JP2006002235A - 複極室および該複極室を備えた電気化学的液体処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 電気透析装置および電気分解装置に用いる複極室において、陽極側より順に、アニオン交換膜、電極およびカチオン交換膜の順に設置し、カチオン交換膜とアニオン交換膜の間に供給する液体が純水である。
【選択図】 図3
Description
また、被処理液中のイオンが電極反応を起こすことにより、有害物質または腐食を促進する物質が液体または気体として発生する場合があり、装置の防食対策および安全対策およびメンテナンスに多額の費用がかかる場合があった。また、電極反応により、副生成物が生成する場合があり、製品の品質に影響を与える場合があった。
本発明が解決しようとする別の課題は、上述した複極室を備えた電気化学的液体処理装置を提供することである。
本発明の複極室の他の態様は、電気透析装置および電気分解装置に用いる複極室において、陽極側より順に、アニオン交換膜、電極およびカチオン交換膜の順に設置し、カチオン交換膜とアニオン交換膜の間に供給する液体が非電解質の水溶液であることを特徴とするものである。
また、アニオン交換膜と電極の間にアニオン交換体を配置することを特徴とする。
また、前記カチオン交換体またはアニオン交換体は、繊維状材料で構成されるイオン交換不織布または織布であることを特徴とする。
また、前記繊維状材料で構成されるイオン交換不織布または織布は、放射線グラフト重合法を利用して製造されることを特徴とする。
また、前記電極は、通液性かつ通ガス性の導電性材料から構成されていることを特徴とする。
また、前記複極室は、前記純水または非電解質の水溶液を供給する供給口を備えるとともに、電気分解で生成された気体および純水または非電解質の水溶液が排出される流出口を備えることを特徴とする。
また、前記カチオン交換体またはアニオン交換体は、繊維状材料で構成されるイオン交換不織布または織布であることを特徴とする。
また、前記繊維状材料で構成されるイオン交換不織布または織布は、放射線グラフト重合法を利用して製造されることを特徴とする。
また、前記電極は、通液性かつ通ガス性の導電性材料から構成されていることを特徴とする。
図1は、本発明に係る複極室の一例を示す概略図である。図1に示すように、本発明の複極室は、陽極側より順に、アニオン交換膜1、電極2およびカチオン交換膜3の順に設置されており、アニオン交換膜1と電極2の間にはアニオン交換体としてのアニオン交換不織布4が充填されている。また、カチオン交換膜3と電極2の間にはカチオン交換体としてのカチオン交換不織布5が充填されている。電極2は通液性かつ通ガス性の導電性材料から構成されている。前記通液性かつ通ガス性の導電性材料は、ラス網状(エキスパンデッドメタル)、金属斜交網、格子状金属材料、網状金属材料、発泡金属材料、焼結金属繊維シートから選択される。複極室は、下部および上部にそれぞれ液体入口(供給口)6および液体出口(流出口)7を備えている。液体入口6から導入された液体は、電極2、カチオン交換不織布5およびアニオン交換不織布4の空隙を通過して液体出口7に到達する構成である。通電時には電気分解反応により電極2の陰極側からは酸素ガス、電極2の陽極側からは水素ガスが発生する。これらのガスは主に電極2の空隙を通過して液体出口7から液体と共に排出される。
イオン交換膜に負荷される電流密度としては、通常3A/dm2以下である。アニオン交換膜とカチオン交換膜との距離は、通常10mm以下、好ましくは6mm以下である。
イオン交換膜としては、通常市販されているものを用いることができ、例えば(株)アストム製のアニオン交換膜であるAHA、カチオン交換膜であるCMBなどを用いることができる。
放射線グラフト重合法とは、高分子基材に放射線を照射してラジカルを形成させ、これにモノマーを反応させることによってモノマーを基材中に導入するという技法である。放射線グラフト重合法に用いることができる放射線としては、α線、β線、γ線、電子線、紫外線等を挙げることができるが、本発明においてはγ線や電子線を好ましく用いる。放射線グラフト重合法には、グラフト基材に予め放射線を照射した後、グラフトモノマーと接触させて反応させる前照射グラフト重合法と、基材とモノマーの共存下に放射線を照射する同時照射グラフト重合法とがあるが、本発明においては、いずれの方法も用いることができる。また、モノマーと基材との接触方法により、モノマー溶液に基材を浸漬させたまま重合を行う液相グラフト重合法、モノマーの蒸気に基材を接触させて重合を行う気相グラフト重合法、基材をモノマー溶液に浸漬した後モノマー溶液から取り出して気相中で反応を行わせる含浸気相グラフト重合法などを挙げることができるが、いずれの方法も本発明において用いることができる。
用いることのできる複合繊維の例としては、ポリオレフィン系高分子、例えばポリエチレンを鞘成分とし、鞘成分として用いたもの以外の高分子、例えばポリプロピレンを芯成分とした芯鞘構造の複合繊維が挙げられる。かかる複合繊維材料に、イオン交換基を、放射線グラフト重合法を利用して導入したものが、イオン交換能力に優れ、厚みが均一に製造できるので、上記の目的で用いられるイオン交換繊維材料として好ましい。イオン交換繊維材料の形態としては、織布、不織布などを挙げることができる。
また、斜交網等のスペーサー部材の形態のイオン交換体としては、ポリオレフィン系高分子製樹脂、例えば、電気透析槽において広く使用されているポリエチレン製の斜交網(ネット)を基材として、これに、放射線グラフト重合法を用いてイオン交換機能を付与したものが、イオン交換能力に優れ、被処理水の分散性に優れているので、好ましい。
この目的で用いることのできるイオン交換基を有するモノマーとしては、アクリル酸(AAc)、メタクリル酸、スチレンスルホン酸ナトリウム(SSS)、メタリルスルホン酸ナトリウム、アリルスルホン酸ナトリウム、ビニルスルホン酸ナトリウム、ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド(VBTAC)、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノプロピルアクリルアミドなどを挙げることができる。
例えば、スチレンスルホン酸ナトリウムをモノマーとして用いて放射線グラフト重合を行うことにより、基材に直接、強酸性カチオン交換基であるスルホン基を導入することができ、また、ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライドをモノマーとして用いて放射線グラフト重合を行うことにより、基材に直接、強塩基性アニオン交換基である第4級アンモニウム基を導入することができる。
また、基材にクロロメチルスチレンをグラフト重合した後、スルフィドを反応させてスルホニウム塩とした後、イミノジ酢酸ナトリウムを反応させることによって、官能基としてイミノジ酢酸ナトリウム基を基材に導入することができる。或いは、まず基材にクロロメチルスチレンをグラフト重合した後、クロロ基をヨウ素で置換し、次にイミノジ酢酸ジエチルエステルを反応させてヨウ素をイミノジ酢酸ジエチルエステル基で置換し、次に水酸化ナトリウムを反応させてエステル基をナトリウム塩に変換することによって、官能基としてイミノジ酢酸ナトリウム基を基材に導入することができる。
この結果、処理水のフッ化物イオン濃度は1〜3mg/Lが得られた。運転電圧は40Vと低い値で安定した。原水中のフッ化物イオンはフッ化水素水として5000mg/L以上に濃縮された。以上より、本発明による複極室は、低電圧で純水を電解して、電極として機能することが確認された。
・アニオン交換不織布:基材はポリエチレン製不織布からなり、官能基は4級アンモニウム基であり、グラフト重合法により作成した。
・カチオン交換スペーサ:基材はポリエチレン製斜孔網からなり、官能基はスルホン基であり、グラフト重合法により作成した。
・アニオン交換スペーサ:基材はポリエチレン製斜孔網からなり、官能基は4級アンモニウム基であり、グラフト重合法により作成した。
・陽極 :チタンに白金めっきを施したものからなり、ラス網形状(エキスパンデッドメタル)であった。
・陰極 :SUS304からなり、ラス網形状(エキスパンデッドメタル)であった。
・カチオン交換膜:アストム製CMB
・アニオン交換膜:アストム製AHA
2 電極
3,C カチオン交換膜
4 アニオン交換不織布
5 カチオン交換不織布
6 液体入口
7 液体出口
14 アニオン交換スペーサ
15 カチオン交換スペーサ
21 陽極室
22,25 中和室
23,26 脱イオン室
24 複極室
27 陰極室
38 ラス網状電極
41,52 カチオン交換不織布
42 カチオン交換スペーサ
43,47 アニオン交換スペーサ
44,46,54 アニオン交換不織布
51,53 ラス網状の電極
Claims (14)
- 電気透析装置および電気分解装置に用いる複極室において、陽極側より順に、アニオン交換膜、電極およびカチオン交換膜の順に設置し、カチオン交換膜とアニオン交換膜の間に供給する液体が純水であることを特徴とする複極室。
- 電気透析装置および電気分解装置に用いる複極室において、陽極側より順に、アニオン交換膜、電極およびカチオン交換膜の順に設置し、カチオン交換膜とアニオン交換膜の間に供給する液体が非電解質の水溶液であることを特徴とする複極室。
- カチオン交換膜と電極の間にカチオン交換体を配置することを特徴とする請求項1または2記載の複極室。
- アニオン交換膜と電極の間にアニオン交換体を配置することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の複極室。
- 前記カチオン交換体またはアニオン交換体は、繊維状材料で構成されるイオン交換不織布または織布であることを特徴とする請求項3または4記載の複極室。
- 前記繊維状材料で構成されるイオン交換不織布または織布は、放射線グラフト重合法を利用して製造されることを特徴とする請求項5記載の複極室。
- 前記電極は、通液性かつ通ガス性の導電性材料から構成されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の複極室。
- 前記通液性かつ通ガス性の導電性材料は、エキスパンデッドメタル、金属斜交網、格子状金属材料、網状金属材料、発泡金属材料、焼結金属繊維シートから選択されることを特徴とする請求項7記載の複極室。
- 前記純水または非電解質の水溶液を供給する供給口を備えるとともに、電気分解で生成された気体および純水または非電解質の水溶液が排出される流出口を備えることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の複極室。
- 電気透析装置および電気分解装置に用いる複極室において、陽極側より順に、アニオン交換膜、アニオン交換体、電極、カチオン交換体、およびカチオン交換膜の順に設置したことを特徴とする複極室。
- 前記カチオン交換体またはアニオン交換体は、繊維状材料で構成されるイオン交換不織布または織布であることを特徴とする請求項10記載の複極室。
- 前記繊維状材料で構成されるイオン交換不織布または織布は、放射線グラフト重合法を利用して製造されることを特徴とする請求項11記載の複極室。
- 前記電極は、通液性かつ通ガス性の導電性材料から構成されていることを特徴とする請求項10乃至12のいずれか1項に記載の複極室。
- 陽極と陰極を有する電気化学的液体処理装置であって、該陽極と該陰極の間に請求項1乃至13のいずれか1項に記載の複極室を少なくとも1つ有することを特徴とする電気化学的液体処理装置。
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