WO2007037193A1 - イオン濃度調整方法およびイオン濃度調整装置 - Google Patents

イオン濃度調整方法およびイオン濃度調整装置 Download PDF

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WO2007037193A1
WO2007037193A1 PCT/JP2006/318936 JP2006318936W WO2007037193A1 WO 2007037193 A1 WO2007037193 A1 WO 2007037193A1 JP 2006318936 W JP2006318936 W JP 2006318936W WO 2007037193 A1 WO2007037193 A1 WO 2007037193A1
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electrode
ion
voltage
solution
ions
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PCT/JP2006/318936
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English (en)
French (fr)
Inventor
Masakazu Tanahashi
Seiji Tanahashi
Original Assignee
Tanah Process Ltd.
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Priority to HK09102733.9A priority patent/HK1122268A1/xx

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
    • C02F1/4691—Capacitive deionisation

Definitions

  • the present invention relates to an ion concentration adjusting method and an ion concentration adjusting device.
  • ions are removed by adsorbing the ions to the electrode.
  • the liquid to be processed is continuously supplied from the introduction port into the capacitor in which the electrodes are arranged, and the processed liquid is continuously discharged. Therefore, the ion concentration of the liquid to be processed is lower as it is closer to the inlet and higher as it is closer to the inlet.
  • the ion adsorption capacity of the electrode gradually decreases from the inlet side. For this reason, when ions are removed using a liquid-flow capacitor, it may be difficult to fully demonstrate the ability of the electrode.
  • an object of the present invention is to provide an ion concentration adjusting method and an ion concentration adjusting device capable of efficiently adjusting the ion concentration of a solution (liquid).
  • the method of the present invention for adjusting the ion concentration comprises (i) at least one ion other than hydrogen ion and hydroxide ion in the container (L) A state in which a first ion-adsorbing electrode containing a first conductive substance capable of adsorbing ions and a second ion-adsorbing electrode containing a second conductive substance capable of adsorbing ions are immersed in a solution containing The first ion-adsorbing electrode so that the first ion-adsorbing electrode serves as an anode.
  • the anion in the solution is adsorbed on the first ion adsorption electrode, and the cation in the solution is adsorbed on the second ion adsorption electrode.
  • a step of adsorbing to the electrode In the step (i), the solution is treated by a batch method. The voltage is higher than the voltage at which the solvent of the solution is electrolyzed when there is no voltage drop due to the solution.
  • the ion concentration adjusting apparatus of the present invention includes a power source for applying a voltage, a container capable of introducing and discharging a liquid, and first and second ion adsorption electrodes that can be disposed in the container.
  • the first ion adsorption electrode includes a first conductive material that can adsorb ions
  • the second ion adsorption electrode includes a second conductive material that can adsorb ions.
  • the first and second ion adsorption electrodes are immersed in a solution containing at least one ion (L) other than hydrogen ions and hydroxide ions in the container.
  • the solution is processed in a batch mode.
  • the voltage is higher than the voltage at which the solvent of the solution is electrolyzed when there is no voltage drop due to the solution.
  • the present invention it is possible to adjust the pH of the solution and liquid to be treated by using the counter electrode. Further, in the present invention, by using the counter electrode, the amount of ions adsorbed on the electrode can be adjusted, and the reduction of the ion removal rate can be prevented.
  • the ion concentration and pH of a liquid can be adjusted efficiently with a small apparatus.
  • FIG. 1A is a diagram schematically showing an example of steps of an ion concentration adjusting method of the present invention.
  • FIG. 1B is a diagram schematically showing an expected ion adsorption state.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a conventional ion removal method using a liquid-pass capacitor.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of a voltage drop in the ion concentration adjusting method of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing another example of the process of the ion concentration adjusting method of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of an ion concentration adjusting apparatus of the present invention.
  • FIG. 6A to FIG. 6C are diagrams schematically showing a configuration of an electrode group used in Examples.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing the configuration of the electrodes used in the examples.
  • FIG. 8 is a graph showing a change in applied voltage in the ion adsorption process of the example.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between energization time and current in the ion adsorption process of the example.
  • a solution containing at least one ion (L) other than hydrogen ions (H +) and hydroxide ions (OH—) is placed in a container.
  • this solution may be referred to as “solution (A)”.
  • the solvent of the solution (A) is water and Z or an organic solvent. That is, the solution (A) is an aqueous solution or a non-aqueous solution (non-aqueous solvent containing ions).
  • the solvent of the aqueous solution is water or a mixed solvent of water and an organic solvent.
  • the non-aqueous solvent is an organic solvent.
  • organic solvent examples include alcohols such as ethanol, ketones such as acetone, and propylene carbonate, ethylene carbonate, and dimethyl carbonate that are used in the electrolytic solution.
  • Alcohol such as ethanol is used in many fields such as industry and medicine.
  • Ketones such as acetone are used to clean research instruments and remove light.
  • the solution (A) disposed in the container includes a first ion-adsorbing electrode containing a first conductive material capable of adsorbing ions and a second conductive material containing a second conductive material capable of adsorbing ions.
  • Ion adsorption Immerse the electrode. In this state, the first ion adsorption electrode and the second ion adsorption electrode so that the first ion adsorption electrode becomes an anode (that is, the second ion adsorption electrode becomes a force sword).
  • a voltage is applied between By applying this voltage, the anion in the solution (A) is adsorbed on the first ion adsorption electrode, and the cation in the solution (A) is adsorbed on the second ion adsorption electrode.
  • the voltage to be applied is higher than the voltage at which the solvent of the solution (A) is electrolyzed assuming that there is no voltage drop due to the solution (A).
  • the voltage at which the solvent of the solution (A) is electrolyzed may be referred to as “solvent decomposition voltage” t.
  • solvent decomposition voltage t.
  • the applied voltage is higher than 2 volts! If the voltage drop due to the resistance of the solution (A) is sufficiently large even when a voltage is applied, which is higher than the above-mentioned “solvent decomposition voltage”, the solvent is not electrolyzed.
  • the anion in the aqueous solution is adsorbed to the first conductive material of the first ion adsorption electrode, and the cation in the aqueous solution is absorbed into the second ion.
  • the ion-adsorbing electrode can be adsorbed on the second conductive material.
  • the applied voltage may be higher than 3 volts, higher than 5 volts, or higher than 10 volts as long as the influence of water electrolysis is not a problem. Unless water electrolysis occurs, the higher the applied voltage, the faster the ion removal rate.
  • the applied voltage is, for example, 500 volts or less, and usually 200 volts or less.
  • the applied voltage is higher than the voltage at which the organic solvent of the solution (A) is electrolyzed assuming that the voltage drop due to the solution (A) is V. High! Voltage.
  • the applied voltage is not more than a voltage at which the actual occurrence of electrolysis of the solvent is small, for example, preferably not more than a voltage at which the solvent does not actually decompose.
  • the resistance of the solution (A) is large ⁇ ⁇ , the voltage drop due to the resistance of the solution (A) increases, so it is much higher than the decomposition voltage of the solvent when the resistance of the solution (A) is assumed to be ⁇ . ⁇ Voltage is applied.
  • the method of the present invention uses a solution having a low ion concentration (for example, a solution having a conductivity of less than lOmSZcm). It is suitable as a method for removing ions from the liquid. In the method of the present invention, it is possible to quickly remove ions in the solution by widening the gap between the electrodes, putting a lot of solution between them, and applying a voltage higher than 2 volts.
  • a solution having a low ion concentration for example, a solution having a conductivity of less than lOmSZcm.
  • step (i) the solution (A) is processed in a batch mode.
  • the liquid may be processed by a batch method or may be continuously processed by a liquid passing method.
  • a solution is continuously processed.
  • the treatment is performed by the solution (v) force S batch method.
  • the batch method means that the liquid in the container is processed without substantially replacing the liquid in the container.
  • the solution (vain) in the container is usually discharged and another liquid is introduced into the container.
  • the solution in the container is not added or discharged until the processing is completed.
  • this is a batch-type processing.
  • the solution ( ⁇ ) contains at least one ion (L) other than hydrogen ions ( ⁇ +) and hydroxide ions ( ⁇ —).
  • the solution ( ⁇ ) is an aqueous solution
  • the solution ( ⁇ ) contains at least one ion (L) in addition to hydrogen ions and hydroxide ions.
  • the solution ( ⁇ ) is, for example, an aqueous solution containing both at least one cation (L +) other than hydrogen ions and at least one anion ( ⁇ ) other than hydroxide ions.
  • alkali metal ions such as sodium ions and potassium ions
  • alkaline earth metal ions such as calcium ions and magnesium ions
  • transition metal ions such as iron ions
  • ammonium ions Um ion
  • anions other than hydroxide ions for example, organic ions such as acetate ions, chlorine ions, sulfate ions, and nitrate ions may be used.
  • the concentration of ions (L) in the solution (A) can be reduced by the step (i).
  • a voltage lower than the “solvent decomposition voltage” described above may be applied.
  • a voltage of 2 volts or less may be applied in the initial stage.
  • the first ion adsorption electrode may be referred to as “first electrode”, and the second ion adsorption electrode may be referred to as “second electrode”.
  • first electrode When a voltage is applied between the first electrode and the second electrode so that the first electrode is an anode (ie, the second electrode is a force sword), the first electrode A positive charge is accumulated on the surface of the first conductive material, and a negative charge is accumulated on the surface of the second conductive material of the second electrode.
  • the anion (L) is adsorbed on the first conductive material of the first electrode
  • the cation (L +) is adsorbed on the second conductive material of the second electrode.
  • the voltage applied between the first electrode and the second electrode is preferably changed according to the concentration of ions (L) in the solution (A). Ions can be efficiently removed by applying a voltage so long as the solvent (water and Z or organic solvent) of the solution (A) is not electrolyzed.
  • the shape of the first and second electrodes is not limited, and may be a flat electrode.
  • the ions of the solution (A) placed in a region other than the region between the first electrode and the second electrode are difficult to be treated. Therefore, it is preferable that most of the solution (A) is disposed between the first electrode and the second electrode. For example, it is preferable that 70% by volume or more of the solution (A) is disposed between the surface including the sheet-like first electrode and the surface including the sheet-like second electrode. It is more preferable that the above is arranged!
  • the amount of the solution (A) disposed between the first electrode and the second electrode in one batch process is determined by the amount of ions (L) contained in the solution (A), It is preferable to make a decision based on the relationship with the amount of ions that can be adsorbed. Specifically, the total force of the ion adsorbable amount of the first electrode and the ion adsorbable amount of the second electrode is not less than 0.3 times the amount of ions (L) contained in the solution (A). Further, it is preferable to adjust the amount of the solution (A) disposed between the electrodes.
  • the concentration of the ions (L) in the solution (A) can be reduced to 1/5 or less by 5 treatments. If the total is more than 1 times the ions (L), theoretically, most ions can be removed by one treatment.
  • the amount of solution (A) placed between the electrodes can be changed by changing the distance between the electrodes.
  • the first and second conductive substances are substances capable of reversibly adsorbing ions.
  • a material having a large specific surface area can be used for the first and second conductive materials.
  • a porous material may be used as the first and second conductive materials.
  • substances used for the electrodes of the liquid-pass capacitor may be applied as the first and second conductive substances.
  • a typical example of the first and second conductive materials is a porous carbon material.
  • activated carbon is preferably used because of its large specific surface area.
  • the first and second conductive materials may be conductive sheets formed by agglomerating granular activated carbon.
  • the first and second conductive substances may be conductive sheets formed by agglomerating granular activated carbon and conductive carbon.
  • the first and second conductive materials may be activated carbon blocks formed by solidifying activated carbon particles.
  • the first and second conductive substances may be activated carbon fiber cloth, that is, cloth formed using activated carbon fibers.
  • ACC5092-10, A CC5092-15, ACC5092-20, and ACC5092-25 manufactured by Nihon Kynol Co., Ltd. may be used as the activated carbon fiber cloth!
  • the first and second electrodes preferably have a structure in which ions easily pass through the electrodes.
  • ions easily pass through the electrodes.
  • granular activated carbon is used as the conductive material, it is preferable to form the electrode by applying granular activated carbon to a porous current collector or a current collector having a through hole such as punching metal.
  • activated carbon fiber cloth electrode It is particularly preferable to use it in
  • step (i) When the solution (A) is an aqueous solution, after step (i), between the counter electrode immersed in the solution (A) and one of the electrodes selected from the first and second electrode forces A step (a) of adjusting the pH of the solution (A) by applying a voltage may be included. When ion removal treatment is performed, the pH of the solution (A) may change, but it is possible to adjust the pH by step (a).
  • the counter electrode is arranged, for example, between the first electrode and the second electrode.
  • the counter electrode preferably has a shape that suppresses the passage of ions between the first electrode and the second electrode as much as possible.
  • the counter electrode may be a porous electrode, a net-like electrode, or a flat electrode having a plurality of through holes. These counter electrodes are preferable because ions can pass through the counter electrode.
  • the counter electrode is preferably an insoluble electrode.
  • An example of the counter electrode is an electrode whose surface is covered with a metal (for example, Pt) that easily undergoes electrolysis of water, such as a Pt electrode or an electrode that also has T coated with Pt.
  • the counter electrode may have an actual surface area (surface area measured by a BET method or the like) that is 10 times or less (for example, 5 times or less) of its apparent surface area (surface area of the outer shape).
  • Examples of such a counter electrode include a general metal electrode.
  • Step (a) is performed by immersing the counter electrode in the solution (A) and applying a voltage between the first electrode or the second electrode and the counter electrode.
  • a voltage is applied between the first electrode and the counter electrode so that the first electrode is a force sword and the counter electrode is an anode.
  • the anion adsorbed on the first electrode is released, and the cation is adsorbed on the first electrode.
  • hydrogen ions and oxygen gas are generated by electrolysis of water. As a result, the pH of the solution decreases.
  • step (ii) may be performed after step (i).
  • step (ii) first, the solution (A) in the container is changed to another liquid (hereinafter sometimes referred to as a liquid).
  • a voltage is applied between the first electrode and the second electrode so that the first electrode becomes a force sword (that is, the second electrode becomes an anode).
  • the anion adsorbed on the first electrode and the cation adsorbed on the second electrode are released into the liquid (B).
  • the voltage applied in step (ii) is not limited. For example, the voltage does not actually cause the electrolysis of the solvent of liquid (B).
  • the liquid (B) may be an aqueous liquid or a nonaqueous liquid.
  • the aqueous liquid is water or an aqueous solution.
  • the non-aqueous liquid is an organic solvent or a non-aqueous solution (non-aqueous solvent containing ions).
  • an aqueous liquid is usually used for the liquid (B).
  • a non-aqueous liquid is usually used as the liquid.
  • the liquid (B) may include a part of the force solution (A) which is a liquid different from the solution (A)!
  • step (i) Usually, after the solution (A) that has undergone step (i) is discharged from the container, another solution (B) is introduced into the container, whereby the solution in the container is replaced. According to step (ii), the concentration of ions (L) in the liquid (B) can be increased.
  • the adsorbed ions can be released into the liquid (B) by a method other than the step (ii).
  • the anion and the cation adsorbed on the electrode may be released by short-circuiting the first electrode and the second electrode without applying a voltage.
  • the liquid (B) is an aqueous liquid
  • a counter electrode is inserted into the liquid (B), and a voltage is applied between the first electrode and the counter electrode so that the first electrode is a force sword.
  • the anion adsorbed on the first electrode may be released into the liquid (B).
  • the cation adsorbed on the second electrode can be reduced. It may be released into the liquid (B).
  • step (ii) When the liquid (B) is an aqueous liquid, after step (ii), the counter electrode immersed in the liquid (B) and either one of the electrodes in which the first and second electrode forces are also selected Apply voltage between The step (a) of adjusting the pH of the liquid (B) may be included. This step (a) is the same as step (a) described above.
  • step (ii) between the counter electrode immersed in the liquid (B) and at least one electrode for which the first and second electrode forces are also selected (B) controlling the ratio between the charge amount of the anion adsorbed on the first electrode and the charge amount of the cation adsorbed on the second electrode by applying a voltage to Including ⁇ .
  • applying a voltage between the first and second electrodes and the counter electrode apply the voltage while the first electrode and the second electrode are short-circuited.
  • the relationship between the voltage between the first electrode and the second electrode and the voltage between the first and Z or second electrode and the reference electrode May be obtained in advance by measurement. If the above relationship force deviates from the relationship obtained in advance as the process is repeated, the charge amount of the anion adsorbed on the first electrode and the cation adsorbed on the second electrode It can be judged that the balance with the amount of charge is lost.
  • the first electrode is adsorbed on the basis of the voltage between the first and second electrodes and the potential difference between at least one electrode selected from the first and second electrodes and the reference electrode.
  • the ratio between the charge amount of the anion and the charge amount of the cation adsorbed on the second electrode is calculated. Based on the calculation result, the balance of the charge amount is controlled.
  • a common reference electrode for example, a hydrogen electrode can be used.
  • the liquid (B) that has undergone the ion release step (step (ii)) may be replaced with another solution, and the ion adsorption step (step (i)) may be performed again.
  • step (i) and step (ii) may be repeated a plurality of times.
  • a solution having a high ion (L) concentration and a solution having a low ion (L) concentration can be obtained. That is, the method of the present invention can be used as a method for increasing the ion concentration of a liquid and a method for decreasing the ion concentration of Z or liquid.
  • the method of the present invention When the solution (A) is an aqueous solution, the method of the present invention generates oxygen gas from the first electrode cover and the second electrode in at least one step (i) of the plurality of times.
  • a step of applying a voltage between the first electrode and the second electrode until hydrogen gas is generated from the first electrode may be included. According to this configuration, it is possible to correct the imbalance of the charge amount caused by repeating the processing.
  • the first electrode and the second electrode are short-circuited and adsorbed to the first electrode.
  • a step of applying a voltage between the electrode and the counter electrode may be included so that the anion and the cation adsorbed on the second electrode are released. According to this method, it is possible to correct an imbalance in the amount of adsorbed ions caused by repeated processing.
  • the charge capacity of the second electrode is preferably substantially the same as the charge capacity of the cation adsorbed on the second electrode until hydrogen gas is generated.
  • the charge amount of the anion adsorbed on the first electrode before the generation of oxygen gas is 0% of the charge amount of the cation adsorbed on the second electrode until hydrogen gas is generated. It is preferably in the range of 9 times to 1.1 times.
  • the charge amount of the anion that can be adsorbed on the first conductive material is 1.1 to 2 times the charge amount of the cation that can be adsorbed on the second conductive material. It is good also as a range.
  • ions can be adsorbed to the first electrode and the second electrode in a balanced manner.
  • the first conductive material included in the first electrode The weight of the conductive material should be in the range of 1.1 to 2 times the weight of the second conductive material contained in the second electrode (preferably in the range of 1.2 to 1.5 times). That's fine.
  • the charge amount of ions that can be adsorbed on the conductive material is as shown in Example 7 in a high-concentration ion solution.
  • it can be obtained by measuring the amount of ions adsorbed when ions are adsorbed in a potential range within the decomposition voltage of water until saturation occurs.
  • cyclic voltammetry it is possible to apply a method in which the amount of adsorbed ions is measured by slowing the voltage rise rate so that ions are sufficiently adsorbed even at high resistance portions in the electrode.
  • the specific surface areas of the first and second conductive materials may be 900 m 2 / g or more.
  • the upper limit of the ratio table area is not particularly limited, but may be, for example, 2500 m 2 / g or less. It is also possible to use a conductive material having a smaller specific surface area, for example, a conductive material having a specific surface area of 300 m 2 Zg or more.
  • the “ratio area” is a value measured by the BET method using nitrogen gas.
  • the first and second conductive materials may include activated carbon.
  • the first electrode may include a first wiring in contact with the first conductive material
  • the second electrode may include a second wiring in contact with the second conductive material.
  • the resistance of the conductive material is relatively large, and thus the voltage applied to the solution may be uneven due to the resistance of the conductive material. In such a case, it is preferable to suppress the influence of the voltage drop due to the conductive material by using the wiring.
  • the wiring is preferably formed so that the voltage drop caused by the conductive material is lower than the voltage drop caused by the solution.
  • the first and second conductive materials include activated carbon
  • the first and second electrodes include wiring
  • a metal having a lower oxygen overvoltage than activated carbon exists on the surface of the first wiring. It is preferable that a metal having a lower hydrogen overvoltage than activated carbon is present on the surface of the second wiring, which is preferable.
  • water is electrolyzed to initialize the electrode. Even in such a case, gas generation occurs on the surface of the wiring by using the above wiring. Generation of hydrogen gas or oxygen gas can be suppressed.
  • wiring is a thing which is hard to melt
  • An example of a metal having a hydrogen overvoltage and oxygen overvoltage smaller than that of activated carbon, that is, a metal that is more likely to generate gas than activated carbon is platinum (Pt).
  • platinum may be present on the surfaces of the first and second wirings.
  • wiring is platinum-coated wiring, which is used for titanium and electrolytic capacitors, for example.
  • the wiring obtained by coating the valve metal (valve metal: for example, aluminum, tantalum, niobium, etc.) with platinum can be used.
  • a particularly preferable example is titanium wiring coated with white gold.
  • step (i) the voltage applied between the first electrode and the second electrode based on the resistance value between the first electrode and the second electrode. May be controlled.
  • the resistance of the solution (or the voltage drop due to the solution) varies with the concentration of ions in the solution. For this reason, processing can be performed efficiently by changing the voltage to be applied based on the resistance of the solution (or voltage drop due to the solution) or by stopping the voltage application.
  • step (i) based on the current value flowing between the first electrode and the second electrode, the gap between the first electrode and the second electrode is determined.
  • the voltage to be applied may be controlled. Based on the current flowing between the electrodes!
  • step (i) a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes may be used.
  • a plurality of electrodes By using a plurality of electrodes, the ion concentration adjustment capability can be enhanced. Note that one of the first electrode and the second electrode may be singular and the other may be plural.
  • a plurality of counter electrodes may be used.
  • step (i) a voltage may be applied so that the value of the current flowing between the first electrode and the second electrode gradually decreases.
  • “gradually decreasing” includes both continuously decreasing and gradually decreasing.
  • the present invention relates to a method for sterilizing an aqueous solution using the above method. That is, the potential of the aqueous solution is set to the oxygen generation potential or higher by the step (i). At this time, the oxygen of the active group generated on the electrode has a sufficient ability to oxidize bacteria, and the aqueous solution can be sterilized.
  • the ion concentration adjusting apparatus of the present invention is an apparatus for carrying out the ion concentration adjusting method of the present invention. For this reason, the matters described in the explanation of the ion concentration adjusting method are as follows. In some cases, redundant description may be omitted.
  • the ion concentration adjusting apparatus of the present invention includes a power source for applying a voltage, a container into which liquid can be introduced and discharged, and first and second electrodes (ion adsorption electricity) that can be disposed in the container. Poles).
  • the first electrode includes a first conductive material that can adsorb ions
  • the second electrode includes a second conductive material that can adsorb ions.
  • step (i) the above-described ion adsorption step (step (i)) is performed.
  • solution (A) is processed in a batch mode.
  • the voltage applied in step (i) is higher than the voltage at which the solvent in solution (A) is electrolyzed, assuming no voltage drop due to solution (A)! Is the voltage.
  • the ion concentration adjusting apparatus of the present invention executes the ion concentration adjusting method of the present invention.
  • step (i) is performed. Further, in this apparatus, in addition to step (i), other steps, for example, the other steps described above may be performed.
  • the apparatus of the present invention may further include a counter electrode that can be disposed in the container. Since this counter electrode is an electrode for generating oxygen gas and Z or hydrogen gas, it is preferably an insoluble electrode.
  • this counter electrode is an electrode for generating oxygen gas and Z or hydrogen gas, it is preferably an insoluble electrode.
  • the step of applying a voltage between the first and Z or second electrodes and the counter electrode described above may be performed. For example, step (ii), step (a), and step (a,) may be performed.
  • the power source is a power source for applying a voltage between the first electrode and the second electrode and between the at least one electrode selected from the first and second electrode forces and the counter electrode. is there.
  • the power source is usually a DC power source, but may be a pulse power source or an AC power source as long as the effects of the present invention can be obtained.
  • the power supply may be used in combination with a timer, coulomb meter, or pH meter to adjust the ion concentration.
  • a constant current power supply and a timer may be used in combination, or a constant current power supply or a constant voltage power supply may be used in combination with a coulomb meter and a Z or rho meter.
  • the ion concentration adjusting method of the present invention can be easily implemented. Since the ion-adsorbing electrode, the conductive material, the counter electrode, and the like have been described above, redundant descriptions are omitted.
  • the container is not particularly limited as long as it can hold the liquid to be processed.
  • the liquid to be treated is an aqueous solution, an aqueous salt solution, an acidic aqueous solution and an alkaline solution
  • Any container that can hold an aqueous solution may be used.
  • This container preferably includes a mechanism for facilitating replacement of the liquid in the container.
  • this container preferably includes an inlet for allowing liquid to flow into the container and an outlet for discharging the liquid in the container. By using a container with an inlet and an outlet, it is possible to treat liquid continuously. In addition, batch processing of liquids is facilitated by providing valves at each of the inlet and outlet.
  • the apparatus of the present invention may include a pump for introducing and discharging liquid!
  • the device of the present invention preferably includes a control device for performing each step.
  • a control device substantially similar to a known control device including an arithmetic processing unit and a memory unit can be applied to such a control device.
  • the memory unit stores a program for executing each process, a target value of ion concentration (or liquid conductivity), and the like. This control device controls the voltage applied to the electrode based on the target value of the ion concentration (and the input value from each sensor if necessary).
  • the amount of the liquid to be notched is not particularly limited. In one example, the amount may be in the range of 0.1 ml to 10 ml per 1 cm 2 of apparent surface area (surface area determined from the contour size) of the first or second conductive material. .
  • FIG. 1A schematically shows the main part of an ion concentration adjusting apparatus 100 used in the ion concentration adjusting method of the first embodiment.
  • the ion concentration adjusting apparatus 100 includes a container 10, a first electrode (first ion adsorption electrode) 11 and a second electrode (second ion adsorption electrode) 12 disposed in the container 10.
  • the container 10 is connected to an inlet 10a for introducing liquid and an outlet 10b for discharging liquid.
  • the inlet 10a and outlet 10b are respectively And a valve 10c is provided.
  • a first electrode 11 and a second electrode 12 are immersed in an aqueous solution 13 in a container 10, and a voltage is applied between both electrodes. To do. At this time, a voltage is applied between both electrodes so that the first electrode 11 becomes an anode and the second electrode 12 becomes a force sword. The applied voltage is higher than 2 volts.
  • the aqueous solution 13 is a sodium chloride aqueous solution and is a conductive substance force activated carbon fiber cloth that adsorbs ions will be described.
  • the same treatment is performed even when an aqueous solution in which another salt is dissolved or when another ion-adsorbing substance is used.
  • the voltage applied between the first electrode 11 and the second electrode 12 may be constant or may be changed according to the progress of the treatment.
  • the voltage may be applied so that the current flowing between the first electrode 11 and the second electrode 12 is constant.
  • the increase in voltage has a correlation with the change in IR drop between the electrodes
  • the charge amount of ions adsorbed on the electrode can be estimated from the increase in voltage.
  • the rise in voltage can be obtained more accurately by measuring the voltage while changing the energized current, and subtracting the voltage due to IR drop from the potential difference between the electrodes.
  • the aqueous solution 13 in the container 10 is processed in a batch mode. That is, the aqueous solution 13 is not moved from the container 10 until the treatment is completed. According to this method, ions can be efficiently removed as compared with the conventional treatment using a liquid-pass capacitor. The reason is explained below.
  • Fig. 2 shows a state of conventional processing using a liquid-pass capacitor.
  • first and second electrodes 21 and 22 for adsorbing ions are arranged in the liquid-flowing capacitor 20 in the liquid-flowing capacitor 20, first and second electrodes 21 and 22 for adsorbing ions are arranged.
  • the aqueous solution 24 is continuously introduced into the capacitor 20 from the inlet 23 and processed.
  • the treated aqueous solution 24 is continuously discharged from the discharge port 25.
  • the ions in the aqueous solution 24 are removed by passing through the capacitor 20 where the ion removal treatment is performed. Therefore, the ion concentration near the inlet 23 is higher than the ion concentration near the outlet 25.
  • the voltage applied between the electrodes is a voltage at which water electrolysis does not substantially occur (2 V or less: considering overvoltage). As a result, the conventional method was incapable of removing ions using the entire electrode uniformly.
  • the voltage drop due to the aqueous solution 13 in the container 10 is substantially constant at any part of the electrode. Therefore, it is possible to apply a voltage suitable for removing ions to the entire aqueous solution 13 by applying a voltage in consideration of a voltage drop due to the aqueous solution 13. As a result, it becomes possible to efficiently remove ions by utilizing the entire conductive material of the electrode.
  • FIG. 3 schematically shows the state of the voltage applied to the aqueous solution 13 in the apparatus 100 of FIG. 1A.
  • the aqueous solution 13 is discharged from the container 10, and water is put into the container 10 instead.
  • the negative ions adsorbed on the activated carbon fiber cloth 11a of the first electrode 11 are coulombic to the positive charge existing on the surface of the activated carbon fiber cloth 11a. Presumed to be attracted by force.
  • the positive electrode adsorbed on the activated carbon fiber cloth of the second electrode 12 It is assumed that ON is attracted to the negative charge existing on the surface of the activated carbon fiber cloth by Coulomb force. Therefore, the adsorbed ions are considered to be adsorbed to the cloth relatively stably as long as the surface charge of the activated carbon fiber cloth exists.
  • a voltage is applied between the first electrode 11 and the second electrode 12 so that the first electrode 11 becomes a force sword and the second electrode 12 becomes an anode.
  • the anion adsorbed on the conductive material of the first electrode 11 and the cation adsorbed on the conductive material of the second electrode 12 are released into water.
  • the water in the container 10 becomes a sodium chloride aqueous solution 41.
  • the aqueous sodium chloride solution in the container 10 is discharged, and a new aqueous solution 13 from which ions have not been removed is introduced into the container 10. Then, the treatment described with reference to FIG. 1A is performed to remove sodium chloride sodium from the aqueous solution 13. Next, the sodium chloride aqueous solution 41 is again introduced into the container 10 to release sodium ions and chloride ions adsorbed on the electrode. By repeating such treatment, a large amount of aqueous solution from which sodium chloride is removed and a salty sodium aqueous solution having a high sodium chloride concentration are obtained.
  • the aqueous solution may be discarded every time the treatment is completed. It is also possible to repeatedly perform ion removal treatment on aqueous solutions that have been subjected to ion removal treatment!
  • the apparatus of the present invention uses another container for temporarily transferring the liquid from the container 10.
  • the apparatus of the present invention may include a pump for transferring liquid from one container container to the other container.
  • the ion concentration can be adjusted more efficiently than in the case of using a liquid-pass capacitor.
  • a 400 ml of activated carbon having a specific surface area of 2200 m 2 Zg is used to pass an aqueous NaCl solution having a concentration of 0.01 mol Z liter at a flow rate of 0.1 liter Z min. It is disclosed that processing for 5 minutes (approximately 0.5 liters) has resulted in a NaCl concentration of less than 0.002 mole Z liters.
  • the ion removal amount per unit weight of activated carbon is 70 times or more (400Z (0.34 X 0.5 / 0. 03) ⁇ 70).
  • the amount of activated carbon fiber cloth may be tripled.
  • the amount of activated carbon used is 17 g (0.34 X (0.5 / 0.0.03) X 15Z5), which is about one-third of that of the device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-91169. .
  • the method of the present invention can be carried out with a simple apparatus, softening hard water, producing pure water, removing chlorine gas (the chlorine gas dissolved in the liquid is ionized). Can be easily and inexpensively performed. Therefore, the apparatus for carrying out the method of the present invention is suitable as a household apparatus. According to the method and apparatus of the present invention, it is possible to produce alkaline ionized water or acidic water while reducing the ion concentration. Since the potential of the force sword is close to the potential at which water is electrolyzed, it is possible to decompose the chlorine gas into chlorine ions.
  • the principle of adsorbing ions in an aqueous solution is the same as that of an electric double layer capacitor.
  • the first electrode and the second electrode are the same, that is, the first conductive material and the second conductive material are the same material and the same amount.
  • the amount of anion charge adsorbed on the first electrode before oxygen gas is generated at the first electrode, which is the anode, is generated at the second electrode, which is a force sword, and hydrogen gas is generated.
  • Less than the charge amount of the cation adsorbed on the second electrode see Example 7).
  • the potential of the first electrode (anode) The decomposition potential of water is reached.
  • the amount of charge accumulated in the first electrode before oxygen gas is generated on the first electrode side and until hydrogen gas is generated on the second electrode side is preferable that the amount of charge accumulated in the second electrode be the same.
  • the processing speed can be increased by applying a voltage so that the current flowing between the first electrode and the second electrode is constant. is there.
  • a voltage is applied by such a constant current method, if the current density to be set is too high, the voltage applied between the electrodes becomes too high, water may be electrolyzed, and gas may be generated.
  • the voltage application may be stopped for a certain period of time and the power resumed.
  • the ions adsorbed on the activated carbon move to eliminate the ion bias, and the voltage applied between the electrodes decreases when the voltage application is resumed.
  • the first electrode and the second electrode may be short-circuited, or the first electrode may be a force sword and the second electrode may be the anode. As such, a voltage may be applied between the first electrode and the second electrode.
  • the liquid (B) is an aqueous liquid
  • ions may be released by applying a voltage between the first or second electrode and the counter electrode in the liquid (B).
  • an operation to discharge all ions adsorbed on the electrode (hereinafter referred to as “initialization of the electrode”) may be performed. It is preferable to do it.
  • the ion concentration adjusting apparatus 200 in FIG. 5 includes a container 50, a first electrode 51, a second electrode 52, a counter electrode 53, and a power source 54.
  • the container 50 is connected to an inlet 50a for introducing a liquid and an outlet 5 Ob for discharging the liquid.
  • the first electrode 51 and the second electrode 52 are ion adsorption electrodes. As shown in FIG. 5, these electrodes are typically immersed in the liquid 55 to be treated. However, electrodes that are not required for processing may be removed from the container 50.
  • the force device 200 showing the power source 54 force connected to the first electrode 51 and the second electrode 52 is configured to connect the power source 54 to either electrode.
  • the apparatus 200 includes switches 56 and 57.
  • the power supply and switch are controlled by a control device (not shown).
  • the apparatus of the present invention may further include a wiring and a switch for short-circuiting the first electrode and the second electrode.
  • the activated carbon fiber cloth used in the following examples Nippon Kynol Co. activated carbon fiber cloth (part number: ACC5092- 25, basis weight 100 ⁇ 130GZm 2, a thickness of about 0. 5 mm, ® chromatography Adsorption amount 1850-2100 mg / g).
  • the specific surface area of the activated carbon fiber cloth is about 200 Om 2 Zg or more.
  • Example 1 describes an example of removing tap water ions based on the present invention.
  • a current collector 62 was attached to an activated carbon fiber cloth 61 measuring about 3 cm ⁇ 5 cm to produce an electrode (ion adsorption electrode) 60.
  • the current collector 62 was produced by coating titanium titanium platinum.
  • a spacer 63 made of acrylic resin having the shape shown in FIG. 6B was prepared.
  • two electrodes 60 were arranged on both sides in a container having an internal volume of 60 ml. At this time, as shown in FIG. 6C, a spacer 63 was disposed between the two electrodes 60. The distance between the two electrodes was about 17 mm. Next, 40 ml of tap water having a conductivity of 150 SZcm was placed in the container.
  • the ion adsorption capacity of the anode (the amount of ions that can be adsorbed) and the ion adsorption capacity of the force sword are the same. For this reason, when the current continues to flow, the potential of the oxygen gas is reached ahead of the potential potential of the anode. As a result, oxygen gas is generated at the anode, the hydrogen ion concentration in the water increases, and the pH of the water decreases. It is thought that the reason why PH increases as the current continues to flow is that hydrogen gas is generated in the power sword in addition to oxygen gas generation in the anode.
  • Example 2 Three ion-adsorbing electrodes similar to those in Example 1 were prepared and arranged in parallel with both sides and the center in a container having an internal volume of 45 ml. In addition, a spacer similar to that in Example 1 was disposed between the electrodes. The distance between the two electrodes was about 6 mm. In this container, 29 ml of tap water was placed. Next, the following experiment was conducted.
  • Experiment 2 ions were released from the electrode that adsorbed ions in Experiment 1. At this time, a voltage was applied for 5 minutes so that the two electrodes on both sides became a force sword and the central one electrode became an anode. The voltage was applied so that the current flowing between the anode swords was 20 mA.
  • Table 2 shows changes in the conductivity of tap water in the treatments of Experiments 1 to 6 and the pH of the tap water after treatment. Table 2 also shows changes in applied voltage in Experiments 1 and 4.
  • Example 2 Unlike Example 1, in Example 2, the ion adsorption capacity of the anode is set to twice the ion adsorption capacity of the force sword. As a result, there was almost no change in pH due to the treatment.
  • the ion removal efficiency that is, the ion removal amount relative to the amount of electricity decreased. This is thought to be because the effect of the resistance of the activated carbon fiber cloth becomes large, and the amount of ion adsorption becomes uneven within the electrode. In order to suppress such a decrease in efficiency, it is effective to gradually decrease the current flowing between the electrodes or to stop the voltage application for a certain period of time.
  • Example 3 as shown in FIG. 7, the wiring 71 was arranged so as to be in contact with the surface of the activated carbon fiber cloth 61 (size: 3 cm ⁇ 5 cm) to produce the electrode 70.
  • the electrode 70 For the wiring, a titanium wire surface coated with platinum was used.
  • a separator made of polyethylene is available. did.
  • Example 3 Since the ion adsorption capacity of the anode is twice the ion adsorption capacity of the force sword, if the current is kept flowing, the hydrogen gas is generated in the force sword before the oxygen gas is generated in the anode. Produce. As hydrogen gas was generated in the power sword, hydroxide ions were released into the liquid, and the pH of the liquid increased with the treatment. However, as the current was continued, the pH decreased and the liquid became almost neutral. The reason why the pH becomes neutral is considered to be that when the current is kept flowing, oxygen gas is generated at the anode in addition to hydrogen gas generated by the power sword.
  • Example 3 The change in pH by the treatment in Example 3 occurs in the opposite direction to the change in pH by the treatment in Example 1. Therefore, it is considered that the optimum ratio between the ion adsorption capacity of the anode and the ion adsorption capacity of the force sword exists between the ratio of Example 1 and the ratio of Example 3. In addition, the results of Example 1 and Example 3 indicate that the potential of the electrode can be controlled using the decomposition reaction of water.
  • the ion adsorption capacity of the anode and the ion adsorption capacity of the force sword If the ratio to the amount is close to the optimum value, even if the cation and anion adsorption amount is out of balance, the balance is eliminated by decomposing water with the anode and z or force sword. it can.
  • Example 3 Six electrodes provided with wiring described in Example 3 were prepared. Further, three spacers described in Example 1 and three separators used in Example 3 were prepared. These electrodes, spacers and separators are arranged as anode Z separator Z spacer Z force sword Z cathode Z spacer Z separator Z anode Z anode Z separator Z spacer Z cathode Placed in a container (inner volume 45 ml). The distance between adjacent anode swords was about 4 mm.
  • the voltage applied between the electrodes is 1 volt Mi C cs
  • the voltage (electric field) applied to the aqueous solution between the electrodes is 1 volt minus the rest potential.
  • the rest potential when treated for 16 minutes is 0.8 volts
  • the voltage applied to the aqueous solution is 0.2 volts.
  • Example 4 Using the same apparatus as in the above comparative example, an ion removal experiment was performed by applying a voltage between the electrodes by the constant current method. Specifically, the voltage was applied so that the current flowing between the anodic swords was 200 mA. In Example 4, a NaCl aqueous solution having a conductivity of 800 SZcm was treated.
  • Figure 8 shows the transition of the applied voltage in Experiment 13. The voltage rose from 2.5V (initial) to 67 volts and then to 60 volts (final). In the horizontal axis of Fig. 8, one scale is 32 seconds. The voltage increase began to decrease in about 200 seconds after the voltage application started. This is thought to be due to the decomposition of water.
  • Example 5 In the experiment of Example 5, the electrode 70 and the separator described in Example 3 were used.
  • the activated carbon contained in one electrode 70 was about 0.17 g.
  • a voltage was applied to 100 mA.
  • Example 5 an aqueous solution having a high ion concentration and a conductivity 5 times or more of tap water was treated.
  • the process was performed at a current value approximately three times that of Experiment 18, but since the process had a sufficient capacity for ion adsorption, the change in conductivity in Experiment 16 was due to the conductivity in Experiment 18. Compared to the change in the degree, the big amber color was strong.
  • Experiment 17 by performing Experiment 17 at a low current value following Experiment 16, ions could be removed until the tap water level was reached, as in Experiment 19. As shown in Experiments 16 to 19, by increasing the initial current value and decreasing the current value as ions were removed, ions could be removed in a short time with the same amount of electricity.
  • Example 6 the conductivity of tap water could be reduced to the conductivity of pure water.
  • Example 7 as the activated carbon fiber cloth, activated carbon fiber cloth ACC5092-25 (described above) manufactured by Nihon Kynol Co., Ltd. and ACC5092-10 (weight per unit 200 g / m 2 , thickness approximately 0.6 mm, specific surface area 2000 m 2 / Electrodes were prepared using two types of g). A platinum wire (wiring) was placed on the surface of the activated carbon fiber cloth as a current collector.
  • Cyclic voltammetry was performed using the above two types of electrodes. From the results, for each of the anode and force sword, the amount of electricity required to reach the potential at which water electrolysis occurs from the rest potential (RP) was determined. In addition, the amount of ions adsorbed on the electrode was estimated from the amount of electricity. Table 9 shows the evaluation results. The amount of electricity and the amount of adsorbed ions in Table 9 are values per lcm 2 of activated carbon fiber cloth. The potential window of this aqueous solution (region where water does not electrolyze) is 1.49 volts for Pt electrodes and Pt electrodes, and 1.95 volts for activated carbon electrodes-activated carbon electrodes. there were.
  • the ratio of the ion adsorption capacity of the anode and the ion adsorption capacity of the force sword varies depending on the ion adsorbing substance and the current collector material, it is usually preferable to increase the capacity of the anode.
  • the same apparatus as the comparative example was prepared.
  • Tap water with conductivity of SZcm was placed in the container of this device, and voltage was applied for 5 minutes to adsorb ions in tap water to the electrode. The voltage was applied so that a current of 20 mA flows between the electrodes. After applying the voltage for 5 minutes, the tap water in the container was replaced, and the same operation was performed again to adsorb ions in the tap water to the electrode. This ion adsorption process was repeated 5 times on the same electrode, and ions were accumulated on the electrode.
  • Example 9 an example in which ions in the non-aqueous electrolyte are removed will be described.
  • Figure 9 shows the relationship between the value of the current flowing between the electrodes and the energization time. As shown in Fig. 9, as the energization time elapses, ions are removed and the liquid resistance increases, so the current value decreases.
  • Example 10 In Example 10, another example in which ions in the nonaqueous electrolytic solution are removed will be described. In Example 10, an experiment similar to that in Example 9 was performed, except that the initial concentration of the non-aqueous electrolyte and the energization method were changed.
  • Example 10 the initial concentration of the non-aqueous electrolyte was 0.0035 mol Z liter.
  • Example 11 another example in which ions in the non-aqueous electrolyte are removed will be described.
  • Example 11 an experiment similar to that in Example 9 was performed, except that the initial concentration of the non-aqueous electrolyte and the energization method were changed.
  • Example 11 the initial concentration of the nonaqueous electrolytic solution was 0.0049 mol Z liter.
  • the present invention can be applied to a liquid ion concentration adjusting method and an ion concentration adjusting apparatus.
  • the present invention can be applied to a liquid ion concentration and pH adjusting method and adjusting device.

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Abstract

　容器１０内において、水素イオンおよび水酸化物イオン以外の少なくとも１種のイオンを含む液体（水溶液１３）に、イオンを吸着できる第１の導電性物質を含む第１の電極１１と、イオンを吸着できる第２の導電性物質を含む第２の電極１２とを浸漬させる。そして、第１の電極１１がアノードとなるように、第１の電極１１と第２の電極１２との間に電圧を印加する。この電圧印加によって、水溶液１３中の陰イオンを第１の電極１１に吸着させ、陽イオンを第２の電極１２に吸着させる。このイオン吸着工程において水溶液１３がバッチ方式で処理される。印加する電圧は、液体（水溶液１３）による電圧降下がないと仮定した場合に、液体の溶媒が電気分解する電圧よりも高い電圧である。

Description

明 細 書
イオン濃度調整方法およびイオン濃度調整装置
技術分野
[0001] 本発明は、イオン濃度調整方法およびイオン濃度調整装置に関する。
背景技術
[0002] 従来から、水溶液中のイオンを除去する方法として、イオン交換榭脂を用いた方法 や、通液型コンデンサを用いた方法が提案されてきた。
[0003] 通液型コンデンサ（Flow-Through Capacitor)を用いる場合、イオンを電極に吸着さ せることによってイオンが除去される。通液型コンデンサを用いた装置は、たとえば、 米国特許第 5192432号明細書、米国特許第 5196115号明細書、特開平 5— 258 992号公報、米国特許第 5415768号明細書、米国特許第 5620597号明細書、米 国特許第 5748437号明細書、特開平 6— 325983号公報、特開 2000— 91169号 公報に記載されている。
[0004] 上記通液型コンデンサでは、電極が配置されたコンデンサ内に、処理される液体が 導入口から連続的に供給され、処理後の液体が排出ロカ 連続的に排出される。そ のため、処理される液体のイオン濃度は、導入口に近いほど高ぐ排出口に近いほど 低い。また、電極へのイオン吸着は、導入口側から生じるため、電極のイオン吸着能 力は、導入口側から徐々に低下していく。そのため、通液型コンデンサでイオンを除 去する場合、電極の能力を充分に発揮させることが難しい場合があった。
発明の開示
[0005] このような状況において、本発明は、溶液 (液体)のイオン濃度を効率よく調整でき るイオン濃度調整方法およびイオン濃度調整装置を提供することを目的とする。
[0006] 上記目的を達成するため、イオン濃度を調整するための本発明の方法は、（i)容器 内にお 、て、水素イオンおよび水酸化物イオン以外の少なくとも 1種のイオン (L)を 含む溶液に、イオンを吸着できる第 1の導電性物質を含む第 1のイオン吸着電極と、 イオンを吸着できる第 2の導電性物質を含む第 2のイオン吸着電極とを浸漬させた状 態で、前記第 1のイオン吸着電極がアノードとなるように、前記第 1のイオン吸着電極 と前記第 2のイオン吸着電極との間に電圧を印加することによって、前記溶液中の陰 イオンを前記第 1のイオン吸着電極に吸着させ、前記溶液中の陽イオンを前記第 2の イオン吸着電極に吸着させる工程を含む。前記 (i)の工程において、前記溶液はバ ツチ方式で処理される。前記電圧は、前記溶液による電圧降下がないと仮定した場 合に前記溶液の溶媒が電気分解する電圧よりも高い電圧である。
[0007] また、本発明のイオン濃度調整装置は、電圧を印加するための電源と、液体を導入 および排出できる容器と、前記容器内に配置可能な第 1および第 2のイオン吸着電 極とを含む。前記第 1のイオン吸着電極は、イオンを吸着できる第 1の導電性物質を 含み、前記第 2のイオン吸着電極は、イオンを吸着できる第 2の導電性物質を含む。 この装置では、（i)前記容器内において、水素イオンおよび水酸化物イオン以外の少 なくとも 1種のイオン (L)を含む溶液に、前記第 1および第 2のイオン吸着電極を浸漬 させた状態で、前記第 1のイオン吸着電極がアノードとなるように、前記第 1のイオン 吸着電極と前記第 2のイオン吸着電極との間に電圧を印加することによって、前記溶 液中の陰イオンを前記第 1のイオン吸着電極に吸着させ、前記溶液中の陽イオンを 前記第 2のイオン吸着電極に吸着させる工程が行われる。前記 (i)の工程において、 前記溶液はバッチ方式で処理される。前記電圧は、前記溶液による電圧降下がない と仮定した場合に前記溶液の溶媒が電気分解する電圧よりも高い電圧である。
[0008] また、本発明では、対極を用いることによって、処理される溶液および液体の pHを 調整することが可能である。また、本発明では、対極を用いることによって、電極にお けるイオンの吸着量を調整でき、イオン除去率の低下を防止できる。
[0009] 本発明によれば、液体のイオン濃度や pHを、小型の装置で効率よく調整できる。
図面の簡単な説明
[0010] [図 1]図 1Aは、本発明のイオン濃度調整方法の工程の一例を模式的に示す図であ る。図 1Bは、予想されるイオンの吸着状態を模式的に示す図である。
[図 2]図 2は、通液型コンデンサを用いた従来のイオン除去方法を模式的に示す図で ある。
[図 3]図 3は、本発明のイオン濃度調整方法における電圧降下の一例を模式的に示 す図である。 [図 4]図 4は、本発明のイオン濃度調整方法の工程の他の一例を模式的に示す図で ある。
[図 5]図 5は、本発明のイオン濃度調整装置の一例を模式的に示す図である。
[図 6]図 6A〜図 6Cは、実施例で用いた電極群の構成を模式的に示す図である。
[図 7]図 7は、実施例で用いた電極の構成を模式的に示す図である。
[図 8]図 8は、実施例のイオン吸着工程における印加電圧の変化を示すグラフである
[図 9]図 9は、実施例のイオン吸着工程における、通電時間と電流との関係を示すグ ラフである。
発明を実施するための最良の形態
[0011] 以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、本発明の 実施形態について例を挙げて説明するが、本発明は以下で説明する例に限定され ない。また、図面を用いた説明では、同様の部分に同一の符号を付して重複する説 明を省略する場合がある。また、以下の説明で用いる図面は、模式的な図である。
[0012] [イオン濃度調整方法 (液質調整方法) ]
以下、イオン濃度を調整するための本発明の方法について説明する。この方法で は、容器内に、水素イオン (H+)および水酸ィ匕物イオン (OH—)以外の少なくとも 1種の イオン (L)を含む溶液が配置される。以下、この溶液を、「溶液 (A)」という場合がある 。溶液 (A)の溶媒は、水および Zまたは有機溶媒である。すなわち、溶液 (A)は、水 溶液または非水溶液 (イオンを含む非水溶媒)である。水溶液の溶媒は、水であるか 、または、水と有機溶媒との混合溶媒である。非水溶液の溶媒は有機溶媒である。有 機溶媒としては、たとえば、エタノールなどのアルコールや、アセトンなどのケトンや、 電解液に用いられる、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートおよびジメチル カーボネートが挙げられる。エタノールなどのアルコールは、工業や医療など、多分 野に用いられる。アセトンなどのケトンは、研究器具の洗浄や除光液などに用いられ る。
[0013] 容器内に配置された溶液 (A)に、イオンを吸着できる第 1の導電性物質を含む第 1 のイオン吸着電極と、イオンを吸着できる第 2の導電性物質を含む第 2のイオン吸着 電極とを浸漬させる。この状態で、第 1のイオン吸着電極がアノードとなるように (すな わち、第 2のイオン吸着電極が力ソードとなるように）、第 1のイオン吸着電極と第 2の イオン吸着電極との間に電圧を印加する。この電圧印加によって、溶液 (A)中の陰ィ オンを第 1のイオン吸着電極に吸着させ、溶液 (A)中の陽イオンを第 2のイオン吸着 電極に吸着させる。
[0014] 印加する電圧は、溶液 (A)による電圧降下がな ヽと仮定した場合に溶液 (A)の溶 媒が電気分解する電圧よりも高い電圧である。以下、溶液 (A)による電圧降下がない と仮定した場合に溶液 (A)の溶媒が電気分解する電圧を、「溶媒の分解電圧」 t 、う 場合がある。たとえば、溶液 (A)が水溶液である場合には、印加する電圧は、 2ボルト よりも高!、電圧である。上記の「溶媒の分解電圧」よりも高!、電圧を印加した場合でも 、溶液 (A)の抵抗による電圧降下が充分に大きければ、溶媒が電気分解されること はない。
[0015] 水溶液による電圧降下が少ない場合、 2ボルトの電圧を印加すれば水の電気分解 が生じる。本発明の方法では、 2ボルトよりも高い電圧を印加することによって、水溶 液中の陰イオンを第 1のイオン吸着電極の第 1の導電性物質に吸着させ、水溶液中 の陽イオンを第 2のイオン吸着電極の第 2の導電性物質に吸着させることができる。 なお、水の電気分解による影響が問題とならない限り、印加される電圧は 3ボルトより 高くてもよいし、 5ボルトより高くてもよいし、 10ボルトより高くてもよい。水の電気分解 を発生させない限りは、印加電圧が高いほど、イオン除去速度が速くなる。印加する 電圧は、たとえば 500ボルト以下であり、通常は 200ボルト以下である。
[0016] 溶液 (A)が非水溶液である場合、印加する電圧は、溶液 (A)による電圧降下がな V、と仮定した場合に、溶液 (A)の有機溶媒が電気分解する電圧よりも高!、電圧であ る。ただし、印加される電圧は、溶媒の電気分解の実際の発生が少ない電圧以下で あり、たとえば、実際に溶媒が分解することがない電圧以下であることが好ましい。溶 液 (A)の抵抗が大き ヽ場合には、溶液 (A)の抵抗による電圧降下が大きくなるため、 溶液 (A)の抵抗がな ヽと仮定した場合の溶媒の分解電圧よりもずっと高 ヽ電圧が印 加される。
[0017] 本発明の方法は、イオン濃度が低い溶液 (たとえば伝導度が lOmSZcm未満の溶 液)からイオンを除去する方法として適している。本発明の方法では、電極間の間隔 を広くし、その間に多くの溶液を入れ、 2ボルトよりも高い電圧を印加することによって 、すみやかに溶液中のイオンを除去することが可能である。
[0018] 上記のイオン吸着工程（工程 (i) )にお 、て、溶液 (A)はバッチ方式で処理される。
なお、工程 (i)以外の工程における処理では、液体がバッチ方式で処理されてもよい し、通液方式で連続的に処理されてもよい。
[0019] 通液型コンデンサを用いた従来の処理方法では、溶液が連続的に処理される。こ れに対し、本発明の方法では、イオン吸着工程 (工程 (i) )において、溶液 (Α)力 Sバッ チ方式で処理される。なお、バッチ方式とは、容器内の液体の入れ替えを実質的に 行うことなぐ容器内の液体の処理を行うことを意味する。溶液 (Α)の処理が完了する と、通常、容器内の溶液 (Α)は排出され、容器内には他の液体が導入される。通常、 処理が完了するまで容器内の溶液の追加や排出が行われないが、処理が完了する まで容器内の液体の入れ替えが実質的に行われなければバッチ方式の処理に該当 する。すなわち、処理に影響しないほどの微量の溶液の追加や排出があつたとしても バッチ方式に該当する。たとえば、処理の間に、容器内の溶液の 20体積％以下 (た とえば 10体積％以下や 5体積％以下や 1体積％以下）の溶液が追加および Ζまた は排出されたとしても、バッチ方式に該当するとみなせる。
[0020] 溶液 (Α)は、水素イオン (Η+)および水酸化物イオン (ΟΗ— )以外の少なくとも 1種の イオン (L)を含む。溶液 (Α)が水溶液である場合、溶液 (Α)は、水素イオンおよび水 酸ィ匕物イオンにカ卩えて、少なくとも 1種のイオン (L)を含む。溶液 (Α)は、たとえば、水 素イオン以外の少なくとも 1種の陽イオン (L+)と、水酸ィ匕物イオン以外の少なくとも 1 種の陰イオン (匸)の両方を含む水溶液である。水素イオン以外の陽イオンに限定は なぐたとえば、ナトリウムイオンやカリウムイオンなどのアルカリ金属イオンや、カルシ ゥムイオンやマグネシウムイオンなどのアルカリ土類金属イオンや、鉄イオンなどの遷 移金属イオンや、アンモ-ゥムイオンであってもよい。また、水酸化物イオン以外の陰 イオンに限定はなぐたとえば、酢酸イオンなどの有機イオンや、塩素イオン、硫酸ィ オン、硝酸イオンであってもよい。
[0021] 工程 (i)によって、溶液 (A)中のイオン (L)の濃度を減少させることが可能である。 ただし、イオン除去の初期の段階では、上述した「溶媒の分解電圧」よりも低い電圧 を印加してもよい。たとえば、溶液 (A)が水溶液である場合には、初期の段階におい て、 2ボルト以下の電圧を印加してもよい。
[0022] 以下、第 1のイオン吸着電極を「第 1の電極」と記載し、第 2のイオン吸着電極を「第 2の電極」と記載する場合がある。第 1の電極がアノードとなるように（すなわち、第 2の 電極が力ソードとなるように）、第 1の電極と第 2の電極との間に電圧を印加すると、第 1の電極の第 1の導電性物質の表面に正電荷が蓄積され、第 2の電極の第 2の導電 性物質の表面に負電荷が蓄積される。その結果、第 1の電極の第 1の導電性物質に 陰イオン (L )が吸着され、第 2の電極の第 2の導電性物質に陽イオン (L+)が吸着さ れる。
[0023] 第 1の電極と第 2の電極との間に印加する電圧は、溶液 (A)中のイオン (L)の濃度 によって変えることが好ま 、。溶液 (A)の溶媒 (水および Zまたは有機溶媒）が電 気分解されない範囲で電圧を印加することによって、効率よくイオンを除去できる。溶 液 (A)中のイオン (L)の濃度が小さいほど、溶液 (A)による電圧降下が大きくなるた め、高い電圧を印加しても溶媒の電気分解が生じない。そのため、イオンが除去され るにつれて、第 1の電極と第 2の電極との間に印加する電圧を高くしてもよい。第 1の 電極と第 2の電極との間に流れる電流値が一定となるように両電極の間に電圧を印 加する場合、溶液 (A)中のイオン (L)の濃度が低下するに従って、第 1の電極と第 2 の電極との間に印加される電圧が高くなる。このとき、第 1および第 2の電極で溶媒の 電気分解が生じない範囲で電流値を設定することが好ましい。ただし、第 1の電極お よび Zまたは第 2の電極でガスが発生するまで電圧印加を行 ヽ、ガス発生を電圧印 加の停止または終了の基準としてもよい。
[0024] 第 1および第 2の電極の形状に限定はなぐ平板状の電極であってもよい。第 1の 電極と第 2の電極との間の領域以外の領域に配置された溶液 (A)のイオンは処理さ れにくい。そのため、溶液 (A)のほとんどが第 1の電極と第 2の電極との間に配置され ることが好ましい。たとえば、シート状の第 1の電極を含む面と、シート状の第 2の電極 を含む面との間に、溶液 (A)の 70体積％以上が配置されることが好ましぐ 90体積 %以上が配置されることがより好まし!/、。 [0025] 1回のバッチ処理において第 1の電極と第 2の電極との間に配置される溶液 (A)の 量は、溶液 (A)に含まれるイオン (L)の量と、電極のイオン吸着可能量との関係に基 づいて決めることが好ましい。具体的には、第 1の電極のイオン吸着可能量と第 2の 電極のイオン吸着可能量との合計力 溶液 (A)に含まれるイオン (L)の量の 0. 3倍 以上となるように、電極間に配置される溶液 (A)の量を調整することが好ましい。上記 合計がイオン (L)の 0. 3倍以上である場合、 5回の処理によって、溶液 (A)のイオン（ L)の濃度を 5分の 1以下とすることができる。また、上記合計がイオン (L)の 1倍以上 である場合、理論的には、 1回の処理でほとんどのイオンを除去できる。電極間に配 置される溶液 (A)の量は、電極間の距離を変えることによって変更できる。
[0026] 第 1および第 2の導電性物質は、可逆的にイオンを吸着できる物質である。第 1およ び第 2の導電性物質には、比表面積が大きい物質を用いることができる。たとえば、 第 1および第 2の導電性物質として、多孔性の物質を用いてもよい。より具体的には、 第 1および第 2の導電性物質として、通液型コンデンサの電極に用いられる物質を適 用してもよい。第 1および第 2の導電性物質の典型的な例としては、多孔性の炭素材 料が挙げられる。炭素材料の中でも、活性炭は比表面積が大きいため好ましく用いら れる。たとえば、第 1および第 2の導電性物質は、粒状活性炭を凝集させることによつ て形成された導電性シートであってもよい。また、第 1および第 2の導電性物質は、粒 状活性炭と導電性カーボンとを凝集させることによって形成された導電性シートであ つてもよい。また、第 1および第 2の導電性物質は、活性炭粒子を固めて形成された 活性炭ブロックであってもよい。また、第 1および第 2の導電性物質は、活性炭繊維ク ロス、すなわち、活性炭繊維を用いて形成されたクロス（cloth)であってもよい。活性 炭繊維クロスとしては、たとえば、日本カイノール株式会社製の ACC5092— 10、 A CC5092— 15、 ACC5092— 20、 ACC5092— 25を ヽてもよ!ヽ。
[0027] 第 1および第 2の電極 (イオン吸着電極）は、電極内をイオンが通過しやすい構造で あることが好ましい。そのような電極を用いることによって、溶液内におけるイオン濃度 の偏りを抑制できる。たとえば、導電性物質として粒状活性炭を用いる場合、多孔性 の集電体や、パンチングメタルのような貫通孔が形成された集電体に、粒状活性炭を 塗布することによって電極を形成することが好ましい。また、活性炭繊維クロスを電極 に用いることは特に好ましい。
[0028] 溶液 (A)が水溶液である場合、工程 (i)ののちに、溶液 (A)に浸漬された対極と、 第 1および第 2の電極力 選ばれるいずれか一方の電極との間に電圧を印加するこ とによって、溶液 (A)の pHを調整する工程 (a)を含んでもよい。イオン除去の処理を した場合、溶液 (A)の pHが変化する場合があるが、工程 (a)によって pHを調整する ことが可能である。
[0029] 対極（Counter Electrode)は、たとえば、第 1の電極と第 2の電極との間に配置され る。本発明の方法では、第 1の電極と第 2の電極との間の距離を、通液型コンデンサ に比べて大きくできるため、両者の間に対極を配置することが可能である。対極は、 第 1の電極と第 2の電極との間のイオンの通過をできるだけ抑制しない形状であること が好ましい。対極は、多孔質の電極であってもよいし、ネット状の電極であってもよい し、複数の貫通孔が形成された平板状の電極であってもよい。これらの対極は、対極 内をイオンが通過できるため好ましい。対極は、不溶性の電極であることが好ましい。 対極の一例は、水の電気分解が生じやす 、金属（たとえば Pt)で表面が覆われた電 極であり、たとえば、 Pt電極や、 Ptでコートされた T もなる電極である。
[0030] 対極は、その実際の表面積 (BET法等で測定した表面積)が、その見かけ上の表 面積 (外形の表面積)の 10倍以下 (たとえば 5倍以下)であってもよ 、。そのような対 極としては、一般的な金属電極が挙げられる。
[0031] 工程 (a)は、溶液 (A)に対極を浸漬し、第 1の電極または第 2の電極と、対極との間 に電圧を印加することによって行われる。溶液の pHを低くする場合、第 1の電極が力 ソードとなり対極がアノードとなるように、第 1の電極と対極との間に電圧を印加する。 これによつて、第 1の電極では、第 1の電極に吸着された陰イオンが放出されるカゝ、第 1の電極に陽イオンが吸着される。一方、対極では、水の電気分解によって水素ィォ ンおよび酸素ガスが発生する。その結果、溶液の pHが低下する。
[0032] 水溶液の pHを高くする場合、第 2の電極がアノードとなり対極が力ソードとなるよう に、第 2の電極と対極との間に電圧を印加する。これによつて、第 2の電極では、第 2 の電極に吸着された陽イオンが放出されるか、第 2の導電性物質に陰イオンが吸着 される。一方、対極では、水の電気分解によって、水酸化物イオンおよび水素ガスが 発生する。その結果、溶液の pHが上昇する。
[0033] 本発明の方法では、工程 (i)ののちに、以下のイオン放出工程 (ii)を行ってもよい。
工程 (ii)では、まず、容器内の溶液 (A)を、他の液体 (以下、液体 ）という場合があ る）に変える。次に、第 1の電極が力ソードとなるように (すなわち、第 2の電極がァノー ドとなるように)第 1の電極と第 2の電極との間に電圧を印加する。この電圧印加によ つて、第 1の電極に吸着された陰イオンと第 2の電極に吸着された陽イオンとを、液体 (B)中に放出させる。工程 (ii)で印加される電圧に限定はなぐたとえば、液体 (B)の 溶媒の電気分解が実際に起こらない電圧である。
[0034] 液体（B)は、水性液体（Aqueous Liquid)であってもよ 、し、非水液体 (Nonaqueous Liquid)であってもよい。水性液体は、水または水溶液である。非水液体は、有機溶 媒または非水溶液 (イオンを含む非水溶媒)である。溶液 (A)が水溶液である場合に は、通常、液体 (B)には水性液体が用いられる。また、溶液 (A)が非水溶液である場 合には、通常、液体 ）には非水液体が用いられる。
[0035] 液体 (B)は、溶液 (A)とは異なる液体である力 溶液 (A)の一部を含んでもよ!、。
通常、工程 (i)を経た溶液 (A)を容器内から排出したのち、他の液体 (B)を容器内に 導入することによって、容器内の溶液が入れ替えられる。工程 (ii)によれば、液体 (B )のイオン (L)の濃度を高めることができる。
[0036] なお、工程 (ii)以外の方法でも、吸着されたイオンを液体 (B)中に放出させることが 可能である。たとえば、電圧を印加することなぐ第 1の電極と第 2の電極とを短絡させ ることによって、電極に吸着されている陰イオンおよび陽イオンを放出させてもよい。 また、液体 (B)が水性液体である場合には、液体 (B)に対極を入れ、第 1の電極と対 極との間に、第 1の電極が力ソードとなるように電圧を印加することによって、第 1の電 極に吸着されている陰イオンを液体 (B)中に放出させてもよい。また、液体 ）に対 極を入れ、第 2の電極と対極との間に、第 2の電極がアノードとなるように電圧を印加 することによって、第 2の電極に吸着されている陽イオンを液体 (B)中に放出させても よい。
[0037] 液体 (B)が水性液体である場合、工程 (ii)ののちに、液体 (B)に浸漬された対極と 、第 1および第 2の電極力も選ばれるいずれか一方の電極との間に電圧を印加するこ とによって、液体 (B)の pHを調整する工程 (a，）を含んでもよい。この工程 (a，）は、上 述した工程 (a)と同様である。
[0038] 液体 (B)が水性液体である場合、工程 (ii)ののちに、液体 (B)に浸漬された対極と 、第 1および第 2の電極力も選ばれる少なくとも 1つの電極との間に電圧を印加するこ とによって、第 1の電極に吸着されている陰イオンの電荷量と、第 2の電極に吸着され て 、る陽イオンの電荷量との比を制御する工程 (b)を含んでもょ ヽ。第 1および第 2の 電極と対極との間に電圧を印加する場合には、第 1の電極と第 2の電極とを短絡させ た状態で電圧を印加すればょ 、。
[0039] 本発明の方法では、初期の状態において、第 1の電極と第 2の電極との間の電圧と 、第 1および Zまたは第 2の電極と基準電極との間の電圧との関係を、測定によって 予め求めておいてもよい。処理を繰り返すうちに上記関係力 予め求めておいた関 係からずれた場合には、第 1の電極に吸着されている陰イオンの電荷量と、第 2の電 極に吸着されている陽イオンの電荷量とのバランスが崩れていると判断できる。
[0040] この場合、第 1および第 2の電極間の電圧、および、第 1および第 2の電極から選ば れる少なくとも 1つの電極と基準電極との電位差に基づいて、第 1の電極に吸着され て 、る陰イオンの電荷量と、第 2の電極に吸着されて 、る陽イオンの電荷量との比を 算出する。そして、その算出結果に基づいて上記電荷量のバランスを制御する。基 準電極には、一般的な基準電極、たとえば、水素電極を用いることができる。
[0041] 本発明の方法では、イオン放出工程（工程 (ii) )を経た液体 (B)を他の溶液に替え 、再びイオン吸着工程（工程 (i) )を行ってもよい。このように、本発明の方法では、ェ 程 (i)と工程 (ii)とを複数回繰り返してもよ ヽ。容器内の溶液を入れ替えながらイオン 吸着工程とイオン放出工程とを繰り返すことによって、イオン (L)の濃度が高い溶液と 、イオン (L)の濃度が低い溶液とを得ることができる。すなわち、本発明の方法は、液 体のイオン濃度を高める方法、および Zまたは、液体のイオン濃度を減少させる方法 として利用できる。
[0042] イオン吸着工程とイオン放出工程とを行った場合、特に、イオン吸着工程とイオン 放出工程とを交互に繰り返した場合、第 1の電極に吸着されて ヽる陰イオンの電荷量 と、第 2の電極に吸着されている陽イオンの電荷量とのバランスが崩れることがある。 このような場合には、第 1および第 2の電極のいずれか一方の電極と、対極との間に 電圧を印加することによって、一方の電極に吸着されているイオンを放出させ、電荷 量のバランスを制御できる。
[0043] 溶液 (A)が水溶液である場合、本発明の方法は、複数回のうちの少なくとも 1回の 工程 (i)において、第 1の電極カゝら酸素ガスが発生し、且つ第 2の電極から水素ガス が発生するまで、第 1の電極と第 2の電極との間に電圧を印加する工程を含んでもよ い。この構成によれば、処理を繰り返すことによって生じる、電荷量のバランスの崩れ を修正できる。
[0044] 本発明の方法は、複数回のうちの少なくとも 1回の工程（ii)ののちに、第 1の電極と 第 2の電極とを短絡した状態で、第 1の電極に吸着されている陰イオンと第 2の電極 に吸着されている陽イオンとが放出されるように、それらの電極と対極との間に電圧を 印加する工程を含んでもよい。この方法によれば、処理を繰り返すことによって生じる 吸着イオン量のバランスの崩れを修正できる。
[0045] 本発明の方法では、初期の状態において、すなわち、 1回目の処理を行う段階に おいて、第 1の電極において酸素ガスが発生するまでに第 1の電極に吸着される陰ィ オンの電荷量力 第 2の電極にぉ 、て水素ガスが発生するまでに第 2の電極に吸着 される陽イオンの電荷量とほぼ同じであることが好ましい。具体的には、酸素ガスが 発生するまでに第 1の電極に吸着される陰イオンの電荷量が、水素ガスが発生する までに第 2の電極に吸着される陽イオンの電荷量の 0. 9倍〜 1. 1倍の範囲にあるこ とが好ましい。
[0046] 本発明の方法では、第 1の導電性物質に吸着可能な陰イオンの電荷量を、第 2の 導電性物質に吸着可能な陽イオンの電荷量の 1. 1倍〜 2倍の範囲としてもよい。こ の構成によれば、バランスよく第 1の電極と第 2の電極とにイオンを吸着させることが できる。たとえば、第 1の導電性物質と第 2の導電性物質とが同じ比表面積の物質で ある場合（両者のイオン吸着容量が同じである場合）には、第 1の電極に含まれる第 1 の導電性物質の重量を、第 2の電極に含まれる第 2の導電性物質の重量の 1. 1倍〜 2倍の範囲 (好ましくは、 1. 2倍〜 1. 5倍の範囲）にすればよい。なお、導電性物質 に吸着可能なイオンの電荷量は、実施例 7で示すように、高濃度のイオン溶液中に おいて、水の分解電圧内の電位域で、飽和状態になるまでイオンを吸着させたとき に吸着されるイオン量を測定することによって求めることができる。具体的には、サイ クリックボルタンメトリーにおいて、電極内の高抵抗の部分でも充分にイオンの吸着が 生じるように電圧上昇速度を遅くして、吸着イオン量を測定する方法を適用できる。
[0047] 第 1および第 2の導電性物質の比表面積は、 900m2/g以上であってもよい。比表 面積の上限に特に限定はないが、たとえば 2500m2/g以下であってもよい。比表面 積がより小さい導電性物質を用いることも可能であり、たとえば、比表面積が 300m2 Zg以上の導電性物質を用いることも可能である。なお、この明細書において、「比表 面積」とは、窒素ガスを用いた BET法で測定された値である。
[0048] 上述したように、第 1および第 2の導電性物質は、活性炭を含んでもよい。また、第 1 の電極は、第 1の導電性物質に接する第 1の配線を含んでもよぐ第 2の電極は、第 2 の導電性物質に接する第 2の配線を含んでもょ 、。
[0049] 第 1および第 2の導電性物質が活性炭を含む場合、導電性物質の抵抗が比較的 大きいため、導電性物質の抵抗によって溶液に印加される電圧が不均一となる場合 がある。そのような場合には、配線を用いて導電性物質による電圧降下の影響を抑 制することが好ましい。配線は、導電性物質による電圧降下が、溶液による電圧降下 よりも低くなるように形成することが好ま 、。
[0050] 第 1および第 2の導電性物質が活性炭を含み、第 1および第 2の電極が配線を含む 場合、第 1の配線の表面には、活性炭よりも酸素過電圧が小さい金属が存在すること が好ましぐ第 2の配線の表面には、活性炭よりも水素過電圧が小さい金属が存在す ることが好ましい。本発明の方法では、水を電気分解して電極の初期化を行うなどす る場合がある力 その場合でも、上記配線を用いることによって配線の表面でガス発 生が生じるため、活性炭の表面で水素ガスや酸素ガスが発生することを抑制できる。 また、配線は、液体の処理の際に溶解しにくいものであることが好ましい。活性炭より も水素過電圧および酸素過電圧が小さい金属、すなわち、活性炭よりもガス発生が 生じやすい金属としては、たとえば白金 (Pt)が挙げられる。
[0051] 本発明の方法では、第 1および第 2の配線の表面に白金が存在してもよい。配線の 一例は、白金でコートされた配線であり、たとえば、チタンや、電解コンデンサで用い られる弁金属（バルブメタル:たとえば、アルミニウム、タンタル、ニオブなど）を白金で コートすることによって得られる配線を用いることができる。特に好ましい一例は、白 金でコートされたチタン配線である。
[0052] 本発明の方法では、工程 (i)において、第 1の電極と第 2の電極との間の抵抗値に 基づいて、第 1の電極と第 2の電極との間に印加する電圧を制御してもよい。溶液の 抵抗 (または溶液による電圧降下）は、溶液中のイオン濃度によって変化する。このた め、溶液の抵抗 (または溶液による電圧降下）に基づいて印加する電圧を変化させた り、電圧の印加を停止したりすることによって、効率よく処理を行える。
[0053] 本発明の方法では、工程 (i)において、第 1の電極と第 2の電極との間を流れた電 流値に基づいて、第 1の電極と第 2の電極との間に印加する電圧を制御してもよい。 電極間を流れた電流値に基づ！、て、イオン吸着電極に吸着されたイオンの電荷量を 推定することが可能である。このため、電極間を流れた電気量から電極に吸着された イオンの電荷量を推測し、その推測値に基づいて印加する電圧を変化させたり、電 圧の印加を停止したりすることによって、効率よく処理を行える。
[0054] 本発明の方法では、工程 (i)において、複数の第 1の電極と複数の第 2の電極とが 用いられてもよい。複数の電極を用いることによって、イオン濃度調整能力を高めるこ とができる。なお、第 1の電極と第 2の電極のいずれか一方が単数であり、他方が複 数であってもよい。また、対極を用いる工程では、複数の対極を用いてもよい。
[0055] 本発明の方法では、工程 (i)において、第 1の電極と第 2の電極との間に流れる電 流値が徐々に減少するように電圧を印加してもよい。ここで、「徐々に減少する」とは、 連続的に減少すること、および段階的に減少することの両方を含む。
[0056] さらに別の観点では、本発明は、上記方法を用いて水溶液の滅菌を行う方法に関 する。すなわち、上記工程 (i)によって、水溶液の電位を、酸素発生電位またはそれ 以上の電位とする。この時に電極上に生じる活性基の酸素は、充分に菌を酸化する 能力があり、水溶液の滅菌を行うことが可能である。
[0057] [イオン濃度調整装置 (液質調整装置) ]
本発明のイオン濃度調整装置は、上記本発明のイオン濃度調整方法を実施するた めの装置である。そのため、上記イオン濃度調整方法の説明において述べた事項に ついては、重複する説明を省略する場合がある。
[0058] 本発明のイオン濃度調整装置は、電圧を印加するための電源と、液体を導入およ び排出できる容器と、その容器内に配置可能な第 1および第 2の電極 (イオン吸着電 極)とを含む。第 1の電極は、イオンを吸着できる第 1の導電性物質を含み、第 2の電 極は、イオンを吸着できる第 2の導電性物質を含む。この装置では、上記のイオン吸 着工程（工程 (i) )が行われる。工程 (i)にお ヽて、溶液 (A)はバッチ方式で処理され る。工程 (i)において印加される電圧は、溶液 (A)による電圧降下がないと仮定した 場合に溶液 (A)の溶媒が電気分解する電圧よりも高！、電圧である。
[0059] 本発明のイオン濃度調整装置は、上記本発明のイオン濃度調整方法を実行する。
具体的には、この装置では、上記工程 (i)が行われる。また、この装置では、工程 (i) に加えて、他の工程、たとえば上述した他の工程が行われてもよい。
[0060] 本発明の装置は、容器内に配置可能な対極をさらに含んでもよい。この対極は、酸 素ガスおよび Zまたは水素ガスを発生させるための電極であるため、不溶性電極で あることが好ましい。対極を含む装置では、上述した、第 1および Zまたは第 2の電極 と対極との間で電圧を印加する工程が行われてもよい。たとえば、工程 (ii)や、工程（ a)や、工程 (a，）が行われてもよ 、。
[0061] 電源は、第 1の電極と第 2の電極との間、および、第 1および第 2の電極力 選ばれ る少なくとも 1つの電極と対極との間に電圧を印加するための電源である。電源は、 通常、直流電源であるが、本発明の効果が得られる限り、パルス電源や交流電源で あってもよい。電源は、イオン濃度の調整を行うために、タイマーや、クーロンメーター や、 pHメーターと組み合わせて用いてもよい。たとえば、定電流電源とタイマーとを 組み合わせて用いてもよいし、定電流電源または定電圧電源とクーロンメーターおよ び Zまたは ρΗメーターとを組み合わせて用いてもょ 、。
[0062] 本発明のイオン濃度調整装置によれば、本発明のイオン濃度調整方法を容易に実 施できる。イオン吸着電極、導電性物質、および対極などについては、上述したため 、重複する説明を省略する。
[0063] 容器に特に限定はなぐ処理される液体を保持できる容器であればよい。たとえば 、処理される液体が水溶液である場合、塩の水溶液、酸性水溶液およびアルカリ性 水溶液を保持できる容器であればよい。この容器は、容器内の液体の入れ替えを容 易にするための機構を備えることが好ましい。たとえば、この容器は、容器内に液体 を流入させるための流入口と、容器内の液体を排出するための排出口とを備えること が好ましい。流入口と排出口とを備える容器を用いることによって、液体の連続的な 処理が可能である。また、流入口および排出口のそれぞれにバルブを設けることによ つて、液体のバッチ処理が容易になる。
[0064] また、本発明の装置は、液体の導入や排出を行うためのポンプを備えてもよ!、。
[0065] また、公知の pH調整装置やイオン濃度調整装置と同様に、本発明の装置は、各ェ 程を実施するための制御装置を備えることが好ましい。そのような制御装置には、演 算処理部とメモリ部とを含む公知の制御装置と実質的に同様の制御装置を適用でき る。メモリ部には、各工程を実行するためのプログラムや、イオン濃度 (または液体の 伝導度)の目標値などが記録される。この制御装置は、イオン濃度の目標値 (および 、必要に応じて各センサからの入力値)等に基づき、電極に印加する電圧を制御して ちょい。
[0066] 本発明の方法および装置では、ノ ツチ処理される液体の量に特に限定はな 、。そ の量は、一例では、第 1または第 2の導電性物質のみかけの表面積 (輪郭のサイズか ら求められる表面積） lcm2あたり、 0. 1ミリリットル〜 10ミリリットルの範囲であってもよ い。
[0067] [実施形態 1]
以下、本発明のイオン濃度調整方法および装置の一例について、図面を参照しな 力 説明する。以下では、溶液 (A)が水溶液であり、液体 (B)が水である例について 説明する力 溶液 (A)および Zまたは液体 (B)が非水液体である場合でも、同様の 方法および装置を適用できる。
[0068] 実施形態 1のイオン濃度調整方法で用いられるイオン濃度調整装置 100の主要部 を、図 1Aに模式的に示す。イオン濃度調整装置 100は、容器 10と、容器 10内に配 置された第 1の電極 (第 1のイオン吸着電極） 11と第 2の電極 (第 2のイオン吸着電極 ) 12とを備える。容器 10には、液体を導入するための導入口 10aと、液体を排出する ための排出口 10bとが接続されている。導入口 10aおよび排出口 10bには、それぞ れ、弁 10cが設けられている。
[0069] 本発明のイオン濃度調整方法では、図 1Aに示すように、容器 10内において、第 1 の電極 11と第 2の電極 12とを水溶液 13に浸漬し、両電極間に電圧を印加する。この とき、第 1の電極 11がアノードとなり第 2の電極 12が力ソードとなるように、両電極間に 電圧を印加する。印加する電圧は、 2ボルトよりも高い電圧である。
[0070] 以下では、水溶液 13が塩化ナトリウム水溶液であり、イオンを吸着する導電性物質 力 活性炭繊維クロスである場合について説明する。しかし、他の塩が溶解された水 溶液を用いた場合や、他のイオン吸着物質を用いた場合でも、同様に処理が行われ る。
[0071] 第 1の電極 11と第 2の電極 12との間に印加される電圧は、一定であってもよいし、 処理の進行に応じて変化させてもよい。たとえば、第 1の電極 11と第 2の電極 12との 間に流れる電流が一定となるように電圧を印加してもよい。この場合、電圧の上昇は 電極間の IRドロップの変化と相関を有するため、電圧の上昇から、電極に吸着された イオンの電荷量を推測できる。電圧の上昇は、通電する電流を変化させながら電圧 を計測し、電極間の電位差力も IRドロップによる電圧を差し引くことによって、より正 確に求めることができる。
[0072] 電圧の印加によって、第 1の電極 11の活性炭繊維クロス（図示は省略する）に塩素 イオンが吸着され、第 2の電極 12の活性炭繊維クロス（図示は省略する）にナトリウム イオンが吸着される。その結果、水溶液 13の塩ィ匕ナトリウム濃度が減少する。
[0073] 容器 10内の水溶液 13はバッチ方式で処理される。すなわち、処理が終わるまで、 水溶液 13は容器 10内から移動されない。この方法によれば、通液型コンデンサを用 いた従来の処理に比べて、効率よくイオンを除去することが可能である。その理由を 以下に説明する。
[0074] 通液型コンデンサを用いた従来の処理の様子を図 2に示す。通液型コンデンサ 20 内には、イオンを吸着するための第 1および第 2の電極 21および 22が配置されてい る。コンデンサ 20内には導入口 23から水溶液 24が連続的に導入され、処理される。 処理された水溶液 24は、排出口 25から連続的に排出される。イオン除去処理が行 われているコンデンサ 20内を通過することによって水溶液 24内のイオンが除去され るため、導入口 23付近におけるイオン濃度は、排出口 25付近におけるイオン濃度よ りも高い。
[0075] 第 1の電極 21と第 2の電極 22との間に電圧を印加すると、水溶液 24の抵抗によつ て電圧降下が生じる。この電圧降下は、水溶液 24のイオン濃度が低いほど大きくな るため、排出口 25に近いほど水溶液 24による電圧降下は大きくなる。そのため、水 溶液 24の水が電気分解されない電圧 (たとえば 2V以下）を印加しても、排出口 25付 近ではその一部しかイオン除去に利用されず、その付近でのイオンの除去能力が低 下する。一方、排出口 25付近の水溶液 24はイオンが除去されて伝導度が低下して いるため、その部分の水溶液 24に充分な電圧を印加するためには、水溶液 24によ る電圧降下を考慮して、電圧を印加する必要がある。そのような電圧を印加した場合 、導入口 23近辺の水溶液 24には、高い電圧が印加されてしまう。その結果、導入口 23付近では水の電気分解が生じる。このため、通液型コンデンサを用いた従来の方 法では、電極間に印加される電圧は、実質的に水の電気分解が生じない電圧（2V 以下:過電圧を考慮)であった。その結果、従来の方法では、電極全体を一様に活 用したイオン除去ができな力つた。
[0076] これに対して、本発明の方法では、容器 10内の水溶液 13による電圧降下は、電極 のどの部分でもほぼ一定である。そのため、水溶液 13による電圧降下を考慮して電 圧を印加することによって、イオンの除去に適した電圧を水溶液 13全体に印加する ことが可能となる。その結果、電極の導電性物質の全体を活用してイオンを効率よく 除去することが可能となる。図 1Aの装置 100において、水溶液 13に印加される電圧 の状態を、図 3に模式的に示す。第 1の電極 11と第 2の電極 12との間に印加される 電圧 Vが 2ボルトを超えても、電圧 Vから電圧降下 IRを差し引いた [ Δ Ε++ Δ Ε—]が水 の分解電圧以下であれば、水溶液 13の電気分解を抑制できる。
[0077] 水溶液 13中の塩ィ匕ナトリウムの濃度を減少させる処理が終了したのち、水溶液 13 を容器 10から排出し、その代わりに、水を容器 10に入れる。詳細は不明であるが、 図 1 Bに示すように、第 1の電極 11の活性炭繊維クロス 11aに吸着されて 、る陰ィォ ンは、活性炭繊維クロス 11aの表面に存在する正電荷にクーロン力で引きつけられて いると推測される。同様に、第 2の電極 12の活性炭繊維クロスに吸着されている陽ィ オンは、活性炭繊維クロスの表面に存在する負電荷にクーロン力で引きつけられて いると推測される。そのため、吸着されたイオンは、活性炭繊維クロスの表面電荷が 存在する限り、比較的安定に、そのクロスに吸着されていると考えられる。
[0078] 次に、第 1の電極 11が力ソードとなり第 2の電極 12がアノードとなるように、第 1の電 極 11と第 2の電極 12との間に電圧を印加する。この電圧印加によって、第 1の電極 1 1の導電性物質に吸着されている陰イオン、および、第 2の電極 12の導電性物質に 吸着されている陽イオンが、水中に放出される。その結果、図 4に示すように、容器 1 0内の水が塩ィ匕ナトリウム水溶液 41となる。
[0079] イオン放出工程が終了すると、容器 10内の塩ィ匕ナトリウム水溶液を排出して、ィォ ンが除去されていない新たな水溶液 13を容器 10に導入する。そして、図 1Aで説明 した処理を行って水溶液 13の塩ィ匕ナトリウムを除去する。次に、塩ィ匕ナトリウム水溶 液 41を再度、容器 10内に導入し、電極に吸着されたナトリウムイオンと塩素イオンと を放出する。このような処理を繰り返すことによって、塩ィ匕ナトリウムが除去された多量 の水溶液と、塩ィ匕ナトリウム濃度が高い塩ィ匕ナトリウム水溶液とが得られる。なお、ィ オン濃度が高 ヽ水溶液とイオン濃度が低!ヽ水溶液の!/ヽずれか一方の水溶液が不要 である場合には、処理が終了するごとにその水溶液を廃棄してもよい。また、イオン 除去処理が行われた水溶液に対して、繰り返しイオン除去処理を行ってもよ!ヽ。
[0080] 同じ水溶液 (A)または同じ水性液体 (B)に対して同じ処理を繰り返す場合、本発 明の装置は、それらの液体を一時的に容器 10から移しておくための他の容器を 1つ 以上備えてもよい。また、その場合、本発明の装置は、一方の容器カゝら他方の容器 へ液体を移すためのポンプを備えてもょ 、。
[0081] 上記本発明の方法によれば、通液型コンデンサを用いる場合と比較して、イオン濃 度を効率よく調整できる。特開 2000— 91169号公報には、比表面積が 2200m2Zg の活性炭 400gを用いた通液型コンデンサによって、濃度が 0. 01モル Zリットルの N aCl水溶液を流速 0. 1リットル Z分で約 5分間（約 0. 5リットル)処理し、 NaCl濃度を 0. 002モル Zリットル未満にできたことが開示されている。これに対して、本発明の 方法では、比表面積が約 2000m2Zgの活性炭 0. 34gを用い、濃度が 0. 01モル Z リットルの NaCl水溶液 30ミリリットルを 15分間処理することによって、濃度を 0. 0018 モル zリットルに低減できた（実施例参照)。このことから、通液型コンデンサを用いる 従来の方法と比較して、本発明の方法によれば、活性炭の単位重量あたりのイオン 除去量が 70倍以上（400Z(0. 34 X 0. 5/0. 03)≥ 70)となった。
[0082] また、水溶液の処理に要する時間を特開 2000— 91169号公報の装置と同一にす るには、活性炭繊維クロスの量を 3倍とすればよい。この場合、使用される活性炭の 量は 17g (0. 34 X (0. 5/0. 03) X 15Z5)であり、特開 2000— 91169号公報の 装置の 23分の 1程度の量である。
[0083] また、本発明の方法は、簡単な装置で実施することができ、硬水の軟水化や、純水 の作製、塩素ガスの除去 (液体中に溶解して ヽる塩素ガスをイオンィ匕して除去)など といった処理を簡単かつ安価に行うことができる。そのため、本発明の方法を実施す るための装置は、家庭用の装置として好適である。本発明の方法および装置によれ ば、イオン濃度を減少させながら、アルカリイオン水や酸性水を作製することも可能で ある。なお、力ソードの電位は、水が電気分解される電位に近い電位であるため、塩 素ガスを塩素イオンに分解することが可能である。
[0084] 水溶液中のイオンを吸着する原理は、電気 2重層コンデンサと同じである。ここで、 第 1の電極と第 2の電極とが同じである場合、すなわち、第 1の導電性物質と第 2の導 電性物質とが、同じ材質で同じ量である場合を仮定する。この場合、アノードである 第 1の電極において酸素ガスが発生するまでに第 1の電極に吸着される陰イオンの 電荷量は、力ソードである第 2の電極にぉ 、て水素ガスが発生するまでに第 2の電極 に吸着される陽イオンの電荷量よりも少ない（実施例 7参照)。そのため、第 1の電極 の第 1の導電性物質と、第 2の電極の第 2の導電性物質とが、同じ材質で同じ量であ る場合には、第 1の電極 (アノード）の電位力 先に水の分解電位に達する。一方の 電極のみにおけるガス発生を抑制するために、第 1の電極側で酸素ガスが発生する までに第 1の電極に蓄積される電荷量と、第 2の電極側で水素ガスが発生するまでに 第 2の電極に蓄積される電荷量とを同じにしておくことが好ましい。
[0085] 発明者らが実験した結果、活性炭のみの電極で測定した場合、 [第 1の電極の活性 炭の重量]： [第 2の電極の活性炭の重量] = 1. 1 : 1〜2： 1の範囲であることが好まし いことが分力つた。 [0086] 水溶液中のイオンを除去する場合において、第 1の電極と第 2の電極との間に流れ る電流が一定となるように電圧を印加することによって、処理速度を高めることが可能 である。このような定電流法で電圧を印加する場合、設定する電流密度が高すぎると 、電極間に印加される電圧が高くなりすぎて水が電気分解され、ガスが発生する場合 がある。ガスが発生した場合には、電圧印加を、一定時間停止して力 再開してもよ い。電圧印加の停止によって活性炭に吸着されているイオンが移動してイオンの偏り が解消され、電圧印加の再開時に電極間に印加される電圧が低下する。
[0087] 第 1の電極と第 2の電極との間に、 2Vより高く 5V以下の電圧を印加した場合、水溶 液中のイオンを除去する速度はそれほど速くないが、ガス発生を抑制して電流の利 用効率を高めることができる。
[0088] 導電性物質に吸着されたイオンを放出させる場合、第 1の電極と第 2の電極とを短 絡させてもよいし、第 1の電極が力ソードとなり第 2の電極がアノードとなるように、第 1 の電極と第 2の電極との間に電圧を印加してもよい。また、液体 (B)が水性液体であ る場合、液体 (B)中において、第 1または第 2の電極と対極との間に電圧を印加する ことによって、イオンを放出させてもよい。
[0089] イオン吸着工程やイオン放出工程を行った場合、不純物の電解や、水溶液の pH 調整によって、第 1の電極に吸着された陰イオンの電荷量と第 2の電極に吸着された 陽イオンの電荷量との間に差が生じる場合がある。そのような場合には、対極を用い てその差を解消することが好まし 、。
[0090] たとえば、水溶液中の溶存酸素が力ソード (第 2の電極)の電子を消費して水酸ィ匕 物イオンになった場合、アノード (第 1の電極)では、消費された電子の電荷量だけ余 分に陰イオンが吸着される。その結果、第 1の電極に吸着されている陰イオンの電荷 量は、第 2の電極に吸着されている陽イオンの電荷量よりも多くなる。
[0091] このような状態でイオン放出工程を行うと、第 2の電極の陽イオンがすべて放出され ても、第 1の電極には陰イオンが吸着されている。イオン放出のための電圧印加をさ らに続け、第 1の電極に吸着されている陰イオンを放出させた場合、第 2の電極の表 面にはプラス電荷が蓄積されて陰イオンが吸着する。そのため、第 1の電極と第 2の 電極の両方に、陰イオンが吸着された状態が生じる。このような状態でイオン吸着工 程を開始した場合、第 2の電極の陰イオンがすべて放出されるまでは、第 2の電極か ら陰イオンが放出されるとともに第 1の電極に陰イオンが吸着される状態が続き、ィォ ン濃度の変化はない。このように、第 1の電極に吸着されている陰イオンの電荷量と、 第 2の電極に吸着されている陽イオンの電荷量との均衡がくずれると、効率が低下す る。
[0092] そのため、そのようなイオンの不均衡が生じた場合には、電極に吸着されているィ オンをすベて放出する操作 (以下、「電極の初期化」 ヽぅ場合がある）を行うことが好 ましい。
[0093] たとえば、第 1の電極に吸着されている陰イオンが過剰である場合、第 1の電極と第 2の電極とを短絡させた状態で、これら 2つの電極が力ソードとなり対極がアノードとな るように、電圧を印加する。この電圧印加によって、電極に吸着されている過剰な陰 イオンを放出でき、どちらの電極にもイオンが吸着されていない状態とすることができ る。また、第 2の電極に吸着されている陽イオンが過剰である場合、第 1の電極と第 2 の電極とを短絡させた状態で、これら 2つの電極がアノードとなり対極が力ソードとな るように、電圧を印加すればよい。このように、電極の初期化を行うことによって、効率 の低下を抑制できる。
[0094] 対極を備えるイオン濃度調整装置の一例を図 5に示す。図 5のイオン濃度調整装 置 200は、容器 50、第 1の電極 51、第 2の電極 52、対極 53および電源 54を備える。 容器 50には、液体を導入するための導入口 50aと、液体を排出するための排出口 5 Obとが接続されている。第 1の電極 51および第 2の電極 52は、イオン吸着電極であ る。図 5に示すように、これらの電極は、通常、処理する液体 55に浸漬される。しかし 、処理に必要のない電極は、容器 50から取り出してもよい。
[0095] 図 5では、電源 54力 第 1の電極 51および第 2の電極 52に接続されている場合を 示している力 装置 200は、電源 54をいずれの電極にも接続できるように構成される 。そのため、装置 200は、スィッチ 56および 57を備える。電源およびスィッチは、制 御装置（図示せず）によって制御される。なお、本発明の装置は、第 1の電極と第 2の 電極とを短絡させるための配線およびスィッチをさらに備えてもよい。
実施例 [0096] 以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。なお、特に説明がない限り 、以下の実施例で用いた活性炭繊維クロスは、日本カイノール株式会社製の活性炭 繊維クロス（品番： ACC5092— 25、 目付け 100〜130gZm2、厚さ約 0. 5mm、ョー ド吸着量 1850〜2100mg/g)である。この活性炭繊維クロスの比表面積は、約 200 Om2Zg以上である。
[0097] [実施例 1]
実施例 1では、本発明に基づき、水道水のイオンを除去した一例について説明する
[0098] 図 6Aに示すように、約 3cm X 5cmの活性炭繊維クロス 61に、集電体 62を取り付け て電極 (イオン吸着電極) 60を作製した。集電体 62は、チタン〖こ白金をコートすること によって作製した。また、図 6Bに示す形状を有する、アクリル榭脂からなるスぺーサ 6 3を用意した。
[0099] 次に、 2つの電極 60を、内容積が 60mlの容器内の両サイドに配置した。このとき、 図 6Cに示すように、 2つの電極 60の間にスぺーサ 63を配置した。 2つの電極間の距 離は、約 17mmであった。次に、容器内に、伝導度が 150 SZcmの水道水 40ml を入れた。
[0100] 次に、 2つの電極 60の間に、 60mAの電流を 1分、 3分、および 5分間流し、伝導度 および pHの変化を測定した。電流を 1〜5分間流すことによって、水道水中のイオン が電極に吸着され、水道水の伝導度は、 140 /z SZcm(l分）、 120 /z SZcm (3分） 、 105 /z SZcm(5分）と低下した。一方、電流を 1〜5分間流しても pHはほとんど変 化しなかった。
[0101] 次に、内容積力 S45mlの容器に、 2つの電極 60と 1つのセパレータとを、上記と同様 に配置した。そして、伝導度が 150 SZcmの水道水 28mlを容器内に入れ、電極 間に 10mAの電流を流し、水道水の伝導度の変化を測定した。このとき、 2つの電極 間の距離は、約 13mmであった。伝導度の低下は、水道水中のイオン濃度の減少に よるものである。また、処理後の水道水の pHも測定した。測定結果を表 1に示す。
[0102] [表 1] 電流値 通電時間 ？ 里 伝導度変化 PH
[mA] [分] [C] [ H S Z c m ]
初期→最終
1 0 1 0 6 150—1 36 7. 3
10 1 5 9 150→1 23 6. 6
1 0 20 1 2 1 50—1 21 4. 1
1 0 30 1 8 1 50→87 5. 7
1 0 60 36 1 50→1 9 7. 1
[0103] 表 1に示すように、電流を流すと、初期の段階では pHは変化しな 、でイオンが除去 されていった。しかし、イオンの除去量が多くなるにつれて、 pHが大きく低下して水が 酸性になった。そして、さらに電流を流し続けると、伝導度が大きく低下し、 pHは約 7 に戻った。
[0104] この実施例では、アノードのイオン吸着容量 (イオン吸着可能量）と、力ソードのィォ ン吸着容量とが同じである。そのため、電流を流し続けるとアノードの電位力 先に、 酸素ガスが発生する電位に到達する。その結果、アノードで酸素ガスが発生して水 中の水素イオン濃度が上昇し、水の pHが低下する。さらに電流を流し続けると PHが 上昇するのは、アノードでの酸素ガス発生に加えて力ソードでの水素ガス発生が生じ るためであると考えられる。
[0105] [実施例 2]
実施例 1と同様のイオン吸着電極を 3枚用意し、内容積が 45mlの容器内の両サイ ドと中央とに平行に配置した。また、電極と電極との間には、実施例 1と同様のスぺー サを配置した。 2つの電極間の距離は、約 6mmであった。この容器に、水道水 29ml を入れた。次に、以下の実験を行った。
[0106] 実験 1では、両サイドの 2枚の電極がアノードとなるように且つ中央の 1枚の電極が 力ソードとなるように電圧を 5分間印加して水道水中のイオンを除去した。電圧は、ァ ノード一力ソード間に流れる電流が 20mAとなるように印加した。
[0107] 次に、実験 2では、実験 1でイオンを吸着した電極からイオンを放出させた。このとき 、両サイドの 2枚の電極が力ソードとなるように且つ中央の 1枚の電極がアノードとなる ように、電圧を 5分間印加した。電圧は、アノード一力ソード間に流れる電流が 20mA となるように印加した。
[0108] 実験 3では、電流を流す時間を変えたことを除き、実験 1と同じ実験を行った。また、 実験 4〜6では、電極間に流す電流および通電時間を変えたことを除き、実験 1と同 じ実験を行った。
[0109] 実験 1〜6の処理における水道水の伝導度の変化、および処理後の水道水の pH を表 2に示す。また、実験 1および 4における印加電圧の変ィ匕も表 2に示す。
[0110] [表 2]
Figure imgf000026_0001
[0111] 実施例 2では、実施例 1とは異なり、アノードのイオン吸着容量を、力ソードのイオン 吸着容量の 2倍としている。その結果、処理による pHの変動がほとんど見られなかつ た。
[0112] 実験 1では、イオンの除去によって水道水の伝導度が低下し、実験 2ではイオンの 放出によって水道水の伝導度が初期とほぼ同じ値となった。
[0113] 電流値が高い実験 4では、印加電圧が最終的に 60ボルトという高い電圧になった 力 ガスの発生は少なかった。同様に、実験 5および 6でも、ガスの発生は少なかった
[0114] 電流値が高い実験 4〜6では、イオン除去の効率、すなわち、電気量に対するィォ ン除去量が低下した。これは、活性炭繊維クロスの抵抗の影響が大きくなり、イオン吸 着量が電極内で不均一になるためであると考えられる。このような効率の低下を抑制 するために、電極間に流す電流を徐々に低下させたり、電圧の印加を一定時間停止 したりすることが有効である。
[0115] [実施例 3]
実施例 3では、図 7に示すように、活性炭繊維クロス 61 (サイズ： 3cm X 5cm)の表 面に接するように配線 71を配置して電極 70を作製した。配線には、チタンのワイヤの 表面を白金でコートしたものを用いた。また、ポリエチレン力 なるセパレータを用意 した。
[0116] 図 6の電極 60の代わりに図 7の電極 70を用いること、および、スぺーサの代わりに セパレータを用いることを除き、実施例 2の装置と同様の装置を構成した。そして、そ の装置の容器（内容積: 45ml)に 30mlの水道水、または 30mlの NaCl水溶液 (伝導 度： 588 S/cm)を入れ、イオン除去の実験を行った。
[0117] アノード一力ソード間の電流値および通電時間を変えて実験 7〜： L 1を行った。また 、アノード Zセパレータ Z力ソード Zセパレータ Zアノードと 、う電極群を 2つ容器内 に配置し、イオン除去の実験 12を行った。イオン除去工程による液体の伝導度変化 と、最終の pH値とを表 3に示す。
[0118] [表 3]
Figure imgf000027_0001
[0119] 電極に配線を形成したことによって、イオン除去の効率が高くなつた。また、実施例 3では、アノードのイオン吸着容量が力ソードのイオン吸着容量の 2倍であるため、電 流を流し続けると、アノードでの酸素ガス発生の前に力ソードでの水素ガス発生が生 じる。力ソードでの水素ガス発生に伴って水酸ィ匕物イオンが液体中に放出されるため 、処理に伴って液体の pHが上昇した。しかし、電流を流し続けると、 pHは低下して 液体はほぼ中性となった。 pHが中性となるのは、電流を流し続けると、力ソードでの 水素ガス発生に加えてアノードでの酸素ガス発生が生じるためであると考えられる。
[0120] 実施例 3の処理による pHの変化は、実施例 1の処理による pHの変化とは逆の方向 に生じている。したがって、アノードのイオン吸着容量と力ソードのイオン吸着容量と の最適な比は、実施例 1の比と実施例 3の比との間に存在していると考えられる。また 、実施例 1および実施例 3の結果は、水の分解反応を利用して電極の電位を制御で きることを示している。そのため、アノードのイオン吸着容量と力ソードのイオン吸着容 量との比を最適に近い値にしておくと、陽イオンおよび陰イオンの吸着量のバランス がずれた場合でも、アノードおよび zまたは力ソードで水を分解することによって、バ ランスのずれを解消できる。
[0121] また、活性炭繊維クロスの量を 2倍にした実験 12では、同じ電気量を流しても水の 電気分解が生じず、 pHは変化しなカゝつた。
[0122] なお、配線を備える実施例 3の電極を用いてアノードで酸素ガスを発生させた場合 、まず、配線の表面力も酸素ガスが発生した。アノードの電位をさらに上昇させると、 活性炭繊維クロスの表面からも酸素ガスが発生した。このことから、白金は、活性炭よ りも酸素過電圧が小さいと考えられる。同様に、白金は、活性炭よりも水素過電圧が 小さいと考えられる。
[0123] [比較例]
まず、実施例 3で説明した、配線を備える電極を 6個用意した。また、実施例 1で説 明したスぺーサと実施例 3で用いたセパレータとをそれぞれ 3枚用意した。これらの電 極、スぺーサおよびセパレータを、アノード Zセパレータ Zスぺーサ Z力ソード Zカソ ード Zスぺーサ Zセパレータ Zアノード Zアノード Zセパレータ Zスぺーサ Zカソー ドという配置となるように容器（内容積 45ml)に配置した。隣接するアノード一力ソード 間の距離は、約 4mmであった。
[0124] 次に、この容器に、濃度が約 0. 0084モル Zリットルの NaCl水溶液を約 30ml入れ
、イオン除去の実験を行った。電極間に印加する電圧は IVに固定した。
[0125] 実験では、電極間を流れる電流値が 1オーダー下がるごとに電圧印加をやめて、ァ ノード一力ソード間の電圧（レストポテンシャル）と、水溶液の伝導度および pHとを測 定した。また、最後に 130分間の処理を行って、レストポテンシャル、伝導度および p
Hを測定した。測定結果を表 4に示す。
[0126] [表 4] 印加電圧 積算した 電流値 レストポテ 伝導度変化 p H
[V] 印加時間 [mA] ンシャル [ S / c m]
[分] 初期—最終 [ V ] 初期—最終
1 1 6 95→9.5 0.800 947→538 9.6
1 39 0.890 →380 9.7
1 72 0.9 1 5 →327 9.8
1 1 08 0.924 →305 9.6
1 238 22→1 .2 0.953 →2 1 5 7.5
[0127] 表 4に示すように、処理の開始と共に水溶液の pHが上昇した。また、処理に伴って 伝導度が減少しており、印加電圧が 1ボルトであってもイオンが除去されることが分か る。し力し、 J CM CS
レストポテンシャルは、電O極にイオンが吸着されるに従って高くなる。すな
ΐ
わち、電極間に印加される電圧が 1ボルMi C cs
O Cトであっても、電極間の水溶液に印加される 電圧（電界）は、 1ボルトからレストポテンシャルを引いた値となる。たとえば、処理を 1 6分間行ったときのレストポテンシャルは 0. 8ボルトであり、水溶液に印加される電圧 は 0. 2ボルトである。そのため、電極力イオンを吸引する能力が低下し、イオン除去 の効率が低下する。このように、水の分解電圧以下の電圧を電極間に印加しても、効 率よく処理を行うことができな 、。
[0128] [実施例 4]
上記比較例と同じ装置を用い、電極間に定電流法で電圧を印加してイオン除去の 実験を行った。具体的には、アノ 力ソード間に流れる電流が 200mAとなるよう に電圧を印加した。実施例 4では、伝導度が 800 SZcmの NaCl水溶液を処理し た。
[0129] 実験 13では、水溶液の伝導度が約 100 μ SZcmになるまで電圧を印加し続けた。
実験 14では、電圧の上昇速度をモニタし、電圧の上昇速度が少し遅くなつた時点で 電圧の印加を停止した。実験 15では、実験 14の電圧印加停止後、水溶液の伝導度 が約 100 SZcmになるまで再び電圧を印加した。実験 13 15において、電圧の 変化、水溶液の伝導度の変化、水溶液の pHを測定した。測定結果を表 5に示す。
[0130] [表 5] 実験 電流値 通電時間 電気量 印加電圧 伝導度変化 P H
[mA] [分] [C] [V] [ μ S / cm]
初期—最終 初期—最終
1 3 200 9.5 1 1 4 2.5→60 800→1 06 6.0
1 4 200 3.5 42 2.5一 70 800→280 6.8
1 5 200 1 .7 20 4.4— 83 280→1 05 6.4
[0131] 実験 13の印加電圧の推移を図 8に示す。電圧は、 2. 5V (初期）から 67ボルトまで 上昇したのち、 60ボルト (最終）となった。図 8の横軸は、 1目盛りが 32秒である。電圧 印加開始から、約 200秒で電圧の上昇が小さくなり始めた。これは、水の分解反応が 生じだしためであると考えられる。
[0132] そこで、実験 14では、電圧印加開始から 210秒（3. 5分)で電圧印加を停止した。
伝導度から概算すると、この時点で、ナトリウムイオンおよび塩素イオンの約 65%が 除去されていた。
[0133] 電圧印加を停止して測定を行うのに要した約 10分間の間に、活性炭繊維クロスに 吸着されているイオンが移動し、イオンの分布が均一化する。その結果、電極の電位 が低くなつて、低い印加電圧でも 200mAの電流が流れるようになる。実験 14の測定 終了後、実験 15の電圧印加を開始すると、印加電圧は 4. 4Vに低下していた。実験 15では、電圧印加開始力も約 1. 7分で印加電圧が 83Vに上昇して電圧上昇が小さ くなり始めた。 1. 7分間の電圧印加によって、伝導度は約 100 SZcmに低下した。 実験 14および 15のトータルの電圧印加時間は 5. 2分間であり、実験 13の電圧印加 時間（9. 5分間）よりも短いが、同じ程度までイオンを除去することができた。このよう に、水の電気分解が起こらない条件で処理を行うことによって、高い電流でも効率よ くイオンを除去できる。
[0134] [実施例 5]
実施例 5の実験では、実施例 3で説明した電極 70およびセパレータを用いた。 1つ の電極 70に含まれる活性炭は、約 0. 17gであった。
[0135] 2つの電極を内容積 45mlの容器の両サイドに配置し、 2つの電極の間にセパレー タを配置した。この容器に、濃度が 0. 01モル Zリットルの NaCl水溶液 (伝導度： 111 7 μ S/cm, pH : 6. 32)を 30ml入れ、イオン除去の実験を行った。
[0136] 実験 16では、電流値が 200mAになるように電圧を印加した。 5分間の電圧印加後 、測定を行い、測定後の水溶液を実験 17でさらに処理した。実験 17では、電流値が
100mAとなるように電圧を印加した。
[0137] 実験 18では、電流値が 65mAになるように電圧を印加した。 15分間の電圧印加後
、測定を行い、測定後の水溶液を実験 19でさらに処理した。実験 19では、電流値が
35mAとなるように電圧を印加した。測定結果を表 6に示す。
[0138] [表 6]
Figure imgf000031_0001
[0139] 実施例 5では、イオン濃度が高く伝導度が水道水の 5倍以上である水溶液を処理し た。実験 16では、実験 18の約 3倍の電流値で処理を行ったが、イオン吸着能力に余 力がある状態での処理であるため、実験 16による伝導度の変化は、実験 18による伝 導度の変化と比べて、大きな遜色はな力つた。また、実験 16に引き続いて低い電流 値で実験 17を行うことによって、実験 19と同様に、水道水のレベルになるまでイオン を除去することができた。実験 16〜19に示されるように、初期の電流値を高くし、ィォ ンが除去されるに従って電流値を下げることによって、同じ電気量で、短時間にィォ ンを除去できた。
[0140] [実施例 6]
まず、比較例と同じ装置を 2つ用意した。この装置の容器（内容積 45ml)に、伝導 度が 170 SZcmの水道水を約 30ml入れ、イオン除去の実験を行った。まず、電 流および通電時間を 3段階に変化させて処理を行い、伝導度を、約 15 SZcmまで 低減させた。処理の際の印加電圧の変化、処理による伝導度の変化、および処理後 の pHを表 7に示す。
[0141] [表 7] 電流値 通電時間 印加電圧 伝導度変化 p H
[mA] [分] [V] ί μ S / cm]
初期—最終 初期—最終
200 3 1 0→1 20 1 70→61 .0 6.6
50 5 →29.6 6.6
30 1 5 →1 4.5 6.5
[0142] 次に、処理後の水を新たな装置に移し、再度イオン除去の処理を行った。この処理 による伝導度の変化と、処理後の pHとを表 8に示す。
[0143] [表 8]
o σ
Figure imgf000032_0001
o o
[0144] 実施例 6では、水道水の伝導度を純水の伝導度にまで低下させることができた。
[0145] [実施例 7]
実施例 7では、活性炭繊維クロスとして、日本カイノール株式会社製の活性炭繊維 クロス ACC5092— 25 (上述）と、 ACC5092— 10 (目付け 200g/m2、厚さ約 0. 6 mm、比表面積 2000m2/g)の 2種類を用いて電極を作製した。活性炭繊維クロスの 表面には、集電体として、白金ワイヤ (配線)を配置した。
[0146] 上記 2種類の電極を用い、サイクリックボルタンメトリーを行った。その結果から、ァノ ードおよび力ソードのそれぞれにつ 、て、レストポテンシャル (RP)から水の電気分解 が生じる電位に到達するまでの電気量を求めた。また、その電気量から、電極に吸着 されるイオンの量を見積もった。評価結果を表 9に示す。なお、表 9の電気量および 吸着イオン量は、活性炭繊維クロス lcm2あたりの数値である。なお、この水溶液の電 位窓（potential window:水が電気分解しない領域）は、 Pt電極 Pt電極の場合には 1. 49ボルトであり、活性炭電極—活性炭電極の場合には 1. 95ボルトであった。
[0147] [表 9] 活性炭クロス 電極 R Pから電気分解 R Pから電気分解
までの電気量 までの吸着イオン量
[A - sec/ cm2] [mol/ cm 2]
アノード 2.59 2.68 1 0— 5
AC C 5092-25
力ソード 3.50 3.62 X I f)— 5
アノード 3.37 3.49 X 1 0— 5
AC C 5092- 1 0
力ソード 4.39 4.55 X 1 0— 5
[0148] 表 9に示すように、イオンが吸着されていない状態力 水の電気分解が起こるまで の電気量は、アノードと力ソードとで異なっていた。活性炭繊維クロスが ACC5092— 25である場合、その電気量は、 [アノード]： [力ソード] = 1 : 1. 35であった。活性炭 繊維クロスが ACC5092— 10である場合、その電気量は、 [アノード]： [力ソード] = 1 : 1. 30であった。
[0149] 表 9の結果から、イオン吸着物質に活性炭繊維クロスを用い且つ集電体の表面に P tが存在する場合、アノードの活性炭の量を、力ソードの活性炭の量の 1. 35倍程度 にすることが好ましいことが分力つた。このような構成とすることによって、アノードと力 ソードとがほぼ同じ量のイオンを吸着したときに両方の電極がガス発生電位に到達す る。
[0150] なお、アノードのイオン吸着容量と力ソードのイオン吸着容量との比は、イオン吸着 物質および集電体の材料によって変化するが、通常、アノードの容量を大きくするこ とが好ましい。
[0151] [実施例 8]
まず、比較例と同じ装置を用意した。この装置の容器に、伝導度が SZcmの 水道水を入れ、 5分間電圧を印加して水道水中のイオンを電極に吸着させた。電圧 は、電極間に 20mAの電流が流れるように印加した。 5分間の電圧印加ののち、容器 内の水道水を入れ替え、再度同じ操作をして水道水中のイオンを電極に吸着させた 。このようなイオン吸着工程を、同じ電極で続けて 5回行い、電極にイオンを蓄積させ た。
[0152] 次に、容器内に新しい水道水 3 lmlを入れた。そして、 2つの電極をショートさせるこ とによって、電極に吸着されているイオンを水道水中に放出させた。このイオン放出 工程によって、水道水中のイオン濃度を上昇させた。 [0153] 各工程における印加電圧の変化、ならびに、処理後の水溶液の伝導度および PH を表 10に示す。
[0154] [表 10]
Figure imgf000034_0001
[0155] 表 10に示すように、イオン放出工程によって、水溶液中の塩濃度を高めることがで きた。
[0156] [実施例 9]
実施例 9では、非水電解液中のイオンを除去した一例にっ 、て説明する。
[0157] まず、塩ィ匕ビ二ル榭脂製の容器（内容積： 27. 6ml)に、 18. 5mlの非水電解液を 入れた。非水電解液の溶媒には、プロピレンカーボネートを用いた。溶質には、四フ ッ化ホウ酸トリェチルメチルアンモ -ゥム (TEMA'BF )を用いた。溶液の初期濃度
4
は、 0. 0294モル Zリットルであった。
[0158] 次に、非水電解液中に、 1枚のアノード電極と、 1枚の力ソード電極とを浸漬した。 2 つの電極は同じ電極であり、図 7に示した電極を用いた。 2つの電極の間隔は、 4m mとした。
[0159] 次に、非水電解液の伝導度を測定しながら、 2つの電極間に 2. 4ボルトの定電圧を 280分間印加した。その結果、非水電解液の伝導度は、 SZcm (初期）から 1 64 SZcm (最終）に変化した。この変化は、非水電解液中の陽イオン (TEMA)お よび陰イオン (BF ")が除去されたためであると考えられる。
4
[0160] 電極間を流れる電流値と通電時間との関係を図 9に示す。図 9に示すように、通電 時間の経過につれてイオンが除去されて液抵抗が上がっていくため、電流値が下が つていく。
[0161] [実施例 10] 実施例 10では、非水電解液中のイオンを除去した他の一例について説明する。実 施例 10は、非水電解液の初期濃度と、通電方法とを変えたことを除き、実施例 9と同 様の実験を行った。
[0162] 実施例 10では、非水電解液の初期濃度を、 0. 0036モル Zリットルとした。そして、
20mAの定電流を 7分間流した。その結果、溶液の伝導度は、 137. 5 /z SZcm (初 期）から 42. 9 μ S/cm (最終）に変化した。
[0163] [実施例 11]
実施例 11では、非水電解液中のイオンを除去した他の一例について説明する。実 施例 11は、非水電解液の初期濃度と、通電方法とを変えたことを除き、実施例 9と同 様の実験を行った。
[0164] 実施例 11では、非水電解液の初期濃度を、 0. 0044モル Zリットルとした。そして、
10mAの定電流を 27分間流した。その結果、溶液の伝導度は、 140. 3 ^ S/cm ( 初期）から 8. 0/z SZcm (最終）に変化した。
[0165] なお、実施例 9〜： L1において、通電時間の途中で伝導度が飽和している可能性も ある。そのため、最終の伝導度に到達するまでに要する通電時間は、実施例の通電 時間よりも短い可能性がある。
産業上の利用可能性
[0166] 本発明は、液体のイオン濃度調整方法およびイオン濃度調整装置に適用できる。
また、本発明は、液体のイオン濃度および pHの調整方法および調整装置に適用で きる。

Claims

請求の範囲
[1] イオン濃度を調整する方法であって、
(i)容器内にぉ 、て、水素イオンおよび水酸化物イオン以外の少なくとも 1種のィォ ン (L)を含む溶液に、イオンを吸着できる第 1の導電性物質を含む第 1のイオン吸着 電極と、イオンを吸着できる第 2の導電性物質を含む第 2のイオン吸着電極とを浸漬 させた状態で、前記第 1のイオン吸着電極がアノードとなるように、前記第 1のイオン 吸着電極と前記第 2のイオン吸着電極との間に電圧を印加することによって、前記溶 液中の陰イオンを前記第 1のイオン吸着電極に吸着させ、前記溶液中の陽イオンを 前記第 2のイオン吸着電極に吸着させる工程を含み、
前記 (i)の工程にぉ 、て前記溶液力バッチ方式で処理され、
前記電圧が、前記溶液による電圧降下がな!ヽと仮定した場合に前記溶液の溶媒が 電気分解する電圧よりも高!ヽ電圧であるイオン濃度調整方法。
[2] 前記（i)の工程ののちに、
(ii)前記容器内の前記溶液を他の液体に変え、前記第 1のイオン吸着電極がカソ ードとなるように前記第 1のイオン吸着電極と前記第 2のイオン吸着電極との間に電 圧を印加することによって、前記第 1のイオン吸着電極に吸着された前記陰イオンと 前記第 2のイオン吸着電極に吸着された前記陽イオンとを、前記液体中に放出させ る工程を含む請求項 1に記載のイオン濃度調整方法。
[3] 前記溶液が水溶液であり、
前記電圧が 2ボルトよりも高 ヽ請求項 1に記載のイオン濃度調整方法。
[4] 前記溶液が非水溶液である請求項 1に記載のイオン濃度調整方法。
[5] 前記 (i)の工程と前記 (ii)の工程とを複数回繰り返す請求項 2に記載のイオン濃度 調整方法。
[6] 前記第 1および第 2の導電性物質の比表面積が、 900m2Zg以上である請求項 1 に記載のイオン濃度調整方法。
[7] 前記第 1および第 2の導電性物質が、活性炭を含む請求項 1に記載のイオン濃度 調整方法。
[8] 前記第 1のイオン吸着電極は、前記第 1の導電性物質に接する第 1の配線を含み、 前記第 2のイオン吸着電極は、前記第 2の導電性物質に接する第 2の配線を含む 請求項 1に記載のイオン濃度調整方法。
[9] 前記第 1の配線の表面には、活性炭よりも酸素過電圧が小さい金属が存在し、 前記第 2の配線の表面には、活性炭よりも水素過電圧が小さい金属が存在する請 求項 8に記載のイオン濃度調整方法。
[10] 電圧を印加するための電源と、液体を導入および排出できる容器と、前記容器内 に配置可能な第 1および第 2のイオン吸着電極とを含むイオン濃度調整装置であつ て、
前記第 1のイオン吸着電極は、イオンを吸着できる第 1の導電性物質を含み、 前記第 2のイオン吸着電極は、イオンを吸着できる第 2の導電性物質を含み、
(i)前記容器内において、水素イオンおよび水酸ィヒ物イオン以外の少なくとも 1種の イオン (L)を含む溶液に、前記第 1および第 2のイオン吸着電極を浸漬させた状態で 、前記第 1のイオン吸着電極がアノードとなるように、前記第 1のイオン吸着電極と前 記第 2のイオン吸着電極との間に電圧を印加することによって、前記溶液中の陰ィォ ンを前記第 1のイオン吸着電極に吸着させ、前記溶液中の陽イオンを前記第 2のィォ ン吸着電極に吸着させる工程が行われ、
前記 (i)の工程にぉ 、て前記溶液力バッチ方式で処理され、
前記電圧が、前記溶液による電圧降下がな！ヽと仮定した場合に前記溶液の溶媒が 電気分解する電圧よりも高!ヽ電圧であるイオン濃度調整装置。
[11] 前記容器内に配置可能な対極をさらに含む請求項 10に記載のイオン濃度調整装 置。
[12] 前記（i)の工程ののちに、
(ii)前記容器内の前記溶液を他の液体に変え、前記第 1のイオン吸着電極がカソ ードとなるように前記第 1のイオン吸着電極と前記第 2のイオン吸着電極との間に電 圧を印加することによって、前記第 1のイオン吸着電極に吸着された前記陰イオンと 前記第 2のイオン吸着電極に吸着された前記陽イオンとを前記液体中に放出させる 工程が行われる請求項 10に記載のイオン濃度調整装置。
[13] 前記溶液が水溶液であり、 前記電圧が 2ボルトよりも高い請求項 10に記載のイオン濃度調整装置。
[14] 前記溶液が非水溶液である請求項 10に記載のイオン濃度調整装置。
[15] 前記第 1および第 2の導電性物質の比表面積が、 900m2/g以上である請求項 10 に記載のイオン濃度調整装置。
[16] 前記第 1および第 2の導電性物質が、活性炭を含む請求項 10に記載のイオン濃度 調整装置。
[17] 前記第 1のイオン吸着電極は、前記第 1の導電性物質に接する第 1の配線を含み、 前記第 2のイオン吸着電極は、前記第 2の導電性物質に接する第 2の配線を含む 請求項 10に記載のイオン濃度調整装置。
[18] 前記第 1の配線の表面には、活性炭よりも酸素過電圧が小さい金属が存在し、 前記第 2の配線の表面には、活性炭よりも水素過電圧が小さい金属が存在する請 求項 17に記載のイオン濃度調整装置。
[19] 前記第 1および第 2の配線の表面に白金が存在する請求項 17に記載のイオン濃 度調整装置。
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