KR19990014872A - 탈이온화수 제조 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
탈염화 격막 및 집중 격막을 형성하도록 음극과 양극 사이에 교대로 배열한 양이온 교환막과 음이온 교환막을 갖는 전기 투석기, 및 탈염화 격막에 설치된 이온 교환기로 구성되고, 0.1 내지 20 kg/㎠ 의 압력이 탈염화 격막에 설치된 이온 교환기와, 탈염화 격막을 정의하는 양이온 교환막 및 음이온 교환막사이에 가해진다.
Description
탈이온화수를 제조하는 방법으로서, 이온 교환 수지의 패킹된 베드 (bed) 를 통해 처리될 수를 통과시켜 불순물 이온을 이온 교환 수지에 흡수하여 제거시키는 탈이온화수를 획득하는 방법을 이용하는 것이 일반적이다. 여기에서는, 통상적으로, 흡수능력이 저하된 이온 교환 수지를 산 또는 알카리에 의해서, 재생하는 방법을 이용한다. 그러나, 이방법은 재생에 이용된 산 또는 알카리의 폐액이 유출되는 문제를 갖는다. 따라서, 재생할 필요가 없는 탈이온화수를 제조하는 방법이 소망된다. 상술한 관점으로부터, 최근에는 이온 교환 수지를 이온 교환막과 조합하여 이용하는 자기 재생형 전기투석 탈이온화수 제조 방법에 주목하고 있다. 이 방법은 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지를 혼합한 혼합물이 음이온 교환막 및 양인온 교환막을 교대로 배열한 전기투석기의 탈염 격막에 패킹되고, 처리될 수(水) 가 탈염 격막으로 공급되는 동안, 전압이 인가되어 투석을 실행하여 탈이온화수를 제조한다. 이 방법에서는, 축축한 상태의 이온 교환 수지가 탈염화 격막에 설치되기 때문에, 이온 교환 수지들간 또는 이온 교환 수지와 이온 교환막 사이의 접촉이 부적절한 결점이 있고, 유효막 영역을 감소시키기기 위해 탈염화 격막의 두께를 증가키려면, 전기 저항이 증가하는 경향이 있다.
이들 단점을 극복하기 위한 방법으로서, 각 탈염화 격막의 폭을 약 0.762 내지 10.16 cm (약 0.3 내지 4 인치) 의 레벨로 조절하고, 두께는 약 0.127 내지 0.635 cm (약 0.05 내지 0.25 인치) 의 레벨로 조절함으로서 저항의 증가를 방지하는 방법이 JP-B-4-72567 및 JP-B-6-20513 에 개시되어 있다. 그러나, 이 방법은 탈염화 격막의 두께가 얇기 때문에, 이온 교환기를 탈염화 격막에 팩킹시키는 것이 곤란하고, 단위 면적당 제조되는 수의 양이 적은 단점이 있다.
발명의 개시
본 발명의 목적은 이온 교환기 및 이온 교환막을 조합하여 이용한 자기 재생형 전기 투석 탈이온화수에서, 탈염화 격막의 두께를 얇게하더라도 전기 저항의 증가가 적고, 종래 기술의 상술한 단점 없이 장기간 계속해서 순수를 획득할 수 있는, 탈이온화수를 제조하는 신규한 장치를 제공하고, 이러한 장치를 이용한 탈이온화수를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 탈염화 격막 및 집중 격막을 형성하도록 양극과 음극사이에 교대로 배열된 양이온 교환막과 음이온 교환막, 및 탈염 격막에 설치된 이온 교환기를 갖는 전기투석기로 이루어지며 탈염화 격막에 설치된 이온 교환기의 격막을 정의하는 양인온 교환막 및 음이온 교환막과의 사이에 0.1 내지 20 kg/cm2의 압력을 가해지는 탈이온화수를 제조하는 장치를 제고한다.
본 발명은 제약 또는 반도체 제조에 이용되는 순수 또는 초순수, 또는 발전기의 보일러에 이용되는 수에 유용한, 탈이온화수를 제조하는 방법 및 장치에 관한것이다.
도 1 은 이온 교환기와 컨테이너벽 사이의 압력을 측정하는 방법을 도시한 도면.
도 2 는 실험예에 이용된 전기 투석기의 구조를 표시한 도면.
도 3 은 자기 재생형 전기 투석 장치의 실시예를 표시한 개략도.
도 4 는 수를 건조된 이온 교환기에 공급함으로서 형성된 압력을 측정하는데 이용되는 장치를 예로 표시한 도면.
도 5 는 (실시예 3 에서 사용된 바와 같이) 다공질 양이온 및 음이온 교환기 쉬트가 시아일런드 패턴 (sea-island) 으로 배열된 이온 교환 수지의 다공질 몸체의 실시예를 표시한 도면.
도 6 은 (실시예 4 에서 사용된 바와 같이) 다공질 양이온 및 음이온 교환기 쉬트가 다층 패턴으로 배열된 이온 교환 수지의 다공질 몸체의 실시예를 표시한 도면.
발명을 구현하기 위한 최상의 방법
본 발명에 있어서, 이온 교환기는 그의 상태를 예비적으로 바꾸고, 그후, 전기 투석기의 탈염화 격막에 위치시키거나, 또는, 격막에 위치시키고, 그후, 상태를 바꿀 수도 있다. 본 명세서에서는, 이온 교환기의 상태를 이하의 용어를 사용하여 기술한다. 즉, 동작 상태 는 이온 교환기가 탈염화 격막에 설치되어 전기 투석기에 이용되는 상태를 의미하고, 동작 동안 분위기는 평형상태이다. 수축 상태 는 이온 교환기의 외관상의 부피가 일부 방법으로 수축된 상태를 의미한다. 자유 상태 는 동작 동안 이온 교환기의 분위기가 평형인 상태를 의미하지만, 탈염화 격막에 의해서 제한되지 않는다.
본 발명에서, 각 탈염화 격막의 두께는 통상적으로 적어도 0.2 cm 이고, 바람직하게는 적어도 0.7 cm 이다. 탈염화 격막의 두께가 0.2 cm 미만인 경우, 유효막 영역의 감소 효과가 감소되는 경향이 있으며, 이온 교환기를 패킹하는 것이 곤란한 경향이 있다. 한편, 두께가 80.0 cm 를 초과한 경우, 유효막 영역의 감소 효과는 커지지만, 바람직하지 않게 전기 저항의 증가가 커지는 경향이 있다. 탈염화 격막의 두께를 1.1 내지 30.9 cm 의 범위내로 함으로서, 저항의 증가를 줄이고, 유효막 영역의 감소효과를 증가시키는 것이 특히 바람직하다.
탈염화 격막에 설치되거나 또는 패킹된 이온 교환기와 탈염화 격막을 정의하는 양이온 교환막 및 음이온 교환막과의 사이에 형성된 압력은, 0.1 내지 20 kg/cm2의 범위내에서 조절된다. 압력이 0.1 kg/cm2미만인 경우, 이온 교환기와 이온 교환막 사이 또는 이온 교환기 입자간 접촉하는 것이 부적절하기 때문에, 바람직하지 못하게 전기 저항이 증가하거나, 또는 처리될 수의 경로가 짧아지고, 결과적으로 수의 순도가 저하되는 경향이 있다. 한편, 압력이 20 kg/cm2을 초과한 경우, 이온 교환 수지 입자간 또는 이온 교환기와 이온 교환막사이의 접촉이 적절하더라도, 처리된 수의 양이 감소되는 경향이 있고, 이용된 이온 교환막은 압력에 의해서 손상된다. 상술한 압력은 0.5 내지 10 kg/cm2의 범위내에 있는 것이 바람직하고, 0.8 내지 2 kg/cm2까지의 범위내에 있는 것이 특히 바람직하다.
본 발명에서는, 압력이 탈염화 격막에 패킹된 이온 교환기와 이온 교환막사이에 이하의 방법으로, 즉, (1) 탈염화 격막에 설치될 이온 교환기가 그의 재생된 형태의 부피보다 더 작게 감소된 부피를 갖는 형태로 변환되고, 그후, 자유 상태에 있는 이온 교환기의 재생된 형태의 부피가 탈염화 격막의 부피보다 큰 양으로 탈염화 격막에 패킹되고, 그후 수를 공급하고 부피가 증하가도록 이온 교환기를 팽창시키고 이에의해 압력을 증가시키도록 전류를 도통시키거나, 또는 (2) 이온 교환기를 탈염화 격막에 설치시키고 그후, 압력을 증가시켜 탈염화 격막의 부피를 기계적으로 감소시키는 방법으로 형성되는 것이 바람직하다.
상술한 방법 (1) 에서는, 이온 교환기는 자유 상태에서 재생 형태로 이온 교환기의 부피가 탈염화 격막의 부피에 비해 상대적으로 103 내지 170 % 가 되는 양으로 탈염화 격막에 패킹되는 것이 바람직하다. 이 양이 103% 의 자유 상태 부피에 대한 양보다 적은 경우, 이온 교환기의 접촉이 약해지는 경향이 있다.
즉, 양이 170 % 의 자유 부피에 대한 양을 초과한 경우, 접촉이 양호해지지만, 바람직하지 못하게 이온 교환기를 통해 통과하는 수의 압력 손실이 커지는 경향이 있다. 이들 중에서, 특히, 자유 상태 부피가 탈염화 격막의 부피의 111 내지 150% 가 되는 것이 바람직하다.
이온 교환기의 부피를 그의 재생 형태 부피보다 더 적은 레벨로 감소시키기 위한 방법으로서는, (i) 건조에 의해서 수함유량을 감소시키는 방법, (ii) 이온 교환기를 로드된 형태로 변환시키기 위해 카운터 이온을 재생 형태와는 다른 이온 종류로 변환시키는 방법, 또는 (iii) 용매 치환을 위해 유기 용매내에 이온 교환기를 담그는 방법이 있다. 그러나, 이온 교환기의 종류 및 구조에 관계없이 용이하게 적용될 수 있기 때문에, 방법 (i) 과 방법 (ii) 를 조합하여 이용하는 방법이 바람직하고, 양을 감소시킨 부피는 커진다.
수함유량이 건조에 의해서 감소되는 경우, 수함유량 (무게) 을 1 내지 30% 의 레벨로 감소시키는 것이 바람직하다. 수함유량이 1% 미만인 경우, 건조시키는데 바람직하지 못하게 장시간이 소요된다. 수함유량이 30 % 보다 큰 경우, 바람직하지 못하게도, 수를 공급하고 전류를 도통시킴으로서 부피를 증가시키는 효과가 줄어드는 경향이 있다. 특히 수함유량이 5 내지 15 % 인 경우, 건조가 용이하고 수를 공급하고 전류를 도통시켜 부피를 증가시키는 효과가 커진다. 건조시에는 카운터 이온의 타입으로서는, 이러한 타입이 열적으로 안정하기 때문에, Na 타입이 양인온 교한기에 대해 바람직하고, C1 타입은 음이온 교환기에 대해 바람직하다. 건조 온도는 30 내지 80 ℃ 가 바람직하다. 바람직하지 못하게는, 30 ℃ 미만인 경우에, 건조시에 장시간이 걸리며, 80 ℃ 보다 높은 경우에, 이온 교환기가 분해되는 경향이 있다.
이온 교환기를 로드 형태로 변환하도록 카운터 이온을 재생 형태화 다른 이온 종류로 변환시키는 방법의 경우에, 상술한 바와같이 Na 타입은 양이온 교환기에 대해 바람직하고, C1 타입은 음이온 교환기에 대해 바람직하다. 다른 이온 종류로서, K 타입 또는 Li 타입은 양이온 교환기에 대해 바람직하고, NO3타입과 같은 1 가의 카운터 이온은 음이온 교환기에 대해 바람직하다. 이와 관련하여, 재생 형태로의 변환이 용이하지 않은 경향이 있기 때문에, Ca 타입 또는 Al 타입, 또는 SO4와 같은 2 가 또는 다가 카운터 이온이 바람직하지 않다.
상술한 방법 (2) 에서, 이온 교환기는 탈염화 격막에 패킹되고, 그후, 압력을 증가시켜 탈염화 격막의 부피를 기계적으로 감소시키며, 탈염화 격막 프레임과 이온 교환막사이의 압력에 의해서 수축될 수 있는 스페이서를 삽입시키고, 이온 교환기를 패킹한 후에 스페이서를 압축하도록 외부로부터 압력을 가하여, 탈염화 격막의 부피를 5 내지 60 vol% 로 감소시키는 것이 바람직하다. 바람직하지 못하게는, 탈염화 격막의 감소된 부피가 5 vol% 미만인 경우, 설치된 이온 교환기의 접촉이 악화되는 경향이 있다. 한편, 탈염화 격막의 감소된 부피가 60 vol% 를 초과하는 경우, 접촉은 양호하더라도, 이온 교환기를 통해 통과하는 수의 압력 손실이 커진다. 이러한 수축이 가능한 스페이서에 대한 재료로서는, 폴리 에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리스틸렌과 같은 포말(泡沫) 형 쉬트를 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 탈염화 격막에 설치될 이온 교환기는 예를 들면 이온 교환 수지, 이온 교환 섬유 또는 그에 의해 형성된 제품이 될 수도 있다. 그들중에, 결합 중합체로 이온 교환 수지 입자를 쉬트 또는 판에 본딩시켜 준비된 다공질 이온 교환기 및 이온 교환 수지는 이온 교환 실행, 내구성등의 관점에서 바람직하다. 특히, 이온 교환 수지 입자의 그자체의 접촉이 양호하기 때문에, 탈염화 격막에 설치되는 것이 용이해질 수 있다.
탈염화 격막에 설치된 이온 교환기의 다공성은 액체의 통과를 조절하는 연속된 다공성이 적어도 5 vol% 인 것이 바람직하다. 바람직하지 못하게는, 다공성이 5 vol% 미만인 경우, 액체의 유속은 감소하고, 압력 손실이 증가한다. 특히, 다공성은 10 내지 40 vol% 인 경우가 바람직하고, 수의 삼투가 양호하기 때문에, 탈염 실행이 우수해지고, 고순도로 처리된 수가 획득될 수 있다. 이 다공성은 이온 교환기가 탈염화 격막에 설치되고, 수가 공급되고 전류가 도통되는 경우의 값이다.
이온 교환기로서는, 양이온 교환기, 음이온 교환기 또는 그의 혼합물, 또는 그의 다공이 형성된 제품을 이용할 수 있다. 이온 교환기는 양이온 교환기의 영역 및 음이온 교환기의 영역이 조합된 구조를 가질 수도 있다. 이러한 경우에, 이온 교환막과 접촉하는 각 영역의 패턴은 다양한 여러 패턴이 될수 있다. 예를들어, 시아일런드 패턴, 층상 패턴, 모자이크 패턴 또는 격자 패턴을 이용할 수 있다. 특히, 이러한 패턴을 갖는 이온 교환기가 탈염화 격막에 용이하게 설치될 수 있기 때문에, 시아일런드 패턴 또는 레이터 패턴이 바람직하며, 탈염화가 효과적으로 구현될 수 있다. 그러나, 양이온 교환기/음이온 교환기의 총 이온 교환 용량비가 20/80 내지 80/20 의 범위내에 있는 양이온 교환기 및 음이온 교환기의 전체 부분이 이용되는 것이 바람직하다.
이온 교환기로서 다공질 이온 교환기가 이용되는 경우, 다공질 이온 교환기에 기반을 둔 결합 중합체의 중량비가 20% 미만인 것이 바람직하고, 중량비가 20% 를 초과한 경우, 결합 중합체가 이온 교환 수지 입자의 표면을 커버하기 때문에, 흡착 능력이 저하되고, 다공성이 저하되는 경향이 있고, 이에의해 처리될 액체의 유속이 감소되는 경향이 있고, 압력 손실이 증가하는 경향이 있다. 특히, 상술한 중량비는 1 내지 5% 인 것이 바람직하다. 접착 중합체는 다공질 이온 교환기의 예비 관점에서 열가소성 중합체 또는 용매-가용성 중합체인 것이 바람직하다.
이와 같은 결합 중합체로서, 이하를 이용하는 것이 바람직하다. 우선, 열가소성 중합체로서, 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자중량 초고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이소부틸렌, 1,2-폴리부타디엔, 폴리비닐 아세테이트 또는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 예로들 수 있다. 용매-가용성 중합체로서는, 천연 고무, 부틸 고무, 폴리이소프렌, 폴리클로로프렌, 스티렌-부타디엔 고무, 니트릴 고무 또는 비닐 클로라이드-지방 산 비닐 에스테르 공중합체를 예로 들 수 있다.
결합 중합체에 의해서 결합된 이온 교환 수지 입자를 갖는 다공질 쉬트의 두께는, 탈염화 격막에 패킹시키기 위해 감소된 부피를 갖는 형태의 두께가 탈염화 격막의 두께의 50 내지 100% 가 되도록 하는 것이 바람직하다. 바람직하지 못하게는, 두께가 탈염 격막의 두께의 50% 미만인 경우, 다공성 쉬트는 수가 공급되고 전류가 도통될 때 이온 교환막과 밀접하게 접속되지 않는다. 두께가 100% 를 초과하는 경우, 쉬트는 탈염화 격막에 설치될 수 없다. 특히, 감소된 부피를 갖는 형태에서의 다공질 쉬트의 두께는 탈염화 격막의 두께의 70 내지 90% 내에 있는 것이 바람직하다.
이하의 방법은 다공질 쉬트를 형성하기 위해 결합 중합체에 의해서 이온 교환 수지 입자를 결합시키는 방법으로서 바람직하다. 즉, (1) 이온 교환 수지 입자 및 결합 중합체가 히트니드 (heat-knead) (열이 가해져 반죽되고) 되고, 그후, 플렛 플레이트 프레싱 (flat plate pressing) 과 같은 열적 형성에 의해서 쉬트에 형성되는 방법, (2) 결합 중합체 용액을 이온 교환 수지 입자의 표면상에 코팅시키고, 결합 중합체를 회복시키기 위해서 용매를 증발시키는 방법, (3) 결합 중합체, 기공 형성 재료 및 이온 교환 수지 입자를 히트믹스 (heat-mixed)(열을 가하여 혼합) 시키고, 그후, 기공 형성 재료를 추출시키는 방법, 또는 (4) 기공 형성 재료가 분산된 결합 중합체를 이온 교환 수지 입자의 표면상에 코팅하고 회복시키고, 그후, 기공 형성 재료를 추출하는 방법이 바람직하다. 이들중에서, 방법 (1) 및 방법 (3) 은 획득된 다공질 이온 교환기의 특수 저항 또는 형태 처리능력의 관점에서 바람직하다.
이온 교환기의 이온 교환 그룹은 이온 교환 수행 및 화학적 안정성의 관점에서, 양이온 교환기에 대해서는 강산성 술폰상형 및 음이온 교환기에 대해서는 강염기성 4 차 암모늄염형 또는 피리디늄염형인 것이 바람직하다. 이온 교환기의 이온 교환 용량은 0.5 내지 7 meq/g건조 수지 인 것이 바람직하다. 바람직하지 못하게는, 이온 교환 용량이 0.5 meq/g건조 수지 미만인 경우, 이온의 흡착 또는 탈염화 격막의 탈염을 실현하는데 충분하지 못하기 때문에, 바람직하지 못하게, 처리된 수의 순도가 저하된다. 특히, 이온 교환 용량은 1 내지 5 meq/g건조 수지 인 경우에 바람직하기때문에, 고순도를 갖는 처리된 수를 획득할 수 있며, 실행의 안정도가 우수하다.
본 발명에서는, 탈이온화수 제조 방법으로서, JP-A-3-186400, JP-A-2-277526, JP-A-5-64726, US 특허 4,632,745 및 US 특허 5,425,866 에 개시된바와 같은 구조를 갖는 전기 투석을 이용하는 것이 바람직하다.
전기 투석기는 양극이 제공된 양극 격막 및 음극이 제공된 음극 격막, 양극측상의 음이온 교환막과 음극측상의 양이온 교환막에 의해서 각각 정의된 탈염화 격막을 형성하기 위해 격막 프레임을 통해 양극 격막과 음극 격막사이에 선택 적으로 배열된 다수개의 양이온 교환막과 음이온 교환막, 양극측상의 양이온 교환막 및 음극측상의 음이온 교환막에 의해서 각각 정의되며, 총수가 2 내지 50 유닛 내에서 선택적인 집중 격막으로 이루어진다. 양이온 교환막과 음이온 교환막사이에 위치하며, 중앙에 개구를 갖는 격막 프레임과 같은 픽처 (picture) 프레임의 두께는 탈염화 격막 또는 집중 격막의 두께를 결정한다. 탈염화 격막과 집중 격막의 격막 프레임의 두께가 동일할 필요는 없다. 이온 교환막은 동종형 또는 이종형이 될 수도 있고, 기계적이 강도를 증가시키기 위해서, 짜여진 직물 또는 짜지 않은 직물에 의해서 보강된것이 이용될 수도 있다. 집중 격막에서는, 집중 격막의 두께를 탈염화 격막의 두께보다 더 엷게하며, 바람직하게는, 0.05 내지 10 cm 범위내로 유지하기 위해서, 바람직하게는 플라스틱으로 이루어진 네트워크 형태의 스페이서를 삽입하는 것이 바람직하다. 처리될 수를 탈염화 격막으로 공급하는 동안 전류를 도통시키고, 집중된 염을 방출하도록 집중 격막으로 수를 공급함으로서 탈염이 실행된다. 각 단위 셀에 대해서, 4 내지 20 V 의 전압을 인가하여, 0.00001 내지 0.05 A/cm2의 전류 밀도로 전류를 도통시킨다.
도 3 은 이러한 형태의 전기 투석기의 실시예를 도시한 개략도이다. 도 3 에 있어서, A 는 음이온 교환막이고, K 는 양이온 교환막이다. 도시한 바와 같이, 양극 격막 (2), 집중 격막 (S1, S2 ...Sn), 탈염화 격막 (R1, R2 ...Rn) 및 음극 격막 (3) 을 형성하기 위해, 음이온 교환막 (A) 과 양이온 교환막 (K) 은 탈염화 격막 프레임 (D1, D2, D3 ...,Dn) 과 집중 격막 프레임 (C1, C2, C3 ...,Cn) 을 통해 소정의 거리를 두고 전기 투석기 (1) 에 배열된다. 탈염화 격막 (R1, R2 ...Rn) 에 음이온 및 양이온 교환 수지를 설치시키거나 패킹시킨다. 집중 격막에는 스페이서 (N1, N2, N3 ...Nn) 를 삽입시킨다.
도 3 에서, 참조 번호 (4) 는 양극을 지시하고, 참조 번호 (5) 는 음극을 지시하고, 소정의 전압을 동작 동안 2 개의 전극을 교차시켜 인가함으로서, 도관 (6) 으로부터 탈염화 격막 (R1, R2 ... Rn) 으로 유입되어 처리될 수내의 음이온은 음이온 교환막 (A) 을 통해 양극측상의 집중 격막으로 삼투하여 이동되고, 처리될 수내의 양이온은 양이온 교환막 (K) 을 통해 음극측상의 집중 격막으로 삼투하여 이동되고, 처리될 수 자체는 탈이온화되어 도관 (7) 을 통해 배출된다. 더욱이, 수 또는 수성 용액은 도관 (8) 으로부터 각 집중 격막 (S1, S2 ... Sn) 으로 유입되고, 상술한 바와 같이 삼투되어 이동되는 음이온 및 양이온 성분은 도관 (9) 으로부터 집중된 용액으로서 집중되어 배출된다. 탈염화 격막의 양이온 교환기에 의해서 폭획되어 처리될 수내의 양이온은 전계에 의해서 구동력이 부여되고, 양이온을 포획하는 양이온 교환기와 접촉된 양이온 교환기를 통해 양이온 교환막에 도달하고, 더욱이, 이들은 막을 통해 통과하여 집중 격막으로 이동한다. 이와 마찬가지로, 음이온 교환기에 의해서 포획되어 처리될 수의 음이온은 음이온 교환기 및 음이온 교환막을 통해서 집중 격막으로 이동한다. 따라서, 양이온 교환기 및 음이온 교화자는 영역 또는 집적된 영역을 형성하도록 각각 집적함으로서, 동일 이온 타입의 교환기 입자의 접촉점을 현저하게 증가시켜, 이온의 이동을 촉진시킴으로서, 탈염 실행이 향상된다.
이하, 본발명을 예를 들어 더 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 이러한 특정 예에 제한되지 않는 것으로 이해되어져야 한다.
이온 교환기의 준비
500 ㎛ 의 평균 직경을 갖는 구형 양이온 교환 수지 (상표명이 Diaion SKIB 인 미쯔비시 케미컬 코오포레이션사 제품) 및 500 ㎛ 의 평균 직경을 갖는 구형 음이온 교환 수지 (상표명이 Diaion SA10A 인 미쯔비시 케미컬 코오포레이션사 제품) 은 50/50 의 부피비로 혼합되고, 50 ℃ 에서 건조됐다. 건조에 의해서, 혼합물의 중량은 본래 중량의 55% 로 감소된다. 결합제로서는, 이하 설명될 2 내지 6 mm 의 직경 및 4 내지 9 mm 의 길이를 갖는 펠러트 (pellet) 형태의 실시예 2 에 이용되는 선형 저밀도 폴리에틸렌은, 결합제 및 이온 교환 수지의 총량에 대한 결합제의 양으로서 표 1 에 도시한 양에 첨가되고, 혼합물은 40 분 동안 140 ℃ 에서 니더 (kneader)(반죽기) 에 의해서 니드된다. 사각 평행 육면체의 다공질 몰드 쉬트를 획득하기 위해서, 본 니드된 생성물을 250 mm × 150 mm 의 개구측 표면을 갖는 사각 평행 육면체의 금속 몰드에 위치시키고 120 ℃ × 25 kgw/cm2의 조건 하에서 압력을 가한다.
몰드에 채워질 혼합물의 양을 변경시킴으로서, 6.7 mm, 7 mm 및 7.5 mm 의 두께를 갖는 몰드 쉬트가 표 1 에서 식별되는 각 혼합 비율로 니드된 제조물로부터 획득된다. 두께에 따라, 각 몰드 쉬트를 몰드 쉬트의 폭 및 길이가 길이 : 폭 : 두께 의 비율이 140 : 100 : 8 이되도록 자른다. 따라서, 이온 교환기 (1 내지 9) 가 획득된다. 8 시간 동안 실내 온도에서 순수에 담가놓는 경우, 이들 이온 교환기는 길이, 폭 및 두게 방향으로 거의 동일한 비로 팽창하여 평형상태에 도달한다. 본래 길이를 초과하는 길이의 증가는 팽창율 (%) 로서 나타낸다.
| 이온 교환자 | 결합제의 양 (wt%) | 크기 (mm) | 팽창율 (%) |
| 1 | 5 | 117×84×6.7 | 23 |
| 2 | 5 | 123×88×7 | 22 |
| 3 | 5 | 131×94×7.5 | 23 |
| 4 | 2 | 117×84×6.7 | 26 |
| 5 | 2 | 123×88×7 | 27 |
| 6 | 2 | 131×94×7.5 | 25 |
| 7 | 1 | 117×84×6.7 | 27 |
| 8 | 1 | 123×88×7 | 28 |
| 9 | 1 | 131×94×7.5 | 25 |
팽창 압력의 측정
도 1 에 도시한 바와 같이, 건조 상태에서 이온 교환기 (13) 를 사각 평행 육면체 (바닥 폭 : 100 mm, 바닥 길이 : 140 mm) 의 금속 용기 (11) 에 넣고, 금속판 (12) 을 그 위에 위치시키고, 이온 교환기 (13) 가 8 mm 의 두께로 팽창할때 로드셀 (14) 의 위치를 조절하여 로드 로드셀 (14) 의 앞단을 금속판 (12) 에 접촉시킨다. 즉, 로드셀의 위치는 이온 교환기 (13) 가 건조상태에 있는 경우, 로드셀 (14) 의 압단과 금속판 (12) 사이의 공간 (a) 과 이온 교환기 (13) 의 두께 (b) 의 합이 8 mm 가 되도록 설정한다. 그후, 수는 수공급 입구 (15) 로부터 공급되고, 수의 흡수가 평형상태에 도달될 때 로드로부터 로드셀 (14) 로 압력이 가해져, 이온 교환기 (13) 와 금속판 (12) 사이의 압력이 획득된다. 그후, 동작 상태에서의 이온 교환기와 자유 상태에서의 이온 교환기와의 부피비, 즉, (동작과 같은 상태에서의 부피/ 자유 상태에서의 부피)× 100 % 가 획득된다. 이들 결과는 표 2 에 나타낸다.
| 이온 교환자 | 압력 (kgw/cm2) | 부피비 (%) |
| 1 | 0.22 | 91 |
| 2 | 1.10 | 79 |
| 3 | 4.51 | 65 |
| 4 | 0.43 | 85 |
| 5 | 1.95 | 74 |
| 6 | 6.52 | 61 |
| 7 | 0.47 | 83 |
| 8 | 2.06 | 72 |
| 9 | 6.68 | 59 |
전기 투석기에 의한 평가
이온 교환기 (1 내지 9) 중 하나를 도 2 에 도시한 바와 같은 구조를 갖는 전기 투석기의 탈염화 격막 (27) 에 넣어, 소정의 크기로 클램프 (clamp) 시켰다. 탈염화 격막 (27) 의 형태는 사각 평행 육면체이고, 수가 흐르는 방향으로의 길이는 140 mm 이고, 폭은 100 mm 이고, 음이온 교환막 (28) 과 양이온 교환막 (25) 사이의 공간은 8 mm 이었다. 2 개의 집중 격막 (25) 의 각각에는, 폴리프로필렌으로 이루어진 스페이서 네트 (spacer net) 를 삽입하여, 탈염화 격막 (27) 의 이온 교환기가 확장된 경우에도, 음이온 교환막과 양이온 교환막 사이의 공간이 거의 변하지 않도록 했다. 따라서, 본 탈염화 격막에서, 이온 교환기는 표 2 에 나타낸 바와 동일한 압력을 나타낸다. 더욱이, 비교를 위한, 이온 교환기 (10) 로서, 2 wt% 의 결합제양을 가지며, 이온 교환기 (1 내지 9) 와 동일한 방법으로 준비된 111 mm × 79.4 mm × 6.3 mm 의 몰드 제품으로 적절하게 수를 흡수했고 탈염화 격막 (27) 과 동일한 크기로 조절했고, 몰드된 쉬트를 탈염화 격막 (27) 에 설치했다.
약 10 μS/cm 의 전기 전도도를 갖는 0.18 ℓ/hr 의 수를 탈염화 격막으로, 약 1 mS/cm 의 전기 전도도를 갖는 20 ℓ/hr 의 수를 집중 격막 (26) 으로, 및 약 200 μS/cm 의 전기 전도도를 갖는 1 ℓ/hr 의 수를 음이온 격막 (24) 및 양이온 격막 (21) 으로 한시간동안 공급한 후에, 1.0 A 의 전류를 동일 조건하에서 도통시켰다. 투석기는 40 시간동안 계속해서 동작되었고, 동작이 안정화되었을 때에, 탈염화 격막 유속을 28.8 ℓ/hr 로 조절하여, 전기 투석기의 탈염화 격막의 상부 및 하부단부에서의 압력 손실, 탈염화 격막으로부터 배출된 탈이온화수의 전기 전도도, 및 탈염화 격막의 저항을 측정하였다. 결과를 표 3 에 나타낸다. 도 2 에서, 참조 번호 (21) 는 음극을 지시하고, 참조 번호 (22) 는 양극을 지시한다.
| 이온 교환기 | 압력 손실(kgw/cm2) | 탈이온수의전기 전도도 | 탈염 격막의저항(Ωm) |
| 1 | 0.08 | 0.481 | 520 |
| 2 | 0.12 | 0.368 | 330 |
| 3 | 0.18 | 0.213 | 210 |
| 4 | 0.10 | 0.439 | 450 |
| 5 | 0.14 | 0.327 | 300 |
| 6 | 0.20 | 0.200 | 120 |
| 7 | 0.10 | 0.436 | 360 |
| 8 | 0.14 | 0.320 | 280 |
| 9 | 0.21 | 0.197 | 110 |
| 10 | 0.02 | 2.12 | 1350 |
이온 교환기 (1 내지 9) 를 갖는 것은, 고순도의 탈이온화된 수를 계속하여 획득하였고, 저항은 낮았다. 더욱이, 이러한 기술은, 표 2 에 나타낸 압력이 높을수록 이온 교환기가 특성이 더 우수한 경향이 있는 것으로 관찰되었다. 반면에, 이온 교환기 (10) 를 갖는 것은, 탈이온화수의 순도가 높지 않았다. 압력 손실의 측정으로부터, 이온 교환기와 격자 프레임 사이 또는 이온 교환기와 이온 교환막 사이에 공간이 형성되어 있고, 각 탈염화 격막의 입구로부터 출구로 향하는 것을 알 수 있었다.
실시예 1
400 내지 600 ㎛ 의 입자 크기 및 4.5 meq/g건조 수지의 이온 교환 용량을 갖는 술폰산 형 (H 형) 양이온 교환 수지 (미쯔비시 케미컬 코오포레이션의 의해서 제조되었으며 상표명은 Diaion SK-1B 임) 및 400 내지 600 ㎛ 의 입자 크기 및 3.5 meq/g건조 수지의 이온 교환 용량을 갖는 4 차 암모늄염 형 (OH 형) 음이온 교환 수지 (미쯔비시 케미컬 코오포레이션의 의해서 제조되었으며 상표명은 Diaion SA-10A 임) 는, 수 함유량을 8 wt% 로 하도록 50 ℃ 의 온도에서 고온 공기 건조되고, 그후, 50/50 의 이온 교환 용량비를 갖는 혼합물을 획득하도록 양이온 교환 수지/음이온 교환 수지의 비 44/56 (건조 상태에서의 중량비) 로 혼합되었다. 이 건조된 이온 교환 수지 혼합물은 탈염화 격막의 두께가 1.2 cm 이고 폴리프로필렌 (두께 : 0.2 cm) 으로 이루어진 스페이서 네트를 갖는 집중 격막의 두께는 0.2 cm 인 전기 투석기의 각 탈염화 격막에 60 % 부피 패킹비로 패킹되었다. 60 분 동안 수를 공급하고, 24 신간 동안 전류 전도 사전처리 후에, 10 μS/cm 에서의 수의 저항을 측정하였고, 0.0025 A/cm2의 전류 밀도에서 1051 Ω·cm 가 되는 것을 알수 있었다. 도 3 에 나타낸 전기 투석기를 이용하여, 탈이온화수의 제조는 다음과 같이 실행되었다. 전기 투석기는 탈염화 격막 프레임 (1.2 cm 의 두께를 갖는 폴리프로필렌으로 이루어짐) 과 집중 격막 프레임 (0.2 cm 의 두께를 갖는 폴리프로필렌으로 이루어짐) 을 통해 교대로 배열되고 클램프된, 양이온 교환막 (강산성 이종막, 두께 : 500 ㎛, 이온 교환 용량 : 2.7 meq/g건조 수지) 및 음이온 교환막 (강염성 이종막, 두께 : 500 ㎛, 이온 교환 용량 : 2.1 meq/g건조 수지) 을 가지며, 탈염화 격막 및 집중 격막의 쌍의 유효 표면 영역이 507 cm2(폭 : 13 cm, 길이 : 39 cm) 인 필터 압력형 투석기로 이루어진 것이다.
공급수로서 5 μS/cm 의 전기 전도도를 갖는 수를 이용하여, 0.004 A/㎠ 의 전류 밀도 (전압은 단위셀당 5V) 로 탈염을 실행함으로서, 0.062 μS/cm 의 전기 전도도를 갖는 처리된 수를 0.4 ㎥/hr 의 제조 속도로 계속해서 획득하였다. 이경우에, 제조된 수의 1 ㎥/hr 당 막의 유효 표면 영역은 1.27 ㎡ 이었다. 측정후에, 이온 교환 수지를 탈염화 격막으로부터 제거하여, 자유 상태의 이온 교환수지 혼합물의 부피를 측정했고, 탈염화 격막의 부피의 122% 가 된것을 관측했다. 더욱이, 도 4 에 나타낸 바와 같이 측정 장치를 이용하여, 이 실시예와 동일한 건조된 이온 교환기를 동일 부피 패킹비로 금속 용기 (10') 에 넣고, 수를 공급하고, 이에 형성된 압력을 측정했고 2.1 kg/㎠ 가 된것을 관측했다. 도 4 에서, 참조 번호 (11') 는 금속판이고, 참조 번호 (12') 는 수공급 입구이고, 참조 번호 (13') 는 배수 출구이고, 참조 번호 (14') 는 로드셀이고, 참조 번호 (15') 는 건조된 이온 교환기이다.
실시예 2
400 내지 600 ㎛ 의 입자 크기 및 4.5 meq/g건조 수지의 이온 교환 용량을 갖는 소듐 술포네이트 형 (Na 형) 양이온 교환 수지 (미쯔비시 케미컬 코오포레이션의 의해서 제조되었으며 상표명은 Diaion SK-1B 임) 및 400 내지 600 ㎛ 의 입자 크기 및 3.5 meq/g건조 수지의 이온 교환 용량을 갖는 4 차 암모늄염 형 (Cl 형) 음이온 교환 수지 (미쯔비시 케미컬 코오포레이션의 의해서 제조되었으며 상표명은 Diaion SA-10A 임) 는, 수 함유량을 8 wt% 로 하도록 50 ℃ 의 온도에서 고온 대기 건조되고, 그후, 50/50 의 이온 교환 용량비를 갖는 혼합물을 획득하도록 양이온 교환 수지/음이온 교환 수지의 비 44/56 (건조 상태에서의 중량비) 로 혼합하였다.
이 혼합을 위해서, 선형 저밀도 플리에틸렌 (도우 케미컬에 의해서 제조되었으며 상표명은 Affinity SM-1300 임) 의 3wt% 를, 획득된 제조물을 기반으로 혼합시키고 120 내지 130 ℃ 의 온도에서 니드시켰다. 획득되어 니드된 제조물은 0.6 cm 의 두께를 갖는 다공질 이온 교환기 쉬트를 획득하도록 130 ℃ 에서 플레트 플레이트 압력에 의해서 열적으로 생성되었다. 다공질 쉬트에서 연속된 기공의 다공성은 23 vol% 이었다. 각 탈염화 격막의 두께를 0.8 cm 로 변경된 것을 제외하고 실시예 1 에서와 동일한 구조를 갖는 전기 투석기의 탈염화 격막에 54 % 의 부피 패킹비로, 다공질 이온 교환기 쉬트를 패킹시킨다. 60 분동안 수를 공급한 후에, 10 μS/cm 에서의 수의 저항을 측정했고 0.0025 A/㎠ 의 전류 밀도에서 1164 Ω·cm 가 된 것을 관측했다.
저항을 측정한 후에, 탈이온화수의 제조를 실행했다. 전기 투석기로서는, 탈염화 격막의 두께를 제외하고 실시예 1 에서 이용된 것과 동일한 전기 투석기를 이용하였다. 공급 수로서는 5 μS/cm 의 전기 전도도를 갖는 수를 이용하여, 0.004 A/㎠ (다위 셀당 전압은 5V 이다) 의 전류 밀도에서 탈염을 실행했고, 0.060 μS/cm 의 전기 전도도를 갖는 처리된 수를 0.45 ㎥/hr 의 제조 속도록 계속해서 획득했다. 이 경우에, 제조된 수의 1 ㎥/hr 당 막의 유효 표면 영역은 1.13 ㎡ 이었다. 동작후에, 이온 교환 쉬트를 탈염화 격막으로부터 제거하여, 자유 상태의 부피를 측정했고, 탈염화 격막의 부피의 111% 가 된것을 관측했다. 더욱이, 이 실시예와 동일한 건조된 이온 교환기를 동일 부피 패킹비로 도 4 에 나타낸 측정 장치의 금속 용기 (10') 에 넣고, 수를 공급하고, 이에 형성된 압력을 측정했고 1.2 kg/㎠ 가 된것을 관측했다.
실시예 3
400 내지 600 ㎛ 의 입자 크기 및 4.5 meq/g건조 수지의 이온 교환 용량을 갖는 소듐 술포네이트 형 (Na 형) 양이온 교환 수지 (미쯔비시 케미컬 코오포레이션의 의해서 제조되었으며 상표명은 Diaion SK-1B 임) 및 400 내지 600 ㎛ 의 입자 크기 및 3.5 meq/g건조 수지의 이온 교환 용량을 갖는 4 차 암모늄염 형 (Cl 형) 음이온 교환 수지 (미쯔비시 케미컬 코오포레이션의 의해서 제조되었으며 상표명은 Diaion SA-10A 임) 는, 수 함유량을 8 wt% 로 하도록 50 ℃ 의 온도에서 고온 대기 건조된다. 각 이온 교환 수지에 대해, 선형 저밀도 폴리에틸렌 (도우 케미컬에 의해서 제조되었으며 상표명은 Affinity SM-1300 임) 의 3 wt% 를 획득된 제조물을 기반으로 혼합히키고 120 내지 130 ℃ 의 온도에서 니드시켰다. 0.6 mm 의 두께를 각각 갖는 다공질 양이온 교환기 쉬트 및 다공질 음이온 교환기 쉬트를 획득하도록, 획득된 각 니드된 제조물을 130 ℃ 에서 플레트 플레이트 압력에 의해서 열적으로 가공했다. 획득된 다공질 양이온 교환기 쉬트에서의 연속된 기공의 다공성은 24 vol% 이었고, 다공질 음이온 교환기 쉬트에서의 연속된 기공의 다공성은 23 vol% 이었다.
이들 2 개의 다공질 이온 교환기 쉬트를 이용하여, 도 5a 와 5b 에 나타낸 바와 같이 패턴에서의 양이온 교환기의 영역과 음이온 교환기의 영역의 조합을 예비시키고, 그후, 실시예 2 에서 이용된 것과 동일한 전기 투석기의 0.8 cm 의 두께를 갖는 탈염화 격막에 설치시킨다. 도 5a 는 평면도를 도시한 도면이고. 도 5b 는 도 5a 의 선 Y-Y 를 따라 자른 단면도를 도시한 도면이다. 도 5 에서, 참조 번호 (16) 는 음이온 교환기 영역을 지시하고, 참조 번호 (17) 는 양이온 교환기 영역을 지시한다. 60 분 동안 수를 공급하고, 24 시간 동안 전류 전도 사전 처리를 한 후에, 10 μS/cm 에서의 수의 저항을 측정했고 0.0025 A/㎠ 의 전류 밀도에서 911 Ω·cm 가 된 것을 관측했다.
저항을 측정한 후에, 탈이온화수의 제조를 실행했다. 전기 투석기로서, 실시예 2 에서 이용된 것과 동일한 전기 투석기를 이용하였다. 공급 수로서는 5 μS/cm 의 전기 전도도를 갖는 수를 이용하여, 0.004 A/㎠ (다위 셀당 전압은 5V 이다) 의 전류 밀도에서 탈염을 실행했고, 0.057 μS/cm 의 전기 전도도를 갖는 탈이온화수를 0.47 ㎥/hr 의 제조 속도로 계속해서 획득했다. 이 경우에, 제조된 수의 1 ㎥/hr 당 막의 유효 표면 영역은 1.08 ㎡ 이었다. 측정후에, 이온 교환 쉬트를 탈염화 격막으로부터 제거하여, 부피를 측정했고, 탈염화 격막의 부피의 134% 가 된것을 관측했다. 더욱이, 이 실시예와 동일한 건조된 이온 교환기를 도 4 에 나타낸 측정 장치의 금속 용기 (10') 에 넣고, 수를 공급하고, 이에 형성된 압력을 측정했고 4.2 kg/㎠ 가 된것을 관측했다.
실시예 4
400 내지 600 ㎛ 의 입자 크기 및 4.5 meq/g건조 수지의 이온 교환 용량을 갖는 소듐 술포네이트 형 (Na 형) 양이온 교환 수지 (미쯔비시 케미컬 코오포레이션의 의해서 제조되었으며 상표명은 Diaion SK-1B 임) 및 400 내지 600 ㎛ 의 입자 크기 및 3.5 meq/g건조 수지의 이온 교환 용량을 갖는 4 차 암모늄염 형 (Cl 형) 음이온 교환 수지 (미쯔비시 케미컬 코오포레이션의 의해서 제조되었으며 상표명은 Diaion SA-10A 임) 는, 수 함유량을 8 wt% 로 하도록 50 ℃ 의 온도에서 고온 공기 건조된다. 각 이온 교환 수지에 대해, 1,2-폴리부타디엔 (일본 합성 고무 주식회사에 의해서 제조된 RB-820) 의 3 wt% 를 획득된 제조물을 기반으로하여 혼합시키고 120 내지 130 ℃ 의 온도에서 니드되었다. 0.6 cm 의 두께를 각각 갖는 다공질 양이온 교환기 쉬트 및 다공질 음이온 교환기 쉬트를 획득하도록 획득된 각 니드 제조물을 130 ℃ 에서 플레트 플레이트 압력에 의해서 열적으로 생성시켰다. 획득된 다공질 양이온 교환기 쉬트에서의 연속된 기공의 다공성은 24 vol% 이었고, 다공질 음이온 교환기 쉬트에서의 다공성은 23 vol% 이었다.
이들 2 개의 다공질 이온 교환기 쉬트를 이용하여, 도 6a 와 6b 에 나타낸 바와 같이 패턴에서의 양이온 교환기의 영역과 음이온 교환기의 영역의 조합을 예비시키고, 그후, 0.8 cm 의 두께를 갖는 탈염화 격막에 55% 의 부피 패킹비로 패킹시킨다. 도 6a 는 평면도를 도시한 도면이고. 도 6b 는 도 6a 의 선 Z-Z 를 따라 자른 단면도를 도시한 도면이다. 도 6 에서, 참조 번호 (16) 는 음이온 교환기 영역을 지시하고, 참조 번호 (17) 는 양이온 교환기 영역을 지시한다. 60 분 동안 수를 공급하고, 24 시간 동안 전류 전도 사전 처리를 한 후에, 10 μS/cm 에서의 수의 저항을 측정했고 0.0025 A/㎠ 의 전류 밀도에서 1206 Ω·cm 가 되었고, 동일한 혼합비를 갖는 비건조 재생형 이온 교환 수지를 셀에 넣어 측정한 경우에는 1362 Ω·cm 이하가 되었다.
저항을 측정한 후에, 탈이온화수의 제조를 실행했다. 전기 투석기로서, 실시예 2 에서 이용된 것과 동일한 전기 투석기를 이용하였다. 공급 수로서는 5 μS/cm 의 전기 전도도를 갖는 수를 이용하여, 0.004 A/㎠ (단위 셀당 전압은 5V 이다) 의 전류 밀도에서 탈염을 실행했고, 0.057 μS/cm 의 전기 전도도를 갖는 처리된수를 0.46 ㎥/hr 의 제조 속도로 계속해서 획득했다. 이 경우에, 제조된 수의 1 ㎥/hr 당 막의 유효 표면 영역은 1.10 ㎡ 이었다. 측정후에, 이온 교환 수지를 탈염화 격막으로부터 제거하여, 부피를 측정했고, 탈염화 격막의 부피의 113% 가 된것을 관측했다. 더욱이, 이 실시예와 동일한 건조된 이온 교환기를 도 4 에 나타낸 측정 장치의 금속 용기 (10') 에 넣고, 수를 공급하고, 이에 형성된 압력을 측정했고 1.3 kg/㎠ 가 된것을 관측했다.
비교 실시예
400 내지 600 ㎛ 의 입자 크기 및 4.5 meq/g건조 수지의 이온 교환 용량을 갖는 술폰산 형 (H 형) 양이온 교환 수지 (미쯔비시 케미컬 코오포레이션의 의해서 제조되었으며 상표명은 Diaion SK-1B 임) 및 400 내지 600 ㎛ 의 입자 크기 및 3.5 meq/g건조 수지의 이온 교환 용량을 갖는 4 차 암모늄염 형 (OH 형) 음이온 교환 수지 (미쯔비시 케미컬 코오포레이션의 의해서 제조되었으며 상표명은 Diaion SA-10A 임) 는, 염화수소산 및 수성 소듐 수산화물 용액으로 재생시키고, 그후, 50/50 의 이온 교환 용량비를 갖는 혼합물을 획득하도록 양이온 교환 수지/음이온 교환 수지의 비 40/60 (건조 상태에서의 중량비) 로 혼합되었다.
이 축축한 상태에서 재생된 이온 교환 수지 혼합물은 각 탈염화 격막의 폭이 10.8 cm 이었던 것을 제외하고 실시예 1 의 구조와 동일한 구조를 갖는 전기투석기의 탈염화 격막에 100% 의 부피 패킹비로 패킹되었다. 60 분 동안 수를 공급하고, 24 신간 동안 전류 전도 사전처리 후에, 10 μS/cm 에서의 수의 저항을 측정하였고, 0.0025 A/cm2의 전류 밀도에서 1362 Ω·cm 가 되는 것을 알수 있었다.
저항을 측정한 후에, 탈이온화수의 제조를 실행했다. 전기 투석기로서, 탈염화 격막의 두께가 상이하다는 것을 제외하고는 실시예 1 에서 이용된 것과 동일한 전기 투석기를 이용하였다. 공급 수로서는 5 μS/cm 의 전기 전도도를 갖는 수를 이용하여, 0.005 A/㎠ (단위 셀당 전압은 5V 이다) 의 전류 밀도에서 탈염을 실행했고, 0.07 μS/cm 의 전기 전도도를 갖는 처리된수를 0.04 ㎥/hr 의 제조 속도로 계속해서 획득했다. 처리될 수의 양을 증가시키면 전기 전도가 증가하기 때문에, 처리될 수의 양을 증가시킬 수가 없었다. 이러한 경우에, 제조된 수의 1 ㎥/hr 당 막의 유효 표면 영역을 12.68 ㎡ 의 크기로 했다.
본 발명의 탈이온화수를 제조하기 위한 장치에 따르면, 이온 교환기 입자와 다른 하나와의 접촉 및 이온 교환막과의 접촉이 전기 투석기의 탈염화 격막에 설치되어 증가되기 때문에, 저항을 감소시킬 수 있고, 탈염화 격막의 두께를 크게할 수 있다. 따라서, 막의 상대적으로 작은 유효 표면 영역으로 탈이온화수의 제조율이 큰 장치를 획득하는 것이 가능하다.
Claims (10)
- 탈염화 격막 및 집중 격막을 형성하기 위해 양극과 음극사이에 교대로 배열된 양이온 교환막과 음이온 교환막을 갖는 전기 투석기, 및 상기 탈염화 격막에 설치된 이온 교환기로 이루어지며, 0.1 내지 20 kg/㎠ 의 압력이 상기 탈염화 격막에 설치된 상기 이온 교환기와, 상기 탈염화 격막을 정의하는 상기 양이온 교환막 및 상기 음이온 교환막 사이에 가해지는 것을 특징으로 하는 탈이온화수 제조 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 각 탈염화 격막의 두께가 0.7 내지 30 cm 인 것을 특징으로 하는 탈이온화수 제조 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 각 집중 격막에는, 스페이서가 상기 격막의 두께를 유지하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 탈이온화수 제조 장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력은, 상기 탈염화 격막에 설치될 상기 이온 교환기가 그의 재생 형태의 부피보다 더 작게 감소된 부피를 갖는 형태로 변환되고, 그후, 자유 상태에서 상기 이온 교환기의 상기 재생 형태의 상기 부피가 상기 탈염화 격막의 상기 부피에 대해 103 내지 170% 인 양으로 상기 탈염화 격막에 패킹되고, 그후, 수가 공급되고 전류가 도통되어 상기 이온 교환기를 팽창시켜 그의 부피를 증가시키고 그에의해 압력을 증가시키는 방식으로, 상기 탈염화 격막에 설치된 상기 이온 교환기와, 상기 양이온 교환막 및 상기 음이온 교환막사이에 압력이 가해지는 것을 특징으로 하는 탈이온화수 제조 장치.
- 제 4 항에 있어서, 상기 탈염화 격막에 설치될 상기 이온 교환기의 부피는, 상기 탈염화 격막에 설치될 상기 이온 교환기가 30 wt% 미만의 수함유량으로 건조되고, 그후, 상기 이온 교환기가 상기 탈염화 격막에 패킹되고, 그후 수가 공급되고 전류가 도통되는 방식으로 감소되는 것을 특징으로 하는 탈이온화수 제조 장치.
- 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 탈염화 격막에 설치된 상기 이온 교환기는 양이온 교환 수지, 음이온 교환 수지, 또는 결합 중합체에 의해서 결합된 혼합물을 갖는 다공질 몸체인 것을 특징으로 하는 탈이온화수 제조 장치.
- 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 탈염화 격막에 설치된 상기 이온 교환기가 하나 이상의 양이온 교환기의 영역 및 하나 이상의 음이온 교환기의 영역의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는 탈이온화수 제조 장치.
- 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 탈염화 격막에 설치된 상기 이온 교환기가 과립형 양이온 교환 수지, 과립형 음이온 교환 수지 또는 그의 혼합물인 것을 특징으로 하는 탈이온화수 제조 장치.
- 제 8 항에 있어서, 상기 탈염화 격막에 설치된 상기 이온 교환기가 과립형 양이온 교환 수지의 영역과 과립형 음이온 교환 수지의 영역의 조합에 의해서 구성되는 것을 특징으로 하는 탈이온화수 제조 장치.
- 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 정의된 탈이온화수를 제조하는 장치의 상기 탈염화 격막으로 처리수를 공급하는 단계, 및 0.0001 내지 0.05 A/㎠ 의 전류 밀도로 전류를 도통시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탈이온화수 제조 방법.
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