1개의 탈염실을 구비하고, 상기 탈염실은 상기 양극을 향한 쪽에 위치하는 음이온 교환막과 상기 음극을 향한 쪽에 위치하는 양이온 교환막에 의해서 구획되고, 상기 탈염실 내에 음이온 교환체 및 양이온 교환체 중 적어도 한쪽이 충전되어 있는 전기식 탈이온수 제조장치에 있어서,
상기 음이온 교환막, 상기 양이온 교환막, 상기 음이온 교환체 및 상기 양이온 교환체 중 적어도 하나의 표면에 다가 금속을 포함하는 입자를 흡착시키고,
상기 음이온 교환체 및 상기 양이온 교환체의 체적에 대한 상기 입자의 체적이 0.0001체적% 이상 1체적% 미만인 것을 특징으로 하는, 전기식 탈이온수 제조장치.
at least one desalting chamber is provided between the anode chamber with an anode and the cathode chamber with a cathode, wherein the desalting chamber is partitioned by an anion exchange membrane positioned on the anode-facing side and a cation exchange membrane positioned on the cathode-facing side; In the electric deionized water production apparatus in which at least one of an anion exchanger and a cation exchanger is charged in the desalting chamber,
adsorbing particles comprising a polyvalent metal to the surface of at least one of the anion exchange membrane, the cation exchange membrane, the anion exchanger, and the cation exchanger;
The electric deionized water production apparatus, characterized in that the volume of the particles relative to the volume of the anion exchanger and the cation exchanger is 0.0001% by volume or more and less than 1% by volume.
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