JPH04284853A - イオン交換濾過方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液体の処理に関するもの
であり、特に純水の製造方法およびその装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電プラント、半導体製造業およ
び医薬品製造業等においては、極めて純度の高い水が要
求される。例えば、半導体製造業においては工業用水等
を凝集沈殿、砂濾過を経てイオン交換処理し、この一次
純水を貯槽に蓄え、これを使用末端においてさらにイオ
ン交換、滅菌、多孔膜や逆浸透膜等による二次処理を行
い、半導体の洗浄に使用している。半導体の集積度が大
きくなるにつれて半導体の洗浄用の水には更に純度の高
い超純水が要求される。しかしながら、純度の高い水を
安定に且つ大量に供給するためには、その製造プロセス
が極めて複雑となり、それにしたがってメンテナンスも
頻繁に行う必要がある。したがって、かかる製造プロセ
スを簡素化することが急務となっている。

【０００３】一方、原子力発電プラントにおいては、プ
ラントの健全性の向上、放射線被爆の低減、放射性廃棄
物の低減等の問題を解決することが不可欠である。かか
る問題を解決すべく、イオン交換を主とした復水や炉水
処理設備の改善、新技術の導入が常に検討されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記問題に鑑み、本発
明の目的は、イオンおよび微粒子を同時に除去でき且つ
操作および維持管理が容易で再生も可能なイオン交換濾
過方法およびその装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
本発明のイオン交換濾過方法においては、カチオン交換
基を有するシート状有機高分子とアニオン交換基を有す
るシート状有機高分子とを交互に配列させることを特徴
とする。

【０００６】本発明の方法において使用されるシート状
有機高分子は、繊維の集合体である織布若しくは不織布
または多孔性の膜であることが好ましい。後述するよう
に本発明においては電離性放射線によるグラフト重合を
利用してカチオンおよびアニオン交換基をシート状有機
高分子に導入するが、該シート状有機高分子が上記の形
態であることが本発明の効果を最も期待できるものであ
り、かつ種々の形態に加工することが容易だからである
。

【０００７】織布または不織布は通常の方法により製造
される。使用される繊維は、ステープルファイバーでも
よく、または連続フィラメントでもよい。織布の場合は
、織物および編物の双方の形態で用いることができる。 不織布の場合は、ステープルファイバーまたは連続フィ
ラメントが固定化されたウエブであってもよい。固定化
にはウエブをニードリングにより機械的に固定化する方
法、バインダーを用いて化学的に接着する方法、繊維を
熱融着させる方法等がある。これらの方法により製造さ
れる不織布は、例えばフエルト、カード不織布、スパン
ボンド不織布、メルトブロー不織布がある。

【０００８】多孔性の膜には、フィルムを延伸して細孔
を設けた延伸加工膜や無機物をブレンドした膜原料から
膜を成型した後に該無機物を除去して細孔を設けた膜等
がある。前者の膜の細孔は直交型であるためプレッシャ
ードロップが小さいという特徴を有する。また、後者の
膜の細孔は三次元型であるため、濾過行路が長いという
特徴を有する。本発明においては目的、用途に応じてい
ずれの膜も使用することができる。

【０００９】シート状有機高分子自体は、微粒子のみを
除去する性能を有する。そして後述のグラフト重合を利
用してシート状有機高分子にカチオンおよびアニオン交
換基を導入することによって、イオンおよび微粒子を同
時に除去できる高機能性濾過膜となすことができる。電
離性放射線によるグラフト重合においては、グラフト基
材の形状によらずグラフト重合することができる。した
がって、繊維状若しくは膜状またはそれらの加工品等の
複雑な形状をした基材であってもグラフト重合すること
は可能である。

【００１０】本発明の方法に使用される有機高分子の材
質としては、成型加工が容易な熱可塑性樹脂が適してい
る。そのような樹脂は例えば、ポリエチレンおよびポリ
プロピレンに代表されるポリオレフィン類、ポリ四フッ
化エチレン（ＰＴＦＥ）およびポリ塩化ビニルに代表さ
れるハロゲン化ポリオレフィン類ならびにエチレン−四
フッ化エチレン共重合体およびエチレン−ビニルアルコ
ール共重合体（ＥＶＡ）に代表されるオレフィン−ハロ
ゲン化オレフィン共重合体である。

【００１１】本発明の方法に使用されるカチオン交換基
を有するシート状有機高分子の形状とアニオン交換基を
有するシート状有機高分子の形状とは同一でもよく又は
異なっていてもよい。同様に両者の材質は同一でもよく
又は異なっていてもよい。

【００１２】本発明においては、グラフト重合を利用し
てシート状有機高分子にイオン交換基を導入する。グラ
フト重合によるイオン交換体は従来のイオン交換樹脂と
は異なり架橋構造を有さない。したがって、本発明のイ
オン交換濾過膜は燃焼しやすく、廃棄処分が非常に容易
である。

【００１３】イオン交換基は、イオン交換基を有する重
合性モノマーまたはイオン交換基に変換可能な基を有す
る重合性モノマーをグラフト重合させてシート状有機高
分子に導入することができる。そのような重合性モノマ
ーは、例えばアクリル酸またはメタクリル酸のようなカ
ルボン酸およびそのエステル類、メタクリル酸グリシジ
ル、ビニルベンゼンスルホン酸ソーダ、ビニルピリジン
、スチレン並びにクロロメチルスチレンである。以上の
重合性モノマーより得られるイオン交換基は、カチオン
交換基として代表的なものは、カルボキシル基、スルホ
ン基およびリン酸基等であり、アニオン交換基として代
表的なものは、四級アンモニウム基、二、三級アミノ基
およびピリジニウム基等である。グラフト重合に用いら
れる電離性放射線は、α線、β線、γ線、電子線および
紫外線等があり、限定されるものではない。本発明のグ
ラフト重合においてはγ線および電子線が特に適してい
る。

【００１４】シート状有機高分子に電離性放射線を照射
してグラフト重合させる方法としては、シート状有機高
分子と重合性モノマーの共存下に電離性放射線を照射す
る同時照射法と、予めシート状有機高分子に電離性放射
線を照射した後、重合性モノマーと接触させる前照射法
がある。前照射法は重合性モノマーの単独重合物の生成
が少ないため有利な方法である。

【００１５】グラフト重合によってシート状有機高分子
に導入されるイオン交換基の量は、カチオン交換基およ
びアニオン交換基ともに３．０ｍｅｑ／ｇを上限とする
ことが好ましい。

【００１６】シート状有機高分子と重合性モノマーを接
触させてグラフト重合する方法には、重合性モノマーが
液体である場合と気体である場合の二種類の方法がある
。前者は液相グラフト重合と呼ばれ、後者は気相グラフ
ト重合と呼ばれる。本発明においてはいずれの方法によ
りグラフト重合してもよい。

【００１７】気相グラフト重合は、重合後のシート状有
機高分子の強度が液相グラフト重合に比して優れている
。この理由は、液相グラフト重合では基材を膨潤させて
反応が進むため基材の中心付近まで均一にグラフト重合
が起こり基材本来の性質が失われるのに対して、気相グ
ラフト重合では重合が基材表面において起こりやすいた
め基材の芯部分は基材本来の強度が維持されるためであ
る。また気相グラフト重合ではイオン交換基がシート状
有機高分子の表面に集中したグラフト重合物が得られる
ため、原水をイオン交換する際のイオン交換速度が大と
なり極めて有利である。さらに、シート状有機高分子表
面のイオン交換基の密度が大きくなるとシート状有機高
分子の表面電荷も大きくなるため、原水中に存在するコ
ロイド物質等の微粒子に対する除去性能の向上も期待で
きる。そしてさらに、シート状有機高分子の形状が複雑
であってもグラフト重合することができ、また重合のコ
ストも小さい。以上の理由により本発明においては、液
相グラフト重合よりも気相グラフト重合の方が好ましい
ものである。

【００１８】本発明の方法においては、原水はカチオン
交換濾過膜とアニオン交換濾過膜とを交互に通過する。 通過するイオン交換膜の数が多いほど純水の純度は向上
する。また、細孔の径によって捕捉される微粒子は異な
る。したがって、原水の種類や要求水質等に応じて、イ
オン交換膜の枚数、細孔径および厚さを変えることがで
きる。

【００１９】

【実施例】図１は本発明のイオン交換濾過膜を使用した
イオン交換濾過装置である。カチオン交換基およびアニ
オン交換基がそれぞれ導入された不織布を複数枚交互に
積層した。積層された該不織布を濾過器ハウジングに充
填した。濾過器ハウジングの底部には多孔性の支持床が
設けられており、該不織布を該支持床上に設置した。

【００２０】カチオン交換濾過膜は、ポリプロピレン製
不織布にスチレンをグラフト重合させた後、クロルスル
ホン酸でスルホン化したものである。電離性放射線は、
γ線を線量率１０ｋＧｙ／ｈｒで２０時間照射した。ス
ルホン基は、イオン交換容量２．８ｍｅｑ／ｇ導入され
た。アニオン交換濾過膜はポリプロピレン製不織布にク
ロロメチルスチレンをグラフト重合させた後、トリメチ
ルアミンで四級アンモニウム化しものである。電離性放
射線は、γ線を線量率１０ｋＧｙ／ｈｒで２０時間照射
した。アンモニウム基は、イオン交換容量２．３ｍｅｑ
／ｇ導入された。

【００２１】原水はハウジング上部より通水させた。原
水中のイオンおよび微粒子は、カチオン交換濾過膜およ
びアニオン交換濾過膜に交互に接触することによって吸
着、捕捉された。処理水はハウジング下部の処理水出口
より得られた。

【００２２】図２は、カチオン交換濾過膜およびアニオ
ン交換濾過膜をそれぞれ一枚ずつ重ねてロール状に巻い
たものをイオン交換層としたものである。該ロールと直
交するように原水を通水して、カチオン交換濾過膜およ
びアニオン交換濾過膜の双方を切断することなくイオン
交換をすることができた。また通水抵抗が小さいため大
量の原水を高い濾過速度で処理することができた。原水
はカチオン交換基およびアニオン交換基にそれぞれ何度
も接触することにより、電気導電率０．１３μＳ／ｃｍ
の純水に精製された。これは混床式イオン交換装置と同
程度の電気導電率である。また微粒子は精密濾過と同等
か又はそれ以上除去された。原水の処理後はロールを巻
き戻して、カチオンとアニオンとを容易に且つ完全に分
離することができた。この再生操作によって、次回の処
理時に高純度の処理水質が保証された。

【００２３】

【発明の効果】本発明により、イオンおよび微粒子を同
時に除去することができ、再生が可能な濾過器が提供さ
れる。特に電子工業用、原子力発電用等の超純水を必要
不可欠とする分野において、超純水製造装置の小型化、
製造工程の簡略化、省エネルギー化が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】イオン交換濾過膜が積層されたイオン交換濾過
器を示す図である。

【図２】イオン交換濾過膜がロール状に巻かれたイオン
交換濾過器を示す図である。

【符号の説明】

１　　ハウジング ２　　原水入口 ３　　処理水出口 ４　　カチオン交換不織布 ５　　アニオン交換不織布 ６　　多孔板支持床 ７　　多孔管

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　カチオン交換基を有するシート状有機
   高分子とアニオン交換基を有するシート状有機高分子と
   が交互に配列された濾過層に液体を通過させることを特
   徴とするイオン交換濾過方法。
2. 【請求項２】　　カチオン交換基およびアニオン交換基
   は電離性放射線のグラフト重合によってシート状有機高
   分子に導入されたものである請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】　　シート状有機高分子は繊維の集合体お
   よび／または多孔性膜である請求項１または２に記載の
   方法。
4. 【請求項４】　　濾過層は、多孔板支持床の上にカチオ
   ン交換基を有するシート状有機高分子とアニオン交換基
   を有するシート状有機高分子とを交互に積層させたもの
   である請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 【請求項５】　　濾過層は、カチオン交換基を有するシ
   ート状有機高分子とアニオン交換基を有するシート状有
   機高分子とを重ねて巻き込んだものである請求項１〜３
   のいずれか一項に記載の方法。
6. 【請求項６】　　カチオン交換基を有するシート状有機
   高分子とアニオン交換基を有するシート状有機高分子と
   が交互に配列された濾過層を有することを特徴とするイ
   オン交換濾過装置。
7. 【請求項７】　　カチオン交換基およびアニオン交換基
   は電離性放射線のグラフト重合によってシート状有機高
   分子に導入されたものである請求項６に記載の装置。
8. 【請求項８】　　シート状有機高分子は繊維の集合体お
   よび／または多孔性膜である請求項６または７に記載の
   装置。
9. 【請求項９】　　濾過層は、多孔板支持床の上にカチオ
   ン交換基を有するシート状有機高分子とアニオン交換基
   を有するシート状有機高分子とを交互に積層させたもの
   である請求項６〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. 【請求項１０】　　濾過層は、カチオン交換基を有する
    シート状有機高分子とアニオン交換基を有するシート状
    有機高分子とを重ねて巻き込んだものである請求項６〜
    ８のいずれか一項に記載の装置。