JP2015037763A - Device for controlling adsorption/desorption of charged substance, waste water treatment device, and electrode to be used in the former or latter device - Google Patents

Device for controlling adsorption/desorption of charged substance, waste water treatment device, and electrode to be used in the former or latter device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for controlling adsorption/desorption of a charged substance, in which device the charged substance can freely be removed/recovered at a desired time, to provide a waste water treatment device in which waste water can be treated at a comparatively low price and to provide an electrode.SOLUTION: A device 10 for controlling adsorption/desorption of the charged substance, which is used for controlling adsorption/desorption of the charged substance from/to a solution 3 containing the charged substance, includes: the electrodes 1, 2 which are disposed separately from each other and contacted with the solution 3 containing the charged substance; a control part 4 for controlling the potential of each of the electrodes 1, 2; and a surface charge variable material 13 disposed to be contacted with the solution 3, at the least. The surface charge variable material 13 has such a property that the surface charge is changed according to the pH of the surrounding thereof in the solution 3. The control part 4 changes the potential of the electrode 1 or 2 to control an electrochemical reaction, which accompanies generation or consumption of a hydrogen ion or a hydroxide ion on the electrode 1 or 2, and changes the pH in the vicinity of the electrode 1 or 2 to adsorb/desorb the charged substance to be contained in the solution 3 on/from the surface charge variable material 13.

Description

本発明は、帯電物質の吸着・脱離を制御する帯電物質吸着脱離制御装置及び帯電物質を含む廃水から当該帯電物質を吸着・脱離させて廃水を浄化処理するとともに帯電物質を除去・回収する廃水処理装置並びにそれらに用いる電極に関する。   The present invention is a charged substance adsorption / desorption control device that controls adsorption / desorption of a charged substance, and purifies waste water by adsorbing / desorbing the charged substance from waste water containing the charged substance, and removing / collecting the charged substance. The present invention relates to a wastewater treatment apparatus to be used and electrodes used for them.

水は生命維持、社会生活、環境の保全に欠かすことのできない必須の物資であり、また産業活動において重要な物資である。   Water is an indispensable material indispensable for life support, social life, and environmental conservation, and is an important material in industrial activities.

現在、世界には約７億人もの人が水ストレスを感じる生活を送っており、２０５０年には１０億人規模に達すると推定されている。水資源の絶対量は不足しており、今後益々悪化するものと考えられ、水環境の改善が急務である。   Currently, about 700 million people in the world live life that feels water stress, and it is estimated that it will reach 1 billion in 2050. The absolute amount of water resources is scarce and is expected to worsen in the future, and there is an urgent need to improve the water environment.

従来より、廃水処理装置として、廃水中の例えばリンをヒドロキシアパタイト（ＨＡＰ）やストラバイト（ＭＡＰ）として晶析させて廃水を処理する装置が用いられてきた。   Conventionally, as a wastewater treatment apparatus, an apparatus for treating wastewater by crystallizing, for example, phosphorus in the wastewater as hydroxyapatite (HAP) or struvite (MAP) has been used.

例えばＨＡＰ法では、下記反応式に示すように液中のＰＯ４ ３−とＣａ２＋及びＯＨ−の反応によって生成されるヒドロキシアパタイト（Ｃａ１０（ＯＨ）２（ＰＯ４）６；ＨＡＰ）の晶析現象が利用されている：
１０Ｃａ２＋＋６ＰＯ４ ３−＋２ＯＨ−→Ｃａ１０（ＯＨ）２（ＰＯ４）６ For example, in the HAP method, as shown in the following reaction formula, crystals of hydroxyapatite (Ca 10 (OH) 2 (PO 4 ) 6 ; HAP) produced by the reaction of PO 4 3− in the liquid with Ca 2+ and OH −. The analysis phenomenon is used:
10Ca 2+ + 6PO 4 3- + 2OH − → Ca 10 (OH) 2 (PO 4 ) 6

ＨＡＰ法では、カルシウムイオン源及び水酸化物イオン源となる薬剤を投入する必要があり、リン１ｋｇを除去回収するのに２７００円以上もの費用が掛かってしまう。また、リンは、ヒドロキシアパタイトとして回収されリン酸イオン等の形態で回収することができない。そのため、リンを取り出すためにはヒドロキシアパタイトを分解・処理する必要がありコストがさらに嵩む。また、ＨＡＰ法では、例えばリン酸イオンを除去回収するのに相当の時間を要し、また所望のタイミングで除去回収を行うのは困難である。   In the HAP method, it is necessary to input a chemical agent that becomes a calcium ion source and a hydroxide ion source, and it costs 2700 yen or more to remove and recover 1 kg of phosphorus. Also, phosphorus is recovered as hydroxyapatite and cannot be recovered in the form of phosphate ions or the like. Therefore, in order to take out phosphorus, it is necessary to decompose and treat hydroxyapatite, which further increases the cost. In the HAP method, for example, it takes a considerable time to remove and collect phosphate ions, and it is difficult to perform removal and collection at a desired timing.

また、別の方策として、吸着剤が充填された移動床式吸着装置が知られている。例えば、特許文献１では、当該移動床式吸着装置が、ループ状に連結された吸着部、洗浄部、脱着部及び活性化部から構成され、吸着剤が当該ループの中に充填されて一方向に流動し、原水、洗浄水、脱着液、活性化液などが吸着剤と対向して流動するよう構成されている。   As another measure, a moving bed type adsorption device filled with an adsorbent is known. For example, in Patent Document 1, the moving bed adsorbing device is composed of an adsorbing unit, a cleaning unit, a desorbing unit, and an activating unit connected in a loop shape, and the adsorbent is filled in the loop in one direction. The raw water, the washing water, the desorption liquid, the activation liquid, etc. are configured to flow opposite to the adsorbent.

しかしながら、当該装置では、リン酸イオン等は吸着剤に吸着されてしまうため、これを回収するためには特別の処理が必要となり費用が嵩む。また、上記同様、所望のタイミングでリン酸イオンの除去回収を行うのは困難である。   However, in this apparatus, since phosphate ions and the like are adsorbed by the adsorbent, a special process is required to collect them, which increases costs. Further, as described above, it is difficult to remove and collect phosphate ions at a desired timing.

特開２００８−２３８１３２号公報JP 2008-238132 A

本発明は、上記に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、所望のタイミングでリン酸イオン等の帯電物質を除去回収でき比較的安価に廃水を処理できる帯電物質吸着脱離制御装置及び廃水処理装置並びにそれらに用いることができる電極を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to remove and collect charged substances such as phosphate ions at a desired timing, and to charge and desorb charged substances that can treat wastewater at a relatively low cost. It is providing a control apparatus, a wastewater treatment apparatus, and the electrode which can be used for them.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、等電点を有し周囲のｐＨに応じて表面状態が変化する表面電荷可変材料を電極（アノード又はカソード）又はその付近に配置すれば、当該電極への電圧印加によってアノードにおいて水素イオン生成反応が起こり電極近傍のｐＨが減少して当該表面電荷可変材料の表面がプラスに帯電し当該表面電荷可変材料がマイナスの帯電物質を吸着しうること（又はプラスの帯電物質を離脱させること）、一方、当該電極への電圧印加によってカソードにおいて水素イオン消費反応が起こり電極近傍のｐＨが増加して当該表面電荷可変材料の表面がマイナスに帯電しマイナスの帯電物質を離脱させること（又はプラスの帯電物質を吸着しうること）を知見し、電極に電圧を印加すれば表面電荷可変材料の表面状態に応じてアニオン又はカチオン等の帯電物質を吸引離脱することができることを見出した。   As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object, the present inventors have developed a surface charge variable material having an isoelectric point and whose surface state changes according to the surrounding pH as an electrode (anode or cathode) or its vicinity. If a voltage is applied to the electrode, a hydrogen ion generation reaction occurs at the anode, the pH in the vicinity of the electrode decreases, the surface of the surface charge variable material is positively charged, and the surface charge variable material is a negatively charged substance. On the other hand, a hydrogen ion consumption reaction occurs at the cathode due to voltage application to the electrode, and the pH in the vicinity of the electrode increases and the surface of the surface charge variable material becomes Knowing that it is negatively charged and releasing negatively charged substances (or that positively charged substances can be adsorbed), and applying a voltage to the electrode, It found that it is possible to suck leaving the charging material, such as anionic or cationic depending on the surface state of the variable material.

本発明は、上記知見に基づいて成されたものであり、帯電物質を含む溶液から当該帯電物質を吸着・脱離することを制御する帯電物質吸着脱離制御装置であって、
互いに離間して配置され、帯電物質を含む溶液に接する第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極の電位を制御する制御部と、少なくとも前記溶液に接するように配置された表面電荷可変材料と、を備え、
前記表面電荷可変材料は、前記溶液中において周囲のｐＨに応じて表面電荷が変化する性質を有し、
前記制御部は、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の電圧を変化させることで、前記第１の電極又は前記第２の電極での水素イオン又は水酸化物イオンの生成又は消費を伴う電気化学反応を制御して前記第１の電極又は前記第２の電極の近傍におけるｐＨを変化させ、前記溶液に含まれる帯電物質を前記表面電荷可変材料に吸着又は脱離させることを特徴とする帯電物質吸着脱離制御装置にある。 The present invention has been made based on the above knowledge, and is a charged substance adsorption / desorption control device for controlling adsorption / desorption of a charged substance from a solution containing a charged substance,
The first electrode and the second electrode that are arranged apart from each other and are in contact with the solution containing the charged substance, the control unit that controls the potential of the first electrode and the second electrode, and at least the contact with the solution A surface charge variable material arranged so that
The surface charge variable material has a property that the surface charge changes in the solution according to the surrounding pH,
The controller is
Electrochemistry with generation or consumption of hydrogen ions or hydroxide ions at the first electrode or the second electrode by changing the voltage between the first electrode and the second electrode A charged substance characterized by controlling a reaction to change a pH in the vicinity of the first electrode or the second electrode to adsorb or desorb a charged substance contained in the solution to the surface charge variable material. It is in the adsorption / desorption control device.

本発明において、「帯電物質」とは、表面がプラス又はマイナスに帯電している物質（例えば分子（高分子を含む）、イオン）を意味する。
また、本発明において、「表面電荷可変材料」とは、等電点を有し、当該材料の周囲のｐＨが変動することで、当該材料の表面電荷が変動する材料を意味し、当該材料の表面電荷が変化することで帯電物質を吸着・脱離することができる。 In the present invention, the “charged substance” means a substance (for example, a molecule (including a polymer) or an ion) whose surface is positively or negatively charged.
In the present invention, the “surface charge variable material” means a material having an isoelectric point and changing the surface charge of the material by changing the pH around the material. Charged substances can be adsorbed and desorbed by changing the surface charge.

本発明に係る帯電物質吸着脱離制御装置の一の態様では、前記第１の電極及び前記第２の電極の一方又は両方が、前記表面電荷可変材料を含んでなる、又は前記表面電荷可変材料からなる。この場合、前記表面電荷可変材料は、前記第１の電極及び前記第２の電極の一方又は両方の表面のうち少なくとも前記溶液に接触する部分に存在することが肝要である。   In one aspect of the charged substance adsorption / desorption control device according to the present invention, one or both of the first electrode and the second electrode includes the surface charge variable material, or the surface charge variable material. Consists of. In this case, it is important that the surface charge variable material is present in at least a portion of the surface of one or both of the first electrode and the second electrode that contacts the solution.

また、本発明に係る帯電物質吸着脱離制御装置の別の態様では、前記第１の電極及び前記第２の電極の一方又は両方の表面の少なくとも一部に、前記表面電荷可変材料が担持されている。   In another aspect of the charged substance adsorption / desorption control device according to the present invention, the surface charge variable material is supported on at least a part of one or both surfaces of the first electrode and the second electrode. ing.

また、本発明に係る帯電物質吸着脱離制御装置のさらに別の態様では、当該帯電物質吸着脱離制御装置が、前記表面電荷可変材料を含む部材又は前記表面電荷可変材料からなる部材を有し、当該部材が、前記第１の電極及び／又は前記第２の電極の近傍に配置されている。ここで、本発明において第１の電極（電極１）又は第２の電極（電極２）の「近傍」とは、第１の電極（電極１）又は第２の電極（電極２）への電圧印加によりｐＨ変化が検出されるような距離範囲であればよい。距離範囲はその幾何学的な構造に大きく依存し、系に応じて適宜設定される。   In still another aspect of the charged substance adsorption / desorption control device according to the present invention, the charged substance adsorption / desorption control device has a member including the surface charge variable material or a member made of the surface charge variable material. The member is disposed in the vicinity of the first electrode and / or the second electrode. Here, in the present invention, the “vicinity” of the first electrode (electrode 1) or the second electrode (electrode 2) means the voltage to the first electrode (electrode 1) or the second electrode (electrode 2). The distance range may be such that a change in pH is detected by application. The distance range greatly depends on the geometric structure, and is appropriately set according to the system.

上述の態様において、当該帯電物質吸着脱離制御装置は、前記溶液を上流から下流へ流通させる流通路をさらに備え、前記表面電荷可変材料を含む部材又は前記表面電荷可変材料からなる部材が、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置されていることが好ましい。   In the above-described aspect, the charged substance adsorption / desorption control device further includes a flow passage for circulating the solution from upstream to downstream, and the member including the surface charge variable material or the member formed of the surface charge variable material is the It is preferable to arrange between the first electrode and the second electrode.

本発明に係る帯電物質吸着脱離制御装置において、マイナスに帯電した帯電物質の吸着時又はプラスに帯電した帯電物質の脱離時、前記表面電荷可変材料を含む部材又は前記表面電荷可変材料からなる部材の上流側に配置された前記第１の電極がアノードとして機能し、前記表面電荷可変材料を含む部材又は前記表面電荷可変材料からなる部材の下流側に配置された前記第２の電極がカソードとして機能するように（前記第１の電極の電位が前記第２の電極の電位より高くなるように）、前記制御部により前記第１の電極及び前記第２の電極の電位が制御され、
プラスに帯電した帯電物質の吸着時又はマイナスに帯電した帯電物質の脱離時、前記表面電荷可変材料を含む部材又は前記表面電荷可変材料からなる部材の上流側に配置された前記第１の電極がカソードとして機能し、前記表面電荷可変材料を含む部材又は前記表面電荷可変材料からなる部材の下流側に配置された前記第２の電極がアノードとして機能するように（前記第１の電極の電位が前記第２の電極の電位より低くなるように）、前記制御部により前記第１の電極及び前記第２の電極の電位が制御される。 The charged substance adsorption / desorption control device according to the present invention comprises a member including the surface charge variable material or the surface charge variable material at the time of adsorption of a negatively charged charged substance or at the time of desorption of a positively charged charged substance. The first electrode arranged on the upstream side of the member functions as an anode, and the second electrode arranged on the downstream side of the member containing the surface charge variable material or the member made of the surface charge variable material is a cathode. So that the potential of the first electrode and the second electrode is controlled by the control unit, so that the potential of the first electrode is higher than the potential of the second electrode.
The first electrode disposed on the upstream side of the member including the surface charge variable material or the member made of the surface charge variable material when the positively charged charged substance is adsorbed or the negatively charged charged substance is detached. Functions as a cathode, and the second electrode disposed on the downstream side of the member including the surface charge variable material or the member made of the surface charge variable material functions as an anode (the potential of the first electrode). Is controlled to be lower than the potential of the second electrode), the control unit controls the potentials of the first electrode and the second electrode.

また、本発明に係る帯電物質吸着脱離制御装置において、前記流通路の下流端が少なくとも２つに分岐されて分岐路が形成され、前記流通路と前記分岐路との間に形成された分岐部に分別手段を備え、
前記マイナスに帯電した帯電物質の吸着時又は前記プラスに帯電した帯電物質の吸着時、前記分別手段により、前記帯電物質が除去された溶液を一の分岐路に流通させ、
前記マイナスに帯電した帯電物質の脱離時又は前記プラスに帯電した帯電物質の脱離時、前記分別手段により、帯電物質が脱離され帯電物質濃度が増加した溶液を別の分別路に流通させることが好ましい。 Further, in the charged substance adsorption / desorption control device according to the present invention, the downstream end of the flow path is branched into at least two to form a branch path, and the branch formed between the flow path and the branch path The part has a sorting means,
When the negatively charged charged substance is adsorbed or when the positively charged charged substance is adsorbed, the separating means circulates the solution from which the charged substance is removed through one branch path,
When the negatively charged charged substance is desorbed or the positively charged charged substance is desorbed, the separation means causes the charged substance to be desorbed and the charged substance concentration increased to flow through another separation path. It is preferable.

また、本発明に係る帯電物質吸着脱離制御装置において、カソードとして機能する前記第１の電極及び／又は前記第２の電極はガス拡散電極であり、酸素を含む大気に接するとともに前記溶液に接することを特徴とする。   Moreover, in the charged substance adsorption / desorption control device according to the present invention, the first electrode and / or the second electrode functioning as a cathode are gas diffusion electrodes, which are in contact with the atmosphere containing oxygen and in contact with the solution. It is characterized by that.

本発明に係る帯電物質吸着脱離制御装置において、前記表面電荷可変材料は等電点を有し、当該等電点が、前記帯電物質が存在しうるｐＨの領域内に存在することが肝要である。   In the charged substance adsorption / desorption control device according to the present invention, it is important that the surface charge variable material has an isoelectric point, and the isoelectric point exists in a pH region where the charged substance can exist. is there.

本発明に係る帯電物質吸着脱離制御装置において、一の態様では、前記表面電荷可変材料は、金属酸化物である。好適には、前記金属酸化物は、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素、酸化スズ、酸化インジウム、ＩＴＯ、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化クロム、酸化ニオブ、酸化ニッケル、酸化ハフニウム、酸化ベリリウム、酸化カドミウム、酸化銅、酸化銀、酸化クロム、酸化鉄、酸化タングステン、酸化バナジウム、酸化イットリウム、酸化プルトニウム及び酸化トリウムからなる群から選択される少なくとも１種である。   In the charged substance adsorption / desorption control device according to the present invention, in one aspect, the surface charge variable material is a metal oxide. Preferably, the metal oxide is titanium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, silicon dioxide, tin oxide, indium oxide, ITO, zinc oxide, magnesium oxide, calcium oxide, chromium oxide, niobium oxide, nickel oxide, hafnium oxide. , Beryllium oxide, cadmium oxide, copper oxide, silver oxide, chromium oxide, iron oxide, tungsten oxide, vanadium oxide, yttrium oxide, plutonium oxide, and thorium oxide.

また、本発明に係る帯電物質吸着脱離制御装置において、別の態様では、前記表面電荷可変材料は、官能基修飾材料又は官能基修飾材料を含む物質である。ここで、官能基修飾材料とは、等電点を有し等電点の前後でｐＨを変化させたときにプラス又はマイナスに帯電する官能基からなる材料を意味する。前記官能基（又は帯電する構造）は、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基、アミド基、置換アミノ基、置換アミド基、イミノ基、イミド基、イミダゾイル基、ニトロ基、スルホニル基、スルホ基、ホスファニル基、ホスファンジイル基、ホスファニリデン基、チオール基及びピロール構造からなる群から選択された少なくとも１種からなる。例えば、カルボキシル基を持つ官能基修飾材料を用いた場合、当該カルボキシル基は、ｐＨが等電点より大きい状態では、−ＣＯＯ−の形態をとり、プラスの帯電物質を吸着し又はマイナスの帯電物質を離散させる。ｐＨが等電点以下の状態では、−ＣＯＯＨの形態をとり、すでにプラスの帯電物質を吸着している場合には前記プラスの帯電物質を脱離する。
また、官能基修飾材料を含む物質とは、少なくとも末端に上述のような官能基修飾材料が結合した物質を意味し、具体的には、例えば、官能基を有するモノマー、ポリマー等が挙げられる。より具体的には、主鎖骨格としてビニル基、スチレン基、エポキシ基を有し、側鎖として前記官能基を有するポリマー及びビニル基、スチレン基、エポキシ基を有するモノマーが挙げられる。主鎖骨格と側鎖との間にメチレン、エチレン、プロパン−１，３−ジエニル、エチリデン、プロパン−２,２−ジイル、アルカンジイル、ベンジリデン、プロピレン、ビニリデン、プロペン−１，３−ジイル、ブト−１−エン−１，４‐ジイルなどの飽和・不飽和炭化水素類、シクロヘキサンジイル、シクロヘキセンジイル、シクロヘキサジエンジイル、フェニレン、ナフタレン、ビフェニレンなど環状炭化水素類を含んでいてもよい。また、主鎖骨格内に上記官能基（又は構造）を有するポリマーであるポリピロール、ポリアニリン及びそれらの誘導体が挙げられる。前記誘導体として上記飽和・不飽和炭化水素類又は環状炭化水素又は上記帯電する官能基を側鎖に有するポリマーが挙げられる。 Moreover, in the charged substance adsorption / desorption control device according to the present invention, in another aspect, the surface charge variable material is a functional group modifying material or a substance containing a functional group modifying material. Here, the functional group modifying material means a material having a functional group that has an isoelectric point and is charged positively or negatively when the pH is changed before and after the isoelectric point. The functional group (or charged structure) is carboxyl group, hydroxyl group, amino group, amide group, substituted amino group, substituted amide group, imino group, imide group, imidazolyl group, nitro group, sulfonyl group, sulfo group, phosphanyl. It consists of at least one selected from the group consisting of a group, a phosphandiyl group, a phosphanylidene group, a thiol group, and a pyrrole structure. For example, when using a functional group-modified material having a carboxyl group, the carboxyl group, the greater than that pH is the isoelectric point, -COO - of the form, adsorbed or negatively charged substances positively charged material Is made discrete. When the pH is below the isoelectric point, it takes the form of -COOH, and when the positively charged substance is already adsorbed, the positively charged substance is desorbed.
Moreover, the substance containing a functional group modifying material means a substance in which the functional group modifying material as described above is bonded at least to a terminal, and specifically includes, for example, a monomer or polymer having a functional group. More specifically, a polymer having a vinyl group, a styrene group, and an epoxy group as a main chain skeleton and the functional group as a side chain and a monomer having a vinyl group, a styrene group, and an epoxy group can be given. Methylene, ethylene, propane-1,3-dienyl, ethylidene, propane-2,2-diyl, alkanediyl, benzylidene, propylene, vinylidene, propene-1,3-diyl, buto between main chain skeleton and side chain Saturated / unsaturated hydrocarbons such as -1-ene-1,4-diyl, and cyclic hydrocarbons such as cyclohexanediyl, cyclohexenediyl, cyclohexadienediyl, phenylene, naphthalene, and biphenylene may be included. Moreover, polypyrrole, polyaniline, and derivatives thereof, which are polymers having the above functional group (or structure) in the main chain skeleton, can be mentioned. Examples of the derivative include the above-mentioned saturated / unsaturated hydrocarbons or cyclic hydrocarbons, and polymers having the above-mentioned functional group to be charged in the side chain.

本発明に係る帯電物質吸着脱離制御装置において、前記帯電物質は、炭素、リン、窒素、及び硫黄からなる群から選択される少なくとも１種を含むアニオン若しくはカチオンであることが好ましい。   In the charged substance adsorption / desorption control device according to the present invention, the charged substance is preferably an anion or cation containing at least one selected from the group consisting of carbon, phosphorus, nitrogen, and sulfur.

また、本発明に係る帯電物質吸着脱離制御装置において、前記第１の電極及び前記第２の電極の一方又は両方が、多孔質導電体を備えていてもよい。   In the charged substance adsorption / desorption control device according to the present invention, one or both of the first electrode and the second electrode may include a porous conductor.

また、本発明に係る帯電物質吸着脱離制御装置において、前記第１の電極及び前記第２の電極の一方又は両方が、水素イオン又は水酸化物イオンの生成又は消費を伴う電気化学反応に対する触媒機能を有するか、若しくは、前記第１の電極及び前記第２の電極の一方又は両方の表面の少なくとも一部に、水素イオン又は水酸化物イオンの生成又は消費を伴う電気化学反応に対する触媒が担持されていることが好ましい。   Further, in the charged substance adsorption / desorption control device according to the present invention, one or both of the first electrode and the second electrode is a catalyst for an electrochemical reaction involving generation or consumption of hydrogen ions or hydroxide ions. Or a catalyst for an electrochemical reaction involving generation or consumption of hydrogen ions or hydroxide ions is carried on at least a part of the surface of one or both of the first electrode and the second electrode. It is preferable that

また、本発明に係る帯電物質吸着脱離制御装置において、前記溶液は、酸化還元反応に伴い水素イオンを放出又は消費する物質を含む。より具体的には、前記物質は、水、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、２−メチル−１−プロパノール、２−メチル−２−プロパノール、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、クエン酸、シュウ酸、乳酸、酒石酸、マレイン酸、マロン酸、コハク酸、リンゴ酸、硝酸、亜硝酸、硫酸、亜硫酸、酸素及び二酸化炭素からなる群から選択された少なくとも１種である。   In the charged substance adsorption / desorption control device according to the present invention, the solution contains a substance that releases or consumes hydrogen ions in accordance with the oxidation-reduction reaction. More specifically, the substance is water, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, 2-methyl-2-propanol, formic acid, At least selected from the group consisting of acetic acid, propionic acid, butyric acid, citric acid, oxalic acid, lactic acid, tartaric acid, maleic acid, malonic acid, succinic acid, malic acid, nitric acid, nitrous acid, sulfuric acid, sulfurous acid, oxygen and carbon dioxide One type.

また、本発明は、上述の帯電物質吸着脱離制御装置を有してなり、
炭素、リン、窒素、及び硫黄からなる群から選択される少なくとも１種を含むアニオン又はカチオンを含有する廃水を処理して、当該アニオン又はカチオンを廃水から除去する廃水処理装置にある。 Further, the present invention comprises the above-mentioned charged substance adsorption / desorption control device,
It exists in the wastewater treatment apparatus which processes the wastewater containing the anion or cation containing at least 1 sort (s) selected from the group which consists of carbon, phosphorus, nitrogen, and sulfur, and removes the said anion or cation from wastewater.

また、本発明は、上述の帯電物質吸着脱離制御装置に用いる電極であって、帯電物質を含む溶液中において、周囲のｐＨに応じて表面電荷が変化する表面電荷可変材料が表面に担持された電極にある。   The present invention also relates to an electrode used in the above-mentioned charged substance adsorption / desorption control device, wherein a surface charge variable material whose surface charge changes according to the surrounding pH is supported on the surface in a solution containing the charged substance. On the electrode.

別の態様では、上述の帯電物質吸着脱離制御装置に用いる電極であって、帯電物質を含む溶液中において、周囲のｐＨに応じて表面電荷が変化する表面電荷可変材料を含んでなる又は表面電荷可変材料からなる電極であってもよい。   In another aspect, the electrode is used in the above-described charged substance adsorption / desorption control device, and includes a surface charge variable material whose surface charge changes in accordance with the surrounding pH in a solution containing the charged substance. It may be an electrode made of a charge variable material.

本発明に係る電極は、水素イオン又は水酸化物イオンの生成又は消費を伴う電気化学反応に対する触媒機能を有するか、若しくは、その表面に、水素イオン又は水酸化物イオンの生成又は消費を伴う電気化学反応に対する触媒を担持していることが好ましい。   The electrode according to the present invention has a catalytic function for an electrochemical reaction involving generation or consumption of hydrogen ions or hydroxide ions, or has an electricity accompanied by generation or consumption of hydrogen ions or hydroxide ions on the surface thereof. It is preferable to carry a catalyst for a chemical reaction.

本発明に係る電極において、一の態様では、前記表面電荷可変材料は、金属酸化物である。好適には、前記金属酸化物は、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素、酸化スズ、酸化インジウム、ＩＴＯ、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化クロム、酸化ニオブ、酸化ニッケル、酸化ハフニウム、酸化ベリリウム、酸化カドミウム、酸化銅、酸化銀、酸化クロム、酸化鉄、酸化タングステン、酸化バナジウム、酸化イットリウム、酸化プルトニウム及び酸化トリウムからなる群から選択される少なくとも１種である。   In one embodiment of the electrode according to the present invention, the surface charge variable material is a metal oxide. Preferably, the metal oxide is titanium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, silicon dioxide, tin oxide, indium oxide, ITO, zinc oxide, magnesium oxide, calcium oxide, chromium oxide, niobium oxide, nickel oxide, hafnium oxide. , Beryllium oxide, cadmium oxide, copper oxide, silver oxide, chromium oxide, iron oxide, tungsten oxide, vanadium oxide, yttrium oxide, plutonium oxide, and thorium oxide.

また、本発明に係る電極において、別の態様では、前記表面電荷可変材料は、官能基修飾材料又は該官能基修飾材料を含む物質である。   In the electrode according to the present invention, in another aspect, the surface charge variable material is a functional group modifying material or a substance containing the functional group modifying material.

本発明に係る電極の一方又は両方がさらに多孔質導電体を備えていてもよい。   One or both of the electrodes according to the present invention may further include a porous conductor.

本発明によれば、帯電物質を回収するに際し、帯電物質（例えばリン酸イオン）を沈殿させるための薬剤等を必要としないため安価に廃水を処理することができる。また、電極に電圧を印加すれば所望のタイミングでリン酸イオン等の帯電物質を吸着若しくは離脱することができる。
したがって、本発明によれば、所望のタイミングでリン酸イオン等の帯電物質を除去回収でき比較的安価に廃水を処理できる帯電物質吸着脱離制御装置及び廃水処理装置並びにそれらに用いることができる電極を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to treat waste water at a low cost since no agent or the like for precipitating a charged substance (for example, phosphate ions) is required when collecting the charged substance. Further, if a voltage is applied to the electrodes, charged substances such as phosphate ions can be adsorbed or released at a desired timing.
Therefore, according to the present invention, a charged substance adsorption / desorption control apparatus and a waste water treatment apparatus capable of removing and recovering charged substances such as phosphate ions at a desired timing and treating waste water at a relatively low cost, and electrodes usable for them. Can be provided.

本実施の形態１に係る帯電物質吸着脱離制御装置の概略図である。1 is a schematic diagram of a charged substance adsorption / desorption control device according to a first embodiment. 電極において水素イオンが生成される場合の帯電物質の挙動を示した概略図である。It is the schematic which showed the behavior of the charged substance when hydrogen ion was produced | generated in an electrode. 電極において水素イオンが消費される場合の帯電物質の挙動を示した概略図である。It is the schematic which showed the behavior of the charged substance when hydrogen ion is consumed in an electrode. ｐＨとリン酸に由来するイオンの存在比率との関係を示した概略図である。It is the schematic which showed the relationship between pH and the abundance ratio of the ion derived from phosphoric acid. 一の態様に係る電極の概略図である。It is the schematic of the electrode which concerns on one aspect. 実施の形態２に係る帯電物質吸着脱離制御装置の概略図である。6 is a schematic diagram of a charged substance adsorption / desorption control device according to Embodiment 2. FIG. 別の態様に係る帯電物質留着脱離制御装置の概略図である。It is the schematic of the charged substance desorption / desorption control apparatus which concerns on another aspect. 実施の形態３に係る帯電物質吸着脱離制御装置の概略図である。6 is a schematic diagram of a charged substance adsorption / desorption control device according to Embodiment 3. FIG. 実施例１の試験の概要を示した概略図である。1 is a schematic view showing an outline of a test of Example 1. FIG. 試行の回数とＣＯ３ ２−の濃度変化量との関係を示した図である。It is a diagram illustrating a relationship between the number and CO 3 2- concentrations variation trial.

本発明を実施するための形態を、以下に図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術的思想を具体化するための帯電物質吸着脱離制御装置及びそれを用いた廃水処理装置並びにこれらに用いられる電極を例示するものであって、本発明を限定するものではない。また、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる例示にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments for carrying out the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. However, the form shown below exemplifies the charged substance adsorption / desorption control device for embodying the technical idea of the present invention, the wastewater treatment device using the same, and the electrodes used in these devices. The invention is not limited. In addition, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Only. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation.

（実施の形態１）
実施の形態１に係る帯電物質吸着脱離制御装置の概略図を図１に示す。図１に示すように、本発明に係る帯電物質吸着脱離制御装置１０は、電極１（第１の電極）と、電極１と離間して配置された電極２（第２の電極）と、電極１と電極２とに接続され電極１及び電極２の電位を制御する制御部４と、を備える。容器５は、帯電物質を含む溶液３で満たされ、電極１及び電極２は溶液３に浸漬され接触している。 (Embodiment 1)
A schematic diagram of the charged substance adsorption / desorption control device according to the first embodiment is shown in FIG. As shown in FIG. 1, the charged substance adsorption / desorption control device 10 according to the present invention includes an electrode 1 (first electrode), an electrode 2 (second electrode) arranged away from the electrode 1, And a control unit 4 connected to the electrode 1 and the electrode 2 and controlling the potential of the electrode 1 and the electrode 2. The container 5 is filled with a solution 3 containing a charged substance, and the electrodes 1 and 2 are immersed in and in contact with the solution 3.

表面電荷可変材料１３は電極１の表面又は電極２の表面であって少なくとも溶液３に触れる部分に担持されている。ここで、表面電荷可変材料１３は、溶液３中において周囲のｐＨに応じて表面電荷が変化する性質を有する。また、別の態様では、電極１又は電極２の一方又は両方が、表面電荷可変材料１３により構成されていてもよい（又は表面電荷可変材料１３を含んでいてもよい）。   The surface charge variable material 13 is carried on the surface of the electrode 1 or the surface of the electrode 2 and at least the portion that contacts the solution 3. Here, the surface charge variable material 13 has a property that the surface charge changes in the solution 3 according to the surrounding pH. In another aspect, one or both of the electrode 1 and the electrode 2 may be constituted by the surface charge variable material 13 (or may include the surface charge variable material 13).

制御部４は、電極１と電極２との間の電圧を変化させることで、電極１又は電極２での水素イオン又は水酸化物イオンの生成又は消費を伴う電気化学反応を制御して電極１又は電極２の近傍におけるｐＨを変化させ、溶液３に含まれる帯電物質を電極１及び／又は電極２に対して吸着又は脱離させる。   The control unit 4 changes the voltage between the electrode 1 and the electrode 2 to control an electrochemical reaction involving generation or consumption of hydrogen ions or hydroxide ions at the electrode 1 or the electrode 2 to control the electrode 1. Alternatively, the pH in the vicinity of the electrode 2 is changed, and the charged substance contained in the solution 3 is adsorbed or desorbed from the electrode 1 and / or the electrode 2.

以下、溶液３としてリン酸溶液を、表面電荷可変材料１３として酸化チタンを用いる場合について本発明に係る帯電物質吸着脱離のメカニズムを詳細に説明する。   Hereinafter, the mechanism of the charged substance adsorption / desorption according to the present invention will be described in detail when a phosphoric acid solution is used as the solution 3 and titanium oxide is used as the surface charge variable material 13.

酸化チタンは、等電点（アナターゼ型の場合ｐＨ＝約６）を有し、ｐＨが当該等電点より小さい場合、酸化チタン表面のＯＨ基にＨ＋が結合して酸化チタンの表面に−ＯＨ２ ＋が形成されその表面状態はプラスとなる。ここで、本発明において、等電点とは、表面電荷可変材料１３（例えば酸化チタン）と溶液３との間に形成される電気二重層の電位が最小になるような溶液３の水素イオン濃度（ｐＨ）を意味する。上記の場合、リン酸二水素イオン（Ｈ２ＰＯ４ −）又はリン酸水素イオン（ＨＰＯ４ ２−）は当該リン酸二水素イオン（Ｈ２ＰＯ４ −）又はリン酸水素イオン（ＨＰＯ４ ２−）とＯＨ２ ＋との間の静電吸引作用により酸化チタン表面に近づく（吸着又は接近）。一方、ｐＨが当該等電点より大きい場合、酸化チタン表面のＯＨ基からＨ＋が遊離して酸化チタンの表面に−Ｏ−が形成され酸化チタンの表面状態はマイナスとなる。この場合、リン酸二水素イオン（Ｈ２ＰＯ４ −）又はリン酸水素イオン（ＨＰＯ４ ２−）は当該リン酸二水素イオン（Ｈ２ＰＯ４ −）又はリン酸水素イオン（ＨＰＯ４ ２−）とＯ−との間の静電反発作用により酸化チタン表面から遠ざかる（脱離又は離散）。 Titanium oxide has an isoelectric point (in the case of anatase type, pH = about 6). When the pH is smaller than the isoelectric point, H + binds to the OH group on the surface of titanium oxide and − OH 2 + is formed and its surface condition becomes positive. Here, in the present invention, the isoelectric point is the hydrogen ion concentration of the solution 3 that minimizes the potential of the electric double layer formed between the surface charge variable material 13 (for example, titanium oxide) and the solution 3. (PH). In the above case, the dihydrogen phosphate ion (H 2 PO 4 − ) or the hydrogen phosphate ion (HPO 4 2− ) is the dihydrogen phosphate ion (H 2 PO 4 − ) or the hydrogen phosphate ion (HPO 4 2). - ) Approaches the titanium oxide surface (adsorption or approach) by electrostatic attraction between OH 2 + . On the other hand, when the pH is higher than the isoelectric point, H + is liberated from the OH group on the surface of the titanium oxide, -O - is formed on the surface of the titanium oxide, and the surface state of the titanium oxide becomes negative. In this case, the dihydrogen phosphate ion (H 2 PO 4 − ) or the hydrogen phosphate ion (HPO 4 2− ) is the dihydrogen phosphate ion (H 2 PO 4 − ) or the hydrogen phosphate ion (HPO 4 2−). ) And O − away from the surface of the titanium oxide by electrostatic repulsion (desorption or discrete).

したがって、図２に示すように、電極１において水素イオン生成反応が促進されるよう電極１に制御部４の陽極を接続し電極２にその陰極を接続し電極１と電極２との間に電圧を印加すれば（すなわち、電極１はアノードとして機能し、電極２はカソードとして機能する）、
２Ｈ２Ｏ→Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ− （１）
上記反応式（１）に示されるように電極１において水素イオンが生成され、電極１付近でｐＨの値が減少する。これにより、上記したように、ｐＨが等電点より小さくなり、酸化チタンの表面がプラスに帯電し、リン酸二水素イオン（Ｈ２ＰＯ４ −）又はリン酸水素イオン（ＨＰＯ４ ２−）は酸化チタン表面に近づく。 Therefore, as shown in FIG. 2, the anode of the control unit 4 is connected to the electrode 1 and the cathode is connected to the electrode 2 so that the hydrogen ion generation reaction is accelerated in the electrode 1, and the voltage between the electrode 1 and the electrode 2 is connected. (Ie, electrode 1 functions as an anode and electrode 2 functions as a cathode)
2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e − (1)
As shown in the above reaction formula (1), hydrogen ions are generated in the electrode 1, and the pH value decreases in the vicinity of the electrode 1. As a result, as described above, the pH becomes smaller than the isoelectric point, the surface of the titanium oxide is positively charged, and dihydrogen phosphate ions (H 2 PO 4 − ) or hydrogen phosphate ions (HPO 4 2− ). Approaches the titanium oxide surface.

一方、図３に示すように、電極１において水素イオン消費反応が促進されるよう電極１に制御部４の陰極を接続し電極２にその陽極を接続し電極１と電極２との間に電圧を印加すれば（すなわち、電極１はカソードとして機能し、電極２はアノードとして機能する）、
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ （２）
上記反応式（２）に示されるように電極１において水素イオンが消費され、電極１付近でｐＨの値が上昇する。これにより、上記したように、ｐＨが等電点より大きくなり、酸化チタンの表面がマイナスに帯電し、リン酸二水素イオン（Ｈ２ＰＯ４ −）又はリン酸水素イオン（ＨＰＯ４ ２−）は酸化チタン表面から遠ざかる。 On the other hand, as shown in FIG. 3, the cathode of the control unit 4 is connected to the electrode 1 and the anode is connected to the electrode 2 so that the hydrogen ion consumption reaction is accelerated in the electrode 1. (Ie, electrode 1 functions as a cathode and electrode 2 functions as an anode)
O 2 + 4H + + 4e − → 2H 2 O (2)
As shown in the reaction formula (2), hydrogen ions are consumed in the electrode 1 and the pH value increases in the vicinity of the electrode 1. As a result, as described above, the pH becomes higher than the isoelectric point, the surface of titanium oxide is negatively charged, and dihydrogen phosphate ions (H 2 PO 4 − ) or hydrogen phosphate ions (HPO 4 2− ). Move away from the titanium oxide surface.

上記において、帯電物質がアニオンの場合について説明したが、帯電物質がカチオンである場合は、上記と反対の挙動を示す。すなわち、電極１において水素イオンが生成される反応が促進されるよう電圧を印加した場合（すなわち、電極１はアノードとして機能し、電極２はカソードとして機能する）、電極１において生成される水素イオンが増加することによりｐＨが酸化チタンの等電点より小さくなり酸化チタンの表面はプラスに帯電し、当該帯電物質（カチオン）は酸化チタン表面から遠ざかる。一方、電極１において水素イオンが消費される反応が促進されるよう電圧を印加した場合（すなわち、電極１はカソードとして機能し、電極２はアノードとして機能する）、電極１において消費される水素イオンが増加することにより、ｐＨが酸化チタンの等電点より大きくなり酸化チタン表面はマイナスに帯電し、当該帯電物質は酸化チタン表面に近づく。   In the above description, the case where the charged substance is an anion has been described. However, when the charged substance is a cation, a behavior opposite to the above is exhibited. That is, when a voltage is applied so as to promote a reaction in which hydrogen ions are generated in the electrode 1 (that is, the electrode 1 functions as an anode and the electrode 2 functions as a cathode), the hydrogen ions generated in the electrode 1 As the pH increases, the pH becomes lower than the isoelectric point of titanium oxide, the surface of titanium oxide is positively charged, and the charged substance (cation) moves away from the surface of titanium oxide. On the other hand, when a voltage is applied so as to promote a reaction in which hydrogen ions are consumed in electrode 1 (that is, electrode 1 functions as a cathode and electrode 2 functions as an anode), hydrogen ions consumed in electrode 1 Increases, the pH becomes higher than the isoelectric point of titanium oxide, the surface of the titanium oxide is negatively charged, and the charged substance approaches the surface of the titanium oxide.

このように、電極１及び電極２の電位を制御することにより、溶液３に溶解している帯電物質を吸着・脱離することができる（又は帯電物質を接近・離散させることができる）。   In this way, by controlling the potentials of the electrode 1 and the electrode 2, the charged substance dissolved in the solution 3 can be adsorbed / desorbed (or the charged substance can be approached / separated).

溶液３にアニオン及びカチオンの両方が溶け込んでいる場合は、電極１及び電極２の両方に酸化チタン等の表面電荷可変材料１３を含ませ、これにより、電極１と電極２との間に電圧を印加することでこれらの電極１、２の一方にアニオンを、他方の電極にカチオンを吸着することができ、アニオン及びカチオンを一回の操作で分離することができる。   When both the anion and the cation are dissolved in the solution 3, the surface charge variable material 13 such as titanium oxide is included in both the electrode 1 and the electrode 2, whereby a voltage is applied between the electrode 1 and the electrode 2. By applying, an anion can be adsorbed to one of these electrodes 1 and 2 and a cation can be adsorbed to the other electrode, and the anion and the cation can be separated by a single operation.

ここで、印加電圧によりｐＨが制御できる原理について水素イオン消費反応を一例として説明する。下式は、水素イオン消費反応を示す反応式である。
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ
この電極反応の活性化エネルギーは過電圧の増加と共に減少する。すなわち、電圧をかけると反応速度は速くなる（Ｂｕｔｌｅｒ-Ｖｏｌｍｅｒの式）。電極表面の局所ｐＨは反応による消費とバルクからの拡散による供給のバランスで決まる。反応による消費速度が過電圧により制御可能であり、拡散による供給は過電圧に依存しないので、結果として、過電圧により電極表面の局所ｐＨは制御できる。 Here, the principle that the pH can be controlled by the applied voltage will be described by taking a hydrogen ion consumption reaction as an example. The following equation is a reaction equation showing a hydrogen ion consumption reaction.
O 2 + 4H + + 4e − → 2H 2 O
The activation energy of this electrode reaction decreases with increasing overvoltage. That is, when a voltage is applied, the reaction rate increases (Butler-Volmer equation). The local pH of the electrode surface is determined by the balance between consumption by reaction and supply by diffusion from the bulk. The consumption rate due to the reaction can be controlled by the overvoltage, and the supply by diffusion does not depend on the overvoltage. As a result, the local pH of the electrode surface can be controlled by the overvoltage.

図５は、本実施の形態１に係る帯電物質吸着脱離制御装置における電極１又は電極２の構成を示す概略図である。本実施の形態１において、電極１及び／又は電極２は、基材１１を有し、基材１１の表面のうち少なくとも溶液３との接触部分に、水素イオン又は水酸化物イオンの生成又は消費を伴う電気化学反応に対する触媒（以下単に触媒と称する）１２及び周囲のｐＨに応じてその表面電荷が変化する表面電荷可変材料（以下単に表面電荷可変材料と称する）１３及びバインダー１４からなる組成物が塗布され、触媒１２及び表面電荷可変材料１３並びにバインダー１４を含む層１５が形成されている。触媒１２は必ずしも当該層１５に含まれていなければならないものではなく層１５に含まれていることが好ましい。   FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the electrode 1 or the electrode 2 in the charged substance adsorption / desorption control device according to the first embodiment. In the first embodiment, the electrode 1 and / or the electrode 2 has a base material 11, and at least a portion of the surface of the base material 11 in contact with the solution 3 generates or consumes hydrogen ions or hydroxide ions. A composition comprising a catalyst (hereinafter simply referred to as “catalyst”) 12 for an electrochemical reaction involving, a surface charge variable material (hereinafter simply referred to as “surface charge variable material”) 13 whose surface charge varies depending on the surrounding pH, and a binder 14. The layer 15 containing the catalyst 12, the surface charge variable material 13, and the binder 14 is formed. The catalyst 12 does not necessarily have to be contained in the layer 15 but is preferably contained in the layer 15.

図５に示すように、触媒及び表面電荷可変材料含有層１５が基材１１の少なくとも溶液３との接触部分に形成されている。層１５は、触媒１２、表面電荷可変材料１３及びバインダー１４を含み、これらを混練し乾燥させて得られる。層１５は、必ずしもバインダー１４を含んでいる必要はなく、触媒１２及び表面電荷可変材料１３を基材１１に付着させることが可能であればバインダー１４を含んでいなくてもよい。   As shown in FIG. 5, the catalyst and surface charge variable material-containing layer 15 is formed at least in contact with the solution 3 of the substrate 11. The layer 15 includes the catalyst 12, the surface charge variable material 13, and the binder 14, and is obtained by kneading and drying them. The layer 15 does not necessarily include the binder 14, and may not include the binder 14 as long as the catalyst 12 and the surface charge variable material 13 can be attached to the substrate 11.

また、溶液３と接触している触媒１２は、水素イオン又は水酸化物イオンの生成又は消費を伴う電気化学反応を触媒するために基材１１と電子の授受を行うことが望ましい。溶液３に接触している触媒１２は基材１１に接触して電子の授受を行ってもよいし、導電性物質に担持して用いることにより導電性物質を通じて電子の授受を行ってもよい。   The catalyst 12 in contact with the solution 3 desirably exchanges electrons with the base material 11 in order to catalyze an electrochemical reaction involving generation or consumption of hydrogen ions or hydroxide ions. The catalyst 12 that is in contact with the solution 3 may contact the substrate 11 to transfer electrons, or may be transferred to and from the conductive material by being carried on a conductive material.

本実施の形態において、表面電荷可変材料１３は、等電点を有し、当該等電点が、前記帯電物質が存在しうるｐＨの領域内に存在することが肝要である。表面電荷可変材料１３が等電点を有しない場合、表面電荷がプラスに帯電したりマイナスに帯電したりすることがないため帯電物質を当該表面電荷可変材料に吸着させたり離脱させたりすることができない。また、当該等電点を有しているが、当該等電点が、帯電物質が存在しうるｐＨの領域外に存在し、等電点付近において非帯電物質として存在する場合（リン酸の場合であれば、Ｈ３ＰＯ４として存在している場合）においては、ｐＨを変動させ表面状態をプラスやマイナスに帯電させたとしても帯電物質が存在していないため非帯電物質を表面電荷可変材料１３に吸着させたり離脱させたりすることができない。したがって、表面電荷可変材料１３が等電点を有し、かつ、当該等電点が、帯電物質が存在しうるｐＨの領域内に存在することにより、帯電物質を表面電荷可変材料に吸着させたり離脱させたりすることができる。 In the present embodiment, the surface charge variable material 13 has an isoelectric point, and it is important that the isoelectric point exists in a pH region where the charged substance can exist. If the surface charge variable material 13 does not have an isoelectric point, the surface charge will not be positively charged or negatively charged, and the charged substance may be adsorbed to or removed from the surface charge variable material. Can not. If the isoelectric point exists outside the pH region where the charged substance can exist and exists as an uncharged substance near the isoelectric point (in the case of phosphoric acid) If it is present as H 3 PO 4 ), the charged substance is not present even if the pH is changed and the surface state is charged positively or negatively. 13 cannot be adsorbed or removed. Accordingly, the surface charge variable material 13 has an isoelectric point, and the isoelectric point exists in a pH region where the charged substance can exist, so that the charged substance is adsorbed on the surface charge variable material. Can be removed.

このような表面電荷可変材料１３としては、帯電物質を含む溶液３中において、周囲のｐＨに応じて表面電荷が変化する金属酸化物が好適に用いられる。   As such a surface charge variable material 13, a metal oxide whose surface charge changes in accordance with the surrounding pH in the solution 3 containing a charged substance is preferably used.

表面電荷可変材料１３としては、表面状態をプラスやマイナスに変化させることができるものであれば、如何なる材料であってもよいが、好適には、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素、酸化スズ、酸化インジウム、ＩＴＯ、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化クロム、酸化ニオブ、酸化ニッケル、酸化ハフニウム、酸化ベリリウム、酸化カドミウム、酸化銅、酸化銀、酸化クロム、酸化鉄、酸化タングステン、酸化バナジウム、酸化イットリウム、酸化プルトニウム及び酸化トリウム等の無機酸化物を用いることができる。   The surface charge variable material 13 may be any material as long as the surface state can be changed to plus or minus, preferably titanium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, silicon dioxide, Tin oxide, indium oxide, ITO, zinc oxide, magnesium oxide, calcium oxide, chromium oxide, niobium oxide, nickel oxide, hafnium oxide, beryllium oxide, cadmium oxide, copper oxide, silver oxide, chromium oxide, iron oxide, tungsten oxide, Inorganic oxides such as vanadium oxide, yttrium oxide, plutonium oxide, and thorium oxide can be used.

また、別の態様では、表面電荷可変材料１３は、プラスに帯電する官能基及び／又はマイナスに帯電する官能基からなる官能基修飾材料、又は該官能基修飾材料を含むモノマー、ポリマーを例示することができる。帯電する官能基（又は構造）としては、アミノ基（−ＮＨ２）、アミド基（−ＣＯＮＨ２）、置換アミノ基（−ＮＨＲ、置換アミド基（−ＣＯＮＨＲ）、第四アンモニウム基、イミノ基（−Ｃ(＝Ｎ−Ｒ)−）、イミド基（−Ｃ(＝Ｏ)−ＮＨ−Ｃ(＝Ｏ)−）、イミダゾイル基（−Ｃ３Ｎ２Ｈ２）、ニトロ基（−ＮＯ２）、スルホニル基（−Ｓ(＝Ｏ)２−）、ホスファニル基（−ＰＨ２）、ホスファンジイル基（−ＰＨＲ）、ホスファニリデン基（＝ＰＨ）、カルボキシル基(−ＣＯＯＨ)、ヒドロキシル基(−ＯＨ)、チオール（−ＳＨ）基、スルホ基（−ＳＯ３Ｈ）及びピロール構造等が挙げられる。ここでＲ、Ｒ’は、アルキル基若しくは置換アルキル基を示す。
より具体的には、表面電荷可変材料１３として機能するポリマーとして、主鎖骨格としてビニル基、スチレン基、エポキシ基を有し、側鎖として上記官能基を有するポリマーが挙げられる。主鎖骨格と側鎖との間にメチレン、エチレン、プロパン−１，３−ジエニル、エチリデン、プロパン−２,２−ジイル、アルカンジイル、ベンジリデン、プロピレン、ビニリデン、プロペン−１，３−ジイル、ブト−１−エン−１，４‐ジイルなどの飽和・不飽和炭化水素類、シクロヘキサンジイル、シクロヘキセンジイル、シウロヘキサジエンジイル、フェニレン、ナフタレン、ビフェニレンなど環状炭化水素類を含んでいてもよい。また、主鎖骨格内に上記官能基（又は構造）を有するポリマーであるポリピロール、ポリアニリン及びそれらの誘導体が挙げられる。前記誘導体として上記飽和・不飽和炭化水素類又は環状炭化水素又は上記帯電する官能基を側鎖に有するポリマーが挙げられる。 In another embodiment, the surface charge variable material 13 is exemplified by a functional group-modified material composed of a positively charged functional group and / or a negatively charged functional group, or a monomer or polymer containing the functional group-modified material. be able to. As a functional group (or structure) to be charged, an amino group (—NH 2 ), an amide group (—CONH 2 ), a substituted amino group (—NHR, a substituted amide group (—CONHR), a quaternary ammonium group, an imino group ( -C (= N-R) - ), an imido group (-C (= O) -NH- C (= O) -), imidazoyl group (-C 3 N 2 H 2) , a nitro group (-NO 2) Sulfonyl group (—S (═O) 2 —), phosphanyl group (—PH 2 ), phosphandiyl group (—PHR), phosphanylidene group (═PH), carboxyl group (—COOH), hydroxyl group (—OH) ), A thiol (—SH) group, a sulfo group (—SO 3 H), a pyrrole structure, etc. Here, R and R ′ represent an alkyl group or a substituted alkyl group.
More specifically, examples of the polymer that functions as the surface charge variable material 13 include a polymer having a vinyl group, a styrene group, and an epoxy group as a main chain skeleton and the above functional group as a side chain. Methylene, ethylene, propane-1,3-dienyl, ethylidene, propane-2,2-diyl, alkanediyl, benzylidene, propylene, vinylidene, propene-1,3-diyl, buto between main chain skeleton and side chain Saturated / unsaturated hydrocarbons such as -1-ene-1,4-diyl, and cyclic hydrocarbons such as cyclohexanediyl, cyclohexenediyl, silohexadienediyl, phenylene, naphthalene, and biphenylene may be included. Moreover, polypyrrole, polyaniline, and derivatives thereof, which are polymers having the above functional group (or structure) in the main chain skeleton, can be mentioned. Examples of the derivative include the above-mentioned saturated / unsaturated hydrocarbons or cyclic hydrocarbons, and polymers having the above-mentioned functional group to be charged in the side chain.

本実施の形態において、触媒１２は、水素イオン又は水酸化物イオンの生成又は消費を伴う電気化学反応に対する触媒機能を有するものであれば如何なるものであってもよい。触媒１２としては、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕから選ばれる少なくとも一種類の金属を含む合金、錯体またはこれらの金属をドーパントとした化合物、カーボンアロイ、タンタルオキシナイトライド等を用いることができ、酸素還元の場合には、好適には、触媒１２はＰｔである。電極１又は電極２は、触媒１２を含んでなるか（若しくは触媒１２からなるか）、又は、電極１又は電極２の表面の少なくとも一部に、触媒１２が担持されている。   In the present embodiment, the catalyst 12 may be any catalyst as long as it has a catalytic function for an electrochemical reaction involving generation or consumption of hydrogen ions or hydroxide ions. The catalyst 12 includes at least one metal selected from Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Ir, Pt, and Au. In the case of oxygen reduction, the catalyst 12 is preferably Pt. In the case of oxygen reduction, it is possible to use an alloy, a complex or a compound using these metals as a dopant, a carbon alloy, tantalum oxynitride, or the like. The electrode 1 or the electrode 2 includes the catalyst 12 (or is the catalyst 12), or the catalyst 12 is supported on at least a part of the surface of the electrode 1 or the electrode 2.

本実施の形態において、基材１１は、導電性を有し、ある程度の強度を有するものであれば如何なるものであってもよい。例示すれば、基材１１としては、金属、合金、カーボン等が挙げられる。   In the present embodiment, the substrate 11 may be any material as long as it has conductivity and has a certain degree of strength. For example, the substrate 11 may be a metal, an alloy, carbon, or the like.

本実施の形態において、バインダー１４は、触媒１２及び／又は表面電荷可変材料１３を基材１１に付着させることが可能であれば如何なるものであってもよいが、イオン交換性を有することが望ましい。バインダー１４としては、ナフィオン（登録商標）、アシプレックス（登録商標）、プレミオン（登録商標）に代表されるパーフルオロ酸系イオノマーを水若しくは有機溶媒に分散させたもの等を用いることができる。好適には、バインダー１４はナフィオン（登録商標）分散溶液である。   In the present embodiment, the binder 14 may be any material as long as the catalyst 12 and / or the surface charge variable material 13 can be attached to the base material 11, but preferably has ion exchange properties. . As the binder 14, for example, a perfluoro acid ionomer represented by Nafion (registered trademark), Aciplex (registered trademark), or Premion (registered trademark) dispersed in water or an organic solvent can be used. Preferably, the binder 14 is a Nafion® dispersion.

本実施の形態において、帯電物質は、リン、炭素、窒素、及び硫黄からなる群から選択される少なくとも１種を含むアニオン若しくはカチオンである。より具体的には、燐を含むものとしては、リン酸二水素イオン（Ｈ２ＰＯ４ −）、リン酸水素イオン（ＨＰＯ４ ２−）、又はリン酸イオン（ＰＯ４ ３−）、炭素を含むものとしては、炭酸水素イオン（ＨＣＯ３ −）、又は炭酸イオン（ＣＯ３ ２−）、窒素を含むものとしては、亜硝酸イオン（ＨＮＯ３ −）、硝酸イオン（ＮＯ３ ２−）、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）、硫黄を含むものとしては亜硫酸イオン（ＨＳＯ４ −）、硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）が挙げられる。 In the present embodiment, the charged substance is an anion or cation containing at least one selected from the group consisting of phosphorus, carbon, nitrogen, and sulfur. More specifically, phosphorus-containing materials include dihydrogen phosphate ion (H 2 PO 4 − ), hydrogen phosphate ion (HPO 4 2− ), phosphate ion (PO 4 3− ), carbon Examples of those containing hydrogen carbonate ion (HCO 3 − ) or carbonate ion (CO 3 2− ), and those containing nitrogen include nitrite ion (HNO 3 − ), nitrate ion (NO 3 2− ), ammonium Examples of ions containing ions (NH 4 + ) and sulfur include sulfite ions (HSO 4 − ) and sulfate ions (SO 4 2− ).

本実施の形態において、電極１及び／又は電極２は多孔質導電体を備えていてもよい。電極１及び／又は電極２が多孔質導電体を備えることにより電流密度が増加し、より小さい過電圧でｐＨを変化させることが可能である。
多孔質導電体としては、比表面積が大きく、表面抵抗が低いほどよく、好ましくは表面抵抗が１ ｋΩ/□以下である材料が好ましい。好適には、カーボンシート、カーボンクロスや表面にカーボンブラックを担持した導電体等が挙げられる。 In the present embodiment, the electrode 1 and / or the electrode 2 may include a porous conductor. By providing the electrode 1 and / or the electrode 2 with the porous conductor, the current density is increased, and the pH can be changed with a smaller overvoltage.
The porous conductor is preferably a material having a large specific surface area and a low surface resistance, and preferably a material having a surface resistance of 1 kΩ / □ or less. Preferable examples include a carbon sheet, carbon cloth, and a conductor carrying carbon black on the surface.

本実施の形態において、溶液３は、酸化還元反応に伴い水素イオンを放出又は消費するものであることが肝要である。例示すれば、溶液３としては、水、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、２-メチル-１-プロパノール、２-メチル-２-プロパノール、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、及び酪酸を含む。   In the present embodiment, it is important that the solution 3 is one that releases or consumes hydrogen ions in accordance with the oxidation-reduction reaction. For example, the solution 3 includes water, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, 2-methyl-2-propanol, formic acid, acetic acid. , Propionic acid, and butyric acid.

本実施の形態１に係る帯電物質吸着脱離制御装置によれば、帯電物質を回収するに際し、帯電物質（例えばリン酸二水素イオン）を沈殿させるための薬剤等を必要としないため安価に廃水を処理することができ、また、電極に電圧を印加すれば所望のタイミングでリン酸二水素イオン等の帯電物質を吸着若しくは離脱することができる。   According to the charged substance adsorption / desorption control device according to the first embodiment, when collecting the charged substance, a chemical or the like for precipitating the charged substance (for example, dihydrogen phosphate ion) is not required. In addition, when a voltage is applied to the electrode, a charged substance such as dihydrogen phosphate ion can be adsorbed or desorbed at a desired timing.

（実施の形態２）
図６は、実施の形態２に係る帯電物質吸着脱離制御装置の概略図である。図６に示すように、本実施の形態２に係る帯電物質吸着脱離制御装置２０は、帯電物質を含む溶液３を上流から下流へ流通させるパイプ状の流通路６と、流通路６にその内面から外面に至るまで互いに離間して配置された電極１（第１の電極）及び電極２（第２の電極）と、電極１及び電極２の電位を制御する制御部４と、を備える。
例えば、電極１に制御部４の陽極を接続し電極２にその陰極を接続した場合、電極１はアノードとして機能し、電極２はカソードとして機能する。この場合、電極２において、水素イオン消費反応が起こる。水素イオン消費反応の一例として、以下の反応が挙げられる。
１）Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ
２）Ｈ２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→２Ｈ２Ｏ
３）２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２
ここで、（１）の反応において用いられる触媒の例としては、白金（Ｐｔ）、ＵＴ−触媒（ＵＴ−ｃａｔａｌｙｓｉｓ）等が挙げられる。
また、電極１においては、水素イオン生成反応が起こる。水素イオン生成反応の一例として、以下の反応が挙げられる。
４）２Ｈ２Ｏ→Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−
５）ＣＨ３ＯＨ＋２Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−
ここで、４）の反応において用いられる触媒の例としては、白金（Ｐｔ）、二酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）、二酸化イリジウム（ＩｒＯ２）、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、ＵＴ−触媒（ＵＴ−ｃａｔａｌｙｓｉｓ）が挙げられる。また、５）の反応において用いられる触媒の例としては、白金（Ｐｔ）が挙げられる。
本実施の形態２において、好ましい反応の組み合わせは、１）と４）との組み合わせである。当該組み合わせでは、大気中に含まれる酸素及び溶液中に含まれる水が消費されるため装置構成が最も簡易となるからである。以下、１）と４）とを組み合わせた場合について説明する。 (Embodiment 2)
FIG. 6 is a schematic diagram of the charged substance adsorption / desorption control device according to the second embodiment. As shown in FIG. 6, the charged substance adsorption / desorption control device 20 according to the second embodiment includes a pipe-like flow path 6 that circulates a solution 3 containing a charged substance from upstream to downstream, and An electrode 1 (first electrode) and an electrode 2 (second electrode) that are arranged apart from each other from the inner surface to the outer surface, and a control unit 4 that controls the potential of the electrode 1 and the electrode 2 are provided.
For example, when the anode of the control unit 4 is connected to the electrode 1 and the cathode is connected to the electrode 2, the electrode 1 functions as an anode and the electrode 2 functions as a cathode. In this case, a hydrogen ion consumption reaction occurs at the electrode 2. The following reaction is mentioned as an example of hydrogen ion consumption reaction.
1) O 2 + 4H + + 4e − → 2H 2 O
2) H 2 O 2 + 2H + + 2e − → 2H 2 O
3) 2H + + 2e − → H 2
Here, examples of the catalyst used in the reaction (1) include platinum (Pt), UT-catalyst, and the like.
In the electrode 1, a hydrogen ion generation reaction occurs. Examples of the hydrogen ion generation reaction include the following reaction.
4) 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e −
5) CH 3 OH + 2H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e −
Here, examples of the catalyst used in the reaction 4) include platinum (Pt), ruthenium dioxide (RuO 2 ), iridium dioxide (IrO 2 ), manganese dioxide (MnO 2 ), UT-catalyst (UT-catalysis). Is mentioned. Moreover, platinum (Pt) is mentioned as an example of the catalyst used in reaction of 5).
In the second embodiment, a preferable combination of reactions is a combination of 1) and 4). This is because, in this combination, oxygen contained in the atmosphere and water contained in the solution are consumed, so that the apparatus configuration becomes the simplest. Hereinafter, a case where 1) and 4) are combined will be described.

電極２がカソードとして機能する場合、電極２はガス拡散電極であることが好ましい。電極２をガス拡散電極で構成することにより、電極２の外側の大気に含まれる酸素を効率的に消費することができる。   When the electrode 2 functions as a cathode, the electrode 2 is preferably a gas diffusion electrode. By configuring the electrode 2 with a gas diffusion electrode, oxygen contained in the atmosphere outside the electrode 2 can be efficiently consumed.

ガス拡散電極は多孔質導電体の一方の面に撥水加工を施し、他方の面に酸素還元触媒が担持若しくは塗布により固定された構造からなる。撥水加工は、多孔質導電体表面にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）をコートするなどして形成することができる。この撥水処理加工を施すことにより、ガス拡散電極は、気体は通過することができるが、水は通過することができないという性状を持つ特徴がある。ガス拡散電極は、触媒が電解液と接するように設置し、また撥水加工を施した側が、外部気体と触れるように設置する。   The gas diffusion electrode has a structure in which one surface of a porous conductor is subjected to water repellent treatment and an oxygen reduction catalyst is supported or fixed on the other surface by coating. The water repellent finish can be formed by coating the surface of the porous conductor with polytetrafluoroethylene (PTFE). By performing this water-repellent treatment, the gas diffusion electrode has a characteristic that it can pass gas but cannot pass water. The gas diffusion electrode is installed so that the catalyst is in contact with the electrolytic solution, and the side subjected to the water repellent treatment is installed so as to be in contact with the external gas.

ここでは、大気中の酸素を原料とする場合について説明したが、酸素の供給源は大気中の酸素に限定されず、溶液３中に溶存する酸素を原料としてもよい。この場合、必ずしも電極２をガス拡散電極とする必要はない。   Here, the case where oxygen in the atmosphere is used as the raw material has been described, but the oxygen supply source is not limited to oxygen in the air, and oxygen dissolved in the solution 3 may be used as the raw material. In this case, the electrode 2 does not necessarily have to be a gas diffusion electrode.

触媒としては、酸素の吸着サイトとして作用することが可能な遷移金属であるＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕから選ばれる少なくとも一種類の金属を含む合金、錯体またはこれらの金属をドーパントとした化合物、カーボンアロイ、タンタルオキシナイトライドが挙げられる。好適には、Ｐｔである。   As a catalyst, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, which are transition metals capable of acting as oxygen adsorption sites , Ir, Pt, and an alloy containing at least one kind of metal selected from Au, complexes, compounds using these metals as dopants, carbon alloys, and tantalum oxynitrides. Pt is preferable.

また、アノードとして機能する電極１は表面電荷可変材料１３を含んでいてもよいし（若しくは電極１が表面電荷可変材料１３から構成されていてもよいし）、その表面の少なくとも一部に、表面電荷可変材料１３が担持されてもよい。本実施の形態２においては、電極１の表面の少なくとも一部に、表面電荷可変材料１３が担持されている。電極２が表面電荷可変材料１３を含む（又は電極１が表面電荷可変材料１３からなる）場合、表面電荷可変材料１３は、電極１の表面のうち少なくとも溶液３に接触する部分（すなわち、パイプ状の電極１の内面付近）に存在することが肝要である。また、電極１の表面の少なくとも一部に表面電荷可変材料１３が担持されている場合も、電極１の表面のうち少なくとも溶液３に接触する部分（すなわち、パイプ状の電極１の内面付近）に担持されていることが肝要である。表面電荷可変材料１３が、電極１の表面のうち少なくとも溶液３に接触する部分に存在するため、電極１、２の電位を制御することにより、表面電荷可変材料１３の表面状態が変化し帯電物質を吸着脱離することができる。   In addition, the electrode 1 functioning as an anode may include the surface charge variable material 13 (or the electrode 1 may be composed of the surface charge variable material 13), The charge variable material 13 may be carried. In the second embodiment, the surface charge variable material 13 is supported on at least a part of the surface of the electrode 1. When the electrode 2 includes the surface charge variable material 13 (or the electrode 1 is made of the surface charge variable material 13), the surface charge variable material 13 is at least a portion of the surface of the electrode 1 that contacts the solution 3 (that is, a pipe shape). It is important that it exists in the vicinity of the inner surface of the electrode 1. Even when the surface charge variable material 13 is supported on at least a part of the surface of the electrode 1, at least a portion of the surface of the electrode 1 that is in contact with the solution 3 (that is, near the inner surface of the pipe-shaped electrode 1). It is important that it is supported. Since the surface charge variable material 13 exists in at least a portion of the surface of the electrode 1 that contacts the solution 3, the surface state of the surface charge variable material 13 is changed by controlling the potentials of the electrodes 1 and 2, and the charged substance. Can be adsorbed and desorbed.

電極２は表面電荷可変材料以外の物質から構成され、少なくとも表面に表面電荷可変材料を含まず、また担持されていないことが望ましい。表面に表面電荷可変材料が存在する場合、電極１からリン酸二水素イオンを脱離した際に、溶液３のｐＨと表面電荷可変材料の等電点によっては下流の電極２の表面電荷可変材料にリン酸二水素イオンが吸着し所望の吸着脱離が妨げられる。   It is desirable that the electrode 2 is made of a material other than the surface charge variable material, and at least the surface thereof does not contain the surface charge variable material and is not supported. When a surface charge variable material is present on the surface, when the dihydrogen phosphate ion is desorbed from the electrode 1, the surface charge variable material of the downstream electrode 2 depends on the pH of the solution 3 and the isoelectric point of the surface charge variable material. Thus, dihydrogen phosphate ions are adsorbed to prevent desired adsorption / desorption.

図７は、本発明に係る帯電物質吸着脱離制御装置２０の別の態様を示している。図７に示すように、流通路６の下流端２１が少なくとも２つに分岐されて分岐路２２、２３が形成され、流通路６と分岐路２２、２３との間に形成された分岐部２４に分別手段２５を備えていてもよい。分別手段２５は、一端２６を支点として他端２７が分岐路２２の開口部から分岐路２３の開口部まで移動可能である。分別手段２５は、図７に示すように、２つの分岐路２２、２３のうち一の分岐路２２を物理的・機械的に閉じ、帯電物質吸着脱離制御装置２０を通過する溶液を別の分岐路２３へ案内する。また、別の分岐路２３を閉じた場合は、当該溶液は一の分岐路２２に案内される。これにより、マイナスに帯電した帯電物質の吸着時又はプラスに帯電した帯電物質の吸着時、分別手段２５により、帯電物質が除去された溶液を一の分岐路２２に流通させ、また、マイナスに帯電した帯電物質の脱離時又はプラスに帯電した帯電物質の脱離時、分別手段２５により、帯電物質が脱離され帯電物質濃度が増加した溶液を別の分別路２３に流通させることができ、帯電物質を除去した処理済みの溶液と帯電物質を多く含む溶液とに分けることができる。   FIG. 7 shows another embodiment of the charged substance adsorption / desorption control device 20 according to the present invention. As shown in FIG. 7, the downstream end 21 of the flow path 6 is branched into at least two to form branch paths 22 and 23, and a branch portion 24 formed between the flow path 6 and the branch paths 22 and 23. A separating means 25 may be provided. The sorting means 25 has one end 26 as a fulcrum and the other end 27 is movable from the opening of the branch path 22 to the opening of the branch path 23. As shown in FIG. 7, the separating means 25 physically and mechanically closes one of the two branch paths 22 and 23, and separates the solution passing through the charged substance adsorption / desorption control device 20 from another. Guide to branch 23. When another branch path 23 is closed, the solution is guided to one branch path 22. As a result, when the negatively charged charged substance is adsorbed or when the positively charged charged substance is adsorbed, the separation means 25 causes the solution from which the charged substance has been removed to circulate through one branch path 22 and is charged negatively. When the charged substance is desorbed or positively charged charged substance is desorbed, the separation means 25 can distribute the solution in which the charged substance is desorbed and the concentration of the charged substance is increased to another separation path 23. It can be divided into a treated solution from which the charged substance is removed and a solution containing a large amount of the charged substance.

また、本実施の形態２に係る帯電物質吸着脱離制御装置２０を一のユニットとして複数のユニットを束状に配列させてもよい。これにより、溶液３に含まれる帯電物質を溶液３から効果的に除去できるため、帯電物質の除去率を向上させることができる。帯電物質吸着脱離制御装置２０の内径は系の幾何学的構造に大きく依存し、系に応じて適宜設定される。   Further, the charged substance adsorption / desorption control device 20 according to the second embodiment may be used as one unit, and a plurality of units may be arranged in a bundle. Thereby, since the charged substance contained in the solution 3 can be effectively removed from the solution 3, the removal rate of the charged substance can be improved. The inner diameter of the charged substance adsorption / desorption control device 20 largely depends on the geometric structure of the system, and is appropriately set according to the system.

また、電極１に制御部４の陰極を接続し電極２にその陽極を接続し、これらの電極に電圧を印加すれば、電極１では、１）式に示すような水素イオン消費反応が進行する。これにより、電極１付近ではｐＨが増加し表面電荷可変材料がマイナスに帯電し、上述の吸着操作により電極２に吸着されていた、マイナスに帯電した帯電物質が電極１から離脱する。   Further, when the cathode of the control unit 4 is connected to the electrode 1 and the anode is connected to the electrode 2 and a voltage is applied to these electrodes, the hydrogen ion consumption reaction shown in the formula 1) proceeds in the electrode 1. . As a result, the pH increases near the electrode 1, the surface charge variable material is negatively charged, and the negatively charged charged substance adsorbed on the electrode 2 by the above-described adsorption operation is detached from the electrode 1.

本実施の形態２に係る帯電物質吸着脱離制御装置２０によれば、電極１に吸着されたイオンをイオンの状態で回収することができ、特別の処理を要しないため、安価に廃水処理を行うことができる。   According to the charged substance adsorption / desorption control device 20 according to the second embodiment, the ions adsorbed on the electrode 1 can be recovered in the state of ions, and no special treatment is required. It can be carried out.

また、電極１及び電極２で起こる水素イオン又は水酸化物イオンの生成量と消失量はほぼ等しいため、前記帯電物質を除去した処理済みの溶液のｐＨは帯電物質吸着による寄与を除き、処理前の溶液からｐＨをほぼ変えずに処理を行うことができる。   In addition, since the generation amount and disappearance amount of hydrogen ions or hydroxide ions occurring at the electrode 1 and the electrode 2 are substantially equal, the pH of the treated solution from which the charged substance has been removed excludes the contribution due to adsorption of the charged substance, The treatment can be carried out without substantially changing the pH of the solution.

（実施の形態３）
図８は、実施の形態３に係る帯電物質吸着脱離制御装置の概略図である。図８に示すように、本実施の形態３に係る帯電物質吸着脱離制御装置４０は、帯電物質を含む溶液３を上流から下流へ流通させるパイプ状の流通路６と、流通路６にその内面から外面に至るまで互いに離間して配置された電極１（第１の電極）及び電極２（第２の電極）と、電極１及び電極２の電位を制御する制御部４と、表面電荷可変材料１３を含む部材７と、を備える。部材７は、電極１と電極２との間に配置され、流通路６の一部を構成する。 (Embodiment 3)
FIG. 8 is a schematic diagram of the charged substance adsorption / desorption control device according to the third embodiment. As shown in FIG. 8, the charged substance adsorption / desorption control device 40 according to the third embodiment includes a pipe-like flow path 6 that circulates the solution 3 containing a charged substance from upstream to downstream, and the flow path 6. An electrode 1 (first electrode) and an electrode 2 (second electrode) arranged away from each other from the inner surface to the outer surface, a control unit 4 for controlling the potential of the electrode 1 and the electrode 2, and a surface charge variable And a member 7 including the material 13. The member 7 is disposed between the electrode 1 and the electrode 2 and constitutes a part of the flow path 6.

例えば、電極１に制御部４の陽極を接続し電極２にその陰極を接続した場合、電極１はアノードとして機能し、電極２はカソードとして機能する。この場合、電極１において、水素イオン生成反応が起こる。したがって、電圧印加により、アノードの下流においてｐＨが減少する。ここで、帯電物質を含む溶液３は、流通路６内を電極１側から電極２側へ流れる。表面電荷可変材料１３を含む部材７が、アノードとして機能する電極１の下流に配置されているため、上述のような電圧印加により部材７付近においてｐＨが減少し、部材７に含まれる表面電荷可変材料１３の表面状態がプラスとなる。これにより、マイナスに帯電した帯電物質が部材７に吸着される。   For example, when the anode of the control unit 4 is connected to the electrode 1 and the cathode is connected to the electrode 2, the electrode 1 functions as an anode and the electrode 2 functions as a cathode. In this case, a hydrogen ion generation reaction occurs at the electrode 1. Therefore, the pH is decreased downstream of the anode by applying the voltage. Here, the solution 3 containing the charged substance flows in the flow path 6 from the electrode 1 side to the electrode 2 side. Since the member 7 including the surface charge variable material 13 is disposed downstream of the electrode 1 functioning as the anode, the pH is decreased in the vicinity of the member 7 by the voltage application as described above, and the surface charge variable included in the member 7 is changed. The surface state of the material 13 becomes positive. Thereby, the negatively charged charged substance is adsorbed to the member 7.

また、電極１に制御部４の陰極を接続し電極２にその陽極を接続すれば、電極１では、４）式に示すような水素イオン消費反応が進行する。これにより、電極１の下流ではｐＨが増加し表面電荷可変材料１３の表面状態がマイナスとなる。マイナスに帯電した帯電物質が部材７から離脱する。   If the cathode of the control unit 4 is connected to the electrode 1 and the anode is connected to the electrode 2, a hydrogen ion consumption reaction as shown in the formula 4) proceeds in the electrode 1. As a result, the pH increases downstream of the electrode 1 and the surface state of the surface charge variable material 13 becomes negative. The negatively charged substance is released from the member 7.

すなわち、マイナスに帯電した帯電物質の吸着時又はプラスに帯電した帯電物質の脱離時、表面電荷可変材料１３を含む部材７又は表面電荷可変材料１３からなる部材７の上流側に配置された電極１がアノードとして機能し、表面電荷可変材料１３を含む部材７又は表面電荷可変材料１３からなる部材７の下流側に配置された電極２がカソードとして機能するように、制御部４により電極１及び電極２の電位が制御され、プラスに帯電した帯電物質の吸着時又はマイナスに帯電した帯電物質の脱離時、表面電荷可変材料１３を含む部材７又は表面電荷可変材料１３からなる部材７の上流側に配置された電極１がカソードとして機能し、表面電荷可変材料１３を含む部材７又は表面電荷可変材料１３からなる部材７の下流側に配置された電極２がアノードとして機能するように、制御部４により電極１及び電極２の電位が制御される。   That is, the electrode disposed on the upstream side of the member 7 including the surface charge variable material 13 or the member 7 made of the surface charge variable material 13 when the negatively charged charged substance is adsorbed or when the positively charged charged substance is detached. 1 functions as an anode, and the control unit 4 controls the electrodes 1 and 1 so that the member 7 including the surface charge variable material 13 or the electrode 2 disposed on the downstream side of the member 7 made of the surface charge variable material 13 functions as a cathode. Upstream of the member 7 including the surface charge variable material 13 or the member 7 made of the surface charge variable material 13 when the potential of the electrode 2 is controlled and when the positively charged charged substance is adsorbed or when the negatively charged charged substance is desorbed The electrode 1 disposed on the side functions as a cathode, and the electrode 2 disposed on the downstream side of the member 7 including the surface charge variable material 13 or the member 7 made of the surface charge variable material 13. To act as an anode, the potential of the electrode 1 and the electrode 2 is controlled by the control unit 4.

本実施の形態３に係る帯電物質吸着脱離制御装置４０は、上記と同様、流通路６の下流端２１が少なくとも２つに分岐されて形成された分岐路２２、２３、流通路６と分岐路２２、２３との間に設けられた分別手段２５を備えてもよい。   The charged substance adsorption / desorption control device 40 according to the third embodiment is similar to the above in that the downstream end 21 of the flow path 6 is branched into at least two branches 22 and 23, and the flow path 6 and the branch. A separating means 25 provided between the paths 22 and 23 may be provided.

本実施の形態３に係る帯電物質吸着脱離制御装置４０によれば、上記同様、部材７に吸着されたイオンをイオンの状態で回収することができ、特別の処理を要しないため、安価に廃水処理を行うことができる。   According to the charged substance adsorption / desorption control device 40 according to the third embodiment, as described above, the ions adsorbed on the member 7 can be recovered in the state of ions, and no special processing is required. Wastewater treatment can be performed.

表面電荷可変材料１３を含む部材７又は表面電荷可変材料１３からなる部材７として特許文献（特許４６４６３０１号）で示されるような無機イオン吸着体を含む成形体等を用いてもよい。表面電荷可変材料と電極とを切り離したことにより、表面電荷可変材料として従来のリン吸着剤（吸着後アルカリ性溶液を流して脱離）を用いることができる。薬剤（アルカリ性溶液）の代わりに電気化学的にｐＨを増加させて脱離させることが可能となる。   As the member 7 including the surface charge variable material 13 or the member 7 including the surface charge variable material 13, a molded body including an inorganic ion adsorbent as shown in Patent Document (Japanese Patent No. 4646301) may be used. By separating the surface charge variable material and the electrode, a conventional phosphorus adsorbent (desorption by flowing an alkaline solution after adsorption) can be used as the surface charge variable material. Instead of the drug (alkaline solution), the pH can be increased electrochemically and desorption.

（実施の形態４）
本実施の形態に係る帯電物質吸着脱離制御装置は廃水に含まれる帯電物質を吸着脱離して廃水を処理することが可能である。したがって、本実施の形態に係る帯電物質吸着脱離制御装置を廃水処理装置に適用することができる。
本発明に係る廃水処理装置は、上述の帯電物質吸着脱離制御装置を有してなり、炭素、リン、窒素、及び硫黄を含む帯電物質含有廃水を処理して、帯電物質を廃水から除去することができる。廃水としては、下水、下水処理水、工場用水及び工場廃（排）水が挙げられる。 (Embodiment 4)
The charged substance adsorption / desorption control apparatus according to the present embodiment can treat the waste water by adsorbing / desorbing the charged substance contained in the waste water. Therefore, the charged substance adsorption / desorption control device according to the present embodiment can be applied to a wastewater treatment device.
A wastewater treatment apparatus according to the present invention includes the above-mentioned charged substance adsorption / desorption control apparatus, and treats charged substance-containing wastewater containing carbon, phosphorus, nitrogen, and sulfur, and removes the charged substance from the wastewater. be able to. Examples of the waste water include sewage, sewage treated water, factory water, and factory waste (waste water).

実施例１
カーボンペーパーからなる基材１１上に、Ｐｔ７０％担持カーボンブラック１０ｍｇ、ＴｉＯ２１０ｍｇ及びナフィオン（登録商標）を混練したものを塗布し乾燥させて電極１及び電極２を作製した。図９に示すように、容器にｐＨ１０の炭酸緩衝液（溶液３）１０ｍｌを投入し当該炭酸緩衝液に電極１及び電極２を浸漬した。電極１及び電極２が炭酸緩衝液に接触する面積が２．５ｃｍ２となるよう電極１及び電極２を配置した。その後、電極１に１．１５Ｖの直流電源の陽極を、電極２にその陰極を接続し、５分間通電した。 Example 1
On a base material 11 made of carbon paper, a mixture of 10 mg of Pt 70% -supported carbon black, 10 mg of TiO 2 and Nafion (registered trademark) was applied and dried to prepare electrodes 1 and 2. As shown in FIG. 9, 10 ml of a pH 10 carbonate buffer solution (solution 3) was placed in the container, and the electrodes 1 and 2 were immersed in the carbonate buffer solution. The electrode 1 and the electrode 2 were arranged so that the area where the electrode 1 and the electrode 2 were in contact with the carbonate buffer solution was 2.5 cm 2 . Thereafter, the anode of a 1.15 V DC power source was connected to the electrode 1 and the cathode was connected to the electrode 2, and the current was supplied for 5 minutes.

その後、電極１を取り出し、別の容器に注入された水酸化ナトリウム水溶液（１０ｍＭ、ｐＨ１２、１０ｍｌ）に浸漬し、電極１に吸着された炭酸水素イオン及び/又は炭酸イオンを水酸化ナトリウム水溶液に溶解させた。水酸化ナトリウム水溶液中の炭酸水素イオン及び/又は炭酸イオンをイオンクロマトグラフィーにて検出した。電圧印加を行わずに同様の操作を行ったものをコントロールと称する。   Thereafter, the electrode 1 is taken out and immersed in a sodium hydroxide aqueous solution (10 mM, pH 12, 10 ml) injected into another container, and the hydrogen carbonate ions and / or carbonate ions adsorbed on the electrode 1 are dissolved in the sodium hydroxide aqueous solution. I let you. Hydrogen carbonate ions and / or carbonate ions in the aqueous sodium hydroxide solution were detected by ion chromatography. What performed the same operation without applying a voltage is called control.

図１０に、上記試行の回数と炭酸水素イオン及び/又は炭酸イオンの濃度変化量との関係を示す。電極１及び電極２を炭酸緩衝液に浸漬して電極１及び電極２間に電圧を印加し電極１を水酸化ナトリウムに浸漬する試行を１回とし、このような試行を５回繰り返したものを５回としている。濃度変化量はコントロール実験の測定値を減算した値を示す。   FIG. 10 shows the relationship between the number of trials and the concentration change amount of bicarbonate ions and / or carbonate ions. An electrode 1 and an electrode 2 are immersed in a carbonate buffer, a voltage is applied between the electrode 1 and the electrode 2 and the electrode 1 is immersed in sodium hydroxide once, and this trial is repeated five times. 5 times. The amount of change in concentration indicates a value obtained by subtracting the measured value of the control experiment.

図１０に示すように、炭酸水素イオン及び/又は炭酸イオンの濃度変化が確認され、炭酸水素イオン及び/又は炭酸イオンが電極１の表面電荷可変材料であるＴｉＯ２に、電圧印加によるｐＨ減少により吸着し、ｐＨ増加により脱離していることが確認された。 As shown in FIG. 10, the change in the concentration of hydrogen carbonate ions and / or carbonate ions is confirmed, and the hydrogen carbonate ions and / or carbonate ions are applied to the TiO 2 that is the surface charge variable material of the electrode 1 due to the decrease in pH due to voltage application. It was confirmed that it was adsorbed and desorbed due to an increase in pH.

また、図１０に示すように、当該試行を１回行った場合、炭酸水素イオン及び/又は炭酸イオンの濃度変化量は約１８ｍｇ／Ｌであり、当該試行を５回行った場合、炭酸水素イオン及び/又は炭酸イオンの濃度変化量は約６１ｍｇ／Ｌであった。当該試行を繰り返し行うことにより炭酸水素イオン及び/又は炭酸イオンの濃度変化量は増加することが分かった。   Also, as shown in FIG. 10, when the trial is performed once, the concentration change amount of hydrogen carbonate ions and / or carbonate ions is about 18 mg / L, and when the trial is performed five times, the bicarbonate ions And / or the amount of carbonate ion concentration change was about 61 mg / L. It was found that the amount of change in the concentration of bicarbonate ions and / or carbonate ions increased by repeating the trial.

実施例２
実施例１と同様、カーボンペーパーからなる基材１１上に、Ｐｔ７０％担持カーボンブラック１０ｍｇ、ＴｉＯ２１０ｍｇ及びナフィオン（登録商標）を混練したものを塗布し乾燥させて電極１及び電極２を作製した。０．１５ｍＭリン酸及び炭酸の緩衝液（溶液３）（ｐＨ９．８１、１０ｍｌ）を容器に投入し当該緩衝液に電極１及び電極２を浸漬した。その後、電極１に１．１５Ｖの直流電源の陽極を、電極２にその陰極を接続し、５分間通電した。 Example 2
In the same manner as in Example 1, a mixture of carbon black 10 mg, TiO 2 10 mg and Nafion (registered trademark) kneaded on a base material 11 made of carbon paper was applied and dried to prepare electrodes 1 and 2. . A 0.15 mM phosphoric acid and carbonic acid buffer solution (solution 3) (pH 9.81, 10 ml) was put into a container, and electrodes 1 and 2 were immersed in the buffer solution. Thereafter, the anode of a 1.15 V DC power source was connected to the electrode 1 and the cathode was connected to the electrode 2, and the current was supplied for 5 minutes.

その後、電極１を取り出し、５分後、別の容器に注入された炭酸緩衝液（ｐＨ１０．０１、１０ｍｌ）に浸漬し、電極１に吸着されたリン酸水素イオン及び/又はリン酸二水素イオンを炭酸緩衝液に溶解させた。炭酸緩衝液中のリン酸水素イオン及び/又はリン酸二水素イオン及び/又はリン酸イオンを呈色試薬を用いた吸光光度測定（米国環境保護局の測定法３６５.２及び標準測定法４５００-Ｐ-Ｅに相当）にて検出した。実験は３回行った。電圧印加を行わずに同様の操作を行ったものをコントロールと称する。   Thereafter, the electrode 1 is taken out, and after 5 minutes, it is immersed in a carbonate buffer solution (pH10.01, 10 ml) injected into another container, and hydrogen phosphate ions and / or dihydrogen phosphate ions adsorbed on the electrode 1 are collected. Was dissolved in carbonate buffer. Spectrophotometric measurement using a color reagent for hydrogen phosphate ion and / or dihydrogen phosphate ion and / or phosphate ion in carbonate buffer (US Environmental Protection Agency measurement method 365.2 and standard measurement method 4500- (Corresponding to P-E). The experiment was performed three times. What performed the same operation without applying a voltage is called control.

実験結果を表１に示す。濃度変化量はコントロール実験の測定値を減算した値を示す。   The experimental results are shown in Table 1. The amount of change in concentration indicates a value obtained by subtracting the measured value of the control experiment.

Figure 2015037763
Figure 2015037763

表１に示すように、リン酸水素イオン及び/又はリン酸二水素イオン及び/又はリン酸イオンの濃度変化が確認され、リン酸水素イオン、及び/又はリン酸二水素イオン及び/又はリン酸イオンが電極１の表面電荷可変材料であるＴｉＯ２に電圧印加によるｐＨ減少により吸着し、ｐＨ増加により脱離していることが確認された。 As shown in Table 1, changes in the concentration of hydrogen phosphate ion and / or dihydrogen phosphate ion and / or phosphate ion were confirmed, and hydrogen phosphate ion and / or dihydrogen phosphate ion and / or phosphate It was confirmed that ions were adsorbed to TiO 2 which is the surface charge variable material of the electrode 1 by decreasing the pH by applying voltage and desorbing by increasing the pH.

１ 電極（第１の電極）
２ 電極（第２の電極）
３ 溶液（帯電物質を含む溶液）
４ 制御部
５ 容器
６ 流通路
７ 表面電荷可変材料を含む部材
１０、２０、４０ 帯電物質吸着脱離制御装置
１１ 基材
１２ 触媒
１３ 表面電荷可変材料
１４ バインダー
１５ 触媒及び表面電荷可変材料含有層
２１ 流通路の下流端
２２、２３ 分岐路
２４ 分岐部
２５ 分別手段
２６ 分別手段の一端
２７ 分別手段の他端 1 electrode (first electrode)
2 electrodes (second electrode)
3 solutions (solutions containing charged substances)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 Control part 5 Container 6 Flow path 7 Member containing surface charge variable material 10, 20, 40 Charged substance adsorption / desorption control apparatus 11 Base material 12 Catalyst 13 Surface charge variable material 14 Binder 15 Catalyst and surface charge variable material content layer 21 Downstream end of flow path 22, 23 Branching path 24 Branching section 25 Sorting means 26 One end of sorting means 27 Other end of sorting means

Claims (22)

帯電物質を含む溶液から当該帯電物質を吸着・脱離することを制御する帯電物質吸着脱離制御装置であって、
互いに離間して配置され、帯電物質を含む溶液に接する第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極の電位を制御する制御部と、少なくとも前記溶液に接するように配置された表面電荷可変材料と、を備え、
前記表面電荷可変材料は、前記溶液中において周囲のｐＨに応じて表面電荷が変化する性質を有し、
前記制御部は、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の電圧を変化させることで、前記第１の電極又は前記第２の電極での水素イオン又は水酸化物イオンの生成又は消費を伴う電気化学反応を制御して前記第１の電極又は前記第２の電極の近傍におけるｐＨを変化させ、前記溶液に含まれる帯電物質を前記表面電荷可変材料に吸着又は脱離させることを特徴とする帯電物質吸着脱離制御装置。 A charged substance adsorption / desorption control device for controlling adsorption / desorption of the charged substance from a solution containing the charged substance,
The first electrode and the second electrode that are arranged apart from each other and are in contact with the solution containing the charged substance, the control unit that controls the potential of the first electrode and the second electrode, and at least the contact with the solution A surface charge variable material arranged so that
The surface charge variable material has a property that the surface charge changes in the solution according to the surrounding pH,
The controller is
Electrochemistry with generation or consumption of hydrogen ions or hydroxide ions at the first electrode or the second electrode by changing the voltage between the first electrode and the second electrode A charged substance characterized by controlling a reaction to change a pH in the vicinity of the first electrode or the second electrode to adsorb or desorb a charged substance contained in the solution to the surface charge variable material. Adsorption / desorption control device. 前記第１の電極及び前記第２の電極の一方又は両方が、前記表面電荷可変材料を含んでなる、又は前記表面電荷可変材料からなることを特徴とする請求項１記載の帯電物質吸着脱離制御装置。   2. The charged substance adsorption / desorption according to claim 1, wherein one or both of the first electrode and the second electrode includes the surface charge variable material or the surface charge variable material. Control device. 前記第１の電極及び前記第２の電極の一方又は両方の表面の少なくとも一部に、前記表面電荷可変材料が担持されていることを特徴とする請求項１記載の帯電物質吸着脱離制御装置。   2. The charged substance adsorption / desorption control device according to claim 1, wherein the surface charge variable material is supported on at least a part of one or both surfaces of the first electrode and the second electrode. . 前記表面電荷可変材料を含む部材又は前記表面電荷可変材料からなる部材を有し、当該部材が、前記第１の電極及び／又は前記第２の電極の近傍に配置されたことを特徴とする請求項１記載の帯電物質吸着脱離制御装置。   It has a member containing the surface charge variable material or a member made of the surface charge variable material, and the member is disposed in the vicinity of the first electrode and / or the second electrode. Item 4. The charged substance adsorption / desorption control device according to Item 1. 前記溶液を上流から下流へ流通させる流通路をさらに備え、前記表面電荷可変材料を含む部材又は前記表面電荷可変材料からなる部材が、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置されたことを特徴とする請求項４記載の帯電物質吸着脱離制御装置。   The apparatus further comprises a flow passage for allowing the solution to flow from upstream to downstream, and the member containing the surface charge variable material or the member made of the surface charge variable material is disposed between the first electrode and the second electrode. The charged substance adsorption / desorption control device according to claim 4, wherein マイナスに帯電した帯電物質の吸着時又はプラスに帯電した帯電物質の脱離時、前記制御部により、前記第１の電極及び前記第２の電極の電位が、前記第１の電極の電位が前記第２の電極の電位より高くなるように制御され、プラスに帯電した帯電物質の吸着時又はマイナスに帯電した帯電物質の脱離時、前記第１の電極の電位が前記第２の電極の電位より低くなるように制御されることを特徴とする請求項５記載の帯電物質吸着脱離制御装置。   When the negatively charged charged substance is adsorbed or positively charged charged substance is desorbed, the control unit causes the potential of the first electrode and the second electrode to be the same as that of the first electrode. When the positively charged charged substance is adsorbed or the negatively charged charged substance is desorbed, the potential of the first electrode becomes the potential of the second electrode. 6. The charged substance adsorption / desorption control apparatus according to claim 5, wherein the charged substance adsorption / desorption control apparatus is controlled to be lower. 前記流通路の下流端が少なくとも２つに分岐されて分岐路が形成され、前記流通路と前記分岐路との間に形成された分岐部に分別手段を備え、
前記マイナスに帯電した帯電物質の吸着時又は前記プラスに帯電した帯電物質の吸着時、前記分別手段により、前記帯電物質が除去された溶液を一の分岐路に流通させ、
前記マイナスに帯電した帯電物質の脱離時又は前記プラスに帯電した帯電物質の脱離時、前記分別手段により、帯電物質が脱離され帯電物質濃度が増加した溶液を別の分別路に流通させることを特徴とする請求項６記載の帯電物質吸着脱離制御装置。 A downstream end of the flow passage is branched into at least two to form a branch passage, and a separation unit is provided at a branch portion formed between the flow passage and the branch passage;
When the negatively charged charged substance is adsorbed or when the positively charged charged substance is adsorbed, the separating means circulates the solution from which the charged substance is removed through one branch path,
When the negatively charged charged substance is desorbed or the positively charged charged substance is desorbed, the separation means causes the charged substance to be desorbed and the charged substance concentration increased to flow through another separation path. The charged substance adsorption / desorption control device according to claim 6. カソードとして機能する前記第１の電極及び／又は前記第２の電極はガス拡散電極であり、酸素を含む大気に接するとともに前記溶液に接することを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の帯電物質吸着脱離制御装置。   The first electrode and / or the second electrode functioning as a cathode is a gas diffusion electrode, and is in contact with the atmosphere containing oxygen and in contact with the solution. Charged substance adsorption / desorption control device. 前記表面電荷可変材料が等電点を有し、当該等電点が、前記帯電物質が存在しうるｐＨの領域内に存在することを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の帯電物質吸着脱離制御装置。   The charging according to claim 1, wherein the surface charge variable material has an isoelectric point, and the isoelectric point exists in a pH region where the charged substance can exist. Substance adsorption / desorption control device. 前記表面電荷可変材料が、金属酸化物である請求項１乃至９の何れかに記載の帯電物質吸着脱離制御装置。   The charged substance adsorption / desorption control device according to claim 1, wherein the surface charge variable material is a metal oxide. 前記表面電荷可変材料が、官能基修飾材料又は該官能基修飾材料を含む物質である請求項１乃至９の何れかに記載の帯電物質吸着脱離制御装置。   The charged substance adsorption / desorption control device according to claim 1, wherein the surface charge variable material is a functional group modifying material or a substance containing the functional group modifying material. 前記表面電荷可変材料が多孔質であることを特徴とする請求項１乃至１１の何れかに記載の帯電物質吸着脱離制御装置。   12. The charged substance adsorption / desorption control apparatus according to claim 1, wherein the surface charge variable material is porous. 前記帯電物質が、炭素、リン、窒素、及び硫黄からなる群から選択される少なくとも１種を含むアニオン若しくはカチオンである請求項１乃至１２の何れかに記載の帯電物質吸着脱離制御装置。   The charged substance adsorption / desorption control device according to claim 1, wherein the charged substance is an anion or cation containing at least one selected from the group consisting of carbon, phosphorus, nitrogen, and sulfur. 前記第１の電極及び前記第２の電極の一方又は両方が、多孔質導電体を備える請求項１乃至１３の何れかに記載の帯電物質吸着脱離制御装置。   The charged substance adsorption / desorption control device according to claim 1, wherein one or both of the first electrode and the second electrode includes a porous conductor. 前記第１の電極及び前記第２の電極の一方又は両方が、水素イオン又は水酸化物イオンの生成又は消費を伴う電気化学反応に対する触媒機能を有するか、若しくは、前記第１の電極及び前記第２の電極の一方又は両方の表面の少なくとも一部に、水素イオン又は水酸化物イオンの生成又は消費を伴う電気化学反応に対する触媒が担持されている請求項１乃至１４の何れかに記載の帯電物質吸着脱離制御装置。   One or both of the first electrode and the second electrode have a catalytic function for an electrochemical reaction involving generation or consumption of hydrogen ions or hydroxide ions, or the first electrode and the second electrode 15. The charging according to claim 1, wherein a catalyst for an electrochemical reaction involving generation or consumption of hydrogen ions or hydroxide ions is supported on at least a part of one or both surfaces of the two electrodes. Substance adsorption / desorption control device. 請求項１乃至１５の何れかに記載の帯電物質吸着脱離制御装置を有してなり、
炭素、リン、窒素、及び硫黄からなる群から選択される少なくとも１種を含むアニオン又はカチオンを含有する廃水を処理して、当該アニオン又はカチオンを廃水から除去する廃水処理装置。 A charged substance adsorption / desorption control device according to any one of claims 1 to 15, comprising:
A wastewater treatment apparatus for treating wastewater containing an anion or cation containing at least one selected from the group consisting of carbon, phosphorus, nitrogen, and sulfur and removing the anion or cation from the wastewater. 請求項１乃至１５の何れかに記載の帯電物質吸着脱離制御装置に用いる電極であって、
周囲のｐＨに応じて表面電荷が変化する表面電荷可変材料が表面に担持された電極。 An electrode used in the charged substance adsorption / desorption control device according to claim 1,
An electrode in which a surface charge variable material whose surface charge changes according to the surrounding pH is supported on the surface. 請求項１乃至１５の何れかに記載の帯電物質吸着脱離制御装置に用いる電極であって、
周囲のｐＨに応じて表面電荷が変化する表面電荷可変材料を含んでなる又は表面電荷可変材料からなる電極。 An electrode used in the charged substance adsorption / desorption control device according to claim 1,
An electrode comprising or made of a surface charge variable material whose surface charge changes according to the surrounding pH. 水素イオン又は水酸化物イオンの生成又は消費を伴う電気化学反応に対する触媒機能を有するか、若しくは、表面に、水素イオン又は水酸化物イオンの生成又は消費を伴う電気化学反応に対する触媒が担持されている請求項１７又は１８に記載の電極。   It has a catalytic function for an electrochemical reaction involving generation or consumption of hydrogen ions or hydroxide ions, or a catalyst for an electrochemical reaction involving generation or consumption of hydrogen ions or hydroxide ions is supported on the surface. The electrode according to claim 17 or 18. 前記表面電荷可変材料は、金属酸化物であることを特徴とする請求項１７乃至１９の何れかに記載の電極。   The electrode according to claim 17, wherein the surface charge variable material is a metal oxide. 前記表面電荷可変材料が、官能基修飾材料又は該官能基修飾材料を含む物質である請求項１７乃至１９の何れかに記載の電極。   The electrode according to claim 17, wherein the surface charge variable material is a functional group modifying material or a substance containing the functional group modifying material. さらに多孔質導電体を備える請求項１７乃至２１の何れかに記載の電極。   The electrode according to any one of claims 17 to 21, further comprising a porous conductor.
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