JP5648106B2 - Method and apparatus for detecting anion in liquid - Google Patents
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Description
本発明は、液中の陰イオン検出方法及び検出装置に係り、特に、火力及び原子力発電所における復水器の冷却水（海水）のリークを感知できる塩素イオンに代表される陰イオンの検出方法及び検出装置に関する。 The present invention relates to an anion detection method and a detection apparatus in a liquid, and more particularly to a detection method for anions typified by chlorine ions capable of sensing leakage of cooling water (seawater) of condensers in thermal power and nuclear power plants. And a detection apparatus.
従来、火力及び原子力発電所では、ボイラーで発生した高温、高圧の水蒸気を蒸気タービンに導き、蒸気タービンからの排蒸気は復水器で凝縮して水とし、この復水を再びボイラー給水として使うという水循環を行っている。循環水中には、腐食生成物などの不純物が蓄積してくるので、定常運転時には該腐食生成物などの不純物を除去し、また以下に述べる海水リーク時には塩化ナトリウムを主成分とする不純物を一定時間捕捉して循環水系統を保護するために、復水脱塩装置が設置されている。この循環系での復水器は、蒸気側が減圧されており、冷却水に海水が用いられるので、復水器細管にピンホールが生じたような場合には、海水が蒸気側に侵入し、塩類濃度が著しく上昇する。その結果、復水脱塩装置の負荷が大きくなり、海水リーク量が多くなると、この脱塩装置の許容範囲を越えてしまう。そこで、検塩装置により海水のリークを検知することが必要になる。海水リークを検知する方法のひとつに導電率を測定する方法が知られている。 Conventionally, in thermal power and nuclear power plants, high-temperature and high-pressure steam generated in a boiler is guided to a steam turbine, and the exhaust steam from the steam turbine is condensed into water by a condenser, and this condensate is used again as boiler feed water. This is a water cycle. Since impurities such as corrosion products accumulate in the circulating water, impurities such as corrosion products are removed during steady operation, and impurities that contain sodium chloride as a main component during seawater leaks described below for a certain period of time. A condensate demineralizer is installed to capture and protect the circulating water system. In the condenser in this circulation system, the steam side is depressurized, and seawater is used for cooling water, so if a pinhole occurs in the condenser thin tube, seawater enters the steam side, Salinity increases significantly. As a result, when the load of the condensate demineralizer increases and the amount of seawater leak increases, the allowable range of the demineralizer is exceeded. Therefore, it is necessary to detect seawater leaks with a salt detector. A method of measuring conductivity is known as one of methods for detecting seawater leaks.
導電率を測定する方法として、特開２００６−１６７５６８号公報には、試料液を電気再生式脱陽イオン装置の脱塩室に通液して、該試料液中の陽イオンを除去した後、該液中の陰イオンを測定する陰イオン検出装置において、該脱塩室に充填される陽イオン交換体は、その全部又は一部が、互いにつながっているマクロポアとマクロポアの壁内に平均径が１〜１０００μｍのメソポアを有する連続気泡構造を有し、全細孔容積が１〜５０ｍｌ/ｇであり、陽イオン交換基が均一に分布され、陽イオン交換容量が０．５ｍｇ当量/ｇ乾燥多孔質体以上の有機多孔質陽イオン交換体である液中の陰イオン検出方法及びそれに用いる装置が開示されている。 As a method for measuring conductivity, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-167568 discloses a method in which a sample solution is passed through a desalting chamber of an electric regeneration type decation apparatus to remove cations in the sample solution, In the anion detector for measuring anions in the liquid, the cation exchanger filled in the desalting chamber has a mean diameter within the walls of the macropores and the macropores, all or part of which are connected to each other. It has an open cell structure with mesopores of 1-1000 μm, total pore volume is 1-50 ml / g, cation exchange groups are uniformly distributed, cation exchange capacity is 0.5 mg equivalent / g dry porous Disclosed are a method for detecting an anion in a liquid, which is an organic porous cation exchanger higher than a solid, and an apparatus used therefor.
特開２００６−１６７５６８号公報の液中の陰イオン検出方法は、脱塩室に充填されるカチオン交換体として、粉末状樹脂を使用した場合、弱塩基性成分が液中において比較的長い時間拡散することになり、カチオン交換樹脂充填層における弱塩基性成分の吸着ゾーンが広がり、充填層が大きくなるという問題点を解決したものであって、多孔質陽イオン交換体充填層における弱塩基性成分吸着ゾーンを、陽イオン交換体として粒状陽イオン交換樹脂を用いる場合に比べて、１/３〜１/２程度短く、小型で装置構造を簡略化でき、設置コスト及びランニングコストを低減でき、しかも操作が簡単で安定して正確な常時監視ができるという効果を奏する。なお、特開２００６−１６７５６８号公報の液中の陰イオン検出方法で用いる有機多孔質陽イオン交換体の詳細な製造方法は、特開２００２−３０６９７６号公報に開示されている。 In the method for detecting anions in liquid disclosed in JP-A-2006-167568, when a powdered resin is used as a cation exchanger filled in a desalting chamber, a weakly basic component diffuses in the liquid for a relatively long time. This solves the problem that the adsorption zone of the weakly basic component in the cation exchange resin packed bed widens and the packed bed becomes large, and the weak basic component in the porous cation exchanger packed bed Compared to the case of using a granular cation exchange resin as the cation exchanger, the adsorption zone is about 1/3 to 1/2 shorter, the device structure can be simplified and the installation cost and running cost can be reduced. The operation is simple, stable, and accurate. A detailed method for producing an organic porous cation exchanger used in the method for detecting anions in liquid disclosed in JP-A-2006-167568 is disclosed in JP-A-2002-306976.
しかしながら、特開２００６−１６７５６８号公報や特開２００２−３０６９７６号公報に記載の有機多孔質陽イオン交換体は、モノリスの共通の開口（メソポア）が１〜１，０００μｍと記載されているものの、全細孔容積５ｍｌ／ｇ以下の細孔容積の小さなモノリスについては、油中水滴型エマルジョン中の水滴の量を少なくする必要があるため共通の開口は小さくなり、実質的に開口の平均径２０μｍ以上のものは製造できない。このため、通水時の圧力損失が大きいという問題があった。また、開口の平均径を２０μｍ近傍のものにすると、全細孔容積もそれに伴い大きくなるため、強度が低く、体積当たりのイオン交換容量が低下するため、通電抵抗、すなわち消費電力が大きくなってしまうという問題があった。 However, although the organic porous cation exchanger described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-167568 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-306976 has a common opening (mesopore) of the monolith described as 1 to 1,000 μm, For monoliths having a small pore volume with a total pore volume of 5 ml / g or less, it is necessary to reduce the amount of water droplets in the water-in-oil emulsion, so the common aperture is small, and the average diameter of the aperture is substantially 20 μm. The above cannot be manufactured. For this reason, there existed a problem that the pressure loss at the time of water flow was large. In addition, when the average diameter of the openings is in the vicinity of 20 μm, the total pore volume is increased accordingly, so that the strength is low and the ion exchange capacity per volume is reduced, so that the energization resistance, that is, the power consumption increases. There was a problem that.
従って、本発明の目的は、モノリス強度が高く、通水時の圧力損失を抑さえ、体積当たりのイオン交換容量を大きくとれ、消費電力が小さい液中の陰イオンの検出方法及び検出装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a detection method and a detection device for anions in a liquid that have high monolith strength, suppress pressure loss during passage of water, increase ion exchange capacity per volume, and consume less power. There is to do.
かかる実情において、本発明者らは、鋭意検討を行った結果、特開２００２−３０６９７６号公報記載の方法で得られた比較的大きな細孔容積を有するモノリス状有機多孔質体（中間体）の存在下に、ビニルモノマーと架橋剤を、特定有機溶媒中で静置重合すれば、開口径が大きく、中間体の有機多孔質体の骨格よりも太い骨格を有する骨太のモノリスが得られること、骨太のモノリスにイオン交換基を導入すると、骨太であるが故に膨潤が大きく、従って、開口を更に大きくできること、骨太のモノリスにイオン交換基を導入したモノリスイオン交換体（以下、「第１のモノリスイオン交換体」とも言う。）は、液中の陰イオン検出装置の脱塩室の一部又は全部として用いれば、モノリス強度が高く、通水時の圧力損失を抑さえ、消費電力が小さくできることなどを見出し、本発明を完成するに至った。 Under such circumstances, the present inventors have conducted intensive studies, and as a result, obtained a monolithic organic porous body (intermediate) having a relatively large pore volume obtained by the method described in JP-A-2002-306976. In the presence, if the vinyl monomer and the crosslinking agent are allowed to stand and polymerize in a specific organic solvent, a thick monolith having a larger skeleton than the skeleton of the intermediate organic porous body can be obtained. When an ion exchange group is introduced into a thick monolith, the swelling is large due to the thick bone, so that the opening can be further increased, and a monolith ion exchanger in which an ion exchange group is introduced into the thick monolith (hereinafter referred to as “first monolith”). When used as part or all of the desalination chamber of an anion detector in liquid, the ion exchanger has a high monolithic strength and suppresses pressure loss during water flow. Heading, etc. can be made smaller, which resulted in the completion of the present invention.
また、本発明者らは鋭意検討を行った結果、特開２００２−３０６９７６号公報記載の方法で得られた大きな細孔容積を有するモノリス状有機多孔質体（中間体）の存在下に、芳香族ビニルモノマーと架橋剤を、特定有機溶媒中で静置重合すれば、三次元的に連続した芳香族ビニルポリマー骨格と、その骨格相間に三次元的に連続した空孔とからなり、両相が絡み合った共連続構造の疎水性モノリスが得られること、この共連続構造のモノリスは、空孔の連続性が高くてその大きさに偏りがなく、流体透過時の圧力損失が低いこと、更にこの共連続構造の骨格が太いためイオン交換基を導入すれば、体積当りのイオン交換容量の大きなモノリス状有機多孔質イオン交換体が得られること、該モノリス状有機多孔質イオン交換体（以下、「第２のモノリスイオン交換体」とも言う。）は、液中の陰イオン検出装置の脱塩室の一部又は全部として用いれば、第１のモノリスイオン交換体と同様に、液中の陰イオン検出装置の脱塩室の一部又は全部として用いれば、モノリス強度が高く、通水時の圧力損失を抑さえ、消費電力が小さくできることなどを見出し、本発明を完成するに至った。 In addition, as a result of intensive studies, the present inventors have found that a monolith-like organic porous material (intermediate) having a large pore volume obtained by the method described in JP-A-2002-306976 has a fragrance. Group vinyl monomer and cross-linking agent are allowed to stand in a specific organic solvent to form a three-dimensionally continuous aromatic vinyl polymer skeleton and three-dimensionally continuous pores between the skeleton phases. A monolith with a co-continuous structure intertwined with each other, this monolith with a co-continuous structure has a high continuity of pores, is not biased in size, and has a low pressure loss during fluid permeation, Since the skeleton of this co-continuous structure is thick, if an ion exchange group is introduced, a monolithic organic porous ion exchanger having a large ion exchange capacity per volume can be obtained, and the monolithic organic porous ion exchanger (hereinafter, referred to as “monolithic organic porous ion exchanger”). "Second The monolith ion exchanger ”) is used as part or all of the desalting chamber of the anion detector in liquid, as in the case of the first monolith ion exchanger. It has been found that if it is used as a part or all of the desalting chamber, the monolith strength is high, the pressure loss during water flow can be suppressed, and the power consumption can be reduced, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明は、試料液を電気再生式脱陽イオン装置の脱塩室に通液して、該試料液中の陽イオンを除去した後、該液中の陰イオンを測定する陰イオン検出装置において、該脱塩室に充填される陽イオン交換体は、その全部又は一部が、イオン交換基が導入された全構成単位中、架橋構造単位を０．３〜５．０モル％含有する芳香族ビニルポリマーからなる平均太さが１〜６０μｍの三次元的に連続した棒状の骨格と、その骨格間に平均直径が１０〜１００μｍの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であって、全細孔容積が０．５〜５ｍｌ/ｇであり、水湿潤状態での体積当りの陽イオン交換容量０．３〜５ｍｇ当量/ｍｌであり、イオン交換基が該多孔質イオン交換体中に均一に分布している有機多孔質陽イオン交換体であることを特徴とする液中の陰イオン検出方法を提供するものである。 That is , the present invention provides an anion detection in which a sample solution is passed through a desalting chamber of an electric regeneration type decation apparatus, and after removing cations in the sample solution, the anions in the solution are measured. In the apparatus, the cation exchanger filled in the desalting chamber contains 0.3 to 5.0 mol% of a crosslinked structural unit in all or a part of all the structural units into which the ion exchange group is introduced. Co-continuous consisting of a three-dimensionally continuous rod-shaped skeleton composed of aromatic vinyl polymer having an average thickness of 1 to 60 μm and three-dimensionally continuous pores having an average diameter of 10 to 100 μm between the skeletons A structure having a total pore volume of 0.5 to 5 ml / g, a cation exchange capacity per volume in a water-wet state of 0.3 to 5 mg equivalent / ml, and an ion exchange group that is porous Is an organic porous cation exchanger uniformly distributed in the porous ion exchanger There is provided a negative ion detection method in the liquid, characterized and.
また、本発明は、陽極室と陰極室の間に陽イオン交換体が充填された脱塩室を備え、該陽極室、陰極室及び脱塩室には、それぞれ液の流入配管と流出配管が配設された電気再生式脱陽イオン装置と、
該脱塩室流出配管に配設される該処理液の導電率又は比抵抗を測定する測定器と、
を備えるものであって、該脱塩室に充填される陽イオン交換体は、その全部又は一部が、イオン交換基が導入された全構成単位中、架橋構造単位を０．３〜５．０モル％含有する芳香族ビニルポリマーからなる平均太さが１〜６０μｍの三次元的に連続した棒状の骨格と、その骨格間に平均直径が１０〜１００μｍの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であって、全細孔容積が０．５〜５ｍｌ/ｇであり、水湿潤状態での体積当りの陽イオン交換容量０．３〜５ｍｇ当量/ｍｌであり、イオン交換基が該多孔質イオン交換体中に均一に分布している有機多孔質陽イオン交換体であることを特徴とする液中の陰イオン検出装置を提供するものである。
The present invention also includes a desalting chamber filled with a cation exchanger between the anode chamber and the cathode chamber, and the anode chamber, the cathode chamber, and the desalting chamber have a liquid inflow pipe and an outflow pipe, respectively. An electrically regenerative decation ion device disposed;
A measuring instrument for measuring the conductivity or specific resistance of the treatment liquid disposed in the desalination chamber outflow pipe;
The cation exchanger filled in the desalting chamber is entirely or partially composed of 0.3 to 5. bridging structural units among all the structural units into which ion exchange groups are introduced. A three-dimensionally continuous rod-shaped skeleton having an average thickness of 1 to 60 μm comprising an aromatic vinyl polymer containing 0 mol%, and three-dimensionally continuous pores having an average diameter of 10 to 100 μm between the skeletons; A total continuous pore volume of 0.5 to 5 ml / g, a cation exchange capacity per volume in a water-wet state of 0.3 to 5 mg equivalent / ml, and ion exchange It is an organic porous cation exchanger in which groups are uniformly distributed in the porous ion exchanger, and provides an anion detector in liquid.
本発明によれば、モノリス強度が高く、通水時の圧力損失を抑さえ、体積当たりのイオン交換容量を大きくとれ、消費電力を小さくできる。 According to the present invention, the strength of the monolith is high, the pressure loss during water flow can be suppressed, the ion exchange capacity per volume can be increased, and the power consumption can be reduced.
本発明において、試料液としては、該液中の陰イオンを検出、定量しようとする液体であれば特に制限されず、例えば、火力又は原子力発電所における復水のようにアンモニア、ヒドラジン又はＥＴＡのような弱塩基性の陽イオンを多く含む試料液中の陰イオンの測定に好適に用いることができる。本発明の液中の陰イオン検出装置は、海水リークの常時監視という目的から、発電所の復水循環主系統の内、復水器から復水脱塩装置に至る間の復水中の酸導電率の監視が最も重要であるが、これに加えて、低圧ヒーター、高圧ヒーター、脱気器、ボイラー（ＰＷＲ型電子力発電所においては蒸気発生器）給水などの復水器出口以外の復水循環主系統、および低圧ヒータードレンや高圧ヒータードレンのような副次的配水系統から採取された水も測定対象とすることができる。 In the present invention, the sample liquid is not particularly limited as long as it is a liquid for detecting and quantifying anions in the liquid. For example, ammonia, hydrazine or ETA such as condensate in thermal power or nuclear power plants is used. It can be suitably used for the measurement of anions in a sample solution containing a large amount of such weakly basic cations. The anion detection device in the liquid of the present invention is an acid conductivity in condensate from the condenser to the condensate demineralizer in the main condensate circulation system for the purpose of constantly monitoring seawater leaks. In addition to this, the main condensate circulation other than the outlet of the condenser such as low-pressure heater, high-pressure heater, deaerator, boiler (steam generator in PWR type electronic power plant) feed water, etc. Water collected from the system and secondary water distribution systems such as low pressure heater drains and high pressure heater drains can also be measured.
本発明で用いる電気再生式脱陽イオン装置において、脱塩室の少なくとも一部に充填される有機多孔質陽イオン交換体は、第１のモノリスイオン交換体又は第２のモノリスイオン交換体である。本明細書中、「モノリス状有機多孔質体」を単に「モノリス」と、「モノリス状有機多孔質陽イオン交換体」を単に「モノリスイオン交換体」と、「モノリス状の有機多孔質中間体」を単に「モノリス中間体」とも言う。 In the electroregenerative decation apparatus used in the present invention, the organic porous cation exchanger filled in at least a part of the desalting chamber is a first monolith ion exchanger or a second monolith ion exchanger. . In this specification, “monolithic organic porous body” is simply “monolith”, “monolithic organic porous cation exchanger” is simply “monolith ion exchanger”, and “monolithic organic porous intermediate” "Is also simply called" monolith intermediate ".
＜第１のモノリスイオン交換体の説明＞
第１のモノリスイオン交換体は、モノリスにイオン交換基を導入することで得られるものであり、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が水湿潤状態平均直径３０〜３００μｍ、好ましくは３０〜２００μｍ、特に３５〜１５０μｍの開口（メソポア）となる連続マクロポア構造体であり、モノリスイオン交換体の開口の平均直径は、モノリスにイオン交換基を導入する際、モノリス全体が膨潤するため、モノリスの開口の平均直径よりも大となる。開口の平均直径が３０μｍ未満であると、通水時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、開口の平均直径が大き過ぎると、流体とモノリスイオン交換体との接触が不十分となり、その結果、イオン交換特性が低下してしまうため好ましくない。
<Description of the first monolith ion exchanger>
The first monolith ion exchanger is obtained by introducing an ion exchange group into the monolith, and the bubble-like macropores overlap each other, and the overlapping portion has a water wet state average diameter of 30 to 300 μm, preferably 30 to 30 μm. It is a continuous macropore structure having 200 μm, particularly 35 to 150 μm openings (mesopores). The average diameter of the monolith ion exchanger openings is that when the ion exchange group is introduced into the monolith, the entire monolith swells. It is larger than the average diameter of the openings. If the average diameter of the openings is less than 30 μm, the pressure loss at the time of water flow is increased, which is not preferable. If the average diameter of the openings is too large, contact between the fluid and the monolith ion exchanger becomes insufficient. As a result, the ion exchange characteristics deteriorate, which is not preferable.
なお、本発明では、乾燥状態のモノリス中間体の開口の平均直径、乾燥状態のモノリスの開口の平均直径及び乾燥状態のモノリスイオン交換体の開口の平均直径は、水銀圧入法により測定される値である。また、水湿潤状態のモノリスイオン交換体の開口の平均直径は、乾燥状態のモノリスイオン交換体の開口の平均直径に、膨潤率を乗じて算出される値である。具体的には、水湿潤状態のモノリスイオン交換体の直径がｘ１（ｍｍ）であり、その水湿潤状態のモノリスイオン交換体を乾燥させ、得られる乾燥状態のモノリスイオン交換体の直径がｙ１（ｍｍ）であり、この乾燥状態のモノリスイオン交換体を水銀圧入法により測定したときの開口の平均直径がｚ１（μｍ）であったとすると、水湿潤状態のモノリスイオン交換体の開口の平均直径（μｍ）は、次式「水湿潤状態のモノリスイオン交換体の開口の平均直径（μｍ）＝ｚ１×（ｘ１／ｙ１）」で算出される。また、アニオン交換基導入前の乾燥状態のモノリスの開口の平均直径、及びその乾燥状態のモノリスにイオン交換基導入したときの乾燥状態のモノリスに対する水湿潤状態のモノリスイオン交換体の膨潤率がわかる場合は、乾燥状態のモノリスの開口の平均直径に、膨潤率を乗じて、モノリスイオン交換体の空孔の水湿潤状態の平均直径を算出することもできる。 In the present invention, the average diameter of the opening of the monolith intermediate in the dry state, the average diameter of the opening of the monolith in the dry state, and the average diameter of the opening of the monolith ion exchanger in the dry state are values measured by a mercury intrusion method. It is. Further, the average diameter of the openings of the monolith ion exchanger in the wet state is a value calculated by multiplying the average diameter of the openings of the monolith ion exchanger in the dry state by the swelling rate. Specifically, the water-wet monolith ion exchanger has a diameter of x1 (mm), the water-wet monolith ion exchanger is dried, and the resulting dried monolith ion exchanger has a diameter of y1 ( mm), and the average diameter of the opening of the monolith ion exchanger in the dry state measured by the mercury intrusion method was z1 (μm), the average diameter of the opening of the monolith ion exchanger in the water wet state ( μm) is calculated by the following formula: “average diameter of openings of monolith ion exchanger in water wet state (μm) = z1 × (x1 / y1)”. In addition, the average diameter of the opening of the dry monolith before the introduction of the anion exchange group and the swelling ratio of the monolith ion exchanger in the water wet state relative to the dry monolith when the ion exchange group is introduced into the dry monolith are known. In this case, the average diameter in the water-wet state of the pores of the monolith ion exchanger can also be calculated by multiplying the average diameter of the opening of the monolith in the dry state by the swelling rate.
第１のモノリスイオン交換体において、連続マクロポア構造体の切断面のＳＥＭ画像において、断面に表れる骨格部面積が、画像領域中、２５〜５０％、好ましくは２５〜４５％である。断面に表れる骨格部面積が、画像領域中、２５％未満であると、細い骨格となり、体積当りのイオン交換容量が低下してしまうため好ましくなく、５０％を超えると、骨格が太くなり過ぎ、イオン交換特性の均一性が失われるため好ましくない。なお、特開２００２−３４６３９２公報記載のモノリスは、実際には水に対する油相部の配合比を多くして骨格部分を太くしても、共通の開口を確保するためには配合比に限界があり、断面に表れる骨格部面積の最大値は画像領域中、２５％を超えることはできない。 In the first monolith ion exchanger, in the SEM image of the cut surface of the continuous macropore structure, the skeleton part area appearing in the cross section is 25 to 50%, preferably 25 to 45% in the image region. If the area of the skeleton part appearing in the cross section is less than 25% in the image region, it becomes a thin skeleton, which is not preferable because the ion exchange capacity per volume decreases, and if it exceeds 50%, the skeleton becomes too thick. Since the uniformity of ion exchange characteristics is lost, it is not preferable. In addition, the monolith described in JP-A-2002-346392 actually has a limit to the blending ratio in order to ensure a common opening even if the blending ratio of the oil phase part with respect to water is increased to make the skeleton portion thick. Yes, the maximum value of the skeleton part area appearing in the cross section cannot exceed 25% in the image region.
ＳＥＭ画像を得るための条件は、切断面の断面に表れる骨格部が鮮明に表れる条件であればよく、例えば倍率１００〜６００、写真領域が約１５０ｍｍ×１００ｍｍである。ＳＥＭ観察は、主観を排除したモノリスの任意の切断面の任意の箇所で撮影された切断箇所や撮影箇所が異なる３枚以上、好ましくは５枚以上の画像で行なうのがよい。切断されるモノリスは、電子顕微鏡に供するため、乾燥状態のものである。ＳＥＭ画像における切断面の骨格部を図１及び図５を参照して説明する。また、図５は、図１のＳＥＭ写真の断面として表れる骨格部を転写したものである。図１及び図５中、概ね不定形状で且つ断面で表れるものは本発明の「断面に表れる骨格部（符号５２）」であり、図１に表れる円形の孔は開口（メソポア）であり、また、比較的大きな曲率や曲面のものはマクロポア（図５中の符号５３）である。図５の断面に表れる骨格部面積は、矩形状の写真領域５１中、２８％である。このように、骨格部は明確に判断できる。 The conditions for obtaining the SEM image may be any conditions as long as the skeleton part that appears in the cross section of the cut surface appears clearly. For example, the magnification is 100 to 600, and the photographic area is about 150 mm × 100 mm. SEM observation is preferably performed on three or more images, preferably five or more images, taken at arbitrary locations on an arbitrary cut surface of the monolith excluding subjectivity and at different locations. The monolith to be cut is in a dry state for use in an electron microscope. The skeleton part of the cut surface in the SEM image will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a transcribed skeleton that appears as a cross section of the SEM photograph of FIG. 1 and FIG. 5, what is substantially indeterminate in shape and shown in cross section is the “skeleton part (reference numeral 52)” of the present invention, the circular hole shown in FIG. 1 is an opening (mesopore), and A relatively large curvature or curved surface is a macropore (reference numeral 53 in FIG. 5). The skeleton part area shown in the cross section of FIG. 5 is 28% in the rectangular photographic region 51. Thus, the skeleton can be clearly determined.
ＳＥＭ写真において、切断面の断面に表れる骨格部の面積の測定方法としては、特に制限されず、当該骨格部を公知のコンピューター処理などを行い特定した後、コンピューターなどによる自動計算又は手動計算による算出方法が挙げられる。手動計算としては、不定形状物を、四角形、三角形、円形又は台形などの集合物に置き換え、それらを積層して面積を求める方法が挙げられる。 In the SEM photograph, the method for measuring the area of the skeletal part appearing in the cross section of the cut surface is not particularly limited, and after specifying the skeletal part by performing known computer processing or the like, calculation by automatic calculation or manual calculation by a computer or the like A method is mentioned. The manual calculation includes a method in which an indefinite shape is replaced with an aggregate such as a quadrangle, a triangle, a circle, or a trapezoid, and the areas are obtained by stacking them.
また、第１のモノリスイオン交換体は、０．５〜５ｍｌ／ｇ、好適には０．８〜４ｍｌ／ｇの全細孔容積を有するものである。全細孔容積が０．５ｍｌ／ｇ未満であると、単位断面積当りの通水量が小さくなり、処理能力が低下してしまうため好ましくない。一方、全細孔容積が５ｍｌ／ｇを超えると、ポリマーである骨格部分の占める割合が低下し、多孔質体の強度が低下してしまうため好ましくない。本発明のモノリスは、開口の平均直径及び全細孔容積が上記範囲にあり、且つ骨太の骨格であるため、これを電気再生式脱陽イオン水製造装置のイオン交換体の一部または全部として用いた場合、強度が高く、通水差圧が小さく、導電性が向上する。モノリス（モノリス中間体、モノリス、モノリスイオン交換体）の全細孔容積は、乾燥状態でも、水湿潤状態でも、同じである。 The first monolith ion exchanger has a total pore volume of 0.5 to 5 ml / g, preferably 0.8 to 4 ml / g. If the total pore volume is less than 0.5 ml / g, the amount of water flow per unit cross-sectional area becomes small and the treatment capacity is lowered, which is not preferable. On the other hand, if the total pore volume exceeds 5 ml / g, the proportion of the skeleton portion which is a polymer is lowered, and the strength of the porous body is lowered, which is not preferable. Since the monolith of the present invention has an average diameter and total pore volume in the above-mentioned range and is a thick skeleton, this is used as a part or all of the ion exchanger of the electric regeneration type decationized water production apparatus. When used, the strength is high, the water differential pressure is small, and the conductivity is improved. The total pore volume of the monolith (monolith intermediate, monolith, monolith ion exchanger) is the same both in the dry state and in the water wet state.
なお、第１のモノリスイオン交換体に水を透過させた際の圧力損失は、多孔質体を１ｍ充填したカラムに通水線速度（ＬＶ）１ｍ/ｈで通水した際の圧力損失（以下、「差圧係数」と言う。）で示すと、０．００１〜０．１ＭＰａ／ｍ・ＬＶの範囲、特に０．００１〜０．０５ＭＰａ／ｍ・ＬＶであることが好ましい。差圧係数および全細孔容積がこの範囲にあれば、これを電気再生式脱陽イオン水製造装置のイオン交換体の一部または全部として用いた場合、通水差圧が小さく、導電性が向上する上に、十分な機械的強度を有しているため好ましい。 In addition, the pressure loss at the time of making water permeate | transmit the 1st monolith ion exchanger is the pressure loss at the time of letting water flow through the column filled with 1 m of the porous body at a water flow rate (LV) of 1 m / h (hereinafter referred to as “pressure loss”). , “Differential pressure coefficient”), it is preferably in the range of 0.001 to 0.1 MPa / m · LV, more preferably 0.001 to 0.05 MPa / m · LV. If the differential pressure coefficient and the total pore volume are within this range, when this is used as a part or all of the ion exchanger of the electric regeneration type decationized ion water production apparatus, the water differential pressure is small and the conductivity is low. In addition to improving, it is preferable because it has sufficient mechanical strength.
第１のモノリスイオン交換体は、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量が０．４〜５ｍｇ当量／ｍｌのイオン交換容量を有する。特開２００３−３３４５６０号に記載されているような本発明とは異なる連続マクロポア構造を有する従来型のモノリス状有機多孔質イオン交換体では、実用的に要求される低い圧力損失を達成するために、開口径を大きくすると、全細孔容積もそれに伴って大きくなってしまうため、体積当りのイオン交換容量が低下する、体積当りの交換容量を増加させるために全細孔容積を小さくしていくと、開口径が小さくなってしまうため圧力損失が増加するといった欠点を有していた。それに対して、本発明のモノリスイオン交換体は、開口径を更に大きくすると共に、連続マクロポア構造体の骨格を太くする（骨格の壁部を厚くする）ことができるため、透過時の圧力損失を低く押さえたままで脱塩性能を飛躍的に大きくすることができる。体積当りのイオン交換容量が０．４ｍｇ当量／ｍｌ未満であると、脱塩性能が低下してしまうため好ましくない。なお、本発明のモノリスイオン交換体の重量当りのイオン交換容量は特に限定されないが、イオン交換基が多孔質体の表面及び骨格内部にまで均一に導入しているため、３〜５ｍｇ当量/ｇである。なお、イオン交換基が表面のみに導入された多孔質体のイオン交換容量は、多孔質体やイオン交換基の種類により一概には決定できないものの、せいぜい５００μｇ当量/ｇである。 The first monolith ion exchanger has an ion exchange capacity of 0.4 to 5 mg equivalent / ml per volume in a water-wet state. In the conventional monolithic organic porous ion exchanger having a continuous macropore structure different from the present invention as described in JP-A-2003-334560, in order to achieve a low pressure loss that is practically required, When the opening diameter is increased, the total pore volume is increased accordingly, so that the ion exchange capacity per volume is decreased, and the total pore volume is decreased to increase the exchange capacity per volume. In addition, since the opening diameter is reduced, the pressure loss increases. On the other hand, the monolith ion exchanger of the present invention can further increase the aperture diameter and thicken the skeleton of the continuous macropore structure (thicken the skeleton wall), so that the pressure loss during permeation can be reduced. Desalination performance can be dramatically increased while keeping it low. If the ion exchange capacity per volume is less than 0.4 mg equivalent / ml, the desalting performance is lowered, which is not preferable. The ion exchange capacity per weight of the monolith ion exchanger of the present invention is not particularly limited. However, since the ion exchange groups are uniformly introduced to the surface of the porous body and the inside of the skeleton, 3 to 5 mg equivalent / g It is. The ion exchange capacity of a porous body in which ion exchange groups are introduced only on the surface cannot be determined unconditionally depending on the type of the porous body or ion exchange groups, but is at most 500 μg equivalent / g.
第１のモノリスイオン交換体において、連続マクロポア構造体の骨格を構成する材料は、架橋構造を有する有機ポリマー材料である。該ポリマー材料の架橋密度は特に限定されないが、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、０．３〜５０モル％、好適には０．３〜５モル％の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。架橋構造単位が０．３モル％未満であると、機械的強度が不足するため好ましくなく、一方、５０モル％を越えると、多孔質体の脆化が進行し、柔軟性が失われるため好ましくなく、特に、イオン交換体の場合にはイオン交換基導入量が減少してしまうため好ましくない。該ポリマー材料の種類に特に制限はなく、例えば、ポリスチレン、ポリ（α-メチルスチレン）、ポリビニルトルエン、ポリビニルベンジルクロライド、ポリビニルビフェニル、ポリビニルナフタレン等の芳香族ビニルポリマー；ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン；ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン等のポリ（ハロゲン化ポリオレフィン）；ポリアクリロニトリル等のニトリル系ポリマー；ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸グリシジル、ポリアクリル酸エチル等の（メタ）アクリル系ポリマー等の架橋重合体が挙げられる。上記ポリマーは、単独のビニルモノマーと架橋剤を共重合させて得られるポリマーでも、複数のビニルモノマーと架橋剤を重合させて得られるポリマーであってもよく、また、二種類以上のポリマーがブレンドされたものであってもよい。これら有機ポリマー材料の中で、連続マクロポア構造形成の容易さ、イオン交換基導入の容易性と機械的強度の高さ、および酸・アルカリに対する安定性の高さから、芳香族ビニルポリマーの架橋重合体が好ましく、特に、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体やビニルベンジルクロライド−ジビニルベンゼン共重合体が好ましい材料として挙げられる。 In the first monolith ion exchanger, the material constituting the skeleton of the continuous macropore structure is an organic polymer material having a crosslinked structure. Although the crosslinking density of the polymer material is not particularly limited, it contains 0.3 to 50 mol%, preferably 0.3 to 5 mol% of crosslinked structural units with respect to all structural units constituting the polymer material. It is preferable. If the cross-linking structural unit is less than 0.3 mol%, it is not preferable because the mechanical strength is insufficient. On the other hand, if it exceeds 50 mol%, embrittlement of the porous body proceeds and flexibility is lost. In particular, in the case of an ion exchanger, the amount of ion exchange groups introduced is decreased, which is not preferable. The type of the polymer material is not particularly limited, and examples thereof include aromatic vinyl polymers such as polystyrene, poly (α-methylstyrene), polyvinyl toluene, polyvinyl benzyl chloride, polyvinyl biphenyl, and polyvinyl naphthalene; polyolefins such as polyethylene and polypropylene; Poly (halogenated polyolefin) such as vinyl chloride and polytetrafluoroethylene; Nitrile-based polymer such as polyacrylonitrile; Cross-linking weight of (meth) acrylic polymer such as polymethyl methacrylate, polyglycidyl methacrylate, and polyethyl acrylate Coalescence is mentioned. The polymer may be a polymer obtained by copolymerizing a single vinyl monomer and a crosslinking agent, a polymer obtained by polymerizing a plurality of vinyl monomers and a crosslinking agent, or a blend of two or more types of polymers. It may be what was done. Among these organic polymer materials, the cross-linking weight of the aromatic vinyl polymer is high due to the ease of forming a continuous macropore structure, the ease of introducing ion-exchange groups and the high mechanical strength, and the high stability to acids and alkalis. A styrene-divinylbenzene copolymer and a vinylbenzyl chloride-divinylbenzene copolymer are particularly preferable materials.
第１のモノリスイオン交換体のイオン交換基としては、スルホン酸基、カルボン酸基、イミノ二酢酸基、リン酸基、リン酸エステル基等のカチオン交換基が挙げられる。 Examples of the ion exchange group of the first monolith ion exchanger include cation exchange groups such as a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, an iminodiacetic acid group, a phosphoric acid group, and a phosphoric acid ester group.
第１のモノリスイオン交換体において、導入されたイオン交換基は、多孔質体の表面のみならず、多孔質体の骨格内部にまで均一に分布している。イオン交換基の分布が不均一だと、多孔質イオン交換体内におけるイオンの移動が不均一となり、吸着されたイオンの迅速な排除が阻害されるので好ましくない。ここで言う「イオン交換基が均一に分布している」とは、イオン交換基の分布が少なくともμｍオーダーで表面および骨格内部に均一に分布していることを指す。イオン交換基の分布状況は、ＥＰＭＡ等を用いることで、比較的簡単に確認することができる。また、イオン交換基が、モノリスの表面のみならず、多孔質体の骨格内部にまで均一に分布していると、表面と内部の物理的性質及び化学的性質を均一にできるため、膨潤及び収縮に対する耐久性が向上する。 In the first monolith ion exchanger, the introduced ion exchange groups are uniformly distributed not only on the surface of the porous body but also within the skeleton of the porous body. If the distribution of ion exchange groups is non-uniform, the movement of ions in the porous ion exchanger becomes non-uniform, which is not preferable because rapid removal of the adsorbed ions is impeded. Here, “ion exchange groups are uniformly distributed” means that the distribution of ion exchange groups is uniformly distributed on the surface and inside the skeleton in the order of at least μm. The distribution of ion exchange groups can be confirmed relatively easily by using EPMA or the like. In addition, if the ion exchange groups are uniformly distributed not only on the surface of the monolith but also within the skeleton of the porous body, the physical and chemical properties of the surface and the interior can be made uniform, so that the swelling and shrinkage can be achieved. The durability against is improved.
（第１のモノリスイオン交換体の製造方法）
第１のモノリスイオン交換体は、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤及び水の混合物を撹拌することにより油中水滴型エマルジョンを調製し、次いで油中水滴型エマルジョンを重合させて全細孔容積が５〜１６ｍｌ/ｇの連続マクロポア構造のモノリス状の有機多孔質中間体を得るＩ工程、ビニルモノマー、一分子中に少なくとも２個以上のビニル基を有する架橋剤、ビニルモノマーや架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒及び重合開始剤からなる混合物を調製するＩＩ工程、ＩＩ工程で得られた混合物を静置下、且つ該Ｉ工程で得られたモノリス状の有機多孔質中間体の存在下に重合を行い、該有機多孔質中間体の骨格より太い骨格を有する骨太有機多孔質体を得るＩＩＩ工程、該ＩＩＩ工程で得られた骨太有機多孔質体に陽イオン交換基を導入するＩＶ工程、を行なうことにより得られる。
(Method for producing first monolithic ion exchanger)
The first monolith ion exchanger is prepared by preparing a water-in-oil emulsion by stirring a mixture of oil-soluble monomer, surfactant and water that does not contain ion-exchange groups, and then polymerizing the water-in-oil emulsion. Step I for obtaining a monolithic organic porous intermediate having a continuous macropore structure having a total pore volume of 5 to 16 ml / g, a vinyl monomer, a crosslinking agent having at least two vinyl groups in one molecule, a vinyl monomer, Step II for preparing a mixture comprising an organic solvent and a polymerization initiator that dissolves the cross-linking agent but does not dissolve the polymer formed by polymerization of the vinyl monomer. The mixture obtained in Step II is allowed to stand still and in Step I. Polymerization is performed in the presence of the obtained monolithic organic porous intermediate to obtain a thick organic porous body having a skeleton thicker than the skeleton of the organic porous intermediate. It is obtained by performing the IV step of introducing a cation exchange group into the thick organic porous material obtained in the step III.
第１のモノリスイオン交換体の製造方法において、Ｉ工程は、特開２００３−３３４５６０号公報や特開２００２−３０６９７６号公報記載の方法に準拠して行なえばよい。 In the first method for producing a monolith ion exchanger, the step I may be performed in accordance with the methods described in JP-A Nos. 2003-334560 and 2002-306976.
Ｉ工程のモノリス中間体の製造において、イオン交換基を含まない油溶性モノマーとしては、例えば、カルボン酸基、スルホン酸基等のイオン交換基を含まず、水に対する溶解性が低く、親油性のモノマーが挙げられる。これらモノマーの好適なものとしては、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ジビニルベンゼン、エチレン、プロピレン、イソブテン、ブタジエン、エチレングリコールジメタクリレート等が挙げられる。これらモノマーは、１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。ただし、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート等の架橋性モノマーを少なくとも油溶性モノマーの一成分として選択し、その含有量を全油溶性モノマー中、０．３〜５０モル％、好ましくは０．３〜５モル％とすることが、後の工程でイオン交換基量を多く導入するに際して必要な機械的強度が得られる点で好ましい。 In the production of the monolith intermediate of step I, the oil-soluble monomer that does not contain an ion exchange group does not contain, for example, an ion exchange group such as a carboxylic acid group or a sulfonic acid group, has low solubility in water, and is lipophilic. Monomer. Preferable examples of these monomers include styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene, vinyl benzyl chloride, divinyl benzene, ethylene, propylene, isobutene, butadiene, ethylene glycol dimethacrylate, and the like. These monomers can be used alone or in combination of two or more. However, a crosslinkable monomer such as divinylbenzene or ethylene glycol dimethacrylate is selected as at least one component of the oil-soluble monomer, and the content thereof is 0.3 to 50 mol%, preferably 0.3 to the total oil-soluble monomer. 5 mol% is preferable in that the mechanical strength necessary for introducing a large amount of ion-exchange groups in a later step can be obtained.
界面活性剤は、イオン交換基を含まない油溶性モノマーと水とを混合した際に、油中水滴型（Ｗ／Ｏ）エマルジョンを形成できるものであれば特に制限はなく、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート等の非イオン界面活性剤；オレイン酸カリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、スルホコハク酸ジオクチルナトリウム等の陰イオン界面活性剤；ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド等の陽イオン界面活性剤；ラウリルジメチルベタイン等の両性界面活性剤を用いることができる。これら界面活性剤は１種単独又は２種類以上を組み合わせて使用することができる。なお、油中水滴型エマルジョンとは、油相が連続相となり、その中に水滴が分散しているエマルジョンを言う。上記界面活性剤の添加量としては、油溶性モノマーの種類および目的とするエマルジョン粒子（マクロポア）の大きさによって大幅に変動するため一概には言えないが、油溶性モノマーと界面活性剤の合計量に対して約２〜７０％の範囲で選択することができる。 The surfactant is not particularly limited as long as it can form a water-in-oil (W / O) emulsion when an oil-soluble monomer containing no ion exchange group and water are mixed, and sorbitan monooleate, Nonionic surfactants such as sorbitan monolaurate, sorbitan monopalmitate, sorbitan monostearate, sorbitan trioleate, polyoxyethylene nonylphenyl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene sorbitan monooleate; potassium oleate Anionic surfactants such as sodium dodecylbenzenesulfonate and dioctyl sodium sulfosuccinate; cationic surfactants such as distearyldimethylammonium chloride; amphoteric surfactants such as lauryldimethylbetaine can be used . These surfactants can be used alone or in combination of two or more. The water-in-oil emulsion refers to an emulsion in which an oil phase is a continuous phase and water droplets are dispersed therein. The amount of the surfactant added may vary depending on the type of oil-soluble monomer and the size of the target emulsion particles (macropores), but it cannot be generally stated, but the total amount of oil-soluble monomer and surfactant Can be selected within a range of about 2 to 70%.
また、Ｉ工程では、油中水滴型エマルジョン形成の際、必要に応じて重合開始剤を使用してもよい。重合開始剤は、熱及び光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は水溶性であっても油溶性であってもよく、例えば、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスシクロヘキサンニトリル、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、過酸化ベンゾイル、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素−塩化第一鉄、過硫酸ナトリウム−酸性亜硫酸ナトリウム、テトラメチルチウラムジスルフィド等が挙げられる。 In Step I, a polymerization initiator may be used as necessary when forming a water-in-oil emulsion. As the polymerization initiator, a compound that generates radicals by heat and light irradiation is preferably used. The polymerization initiator may be water-soluble or oil-soluble. For example, azobisisobutyronitrile, azobiscyclohexanenitrile, azobiscyclohexanecarbonitrile, benzoyl peroxide, potassium persulfate, ammonium persulfate, Examples thereof include hydrogen oxide-ferrous chloride, sodium persulfate-sodium acid sulfite, and tetramethylthiuram disulfide.
イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤、水及び重合開始剤とを混合し、油中水滴型エマルジョンを形成させる際の混合方法としては、特に制限はなく、各成分を一括して一度に混合する方法、油溶性モノマー、界面活性剤及び油溶性重合開始剤である油溶性成分と、水や水溶性重合開始剤である水溶性成分とを別々に均一溶解させた後、それぞれの成分を混合する方法などが使用できる。エマルジョンを形成させるための混合装置についても特に制限はなく、通常のミキサーやホモジナイザー、高圧ホモジナイザー等を用いることができ、目的のエマルジョン粒径を得るのに適切な装置を選択すればよい。また、混合条件についても特に制限はなく、目的のエマルジョン粒径を得ることができる攪拌回転数や攪拌時間を、任意に設定することができる。 The mixing method for mixing the oil-soluble monomer not containing an ion exchange group, a surfactant, water, and a polymerization initiator to form a water-in-oil emulsion is not particularly limited. Method of mixing at once, oil-soluble monomer, surfactant and oil-soluble polymerization initiator oil-soluble component and water or water-soluble polymerization initiator water-soluble component separately and uniformly dissolved, A method of mixing the components can be used. There is no particular limitation on the mixing apparatus for forming the emulsion, and a normal mixer, homogenizer, high-pressure homogenizer, or the like can be used, and an appropriate apparatus may be selected to obtain the desired emulsion particle size. Moreover, there is no restriction | limiting in particular about mixing conditions, The stirring rotation speed and stirring time which can obtain the target emulsion particle size can be set arbitrarily.
Ｉ工程で得られるモノリス中間体は、連続マクロポア構造を有する。これを重合系に共存させると、モノリス中間体の構造を鋳型として骨太の骨格を有する多孔構造が形成される。また、モノリス中間体は、架橋構造を有する有機ポリマー材料である。該ポリマー材料の架橋密度は特に限定されないが、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、０．３〜５０モル％、好ましくは０．３〜５モル％の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。架橋構造単位が０．３モル％未満であると、機械的強度が不足するため好ましくない。特に、全細孔容積が１０〜１６ｍｌ／ｇと大きい場合には、連続マクロポア構造を維持するため、架橋構造単位を２モル％以上含有していることが好ましい。一方、５０モル％を越えると、多孔質体の脆化が進行し、柔軟性が失われるため好ましくない。 The monolith intermediate obtained in Step I has a continuous macropore structure. When this coexists in the polymerization system, a porous structure having a thick skeleton is formed using the structure of the monolith intermediate as a template. The monolith intermediate is an organic polymer material having a crosslinked structure. Although the crosslinking density of the polymer material is not particularly limited, it contains 0.3 to 50 mol%, preferably 0.3 to 5 mol% of crosslinked structural units with respect to all the structural units constituting the polymer material. Is preferred. When the cross-linking structural unit is less than 0.3 mol%, the mechanical strength is insufficient, which is not preferable. In particular, when the total pore volume is as large as 10 to 16 ml / g, in order to maintain a continuous macropore structure, it is preferable to contain 2 mol% or more of cross-linked structural units. On the other hand, if it exceeds 50 mol%, the porous body becomes brittle and the flexibility is lost.
モノリス中間体のポリマー材料の種類としては、特に制限はなく、前述のモノリスのポリマー材料と同じものが挙げられる。これにより、モノリス中間体の骨格に同様のポリマーを形成して、骨格を太らせ均一な骨格構造のモノリスを得ることができる。 The type of the polymer material of the monolith intermediate is not particularly limited, and examples thereof include the same materials as the monolith polymer material described above. Thereby, the same polymer can be formed in the skeleton of the monolith intermediate, and the skeleton can be thickened to obtain a monolith having a uniform skeleton structure.
モノリス中間体の全細孔容積は、５〜１６ｍｌ／ｇ、好適には６〜１６ｍｌ／ｇである。全細孔容積が小さ過ぎると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの全細孔容積が小さくなりすぎ、通水時の圧力損失が大きくなるため好ましくない。一方、全細孔容積が大き過ぎると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの構造が連続マクロポア構造から逸脱するため好ましくない。モノリス中間体の全細孔容積を上記数値範囲とするには、モノマーと水の比を、概ね１：５〜１：２０とすればよい。 The total pore volume of the monolith intermediate is 5 to 16 ml / g, preferably 6 to 16 ml / g. If the total pore volume is too small, the total pore volume of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer becomes too small, and the pressure loss during water passage becomes large, which is not preferable. On the other hand, if the total pore volume is too large, the structure of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer deviates from the continuous macropore structure, which is not preferable. In order to make the total pore volume of the monolith intermediate within the above numerical range, the ratio of the monomer and water may be about 1: 5 to 1:20.
また、モノリス中間体は、マクロポアとマクロポアの重なり部分である開口（メソポア）の平均直径が乾燥状態で２０〜２００μｍである。開口の平均直径が２０μｍ未満であると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの開口径が小さくなり、通水過時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。一方、２００μｍを超えると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの開口径が大きくなりすぎ、被処理水とモノリスイオン交換体との接触が不十分となり、その結果、脱塩効率が低下してしまうため好ましくない。モノリス中間体は、マクロポアの大きさや開口の径が揃った均一構造のものが好適であるが、これに限定されず、均一構造中、均一なマクロポアの大きさよりも大きな不均一なマクロポアが点在するものであってもよい。 Moreover, the average diameter of the opening (mesopore) which is an overlap part of a macropore and a macropore is 20-200 micrometers in a monolith intermediate body in a dry state. When the average diameter of the openings is less than 20 μm, the opening diameter of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer becomes small, and the pressure loss at the time of passing water becomes large, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 200 μm, the opening diameter of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer becomes too large, and the contact between the water to be treated and the monolith ion exchanger becomes insufficient, resulting in a decrease in desalting efficiency. This is not preferable. Monolith intermediates preferably have a uniform structure with uniform macropore size and aperture diameter, but are not limited to this, and the uniform structure is dotted with nonuniform macropores larger than the size of the uniform macropore. You may do.
ＩＩ工程は、ビニルモノマー、一分子中に少なくとも２個以上のビニル基を有する架橋剤、ビニルモノマーや架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒及び重合開始剤からなる混合物を調製する工程である。なお、Ｉ工程とＩＩ工程の順序はなく、Ｉ工程後にＩＩ工程を行ってもよく、ＩＩ工程後にＩ工程を行ってもよい。 Step II consists of a vinyl monomer, a crosslinking agent having at least two vinyl groups in one molecule, an organic solvent and a polymerization initiator that dissolves the vinyl monomer and the crosslinking agent but does not dissolve the polymer formed by polymerization of the vinyl monomer. A step of preparing a mixture of In addition, there is no order of I process and II process, II process may be performed after I process, and I process may be performed after II process.
ＩＩ工程で用いられるビニルモノマーとしては、分子中に重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒に対する溶解性が高い親油性のビニルモノマーであれば、特に制限はないが、上記重合系に共存させるモノリス中間体と同種類もしくは類似のポリマー材料を生成するビニルモノマーを選定することが好ましい。これらビニルモノマーの具体例としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン等の芳香族ビニルモノマー；エチレン、プロピレン、１-ブテン、イソブテン等のα-オレフィン；ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等のジエン系モノマー；塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン、テトラフルオロエチレン等のハロゲン化オレフィン；アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル系モノマー；酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル；アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸２-エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸グリシジル等の（メタ）アクリル系モノマーが挙げられる。これらモノマーは、１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。本発明で好適に用いられるビニルモノマーは、スチレン、ビニルベンジルクロライド等の芳香族ビニルモノマーである。 The vinyl monomer used in step II is not particularly limited as long as it is a lipophilic vinyl monomer containing a polymerizable vinyl group in the molecule and having high solubility in an organic solvent, but is allowed to coexist in the polymerization system. It is preferred to select a vinyl monomer that produces the same or similar polymer material as the monolith intermediate. Specific examples of these vinyl monomers include aromatic vinyl monomers such as styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene, vinyl benzyl chloride, vinyl biphenyl and vinyl naphthalene; α-olefins such as ethylene, propylene, 1-butene and isobutene; Diene monomers such as butadiene, isoprene and chloroprene; halogenated olefins such as vinyl chloride, vinyl bromide, vinylidene chloride and tetrafluoroethylene; nitrile monomers such as acrylonitrile and methacrylonitrile; vinyl such as vinyl acetate and vinyl propionate Esters: methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, butyl methacrylate, 2-methacrylic acid 2- Hexyl, cyclohexyl methacrylate, benzyl methacrylate, and (meth) acrylic monomer of glycidyl methacrylate. These monomers can be used alone or in combination of two or more. The vinyl monomer suitably used in the present invention is an aromatic vinyl monomer such as styrene or vinyl benzyl chloride.
これらビニルモノマーの添加量は、重合時に共存させるモノリス中間体に対して、重量で３〜４０倍、好ましくは４〜３０倍である。ビニルモノマー添加量が多孔質体に対して３倍未満であると、生成したモノリスの骨格（モノリス骨格の壁部の厚み）を太くできず、体積当りの吸着容量やイオン交換基導入後の体積当りのイオン交換容量が小さくなってしまうため好ましくない。一方、ビニルモノマー添加量が４０倍を超えると、開口径が小さくなり、通水時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。 The added amount of these vinyl monomers is 3 to 40 times, preferably 4 to 30 times, by weight with respect to the monolith intermediate coexisting during polymerization. If the amount of vinyl monomer added is less than 3 times that of the porous material, the resulting monolith skeleton (the thickness of the monolith skeleton wall) cannot be increased, and the adsorption capacity per volume and the volume after introduction of ion-exchange groups. Since the ion exchange capacity per unit becomes small, it is not preferable. On the other hand, when the addition amount of vinyl monomer exceeds 40 times, the opening diameter becomes small, and the pressure loss at the time of passing water becomes large.
ＩＩ工程で用いられる架橋剤は、分子中に少なくとも２個の重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒への溶解性が高いものが好適に用いられる。架橋剤の具体例としては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル、エチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ブタンジオールジアクリレート等が挙げられる。これら架橋剤は、１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。好ましい架橋剤は、機械的強度の高さと加水分解に対する安定性から、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル等の芳香族ポリビニル化合物である。架橋剤使用量は、ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対して０．３〜５０モル％、特に０．３〜５モル％であることが好ましい。架橋剤使用量が０．３モル％未満であると、モノリスの機械的強度が不足するため好ましくない。一方、５０モル％を越えると、モノリスの脆化が進行して柔軟性が失われる、イオン交換基の導入量が減少してしまうといった問題点が生じるため好ましくないなお、上記架橋剤使用量は、ビニルモノマー/架橋剤重合時に共存させるモノリス中間体の架橋密度とほぼ等しくなるように用いることが好ましい。両者の使用量があまりに大きくかけ離れると、生成したモノリス中で架橋密度分布の偏りが生じ、イオン交換基導入反応時にクラックが生じやすくなる。 As the crosslinking agent used in step II, a crosslinking agent containing at least two polymerizable vinyl groups in the molecule and having high solubility in an organic solvent is preferably used. Specific examples of the crosslinking agent include divinylbenzene, divinylnaphthalene, divinylbiphenyl, ethylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, butanediol diacrylate, and the like. These crosslinking agents can be used singly or in combination of two or more. Preferred cross-linking agents are aromatic polyvinyl compounds such as divinylbenzene, divinylnaphthalene and divinylbiphenyl because of their high mechanical strength and stability to hydrolysis. The amount of the crosslinking agent used is preferably 0.3 to 50 mol%, particularly 0.3 to 5 mol%, based on the total amount of the vinyl monomer and the crosslinking agent. When the amount of the crosslinking agent used is less than 0.3 mol%, the mechanical strength of the monolith is insufficient, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 50 mol%, the brittleness of the monolith proceeds and the flexibility is lost, and the introduction amount of ion exchange groups is reduced. It is preferable to use it so as to be approximately equal to the crosslinking density of the monolith intermediate coexisting during the polymerization of the vinyl monomer / crosslinking agent. If the amounts used of both are too large, the crosslink density distribution is biased in the produced monolith, and cracks are likely to occur during the ion exchange group introduction reaction.
ＩＩ工程で用いられる有機溶媒は、ビニルモノマーや架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒、言い換えると、ビニルモノマーが重合して生成するポリマーに対する貧溶媒である。該有機溶媒は、ビニルモノマーの種類によって大きく異なるため一般的な具体例を列挙することは困難であるが、例えば、ビニルモノマーがスチレンの場合、有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、オクタノール、2-エチルヘキサノール、デカノール、ドデカノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール、グリセリン等のアルコール類；ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、セロソルブ、メチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等の鎖状（ポリ）エーテル類；ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、デカン、ドデカン等の鎖状飽和炭化水素類；酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸セロソルブ、プロピオン酸エチル等のエステル類が挙げられる。また、ジオキサンやＴＨＦ、トルエンのようにポリスチレンの良溶媒であっても、上記貧溶媒と共に用いられ、その使用量が少ない場合には、有機溶媒として使用することができる。これら有機溶媒の使用量は、上記ビニルモノマーの濃度が３０〜８０重量％となるように用いることが好ましい。有機溶媒使用量が上記範囲から逸脱してビニルモノマー濃度が３０重量％未満となると、重合速度が低下したり、重合後のモノリス構造が本発明の範囲から逸脱してしまうため好ましくない。一方、ビニ
ルモノマー濃度が８０重量％を超えると、重合が暴走する恐れがあるため好ましくない。
The organic solvent used in Step II is an organic solvent that dissolves the vinyl monomer and the crosslinking agent but does not dissolve the polymer formed by polymerization of the vinyl monomer. In other words, it is a poor solvent for the polymer formed by polymerization of the vinyl monomer. . Since the organic solvent varies greatly depending on the type of vinyl monomer, it is difficult to list general specific examples. For example, when the vinyl monomer is styrene, the organic solvent includes methanol, ethanol, propanol, butanol, Alcohols such as hexanol, cyclohexanol, octanol, 2-ethylhexanol, decanol, dodecanol, ethylene glycol, propylene glycol, tetramethylene glycol, glycerin; diethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, cellosolve, methyl cellosolve, butyl cellosolve, polyethylene glycol, polypropylene Chain (poly) ethers such as glycol and polytetramethylene glycol; hexane, heptane, octane, isooctane, decane, dode Chain saturated hydrocarbons such as down, ethyl acetate, isopropyl acetate, cellosolve acetate, esters such as ethyl propionate. Moreover, even if it is a good solvent of polystyrene like a dioxane, THF, and toluene, when it is used with the said poor solvent and the usage-amount is small, it can be used as an organic solvent. These organic solvents are preferably used so that the concentration of the vinyl monomer is 30 to 80% by weight. If the amount of the organic solvent used deviates from the above range and the vinyl monomer concentration is less than 30% by weight, the polymerization rate is lowered, or the monolith structure after polymerization deviates from the range of the present invention. On the other hand, if the vinyl monomer concentration exceeds 80% by weight, the polymerization may run away, which is not preferable.
重合開始剤としては、熱及び光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は油溶性であるほうが好ましい。本発明で用いられる重合開始剤の具体例としては、２，２’-アゾビス（イソブチロニトリル）、２，２’-アゾビス（２，４-ジメチルバレロニトリル）、２，２’-アゾビス（２−メチルブチロニトリル）、２，２’-アゾビス（４-メトキシ-２，４-ジメチルバレロニトリル）、２，２’-アゾビスイソ酪酸ジメチル、４，４’-アゾビス（４-シアノ吉草酸）、１，１’-アゾビス（シクロヘキサン-1-カルボニトリル）、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、テトラメチルチウラムジスルフィド等が挙げられる。重合開始剤の使用量は、モノマーの種類や重合温度等によって大きく変動するが、ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対して、約０．０１〜５％の範囲で使用することができる。 As the polymerization initiator, a compound that generates radicals by heat and light irradiation is preferably used. The polymerization initiator is preferably oil-soluble. Specific examples of the polymerization initiator used in the present invention include 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobis ( 2-methylbutyronitrile), 2,2′-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl 2,2′-azobisisobutyrate, 4,4′-azobis (4-cyanovaleric acid) 1,1′-azobis (cyclohexane-1-carbonitrile), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, potassium persulfate, ammonium persulfate, tetramethylthiuram disulfide and the like. The amount of the polymerization initiator used varies greatly depending on the type of monomer, polymerization temperature, etc., but can be used in a range of about 0.01 to 5% with respect to the total amount of vinyl monomer and crosslinking agent.
ＩＩＩ工程は、ＩＩ工程で得られた混合物を静置下、且つ該Ｉ工程で得られたモノリス中間体の存在下に重合を行い、該モノリス中間体の骨格より太い骨格を有する骨太のモノリスを得る工程である。ＩＩＩ工程で用いるモノリス中間体は、本発明の斬新な構造を有するモノリスを創出する上で、極めて重要な役割を担っている。特表平７−５０１１４０号等に開示されているように、モノリス中間体不存在下でビニルモノマーと架橋剤を特定の有機溶媒中で静置重合させると、粒子凝集型のモノリス状有機多孔質体が得られる。それに対して、本発明のように上記重合系に連続マクロポア構造のモノリス中間体を存在させると、重合後のモノリスの構造は劇的に変化し、粒子凝集構造は消失し、上述の骨太のモノリスが得られる。その理由は詳細には解明されていないが、モノリス中間体が存在しない場合は、重合により生じた架橋重合体が粒子状に析出・沈殿することで粒子凝集構造が形成されるのに対し、重合系に多孔質体（中間体）が存在すると、ビニルモノマー及び架橋剤が液相から多孔質体の骨格部に吸着又は分配され、多孔質体中で重合が進行して骨太骨格のモノリスが得られると考えられる。なお、開口径は重合の進行により狭められるが、モノリス中間体の全細孔容積が大きいため、例え骨格が骨太になっても適度な大きさの開口径が得られる。 In step III, the mixture obtained in step II is allowed to stand and polymerize in the presence of the monolith intermediate obtained in step I to obtain a thick monolith having a skeleton thicker than the skeleton of the monolith intermediate. It is a process to obtain. The monolith intermediate used in the step III plays a very important role in creating the monolith having the novel structure of the present invention. As disclosed in JP-A-7-501140 and the like, when a vinyl monomer and a crosslinking agent are allowed to stand in a specific organic solvent in the absence of a monolith intermediate, a particle aggregation type monolithic organic porous material is obtained. The body is obtained. On the other hand, when a monolith intermediate having a continuous macropore structure is present in the polymerization system as in the present invention, the structure of the monolith after polymerization changes dramatically, the particle aggregation structure disappears, and the above-mentioned thick monolith is lost. Is obtained. The reason for this has not been elucidated in detail, but in the absence of a monolith intermediate, the cross-linked polymer produced by polymerization precipitates and precipitates in the form of particles, while a particle aggregate structure is formed. When a porous body (intermediate) is present in the system, the vinyl monomer and the cross-linking agent are adsorbed or distributed from the liquid phase to the skeleton of the porous body, and polymerization proceeds in the porous body to obtain a thick skeleton monolith. It is thought that. Although the opening diameter is narrowed by the progress of the polymerization, since the total pore volume of the monolith intermediate is large, an appropriate opening diameter can be obtained even if the skeleton becomes thick.
反応容器の内容積は、モノリス中間体を反応容器中に存在させる大きさのものであれば特に制限されず、反応容器内にモノリス中間体を載置した際、平面視でモノリスの周りに隙間ができるもの、反応容器内にモノリス中間体が隙間無く入るもののいずれであってもよい。このうち、重合後の骨太のモノリスが容器内壁から押圧を受けることなく、反応容器内に隙間無く入るものが、モノリスに歪が生じることもなく、反応原料などの無駄がなく効率的である。なお、反応容器の内容積が大きく、重合後のモノリスの周りに隙間が存在する場合であっても、ビニルモノマーや架橋剤は、モノリス中間体に吸着、分配されるため、反応容器内の隙間部分に粒子凝集構造物が生成することはない。 The internal volume of the reaction vessel is not particularly limited as long as it is large enough to allow the monolith intermediate to exist in the reaction vessel. When the monolith intermediate is placed in the reaction vessel, there is a gap around the monolith in plan view. Or a monolith intermediate in the reaction vessel with no gap. Of these, the thick monolith after polymerization is not pressed from the inner wall of the container and enters the reaction container without any gap, and the monolith is not distorted, and the reaction raw materials are not wasted and efficient. Even when the internal volume of the reaction vessel is large and there are gaps around the monolith after polymerization, the vinyl monomer and the crosslinking agent are adsorbed and distributed on the monolith intermediate, so the gaps in the reaction vessel A particle aggregate structure is not generated in the portion.
ＩＩＩ工程において、反応容器中、モノリス中間体は混合物（溶液）で含浸された状態に置かれる。ＩＩ工程で得られた混合物とモノリス中間体の配合比は、前述の如く、モノリス中間体に対して、ビニルモノマーの添加量が重量で３〜４０倍、好ましくは４〜３０倍となるように配合するのが好適である。これにより、適度な開口径を有しつつ、骨太の骨格を有するモノリスを得ることができる。反応容器中、混合物中のビニルモノマーと架橋剤は、静置されたモノリス中間体の骨格に吸着、分配され、モノリス中間体の骨格内で重合が進行する。 In step III, the monolith intermediate is placed in a reaction vessel impregnated with the mixture (solution). As described above, the blending ratio of the mixture obtained in Step II and the monolith intermediate is 3 to 40 times by weight, preferably 4 to 30 times by weight, relative to the monolith intermediate. It is suitable to mix. Thereby, it is possible to obtain a monolith having a thick skeleton while having an appropriate opening diameter. In the reaction vessel, the vinyl monomer and the crosslinking agent in the mixture are adsorbed and distributed on the skeleton of the monolith intermediate that has been allowed to stand, and polymerization proceeds in the skeleton of the monolith intermediate.
重合条件は、モノマーの種類、開始剤の種類により様々な条件が選択できる。例えば、開始剤として２，２’-アゾビス（イソブチロニトリル）、２，２’-アゾビス（２，４-ジメチルバレロニトリル）、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム等を用いたときには、不活性雰囲気下の密封容器内において、３０〜１００℃で１〜４８時間加熱重合させればよい。加熱重合により、モノリス中間体の骨格に吸着、分配したビニルモノマーと架橋剤が該骨格内で重合し、該骨格を太らせる。重合終了後、内容物を取り出し、未反応ビニルモノマーと有機溶媒の除去を目的に、アセトン等の溶剤で抽出して骨太のモノリスを得る。 Various polymerization conditions can be selected depending on the type of monomer and the type of initiator. For example, when 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, potassium persulfate, etc. are used as initiators In a sealed container under an inert atmosphere, heat polymerization may be performed at 30 to 100 ° C. for 1 to 48 hours. By heat polymerization, the vinyl monomer adsorbed and distributed on the skeleton of the monolith intermediate and the cross-linking agent are polymerized in the skeleton to thicken the skeleton. After completion of the polymerization, the contents are taken out and extracted with a solvent such as acetone for the purpose of removing unreacted vinyl monomer and organic solvent to obtain a thick monolith.
次に、上記の方法によりモノリスを製造した後、陽イオン交換基を導入する方法が、得られるモノリスイオン交換体の多孔構造を厳密にコントロールできる点で好ましい。 Next, the method of introducing a cation exchange group after producing a monolith by the above method is preferable in that the porous structure of the resulting monolith ion exchanger can be strictly controlled.
上記モノリスに陽イオン交換基を導入する方法としては、特に制限はなく、高分子反応やグラフト重合等の公知の方法を用いることができる。例えば、スルホン酸基を導入する方法としては、モノリスがスチレン-ジビニルベンゼン共重合体等であればクロロ硫酸や濃硫酸、発煙硫酸を用いてスルホン化する方法；モノリスに均一にラジカル開始基や連鎖移動基を骨格表面及び骨格内部に導入し、スチレンスルホン酸ナトリウムやアクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸をグラフト重合する方法；同様にグリシジルメタクリレートをグラフト重合した後、官能基変換によりスルホン酸基を導入する方法等が挙げられる。これらスルホン酸基を導入する方法については、クロロ硫酸を用いてスチレン-ジビニルベンゼン共重合体にスルホン酸基を導入する方法が、陽イオン交換基を均一かつ定量的に導入できる点で好ましい。なお、導入するイオン交換基としては、カルボン酸基、イミノ二酢酸基、スルホン酸基、リン酸基、リン酸エステル基等のカチオン交換基が挙げられる。 There is no restriction | limiting in particular as a method of introduce | transducing a cation exchange group into the said monolith, Well-known methods, such as a polymer reaction and graft polymerization, can be used. For example, as a method of introducing a sulfonic acid group, if the monolith is a styrene-divinylbenzene copolymer, etc., a method of sulfonation using chlorosulfuric acid, concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid; A method of grafting a sodium styrenesulfonate or acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid by introducing a mobile group into the skeleton surface or inside the skeleton; Similarly, after graft polymerization of glycidyl methacrylate, a sulfonic acid group is introduced by functional group conversion. And the like. As a method for introducing these sulfonic acid groups, a method in which sulfonic acid groups are introduced into a styrene-divinylbenzene copolymer using chlorosulfuric acid is preferable because cation exchange groups can be introduced uniformly and quantitatively. Examples of ion exchange groups to be introduced include cation exchange groups such as carboxylic acid groups, iminodiacetic acid groups, sulfonic acid groups, phosphoric acid groups, and phosphoric acid ester groups.
第１のモノリスイオン交換体は、骨太のモノリスにイオン交換基が導入されるため例えば骨太モノリスの１．４〜１．９倍のように大きく膨潤する。すなわち、特開２００２−３０６９７６記載の従来のモノリスにイオン交換基が導入されたものよりも膨潤度が遥かに大きい。このため、骨太モノリスの開口径が小さいものであっても、モノリスイオン交換体の開口径は概ね、上記倍率で大きくなる。また、開口径が膨潤で大きくなっても全細孔容積は変化しない。従って、第１のモノリスイオン交換体は、開口径が格段に大きいにもかかわらず、骨太骨格を有するため機械的強度が高い。 Since the ion exchange group is introduced into the thick monolith, the first monolith ion exchanger swells greatly, for example, 1.4 to 1.9 times as thick as the monolith. That is, the degree of swelling is much greater than that obtained by introducing an ion exchange group into a conventional monolith described in JP-A-2002-306976. For this reason, even if the opening diameter of the thick monolith is small, the opening diameter of the monolith ion exchanger generally increases at the above magnification. In addition, the total pore volume does not change even when the opening diameter increases due to swelling. Therefore, the first monolith ion exchanger has a high mechanical strength because it has a thick bone skeleton despite the remarkably large opening diameter.
＜第２のモノリスイオン交換体の説明＞
第２のモノリスイオン交換体は、イオン交換基が導入された全構成単位中、架橋構造単位を０．３〜５．０モル％含有する芳香族ビニルポリマーからなる平均太さが水湿潤状態で１〜６０μｍ、好ましくは３〜５８μｍの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に平均直径が水湿潤状態で１０〜１００μｍの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であって、全細孔容積が０．５〜５ｍｌ/ｇであり、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量が０．３〜５ｍｇ当量/ｍｌであり、イオン交換基が該多孔質イオン交換体中に均一に分布している。
<Description of Second Monolith Ion Exchanger>
The second monolith ion exchanger has an average thickness of an aromatic vinyl polymer containing 0.3 to 5.0 mol% of a cross-linking structural unit in all the structural units into which an ion exchange group has been introduced. A co-continuous structure comprising a three-dimensionally continuous skeleton of 1 to 60 μm, preferably 3 to 58 μm, and three-dimensionally continuous pores having an average diameter of 10 to 100 μm in a wet state between the skeletons. The total pore volume is 0.5 to 5 ml / g, the ion exchange capacity per volume in a water-wet state is 0.3 to 5 mg equivalent / ml, and the ion exchange group is the porous ion exchange Evenly distributed throughout the body.
第２のモノリスイオン交換体は、イオン交換基が導入された太さが１〜６０μｍ、好ましくは３〜５８μｍの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に直径が１０〜１００μｍ、好ましくは１５〜９０μｍ、特に２０〜８０μｍの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体である。すなわち、共連続構造は図６の模式図に示すように、連続する骨格相６１と連続する空孔相６２とが絡み合ってそれぞれが共に３次元的に連続する構造６０である。この連続した空孔６２は、従来の連続気泡型モノリスや粒子凝集型モノリスに比べて空孔の連続性が高くてその大きさに偏りがないため、極めて均一なイオンの吸着挙動が達成できる。また、骨格が太いため機械的強度が高い。 The second monolith ion exchanger has a three-dimensionally continuous skeleton with an ion exchange group introduced and a diameter of 1 to 60 μm, preferably 3 to 58 μm, and a diameter between the skeletons of 10 to 100 μm, preferably It is a co-continuous structure composed of three-dimensionally continuous pores of 15 to 90 μm, particularly 20 to 80 μm. That is, as shown in the schematic diagram of FIG. 6, the co-continuous structure is a structure 60 in which a continuous skeleton phase 61 and a continuous vacancy phase 62 are intertwined and each of them is three-dimensionally continuous. The continuous vacancies 62 have higher continuity of vacancies than the conventional open-cell monolith and particle agglomeration monolith, and the size of the vacancies is not biased. Therefore, an extremely uniform ion adsorption behavior can be achieved. Moreover, since the skeleton is thick, the mechanical strength is high.
第２のモノリスイオン交換体の骨格の太さ及び空孔の直径は、モノリスにイオン交換基を導入する際、モノリス全体が膨潤するため、モノリスの骨格の太さ及び空孔の直径よりも大となる。この連続した空孔は、従来の連続気泡型モノリス状有機多孔質イオン交換体や粒子凝集型モノリス状有機多孔質イオン交換体に比べて空孔の連続性が高くてその大きさに偏りがないため、極めて均一なイオンの吸着挙動が達成できる。三次元的に連続した空孔の平均直径が水湿潤状態で１０μｍ未満であると、通水時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、１００μｍを超えると、被処理水と有機多孔質イオン交換体との接触が不十分となり、イオン交換特性が不均一となるので好ましくない。また、骨格の平均太さが水湿潤状態で１μｍ未満であると、体積当りのイオン交換容量が低下する、機械的強度が低下する等の欠点が生じるため好ましくなく、一方、骨格の太さが大き過ぎると、イオン交換特性の均一性が失われるため好ましくない。 The skeleton thickness and pore diameter of the second monolith ion exchanger are larger than the monolith skeleton thickness and pore diameter because the entire monolith swells when an ion exchange group is introduced into the monolith. It becomes. These continuous pores have higher continuity of pores and are not biased in size compared to conventional open-cell monolithic organic porous ion exchangers and particle-aggregated monolithic organic porous ion exchangers. Therefore, extremely uniform ion adsorption behavior can be achieved. If the average diameter of the three-dimensionally continuous pores is less than 10 μm in a water-wet state, it is not preferable because the pressure loss at the time of water flow increases, and if it exceeds 100 μm, the water to be treated and the organic porous ions Contact with the exchanger is insufficient, and the ion exchange characteristics are not uniform, which is not preferable. In addition, when the average thickness of the skeleton is less than 1 μm in a water-wet state, it is not preferable because the ion exchange capacity per volume decreases and the mechanical strength decreases. If it is too large, the uniformity of the ion exchange characteristics is lost, which is not preferable.
上記記連続構造体の空孔の水湿潤状態での平均直径は、水銀圧入法で測定した乾燥状態のモノリスイオン交換体の空孔の平均直径に、膨潤率を乗じて算出される値である。具体的には、水湿潤状態のモノリスイオン交換体の直径がｘ２（ｍｍ）であり、その水湿潤状態のモノリスイオン交換体を乾燥させ、得られる乾燥状態のモノリスイオン交換体の直径がｙ２（ｍｍ）であり、この乾燥状態のモノリスイオン交換体を水銀圧入法により測定したときの空孔の平均直径がｚ２（μｍ）であったとすると、モノリスイオン交換体の空孔の水湿潤状態での平均直径（μｍ）は、次式「モノリスイオン交換体の空孔の水湿潤状態の平均直径（μｍ）＝ｚ２×（ｘ２／ｙ２）」で算出される。また、イオン交換基導入前の乾燥状態のモノリスの空孔の平均直径、及びその乾燥状態のモノリスにイオン交換基導入したときの乾燥状態のモノリスに対する水湿潤状態のモノリスイオン交換体の膨潤率がわかる場合は、乾燥状態のモノリスの空孔の平均直径に、膨潤率を乗じて、モノリスイオン交換体の空孔の水湿潤状態の平均直径を算出することもできる。また、上記記連続構造体の骨格の水湿潤状態での平均太さは、乾燥状態のモノリスイオン交換体のＳＥＭ観察を少なくとも３回行い、得られた画像中の骨格の太さを測定し、その平均値に、膨潤率を乗じて算出される値である。具体的には、水湿潤状態のモノリスイオン交換体の直径がｘ３（ｍｍ）であり、その水湿潤状態のモノリスイオン交換体を乾燥させ、得られる乾燥状態のモノリスイオン交換体の直径がｙ３（ｍｍ）であり、この乾燥状態のモノリスイオン交換体のＳＥＭ観察を少なくとも３回行い、得られた画像中の骨格の太さを測定し、その平均値がｚ３（μｍ）であったとすると、モノリスイオン交換体の連続構造体の骨格の水湿潤状態での平均太さ（μｍ）は、次式「モノリスイオン交換体の連続構造体の骨格の水湿潤状態の平均太さ（μｍ）＝ｚ３×（ｘ３／ｙ３）」で算出される。また、イオン交換基導入前の乾燥状態のモノリスの骨格の平均太さ、及びその乾燥状態のモノリスにイオン交換基導入したときの乾燥状態のモノリスに対する水湿潤状態のモノリスイオン交換体の膨潤率がわかる場合は、乾燥状態のモノリスの骨格の平均太さに、膨潤率を乗じて、モノリスイオン交換体の骨格の水湿潤状態の平均太さを算出することもできる。なお、骨格は棒状であり円形断面形状であるが、楕円断面形状等異径断面のものが含まれていてもよい。この場合の太さは短径と長径の平均である。 The average diameter of the pores of the above-described continuous structure in the water-wet state is a value calculated by multiplying the average diameter of the pores of the monolith ion exchanger in the dry state measured by the mercury intrusion method and the swelling ratio. . Specifically, the water-wet monolith ion exchanger has a diameter of x2 (mm), and the water-wet monolith ion exchanger is dried, and the resulting dried monolith ion exchanger has a diameter of y2 ( mm), and the average diameter of the pores when the dried monolith ion exchanger was measured by the mercury intrusion method was z2 (μm), the pores of the monolith ion exchanger in the water-wet state The average diameter (μm) is calculated by the following formula: “average diameter (μm) of water holes in the monolith ion exchanger pores = z2 × (x2 / y2)”. In addition, the average diameter of the pores of the dried monolith before introduction of the ion exchange groups, and the swelling ratio of the water-dried monolith ion exchanger with respect to the dried monolith when the ion exchange groups are introduced into the dried monolith. If it is known, the average diameter of the monolith ion exchanger pores in the water-wet state can be calculated by multiplying the average diameter of the pores of the dry monolith by the swelling rate. Further, the average thickness of the skeleton of the continuous structure in the water-wet state is obtained by performing SEM observation of the dried monolith ion exchanger at least three times, and measuring the thickness of the skeleton in the obtained image. It is a value calculated by multiplying the average value by the swelling rate. Specifically, the water-wet monolith ion exchanger has a diameter of x3 (mm), the water-wet monolith ion exchanger is dried, and the resulting dried monolith ion exchanger has a diameter of y3 ( SEM observation of this dried monolith ion exchanger at least three times, the thickness of the skeleton in the obtained image was measured, and the average value was z3 (μm). The average thickness (μm) of the skeleton of the continuous structure of the ion exchanger in the water wet state is expressed by the following formula: “average thickness of the skeleton of the continuous structure of the monolith ion exchanger (μm) = z3 × (X3 / y3) ". In addition, the average thickness of the skeleton of the dried monolith before the introduction of the ion exchange group, and the swelling ratio of the monolith ion exchanger in the water wet state relative to the dried monolith when the ion exchange group is introduced into the dried monolith. When it is understood, the average thickness of the skeleton of the monolith ion exchanger can be calculated by multiplying the average thickness of the skeleton of the monolith in the dry state by the swelling ratio. The skeleton has a rod-like shape and a circular cross-sectional shape, but may have a cross-section with a different diameter such as an elliptical cross-sectional shape. The thickness in this case is the average of the minor axis and the major axis.
第２のモノリスイオン交換体は、３次元的に連続した棒状骨格の太さが１０μｍ未満であると、体積当りのイオン交換容量が低下してしまうため好ましくなく、１００μｍを超えると、脱塩特性の均一性が失われるため好ましくない。モノリスイオン交換体の壁部の定義及び測定方法などは、モノリスと同様である。 If the thickness of the three-dimensional continuous rod-like skeleton is less than 10 μm, the second monolithic ion exchanger is not preferable because the ion exchange capacity per volume is reduced. This is not preferable because the uniformity of the film is lost. The definition and measurement method of the wall of the monolith ion exchanger are the same as those of the monolith.
また、第２のモノリスイオン交換体は、０．５〜５ｍｌ／ｇの全細孔容積を有する。全細孔容積が０．５ｍｌ／ｇ未満であると、単位断面積当りの通水量が小さくなり、通水量を大きく取れないため好ましくない。一方、全細孔容積が５ｍｌ／ｇを超えると、ポリマーである骨格部分の占める割合が低下し、多孔質体の強度が低下してしまうため好ましくない。本発明のモノリスは、開口の平均直径及び全細孔容積が上記範囲にあり、且つ骨太の骨格であるため、これを電気式脱イオン水製造装置の混合イオン交換体の一部として用いた場合、接触面積も大きいため、イオン交換帯長さが短く、且つ低圧力損失となる。なお、モノリス（モノリス中間体、モノリス、モノリスイオン交換体）の全細孔容積は、乾燥状態でも、水湿潤状態でも、同じである。 The second monolith ion exchanger has a total pore volume of 0.5 to 5 ml / g. If the total pore volume is less than 0.5 ml / g, the amount of water per unit cross-sectional area becomes small, and it is not preferable because the amount of water cannot be increased. On the other hand, if the total pore volume exceeds 5 ml / g, the proportion of the skeleton portion which is a polymer is lowered, and the strength of the porous body is lowered, which is not preferable. Since the monolith of the present invention has an average diameter and total pore volume in the above-mentioned range and is a bone skeleton, it is used as a part of a mixed ion exchanger of an electric deionized water production apparatus. Since the contact area is large, the ion exchange zone length is short and the pressure loss is low. The total pore volume of the monolith (monolith intermediate, monolith, monolith ion exchanger) is the same in the dry state and in the water wet state.
なお、第２のモノリスイオン交換体に水を透過させた際の圧力損失は、多孔質体を１ｍ充填したカラムに通水線速度（ＬＶ）１ｍ/ｈで通水した際の圧力損失（以下、「差圧係数」と言う。）で示すと、０．００１〜０．５ＭＰａ／ｍ・ＬＶの範囲、特に０．００１〜０．１ＭＰａ／ｍ・ＬＶである。差圧係数および全細孔容積がこの範囲にあれば、これをイオン交換膜の設置を省略した電気式脱イオン液製造装置の脱塩領域に用いた場合、通水時の圧力損失を抑制し、処理水水質を向上させる。 The pressure loss when water was permeated through the second monolith ion exchanger was the pressure loss when water was passed through a column filled with 1 m of a porous material at a water flow rate (LV) of 1 m / h (hereinafter referred to as “pressure loss”). And “differential pressure coefficient”) in the range of 0.001 to 0.5 MPa / m · LV, particularly 0.001 to 0.1 MPa / m · LV. If the differential pressure coefficient and the total pore volume are within this range, when this is used in the desalination area of an electrical deionization liquid production device that omits the installation of an ion exchange membrane, the pressure loss during water flow is suppressed. , Improve the quality of treated water.
第２のモノリスイオン交換体において、共連続構造体の骨格を構成する材料は、全構成単位中、０．３〜５モル％、好ましくは０．５〜３．０モル％の架橋構造単位を含んでいる芳香族ビニルポリマーであり疎水性である。架橋構造単位が０．３モル％未満であると、機械的強度が不足するため好ましくなく、一方、５モル％を越えると、多孔質体の構造が共連続構造から逸脱しやすくなる。該芳香族ビニルポリマーの種類に特に制限はなく、例えば、ポリスチレン、ポリ（α-メチルスチレン）、ポリビニルトルエン、ポリビニルベンジルクロライド、ポリビニルビフェニル、ポリビニルナフタレン等が挙げられる。上記ポリマーは、単独のビニルモノマーと架橋剤を共重合させて得られるポリマーでも、複数のビニルモノマーと架橋剤を重合させて得られるポリマーであってもよく、また、二種類以上のポリマーがブレンドされたものであってもよい。これら有機ポリマー材料の中で、共連続構造形成の容易さ、イオン交換基導入の容易性と機械的強度の高さ、および酸・アルカリに対する安定性の高さから、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体やビニルベンジルクロライド−ジビニルベンゼン共重合体が好ましい。 In the second monolith ion exchanger, the material constituting the skeleton of the co-continuous structure is 0.3 to 5 mol%, preferably 0.5 to 3.0 mol% of the crosslinked structural unit in all the structural units. It is an aromatic vinyl polymer containing and is hydrophobic. If the cross-linking structural unit is less than 0.3 mol%, the mechanical strength is insufficient, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 5 mol%, the structure of the porous body tends to deviate from the bicontinuous structure. There is no restriction | limiting in particular in the kind of this aromatic vinyl polymer, For example, a polystyrene, poly ((alpha) -methylstyrene), polyvinyl toluene, polyvinyl benzyl chloride, polyvinyl biphenyl, polyvinyl naphthalene etc. are mentioned. The polymer may be a polymer obtained by copolymerizing a single vinyl monomer and a crosslinking agent, a polymer obtained by polymerizing a plurality of vinyl monomers and a crosslinking agent, or a blend of two or more types of polymers. It may be what was done. Among these organic polymer materials, a styrene-divinylbenzene copolymer is used because of its ease of forming a co-continuous structure, ease of introduction of ion exchange groups, high mechanical strength, and high stability against acids and alkalis. And vinylbenzyl chloride-divinylbenzene copolymer is preferred.
第２のモノリスイオン交換体は、水湿潤状態での体積当りの陽イオン交換容量が０．３〜５ｍｇ当量／ｍｌのイオン交換容量を有する。特開２００２−３０６９７６号に記載されているような本発明とは異なる連続マクロポア構造を有する従来型のモノリス状有機多孔質イオン交換体では、実用的に要求される低い圧力損失を達成するために、開口径を大きくすると、全細孔容積もそれに伴って大きくなってしまうため、体積当りのイオン交換容量が低下する、体積当りの交換容量を増加させるために全細孔容積を小さくしていくと、開口径が小さくなってしまうため圧力損失が増加するといった欠点を有していた。それに対して、本発明のモノリスイオン交換体は、三次元的に連続した空孔の連続性や均一性が高いため、全細孔容積を低下させても圧力損失はさほど増加しない。そのため、圧力損失を低く押さえたままで体積当りのイオン交換容量を飛躍的に大きくすることができる。なお、第２のモノリスイオン交換体の乾燥状態における重量当りのイオン交換容量は特に限定されないが、イオン交換基が多孔質体の骨格表面及び骨格内部にまで均一に導入しているため、３〜５ｍｇ当量/ｇである。なお、イオン交換基が骨格表面のみに導入された多孔質体のイオン交換容量は、多孔質体やイオン交換基の種類により一概には決定できないものの、せいぜい５００μｇ当量/ｇである。 The second monolith ion exchanger has an ion exchange capacity of 0.3 to 5 mg equivalent / ml cation exchange capacity per volume in a wet state of water. In the conventional monolithic organic porous ion exchanger having a continuous macropore structure different from the present invention as described in JP-A-2002-306976, in order to achieve a low pressure loss that is practically required, When the opening diameter is increased, the total pore volume is increased accordingly, so that the ion exchange capacity per volume is decreased, and the total pore volume is decreased to increase the exchange capacity per volume. In addition, since the opening diameter is reduced, the pressure loss increases. On the other hand, since the monolith ion exchanger of the present invention has high continuity and uniformity of three-dimensionally continuous pores, the pressure loss does not increase so much even if the total pore volume is reduced. Therefore, it is possible to dramatically increase the ion exchange capacity per volume while keeping the pressure loss low. The ion exchange capacity per weight in the dry state of the second monolith ion exchanger is not particularly limited, but the ion exchange groups are uniformly introduced to the skeleton surface and the skeleton inside the porous body. 5 mg equivalent / g. The ion exchange capacity of a porous body in which ion exchange groups are introduced only on the surface of the skeleton cannot be determined unconditionally depending on the kind of the porous body or ion exchange groups, but is at most 500 μg equivalent / g.
第２のモノリスイオン交換体におけるイオン交換基としては、第１のモノリスイオン交換体におけるイオン交換基と同様であり、その説明を省略する。第２のモノリスイオン交換体において、導入されたイオン交換基は、多孔質体の表面のみならず、多孔質体の骨格内部にまで均一に分布している。均一分布の定義は、第１のモノリスイオン交換体の均一分布の定義と同じである。 The ion exchange group in the second monolith ion exchanger is the same as the ion exchange group in the first monolith ion exchanger, and the description thereof is omitted. In the second monolith ion exchanger, the introduced ion exchange groups are uniformly distributed not only on the surface of the porous body but also inside the skeleton of the porous body. The definition of the uniform distribution is the same as the definition of the uniform distribution of the first monolith ion exchanger.
（第２のモノリスイオン交換体の製造方法）
第２のモノリスイオン交換体は、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤及び水の混合物を撹拌することにより油中水滴型エマルジョンを調製し、次いで油中水滴型エマルジョンを重合させて全細孔容積が１６ｍｌ/ｇを超え、３０ｍｌ/ｇ以下の連続マクロポア構造のモノリス状の有機多孔質中間体を得るＩ工程、芳香族ビニルモノマー、一分子中に少なくとも２個以上のビニル基を有する全油溶性モノマー中、０．３〜５モル％の架橋剤、芳香族ビニルモノマーや架橋剤は溶解するが芳香族ビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒及び重合開始剤からなる混合物を調製するＩＩ工程、ＩＩ工程で得られた混合物を静置下、且つＩ工程で得られたモノリス状の有機多孔質中間体の存在下に重合を行い、共連続構造体を得るＩＩＩ工程、該ＩＩＩ工程で得られた共連続構造体にイオン交換基を導入するＩＶ工程を行うことで得られる。
(Method for producing second monolith ion exchanger)
The second monolith ion exchanger prepares a water-in-oil emulsion by stirring a mixture of oil-soluble monomer, surfactant and water that does not contain ion-exchange groups, and then polymerizes the water-in-oil emulsion. Step I for obtaining a monolithic organic porous intermediate having a continuous macropore structure having a total pore volume of more than 16 ml / g and 30 ml / g or less, an aromatic vinyl monomer, and at least two or more vinyl groups in one molecule From an organic solvent and a polymerization initiator in which 0.3 to 5 mol% of the cross-linking agent, aromatic vinyl monomer and cross-linking agent dissolve but the polymer formed by polymerization of the aromatic vinyl monomer does not dissolve in the total oil-soluble monomer having Step II for preparing the mixture, the mixture obtained in Step II is allowed to stand, and polymerization is performed in the presence of the monolithic organic porous intermediate obtained in Step I. III to obtain a continuous structure, obtained by performing the IV step of introducing ion exchange groups to resulting co-continuous structure in the step III.
第２のモノリスイオン交換体におけるモノリス中間体を得るＩ工程は、特開２００２−３０６９７６号公報記載の方法に準拠して行なえばよい。 What is necessary is just to perform the I process of obtaining the monolith intermediate body in a 2nd monolith ion exchanger based on the method of Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-306976.
すなわち、Ｉ工程において、イオン交換基を含まない油溶性モノマーとしては、例えば、カルボン酸基、スルホン酸基、四級アンモニウム基等のイオン交換基を含まず、水に対する溶解性が低く、親油性のモノマーが挙げられる。これらモノマーの具体例としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン等の芳香族ビニルモノマー；エチレン、プロピレン、１-ブテン、イソブテン等のα-オレフィン；ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等のジエン系モノマー；塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン、テトラフルオロエチレン等のハロゲン化オレフィン；アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル系モノマー；酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル；アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸２-エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸２-エチルヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸グリシジル等の（メタ）アクリル系モノマーが挙げられる。これらモノマーの中で、好適なものとしては、芳香族ビニルモノマーであり、例えばスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ジビニルベンゼン等が挙げられる。これらモノマーは、１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。ただし、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート等の架橋性モノマーを少なくとも油溶性モノマーの一成分として選択し、その含有量を全油溶性モノマー中、０．３〜５モル％、好ましくは０．３〜３モル％とすることが、後の工程でイオン交換基量を多く導入するに際して必要な機械的強度が得られる点で好ましい。 That is, in the step I, as the oil-soluble monomer not containing an ion exchange group, for example, it does not contain an ion exchange group such as a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, and a quaternary ammonium group, has low solubility in water, and is lipophilic. These monomers are mentioned. Specific examples of these monomers include aromatic vinyl monomers such as styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene, vinyl benzyl chloride, vinyl biphenyl and vinyl naphthalene; α-olefins such as ethylene, propylene, 1-butene and isobutene; butadiene Diene monomers such as vinyl chloride, vinyl bromide, vinylidene chloride and tetrafluoroethylene; nitrile monomers such as acrylonitrile and methacrylonitrile; vinyl esters such as vinyl acetate and vinyl propionate Methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, butyl methacrylate, 2-ethyl methacrylate Sill, cyclohexyl methacrylate, benzyl methacrylate, and (meth) acrylic monomer of glycidyl methacrylate. Among these monomers, preferred are aromatic vinyl monomers such as styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene, vinyl benzyl chloride, divinyl benzene and the like. These monomers can be used alone or in combination of two or more. However, a crosslinkable monomer such as divinylbenzene or ethylene glycol dimethacrylate is selected as at least one component of the oil-soluble monomer, and its content is 0.3 to 5 mol%, preferably 0.3 to the total oil-soluble monomer. 3 mol% is preferable in that a mechanical strength necessary for introducing a large amount of ion-exchange groups in a later step can be obtained.
界面活性剤は、第１のモノリスイオン交換体のＩ工程で使用する界面活性剤と同様であり、その説明を省略する。 The surfactant is the same as the surfactant used in step I of the first monolith ion exchanger, and the description thereof is omitted.
また、Ｉ工程では、油中水滴型エマルジョン形成の際、必要に応じて重合開始剤を使用してもよい。重合開始剤は、熱及び光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は水溶性であっても油溶性であってもよく、例えば、２，２’-アゾビス（イソブチロニトリル）、２，２’-アゾビス（２，４-ジメチルバレロニトリル）、２，２’-アゾビス（２−メチルブチロニトリル）、２，２’-アゾビス（４-メトキシ-２，４-ジメチルバレロニトリル）、２，２’-アゾビスイソ酪酸ジメチル、４，４’-アゾビス（４-シアノ吉草酸）、１，１’-アゾビス（シクロヘキサン-1-カルボニトリル）、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、テトラメチルチウラムジスルフィド、過酸化水素−塩化第一鉄、過硫酸ナトリウム−酸性亜硫酸ナトリウム等が挙げられる。 In Step I, a polymerization initiator may be used as necessary when forming a water-in-oil emulsion. As the polymerization initiator, a compound that generates radicals by heat and light irradiation is preferably used. The polymerization initiator may be water-soluble or oil-soluble. For example, 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2 , 2′-azobis (2-methylbutyronitrile), 2,2′-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl 2,2′-azobisisobutyrate, 4,4′-azobis ( 4-cyanovaleric acid), 1,1'-azobis (cyclohexane-1-carbonitrile), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, potassium persulfate, ammonium persulfate, tetramethylthiuram disulfide, hydrogen peroxide-ferrous chloride Sodium persulfate-sodium acid sodium sulfite and the like.
イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤、水及び重合開始剤とを混合し、油中水滴型エマルジョンを形成させる際の混合方法としては、第１のモノリスイオン交換体のＩ工程における混合方法と同様であり、その説明を省略する。 As a mixing method when an oil-soluble monomer not containing an ion exchange group, a surfactant, water and a polymerization initiator are mixed to form a water-in-oil emulsion, in the step I of the first monolith ion exchanger This is the same as the mixing method, and the description thereof is omitted.
第２のモノリスイオン交換体の製造方法において、Ｉ工程で得られるモノリス中間体は、架橋構造を有する有機ポリマー材料、好適には芳香族ビニルポリマーである。該ポリマー材料の架橋密度は特に限定されないが、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、０．３〜５モル％、好ましくは０．３〜３モル％の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。架橋構造単位が０．３モル％未満であると、機械的強度が不足するため好ましくない。一方、５モル％を超えると、モノリスの構造が共連続構造を逸脱し易くなるため好ましくない。特に、全細孔容積が１６〜２０ｍｌ/ｇと本発明の中では小さい場合には、共連続構造を形成させるため、架橋構造単位は３モル未満とすることが好ましい。 In the second method for producing a monolith ion exchanger, the monolith intermediate obtained in the step I is an organic polymer material having a crosslinked structure, preferably an aromatic vinyl polymer. Although the crosslinking density of the polymer material is not particularly limited, it contains 0.3 to 5 mol%, preferably 0.3 to 3 mol% of crosslinked structural units with respect to all structural units constituting the polymer material. Is preferred. When the cross-linking structural unit is less than 0.3 mol%, the mechanical strength is insufficient, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 5 mol%, the structure of the monolith tends to deviate from the co-continuous structure, which is not preferable. In particular, when the total pore volume is as small as 16 to 20 ml / g in the present invention, the cross-linking structural unit is preferably less than 3 mol in order to form a co-continuous structure.
モノリス中間体のポリマー材料の種類は、第１のモノリスイオン交換体のモノリス中間体のポリマー材料の種類と同様であり、その説明を省略する。 The type of the polymer material of the monolith intermediate is the same as the type of the polymer material of the monolith intermediate of the first monolith ion exchanger, and the description thereof is omitted.
モノリス中間体の全細孔容積は、１６ｍｌ／ｇを超え、３０ｍｌ／ｇ以下、好適には６〜２５ｍｌ／ｇである。すなわち、このモノリス中間体は、基本的には連続マクロポア構造ではあるが、マクロポアとマクロポアの重なり部分である開口（メソポア）が格段に大きいため、モノリス構造を構成する骨格が二次元の壁面から一次元の棒状骨格に限りなく近い構造を有している。これを重合系に共存させると、モノリス中間体の構造を鋳型として共連続構造の多孔質体が形成される。全細孔容積が小さ過ぎると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの構造が共連続構造から連続マクロポア構造に変化してしまうため好ましくなく、一方、全細孔容積が大き過ぎると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの機械的強度が低下したり、体積当たりのイオン交換容量が低下してしまうため好ましくない。モノリス中間体の全細孔容積を第２のモノリスイオン交換体の特定の範囲とするには、モノマーと水の比を、概ね１：２０〜１：４０とすればよい。 The total pore volume of the monolith intermediate is more than 16 ml / g and not more than 30 ml / g, preferably 6-25 ml / g. In other words, this monolith intermediate basically has a continuous macropore structure, but the opening (mesopore) that is the overlapping part of the macropore and the macropore is remarkably large, so that the skeleton constituting the monolith structure is primary from the two-dimensional wall surface. It has a structure as close as possible to the original rod-like skeleton. When this coexists in the polymerization system, a porous body having a co-continuous structure is formed using the structure of the monolith intermediate as a template. If the total pore volume is too small, the structure of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer is not preferable because it changes from a co-continuous structure to a continuous macropore structure. On the other hand, if the total pore volume is too large, This is not preferable because the mechanical strength of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer is lowered and the ion exchange capacity per volume is lowered. In order to make the total pore volume of the monolith intermediate within a specific range of the second monolith ion exchanger, the ratio of monomer to water may be approximately 1:20 to 1:40.
また、モノリス中間体は、マクロポアとマクロポアの重なり部分である開口（メソポア）の平均直径が乾燥状態で５〜１００μｍである。開口の平均直径が５μｍ未満であると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの開口径が小さくなり、通水時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。一方、１００μｍを超えると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの開口径が大きくなりすぎ、流体とモノリスイオン交換体との接触が不十分となり、その結果、イオン交換特性が低下してしまうため好ましくない。モノリス中間体は、マクロポアの大きさや開口の径が揃った均一構造のものが好適であるが、これに限定されず、均一構造中、均一なマクロポアの大きさよりも大きな不均一なマクロポアが点在するものであってもよい。 Moreover, the average diameter of the opening (mesopore) which is an overlap part of a macropore and a macropore is a monolith intermediate body is 5-100 micrometers in a dry state. If the average diameter of the openings is less than 5 μm, the opening diameter of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer becomes small, and the pressure loss during water passage becomes large, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 100 μm, the opening diameter of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer becomes too large, and the contact between the fluid and the monolith ion exchanger becomes insufficient, resulting in a decrease in ion exchange characteristics. Therefore, it is not preferable. Monolith intermediates preferably have a uniform structure with uniform macropore size and aperture diameter, but are not limited to this, and the uniform structure is dotted with nonuniform macropores larger than the size of the uniform macropore. You may do.
第２のモノリスイオン交換体の製造方法において、ＩＩ工程は、芳香族ビニルモノマー、一分子中に少なくとも２個以上のビニル基を有する全油溶性モノマー中、０．３〜５モル％の架橋剤、芳香族ビニルモノマーや架橋剤は溶解するが芳香族ビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒及び重合開始剤からなる混合物を調製する工程である。なお、Ｉ工程とＩＩ工程の順序はなく、Ｉ工程後にＩＩ工程を行ってもよく、ＩＩ工程後にＩ工程を行ってもよい。 In the second method for producing a monolithic ion exchanger, the step II includes 0.3 to 5 mol% of a crosslinking agent in the aromatic vinyl monomer and the total oil-soluble monomer having at least two or more vinyl groups in one molecule. This is a step of preparing a mixture comprising an organic solvent and a polymerization initiator that dissolves the aromatic vinyl monomer and the crosslinking agent but does not dissolve the polymer formed by polymerization of the aromatic vinyl monomer. In addition, there is no order of I process and II process, II process may be performed after I process, and I process may be performed after II process.
第２のモノリスイオン交換体の製造方法において、ＩＩ工程で用いられる芳香族ビニルモノマーとしては、分子中に重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒に対する溶解性が高い親油性の芳香族ビニルモノマーであれば、特に制限はないが、上記重合系に共存させるモノリス中間体と同種類もしくは類似のポリマー材料を生成するビニルモノマーを選定することが好ましい。これらビニルモノマーの具体例としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン等が挙げられる。これらモノマーは、１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。本発明で好適に用いられる芳香族ビニルモノマーは、スチレン、ビニルベンジルクロライド等である。 In the second method for producing a monolithic ion exchanger, the aromatic vinyl monomer used in step II includes a lipophilic aromatic vinyl monomer that contains a polymerizable vinyl group in the molecule and has high solubility in an organic solvent. If it is, there is no particular limitation, but it is preferable to select a vinyl monomer that produces the same or similar polymer material as the monolith intermediate coexisting in the polymerization system. Specific examples of these vinyl monomers include styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene, vinyl benzyl chloride, vinyl biphenyl, vinyl naphthalene and the like. These monomers can be used alone or in combination of two or more. Aromatic vinyl monomers preferably used in the present invention are styrene, vinyl benzyl chloride and the like.
これら芳香族ビニルモノマーの添加量は、重合時に共存させるモノリス中間体に対して、重量で５〜５０倍、好ましくは５〜４０倍である。芳香族ビニルモノマー添加量が多孔質体に対して５倍未満であると、棒状骨格を太くできず、イオン交換基導入後の体積当りのイオン交換容量が小さくなって、導電性を高めることができなくなる。 The amount of these aromatic vinyl monomers added is 5 to 50 times, preferably 5 to 40 times, by weight with respect to the monolith intermediate coexisting during polymerization. If the amount of aromatic vinyl monomer added is less than 5 times that of the porous material, the rod-like skeleton cannot be made thick, the ion exchange capacity per volume after the introduction of ion exchange groups is reduced, and the conductivity is increased. become unable.
ＩＩ工程で用いられる架橋剤は、分子中に少なくとも２個の重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒への溶解性が高いものが好適に用いられる。架橋剤の具体例としては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル、エチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ブタンジオールジアクリレート等が挙げられる。これら架橋剤は、１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。好ましい架橋剤は、機械的強度の高さと加水分解に対する安定性から、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル等の芳香族ポリビニル化合物である。架橋剤使用量は、ビニルモノマーと架橋剤の合計量（全油溶性モノマー）に対して０．３〜５モル％、特に０．３〜３モル％である。架橋剤使用量が０．３モル％未満であると、モノリスの機械的強度が不足するため好ましくなく、一方、多過ぎると、モノリスの脆化が進行して柔軟性が失われる、イオン交換基の導入量が減少してしまうといった問題点が生じるため好ましくない。なお、上記架橋剤使用量は、ビニルモノマー/架橋剤重合時に共存させるモノリス中間体の架橋密度とほぼ等しくなるように用いることが好ましい。両者の使用量があまりに大きくかけ離れると、生成したモノリス中で架橋密度分布の偏りが生じ、イオン交換基導入反応時にクラックが生じやすくなる。 As the crosslinking agent used in step II, a crosslinking agent containing at least two polymerizable vinyl groups in the molecule and having high solubility in an organic solvent is preferably used. Specific examples of the crosslinking agent include divinylbenzene, divinylnaphthalene, divinylbiphenyl, ethylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, butanediol diacrylate, and the like. These crosslinking agents can be used singly or in combination of two or more. Preferred cross-linking agents are aromatic polyvinyl compounds such as divinylbenzene, divinylnaphthalene and divinylbiphenyl because of their high mechanical strength and stability to hydrolysis. The amount of the crosslinking agent used is 0.3 to 5 mol%, particularly 0.3 to 3 mol%, based on the total amount of vinyl monomer and crosslinking agent (total oil-soluble monomer). When the amount of the crosslinking agent used is less than 0.3 mol%, the mechanical strength of the monolith is insufficient, which is not preferable. This is not preferable because of the problem that the amount of introduction of is reduced. In addition, it is preferable to use the said crosslinking agent usage-amount so that it may become substantially equal to the crosslinking density of the monolith intermediate body coexisted at the time of vinyl monomer / crosslinking agent polymerization. If the amounts used of both are too large, the crosslink density distribution is biased in the produced monolith, and cracks are likely to occur during the ion exchange group introduction reaction.
ＩＩ工程で用いられる有機溶媒は、芳香族ビニルモノマーや架橋剤は溶解するが芳香族ビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒、言い換えると、芳香族ビニルモノマーが重合して生成するポリマーに対する貧溶媒である。該有機溶媒は、芳香族ビニルモノマーの種類によって大きく異なるため一般的な具体例を列挙することは困難であるが、例えば、芳香族ビニルモノマーがスチレンの場合、有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、オクタノール、２-エチルヘキサノール、デカノール、ドデカノール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール等のアルコール類；ジエチルエーテル、ブチルセロソルブ、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等の鎖状（ポリ）エーテル類；ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、デカン、ドデカン等の鎖状飽和炭化水素類；酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸セロソルブ、プロピオン酸エチル等のエステル類が挙げられる。また、ジオキサンやＴＨＦ、トルエンのようにポリスチレンの良溶媒であっても、上記貧溶媒と共に用いられ、その使用量が少ない場合には、有機溶媒として使用することができる。これら有機溶媒の使用量は、上記芳香族ビニルモノマーの濃度が３０〜８０重量％となるように用いることが好ましい。有機溶媒使用量が上記範囲から逸脱して芳香族ビニルモノマー濃度が３０重量％未満となると、重合速度が低下したり、重合後のモノリス構造が本発明の範囲から逸脱してしまうため好ましくない。一方、芳香族ビニルモノマー濃度が８０重量％を超えると、重合が暴走する恐れがあるため好ましくない。 The organic solvent used in step II is an organic solvent that dissolves the aromatic vinyl monomer and the crosslinking agent but does not dissolve the polymer formed by polymerization of the aromatic vinyl monomer, in other words, is formed by polymerization of the aromatic vinyl monomer. It is a poor solvent for polymers. Since the organic solvent varies greatly depending on the type of the aromatic vinyl monomer, it is difficult to list general specific examples. For example, when the aromatic vinyl monomer is styrene, the organic solvent includes methanol, ethanol, Alcohols such as propanol, butanol, hexanol, cyclohexanol, octanol, 2-ethylhexanol, decanol, dodecanol, propylene glycol, tetramethylene glycol; chain structures such as diethyl ether, butyl cellosolve, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polytetramethylene glycol (Poly) ethers; chain saturated hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, isooctane, decane, dodecane; ethyl acetate, isopropyl acetate, cellosolve acetate, propionic acid Examples include esters such as ethyl. Moreover, even if it is a good solvent of polystyrene like a dioxane, THF, and toluene, when it is used with the said poor solvent and the usage-amount is small, it can be used as an organic solvent. These organic solvents are preferably used so that the concentration of the aromatic vinyl monomer is 30 to 80% by weight. If the amount of the organic solvent used deviates from the above range and the aromatic vinyl monomer concentration becomes less than 30% by weight, the polymerization rate is lowered, or the monolith structure after polymerization deviates from the scope of the present invention, which is not preferable. On the other hand, if the concentration of the aromatic vinyl monomer exceeds 80% by weight, the polymerization may run away, which is not preferable.
重合開始剤は、第１のモノリスイオン交換体のＩＩ工程で用いる重合開始剤と同様であり、その説明を省略する。 The polymerization initiator is the same as the polymerization initiator used in Step II of the first monolith ion exchanger, and the description thereof is omitted.
第２のモノリスイオン交換体の製造方法において、ＩＩＩ工程は、ＩＩ工程で得られた混合物を静置下、且つ該Ｉ工程で得られたモノリス中間体の存在下に重合を行い、該モノリス中間体の連続マクロポア構造を共連続構造に変化させ、骨太骨格のモノリスを得る工程である。ＩＩＩ工程で用いるモノリス中間体は、本発明の斬新な構造を有するモノリスを創出する上で、極めて重要な役割を担っている。特表平７−５０１１４０号等に開示されているように、モノリス中間体不存在下でビニルモノマーと架橋剤を特定の有機溶媒中で静置重合させると、粒子凝集型のモノリス状有機多孔質体が得られる。それに対して、本発明の第２のモノリスのように上記重合系に特定の連続マクロポア構造のモノリス中間体を存在させると、重合後のモノリスの構造は劇的に変化し、粒子凝集構造は消失し、上述の共連続構造のモノリスが得られる。その理由は詳細には解明されていないが、モノリス中間体が存在しない場合は、重合により生じた架橋重合体が粒子状に析出・沈殿することで粒子凝集構造が形成されるのに対し、重合系に全細孔容積が大きな多孔質体（中間体）が存在すると、ビニルモノマー及び架橋剤が液相から多孔質体の骨格部に吸着又は分配され、多孔質体中で重合が進行し、モノリス構造を構成する骨格が二次元の壁面から一次元の棒状骨格に変化して共連続構造を有するモノリス状有機多孔質体が形成されると考えられる。 In the second method for producing a monolith ion exchanger, in the step III, the mixture obtained in the step II is allowed to stand, and polymerization is performed in the presence of the monolith intermediate obtained in the step I. This is a process of changing the continuous macropore structure of the body to a co-continuous structure to obtain a monolith with a bone skeleton. The monolith intermediate used in the step III plays a very important role in creating the monolith having the novel structure of the present invention. As disclosed in JP-A-7-501140 and the like, when a vinyl monomer and a crosslinking agent are allowed to stand in a specific organic solvent in the absence of a monolith intermediate, a particle aggregation type monolithic organic porous material is obtained. The body is obtained. On the other hand, when a monolith intermediate having a specific continuous macropore structure is present in the polymerization system as in the second monolith of the present invention, the structure of the monolith after the polymerization changes dramatically and the particle aggregation structure disappears. Thus, a monolith having the above-described bicontinuous structure can be obtained. The reason for this has not been elucidated in detail, but in the absence of a monolith intermediate, the cross-linked polymer produced by polymerization precipitates and precipitates in the form of particles, while a particle aggregate structure is formed. When a porous body (intermediate) having a large total pore volume is present in the system, the vinyl monomer and the crosslinking agent are adsorbed or distributed from the liquid phase to the skeleton of the porous body, and polymerization proceeds in the porous body. It is considered that the skeleton constituting the monolith structure is changed from a two-dimensional wall surface to a one-dimensional rod-like skeleton to form a monolithic organic porous body having a co-continuous structure.
反応容器の内容積は、第１のモノリスイオン交換体の反応容器の内容積の説明と同様であり、その説明を省略する。 The internal volume of the reaction vessel is the same as the description of the internal volume of the reaction vessel of the first monolith ion exchanger, and the description thereof is omitted.
ＩＩＩ工程において、反応容器中、モノリス中間体は混合物（溶液）で含浸された状態に置かれる。ＩＩ工程で得られた混合物とモノリス中間体の配合比は、前述の如く、モノリス中間体に対して、芳香族ビニルモノマーの添加量が重量で５〜５０倍、好ましくは５〜４０倍となるように配合するのが好適である。これにより、適度な大きさの空孔が三次元的に連続し、且つ骨太の骨格が３次元的に連続する共連続構造のモノリスを得ることができる。反応容器中、混合物中の芳香族ビニルモノマーと架橋剤は、静置されたモノリス中間体の骨格に吸着、分配され、モノリス中間体の骨格内で重合が進行する。 In step III, the monolith intermediate is placed in a reaction vessel impregnated with the mixture (solution). As described above, the blending ratio of the mixture obtained in Step II and the monolith intermediate is 5 to 50 times, preferably 5 to 40 times the weight of the aromatic vinyl monomer added to the monolith intermediate. It is preferable to blend them as described above. Thereby, it is possible to obtain a monolith having a co-continuous structure in which pores of an appropriate size are three-dimensionally continuous and a thick skeleton is three-dimensionally continuous. In the reaction vessel, the aromatic vinyl monomer and the cross-linking agent in the mixture are adsorbed and distributed on the skeleton of the monolith intermediate that is allowed to stand, and polymerization proceeds in the skeleton of the monolith intermediate.
共連続構造を有するモノリスの基本構造は、平均太さが乾燥状態で０．８〜４０μｍの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に平均直径が乾燥状態で８〜８０μｍの三次元的に連続した空孔が配置された構造である。上記三次元的に連続した空孔の平均の大きさは、水銀圧入法により細孔分布曲線を測定し、細孔分布曲線の極大値として得ることができる。モノリスの骨格の平均太さは、ＳＥＭ観察を少なくとも３回行い、得られた画像中の骨格の太さを測定して算出すればよい。また、共連続構造を有するモノリスは、０．５〜５ｍｌ／ｇの全細孔容積を有する。 The basic structure of the monolith having a co-continuous structure is a three-dimensional structure in which the average thickness is 0.8 to 40 μm in a dry state and an average diameter between the skeletons is 8 to 80 μm in a dry state. In this structure, continuous holes are arranged. The average size of the three-dimensionally continuous pores can be obtained as a maximum value of the pore distribution curve by measuring the pore distribution curve by mercury porosimetry. The average thickness of the skeleton of the monolith may be calculated by performing SEM observation at least three times and measuring the thickness of the skeleton in the obtained image. A monolith having a co-continuous structure has a total pore volume of 0.5 to 5 ml / g.
重合条件は、第１のモノリスイオン交換体のＩＩＩ工程の重合条件の説明と同様であり、その説明を省略する。 The polymerization conditions are the same as the description of the polymerization conditions in step III of the first monolith ion exchanger, and the description thereof is omitted.
ＩＶ工程において、共連続構造を有するモノリスにイオン交換基を導入する方法は、第１のモノリスイオン交換体における、モノリスにイオン交換基を導入する方法と同様であり、その説明を省略する。 In the step IV, the method for introducing an ion exchange group into a monolith having a co-continuous structure is the same as the method for introducing an ion exchange group into a monolith in the first monolith ion exchanger, and the description thereof is omitted.
第２のモノリスイオン交換体は、共連続構造のモノリスにイオン交換基が導入されるため、例えばモノリスの１．４〜１．９倍に大きく膨潤する。また、空孔径が膨潤で大きくなっても全細孔容積は変化しない。従って、第２のモノリスイオン交換体は、３次元的に連続する空孔の大きさが格段に大きいにもかかわらず、骨太骨格を有するため機械的強度が高い。また、骨格が太いため、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量を大きくでき、導電性を高めることができる。 Since the ion exchange group is introduced into the bilithic monolith, the second monolith ion exchanger swells greatly, for example, 1.4 to 1.9 times that of the monolith. Further, the total pore volume does not change even if the pore diameter becomes larger due to swelling. Therefore, the second monolith ion exchanger has a high mechanical strength because it has a thick bone skeleton even though the size of three-dimensionally continuous pores is remarkably large. Moreover, since the skeleton is thick, the ion exchange capacity per volume in a water-wet state can be increased, and the conductivity can be increased.
本発明において、陽イオン交換体は、前記第１のモノリスイオン交換体と粒状陽イオン交換樹脂の混床イオン交換体であってもよく、前記第２のモノリスイオン交換体と粒状陽イオン交換樹脂の混床イオン交換体であってもよい。この場合、例えば、電気再生式脱陽イオン装置において、被処理水流入側にモノリスイオン交換体を配置し、下流側に従来の粒状イオン交換樹脂を充填した場合、骨太骨格を有するモノリスイオン交換体の迅速な吸着とイオン排除を備えながら、粒状イオン交換樹脂の大きな充填体積あたりの交換容量のために、発電所における定期点検時の満水保管後の立上げ運転時や、デイリー・スタート・ストップ（ＤＳＳ）、ウィークリー・スタート・ストップ（ＷＳＳ）などに伴う被処理水中の陽イオン流入量の変動に対しても、より安定した脱陽イオン処理を行うことが可能となり、汎用性の高い陰イオン検出装置が得られる点で好ましい。前記モノリスイオン交換体と粒状陽イオン交換樹脂の充填割合としては、特に制限されないが、モノリスイオン交換体：粒状陽イオン交換樹脂が、体積割合で１：０．５〜１：１０である。 In the present invention, the cation exchanger may be a mixed bed ion exchanger of the first monolith ion exchanger and the granular cation exchange resin, and the second monolith ion exchanger and the granular cation exchange resin. The mixed bed ion exchanger may be used. In this case, for example, in an electric regeneration type decationization apparatus, when a monolith ion exchanger is arranged on the treated water inflow side and a conventional granular ion exchange resin is filled on the downstream side, the monolith ion exchanger having a thick skeleton Because of the rapid capacity of adsorption and ion exclusion, the exchange capacity per large filling volume of the granular ion exchange resin enables the start-up operation after full water storage at the periodic inspection at the power plant and the daily start / stop ( DSS), weekly start / stop (WSS), and other cation inflow changes in the water to be treated, enabling more stable decationization treatment and highly versatile anion detection This is preferable in that an apparatus is obtained. The filling ratio of the monolith ion exchanger and the granular cation exchange resin is not particularly limited, but the volume ratio of the monolith ion exchanger: the granular cation exchange resin is 1: 0.5 to 1:10.
また、陽イオン交換体は、脱塩領域を形成する第１の陽イオン交換体部と、該脱塩領域のイオン排除側に隣接して配設され脱塩領域に導入された被処理液の一部が透過する該第１の陽イオン交換体部の通液抵抗より大きい第２の陽イオン交換体部とからなる複合イオン交換体であれば、脱塩室と電極室を区画するイオン交換膜を省略することができる点で好ましい。第１の陽イオン交換体部としては、第１のモノリスイオン交換体又は第１のモノリスイオン交換体と陽イオン交換樹脂の混合体、あるいは第２のモノリスイオン交換体又は第２のモノリスイオン交換体と陽イオン交換樹脂の混合体が挙げられる。第２の陽イオン交換体部としては、通液抵抗が第１の陽イオン交換部よりも高いものであればよく、例えば特開２００２−３０６９７６号公報に記載の気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分（メソポア）が開口となる連続気泡構造のモノリスイオン交換体、所定の太さの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に形成される三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造のモノリスイオン交換体、連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体と該有機多孔質体の骨格表面に形成される多数の突起体との複合構造からなるモノリスイオン交換体及び気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分（メソポア）が開口となる連続気泡構造の骨格部の表層部が多孔構造であるモノリスイオン交換体などが挙げられる。 The cation exchanger includes a first cation exchanger part that forms a desalting region, and a liquid to be treated that is disposed adjacent to the ion exclusion side of the desalting region and is introduced into the desalting region. If it is a composite ion exchanger composed of a second cation exchanger part that is larger than the flow resistance of the first cation exchanger part that is partially permeable, ion exchange that separates the desalting chamber from the electrode chamber This is preferable in that the film can be omitted. As the first cation exchanger part, the first monolith ion exchanger or the mixture of the first monolith ion exchanger and the cation exchange resin, the second monolith ion exchanger or the second monolith ion exchange The mixture of a body and a cation exchange resin is mentioned. As the second cation exchanger part, it is only necessary that the liquid flow resistance is higher than that of the first cation exchange part. For example, bubble-like macropores described in JP-A No. 2002-306976 overlap each other, A monolithic ion exchanger having an open cell structure in which the overlapping portion (mesopore) is an opening, a three-dimensional continuous skeleton having a predetermined thickness, and three-dimensional continuous pores formed between the skeletons A monolithic ion exchanger having a composite structure of an organic porous material composed of a continuous skeleton phase and a continuous pore phase and a large number of protrusions formed on the surface of the organic porous material. Examples include a monolithic ion exchanger in which the surface layer portion of the skeleton portion of the open cell structure in which the body and the bubble-like macropores overlap each other and the overlapping portion (mesopore) is an opening has a porous structure.
上記の複合イオン交換体において、第２の陽イオン交換体部の通液抵抗が、該脱塩領域を形成する第１の陽イオン交換体部の通液抵抗より大きいため、別途の特段の流路分配手段を設けなくとも、脱塩領域に流入した試料液の大部分が脱カチオン液として脱塩領域から流出し、被処理液の一部が液透過領域に透過する。 In the above composite ion exchanger, the flow resistance of the second cation exchanger part is larger than the liquid resistance of the first cation exchanger part forming the desalting region. Even if the path distribution means is not provided, most of the sample liquid flowing into the desalting region flows out from the desalting region as a decation solution, and a part of the liquid to be processed permeates the liquid permeation region.
また、脱塩領域を形成する第１の陽イオン交換体部と液透過領域を形成する第２の陽イオン交換体部は同じもの、すなわち脱塩領域と液透過領域を単一のモノリスで形成し、且つ液透過領域から透過した流出液の流路に、流量調節手段を配設するものであってもよい。すなわち、液透過領域に装填される多孔質イオン交換体の通液抵抗は、脱塩領域に充填される陽イオン交換体部の通液抵抗と同じであっても、流量調節手段によって、透過液と脱イオン液の流量をより所望の割合に調整することができる。これにより、脱塩領域用モノリスと液透過領域用モノリスをそれぞれ個別に製造する必要がない点で都合が良い。単一のモノリスは、第１のモノリスイオン交換体または第２のモノリスイオン交換体である。この場合、流量調節手段がないと、液透過領域に流れる流量が多くなり、脱塩液の収量が低下してしまう。また、被処理液の流量に対する液透過領域を透過する透過液の流量比率は、例えば２〜３０％、好ましくは４〜３０％である。流量調節手段としては、流量調節弁、アリフィス等が挙げられる。 Further, the first cation exchanger part forming the desalting region and the second cation exchanger part forming the liquid permeable region are the same, that is, the desalting region and the liquid permeable region are formed of a single monolith. In addition, a flow rate adjusting means may be provided in the flow path of the effluent that has permeated from the liquid permeation region. That is, even if the flow resistance of the porous ion exchanger loaded in the liquid permeation region is the same as that of the cation exchanger part filled in the desalination region, the permeate And the flow rate of the deionized liquid can be adjusted to a desired ratio. This is advantageous in that it is not necessary to separately manufacture the desalting zone monolith and the liquid permeation zone monolith. A single monolith is a first monolith ion exchanger or a second monolith ion exchanger. In this case, if there is no flow rate adjusting means, the flow rate flowing through the liquid permeation region increases, and the yield of desalted liquid is reduced. Moreover, the flow rate ratio of the permeate passing through the liquid permeation region to the flow rate of the liquid to be processed is, for example, 2 to 30%, preferably 4 to 30%. Examples of the flow rate adjusting means include a flow rate adjusting valve, Arifis and the like.
また、脱イオン室に充填する第１のモノリスイオン交換体または第２のモノリスイオン交換体に替えて、第１のモノリスイオン交換体または第２のモノリスイオン交換体と一体となるようにモノリスの一方の側面に緻密層を形成させた複合多孔質イオン交換体を用いれば、電気再生式脱陽イオン水製造装置を作製する際、該緻密層側のイオン交換膜を省略することもできる。このような複合多孔質イオン交換体を陽イオン交換体として使用する場合には、前記の電気再生式脱陽イオン装置の構成の内、イオン交換膜の一部または全部を省略し、装置構成をより簡略化することもできる。 In addition, instead of the first monolith ion exchanger or the second monolith ion exchanger filled in the deionization chamber, the monolith is integrated with the first monolith ion exchanger or the second monolith ion exchanger. If a composite porous ion exchanger having a dense layer formed on one side surface is used, the ion exchange membrane on the dense layer side can be omitted when producing an electric regeneration type decationized water production apparatus. When such a composite porous ion exchanger is used as a cation exchanger, a part or all of the ion exchange membrane is omitted from the configuration of the electric regeneration type decation apparatus, and the apparatus configuration is It can also be simplified.
ここでいう緻密層とは、多孔質ポリマーの骨格の高分子材料と同じ高分子材料よりなり、水の透過を阻止する機能を有する層をいう。緻密層を有する複合多孔質イオン交換体は、例えば、中間モノリスを製造する際、前記油中水滴型エマルジョンを一部が疎水性材料で構成された容器に充填した後静置して、該疎水性材料の表面に油溶性モノマーの連続膜を形成せしめた後重合させるか、または前記油中水滴型エマルジョンを重合させて多孔質ポリマーを得た後、緻密層を形成させる表面部分に、必要に応じて重合開始剤を添加した油溶性モノマーを塗布して、再度重合させて得られる複合多孔質重合体に、前記と同様の方法によってイオン交換基を導入して製造することができる。更に、本発明の電気再生式脱陽イオン水製造装置の脱イオン室に充填する陽イオン交換体と開口（メソポア）の平均径が１μｍ未満、好ましくは０．５μｍ未満である公知の多孔質イオン交換体とを組み合わせて用いることで、イオン交換膜を省略することもできる。上記メソポアの平均径が１μｍ未満、好ましくは０．５μｍ未満である多孔質イオン交換体は、メソポア径が著しく小さいため、通常の運転条件では、イオンは透過するが水の透過は極めて僅かとなり、イオン交換膜を代替しうるものとなる。 The dense layer referred to here is a layer made of the same polymer material as that of the porous polymer skeleton, and having a function of preventing permeation of water. For example, when producing an intermediate monolith, the composite porous ion exchanger having a dense layer is filled with the water-in-oil emulsion in a container partly composed of a hydrophobic material, and then allowed to stand, After forming a continuous film of oil-soluble monomer on the surface of the water-soluble material, or polymerizing the water-in-oil emulsion to obtain a porous polymer, it is necessary to form a dense layer on the surface portion. Accordingly, an oil-soluble monomer to which a polymerization initiator is added can be applied and polymerized again to produce a composite porous polymer obtained by introducing ion exchange groups in the same manner as described above. Furthermore, a known porous ion in which the average diameter of the cation exchanger and the opening (mesopore) filled in the deionization chamber of the electric regeneration type decationized water production apparatus of the present invention is less than 1 μm, preferably less than 0.5 μm. By using it in combination with an exchanger, the ion exchange membrane can be omitted. A porous ion exchanger having an average mesopore diameter of less than 1 μm, preferably less than 0.5 μm, has a mesopore diameter that is remarkably small. An ion exchange membrane can be substituted.
本発明の実施の形態における陰イオンの検出装置を図１３を参照して説明する。図１３は陰イオンの検出装置の一例を示す概略構成図である。図１３において、陰イオンの検出装置１０は、電気再生式脱陽イオン装置１０ａと、脱塩室流出配管３２に配設される処理液の導電率又は比抵抗を測定する測定器１０ｂとからなり、電気再生式脱陽イオン装置１０ａは、陽極室１と陰極室２の間に、二枚のカチオン交換膜５、５で区画された陽イオン交換体３が充填される脱塩室４を備え、陽極室１、陰極室２及び脱塩室４には、それぞれ液の流入配管１１、２１、３１と流出配管１２、２２、３２が配設されている。 An anion detection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an anion detection device. In FIG. 13, the anion detection device 10 includes an electric regenerative decation ion device 10 a and a measuring instrument 10 b that measures the conductivity or specific resistance of the treatment liquid disposed in the desalination chamber outflow pipe 32. The electric regenerative decationization apparatus 10a includes a desalination chamber 4 in which a cation exchanger 3 partitioned by two cation exchange membranes 5 and 5 is filled between an anode chamber 1 and a cathode chamber 2. The anode chamber 1, the cathode chamber 2, and the desalting chamber 4 are provided with liquid inflow pipes 11, 21, 31 and outflow pipes 12, 22, 32, respectively.
図１３において、脱塩室４は、被処理液流入側にモノリスイオン交換体３５が、処理液流出側には球状陽イオン交換樹脂３６が、それぞれ、充填体積比率１：１で充填されている。すなわち、モノリスイオン交換体３５と球状陽イオン交換樹脂３６は通水方向にモノリスイオン交換体相と球状陽イオン交換樹脂層が積層された層状体である。モノリスイオン交換体とイオン交換樹脂との層状体は、モノリスイオン交換体がスポンジ状の一体構造物であるため、イオン交換樹脂と混ざることがなく、室内においてイオン交換膜等の区画手段を用いなくとも相状に充填できる。また、被処理水流入配管３１は脱塩室の陰極側のカチオン交換膜近傍に流入口がくるように付設され、処理水流出配管３２は脱塩室の陽極側のカチオン交換膜近傍であって、流入口から遠い側に流出口がくるように付設されている。これにより、直流電場の印加は、排除されるイオンが該陽イオン交換体内における通水方向に対して逆方向に泳動するため、被処理液中の陽イオンを確実に除去できる。また、陰極室流入配管２１は脱塩室流入配管３１から分岐しており、陽極室流入配管１１は測定器流出配管１６と接続している。 In FIG. 13, the desalting chamber 4 is filled with a monolith ion exchanger 35 on the treated liquid inflow side and a spherical cation exchange resin 36 on the treated liquid outflow side with a filling volume ratio of 1: 1, respectively. . That is, the monolith ion exchanger 35 and the spherical cation exchange resin 36 are layered bodies in which a monolith ion exchanger phase and a spherical cation exchange resin layer are laminated in the direction of water flow. The layered body of the monolithic ion exchanger and the ion exchange resin is a monolithic ion exchanger that is a sponge-like integral structure, so that it is not mixed with the ion exchange resin and does not use partition means such as an ion exchange membrane in the room. Both can be filled in phase. Further, the treated water inflow pipe 31 is attached so that the inlet is provided near the cation exchange membrane on the cathode side of the desalting chamber, and the treated water outflow pipe 32 is near the cation exchange membrane on the anode side of the desalination chamber. The outlet is attached to the side far from the inlet. As a result, the application of the DC electric field allows the ions to be eliminated to migrate in the direction opposite to the direction of water flow in the cation exchanger, so that the cations in the liquid to be treated can be reliably removed. Further, the cathode chamber inflow piping 21 is branched from the desalination chamber inflow piping 31, and the anode chamber inflow piping 11 is connected to the measuring device outflow piping 16.
図１３の陰イオンの検出装置１０において、被処理液が脱塩室４に流入すると、試料中に含まれるアンモニアやヒドラジン成分はカチオン交換体３に捕捉され、カチオン交換膜５を透過し、陰極室２に移動し、陰極水である試料液と共に系外へ排出される。陽極室１の陽極水は測定器１０ｂの流出水であり、これには水素イオン以外の陽イオン成分はなく陽極室１から脱塩室４へは水素イオン以外に移動はない。このため、処理水は水素イオン以外の陽イオン成分の混入はない。ここで、試料液に少量の塩化ナトリウムが混入した場合、例えば１ｍｇＮＨ３/ｌ中の数μｇＮａＣｌ/ｌの増加であるため、試料液自身の導電率はほとんど変化しない。一方、処理水はアンモニアやヒドラジンなどのカチオン成分は除去されるもののＣｌ−は除去されない。従って、導電率はＣｌ−が混入した分だけ変化する。この導電率は酸導電率の変化であるため、当該変化量は同当量のＮａＣｌの変化よりも大きい。なお、導電率は比抵抗の逆数であり、どちらを測定してもよい。 In the anion detection device 10 of FIG. 13, when the liquid to be treated flows into the desalting chamber 4, the ammonia and hydrazine components contained in the sample are captured by the cation exchanger 3 and permeate the cation exchange membrane 5 to form the cathode. It moves to the chamber 2 and is discharged out of the system together with the sample solution which is cathode water. The anode water in the anode chamber 1 is the effluent water of the measuring instrument 10b, which has no cation component other than hydrogen ions and does not move from the anode chamber 1 to the desalting chamber 4 other than hydrogen ions. For this reason, treated water does not contain cation components other than hydrogen ions. Here, when a small amount of sodium chloride is mixed in the sample solution, for example, an increase of several μg NaCl / l in 1 mg NH 3 / l, the conductivity of the sample solution itself hardly changes. On the other hand, treated water removes cation components such as ammonia and hydrazine, but does not remove Cl − . Therefore, the conductivity changes by the amount of Cl − mixed therein. Since this conductivity is a change in acid conductivity, the amount of change is greater than a change in the same equivalent NaCl. The conductivity is the reciprocal of the specific resistance, and either may be measured.
本発明の陰イオンの検出装置は、図１３の陰イオン検出装置に限定されず、例えば、前記の脱塩領域と液透過領域を備えた複合イオン交換体又は緻密層を備えた複合多孔質イオン交換体を使用すれば、二枚のカチオン交換膜の設置を省略することができ、更にコストを低減できる。また、脱塩室中、被処理液の流通方向は直流電場の印加が、排除されるイオンが該陽イオン交換体内における通水方向に対して直行方向であってもよい。また、陽極水は、陰イオン測定器の流出水ではなく、別途の配管から供給される純水であってもよい。 The anion detection device of the present invention is not limited to the anion detection device of FIG. 13, for example, the composite ion exchanger provided with the desalting region and the liquid permeation region or the composite porous ion provided with the dense layer. If an exchanger is used, the installation of two cation exchange membranes can be omitted, and the cost can be further reduced. Further, in the desalting chamber, the flow direction of the liquid to be treated may be a direct electric field applied, and the ions to be excluded may be perpendicular to the water flow direction in the cation exchanger. Further, the anode water may be pure water supplied from a separate pipe instead of the outflow water of the anion measuring device.
本発明の陰イオンの検出装置の電気再生式脱陽イオン装置の脱塩室の全部に多孔質陽イオン交換体、特に第１のモノリスイオン交換体または第２のモノリスイオン交換体を充填した場合、モノリス強度が高く、通水時の圧力損失を抑さえ、体積当たりのイオン交換容量を大きくとれ、消費電力を小さくできる。また、特開２００６−１６７５６８号に記載の弱塩基性成分吸着ゾーンを短くできる、安定して正確な常時監視が可能で、かつ構造が簡単で且つ小型化でき安価に製造できるという特有の効果はそのまま保持している。 When the entire desalination chamber of the electric regenerative decation apparatus of the anion detection apparatus of the present invention is filled with a porous cation exchanger, particularly the first monolith ion exchanger or the second monolith ion exchanger The monolith strength is high, the pressure loss during water flow can be suppressed, the ion exchange capacity per volume can be increased, and the power consumption can be reduced. In addition, the weak basic component adsorption zone described in JP-A-2006-167568 can be shortened, stable and accurate constant monitoring is possible, the structure is simple, the size can be reduced, and it can be manufactured at low cost. Hold it as it is.
また、更に被処理水流入側にモノリスを配置し、下流側に従来の粒状イオン交換樹脂を充填した場合、該モノリスの迅速な吸着とイオン排除を備えながら、粒状イオン交換樹脂の大きな充填体積当りの交換容量のために、発電所における定期点検時の満水保管後の立上げ運転時や、ＤＳＳ、ＷＳＳなどに伴う被処理水中の陽イオン流入量の変動に対しても、より安定した脱陽イオン処理を行うことが可能となる。 In addition, when a monolith is arranged on the treated water inflow side and a conventional granular ion exchange resin is filled on the downstream side, the monolith per a large filling volume of the granular ion exchange resin is provided with quick adsorption and ion exclusion of the monolith. Because of the exchange capacity of the plant, more stable decations are possible even during start-up operations after full water storage during periodic inspections at power stations and fluctuations in the amount of cation inflow in the treated water due to DSS, WSS, etc. Ion processing can be performed.
次に、実施例を挙げて、本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって本発明を制限するものではない。 EXAMPLES Next, although an Example is given and this invention is demonstrated more concretely, this is only an illustration and does not restrict | limit this invention.
＜第１のモノリスイオン交換体の製造（参考例１）＞
（Ｉ工程；モノリス中間体の製造）
スチレン１９．２ｇ、ジビニルベンゼン１．０ｇ、ソルビタンモノオレエート（以下ＳＭＯと略す）１．０ｇおよび２,２’-アゾビス（イソブチロニトリル）０．２６ｇを混合し、均一に溶解させた。次に，当該スチレン/ジビニルベンゼン/ＳＭＯ/２,２’-アゾビス（イソブチロニトリル）混合物をＴＨＦ１．８ｍｌを含有する１８０ｇの純水に添加し、遊星式撹拌装置である真空撹拌脱泡ミキサー（イーエムイー社製）を用いて５〜２０℃の温度範囲において減圧下撹拌して、油中水滴型エマルションを得た。このエマルションを反応容器に速やかに移し、密封後静置下で６０℃、２４時間重合させた。重合終了後、内容物を取り出し、イソプロパノールで抽出した後、減圧乾燥して、連続マクロポア構造を有するモノリス中間体を製造した。該モノリス中間体のマクロポアとマクロポアが重なる部分の開口（メソポア）の水銀圧入法により測定した平均直径は５６μｍ、全細孔容積は７．５ｍｌ／ｇであった。
<Production of first monolithic ion exchanger (Reference Example 1)>
(Step I; production of monolith intermediate)
19.2 g of styrene, 1.0 g of divinylbenzene, 1.0 g of sorbitan monooleate (hereinafter abbreviated as SMO) and 0.26 g of 2,2′-azobis (isobutyronitrile) were mixed and dissolved uniformly. Next, the styrene / divinylbenzene / SMO / 2,2′-azobis (isobutyronitrile) mixture is added to 180 g of pure water containing 1.8 ml of THF, and a vacuum stirring defoaming mixer which is a planetary stirring device. (EM Co., Ltd.) was used and stirred under reduced pressure in a temperature range of 5 to 20 ° C. to obtain a water-in-oil emulsion. This emulsion was quickly transferred to a reaction vessel, and after sealing, it was allowed to polymerize at 60 ° C. for 24 hours. After completion of the polymerization, the content was taken out, extracted with isopropanol, and then dried under reduced pressure to produce a monolith intermediate having a continuous macropore structure. The average diameter measured by the mercury intrusion method of the opening (mesopore) where the macropore and macropore of the monolith intermediate overlap was 56 μm, and the total pore volume was 7.5 ml / g.
（モノリスの製造）
次いで、スチレン４９．０ｇ、ジビニルベンゼン１．０ｇ、１-デカノール５０ｇ、２,２’-アゾビス（２,４-ジメチルバレロニトリル）０．５ｇを混合し、均一に溶解させた（ＩＩ工程）。次に上記モノリス中間体を外径７０ｍｍ、厚さ約２０ｍｍの円盤状に切断して、７．６ｇ分取した。分取したモノリス中間体を内径９０ｍｍの反応容器に入れ、当該スチレン/ジビニルベンゼン/１-デカノール/２,２’-アゾビス（２,４-ジメチルバレロニトリル）混合物に浸漬させ、減圧チャンバー中で脱泡した後、反応容器を密封し、静置下６０℃で２４時間重合させた。重合終了後、厚さ約３０ｍｍのモノリス状の内容物を取り出し、アセトンでソックスレー抽出した後、８５℃で一夜減圧乾燥した（ＩＩＩ工程）。
(Manufacture of monoliths)
Next, 49.0 g of styrene, 1.0 g of divinylbenzene, 50 g of 1-decanol, and 0.5 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) were mixed and dissolved uniformly (step II). Next, the monolith intermediate was cut into a disk shape having an outer diameter of 70 mm and a thickness of about 20 mm, and 7.6 g was collected. The separated monolith intermediate is put in a reaction vessel having an inner diameter of 90 mm, immersed in the styrene / divinylbenzene / 1-decanol / 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) mixture, and removed in a vacuum chamber. After bubbling, the reaction vessel was sealed and allowed to polymerize at 60 ° C. for 24 hours. After completion of the polymerization, the monolith-like contents having a thickness of about 30 mm were taken out, subjected to Soxhlet extraction with acetone, and then dried under reduced pressure at 85 ° C. overnight (step III).
このようにして得られたスチレン/ジビニルベンゼン共重合体よりなる架橋成分を１．３モル％含有したモノリス（乾燥体）の内部構造を、ＳＥＭにより観察した結果を図１に示す。図１のＳＥＭ画像は、モノリスを任意の位置で切断して得た切断面の任意の位置における画像である。図１から明らかなように、当該モノリスは連続マクロポア構造を有しており、連続マクロポア構造体を構成する骨格が比較例の図１２のものと比べて遥かに太く、また、骨格を構成する壁部の厚みが厚いものであった。 FIG. 1 shows the result of observing the internal structure of the monolith (dry body) containing 1.3 mol% of the crosslinking component composed of the styrene / divinylbenzene copolymer obtained by SEM as described above. The SEM image in FIG. 1 is an image at an arbitrary position on a cut surface obtained by cutting a monolith at an arbitrary position. As is clear from FIG. 1, the monolith has a continuous macropore structure, and the skeleton constituting the continuous macropore structure is much thicker than that of the comparative example of FIG. The thickness of the part was thick.
次ぎに、得られたモノリスを主観を排除して上記位置とは異なる位置で切断して得たＳＥＭ画像２点、都合３点から壁部の厚みと断面に表れる骨格部面積を測定した。壁部の厚みは１つのＳＥＭ写真から得た８点の平均であり、骨格部面積は画像解析により求めた。なお、壁部は前述の定義のものである。また、骨格部面積は３つのＳＥＭ画像の平均で示した。この結果、壁部の平均厚みは３０μｍ、断面で表れる骨格部面積はＳＥＭ画像中２８％であった。また、水銀圧入法により測定した当該モノリスの開口の平均直径は３１μｍ、全細孔容積は２．２ｍｌ/ｇであった。結果を表１及び表２にまとめて示す。表１中、仕込み欄は左から順に、ＩＩ工程で用いたビニルモノマー、架橋剤、Ｉ工程で得られたモノリス中間体、ＩＩ工程で用いた有機溶媒を示す。 Next, the thickness of the wall part and the area of the skeleton part appearing in the cross section were measured from two SEM images obtained by cutting the obtained monolith at a position different from the above position, excluding the subjectivity, and three convenient points. The wall thickness was an average of 8 points obtained from one SEM photograph, and the skeleton area was determined by image analysis. The wall portion has the above definition. Moreover, the skeleton part area was shown by the average of three SEM images. As a result, the average thickness of the wall portion was 30 μm, and the area of the skeleton portion represented by the cross section was 28% in the SEM image. Moreover, the average diameter of the opening of the monolith measured by mercury porosimetry was 31 μm, and the total pore volume was 2.2 ml / g. The results are summarized in Tables 1 and 2. In Table 1, the preparation column shows, in order from the left, the vinyl monomer used in Step II, the crosslinking agent, the monolith intermediate obtained in Step I, and the organic solvent used in Step II.
（モノリスカチオン交換体の製造）
上記の方法で製造したモノリスを、外径７０ｍｍ、厚み約１５ｍｍの円盤状に切断した。モノリスの重量は２７ｇであった。これにジクロロメタン１５００ｍｌを加え、３５℃で１時間加熱した後、１０℃以下まで冷却し、クロロ硫酸１４５ｇを徐々に加え、昇温して３５℃で２４時間反応させた。その後、メタノールを加え、残存するクロロ硫酸をクエンチした後、メタノールで洗浄してジクロロメタンを除き、更に純水で洗浄して連続マクロポア構造を有するモノリスカチオン交換体を得た。
(Production of monolith cation exchanger)
The monolith produced by the above method was cut into a disk shape having an outer diameter of 70 mm and a thickness of about 15 mm. The weight of the monolith was 27 g. To this, 1500 ml of dichloromethane was added and heated at 35 ° C. for 1 hour, then cooled to 10 ° C. or lower, 145 g of chlorosulfuric acid was gradually added, and the temperature was raised and reacted at 35 ° C. for 24 hours. Thereafter, methanol was added to quench the remaining chlorosulfuric acid, which was then washed with methanol to remove dichloromethane and further washed with pure water to obtain a monolith cation exchanger having a continuous macropore structure.
得られたカチオン交換体の反応前後の膨潤率は１．７倍であり、体積当りのイオン交換容量は、水湿潤状態で０．６７ｍｇ当量/ｍｌであった。水湿潤状態での有機多孔質イオン交換体の開口の平均直径を、有機多孔質体の値と水湿潤状態のカチオン交換体の膨潤率から見積もったところ５４μｍであり、モノリスと同様の方法で求めた骨格を構成する壁部の平均厚みは５０μｍ、骨格部面積はＳＥＭ写真の写真領域中２８％、全細孔容積は２．２ｍｌであった。また、該モノリスカチオン交換体のナトリウムイオンに関するイオン交換帯長さは、ＬＶ=２０ｍ/ｈにおいて２２ｍｍであった。また、水を透過させた際の圧力損失の指標である差圧係数は、０．０１６ＭＰａ/ｍ・ＬＶであった。その結果を表２にまとめて示す。 The swelling rate before and after the reaction of the obtained cation exchanger was 1.7 times, and the ion exchange capacity per volume was 0.67 mg equivalent / ml in a water-wet state. The average diameter of the openings of the organic porous ion exchanger in the water wet state was estimated from the value of the organic porous body and the swelling ratio of the cation exchanger in the water wet state, and was 54 μm, and was obtained by the same method as for the monolith. The average thickness of the walls constituting the skeleton was 50 μm, the skeleton area was 28% in the photographic region of the SEM photograph, and the total pore volume was 2.2 ml. Moreover, the ion exchange zone length regarding the sodium ion of this monolith cation exchanger was 22 mm in LV = 20 m / h. The differential pressure coefficient, which is an index of pressure loss when water is permeated, was 0.016 MPa / m · LV. The results are summarized in Table 2.
次に、モノリスカチオン交換体中のスルホン酸基の分布状態を確認するため、ＥＰＭＡにより硫黄原子の分布状態を観察した。結果を図２及び図３に示す。図２は硫黄原子のカチオン交換体の表面における分布状態を示したものであり、図３は硫黄原子のカチオン交換体の断面（厚み）方向における分布状態を示したものである。図２及び図３より、スルホン酸基はカチオン交換体の骨格表面及び骨格内部（断面方向）にそれぞれ均一に導入されていることがわかる。 Next, in order to confirm the distribution state of the sulfonic acid group in the monolith cation exchanger, the distribution state of sulfur atoms was observed by EPMA. The results are shown in FIGS. FIG. 2 shows a distribution state of sulfur atoms on the surface of the cation exchanger, and FIG. 3 shows a distribution state of sulfur atoms in the cross-section (thickness) direction of the cation exchanger. 2 and 3, it can be seen that the sulfonic acid groups are uniformly introduced into the surface of the cation exchanger and inside the skeleton (cross-sectional direction).
＜第１のモノリスイオン交換体の製造（参考例２〜１１）＞
（モノリスの製造）
スチレンの使用量、架橋剤の種類と使用量、有機溶媒の種類と使用量、スチレン及びジビニルベンゼン含浸重合時に共存させるモノリス中間体の多孔構造、架橋密度および使用量を表１に示す配合量に変更した以外は、参考例１と同様の方法でモノリスを製造した。その結果を表１及び表２に示す。なお、参考例２〜１１のＳＥＭ画像（不図示）及び表２から、参考例２〜１１のモノリスの開口の平均直径は２２〜７０μｍと大きく、骨格を構成する壁部の平均厚みも２５〜５０μｍと厚く、骨格部面積はＳＥＭ画像領域中２６〜４４％と骨太のモノリスであった。
<Production of first monolith ion exchanger (Reference Examples 2 to 11)>
(Manufacture of monoliths)
Table 1 shows the amount of styrene used, the type and amount of crosslinking agent, the type and amount of organic solvent, the porous structure of the monolith intermediate coexisting during styrene and divinylbenzene impregnation polymerization, the crosslinking density and the amount used. A monolith was produced in the same manner as in Reference Example 1 except for the change. The results are shown in Tables 1 and 2. In addition, from the SEM images (not shown) of Reference Examples 2 to 11 and Table 2, the average diameter of the openings of the monoliths of Reference Examples 2 to 11 is as large as 22 to 70 μm, and the average thickness of the walls constituting the skeleton is also 25 to 25 mm. It was as thick as 50 μm, and the skeletal area was 26-44% in the SEM image area, and it was a monolith of bone.
（モノリスカチオン交換体の製造）
上記の方法で製造したモノリスを、それぞれ参考例１と同様の方法でクロロ硫酸と反応させ、連続マクロポア構造を有するモノリスカチオン交換体を製造した。その結果を表２に示す。参考例２〜１１のモノリスカチオン交換体の開口の平均直径は４６〜１３８μｍであり、骨格を構成する壁部の平均厚みも４５〜１１０μｍと厚く、骨格部面積はＳＥＭ画像領域中２６〜４４％であり、イオン交換帯長さも従来のものよりも短く、差圧係数も低い値を示した。また、体積当りの交換容量も大きな値を示した。また、参考例８のモノリスカチオン交換体については、機械的特性の評価も行なった。
(Production of monolith cation exchanger)
The monolith produced by the above method was reacted with chlorosulfuric acid in the same manner as in Reference Example 1 to produce a monolith cation exchanger having a continuous macropore structure. The results are shown in Table 2. The average diameters of the openings of the monolith cation exchangers of Reference Examples 2 to 11 are 46 to 138 μm, the average thickness of the wall portion constituting the skeleton is also as thick as 45 to 110 μm, and the skeleton area is 26 to 44% in the SEM image region. The ion exchange zone length was shorter than the conventional one, and the differential pressure coefficient was low. The exchange capacity per volume also showed a large value. The monolith cation exchanger of Reference Example 8 was also evaluated for mechanical properties.
（モノリスカチオン交換体の機械的特性評価）
参考例８で得られたモノリスカチオン交換体を、水湿潤状態で４ｍｍ×５ｍｍ×１０ｍｍの短冊状に切り出し、引張強度試験の試験片とした。この試験片を引張試験機に取り付け、ヘッドスピードを０．５ｍｍ/分に設定し、水中、２５℃にて試験を行った。その結果、引張強度は４５ｋＰａであり、従来のモノリスカチオン交換体に比べて格段に大きな値を示した。また、引張破断伸びは２５％であり、従来のモノリスカチオン交換体よりも大きな値であった。
(Mechanical property evaluation of monolith cation exchanger)
The monolith cation exchanger obtained in Reference Example 8 was cut into a strip of 4 mm × 5 mm × 10 mm in a wet state, and used as a test piece for a tensile strength test. The test piece was attached to a tensile tester, the head speed was set to 0.5 mm / min, and the test was performed at 25 ° C. in water. As a result, a tensile strength of the 4 5 kP a, showed a much larger value as compared with conventional monolithic cation exchanger. Further, the tensile elongation at break was 25%, which was a value larger than that of the conventional monolith cation exchanger.
＜第２のモノリスイオン交換体の製造（参考例１２）＞
（Ｉ工程；モノリス中間体の製造）
スチレン５．４ｇ、ジビニルベンゼン０．１７ｇ、ソルビタンモノオレエート（以下ＳＭＯと略す）１．４ｇおよび２,２’-アゾビス（イソブチロニトリル）０．２６ｇを混合し、均一に溶解させた。次に、当該スチレン/ジビニルベンゼン/ＳＭＯ/２,２’-アゾビス（イソブチロニトリル）混合物を１８０ｇの純水に添加し、遊星式撹拌装置である真空撹拌脱泡ミキサー（イーエムイー社製）を用いて５〜２０℃の温度範囲において減圧下撹拌して、油中水滴型エマルションを得た。このエマルションを速やかに反応容器に移し、密封後静置下で６０℃、２４時間重合させた。重合終了後、内容物を取り出し、メタノールで抽出した後、減圧乾燥して、連続マクロポア構造を有するモノリス中間体を製造した。このようにして得られたモノリス中間体（乾燥体）の内部構造をＳＥＭ画像（図７）により観察したところ、隣接する２つのマクロポアを区画する壁部は極めて細く棒状であるものの、連続気泡構造を有しており、水銀圧入法により測定したマクロポアとマクロポアが重なる部分の開口（メソポア）の平均直径は７０μｍ、全細孔容積は２１．０ｍｌ/ｇであった。
<Production of Second Monolith Ion Exchanger (Reference Example 12)>
(Step I; production of monolith intermediate)
5.4 g of styrene, 0.17 g of divinylbenzene, 1.4 g of sorbitan monooleate (hereinafter abbreviated as SMO) and 0.26 g of 2,2′-azobis (isobutyronitrile) were mixed and dissolved uniformly. Next, the styrene / divinylbenzene / SMO / 2,2′-azobis (isobutyronitrile) mixture was added to 180 g of pure water, and a vacuum stirring defoaming mixer (manufactured by EM Co.) as a planetary stirring device. Was used under reduced pressure in a temperature range of 5 to 20 ° C. to obtain a water-in-oil emulsion. This emulsion was quickly transferred to a reaction vessel and allowed to polymerize at 60 ° C. for 24 hours in a static state after sealing. After completion of the polymerization, the content was taken out, extracted with methanol, and then dried under reduced pressure to produce a monolith intermediate having a continuous macropore structure. When the internal structure of the monolith intermediate (dry body) obtained in this way was observed with an SEM image (FIG. 7), the wall portion separating two adjacent macropores was very thin and rod-shaped, but the open cell structure The average diameter of the openings (mesopores) where the macropores overlap with each other as measured by the mercury intrusion method was 70 μm, and the total pore volume was 21.0 ml / g.
（共連続構造モノリスの製造）
次いで、スチレン７６．０ｇ、ジビニルベンゼン４．０ｇ、１-デカノール１２０ｇ、２,２’-アゾビス（２,４-ジメチルバレロニトリル）０．８ｇを混合し、均一に溶解させた（ＩＩ工程）。次に上記モノリス中間体を直径７０ｍｍ、厚さ約４０ｍｍの円盤状に切断して４．１ｇを分取した。分取したモノリス中間体を内径７５ｍｍの反応容器に入れ、当該スチレン/ジビニルベンゼン/1-デカノール/２,２’-アゾビス（２,４-ジメチルバレロニトリル）混合物に浸漬させ、減圧チャンバー中で脱泡した後、反応容器を密封し、静置下６０℃で２４時間重合させた。重合終了後、厚さ約６０ｍｍのモノリス状の内容物を取り出し、アセトンでソックスレー抽出した後、８５℃で一夜減圧乾燥した（ＩＩＩ工程）。
(Manufacture of monocontinuous monolith)
Subsequently, 76.0 g of styrene, 4.0 g of divinylbenzene, 120 g of 1-decanol, and 0.8 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) were mixed and dissolved uniformly (step II). Next, the monolith intermediate was cut into a disk shape having a diameter of 70 mm and a thickness of about 40 mm to fractionate 4.1 g. The separated monolith intermediate is placed in a reaction vessel having an inner diameter of 75 mm, immersed in the styrene / divinylbenzene / 1-decanol / 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) mixture, and removed in a vacuum chamber. After bubbling, the reaction vessel was sealed and allowed to polymerize at 60 ° C. for 24 hours. After completion of the polymerization, the monolithic contents having a thickness of about 60 mm were taken out, subjected to Soxhlet extraction with acetone, and then dried under reduced pressure at 85 ° C. overnight (step III).
このようにして得られたスチレン/ジビニルベンゼン共重合体よりなる架橋成分を３．２モル％含有したモノリス（乾燥体）の内部構造をＳＥＭにより観察したところ、当該モノリスは骨格及び空孔はそれぞれ３次元的に連続し、両相が絡み合った共連続構造であった。また、ＳＥＭ画像から測定した骨格の太さは１０μｍであった。また、水銀圧入法により測定した当該モノリスの三次元的に連続した空孔の大きさは１７μｍ、全細孔容積は２．９ｍｌ/ｇであった。その結果を表３及び４にまとめて示す。表４中、骨格の太さは
骨格の直径で表した。
When the internal structure of the monolith (dry body) containing 3.2 mol% of the crosslinking component composed of the styrene / divinylbenzene copolymer obtained in this way was observed by SEM, the monolith had a skeleton and pores, respectively. It was a three-dimensional continuous structure with both phases intertwined. Moreover, the thickness of the skeleton measured from the SEM image was 10 μm. Further, the size of the three-dimensionally continuous pores of the monolith measured by mercury porosimetry was 17 μm, and the total pore volume was 2.9 ml / g. The results are summarized in Tables 3 and 4. In Table 4, the thickness of the skeleton was represented by the diameter of the skeleton.
（共連続構造モノリス状カチオン交換体の製造）
上記の方法で製造したモノリスを、直径７５ｍｍ、厚み約１５ｍｍの円盤状に切断した。モノリスの重量は１８ｇであった。これにジクロロメタン１５００ｍｌを加え、３５℃で１時間加熱した後、１０℃以下まで冷却し、クロロ硫酸９９ｇを徐々に加え、昇温して３５℃で２４時間反応させた。その後、メタノールを加え、残存するクロロ硫酸をクエンチした後、メタノールで洗浄してジクロロメタンを除き、更に純水で洗浄して共連続構造を有するモノリスカチオン交換体を得た。
(Production of co-continuous monolithic cation exchanger)
The monolith produced by the above method was cut into a disk shape having a diameter of 75 mm and a thickness of about 15 mm. The weight of the monolith was 18 g. To this was added 1500 ml of dichloromethane, heated at 35 ° C. for 1 hour, cooled to 10 ° C. or lower, gradually added 99 g of chlorosulfuric acid, heated up and reacted at 35 ° C. for 24 hours. Thereafter, methanol was added to quench the remaining chlorosulfuric acid, which was then washed with methanol to remove dichloromethane and further washed with pure water to obtain a monolith cation exchanger having a co-continuous structure.
得られたカチオン交換体を一部切り出し、乾燥させた後、その内部構造をＳＥＭにより観察したところ、当該モノリスカチオン体は共連続構造を維持していることを確認した。そのＳＥＭ画像を図８に示す。また、該カチオン交換体の反応前後の膨潤率は１．４倍であり、体積当りのイオン交換容量は水湿潤状態で０．７４ｍｇ当量/ｍｌであった。水湿潤状態でのモノリスの連続空孔の大きさを、モノリスの値と水湿潤状態のカチオン交換体の膨潤率から見積もったところ２４μｍであり、骨格の直径は１４μｍ、全細孔容積は２．９ｍｌ/ｇであった。 A part of the obtained cation exchanger was cut out and dried, and then its internal structure was observed by SEM. As a result, it was confirmed that the monolith cation body maintained a co-continuous structure. The SEM image is shown in FIG. Moreover, the swelling ratio before and after the reaction of the cation exchanger was 1.4 times, and the ion exchange capacity per volume was 0.74 mg equivalent / ml in a water-wet state. The size of the continuous pores of the monolith in the water wet state was estimated from the value of the monolith and the swelling ratio of the cation exchanger in the water wet state to be 24 μm, the skeleton diameter was 14 μm, and the total pore volume was 2. It was 9 ml / g.
また、水を透過させた際の圧力損失の指標である差圧係数は、０．０５２ＭＰａ/ｍ・ＬＶであった。更に、該モノリスカチオン交換体のナトリウムイオンに関するイオン交換帯長さを測定したところ、ＬＶ=２０ｍ/ｈにおけるイオン交換帯長さは１６ｍｍであり、市販の強酸性カチオン交換樹脂であるアンバーライトＩＲ１２０Ｂ（ロームアンドハース社製）の値（３２０ｍｍ）に比べて圧倒的に短いばかりでなく、従来の連続気泡構造を有するモノリス状多孔質カチオン交換体の値に比べても短かった。その結果を表４にまとめて示す。 The differential pressure coefficient, which is an index of pressure loss when water is permeated, was 0.052 MPa / m · LV. Furthermore, when the ion exchange zone length for sodium ions of the monolith cation exchanger was measured, the ion exchange zone length at LV = 20 m / h was 16 mm. Amberlite IR120B (a commercially available strong acid cation exchange resin) It was not only overwhelmingly shorter than the value (320 mm) manufactured by Rohm and Haas, but also shorter than the value of the monolithic porous cation exchanger having a conventional open cell structure. The results are summarized in Table 4.
次に、モノリスカチオン交換体中のスルホン酸基の分布状態を確認するため、ＥＰＭＡにより硫黄原子の分布状態を観察した。その結果を図９及び図１０に示す。図９及び図１０共に、左右の写真はそれぞれ対応している。図９は硫黄原子のカチオン交換体の表面における分布状態を示したものであり、図１０は硫黄原子のカチオン交換体の断面（厚み）方向における分布状態を示したものである。図９左側の写真中、左右傾斜して延びるものが骨格部であり、図１０左側の写真中、２つの円形状は骨格の断面である。図９及び図１０より、スルホン酸基はカチオン交換体の骨格表面及び骨格内部（断面方向）にそれぞれ均一に導入されていることがわかる。 Next, in order to confirm the distribution state of the sulfonic acid group in the monolith cation exchanger, the distribution state of sulfur atoms was observed by EPMA. The results are shown in FIGS. 9 and 10, the left and right photographs correspond to each other. FIG. 9 shows a distribution state of sulfur atoms on the surface of the cation exchanger, and FIG. 10 shows a distribution state of sulfur atoms in the cross-section (thickness) direction of the cation exchanger. In the photograph on the left side of FIG. 9, a part extending in a horizontal direction is a skeleton part, and in the photograph on the left side of FIG. 10, two circular shapes are cross sections of the skeleton. 9 and 10, it can be seen that the sulfonic acid groups are uniformly introduced into the surface of the cation exchanger and inside the skeleton (cross-sectional direction).
＜第２のモノリスイオン交換体の製造（参考例１３〜１５）＞
（共連続構造を有するモノリスの製造）
スチレンの使用量、架橋剤の使用量、有機溶媒の使用量、スチレン及びジビニルベンゼン含浸重合時に共存させるモノリス中間体の多孔構造、架橋密度及び使用量を表３に示す配合量に変更した以外は、参考例１２と同様の方法で共連続構造を有するモノリスを製造した。なお、参考例１５は内径７５ｍｍの反応容器に代えて、内径１１０ｍｍの反応容器を用いた以外は、参考例１２と同様の方法で行ったものである。その結果を表３及び表４に示す。
<Production of Second Monolith Ion Exchanger (Reference Examples 13 to 15)>
(Manufacture of monolith with co-continuous structure)
Except for changing the amount of styrene used, the amount of crosslinking agent used, the amount of organic solvent used, the porous structure of the monolith intermediate coexisting during styrene and divinylbenzene impregnation polymerization, the crosslinking density and the amount used as shown in Table 3. A monolith having a co-continuous structure was produced in the same manner as in Reference Example 12. Reference Example 15 was carried out in the same manner as Reference Example 12 except that a reaction vessel having an inner diameter of 110 mm was used instead of the reaction vessel having an inner diameter of 75 mm. The results are shown in Tables 3 and 4.
（共連続構造を有するモノリスカチオン交換体の製造）
上記の方法で製造したモノリスを、それぞれ参考例１２と同様の方法でクロロ硫酸と反応させ、共連続構造を有するモノリスカチオン交換体を製造した。その結果を表４に示す。また、得られた共連続構造を有するモノリスカチオン交換体の内部構造は、不図示のＳＥＭ画像及び表４から参考例１３〜１５で得られたモノリスカチオン交換体はイオン交換帯長さは従来のものより短く、差圧係数も低い値を示した。また、単位体積当りの交換容量も従来のものより大きな値を示した。また、参考例１３のモノリスカチオン交換体については、機械的特性の評価も行なった。
(Production of monolith cation exchanger having a co-continuous structure)
The monolith produced by the above method was reacted with chlorosulfuric acid in the same manner as in Reference Example 12 to produce a monolith cation exchanger having a co-continuous structure. The results are shown in Table 4. In addition, the internal structure of the obtained monolithic cation exchanger having a co-continuous structure is as follows. The monolithic cation exchanger obtained in Reference Examples 13 to 15 from the SEM image (not shown) and Table 4 has a conventional ion exchange zone length It was shorter than that and the differential pressure coefficient was low. In addition, the exchange capacity per unit volume was larger than the conventional one. The monolith cation exchanger of Reference Example 13 was also evaluated for mechanical properties.
（モノリスカチオン交換体の機械的特性評価）
参考例１３で得られたモノリスカチオン交換体を、水湿潤状態で４ｍｍ×５ｍｍ×１０ｍｍの短冊状に切り出し、引張強度試験の試験片とした。この試験片を引張試験機に取り付け、ヘッドスピードを０．５ｍｍ/分に設定し、水中、２５℃にて試験を行った。その結果、引張強度は２３ｋＰａであり、従来のモノリスカチオン交換体に比べて格段に大きな値を示した。また、引張破断伸びは５０％であり、従来のモノリスカチオン交換体よりも大きな値であった。
(Mechanical property evaluation of monolith cation exchanger)
The monolith cation exchanger obtained in Reference Example 13 was cut into a strip of 4 mm × 5 mm × 10 mm in a wet state of water and used as a test piece for a tensile strength test. The test piece was attached to a tensile tester, the head speed was set to 0.5 mm / min, and the test was performed at 25 ° C. in water. As a result, a tensile strength of the 2 3 kp a, showed a much larger value as compared with conventional monolithic cation exchanger. Further, the tensile elongation at break was 50%, which was a value larger than that of the conventional monolith cation exchanger.
参考例１６
（連続マクロポア構造を有するモノリス状有機多孔質体（公知品）の製造）
特開２００２−３０６９７６号記載の製造方法に準拠して連続マクロポア構造を有するモノリス状有機多孔質体を製造した。すなわち、スチレン１９．２ｇ、ジビニルベンゼン１．０ｇ、ＳＭＯ１．０ｇおよび２,２’-アゾビス（イソブチロニトリル）０．２６ｇを混合し、均一に溶解させた。次に，当該スチレン/ジビニルベンゼン/ＳＭＯ/２,２’-アゾビス（イソブチロニトリル）混合物を１８０ｇの純水に添加し、遊星式撹拌装置である真空撹拌脱泡ミキサー（イーエムイー社製）を用いて５〜２０℃の温度範囲において減圧下撹拌して、油中水滴型エマルションを得た。このエマルションを反応容器に速やかに移し、密封後静置下で６０℃、２４時間重合させた。重合終了後、内容物を取り出し、イソプロパノールで抽出した後、減圧乾燥して、連続マクロポア構造を有するモノリス状有機多孔質体を製造した。
Reference Example 16
(Manufacture of monolithic organic porous material having a continuous macropore structure (known product))
A monolithic organic porous body having a continuous macropore structure was produced according to the production method described in JP-A-2002-306976. That is, 19.2 g of styrene, 1.0 g of divinylbenzene, 1.0 g of SMO and 0.26 g of 2,2′-azobis (isobutyronitrile) were mixed and dissolved uniformly. Next, the styrene / divinylbenzene / SMO / 2,2′-azobis (isobutyronitrile) mixture is added to 180 g of pure water, and a vacuum stirring defoaming mixer (manufactured by EM Corp.) which is a planetary stirring device. Was used under reduced pressure in a temperature range of 5 to 20 ° C. to obtain a water-in-oil emulsion. This emulsion was quickly transferred to a reaction vessel, and after sealing, it was allowed to polymerize at 60 ° C. for 24 hours. After completion of the polymerization, the content was taken out, extracted with isopropanol, and then dried under reduced pressure to produce a monolithic organic porous body having a continuous macropore structure.
このようにして得られたスチレン／ジビニルベンゼン共重合体よりなる架橋成分を３．３モル％含有した有機多孔質体の内部構造を表すＳＥＭは、図１２と同様の構造であった。図１２から明らかなように、当該有機多孔質体は連続マクロポア構造を有しているが、連続マクロポア構造体の骨格を構成する壁部の厚みは実施例に比べて薄く、また、ＳＥＭ画像から測定した壁部の平均厚みは５μｍ、骨格部面積はＳＥＭ画像領域中１０％であった。また、水銀圧入法により測定した当該有機多孔質体の開口の平均直径は２９μｍ、全細孔容積は、８．６ｍｌ/ｇであった。その結果を表５にまとめて示す。表１、２及び５中、メソポア直径は開口の平均直径を意味する。また、表１〜５中、厚み、骨格直径、空孔の値はそれぞれ平均を示す。 The SEM representing the internal structure of the organic porous material containing 3.3 mol% of the crosslinking component composed of the styrene / divinylbenzene copolymer thus obtained had the same structure as FIG. As is clear from FIG. 12, the organic porous body has a continuous macropore structure, but the thickness of the wall portion constituting the skeleton of the continuous macropore structure is thinner than that of the example, and from the SEM image The measured wall thickness average thickness was 5 μm, and the skeleton area was 10% in the SEM image area. Moreover, the average diameter of the opening of the organic porous material measured by mercury porosimetry was 29 μm, and the total pore volume was 8.6 ml / g. The results are summarized in Table 5. In Tables 1, 2 and 5, the mesopore diameter means the average diameter of the openings. Moreover, in Tables 1-5, the value of thickness, skeleton diameter, and a void | hole each shows an average.
（連続マクロポア構造を有するモノリス状有機多孔質カチオン交換体（公知品）の製造）
上記の方法で製造した有機多孔質体を、外径７０ｍｍ、厚み約１５ｍｍの円盤状に切断した。有機多孔質体の重量は６ｇであった。これにジクロロメタン１０００ｍｌを加え、３５℃で１時間加熱した後、１０℃以下まで冷却し、クロロ硫酸３０ｇを徐々に加え、昇温して３５℃で２４時間反応させた。その後、メタノールを加え、残存するクロロ硫酸をクエンチした後、メタノールで洗浄してジクロロメタンを除き、更に純水で洗浄して連続マクロポア構造を有するモノリス状多孔質カチオン交換体を得た。得られたカチオン交換体の反応前後の膨潤率は１．６倍であり、体積当りのイオン交換容量は、水湿潤状態で０．２２ｍｇ当量/ｍｌと参考例１〜１５に比べて小さな値を示した。水湿潤状態での有機多孔質イオン交換体のメソポアの平均直径を、有機多孔質体の値と水湿潤状態のカチオン交換体の膨潤率から見積もったところ４６μｍであり、骨格を構成する壁部の平均厚み８μｍ、骨格部面積はＳＥＭ画像領域中１０％、全細孔容積は、８．６ｍｌ/ｇであった。また、水を透過させた際の圧力損失の指標である差圧係数は、０．０１３ＭＰａ/ｍ・ＬＶであった。結果を表５にまとめて示す。また、参考例１５で得られたモノリスカチオン交換体については、機械的特性の評価も行なった。
(Production of monolithic organic porous cation exchanger having a continuous macropore structure (known product))
The organic porous body produced by the above method was cut into a disk shape having an outer diameter of 70 mm and a thickness of about 15 mm. The weight of the organic porous material was 6 g. To this was added 1000 ml of dichloromethane, and the mixture was heated at 35 ° C. for 1 hour, then cooled to 10 ° C. or less, 30 g of chlorosulfuric acid was gradually added, and the temperature was raised and reacted at 35 ° C. for 24 hours. Thereafter, methanol was added to quench the remaining chlorosulfuric acid, which was washed with methanol to remove dichloromethane and further washed with pure water to obtain a monolithic porous cation exchanger having a continuous macropore structure. The swelling ratio before and after the reaction of the obtained cation exchanger was 1.6 times, and the ion exchange capacity per volume was 0.22 mg equivalent / ml in a water-wet state, which was a small value compared to Reference Examples 1-15. Indicated. The average diameter of the mesopores of the organic porous ion exchanger in the water wet state was 46 μm as estimated from the value of the organic porous body and the swelling ratio of the cation exchanger in the water wet state. The average thickness was 8 μm, the skeleton part area was 10% in the SEM image area, and the total pore volume was 8.6 ml / g. The differential pressure coefficient, which is an index of pressure loss when water is permeated, was 0.013 MPa / m · LV. The results are summarized in Table 5. The monolith cation exchanger obtained in Reference Example 15 was also evaluated for mechanical properties.
（従来のモノリスカチオン交換体の機械的特性評価）
参考例１６で得られたモノリスカチオン交換体について、参考例８の評価方法と同様の方法で引張試験を行った。その結果、引張強度、引張弾性率はそれぞれ２８ｋＰａ、１２ｋＰａであり、参考例８のモノリスカチオン交換体に比べて低い値であった。また、引張破断伸びも１７％であり、本発明のモノリスカチオン交換体よりも小さかった。
(Mechanical property evaluation of conventional monolith cation exchanger)
The monolith cation exchanger obtained in Reference Example 16 was subjected to a tensile test by the same method as the evaluation method of Reference Example 8. As a result, the tensile strength and the tensile modulus were 28 kPa and 12 kPa, respectively, which were lower than the monolith cation exchanger of Reference Example 8. The tensile elongation at break was 17%, which was smaller than that of the monolith cation exchanger of the present invention.
参考例１７〜１９
（連続マクロポア構造を有するモノリス状有機多孔質体の製造）
スチレンの使用量、ジビニルベンゼンの使用量、ＳＭＯの使用量を表５に示す配合量に変更した以外は、参考例１６と同様の方法で、従来技術により連続マクロポア構造を有するモノリス状有機多孔質体を製造した。結果を表５に示す。また、参考例１９のモノリスの内部構造は不図示のＳＥＭにより観察した。なお、参考例１９は全細孔容積を最小とする条件であり、油相部に対してこれ以下の水の配合では、開口が形成できない。参考例１７〜１９のモノリスはいずれも、開口径が９〜１８μｍと小さく、骨格を構成する壁部の平均厚みも１５μｍと薄く、また、骨格部面積はＳＥＭ画像領域中最大でも２２％と少なかった。
Reference Examples 17-19
(Manufacture of monolithic organic porous body having continuous macropore structure)
A monolithic organic porous material having a continuous macropore structure in the same manner as in Reference Example 16 except that the amount of styrene used, the amount of divinylbenzene, and the amount of SMO used are changed to the amounts shown in Table 5. The body was manufactured. The results are shown in Table 5. Further, the internal structure of the monolith of Reference Example 19 was observed with an SEM (not shown). Reference Example 19 is a condition for minimizing the total pore volume, and an opening cannot be formed when the water content is less than that of the oil phase portion. Each of the monoliths of Reference Examples 17 to 19 has an opening diameter as small as 9 to 18 μm, the average thickness of the wall part constituting the skeleton is as thin as 15 μm, and the skeleton part area is as small as 22% at the maximum in the SEM image region. It was.
（連続マクロポア構造を有するモノリス状有機多孔質カチオン交換体の製造）
上記の方法で製造した有機多孔質体を、参考例１６と同様の方法でクロロ硫酸と反応させ、連続マクロポア構造を有するモノリス状多孔質カチオン交換体を製造した。結果を表５に示す。開口直径を大きくしようとすると壁部の厚みが小さくなったり、骨格が細くなったりする。一方、壁部を厚くしたり、骨格を太くしようとすると開口の直径が減少する傾向が認められた。その結果、差圧係数を低く押さえると体積当りのイオン交換容量が減少し、イオン交換容量を大きくすると差圧係数が増大した。
(Production of monolithic organic porous cation exchanger having a continuous macropore structure)
The organic porous material produced by the above method was reacted with chlorosulfuric acid in the same manner as in Reference Example 16 to produce a monolithic porous cation exchanger having a continuous macropore structure. The results are shown in Table 5. If the opening diameter is increased, the thickness of the wall portion is reduced or the skeleton is reduced. On the other hand, when the wall portion was made thicker or the skeleton was made thicker, the diameter of the opening tended to decrease. As a result, when the differential pressure coefficient was kept low, the ion exchange capacity per volume decreased, and when the ion exchange capacity was increased, the differential pressure coefficient increased.
なお、参考例１〜１１及び参考例１６〜１９で製造したモノリスイオン交換体について、差圧係数と体積当りのイオン交換容量の関係を図４に示した。図４から明らかなように、参考例１〜１１に対して公知の参考例１６〜１９は差圧係数とイオン交換容量のバランスが悪いことがわかる。一方、参考例１〜１１は体積当りのイオン交換容量が大きく、更に差圧係数も低いことがわかる。 In addition, about the monolith ion exchanger manufactured by Reference Examples 1-11 and Reference Examples 16-19, the relationship between a differential pressure coefficient and the ion exchange capacity per volume was shown in FIG. As is apparent from FIG. 4, it can be seen that the known reference examples 16 to 19 have a poor balance between the differential pressure coefficient and the ion exchange capacity with respect to the reference examples 1 to 11. On the other hand, it is understood that Reference Examples 1 to 11 have a large ion exchange capacity per volume and a low differential pressure coefficient.
参考例２０
スチレン２７．７ｇ、ジビニルベンゼン６．９ｇ、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＢＩＢＮ）０．１４ｇ及びソルビタンモノオレエート３．８ｇを混合し、均一に溶解させた。次に、当該スチレン/ジビニルベンゼン/アゾビスイソブチロニトリル/ソルビタンモノオレエート混合物を４５０ｍｌの純水に添加し、ホモジナイザーを用いて２万回転/分で２分間攪拌し、油中水滴型エマルジョンを得た。乳化終了後、油中水滴型エマルジョンをステンレス製のオートクレーブに移し、窒素で十分置換した後密封し、静置下６０℃で２４時間重合させた。重合終了後、内容物を取り出し、イソプロパノールで１８時間ソックスレー抽出し、未反応モノマーとソルビタンモノオレエートを除去した後、４０℃で一昼夜減圧乾燥した。このようにして得られたスチレン/ジビニルベンゼン共重合体よりなる架橋成分を１４モル％含有した有機多孔質体１１．５ｇを分取し、ジクロロエタン８００ｍｌを加え、６０℃で３０分加熱した後、室温まで冷却し、クロロ硫酸５９．１ｇを徐々に加え、室温で２４時間反応させた。その後、酢酸を加え、多量の水中に反応物を投入し、水洗、乾燥して多孔質カチオン交換体を得た。この多孔質体のイオン交換容量は、乾燥多孔質体換算で４．４ｍｇ当量/ｇ、湿潤体積換算で、０．３２ｍｇ当量／ｍｌであり、ＥＰＭＡを用いた硫黄原子のマッピングにより、スルホン酸基が多孔質体に均一に導入されていることを確認した。また、ＳＥＭ観察の結果、この有機多孔質体の内部構造は連続気泡構造を有しており、平均径３０μｍのマクロポアの大部分が重なり合い、マクロポアとマクロポアの重なりで形成されるメソポアの孔径は５μｍであり、全細孔容積は、１０
．１ｍｌ/ｇ、ＢＥＴ比表面積は１０ｍ２/ｇであった。
Reference Example 20
27.7 g of styrene, 6.9 g of divinylbenzene, 0.14 g of azobisisobutyronitrile (ABIBN) and 3.8 g of sorbitan monooleate were mixed and dissolved uniformly. Next, the styrene / divinylbenzene / azobisisobutyronitrile / sorbitan monooleate mixture is added to 450 ml of pure water, and stirred for 2 minutes at 20,000 rpm with a homogenizer, and a water-in-oil emulsion. Got. After emulsification, the water-in-oil emulsion was transferred to a stainless steel autoclave, sufficiently substituted with nitrogen, sealed, and allowed to polymerize at 60 ° C. for 24 hours. After completion of the polymerization, the content was taken out, extracted with Soxhlet for 18 hours with isopropanol, unreacted monomer and sorbitan monooleate were removed, and dried under reduced pressure at 40 ° C. overnight. After separating 11.5 g of an organic porous material containing 14 mol% of a crosslinking component composed of the styrene / divinylbenzene copolymer thus obtained, 800 ml of dichloroethane was added, and the mixture was heated at 60 ° C. for 30 minutes. After cooling to room temperature, 59.1 g of chlorosulfuric acid was gradually added and reacted at room temperature for 24 hours. Thereafter, acetic acid was added, the reaction product was poured into a large amount of water, washed with water and dried to obtain a porous cation exchanger. The porous body has an ion exchange capacity of 4.4 mg equivalent / g in terms of dry porous body and 0.32 mg equivalent / ml in terms of wet volume. By mapping sulfur atoms using EPMA, sulfonic acid groups It was confirmed that was uniformly introduced into the porous body. Further, as a result of SEM observation, the internal structure of this organic porous body has an open cell structure, most of the macropores having an average diameter of 30 μm overlap, and the pore diameter of the mesopore formed by the overlap of the macropores and the macropores is 5 μm. And the total pore volume is 10
. 1 ml / g, BET specific surface area was 10 m 2 / g.
参考例２１
ＩＩ工程で用いる有機溶媒の種類をポリスチレンの良溶媒であるジオキサンに変更したことを除いて、参考例１と同様の方法でモノリスの製造を試みた。しかし、単離した生成物は透明であり、多孔構造の崩壊・消失が示唆された。確認のためＳＥＭ観察を行ったが、緻密構造しか観察されず、連続マクロポア構造は消失していた。
Reference Example 21
Monolith production was attempted in the same manner as in Reference Example 1, except that the type of organic solvent used in Step II was changed to dioxane, which is a good solvent for polystyrene. However, the isolated product was transparent, suggesting collapse / disappearance of the porous structure. SEM observation was performed for confirmation, but only a dense structure was observed, and the continuous macropore structure disappeared.
（陰イオン検出装置）
図１に示した装置が安定して正確な被検水中の陰イオンの検出定量ができることを確認した。陰極にはＳＵＳ３０４製の網目板を、陽極にはチタン製網目板に白金を被覆したものを用い、二枚の陽イオン交換膜５、５に密着させて配置した。二枚の陽イオン交換膜５、５は、いずれもスチレン−ジビニルベンゼン共重合体母体にスルホン酸基を導入した強酸性陽イオン交換膜（ネオセプタ ＣＭＸ（徳山曹達社製））を使用した。両電極のイオン交換膜接触面との反対側をそれぞれ陰極室２、陽極室１とした。前記二枚の陽イオン交換膜５、５で仕切られた脱陽イオン室４には、被処理水流入側に参考例８のモノリスイオン交換体３５を充填し、下流側にスチレン−ジビニルベンゼン共重合体母体にスルホン酸基を導入した球状強酸性陽イオン交換樹脂３６（アンバーライトＩＲ１２０Ｂ）を充填した。脱陽イオン室形状は、５０ｍｍ×５０ｍｍ×１００ｍｍの直方体であり、モノリスイオン交換体３５及び球状強酸性陽イオン交換樹脂３６を体積比で１：１で充填した。脱陽イオン室４からの処理水流出配管３２を導電率計１０ｂ（フォックスボロ製８７５ＣＲ（モニター）、同８７１ＣＣ（センサー））に接続し、該導電率計１０ｂからの流出水を陽極室１の入口に接続して、陰イオン検出装置１０を構成した。
(Anion detector)
It was confirmed that the apparatus shown in FIG. 1 can stably and accurately detect and quantify anions in test water. A mesh plate made of SUS304 was used as the cathode, and a titanium mesh plate coated with platinum was used as the anode, and was placed in close contact with the two cation exchange membranes 5 and 5. The two cation exchange membranes 5 and 5 were both strongly acidic cation exchange membranes (Neocepta CMX (manufactured by Tokuyama Soda Co., Ltd.)) in which sulfonic acid groups were introduced into a styrene-divinylbenzene copolymer matrix. The opposite sides of both electrodes to the ion exchange membrane contact surface were designated as a cathode chamber 2 and an anode chamber 1, respectively. The decation chamber 4 divided by the two cation exchange membranes 5 and 5 is filled with the monolith ion exchanger 35 of Reference Example 8 on the inflow side of the water to be treated and the styrene-divinylbenzene on the downstream side. A spherical strongly acidic cation exchange resin 36 (Amberlite IR120B) into which a sulfonic acid group was introduced was filled in the polymer matrix. The shape of the decation chamber was a rectangular parallelepiped of 50 mm × 50 mm × 100 mm, and the monolith ion exchanger 35 and the spherical strong acidic cation exchange resin 36 were filled at a volume ratio of 1: 1. The treated water outflow pipe 32 from the decation chamber 4 is connected to the conductivity meter 10b (Foxboro 875CR (monitor), 871CC (sensor)). The outflow water from the conductivity meter 10b An anion detector 10 was configured by connecting to the inlet.
（陰イオン検出方法）
陰イオン検出装置１０を用いて、発電所の定常運転時における海水リーク検知能を模擬水によって確認した。被処理水としては、比抵抗１８．２ＭΩ・ｃｍ純水にアンモニアを濃度１ｍｇＮＨ３/ｌとなるように溶解したものを使用した。被処理水の流量は、５０ｌ/ｈであり、陽極、陰極間に印加した直流電流は１．０Ａ、電圧は３２Ｖであった。また、通水差圧は１５ｋＰａであった。その結果、陰イオン検出装置１０は、塩化ナトリウム５μｇ/ｌを検出、定量可能であり、火力および原子力発電所における海水リークの連続監視装置として、充分な性能を有していることが分かった。
(Anion detection method)
Using the anion detection device 10, the seawater leak detection ability during steady operation of the power plant was confirmed with simulated water. As the water to be treated, water having a specific resistance of 18.2 MΩ · cm dissolved in pure water with a concentration of 1 mg NH 3 / l was used. The flow rate of the water to be treated was 50 l / h, the direct current applied between the anode and the cathode was 1.0 A, and the voltage was 32V. Moreover, the water flow differential pressure was 15 kPa. As a result, it was found that the anion detection device 10 can detect and quantify 5 μg / l of sodium chloride and has sufficient performance as a continuous monitoring device for seawater leaks in thermal power and nuclear power plants.
参考例８のモノリスイオン交換体に代えて、参考例１５のモノリスイオン交換体とした以外は、実施例１と同様の方法で行った。陽極、陰極間に印加した直流電流は１．０Ａ、電圧は３２Ｖであった。また、通水差圧は９．６ｋＰａであった。その結果、陰イオン検出装置１０は、塩化ナトリウム５μｇ/ｌを検出、定量可能であり、火力および原子力発電所における海水リークの連続監視装置として、充分な性能を有していることが分かった。 The same procedure as in Example 1 was performed except that the monolith ion exchanger of Reference Example 15 was used instead of the monolith ion exchanger of Reference Example 8. The direct current applied between the anode and the cathode was 1.0 A, and the voltage was 32V. Moreover, the water flow differential pressure was 9.6 kPa. As a result, it was found that the anion detection device 10 can detect and quantify 5 μg / l of sodium chloride and has sufficient performance as a continuous monitoring device for seawater leaks in thermal power and nuclear power plants.
比較例１
参考例８のモノリスイオン交換体に代えて、参考例２０のモノリスイオン交換体を使用した以外は、実施例１と同様の方法で行った。陽極、陰極間に印加した直流電流は１．０Ａ、電圧は４０Ｖであった。また、通水差圧は２１０ｋＰａであった。
Comparative Example 1
The same procedure as in Example 1 was performed except that the monolith ion exchanger of Reference Example 20 was used instead of the monolith ion exchanger of Reference Example 8. The direct current applied between the anode and the cathode was 1.0 A, and the voltage was 40V. Moreover, the water flow differential pressure was 210 kPa.
更に、火力発電所におけるウィークリー・スタート・ストップ（ＷＳＳ）を想定し、被処理水中の陽イオン濃度が高い場合にも陰イオン検出装置１０が安定して脱陽イオン性能を発揮することを確認した。すなわち、被処理水中の陽イオンをアンモニア２ｍｇＮＨ３/ｌ、ヒドラジン１０ｍｇＮ２Ｈ４/ｌとし、塩化ナトリウム無配合とし、運転時間１００時間とした以外は、実施例１と同様の陰イオン検出装置を用い、同様の方法で行った。その結果、１００時間に渡る連続運転で、処理水導電率は０．０６μＳ/ｃｍ以下を保持し、本例の陰イオン検出装置が被処理水中の陽イオン負荷上昇時にも、安定して脱陽イオン処理が可能であることを確認した。 Furthermore, assuming a weekly start / stop (WSS) in a thermal power plant, it was confirmed that the anion detector 10 stably exhibits decation performance even when the cation concentration in the treated water is high. . That is, an anion detection apparatus similar to that of Example 1 except that the cation in the water to be treated was 2 mg NH 3 / l ammonia, 10 mg N 2 H 4 / l hydrazine, no sodium chloride was added, and the operation time was 100 hours. And performed in a similar manner. As a result, the conductivity of the treated water is maintained at 0.06 μS / cm or less in continuous operation for 100 hours, and the anion detector of this example can stably remove the cation even when the cation load increases in the treated water. It was confirmed that ion treatment was possible.
被処理水中の陽イオンをアンモニア２ｍｇＮＨ３/ｌ、ヒドラジン１０ｍｇＮ２Ｈ４/ｌとし、塩化ナトリウム無配合とし、運転時間１００時間とした以外は、実施例２と同様の陰イオン検出装置を用い、同様の方法で行った。その結果、１００時間に渡る連続運転で、処理水導電率は０．０６μＳ/ｃｍ以下を保持し、本例の陰イオン検出装置が被処理水中の陽イオン負荷上昇時にも、安定して脱陽イオン処理が可能であることを確認した。 Except that the cation in the water to be treated was 2 mg NH 3 / l ammonia, 10 mg N 2 H 4 / l hydrazine, no sodium chloride was added, and the operation time was 100 hours, an anion detector similar to that in Example 2 was used. The same method was used. As a result, the conductivity of the treated water is maintained at 0.06 μS / cm or less in continuous operation for 100 hours, and the anion detector of this example can stably remove the cation even when the cation load increases in the treated water. It was confirmed that ion treatment was possible.
参考例、実施例及び比較例から、陰イオン検出定量１０は、モノリス強度が高く、通水時の圧力損失が低く、消費電力を小さくできる。
なお、実施例１及び実施例３は、参考例である。
From the reference examples, examples, and comparative examples, the anion detection quantification 10 has high monolith intensity, low pressure loss during water flow, and can reduce power consumption.
Examples 1 and 3 are reference examples.
１ 陽極室
２ 陰極室
３ 陽イオン交換体
４ 脱陽イオン室
５ 陽イオン交換膜
１０ 陰イオン検出装置
１０ａ 電気再生式脱陽イオン装置
１０ｂ 測定器（比抵抗計又は導電率計）
１１ 陽極水流入配管
１２ 陽極水流出配管
２１ 陰極水流入配管
２２ 陰極水流出配管
３１ 被処理水流入配管
３２ 処理水流出配管
５１ 矩形状の写真領域
５２ 断面に表れる骨格部
５３ マクロポア
６１ 骨格相
６２ 空孔相
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Anode chamber 2 Cathode chamber 3 Cation exchanger 4 Decation chamber 5 Cation exchange membrane 10 Anion detector 10a Electric regeneration type decation apparatus 10b Measuring instrument (resistivity meter or conductivity meter)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Anode water inflow piping 12 Anode water outflow piping 21 Cathode water inflow piping 22 Cathode water outflow piping 31 Treated water inflow piping 32 Treated water outflow piping 51 Rectangular photograph area 52 Skeletal part 53 macropore 61 Skeletal phase 62 Sky Pore phase
Claims (5)
該脱塩室流出配管に配設される該処理液の導電率又は比抵抗を測定する測定器と、
を備えるものであって、該脱塩室に充填される陽イオン交換体は、その全部又は一部が、イオン交換基が導入された全構成単位中、架橋構造単位を０．３〜５．０モル％含有する芳香族ビニルポリマーからなる平均太さが１〜６０μｍの三次元的に連続した棒状の骨格と、その骨格間に平均直径が１０〜１００μｍの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であって、全細孔容積が０．５〜５ｍｌ/ｇであり、水湿潤状態での体積当りの陽イオン交換容量０．３〜５ｍｇ当量/ｍｌであり、イオン交換基が該多孔質イオン交換体中に均一に分布している有機多孔質陽イオン交換体であることを特徴とする液中の陰イオン検出装置。 An electric regeneration system comprising a desalting chamber filled with a cation exchanger between the anode chamber and the cathode chamber, and an inflow pipe and an outflow pipe for the liquid disposed in the anode chamber, the cathode chamber and the desalting chamber, respectively. A deionization device,
A measuring instrument for measuring the conductivity or specific resistance of the treatment liquid disposed in the desalination chamber outflow pipe;
The cation exchanger filled in the desalting chamber is entirely or partially composed of 0.3 to 5. bridging structural units among all the structural units into which ion exchange groups are introduced. A three-dimensionally continuous rod-shaped skeleton having an average thickness of 1 to 60 μm comprising an aromatic vinyl polymer containing 0 mol%, and three-dimensionally continuous pores having an average diameter of 10 to 100 μm between the skeletons; A total continuous pore volume of 0.5 to 5 ml / g, a cation exchange capacity per volume in a water-wet state of 0.3 to 5 mg equivalent / ml, and ion exchange A device for detecting an anion in liquid, which is an organic porous cation exchanger in which groups are uniformly distributed in the porous ion exchanger.
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