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JP5282860B2 - Electrodeionization equipment - Google Patents
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Abstract

Provided is an electric deionization apparatus using a filler material having a function and strength equal to or higher than those of an ion-exchange resin that is conventionally filled in the demineralization chambers and/or the concentration chambers of the electric deionization apparatus and also having ion conductivity. The electric deionization apparatus (1) is constituted by arranging anion-exchange membranes (5) and cation-exchange membranes (4) between a cathode (6) and an anode (7) to form the demineralization chambers (2) and the concentration chambers (3). The demineralization chambers (2) and/or the concentration chambers (3) are filled with a foam body (8) of a continuous bubble structure for holding a fine ion-exchange body.

Description

本発明は、陰極と陽極との間に複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成してなる電気脱イオン装置に関する。   The present invention relates to an electrodeionization apparatus in which a plurality of anion exchange membranes and cation exchange membranes are alternately arranged between a cathode and an anode to alternately form a concentration chamber and a desalting chamber.

従来、半導体製造工場、液晶製造工場、製薬工業、食品工業、電力工業等の各種の産業又は民生用ないし研究施設等において使用される脱イオン水の製造には、電極(陽極及び陰極)の間に複数のアニオン交換膜及びカチオン交換膜を配列して濃縮室と脱塩室とを形成し、脱塩室にイオン交換樹脂、イオン交換繊維又はグラフト交換体等からなるアニオン交換体及びカチオン交換体を混合又は複層状に充填した電気脱イオン装置が多用されている。   Conventionally, for the production of deionized water used in various industries such as semiconductor manufacturing factory, liquid crystal manufacturing factory, pharmaceutical industry, food industry, electric power industry, etc. A plurality of anion exchange membranes and cation exchange membranes are arranged to form a concentrating chamber and a desalting chamber, and the anion exchanger and cation exchanger comprising an ion exchange resin, ion exchange fiber or graft exchanger in the desalting chamber Electrodeionization devices that are mixed or filled in a multilayer are often used.

電気脱イオン装置は、水解離によってHイオンとOHイオンとを生成させ、脱塩室内に充填されているイオン交換体を連続して再生することによって、効率的な脱塩処理を可能とするものであり、従来から広く用いられてきたイオン交換樹脂装置のように、薬品を用いた再生処理を必要とせず、完全な連続採水が可能で、高純度の水が得られるという優れた効果を発揮するものである。 Electrodeionization equipment enables efficient desalination by generating H + ions and OH ions by water dissociation and continuously regenerating the ion exchanger filled in the desalting chamber. Unlike conventional ion exchange resin devices that have been widely used, there is no need for regeneration treatment using chemicals, and complete continuous water collection is possible, resulting in high-purity water. It is effective.

このような電気脱イオン装置の脱塩室内及び/又は濃縮室内に充填されるイオン交換体として、従来、イオン交換樹脂等の材料が提案されている(特許文献1参照)。   Conventionally, materials such as ion exchange resins have been proposed as ion exchangers filled in the demineralization chamber and / or the concentration chamber of such an electrodeionization apparatus (see Patent Document 1).

脱塩室内及び/又は濃縮室内に充填されるイオン交換体としてイオン交換樹脂を用いると、イオン交換基の密度を高くすることができ、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを任意の割合で混合して充填できるため、現在、イオン交換樹脂が一般的に充填材として使用されている。しかし、脱塩室内での被処理水の短絡を防ぐためにイオン交換樹脂を脱塩室内に緊密に充填する作業が非常に煩雑であり、またイオン交換樹脂を緊密に充填しているために通水差圧が高く、イオン交換樹脂が劣化等により破砕しやすい等の問題があった。   When an ion exchange resin is used as the ion exchanger filled in the desalting chamber and / or the concentration chamber, the density of the ion exchange groups can be increased, and the cation exchange resin and the anion exchange resin can be mixed at an arbitrary ratio. At present, ion exchange resins are generally used as fillers. However, the work of closely filling the ion-exchange resin into the desalting chamber in order to prevent a short circuit of the water to be treated in the desalting chamber is very complicated, and the water-flowing is performed because the ion-exchange resin is closely packed. There was a problem that the differential pressure was high and the ion exchange resin was easily crushed due to deterioration or the like.

このような問題を解決するために、従来、イオン交換樹脂の代わりになるイオン交換体として、イオン交換繊維、グラフト交換体、w/oエマルジョン形成と静置重合とを経由して合成された多孔質樹脂にイオン交換基を導入した充填材等が提案されている(特許文献2〜6参照)。
特許第1782943号公報 特許第2751090号公報 特許第2699256号公報 特許第3773190号公報 特許第3781361号公報 特許第3856387号公報
In order to solve such problems, conventionally, as an ion exchanger that replaces an ion exchange resin, an ion exchange fiber, a graft exchanger, a porous material synthesized through w / o emulsion formation and stationary polymerization are used. A filler in which an ion exchange group is introduced into a porous resin has been proposed (see Patent Documents 2 to 6).
Japanese Patent No. 1782943 Japanese Patent No. 2751090 Japanese Patent No. 2699256 Japanese Patent No. 3773190 Japanese Patent No. 3781361 Japanese Patent No. 3856387

しかしながら、上記特許文献2に記載されているイオン交換繊維を電気脱イオン装置のイオン交換体として用いると、イオン交換樹脂に比べてイオン移動速度の向上が期待されるものの、脱塩室内での被処理水の短絡により処理水にイオンがリークしやすく、高純度の処理水を得るのが困難であるという問題がある。   However, when the ion exchange fiber described in Patent Document 2 is used as an ion exchanger of an electrodeionization apparatus, although an improvement in ion movement speed is expected compared with an ion exchange resin, There is a problem that ions are likely to leak into the treated water due to a short circuit of the treated water, and it is difficult to obtain high-purity treated water.

また、上記特許文献4〜6に記載されている多孔質樹脂にイオン交換基を導入した充填材は、製造コストが高く、実用化レベルの大きさの合成や大量生産には不向きであるという問題がある。   Moreover, the filler which introduce | transduced the ion exchange group into the porous resin described in the said patent documents 4-6 has a problem that manufacturing cost is high and is unsuitable for the synthesis | combination and mass production of the magnitude | size of a practical use level. There is.

このような状況に鑑みて、本発明は、従来から電気脱イオン装置の脱塩室及び/又は濃縮室に充填されているイオン交換樹脂と同等又はそれ以上の機能及び強度を有し、かつイオン伝導性を有する充填材を用いる電気脱イオン装置を提供することを目的とする。   In view of such a situation, the present invention has functions and strengths equal to or higher than those of ion exchange resins that have been conventionally filled in a demineralization chamber and / or a concentration chamber of an electrodeionization apparatus, and an ion An object of the present invention is to provide an electrodeionization apparatus using a conductive filler.

上記課題を解決するために、本発明は、陰極と陽極との間に、複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを配列して脱塩室と濃縮室とを形成してなる電気脱イオン装置であって、前記脱塩室及び/又は前記濃縮室に、微細状のイオン交換体を保持する連続気泡構造の発泡体が充填されていることを特徴とする電気脱イオン装置を提供する(発明1)。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an electrodeionization apparatus in which a plurality of anion exchange membranes and cation exchange membranes are arranged between a cathode and an anode to form a desalting chamber and a concentration chamber. An electrodeionization apparatus is provided, wherein the demineralization chamber and / or the concentration chamber is filled with a foam having an open cell structure for holding a fine ion exchanger ( invention). 1).

上記発明(発明1)によれば、電気脱イオン装置の脱塩室内及び/又は濃縮室内に微細状のイオン交換体が保持された連続気泡構造の発泡体が充填されていることで、脱塩室に供給された被処理水が発泡体の細孔内を通過し、脱塩室内での被処理水の短絡を防止することができるとともに、脱塩室の通水差圧を低減することができる。また、被処理水と発泡体に保持されている微細状のイオン交換体とを効果的に接触させることができるため、処理水へのイオンリークを防止することができ、高純度の処理水を得ることができる。 According to the above invention ( Invention 1), the demineralization chamber and / or the concentration chamber of the electrodeionization apparatus is filled with the foam having an open cell structure in which the fine ion exchanger is held. The treated water supplied to the chamber can pass through the pores of the foam, preventing a short circuit of the treated water in the desalting chamber and reducing the water flow differential pressure in the desalting chamber. it can. In addition, since the water to be treated and the fine ion exchanger held in the foam can be effectively contacted, ion leakage to the treated water can be prevented, and high-purity treated water can be obtained. Can be obtained.

上記発明(発明1)においては、前記イオン交換体が、アニオン交換体及びカチオン交換体であるのが好ましく(発明2)、かかる発明(発明2)においては、前記発泡体に保持される前記アニオン交換体と前記カチオン交換体との体積比が、1:9〜9:1であればよい(発明3)。 In the said invention ( invention 1), it is preferable that the said ion exchanger is an anion exchanger and a cation exchanger ( invention 2), and in this invention ( invention 2), the said anion hold | maintained at the said foam The volume ratio of the exchanger to the cation exchanger may be 1: 9 to 9: 1 ( Invention 3).

上記発明(発明2,3)によれば、脱塩室及び/又は濃縮室に、アニオン交換体とカチオン交換体とを保持した発泡体が充填されていることで、特に脱塩室内での被処理水中のアニオン及びカチオンの移動を促進することができ、より高純度の処理水を得ることができる。 According to the above inventions ( Inventions 2 and 3), the desalting chamber and / or the concentrating chamber is filled with the foam holding the anion exchanger and the cation exchanger, so that the covering in the desalting chamber can be performed. The movement of the anion and cation in the treated water can be promoted, and a treated water with higher purity can be obtained.

上記発明(発明1〜3)においては、前記アニオン交換膜又は前記カチオン交換膜と接触する前記発泡体の接触面におけるイオン交換基密度が、前記発泡体の他の部位におけるイオン交換基密度よりも高いのが好ましく(発明4)、かかる発明(発明4)においては、前記発泡体の接触面には、複数の凹凸部が形成されており、前記発泡体は、前記接触面に前記イオン交換体がさらに固着されてなるのが好ましい(発明5)。 In the said invention ( invention 1-3), the ion exchange group density in the contact surface of the said foam which contacts the said anion exchange membrane or the said cation exchange membrane is more than the ion exchange group density in the other site | part of the said foam. Preferably, it is high ( Invention 4). In the invention ( Invention 4), a plurality of irregularities are formed on the contact surface of the foam, and the foam has the ion exchanger on the contact surface. Is preferably further fixed ( Invention 5).

上記発明(発明4)によれば、アニオン交換膜及びカチオン交換膜と接触する発泡体の接触面におけるイオン交換基密度が高いことで、被処理水中のアニオン及びカチオンの移動をより促進することができ、より高純度の処理水を得ることができる。特に上記発明(発明5)のように、発泡体の接触面に複数の凹凸部を形成することで、当該接触面の表面積を増大させることができるとともに、当該凹凸部にイオン交換体をさらに固着させることで、接触面におけるイオン交換基密度をより高密度にすることができる。 According to the said invention ( invention 4), the ion-exchange group density in the contact surface of the foam which contacts an anion exchange membrane and a cation exchange membrane is high, and can accelerate | stimulate the movement of the anion and cation in to-be-processed water more. It is possible to obtain treated water with higher purity. In particular, as in the above invention ( Invention 5), by forming a plurality of uneven portions on the contact surface of the foam, the surface area of the contact surface can be increased, and the ion exchanger is further fixed to the uneven portion. By making it, the ion exchange group density in a contact surface can be made higher density.

上記発明(発明1〜5)においては、前記イオン交換体が、少なくともイオン交換樹脂を含み、前記イオン交換樹脂の平均粒子径が、100μm以下であり、粒子径が200μm以下のイオン交換樹脂を90質量%以上含むのが好ましく(発明6)、また、前記イオン交換体が、少なくともイオン交換繊維を含み、前記イオン交換繊維の平均繊維長が、2.5mm以下であり、繊維長が5.0mm以下のイオン交換繊維を90%質量以上含むのが好ましい(発明7)。 In the said invention ( invention 1-5), the said ion exchanger contains an ion exchange resin at least, The average particle diameter of the said ion exchange resin is 100 micrometers or less, and the ion exchange resin whose particle diameter is 200 micrometers or less is 90. preferably contains by mass% or more (invention 6), also the ion exchanger comprises at least ion-exchange fibers, the average fiber length of the ion-exchange fibers, and at 2.5mm or less, a fiber length of 5.0mm It is preferable that 90% or more of the following ion exchange fibers are contained ( Invention 7).

上記発明(発明6,7)によれば、イオン交換樹脂の粒子径が上記範囲内であること、又はイオン交換繊維の繊維長が上記範囲内であることで、より効果的に被処理水とイオン交換樹脂又はイオン交換繊維とを接触させることができる。 According to the above inventions ( Inventions 6 and 7), the particle diameter of the ion exchange resin is within the above range, or the fiber length of the ion exchange fiber is within the above range, so that the water to be treated is more effectively treated. An ion exchange resin or an ion exchange fiber can be contacted.

上記発明(発明1〜7)において、前記発泡体は、発泡剤に対して20〜80質量%の前記イオン交換体を、前記発泡剤に添加して形成されてなるのが好ましく(発明8)、かかる発明(発明8)において、前記発泡体は、前記発泡体を構成するマトリックス樹脂に対して20〜80質量%の前記イオン交換体を、前記マトリックス樹脂に添加して形成されてなるのが好ましい(発明9)。また、かかる発明(発明9)において、前記マトリックス樹脂の分子鎖中には、イオン交換基が導入されていてもよい(発明10)。 In the said invention ( invention 1-7), it is preferable that the said foam is formed by adding the said ion exchanger of 20-80 mass% with respect to a foaming agent to the said foaming agent ( invention 8). In this invention ( Invention 8), the foam is formed by adding 20 to 80% by mass of the ion exchanger to the matrix resin with respect to the matrix resin constituting the foam. Preferred ( Invention 9). In the invention ( Invention 9), an ion exchange group may be introduced into the molecular chain of the matrix resin ( Invention 10).

上記発明(発明9,10)においては、前記マトリックス樹脂が、アクリレート樹脂、アクリレートゴム、天然ゴム、ブチルゴム、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、スチレン−ブタジエンゴム、及びニトリルゴムのうちの少なくとも1種類以上を、5〜50質量%含有するのが好ましい(発明11)。 In the above inventions ( Inventions 9 and 10), the matrix resin is at least one of acrylate resin, acrylate rubber, natural rubber, butyl rubber, polyisoprene, polychloroprene, styrene-butadiene rubber, and nitrile rubber. It is preferable to contain 5-50 mass% ( Invention 11).

上記発明(発明11)によれば、マトリックス樹脂に上記物質を配合することにより、発泡体に柔軟性や弾性を持たせることができるため、発泡体を脱塩室及び/又は濃縮室に充填すると、発泡体が脱塩室及び/又は濃縮室内で室形状に沿って適切に変形し、これにより被処理水の短絡を防止することができ、高純度の処理水を得ることができる。また、イオン交換体とイオン交換膜とをより密着させることができるため、イオンの移動を促進することができる。 According to the said invention ( invention 11), since a foam can be given a softness | flexibility and elasticity by mix | blending the said substance with a matrix resin, when filling a foam into a desalination chamber and / or a concentration chamber, The foam is appropriately deformed along the shape of the chamber in the desalting chamber and / or the concentration chamber, whereby a short circuit of the water to be treated can be prevented and high-purity treated water can be obtained. In addition, since the ion exchanger and the ion exchange membrane can be more closely attached, the movement of ions can be promoted.

上記発明(発明1〜11)においては、前記発泡体の通水方向断面の細孔総面積が、当該通水方向に直交する方向の断面の細孔総面積よりも大きいのが好ましい(発明12)。 In the said invention ( invention 1-11), it is preferable that the pore total area of the cross section of the said water flow direction of the said foam is larger than the total pore area of the cross section of the direction orthogonal to the said water flow direction ( invention 12). ).

上記発明(発明12)によれば、通水方向断面の細孔総面積を確保することで、通水差圧の上昇を抑制することができるとともに、イオン移動方向である通水方向に直交する方向の断面の細孔総面積を小さくすることで、イオンの移動経路となるイオン交換体総断面積を大きくすることができ、イオンの移動を促進することができる。 According to the said invention ( invention 12), while ensuring the fine pore total area of a water flow direction cross section, while being able to suppress a raise of water flow differential pressure, it is orthogonal to the water flow direction which is an ion movement direction. By reducing the total pore area of the cross section in the direction, the total cross-sectional area of the ion exchanger serving as the ion movement path can be increased, and ion movement can be promoted.

また、本発明は、上記発明(発明1〜12)に係る電気脱イオン装置を備えることを特徴とする純水製造システムを提供する(発明13)。
Moreover, this invention provides the pure water manufacturing system characterized by including the electrodeionization apparatus which concerns on the said invention ( invention 1-12) ( invention 13).

本発明によれば、イオン交換樹脂と同等又はそれ以上の機能及び強度を有し、かつイオン伝導性を有する充填材を用いる電気脱イオン装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrodeionization apparatus using the filler which has a function and intensity | strength equivalent to or higher than an ion exchange resin, and has ion conductivity can be provided.

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る電気脱イオン装置を詳細に説明する。
図1及び図2は、本実施形態に係る電気脱イオン装置の概略構成図であり、図3は、本実施形態に係る電気脱イオン装置を用いた純水製造システムを示す概略フロー図である。
Hereinafter, an electrodeionization apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 and 2 are schematic configuration diagrams of the electrodeionization apparatus according to the present embodiment, and FIG. 3 is a schematic flowchart showing a pure water production system using the electrodeionization apparatus according to the present embodiment. .

図1に示すように、本実施形態に係る電気脱イオン装置1は、陰極6と陽極7との間に、複数のカチオン交換膜4とアニオン交換膜5とを配置し、当該カチオン交換膜4とアニオン交換膜5との間にそれぞれ形成された複数の脱塩室2と濃縮室3とを有する。   As shown in FIG. 1, the electrodeionization apparatus 1 according to this embodiment includes a plurality of cation exchange membranes 4 and anion exchange membranes 5 disposed between a cathode 6 and an anode 7, and the cation exchange membrane 4. A plurality of desalting chambers 2 and concentration chambers 3 formed between the anion exchange membrane 5 and the anion exchange membrane 5, respectively.

本実施形態に係る電気脱イオン装置1において、脱塩室2及び濃縮室3には、微細状のイオン交換体を保持する連続気泡構造の発泡体8が充填されている。かかる発泡体8が連続気泡構造を有していることで、脱塩室2に通水された被処理水W1は、発泡体8の連続気泡(細孔)を通過するため、脱塩室2の通水差圧を低減することができる。その際に、発泡体8に保持されているイオン交換体と被処理水とが効果的に接触することで、被処理水中のイオン成分の移動が促進され、脱塩室2から高純度の脱イオン水が得られる。   In the electrodeionization apparatus 1 according to this embodiment, the demineralization chamber 2 and the concentration chamber 3 are filled with a foam 8 having an open cell structure that holds a fine ion exchanger. Since the foam 8 has an open cell structure, the water to be treated W1 passed through the desalting chamber 2 passes through the open cells (pores) of the foam 8, and thus the desalting chamber 2. The water differential pressure can be reduced. At that time, the ion exchanger held in the foam 8 and the water to be treated are effectively in contact with each other, so that the movement of ion components in the water to be treated is promoted, and the high-purity desorption from the desalting chamber 2 is promoted. Ionized water is obtained.

発泡体8には、イオン交換樹脂微粉末が保持されていてもよいし、イオン交換短繊維保持されていてもよいし、イオン交換樹脂微粉末とイオン交換短繊維との両者が保持されていてもよい。   The foam 8 may hold an ion exchange resin fine powder, may hold an ion exchange short fiber, or may hold both an ion exchange resin fine powder and an ion exchange short fiber. Also good.

発泡体8に保持されている微細状のイオン交換体は、アニオン交換基を有するイオン交換体(アニオン交換体)のみであってもよいし、カチオン交換基を有するイオン交換体(カチオン交換体)のみであってもよいし、アニオン交換体とカチオン交換体との両者であってもよい。イオン交換体がアニオン交換体及びカチオン交換体である場合、当該アニオン交換体及びカチオン交換体は、体積比で1:9〜9:1の割合で発泡体8に保持されているのが好ましく、3:7〜7:3の割合で発泡体8に保持されているのがより好ましい。   The fine ion exchanger held in the foam 8 may be only an ion exchanger having an anion exchange group (anion exchanger), or an ion exchanger having a cation exchange group (cation exchanger). Only an anion exchanger and a cation exchanger. When the ion exchanger is an anion exchanger and a cation exchanger, the anion exchanger and the cation exchanger are preferably held in the foam 8 at a volume ratio of 1: 9 to 9: 1. It is more preferable that the foam 8 is held at a ratio of 3: 7 to 7: 3.

イオン交換樹脂微粉末の平均粒子径は、100μm以下であることが好ましく、特に50μm以下であることが好ましく、発泡体8に保持されているイオン交換樹脂微粉末のうちの90質量%以上が、200μm以下の粒子径のものであることが好ましい。イオン交換樹脂微粉末の粒子径が上記範囲内であることで、発泡体8の全体にイオン交換樹脂微粉末を均一に分散させて保持させることができ、被処理水とイオン交換樹脂微粉末とをより効果的に接触させることができるため、より高純度の脱イオン水W2を得ることができる。   The average particle diameter of the ion-exchange resin fine powder is preferably 100 μm or less, particularly preferably 50 μm or less, and 90% by mass or more of the ion-exchange resin fine powder held in the foam 8 is It is preferable that the particle diameter is 200 μm or less. When the particle diameter of the ion-exchange resin fine powder is within the above range, the ion-exchange resin fine powder can be uniformly dispersed and held in the entire foam 8, and the water to be treated, the ion-exchange resin fine powder, Can be more effectively brought into contact with each other, so that higher-purity deionized water W2 can be obtained.

また、イオン交換短繊維の平均繊維長は、2.5mm以下であることが好ましく、特に1.0mm以下であることが好ましく、発泡体8に保持されているイオン交換短繊維のうちの90質量%以上の繊維長が、5.0mm以下であることが好ましい。イオン交換短繊維の繊維長が上記範囲内であることで、発泡体8の全体にイオン交換短繊維を均一に分散させて保持させることができ、被処理水とイオン交換短繊維とをより効果的に接触させることができるため、より高純度の脱イオン水W2を得ることができる。   Further, the average fiber length of the ion exchange short fibers is preferably 2.5 mm or less, particularly preferably 1.0 mm or less, and 90 mass of the ion exchange short fibers held in the foam 8. % Or more of the fiber length is preferably 5.0 mm or less. When the fiber length of the ion-exchange short fiber is within the above range, the ion-exchange short fiber can be uniformly dispersed and held in the entire foam 8, and the treated water and the ion-exchange short fiber are more effective. Therefore, higher-purity deionized water W2 can be obtained.

発泡体8の連続気泡率は、30%以上であることが好ましく、特に50%以上であることが好ましい。これにより、脱塩室2の通水差圧を低減することができるとともに、発泡体8が柔軟性を有することとなるため、発泡体8を脱塩室2や濃縮室3に容易に充填することができる。   The open cell ratio of the foam 8 is preferably 30% or more, and particularly preferably 50% or more. Thereby, while being able to reduce the water flow differential pressure of the desalting chamber 2, since the foam 8 has a softness | flexibility, the foam 8 is easily filled into the desalination chamber 2 and the concentration chamber 3. be able to.

また、発泡体8の気泡の平均気泡径は、1〜1000μmであることが好ましく、特に10〜500μmであることが好ましい。当該平均気泡径が1μm未満であると、通水差圧が高くなりすぎて、非現実的となるおそれがあり、1000μmを超えると、被処理水とイオン交換体との接触が不十分となり、高純度の処理水を得られなくなるおそれがある。さらに、発泡体8の発泡倍率は、5〜50倍であるのが好ましい。   Moreover, it is preferable that the average bubble diameter of the bubble of the foam 8 is 1-1000 micrometers, and it is especially preferable that it is 10-500 micrometers. If the average bubble diameter is less than 1 μm, the water flow differential pressure becomes too high, which may be unrealistic. If it exceeds 1000 μm, the contact between the water to be treated and the ion exchanger becomes insufficient, There is a risk that high-purity treated water cannot be obtained. Further, the expansion ratio of the foam 8 is preferably 5 to 50 times.

発泡体8を構成するマトリックス樹脂としては、発泡体の製造に一般的に用いられる合成樹脂を用いればよい。このような合成樹脂としては、例えば、ポリスチレン(耐衝撃性を含む)、AS樹脂、ABS樹脂、ポリエチレン(変性を含む)、ポリプロピレン、ポリ−1,2−ブタジエン、ポリ塩化ビニル、不溶化ポリビニルアルコール、ポリアミド等の熱可塑性樹脂;ポリウレタン、フェノール樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン、ピラニル樹脂、ポリイソシアヌレート、ポリイミド等の熱硬化性樹脂;アセチルセルロース、ビスコース等のセルロース系樹脂;エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−ブテン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のオレフィン共重合体、これらのオレフィン共重合体の2種以上の混合物、これらのオレフィン共重合体とアクタクチック構造、アイソタクチック構造又はジンジオタクチック構造を有するポリプロピレンとの混合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。   As the matrix resin constituting the foam 8, a synthetic resin generally used for the production of the foam may be used. Examples of such synthetic resins include polystyrene (including impact resistance), AS resin, ABS resin, polyethylene (including modification), polypropylene, poly-1,2-butadiene, polyvinyl chloride, insolubilized polyvinyl alcohol, Thermoplastic resin such as polyamide; Thermosetting resin such as polyurethane, phenol resin, urea resin, epoxy resin, acrylic resin, silicone, pyranyl resin, polyisocyanurate, polyimide; Cellulosic resin such as acetylcellulose, viscose; ethylene An olefin copolymer such as a propylene copolymer, an ethylene-butene copolymer, an ethylene-vinyl acetate copolymer, a mixture of two or more of these olefin copolymers, an olefin copolymer and an atactic structure, Isotactic structure or gindiota Mixtures of polypropylene with tic structure including but not limited to.

なお、発泡体8を構成するマトリックス樹脂として、スルホン酸基又はカルボキシル基等のイオン交換基を有する単量体(モノマー)とエチレンとの共重合体を用いてもよい。これらの材料を用いることで、発泡体8を構成するマトリックス樹脂の分子鎖にイオン交換基を導入することができる。   In addition, as a matrix resin which comprises the foam 8, you may use the copolymer (monomer) which has ion exchange groups, such as a sulfonic acid group or a carboxyl group, and ethylene. By using these materials, an ion exchange group can be introduced into the molecular chain of the matrix resin constituting the foam 8.

スルホン酸基を有する単量体(モノマー)としては、例えば、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、3−アリロキシ−2−ヒドロキシプロパンスルホン酸等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、カルボキシル基を有する単量体(モノマー)としては、例えば、アクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、メタクリル酸等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Examples of the monomer (monomer) having a sulfonic acid group include vinyl sulfonic acid, styrene sulfonic acid, allyl sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, and 3-allyloxy-2-hydroxypropane sulfonic acid. However, it is not limited to these. Examples of the monomer (monomer) having a carboxyl group include, but are not limited to, acrylic acid, maleic acid, itaconic acid, methacrylic acid and the like.

発泡体8には、さらに、アクリレート樹脂、アクリレートゴム、天然ゴム、ブチルゴム、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、スチレン−ブタジエンゴム、及びニトリルゴムのうちの少なくとも1種類以上が5〜50質量%含有されていてもよい。これらの物質を含有することで、発泡体に柔軟性、弾性を持たせることができるため、発泡体8を脱塩室2及び/又は濃縮室3に充填したときに、発泡体8が脱塩室2及び/又は濃縮室3内で室形状に沿って適切に変形し、これにより被処理水W1の短絡を防止し、高純度の脱イオン水W2を得ることができる。また、イオン交換体とイオン交換膜(カチオン交換膜4、アニオン交換膜5)とをより密着させることができ、イオンの移動を促進することができる。   The foam 8 further contains 5 to 50% by mass of at least one of acrylate resin, acrylate rubber, natural rubber, butyl rubber, polyisoprene, polychloroprene, styrene-butadiene rubber, and nitrile rubber. Also good. By containing these substances, the foam can be made flexible and elastic. Therefore, when the foam 8 is filled in the desalting chamber 2 and / or the concentration chamber 3, the foam 8 is desalted. The chamber 2 and / or the concentrating chamber 3 is appropriately deformed along the chamber shape, thereby preventing a short circuit of the water to be treated W1 and obtaining high-purity deionized water W2. In addition, the ion exchanger and the ion exchange membrane (cation exchange membrane 4, anion exchange membrane 5) can be more closely attached, and the movement of ions can be promoted.

発泡体8を製造するには、まず、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とをボールミル等で破砕して得られたイオン交換樹脂微粉末及び/又はイオン交換短繊維(アニオン交換短繊維及びカチオン交換短繊維)を、発泡体8を構成するマトリックス樹脂に添加する。   In order to produce the foam 8, first, ion exchange resin fine powder and / or ion exchange short fibers (anion exchange short fibers and cation exchange short fibers) obtained by crushing an anion exchange resin and a cation exchange resin with a ball mill or the like. Fiber) is added to the matrix resin constituting the foam 8.

発泡体8を構成するマトリックス樹脂に対するイオン交換樹脂微粉末及び/又はイオン交換短繊維の添加量は、マトリックス樹脂に対して20〜80質量%であるのが好ましく、特に50〜80質量%であるのが好ましい。   The addition amount of ion-exchange resin fine powder and / or ion-exchange short fibers to the matrix resin constituting the foam 8 is preferably 20 to 80% by mass, particularly 50 to 80% by mass, based on the matrix resin. Is preferred.

次に、イオン交換樹脂微粉末及び/又はイオン交換短繊維が添加されたマトリックス樹脂と、発泡剤と、必要に応じて収縮防止剤、酸化防止剤、帯電防止剤等の添加剤とを押出機に供給して加圧下で溶融混合する。   Next, an extruder containing a matrix resin to which ion-exchange resin fine powder and / or ion-exchange short fibers are added, a foaming agent, and additives such as an anti-shrinkage agent, an antioxidant, and an antistatic agent as necessary And melt mixed under pressure.

発泡剤としては、例えば、プロパン、ブタン、イソブタン、ペンタン等の低級脂肪族炭化水素;1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン、1,1−ジクロロ−1−フルオロエタン、1−クロロ−1,1−ジフルオロエタン、2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロエタン、1,1,1,2−テトラフルオロエタン、1,1−ジフルオロエタン等のフロン系発泡剤等を用いることができる。これらの発泡剤は、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。2種以上を混合して用いる場合、それらの混合比は適宜設定すればよい。   Examples of the blowing agent include lower aliphatic hydrocarbons such as propane, butane, isobutane and pentane; 1,1,1,3,3-pentafluoropropane, 1,1-dichloro-1-fluoroethane, 1-chloro Use a fluorocarbon foaming agent such as -1,1-difluoroethane, 2-chloro-1,1,1,2-tetrafluoroethane, 1,1,1,2-tetrafluoroethane, 1,1-difluoroethane, etc. Can do. These foaming agents may be used alone or in combination of two or more. When two or more kinds are mixed and used, their mixing ratio may be set as appropriate.

発泡剤の配合量は、発泡体8を構成するマトリックス樹脂に対して、3〜50質量%であればよく、5〜20質量%であることが好ましい。発泡剤の配合量が、発泡体8を構成するマトリックス樹脂に対して3質量%未満であると、発泡体8の発泡倍率が低下するおそれがあり、50質量%を超えると、発泡体8の気泡が破泡してしまうおそれがある。   The compounding quantity of a foaming agent should just be 3-50 mass% with respect to the matrix resin which comprises the foam 8, and it is preferable that it is 5-20 mass%. If the blending amount of the foaming agent is less than 3% by mass with respect to the matrix resin constituting the foam 8, the foaming ratio of the foam 8 may be reduced, and if it exceeds 50% by mass, There is a risk of bubbles breaking.

押出機としては、一般的に押出発泡に用いられているものであれば特に限定されるものではなく、例えば、単軸押出機、二軸押出機、複数機の押出機を直列状に接続してなるタンデム型押出機等が挙げられる。   The extruder is not particularly limited as long as it is generally used for extrusion foaming. For example, a single-screw extruder, a twin-screw extruder, and a plurality of extruders are connected in series. And a tandem type extruder.

このようにして得られた混合物を押出機により押し出すことで、独立気泡構造を有する発泡体を形成することができ、さらに、かかる独立気泡構造を有する発泡体を平板等で挟むことにより圧縮したり、2軸ロールに通して圧縮したりする等、当該独立気泡構造を有する発泡体に機械的な外力を加えることで、発泡体の独立気泡を破泡することができる。これにより、微細状のイオン交換体が保持された連続気泡構造を有する発泡体8を得ることができる。   By extruding the mixture thus obtained with an extruder, a foam having a closed cell structure can be formed, and further, the foam having the closed cell structure can be compressed by being sandwiched between flat plates or the like. By applying a mechanical external force to the foam having the closed cell structure such as compression through a biaxial roll, the closed cells of the foam can be broken. Thereby, the foam 8 having an open cell structure in which a fine ion exchanger is held can be obtained.

このようにして得られた発泡体8は、当該発泡体8を電気脱イオン装置1の脱塩室2及び濃縮室3に充填したときに、当該電気脱イオン装置1のカチオン交換膜4及びアニオン交換膜5のそれぞれと接触する接触面に、複数の凹凸部が形成されていることが好ましい。これにより、当該接触面の表面積を大きくすることができ、接触面におけるイオン交換基密度を高密度にすることができ、被処理水中のカチオン成分及びアニオン成分や、電気脱イオン装置1内での水解離により生じた酸(H)及びアルカリ(OH)の移動を促進させることができる。 When the foam 8 thus obtained is filled in the demineralization chamber 2 and the concentration chamber 3 of the electrodeionization device 1, the cation exchange membrane 4 and the anion of the electrodeionization device 1 are obtained. It is preferable that a plurality of concavo-convex portions are formed on the contact surface that contacts each of the exchange membranes 5. Thereby, the surface area of the said contact surface can be enlarged, the ion exchange group density in a contact surface can be made high-density, the cation component and anion component in to-be-processed water, and the inside of the electrodeionization apparatus 1 Migration of acid (H + ) and alkali (OH ) generated by water dissociation can be promoted.

さらに、かかる接触面には、微細状のイオン交換体が固着されているのが好ましい。これにより、接触面におけるイオン交換基密度をさらに高密度にすることができる。   Furthermore, it is preferable that a fine ion exchanger is fixed to the contact surface. Thereby, the ion exchange group density on the contact surface can be further increased.

脱塩室2及び濃縮室3に充填される発泡体8は、当該発泡体8の通水方向断面の細孔総面積が、当該通水方向に直交する方向の断面の細孔総面積よりも大きいことが好ましい。これにより、通水方向断面の細孔総面積を確保することで、通水差圧の上昇を抑制することができるとともに、イオン移動方向である通水方向に直交する方向の断面の細孔総面積を小さくすることで、イオンの移動経路となるイオン交換体総断面積を大きくすることができ、イオンの移動を促進することができる。   The foam 8 filled in the desalting chamber 2 and the concentration chamber 3 has a total pore area in the cross section in the water passage direction of the foam 8 that is larger than a total pore area in the cross section in the direction perpendicular to the water flow direction. Larger is preferred. As a result, by ensuring the total pore area of the cross section in the water passage direction, it is possible to suppress an increase in the water flow differential pressure and to reduce the total pore area in the cross section in the direction orthogonal to the water passage direction that is the ion movement direction By reducing the area, it is possible to increase the total cross-sectional area of the ion exchanger serving as the ion movement path, and promote the movement of ions.

このようにして得られた発泡体8は、適度な柔軟性を有するため、電気脱イオン装置1の脱塩室2及び濃縮室3に充填するに際し、脱塩室2内及び濃縮室3内に緊密に充填することが容易であり、電気脱イオン装置1の製造効率を向上させることができる。   Since the foam 8 obtained in this way has an appropriate flexibility, when filling the desalting chamber 2 and the concentrating chamber 3 of the electrodeionization apparatus 1, the foam 8 is contained in the desalting chamber 2 and the concentrating chamber 3. It is easy to fill closely, and the production efficiency of the electrodeionization apparatus 1 can be improved.

このような構成を有する電気脱イオン装置1において、脱塩室2に被処理水W1が供給されると、被処理水W1中のカチオンはカチオン交換膜4を透過して陽極側の濃縮室3に移動し、アニオンはアニオン交換膜5を透過して陰極側の濃縮室3に移動する。   In the electrodeionization apparatus 1 having such a configuration, when the water to be treated W1 is supplied to the demineralization chamber 2, the cations in the water to be treated W1 permeate the cation exchange membrane 4 and the concentration chamber 3 on the anode side. The anion passes through the anion exchange membrane 5 and moves to the concentration chamber 3 on the cathode side.

このとき、脱塩室2には、イオン交換体を保持した発泡体8が充填されているため、脱塩室2に供給された被処理水W1は、発泡体8の細孔を通過して、イオン交換体と効果的に接触する。これにより、被処理水W1中のイオン成分の移動が促進されるとともに、脱塩室2の通水差圧が低減する。しかも、脱塩室2のカチオン交換膜4及びアニオン交換膜5のそれぞれに接触する発泡体8の接触面にイオン交換体が固着されて、イオン交換基密度が高密度になっている場合には、カチオン交換膜4側へのカチオンの移動がさらに促進されるとともに、アニオン交換膜5側へのアニオンの移動がさらに促進される。これにより、さらに高純度の脱イオン水W2を得ることができる。   At this time, since the desalting chamber 2 is filled with the foam 8 holding the ion exchanger, the water to be treated W1 supplied to the desalting chamber 2 passes through the pores of the foam 8. In effective contact with the ion exchanger. Thereby, while the movement of the ion component in the to-be-processed water W1 is accelerated | stimulated, the water flow differential pressure | voltage of the desalination chamber 2 reduces. Moreover, when the ion exchanger is fixed to the contact surface of the foam 8 that contacts the cation exchange membrane 4 and the anion exchange membrane 5 in the desalting chamber 2, and the ion exchange group density is high. Further, the movement of cations toward the cation exchange membrane 4 is further promoted, and the movement of anions toward the anion exchange membrane 5 is further promoted. Thereby, deionized water W2 of higher purity can be obtained.

このようにして得られた脱イオン水W2の一部は、濃縮室3に導入可能となっており、濃縮室3の循環水を脱イオン水W2で希釈してカルシウム濃度を低減させた上で、濃縮水W3を排出する。   A part of the deionized water W2 thus obtained can be introduced into the concentration chamber 3, and the circulating water in the concentration chamber 3 is diluted with the deionized water W2 to reduce the calcium concentration. Then, the concentrated water W3 is discharged.

以上のような構成を有する電気脱イオン装置1は、図4に示す純水製造システム10に適用することができる。
図4に示すように、純水製造システム10は、市水たる被処理水W1が供給される活性炭装置11と、活性炭装置11の透過水を処理する逆浸透膜(RO膜)装置12と、RO膜装置12を透過したRO処理水を処理する脱気膜13と、脱気膜13で得られる脱気水を脱塩室2において処理して脱イオン水W2を製造する、本実施形態に係る電気脱イオン装置1とを備える。
The electrodeionization apparatus 1 having the above configuration can be applied to the pure water production system 10 shown in FIG.
As shown in FIG. 4, the pure water production system 10 includes an activated carbon device 11 to which treated water W1 serving as city water is supplied, a reverse osmosis membrane (RO membrane) device 12 that processes permeated water of the activated carbon device 11, In this embodiment, the deaeration membrane 13 for treating the RO treated water that has passed through the RO membrane device 12 and the deaerated water obtained by the deaeration membrane 13 are treated in the demineralization chamber 2 to produce deionized water W2. The electrodeionization apparatus 1 which concerns is provided.

このような純水製造システム10において、市水(被処理水W1)を活性炭装置11に供給して微粒子等を吸着除去し、活性炭装置11の処理水をRO膜装置12に供給して、処理水に含まれるカルシウム、シリカ等を除去する。そして、RO膜装置12で処理したRO処理水を脱気膜13に供給し、RO処理水に含まれている炭酸イオン等を二酸化炭素として除去した後、得られた脱気水を電気脱イオン装置1の脱塩室2に供給する。   In such a pure water production system 10, city water (treated water W1) is supplied to the activated carbon device 11 to adsorb and remove fine particles and the treated water of the activated carbon device 11 is supplied to the RO membrane device 12 to be treated. Remove calcium, silica, etc. contained in water. And after supplying the RO treatment water processed with the RO membrane apparatus 12 to the deaeration membrane 13 and removing the carbonate ion etc. which are contained in the RO treatment water as carbon dioxide, the obtained deaeration water is electrodeionized. It supplies to the desalination chamber 2 of the apparatus 1.

電気脱イオン装置1において、脱塩室2に供給された脱気水は、脱塩室2に充填された発泡体8の細孔を通過して、脱塩室2出口から取り出される。このとき、脱塩室2に供給された脱気水中のアニオン成分はアニオン交換膜4を透過して、脱塩室2より陰極側の濃縮室3に移動し、カチオン成分はカチオン交換膜5を透過して、脱塩室2より陽極側の濃縮室3に移動する。これにより、イオン成分が除去された脱イオン水W2が脱塩室2出口からサブシステム等に供給される。   In the electrodeionization apparatus 1, the degassed water supplied to the desalting chamber 2 passes through the pores of the foam 8 filled in the desalting chamber 2 and is taken out from the outlet of the desalting chamber 2. At this time, the anion component in the deaerated water supplied to the desalting chamber 2 permeates the anion exchange membrane 4 and moves from the desalting chamber 2 to the concentration chamber 3 on the cathode side, and the cation component passes through the cation exchange membrane 5. It passes through and moves from the desalting chamber 2 to the concentration chamber 3 on the anode side. Thereby, the deionized water W2 from which the ionic component has been removed is supplied from the outlet of the desalting chamber 2 to the subsystem or the like.

以上説明した本実施形態に係る電気脱イオン装置1によれば、脱塩室2に発泡体8が充填されており、当該発泡体8が連続気泡構造を有していることで、脱塩室2に供給された被処理水W1が、発泡体8の細孔を通過することとなり、イオン交換樹脂を脱塩室2に充填する場合に比べて、脱塩室2の通水差圧を低減することができる。また、発泡体8に保持されているイオン交換体が微細状であるため、脱塩室2内のイオン交換基密度を高密度にすることができ、脱塩室2内での被処理水W1の短絡を防止し、高純度の脱イオン水W2を得ることができる。しかも、発泡体8は適度な柔軟性を有しているため、脱塩室2及び濃縮室3内に容易に充填することができ、電気脱イオン装置1の製造効率を向上させることができる。   According to the electrodeionization apparatus 1 which concerns on this embodiment demonstrated above, the demineralization chamber 2 is filled with the foam 8, and the demineralization chamber is because the said foam 8 has an open-cell structure. The treated water W <b> 1 supplied to 2 passes through the pores of the foam 8, and the water flow differential pressure in the desalting chamber 2 is reduced as compared to the case where the ion-exchange resin is filled in the desalting chamber 2. can do. Further, since the ion exchanger held in the foam 8 is fine, the ion exchange group density in the desalting chamber 2 can be increased, and the water to be treated W1 in the desalting chamber 2 can be increased. Can be prevented, and high-purity deionized water W2 can be obtained. In addition, since the foam 8 has moderate flexibility, it can be easily filled into the demineralization chamber 2 and the concentration chamber 3, and the production efficiency of the electrodeionization apparatus 1 can be improved.

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。   The embodiment described above is described for facilitating understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.

上記実施形態においては、電気脱イオン装置1の脱塩室2及び濃縮室3に発泡体8を充填しているが、脱塩室2及び濃縮室3のいずれか一方にのみ発泡体8を充填していてもよく、少なくとも脱塩室2に発泡体8を充填しておけばよい。例えば、脱塩室2に発泡体8を充填した場合に、濃縮室3には、粒状(ビーズ状)のアニオン交換樹脂及び/又はカチオン交換樹脂等のイオン交換体を充填してもよい。   In the above embodiment, the foam 8 is filled in the demineralization chamber 2 and the concentration chamber 3 of the electrodeionization apparatus 1, but only one of the demineralization chamber 2 and the concentration chamber 3 is filled with the foam 8. The foam 8 may be filled in at least the desalting chamber 2. For example, when the desalination chamber 2 is filled with the foam 8, the concentration chamber 3 may be filled with an ion exchanger such as a granular (bead-shaped) anion exchange resin and / or a cation exchange resin.

また、上記実施形態において、発泡体8にはアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂が保持されているが、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂のいずれか一方のみが発泡体8に保持されていてもよい。   In the above embodiment, the foam 8 holds the anion exchange resin and the cation exchange resin, but only one of the anion exchange resin and the cation exchange resin may be held by the foam 8.

さらに、上記実施形態において、発泡体8を製造する際に、イオン交換体(イオン交換樹脂微粉末及び/又はイオン交換短繊維)を、発泡体8を構成するマトリックス樹脂に添加し、発泡剤等と溶融混合しているが、これに限定されるものではなく、イオン交換体を発泡剤に添加し、発泡体を構成するマトリックス樹脂等と溶融混合してもよい。   Furthermore, in the said embodiment, when manufacturing the foam 8, an ion exchanger (ion exchange resin fine powder and / or ion-exchange short fiber) is added to the matrix resin which comprises the foam 8, and a foaming agent etc. However, the present invention is not limited to this, and an ion exchanger may be added to the foaming agent and melt-mixed with a matrix resin or the like constituting the foam.

さらにまた、上記実施形態において、電気脱イオン装置1は、図4に及び図5に示すように、濃縮室3への通水方向を被処理水W1の通水方向と同方向にした構成であってもよく、純水製造システム10は、図6に示すように、2段RO12に回収RO12Aを設けた構成としてもよい。   Furthermore, in the said embodiment, as shown in FIG. 4 and FIG. 5, the electrodeionization apparatus 1 is the structure which made the water flow direction to the concentration chamber 3 the same direction as the water flow direction of the to-be-processed water W1. The pure water production system 10 may have a configuration in which the recovery RO 12A is provided in the two-stage RO 12 as shown in FIG.

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
なお、以下の実施例及び比較例では、試験装置として電気脱イオン装置(栗田工業社製,製品名:クリテノンSH型,処理水量:420L/hr)を使用した。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.
In the following Examples and Comparative Examples, an electrodeionization apparatus (manufactured by Kurita Kogyo Co., Ltd., product name: Critenon SH type, amount of treated water: 420 L / hr) was used as a test apparatus.

また、試験用の被処理水として、市水を活性炭装置、逆浸透膜装置(日東電工社製,製品名:ES−20)で処理した以下の水質のものを用意した。
<被処理水の水質>
電気伝導度:9μS/cm
CO濃度:3.8ppm
SiO濃度:0.8ppm
水温:15℃
Moreover, the following water quality | types which processed the city water with the activated carbon apparatus and the reverse osmosis membrane apparatus (Nitto Denko Co., Ltd. product name: ES-20) were prepared as to-be-processed water for a test.
<Water quality of treated water>
Electrical conductivity: 9μS / cm
CO 2 concentration: 3.8 ppm
SiO 2 concentration: 0.8 ppm
Water temperature: 15 ° C

〔実施例1〕
電気脱イオン装置のイオン交換膜、脱塩室に充填するイオン交換体A及び濃縮室に充填するイオン交換体Bとして下記のものを用い、図1、2に示すような構成の電気脱イオン装置を用いて、図3に示すような構成の純水製造システムで上記被処理水の通水を行い、電気脱イオン装置の入口導電率、処理水の比抵抗値、印加電圧の経時変化を調べた。結果を表1に示す。
アニオン交換膜:旭化成工業社製,「アシプレックスA501SB」
カチオン交換膜:旭化成工業社製,「アシプレックスK501SB」
イオン交換体A:下記のようにして製造した発泡体
アニオン交換樹脂(三菱化学社製,製品名:SA10A)とカチオン交換樹脂(三菱化学社製,製品名:SK1B)とを体積混合比率6:4で混合した混合物をボールミルで破砕して、イオン交換樹脂微粉末を得た(平均粒子径:7μm)。得られたイオン交換樹脂微粉末を、マトリックス樹脂(エチレン−プロピレン−ビニルスルホン酸ナトリウム共重合体)と、発泡剤(ブタン及び1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンの混合物)にとのそれぞれに添加した。このようにして得られたマトリックス樹脂(85質量%)、発泡剤(14質量%)及び収縮防止剤(ステアリン酸モノグリセリド,1質量%)を、押出機(モリヤマ社製,2軸1軸押出機)に供給して加圧下に溶融混合して独立気泡構造を有する発泡体を形成した後、独立気泡構造を有する発泡体を圧縮することにより機械的な外力を加えて気泡壁を破壊し、連続気泡構造を有する発泡体を得た。
なお、イオン交換樹脂微粉末は、マトリックス樹脂に対して75質量%混合するとともに、発泡剤に対して35質量%混合した。得られた発泡体におけるカチオン交換膜及びアニオン交換膜のそれぞれに接触する接触面にシボ付けを行い、当該接触面にイオン交換樹脂微粉末を塗布し、加熱プレスして当該イオン交換樹脂微粉末を融着させた。
イオン交換体B:アニオン交換樹脂(三菱化学社製,製品名:SA10A)とカチオン交換樹脂(三菱化学社製,製品名:SK1B)とを体積混合比率6・4で混合したもの。
[Example 1]
The following are used as the ion exchange membrane of the electrodeionization apparatus, the ion exchanger A filled in the demineralization chamber and the ion exchanger B filled in the concentration chamber, and the configuration shown in FIGS. 3 is used to conduct the water to be treated in the pure water production system configured as shown in FIG. 3, and the time-dependent changes in the inlet conductivity of the electrodeionization apparatus, the specific resistance value of the treated water, and the applied voltage are examined. It was. The results are shown in Table 1.
Anion exchange membrane: "Aciplex A501SB" manufactured by Asahi Kasei Kogyo Co., Ltd.
Cation exchange membrane: "Aciplex K501SB" manufactured by Asahi Kasei Corporation
Ion exchanger A: Foam produced as follows Anion exchange resin (Mitsubishi Chemical Co., product name: SA10A) and cation exchange resin (Mitsubishi Chemical Co., product name: SK1B) volume mixing ratio 6: The mixture mixed in 4 was crushed with a ball mill to obtain ion-exchange resin fine powder (average particle size: 7 μm). The obtained ion-exchange resin fine powder was applied to a matrix resin (ethylene-propylene-vinyl vinyl sulfonate copolymer) and a foaming agent (a mixture of butane and 1,1,1,3,3-pentafluoropropane). Added to each of the above. A matrix resin (85% by mass), a foaming agent (14% by mass) and an anti-shrinkage agent (stearic monoglyceride, 1% by mass) obtained in this manner were added to an extruder (manufactured by Moriyama Co., Ltd., twin-screw single-screw extruder). ) And melt-mixing under pressure to form a foam having a closed cell structure, and then compressing the foam having a closed cell structure to apply a mechanical external force to break the cell wall and continuously A foam having a cell structure was obtained.
The ion-exchange resin fine powder was mixed with 75% by mass with respect to the matrix resin and 35% by mass with respect to the foaming agent. In the obtained foam, the contact surfaces that come into contact with the cation exchange membrane and the anion exchange membrane are subjected to embossing, the ion exchange resin fine powder is applied to the contact surface, and the ion exchange resin fine powder is heated and pressed. Fused.
Ion exchanger B: Anion exchange resin (Mitsubishi Chemical Corporation, product name: SA10A) and cation exchange resin (Mitsubishi Chemical Corporation, product name: SK1B) mixed at a volume mixing ratio of 6.4.

〔比較例1〕
脱塩室に下記のイオン交換体Cを充填した以外は実施例1と同様にして、上記被処理水の通水を行った。結果を表1に示す。
イオン交換体C:アニオン交換繊維(ニチビ社製,製品名:IEF−SC,繊維長:2.0mm)とカチオン交換繊維(ニチビ社製,製品名:IEF−SA,繊維長:2.0mm)とのカット糸を体積混合比率6:4で混合した後、不織布状にしたもの。
[Comparative Example 1]
The water to be treated was passed in the same manner as in Example 1 except that the desalting chamber was filled with the following ion exchanger C. The results are shown in Table 1.
Ion exchanger C: anion exchange fiber (Nichibi, product name: IEF-SC, fiber length: 2.0 mm) and cation exchange fiber (Nichibi, product name: IEF-SA, fiber length: 2.0 mm) After the cut yarn is mixed at a volume mixing ratio of 6: 4, it is made into a nonwoven fabric.

〔比較例2〕
脱塩室にイオン交換体Bを充填した以外は実施例1と同様にして、上記被処理水の通水を行った。結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
The treated water was passed in the same manner as in Example 1 except that the desalting chamber was filled with the ion exchanger B. The results are shown in Table 1.

Figure 0005282860
Figure 0005282860

表1に示すように、比較例1では処理水の比抵抗値が14MΩ・cmにまでしか到達しなかった。また、比較例2では処理水の比抵抗値は18MΩ・cmにまで達し十分な処理水質が得られたが、脱塩室の通水差圧は88kPaと最も高かった。一方、実施例1では、処理水の比抵抗値が18MΩ・cmにまで達した上、脱塩室の通水差圧はイオン交換樹脂を充填した比較例2の約半分であった。また、実施例1に係る電気脱イオン装置は、比較例1,2に係る電気脱イオン装置に比べ、装置の組立時間を大幅に短縮することができることが確認された。   As shown in Table 1, in Comparative Example 1, the specific resistance value of the treated water reached only 14 MΩ · cm. In Comparative Example 2, the specific resistance value of the treated water reached 18 MΩ · cm and sufficient treated water quality was obtained, but the water flow differential pressure in the desalting chamber was the highest at 88 kPa. On the other hand, in Example 1, the specific resistance value of the treated water reached 18 MΩ · cm, and the water flow differential pressure in the desalting chamber was about half that of Comparative Example 2 filled with the ion exchange resin. In addition, it was confirmed that the electrodeionization apparatus according to Example 1 can significantly reduce the assembly time of the apparatus as compared with the electrodeionization apparatuses according to Comparative Examples 1 and 2.

本発明の一実施形態に係る電気脱イオン装置の脱塩室及び濃縮室を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the demineralization chamber and the concentration chamber of the electrodeionization apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る電気脱イオン装置の脱塩室及び濃縮室への水の流れを示す概略図である。It is the schematic which shows the flow of the water to the demineralization chamber and concentration chamber of the electrodeionization apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る電気脱イオン装置を用いた純水製造システムを示す概略図である。It is the schematic which shows the pure water manufacturing system using the electrodeionization apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る電気脱イオン装置の脱塩室及び濃縮室を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the demineralization chamber and the concentration chamber of the electrodeionization apparatus which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る電気脱イオン装置の脱塩室及び濃縮室への水の流れを示す概略図である。It is the schematic which shows the flow of the water to the demineralization chamber and the concentration chamber of the electrodeionization apparatus which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る電気脱イオン装置を用いた純水製造システムを示す概略図である。It is the schematic which shows the pure water manufacturing system using the electrodeionization apparatus which concerns on other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…電気脱イオン装置
2…脱塩室
3…濃縮室
4…カチオン交換膜
5…アニオン交換膜
6…陰極
7…陽極
8…発泡体
10…純水製造システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrodeionization apparatus 2 ... Desalination chamber 3 ... Concentration chamber 4 ... Cation exchange membrane 5 ... Anion exchange membrane 6 ... Cathode 7 ... Anode 8 ... Foam 10 ... Pure water manufacturing system

Claims (12)

陰極と陽極との間に、複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを配列して脱塩室と濃縮室とを形成してなる電気脱イオン装置であって、
前記脱塩室及び/又は前記濃縮室に、微細状のイオン交換体を保持する連続気泡構造の発泡体が充填されており、
前記発泡体は、発泡剤に対して20〜80質量%の前記イオン交換体を、前記発泡剤に添加して形成されてなるものである
ことを特徴とする電気脱イオン装置。
An electrodeionization apparatus in which a plurality of anion exchange membranes and cation exchange membranes are arranged between a cathode and an anode to form a demineralization chamber and a concentration chamber,
The desalting chamber and / or the concentration chamber is filled with a foam having an open-cell structure that holds a fine ion exchanger ,
The electrodeionization apparatus according to claim 1, wherein the foam is formed by adding 20 to 80% by mass of the ion exchanger to the foaming agent .
前記イオン交換体が、アニオン交換体及びカチオン交換体であることを特徴とする請求項1に記載の電気脱イオン装置。   The electrodeionization apparatus according to claim 1, wherein the ion exchanger is an anion exchanger or a cation exchanger. 前記発泡体に保持される前記アニオン交換体と前記カチオン交換体との体積比が、1:9〜9:1であることを特徴とする請求項2に記載の電気脱イオン装置。   The electrodeionization apparatus according to claim 2, wherein a volume ratio of the anion exchanger and the cation exchanger held in the foam is 1: 9 to 9: 1. 前記アニオン交換膜又は前記カチオン交換膜と接触する前記発泡体の接触面におけるイオン交換基密度が、前記発泡体の他の部位におけるイオン交換基密度よりも高いことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電気脱イオン装置。   The ion exchange group density in the contact surface of the foam in contact with the anion exchange membrane or the cation exchange membrane is higher than the ion exchange group density in other parts of the foam. The electrodeionization apparatus according to any one of the above. 前記発泡体の接触面には、複数の凹凸部が形成されており、
前記発泡体は、前記接触面に前記イオン交換体がさらに固着されてなることを特徴とする請求項4に記載の電気脱イオン装置。
A plurality of irregularities are formed on the contact surface of the foam,
The electrodeionization apparatus according to claim 4, wherein the foam is formed by further fixing the ion exchanger to the contact surface.
前記イオン交換体が、少なくともイオン交換樹脂を含み、
前記イオン交換樹脂の平均粒子径が、100μm以下であり、粒子径が200μm以下のイオン交換樹脂を90質量%以上含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の電気脱イオン装置。
The ion exchanger includes at least an ion exchange resin;
6. The electrodeionization apparatus according to claim 1, wherein the ion-exchange resin has an average particle size of 100 μm or less and 90% by mass or more of an ion-exchange resin having a particle size of 200 μm or less. .
前記イオン交換体が、少なくともイオン交換繊維を含み、
前記イオン交換繊維の平均繊維長が、2.5mm以下であり、繊維長が5.0mm以下のイオン交換繊維を90%質量以上含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の電気脱イオン装置。
The ion exchanger includes at least ion exchange fibers,
The average fiber length of the ion-exchange fiber is 2.5 mm or less, and 90% by mass or more of ion-exchange fibers having a fiber length of 5.0 mm or less are included. Electrodeionizer.
前記発泡体は、前記発泡体を構成するマトリックス樹脂に対して20〜80質量%の前記イオン交換体を、前記マトリックス樹脂に添加して形成されてなることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の電気脱イオン装置。 The foam, the said ion exchanger from 20 to 80 wt% with respect to the matrix resin constituting the foam of claim 1 to 7, characterized in that formed by formed by adding to said matrix resin The electrodeionization apparatus in any one. 前記マトリックス樹脂の分子鎖中には、イオン交換基が導入されていることを特徴とする請求項に記載の電気脱イオン装置。 The electrodeionization apparatus according to claim 8 , wherein an ion exchange group is introduced into a molecular chain of the matrix resin. 前記マトリックス樹脂が、アクリレート樹脂、アクリレートゴム、天然ゴム、ブチルゴム、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、スチレン−ブタジエンゴム、及びニトリルゴムのうちの少なくとも1種類以上を、5〜50質量%含有することを特徴とする請求項又はに記載の電気脱イオン装置。 The matrix resin contains 5 to 50% by mass of at least one of acrylate resin, acrylate rubber, natural rubber, butyl rubber, polyisoprene, polychloroprene, styrene-butadiene rubber, and nitrile rubber. The electrodeionization apparatus according to claim 8 or 9 . 前記発泡体の通水方向断面の細孔総面積が、当該通水方向に直交する方向の断面の細孔総面積よりも大きいことを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の電気脱イオン装置。 The electricity according to any one of claims 1 to 10 , wherein a total pore area of a cross section in the water flow direction of the foam is larger than a total pore area of a cross section in a direction orthogonal to the water flow direction. Deionizer. 請求項1〜11のいずれかに記載の電気脱イオン装置を備えることを特徴とする純水製造システム。 Water purification system characterized in that it comprises an electrodeionization apparatus according to any one of claims 1 to 11.
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