(57)【要約】 【課題】  水酸化オニウムの廃溶液をリサイクルし、濃度および純度が増大した水酸化オニウムのリサイクル溶液を得ること。【解決手段】  本発明は、水酸化オニウム水溶液の純度を改善するプロセスに関する。特に、本発明は、所望でない量のアニオンを含む水酸化オニウム水溶液の純度を改善するプロセスに関する。また、本発明は、上記方法によって得られる改善された高純度の水酸化オニウム溶液に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
水酸化オニウム水溶液の純度を改善するプロセスであって、
（Ａ）少なくとも４つのコンパートメントを有する電気化学セルを提供することであって、該コンパートメントが、カソード、アノード、ならびに、該アノード側から該カソード側へと順に第１のバイポーラ膜、第１のカチオン選択膜および第２のバイポーラ膜によって形成され、該カソードに隣接するコンパートメントが、該第２のバイポーラ膜および該カソードによって形成されている、電気化学セルを提供すること、
（Ｂ）該第１のバイポーラ膜および該第１のカチオン選択膜によって形成され、イオン交換材料を含まない供給コンパートメントに水酸化オニウム溶液を入れること、
（Ｃ）該セルに電流を流すこと、および
（Ｄ）該第１のカチオン選択膜および該第２のバイポーラ膜によって形成された回収コンパートメントから、精製された水酸化オニウム溶液を回収すること
を含む、プロセス。
【請求項２】
前記水酸化オニウムが、４級アンモニウムの水酸化物、４級ホスホニウムの水酸化物または３級スルホニウムの水酸化物である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記水酸化オニウムが、４級アンモニウムの水酸化物である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
前記４級アンモニウムの水酸化物が、下記化学式で表される、請求項３に記載のプロセス：
【化１】
2005514447.tif 000005
ここで、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４は、それぞれ独立して、１から約１０個の炭素原子を有するアルキル基、２から約１０個の炭素原子を有するヒドロキシアルキルまたはアルコキシアルキル基、あるいはアリールまたはヒドロキシアリール基であり、あるいは、Ｒ１およびＲ２は、窒素原子と一緒になって芳香族または非芳香族複素環を形成し得るアルキル基であり、ただし、該複素基が−Ｃ＝Ｎ−を含む場合にはＲ３は二次結合である。
【請求項５】
前記Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４が、１から約５個の炭素原子を有するアルキル基、または２から約５個の炭素原子を有するヒドロキシアルキル基である、請求項４に記載のプロセス。
【請求項６】
前記Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４が、１または２個の炭素原子を有するアルキル基である、請求項４に記載のプロセス。
【請求項７】
前記カチオン選択膜が、パーフルオロスルホン酸、パーフルオロカルボン酸、またはパーフルオロスルホン酸−パーフルオロカルボン酸、パーフルオロ炭化水素ポリマー膜を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項８】
前記電気化学セルの別のコンパートメントに電解液が入れられる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項９】
前記電解液が、水酸化オニウムの水溶液である、請求項８に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記工程（Ｂ）において入れられる前記水酸化オニウム溶液が特定量のハロゲン化物イオンを含み、ならびに、前記工程（Ｄ）において回収される前記溶液が該特定量よりも少量のハロゲン化物イオンを含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１１】
水酸化オニウム水溶液の純度を改善するプロセスであって、
（Ａ）少なくとも５つのコンパートメントを有する電気化学セルを提供することであって、該コンパートメントが、アノード、カソード、ならびに、該アノード側から該カソード側へと順に第１のバイポーラ膜、第１のカチオン選択膜、第２のカチオン選択膜および第２のバイポーラ膜によって形成されている、電気化学セルを提供すること、
（Ｂ）該第１のバイポーラ膜および該第１のカチオン選択膜によって形成され、イオン交換材料を含まない供給コンパートメントに水酸化オニウム溶液を入れること、
（Ｃ）該セルに電流を流すこと、および
（Ｄ）該第２のカチオン選択膜および該第２のバイポーラ膜によって形成された回収コンパートメントから、精製された水酸化オニウムを回収すること
を含む、プロセス。
【請求項１２】
前記水酸化オニウムが、４級アンモニウムの水酸化物、４級ホスホニウムの水酸化物または３級スルホニウムの水酸化物である、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記水酸化オニウムが、４級アンモニウムの水酸化物である、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記４級アンモニウムの水酸化物が、下記化学式で表される、請求項１３に記載のプロセス：
【化２】
2005514447.tif 000006
ここで、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４は、それぞれ独立して、１から約１０個の炭素原子を有するアルキル基、２から約１０個の炭素原子を有するヒドロキシアルキルまたはアルコキシアルキル基、あるいはアリールまたはヒドロキシアリール基であり、あるいは、Ｒ１およびＲ２は、窒素原子と一緒になって芳香族または非芳香族複素環を形成し得るアルキル基であり、ただし、該複素基が−Ｃ＝Ｎ−を含む場合にはＲ３は二次結合である。
【請求項１５】
前記Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４が、１から約５個の炭素原子を有するアルキル基、または２から約５個の炭素原子を有するヒドロキシアルキル基である、請求項１４に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４が、１または２個の炭素原子を有するアルキル基である、請求項１４に記載のプロセス。
【請求項１７】
前記電気化学セルの別のコンパートメントに電解液が入れられる、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記電解液が、水酸化オニウムの水溶液である、請求項１７に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記工程（Ｂ）において入れられる前記水酸化オニウム溶液が特定量のハロゲン化物イオンを含み、ならびに、前記工程（Ｄ）において回収される前記溶液が該特定量よりも少量のハロゲン化物イオンを含む、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項２０】
ハロゲン化物イオンを含む４級水酸化アンモニウム水溶液のハロゲン化物含有量を低減するプロセスであって、
（Ａ）少なくとも４つのコンパートメントを有する電気化学セルを提供することであって、該コンパートメントが、アノード、カソード、ならびに、該アノード側から該カソード側へと順に第１のバイポーラ膜、第１のカチオン選択膜および第２のバイポーラ膜によって形成され、該カソードに隣接するコンパートメントが、該第２のバイポーラ膜および該カソードによって形成されている、電気化学セルを提供すること、
（Ｂ）該第１のバイポーラ膜および該第１のカチオン選択膜によって形成され、イオン交換材料を含まない供給コンパートメントに、特定量のハロゲン化物イオンを含む該４級水酸化アンモニウム溶液を入れること、
（Ｃ）別のコンパートメントに電解液を入れること、
（Ｄ）該セルに電流を流すこと、および
（Ｅ）該第１のカチオン選択膜および該第２のバイポーラ膜によって形成された回収コンパートメントから、４級水酸化アンモニウム水溶液を回収することを含み、
該回収コンパートメントから回収された該４級水酸化アンモニウム水溶液が、該供給コンパートメントに入れられた４級水酸化アンモニウム溶液中に存在するハロゲン化物イオンの量よりも少量のハロゲン化物イオンを含む
プロセス。
【請求項２１】
前記４級水酸化アンモニウムが、下記化学式で表される、請求項２０に記載のプロセス：
【化３】
2005514447.tif 000007
ここで、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４は、それぞれ独立して、１から約１０個の炭素原子を有するアルキル基、２から約１０個の炭素原子を有するヒドロキシアルキルまたはアルコキシアルキル基、あるいはアリールまたはヒドロキシアリール基であり、あるいは、Ｒ１およびＲ２は、窒素原子と一緒になって芳香族または非芳香族複素環を形成し得るアルキル基であり、ただし、該複素基が−Ｃ＝Ｎ−を含む場合にはＲ３は二次結合である。
【請求項２２】
前記Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４が、１から約５個の炭素原子を有するアルキル基、または２から約５個の炭素原子を有するヒドロキシアルキル基である、請求項２１に記載のプロセス。
【請求項２３】
前記Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４が、メチルまたはエチル基である、請求項２１に記載のプロセス。
【請求項２４】
前記工程（Ｃ）において前記別のコンパートメントに入れられる前記電解液が、４級水酸化アンモニウムの水溶液である、請求項２０に記載のプロセス。
【請求項２５】
ハロゲン化物イオンを含む４級水酸化アンモニウム水溶液のハロゲン化物含有量を低減するプロセスであって、
（Ａ）少なくとも５つのコンパートメントを有する電気化学セルを提供することであって、該コンパートメントが、アノード、カソード、ならびに、該アノード側から該カソード側へと順に第１のバイポーラ膜、第１のカチオン選択膜、第２のカチオン選択膜および第２のバイポーラ膜によって形成されている、電気化学セルを提供すること、
（Ｂ）該第１のバイポーラ膜および該第１のカチオン選択膜によって形成され、イオン交換材料を含まない供給コンパートメントに、特定量のハロゲン化物イオンを含む該４級水酸化アンモニウム溶液を入れること、
（Ｃ）別のコンパートメントに電解液を入れること、
（Ｄ）該セルに電流を流すこと、および
（Ｅ）該第２のカチオン選択膜および該第２のバイポーラ膜によって形成された回収コンパートメントから、４級水酸化アンモニウム溶液を回収することを含み、
該回収された該４級水酸化アンモニウム溶液が、工程（Ｂ）において該供給コンパートメントに入れられた４級水酸化アンモニウム溶液中に存在するハロゲン化物イオンの量よりも少量のハロゲン化物イオンを含む
プロセス。
【請求項２６】
前記４級水酸化アンモニウムが、下記化学式で表される、請求項２５に記載のプロセス：
【化４】
2005514447.tif 000008
ここで、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４は、それぞれ独立して、１から約１０個の炭素原子を有するアルキル基、２から約１０個の炭素原子を有するヒドロキシアルキルまたはアルコキシアルキル基、あるいはアリールまたはヒドロキシアリール基であり、あるいは、Ｒ１およびＲ２は、窒素原子と一緒になって芳香族または非芳香族複素環を形成し得るアルキル基であり、ただし、該複素基が−Ｃ＝Ｎ−を含む場合にはＲ３は二次結合である。
【請求項２７】
前記Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４が、１から約５個の炭素原子を有するアルキル基、または２から約５個の炭素原子を有するヒドロキシアルキル基である、請求項２６に記載のプロセス。
【請求項２８】
前記Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４が、メチルまたはエチル基である、請求項２６に記載のプロセス。
【請求項２９】
前記工程（Ｃ）において前記別のコンパートメントに入れられた前記電解液が、４級水酸化アンモニウムの水溶液である、請求項２５に記載のプロセス。
【請求項３０】
カチオン交換材料上に吸着されたオニウムカチオンを無機塩基の水溶液で溶出させた水酸化オニウム水溶液の純度を改善するプロセスであって、
（Ａ）少なくとも４つのコンパートメントを有する電気化学セルを提供することであって、該コンパートメントが、カソード、アノード、ならびに、該アノード側から該カソード側へと順に第１のバイポーラ膜、第１のカチオン選択膜および第２のバイポーラ膜によって形成され、該カソードに隣接するコンパートメントが、該第２のバイポーラ膜および該カソードによって形成されている、電気化学セルを提供すること、
（Ｂ）該第１のバイポーラ膜および該第１のカチオン選択膜によって形成され、イオン交換材料を含まない供給コンパートメントに水酸化オニウム溶液を入れること、
（Ｃ）該セルに電流を流すこと、および
（Ｄ）該第１のカチオン選択膜および該第２のバイポーラ膜によって形成された回収コンパートメントから、精製された水酸化オニウム溶液を回収すること
を含む、プロセス。
【請求項３１】
水酸化オニウム水溶液の純度を改善するプロセスであって、
（Ａ）少なくとも５つのコンパートメントを有する電気化学セルを提供することであって、該コンパートメントが、アノード、カソード、ならびに、該アノード側から該カソード側へと順に第１のバイポーラ膜、第１のカチオン選択膜、第２のカチオン選択膜および第２のバイポーラ膜によって形成されている、電気化学セルを提供すること、
（Ｂ）該第１のバイポーラ膜および該第１のカチオン選択膜によって形成され、イオン交換材料を含まない供給コンパートメントに、カチオン交換材料上に吸着されたオニウム塩を無機塩基の水溶液で溶出させた水酸化オニウム溶液を入れること、
（Ｃ）該セルに電流を流すこと、および
（Ｄ）該第２のカチオン選択膜および該第２のバイポーラ膜によって形成された回収コンパートメントから、精製された水酸化オニウムを回収すること
を含む、プロセス。
【請求項３２】
ハロゲン化物イオンを含む４級水酸化アンモニウム水溶液のハロゲン化物含有量を低減するプロセスであって、
（Ａ）少なくとも４つのコンパートメントを有する電気化学セルを提供することであって、該コンパートメントが、アノード、カソード、ならびに、該アノード側から該カソード側へと順に第１のバイポーラ膜、第１のカチオン選択膜および第２のバイポーラ膜によって形成され、該カソードに隣接するコンパートメントが、該第２のバイポーラ膜および該カソードによって形成されている、電気化学セルを提供すること、
（Ｂ）該第１のバイポーラ膜および該第１のカチオン選択膜によって形成され、イオン交換材料を含まない供給コンパートメントに、カチオン交換材料上に吸着された４級アンモニウムカチオンを無機塩基の水溶液で溶出して得られ、かつ特定量のハロゲン化物イオンを含む４級水酸化アンモニウム溶液を入れること、
（Ｃ）別のコンパートメントに電解液を入れること、
（Ｄ）該セルに電流を流すこと、および
（Ｅ）該第１のカチオン選択膜および該第２のバイポーラ膜によって形成された回収コンパートメントから、４級水酸化アンモニウム水溶液を回収することを含み、
該回収コンパートメントから回収された該４級水酸化アンモニウム水溶液が、該供給コンパートメントに入れられた４級水酸化アンモニウム溶液中に存在するハロゲン化物イオンの量よりも少量のハロゲン化物イオンを含む
プロセス。
【請求項３３】
ハロゲン化物イオンを含む４級水酸化アンモニウム水溶液のハロゲン化物含有量を低減するプロセスであって、
（Ａ）少なくとも５つのコンパートメントを有する電気化学セルを提供することであって、該コンパートメントが、アノード、カソード、ならびに、該アノード側から該カソード側へと順に第１のバイポーラ膜、第１のカチオン選択膜、第２のカチオン選択膜および第２のバイポーラ膜によって形成されている、電気化学セルを提供すること、
（Ｂ）該第１のバイポーラ膜および該第１のカチオン選択膜によって形成され、イオン交換材料を含まない供給コンパートメントに、カチオン交換材料上に吸着された４級アンモニウムカチオンを無機塩基の水溶液で溶出して得られ、かつ特定量のハロゲン化物イオンを含む該４級水酸化アンモニウム溶液を入れること、
（Ｃ）別のコンパートメントに電解液を入れること、
（Ｄ）該セルに電流を流すこと、および
（Ｅ）該第２のカチオン選択膜および該第２のバイポーラ膜によって形成された回収コンパートメントから、４級水酸化アンモニウム溶液を回収することを含み、
該回収された該４級水酸化アンモニウム溶液が、工程（Ｂ）において該供給コンパートメントに入れられた４級水酸化アンモニウム溶液中に存在するハロゲン化物イオンの量よりも少量のハロゲン化物イオンを含む
プロセス。
【請求項３４】
前記水酸化オニウムが、４級アンモニウムの水酸化物、４級ホスホニウムの水酸化物または３級スルホニウムの水酸化物である、請求項３０に記載のプロセス。
【請求項３５】
前記水酸化オニウムが、４級アンモニウムの水酸化物、４級ホスホニウムの水酸化物または３級スルホニウムの水酸化物である、請求項３１に記載のプロセス。
【請求項３６】
前記水酸化オニウムが、４級アンモニウムの水酸化物、４級ホスホニウムの水酸化物または３級スルホニウムの水酸化物である、請求項３２に記載のプロセス。
【請求項３７】
前記水酸化オニウムが、４級アンモニウムの水酸化物、４級ホスホニウムの水酸化物または３級スルホニウムの水酸化物である、請求項３３に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水酸化オニウム水溶液の純度を改善するプロセスに関する。特に、本発明は、所望でない量のアニオンを含む水酸化オニウム水溶液の純度を改善するプロセスに関する。本発明はまた、上記方法によって得られる改善された高純度水酸化オニウム溶液に関する。
【背景技術】
【０００２】
水酸化オニウム（例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）および水酸化テトラエチルアンモニウム（ＴＥＡＨ）を含む４級水酸化アンモニウム）は、長年にわたって公知の強力な有機塩基である。水酸化４級アンモニウムは、種々の用途（例えば、ゼオライトの製造およびポリマーの製造における使用）に用いられることがわかっている。また、４級水酸化アンモニウムの水溶液（特に、ＴＭＡＨ溶液）が、印刷回路基板およびマイクロ電子チップの製造におけるフォトレジストの現像剤として広く用いられている。多くの理由により、印刷回路基板およびマイクロ電子チップの製造に用いられる現像剤の総量は最小限とするのが望ましい。水酸化物現像剤の総量を最小化する１つの方法は、廃現像剤を再使用することである。現像剤を再使用することにより、失われる量が減少され、かつ、廃棄の問題が低減される。
【０００３】
廃現像剤は、イオン性不純物および非イオン性不純物などの不純物を含む。イオン性不純物としては、ナトリウム、カリウム、亜鉛、ニッケル、アルミニウム、銅およびカルシウムなどの種々の金属カチオン；ならびに、ハロゲン化物、硝酸塩、亜硝酸塩、炭酸塩、カルボン酸塩および硫酸塩などのアニオンが挙げられる。非イオン性不純物としては、フォトレジスト、界面活性剤、アミン類、および他の多くの有機分子が挙げられる。廃現像剤は、比較的低濃度の水酸化物現像剤をも含む。したがって、使用可能な形態で水酸化物現像剤を効果的に回収し、再使用し、印刷回路基板およびマイクロ電子チップの製造に用いられる現像剤の総量を最小化し得ることについては、依然として需要がある。
【０００４】
米国特許第4,714,530号（Haleら）は、高純度の４級水酸化アンモニムを調製する電気分解的プロセスを記載する。このプロセスは、カチオン交換膜で分離されたカソード液コンパートメントとアノード液コンパートメントとを有するセルを用いる。このプロセスは、４級水酸化アンモニウム水溶液をアノード液コンパートメントに入れること、カソード液コンパートメントに水を加えること、および、電解セルに直流電流を流してより高純度の４級水酸化アンモニウムをカソード液コンパートメントに生成し、次いでこれを回収することを含む。また、当該’530特許は、電解セルのアノード液コンパートメントに４級水酸化アンモニウムを入れる前に、高温で当該水酸化物を加熱することを含む改善を記載している。
【０００５】
また、米国特許第4,938,854号（Sharifianら）は、潜在的なハロゲン化物濃度を低減することにより４級水酸化アンモニウムを精製する電気分解的プロセスを記載する。電解セルは、アニオンまたはカチオン選択膜であり得るディバイダーによって、カソード液コンパートメントとアノード液コンパートメントとに分割され得る。カソード液コンパートメントのカソードは、亜鉛、カドミウム、スズ、鉛、銅またはチタン、あるいはそれらの合金、水銀または水銀アマルガムを含む。
【０００６】
特開昭60-131985号公報（Takahashiら）は、電解セルにおいて高純度の４級水酸化アンモニウムを製造する方法を記載する。当該セルは、カチオン交換膜によって、アノードチャンバーとカソードチャンバーとに分割されている。不純物を含む４級水酸化アンモニウム溶液がアノードチャンバーに入れられ、水がカソードチャンバーに入れられた後、２つの電極間に直流電流が流される。精製された４級水酸化アンモニウムがカソードチャンバーから得られる。当該精製された４級水酸化アンモニウムは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アニオン類等の量が低減されている。
【０００７】
米国特許第5,439,564号および同第5,545,309号（Shimizuら）は、有機４級水酸化アンモニウムを含む廃液を処理する方法に関する。当該方法は、当該廃液をカチオン交換材料に接触させ、有機４級アンモニウムカチオンを当該カチオン交換材料から溶出し、および、アノードとカソードとカチオン交換材料とを備え、２つのチャンバーを有する電解セルにおいて溶出液を電気分解することにより行われる。有機４級水酸化アンモニウムが、電解セルのカソードチャンバーから得られる。
【０００８】
米国特許第5,968,338号（Hulmeら）は、カチオン交換材料、塩を形成する酸、および、少なくとも３つのコンパートメントを有し、水酸化オニウムを再生成する電気化学セルを用いて、オニウム化合物（例えば、水酸化物および塩）を含む溶液から水酸化オニウムを再生成するプロセスを記載する。
【０００９】
米国特許第6,207,039号（Moultonら）は、電気化学セルを用いて、オニウム化合物（例えば、水酸化物、塩、またはそれらの混合物）を含む溶液から水酸化オニウムまたはオニウム塩を回収するプロセスを記載する。当該セルは、少なくとも２つのコンパートメントと、カソードと、アノードと、ディバイダーとを備え、少なくとも１つのコンパートメントはイオン交換材料を含む。種々の電気化学セルが記載されている。当該特許の図３に示される１つの形態においては、当該セルは、アノードと、カソードと、当該アノード側から順に第１のバイポーラ膜、カチオン選択膜および第２のバイポーラ膜を含むユニットセルとを備える。第１のバイポーラ膜およびカチオン選択膜によって形成されるコンパートメント（供給コンパートメント）は、イオン交換材料を含む。
【００１０】
上記’039特許の図８および図８Ａに示される別の電気化学セルは、アノードと、カソードと、当該アノード側から順に第１のバイポーラ膜、第１のカチオン選択膜、第２のカチオン選択膜および第２のバイポーラ膜を含むユニットセルとを備える。いずれの実施形態においても、供給コンパートメントは、イオン交換材料を含む。図８Ｂの実施形態においては、供給コンパートメントは、第１のバイポーラ膜および第１のカチオン選択膜によって形成される。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
１つの実施形態においては、本発明は、水酸化オニウム水溶液の純度を改善するプロセスである。このプロセスは、
（Ａ）少なくとも４つのコンパートメントを有する電気化学セルを提供することであって、該コンパートメントが、カソード、アノード、ならびに、該アノード側から該カソード側へと順に第１のバイポーラ膜、第１のカチオン選択膜および第２のバイポーラ膜によって形成されている、電気化学セルを提供すること、
（Ｂ）該第１のバイポーラ膜および該第１のカチオン選択膜によって形成され、いずれのイオン交換材料も含まない供給コンパートメントに水酸化オニウム溶液を入れること、
（Ｃ）該セルに電流を流すこと、および
（Ｄ）該第１のカチオン選択膜および該第２のバイポーラ膜によって形成された回収コンパートメントから、精製された水酸化オニウム溶液を回収すること
を含む。
【００１２】
別の実施形態においては、本発明は、水酸化オニウム水溶液の純度を改善するプロセスに関する。このプロセスは、
（Ａ）少なくとも５つのコンパートメントを有する電気化学セルを提供することであって、該コンパートメントが、アノード、カソード、ならびに、該アノード側から該カソード側へと順に第１のバイポーラ膜、第１のカチオン選択膜、第２のカチオン選択膜および第２のバイポーラ膜によって形成されている、電気化学セルを提供すること、
（Ｂ）該第１のバイポーラ膜および該第１のカチオン選択膜によって形成され、いずれのイオン交換材料も含まない供給コンパートメントに水酸化オニウム溶液を入れること、
（Ｃ）該セルに電流を流すこと、および
（Ｄ）該第２のカチオン選択膜および該第２のバイポーラ膜によって形成された回収コンパートメントから、精製された水酸化オニウム溶液を回収すること
を含む、プロセス。
【００１３】
本発明のプロセスによって精製され得る上記水酸化オニウムは、４級アンモニウムの水酸化物（４級水酸化アンモニウム）、４級ホスホニウムの水酸化物（４級水酸化ホスホニウム）または３級スルホニウムの水酸化物（３級水酸化スルホニウム）を包含する。
【００１４】
本発明のプロセスの結果として、濃度および純度が増大した水酸化オニウムのリサイクル溶液が得られ得る。水酸化オニウムの廃溶液をリサイクルすることは、コストを削減するだけでなく、新しい水酸化物化合物溶液の合成、それに付随した高価な精製プロセス、および廃溶液の流出液による毒性を排除または低減することにより環境的な利点をも提供する。さらに、大量の化学物質を貯蔵する必要がない。本発明によって得られ得る比較的高濃度および高純度の水酸化オニウム溶液は、水酸化オニウム溶液が必要とされる多くの用途において有効に使用され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明によれば、所望でないアニオンを含む水酸化オニウム水溶液の純度が、電気化学セルにおける電気透析によって改善される。１つの実施形態においては、所望でない量のアニオンを含む水酸化オニウム水溶液は、本発明のプロセスによって処理され得、当該所望でないアニオンの含有量が減少した水酸化オニウム水溶液が得られ得る。存在し得るアニオンとしては、ハロゲン化物、炭酸塩、ギ酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩、酢酸塩、硫酸塩などが挙げられる。１つの実施形態においては、本発明によって精製され得る水酸化オニウム水溶液は、カチオン交換材料上に吸着されたオニウムカチオンを有機塩基の水溶液で溶出させて得られる溶液である。これらは、2000年10月20日に出願された同時係属中の出願である米国特許出願第09/623,293号に記載されている。
【００１６】
本明細書および請求の範囲において示されるように、上記電気化学セルの供給コンパートメントは、いずれのイオン交換材料も含まない。すなわち、供給コンパートメントは、米国特許第6,207,039号に記載されたタイプのいずれのカチオン交換材料もアニオン交換材料も含まない。別の実施形態においては、当該電気化学セルの別のコンパートメントもまた、イオン交換材料を含まない。
【００１７】
上記水酸化オニウムは、一般的に下記化学式で表され得る：
Ａ（ＯＨ）Ｘ            （Ｉ）
ここで、Ａはオニウム基であり、ＸはＡの原子価に等しい整数である。オニウム基の例としては、アンモニウム基、ホスホニウム基およびスルホニウム基が挙げられる。１つの実施形態においては、上記水酸化オニウムは、有用な回収率を得るに十分なほど溶液（例えば、水、アルコールまたは他の有機液体、あるいはそれらの混合物）に対して可溶性である。
【００１８】
４級アンモニウムの水酸化物および４級ホスホニウムの水酸化物は、下記化学式で表され得る：
【００１９】
【化５】
2005514447.tif 000002
ここで、Ａは窒素またはリン原子であり、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４は、それぞれ独立して、１から約２０個の炭素原子を有するアルキル基、２から約２０個の炭素原子を有するヒドロキシアルキルまたはアルコキシアルキル基、アリール基、またはヒドロキシアリール基であり、あるいは、Ｒ１およびＲ２は、Ａと一緒になって複素基を形成し得、ただし、該複素基がＣ＝Ａ基を含む場合にはＲ３は二次結合（the second bond）である。
【００２０】
上記アルキル基Ｒ１〜Ｒ４は、直鎖状または分岐状であり得る。１から２０個の炭素原子を有するアルキル基の具体例としては、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、イソオクチル、ノニル、デシル、イソデシル、ドデシル、トリデシル、イソトリデシル、ヘキサデシルおよびオクタデシル基が挙げられる。また、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４は、ヒドロキシエチル、ならびに、ヒドロキシプロピル、ヒドロキシブチル、ヒドロキシペンチル等の種々の異性体などのヒドロキシアルキル基であり得る。１つの実施形態においては、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４は、独立して、１から１０個の炭素原子を有するアルキル基、および２から３個の炭素原子を有するヒドロキシアルキル基である。アルコキシアルキル基の具体例としては、エトキシメチル、ブトキシメチル、ブトキシブチル等が挙げられる。種々のアリールおよびヒドロキシアリール基の例としては、フェニル、ベンジル、および、ベンゼン環が１つ以上の水酸基で置換されている同等の基が挙げられる。
【００２１】
本発明のプロセスによってリサイクルまたは精製され得る４級水酸化アンモニウムは、式ＩＩＩで表され得る：
【００２２】
【化６】
2005514447.tif 000003
ここで、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４は、式ＩＩにおいて定義したとおりである。１つの好ましい実施形態においては、Ｒ１〜Ｒ４は、１から約４個の炭素原子を有するアルキル基、および、２または３個の炭素原子を有するヒドロキシアルキル基である。本発明のプロセスによって精製される４級水酸化アンモニウムは、最も多くの場合、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）または水酸化テトラエチルアンモニウム（ＴＥＡＨ）である。このような水酸化アンモニウムの具体例としては、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム、水酸化テトラｎ−オクチルアンモニウム、水酸化メチルトリエチルアンモニウム、水酸化ジエチルジメチルアンモニウム、水酸化メチルトリプロピルアンモニウム、水酸化メチルトリブチルアンモニウム、水酸化セチルトリメチルアンモニウム、水酸化トリメチルヒドロキシエチルアンモニウム、水酸化トリメチルメトキシエチルアンモニウム、水酸化ジメチルジヒドロキシエチルアンモニウム、水酸化メチルトリヒドロキシエチルアンモニウム、水酸化フェニルトリメチルアンモニウム、水酸化フェニルトリエチルアンモニウム、水酸化ベンジルトリメチルアンモニウム、水酸化ベンジルトリエチルアンモニウム、水酸化ジメチルピロリジニウム、水酸化ジメチルピペリジニウム、水酸化ジイソプロピルイミダゾリニウム、水酸化Ｎ-アルキルピリジニウム等が挙げられる。
【００２３】
本発明のプロセスによって精製され得る４級ホスホニウムの水酸化物（ＡがＰである場合の式ＩＩによって表される）の例としては、水酸化テトラメチルホスホニウム、水酸化テトラエチルホスホニウム、水酸化テトラプロピルホスホニウム、水酸化テトラブチルホスホニウム、水酸化トリメチルヒドロキシエチルホスホニウム、水酸化ジメチルジヒドロキシエチルホスホニウム、水酸化メチルトリヒドロキシエチルホスホニウム、水酸化フェニルトリメチルホスホニウム、水酸化フェニルトリエチルホスホニウム、および水酸化ベンジルトリメチルホスホニウム等が挙げられる。
【００２４】
別の実施形態においては、本発明のプロセスによってリサイクルまたは精製され得る３級スルホニウムの水酸化物は、式ＩＶで表され得る：
【００２５】
【化７】
2005514447.tif 000004
ここで、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、それぞれ独立して、１から約２０個の炭素原子を有するアルキル基、２から約２０個の炭素原子を有するヒドロキシアルキルまたはアルコキシアルキル基、アリール基、またはヒドロキシアリール基であり、あるいは、Ｒ１およびＲ２は、Ｓと一緒になって複素基を形成し得、ただし、該複素基がＣ＝Ｓ基を含む場合にはＲ３は二次結合である。
【００２６】
上記式ＩＶで表される３級スルホニウムの水酸化物の例としては、水酸化トリメチルスルホニウム、水酸化トリエチルスルホニウム、水酸化トリプロピルスルホニウム等が挙げられる。
【００２７】
水酸化オニウムは市販されている。さらに、水酸化オニウムは、対応するオニウム塩（例えば、対応するハロゲン化オニウム、炭酸オニウム、ギ酸オニウム、硫酸オニウムなど）から調製され得る。
【００２８】
種々の調製方法が米国特許第4,917,781号（Sharifianら）および同第5,286,354号（Bardら）に記載されており、これらの特許は本明細書に参考として援用されている。どのようにして水酸化オニウム溶液を得るかまたは調製するかについては、格別の限定はない。
【００２９】
電気透析の前に、水酸化オニウムと不純物とを含む溶液は、必要に応じて濃縮され得、または前処理され得る。すなわち、当該溶液における水酸化オニウムの濃度は電気透析の前に増加され得、および／または、種々の不純物は当該オニウム化合物溶液から除去され得る。
【００３０】
いくつかの実施形態においては、電気透析の前に水酸化オニウム溶液を濃縮することが望まれ得る。濃縮手順は当業者に公知であり、蒸発、蒸留、ナノフィルターろ過、および逆浸透法などが挙げられる。同様に、これらの濃縮手順は、必要に応じて、電気透析セルの供給コンパートメントに入れられた水酸化オニウム溶液（詳細は後述する）の濃縮に用いられ得る。
【００３１】
別の実施形態においては、本発明による電気透析の前に、ある種の形態のろ過によって水酸化オニウム溶液を前処理することが望まれ得る。重力ろ過、精密ろ過（例えば、ナノフィルターろ過）、十字流ろ過、カートリッジろ過、真空ろ過および圧力誘導ろ過（pressure induced filtration）などの種々のタイプのろ過が行われ得る。関連するストレーナーおよびスクリーニング前処理もまた行われ得る。ろ過膜は、液体から固体を分離するに有用な公知の材料で作製され得る。このような材料としては、プラスチック（例えば、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＥＴ、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン）、酢酸セルロース、硝酸セルロース、再生セルロース、ニトロセルロース、紙（例えば、無灰紙）、種々の繊維（例えば、ガラス繊維）、および、種々の粒子（例えば、活性炭、シリカ、砂）などが挙げられる。あるいは、前処理は、水酸化オニウム溶液を種々の粒子状物質（例えば、活性炭）に接触させることを含み得る。その結果、有機不純物が粒子状物質に吸着されて、溶液から除去される。
【００３２】
いくつかの実施形態においては、１つより多いタイプ（または通過）のろ過前処理が行われ得る。各々のろ過前処理が、異なる種の不純物を除去し得る。例えば、１つの実施形態においては、２つのろ過前処理が行われる：有機不純物が重力ろ過によって実質的または部分的に除去され、溶液のｐＨを増加させてある種の金属を不溶性の水酸化塩に形成することによりろ過を促進するようにした後（すなわち、不溶物を分離した後）、金属不純物が別の重力ろ過を通過することにより実質的または部分的に除去される。
【００３３】
別の実施形態においては、本発明による電気透析の前に、ある種の形態の金属処理によって水酸化オニウム溶液を前処理することが望まれ得る。金属前処理は、水酸化オニウム溶液から過剰の金属不純物を除去する。１つの実施形態においては、金属前処理は、水酸化オニウム溶液を予備イオン交換材料に接触させて金属を除去することを含む。当該予備イオン交換材料は、好ましくは、金属カチオンとオニウムカチオンとを選択的に区別し得る予備カチオン交換材料である。その結果、オニウム化合物溶液中の金属イオン不純物の少なくとも一部が、当該予備イオン交換材料に吸着される。例えば、ナトリウムが親和性を有する予備イオン交換材料は、本発明による電気透析の前に水酸化オニウム溶液からナトリウムを除去する金属前処理として用いられ得る。
【００３４】
別の実施形態においては、金属前処理は、水酸化オニウム溶液を金属錯化化合物に接触させることを含む。金属錯化化合物は、水酸化オニウム溶液中の金属不純物の少なくとも一部を吸着し、それに結合し、錯体を形成し、配位し、キレート化し、または固定する。これにより、本発明によるカチオン交換材料と接触する前に、金属不純物の少なくとも一部を除去する。金属錯化化合物の例としては、クラウンエーテル、クリプタンド、およびキレート化化合物（例えば、ジアミン、ジケトンエステル）が挙げられる。
【００３５】
さらに別の実施形態においては、金属前処理は、オニウム化合物溶液を、金属カチオンと不溶性（少なくとも部分的に不溶性）の沈殿物を形成し得る酸または塩に接触させることを含み得る。これにより、沈殿を容易に除去することが可能となり、したがって金属を本発明の電気透析から除去することが可能となる。
【００３６】
本発明において有用な電気化学セルは、少なくともアノード、カソード、第１および第２のバイポーラ膜、ならびに、当該２つのバイポーラ膜の間に１つ以上のカチオン選択膜を有する。当該アノードとカソードとの間の操作位置に組み立てられた１つ以上のユニットセルが存在し得る。種々のユニットセルおよび複数のユニットセルを含む、本発明のプロセスに有用な電気化学セルが、本明細書に記載されている。複数のユニットセルは、アノードとカソードとの間の多くのコンパートメントによって規定され得る。あるいは、複数のユニットセルは、アノードとカソードを含む多くのコンパートメントによって規定され得る。使用され得るユニットセルの数は、特に制限されない。しかし、１つの実施形態においては、本発明に有用な電気化学セルは、１〜約２５個のユニットセル、好ましくは１〜約１０個のユニットセルを含み得る。
【００３７】
本発明に有用な電気化学セルは、少なくとも４または５個のコンパートメントを含む。少なくとも４個のコンパートメントを含む電気化学セルは、一般的に、２つの電極すすぎまたは緩衝コンパートメントと、供給コンパートメントと、回収コンパートメントとを有する。少なくとも５個のコンパートメントを含む電気化学セルは、一般的に、供給コンパートメント、回収コンパートメント、および２つの電極すすぎまたは緩衝コンパートメントに加えて、当該供給コンパートメントと回収コンパートメントとの間に、通過または中間コンパートメントを有する。
【００３８】
イオン性溶液または電解液が、電気化学セルの１つ以上のコンパートメントに入れられる。当該溶液は水性、アルコールまたはグリコール性、他の有機溶液、またはそれらの組み合わせであり得る。言い換えれば、当該溶液は、水、水と有機液体との混合物、または有機液体を含み得、当該有機液体は、メタノール、エタノール、グリコールなどのアルコールを含み得る。１つの実施形態においては、各コンパートメントに入れられる溶液は、水溶液である。
【００３９】
最初に供給コンパートメントに入れられる水酸化オニウムの濃度は、約０．１Ｍ〜約６Ｍの範囲である。好ましい実施形態においては、供給コンパートメントに入れられる溶液中のオニウム塩の濃度は、約０．５Ｍ〜約２Ｍである。２つ以上の供給コンパートメントを有する電気化学セルにおいては、供給コンパートメントに入れられる溶液中の水酸化オニウムの濃度は、それぞれの供給コンパートメントで同じであってもよく、異なっていてもよい。その名称が示唆するように、供給コンパートメントは、オニウムカチオンと所望でないアニオンとを含む本発明によって精製されるべき水酸化オニウム溶液を最初に保持する。
【００４０】
回収コンパートメントには、最初、溶液（好ましくは、水溶液）が入れられる。回収コンパートメントに入れられる溶液は、イオン性化合物を含んでいてもよく、含んでいなくてもよい。イオン性化合物は、溶液中で部分的にまたは完全にイオン化する化学化合物（例えば、電解質）である。１つの実施形態においては、回収コンパートメント中のイオン性化合物は、供給コンパートメントに入れられる水酸化オニウムと同じである（または、回収コンパートメントから回収される水酸化オニウムと同じである）。セルに電流を流した後、水酸化オニウムが所定の濃度で回収コンパートメントから回収され得、または得られ得る。１つの実施形態においては、回収コンパートメント中の水酸化オニウム濃度は、約０．５Ｍより大きい。別の実施形態においては、回収コンパートメント中の水酸化オニウム濃度は、約１Ｍより大きい。さらに別の実施形態においては、回収コンパートメント中の水酸化オニウム濃度は、約２Ｍより大きい。２つ以上の回収コンパートメントを有する電気化学セルにおいては、回収コンパートメントから回収される溶液中の水酸化オニウムの濃度は、それぞれの回収コンパートメントで同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００４１】
上記電極すすぎまたは緩衝コンパートメント（すなわち、アノードおよびカソードに隣接するコンパートメント）は、所定の濃度のイオン性化合物溶液を含む。当該イオン性化合物は、導電性を維持し、セル操作電圧を低くできるよう機能する。電極すすぎコンパートメントに入れられる溶液中のイオン性化合物の濃度は約０．１Ｍ〜約５Ｍの範囲である。別の実施形態においては、濃度は約０．５Ｍ〜約２Ｍである。さらに別の実施形態においては、濃度は約０．７Ｍ〜約１．５Ｍである。２つ以上の電極すすぎコンパートメントを有する電気化学セルにおいては、電極すすぎコンパートメントに入れられる溶液中のイオン性化合物の濃度は、各コンパートメントについて同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００４２】
中間または通過コンパートメントが存在する場合には、溶液（好ましくは、水溶液）が最初に入れられる。中間通過コンパートメントに入れられる溶液は、イオン性化合物を含んでいてもよく、含んでいなくてもよい。イオン性化合物が存在する場合には、当該化合物は、他のコンパートメントのイオン性化合物と同じであってもよく、異なっていてもよい。中間または通過コンパートメントは、２つのカチオン交換膜によって規定される。電気化学セルに電流が流されると、オニウムカチオンは、供給コンパートメントから中間または通過コンパートメントを通って回収コンパートメントに移動する。最も所望でない不純物は中間または通過コンパートメントを通過しないので、通過コンパートメントは、得られる水酸化オニウムをさらに精製する機能を有する。
【００４３】
したがって、１つの実施形態においては、本発明のプロセスは、
（Ａ）少なくとも４つのコンパートメントを有する電気化学セルを提供することであって、該コンパートメントが、カソード、アノード、ならびに、該アノード側から該カソード側へと順に第１のバイポーラ膜、第１のカチオン選択膜および第２のバイポーラ膜によって形成されている、電気化学セルを提供すること、
（Ｂ）該第１のバイポーラ膜および該第１のカチオン選択膜によって形成され、いずれのイオン交換材料も含まない供給コンパートメントに水酸化オニウム溶液を入れること、
（Ｃ）該セルに電流を流すこと、および
（Ｄ）該第１のカチオン選択膜および該第２のバイポーラ膜によって形成された回収コンパートメントから、精製された水酸化オニウム溶液を回収すること
を含む。
【００４４】
本発明のプロセスに用いられ得る電気化学セルのいくつかの実施形態について、図面を参照して説明する。種々の電気化学セルの多くの実施形態が図面に記載されているが、本発明の範囲内であるが図面で具体的に説明されていない他の多くの実施形態があることが、当業者に容易に理解され得る。
【００４５】
少なくとも４つのコンパートメントを有し、上記プロセスに有用な電気化学セルの１つの実施形態が図１の模式図に示される。電気化学セル１０は、アノード１１と、カソード１２と、アノード１１側から順に第１のバイポーラ膜１３、カチオン選択膜１５および第２のバイポーラ膜１４を有するユニットセルとを有する。電気化学セル１０は、４つのコンパートメント、すなわち、第１の電極すすぎまたは緩衝コンパートメント１６、供給コンパートメント１７、回収コンパートメント１８、および第２の電極すすぎまたは緩衝コンパートメント１９を有する。
【００４６】
図１に示される電気化学セル１０の操作においては、特定量のアニオン不純物を含む水酸化オニウム供給溶液が、供給コンパートメント１７に入れられる。イオン性化合物（電解質）の溶液（好ましくは、水溶液）が、第１および第２の電極すすぎまたは緩衝コンパートメント１６および１９、ならびに回収コンパートメント１８に入れられる。アノードとカソードとの間で電位が確立されかつ維持されて、セルを流れる電流が生じる。その際、供給溶液に存在するアニオンは、供給コンパートメント１７にとどまる。オニウムカチオンはカソード１２方向に引き寄せられ、カチオン選択膜１５を通って回収コンパートメント１８に入る。ここで、オニウムカチオンは、第２のバイポーラ膜１４のアノード側表面に形成された水酸イオンと結合し、所望の水酸化オニウムが生成される。不純物はカソードに引き寄せられず、および／または、カチオン選択膜１５を通過しないので、供給コンパートメント１７にとどまる。水酸化オニウムが回収コンパートメント１８で形成され、そこから回収される。
【００４７】
本発明の別の実施形態においては、水酸化オニウム水溶液の純度を改善するプロセスは、少なくとも５つのコンパートメントを有する電気化学セルを用いる。このプロセスは、
（Ａ）少なくとも５つのコンパートメントを有する電気化学セルを提供することであって、該コンパートメントが、アノード、カソード、ならびに、該アノード側から該カソード側へと順に第１のバイポーラ膜、第１のカチオン選択膜、第２のカチオン選択膜および第２のバイポーラ膜によって形成されている、電気化学セルを提供すること、
（Ｂ）該第１のバイポーラ膜および該第１のカチオン選択膜によって形成され、いずれのイオン交換材料も含まない供給コンパートメントに水酸化オニウム溶液を入れること、
（Ｃ）該セルに電流を流すこと、および
（Ｄ）該第２のカチオン選択膜および該第２のバイポーラ膜によって形成された回収コンパートメントから、精製された水酸化オニウム溶液を回収すること
を含む。
【００４８】
本実施形態において使用される電気化学セルを図２および図３に示す。図２の模式図においては、電気化学セル２０は、アノード１１と、カソード１２と、アノード１１側から順に第１のバイポーラ膜１３、第１のカチオン選択膜２１、第２のカチオン選択膜２２および第２のバイポーラ膜１４を有するユニットセルとを有する。したがって、電気化学セル２０は、５つのコンパートメント、すなわち、第１の電極すすぎまたは緩衝コンパートメント１６、供給コンパートメント１７、中間または通過コンパートメント２３、回収コンパートメント１８、および第２の電極すすぎまたは緩衝コンパートメント１９を有する。
【００４９】
図２に示される電気化学セル２０の操作においては、水酸化オニウム溶液が、供給コンパートメント１７に入れられる。電解液が、第１および第２の電極すすぎコンパートメント１６および１９、通過コンパートメント２３、ならびに回収コンパートメント１８に入れられる。１つの実施形態においては、これらのコンパートメントに入れられる電解液は、供給コンパートメントに入れられるのと同じ水酸化オニウムを含む水溶液であるが、有意量の不純物（例えば、アニオン）は含まない。アノードとカソードとの間で電位が確立されかつ維持されて、セルを流れる電流が生じる。その際、供給コンパートメント１７に入れられた水酸化オニウム溶液に含まれるアニオンは、供給コンパートメント１７にとどまる。オニウムカチオンはカソード１２方向に引き寄せられ、第１のカチオン選択膜２１を通って中間コンパートメント２３に入る。次いで、第２のカチオン選択膜２２を通って回収コンパートメント１８に入る。ここで、オニウムカチオンは、第２のバイポーラ膜１４のアノード側表面に形成された水酸イオンと結合し、所望の水酸化オニウムが生成される。不純物はカソード１２に引き寄せられず、および／または、第１のカチオン選択膜２１を通過しないので、供給コンパートメント１７にとどまる。再生水酸化オニウムが回収コンパートメント１８から回収される。
【００５０】
本発明のプロセスに有用な電気化学セルの別の実施形態を図３に示す。図３は、８つのコンパートメントを有する電気化学セル３０の模式図である。この実施形態は、図２の実施形態に用いられるユニットセルを２つ有する電気透析セルとして説明される。２つのユニットは、第３のバイポーラ膜３１で分離されている。したがって、図３に示される電気透析セル３０は、アノード１１と、カソード１２と、アノード１１側から順に第１のバイポーラ膜１３、第１のカチオン選択膜２１、第２のカチオン選択膜２２および第３のバイポーラ膜３１を有する第１のユニットセルと、アノード側から順に第３のバイポーラ膜３１、第３のカチオン選択膜３２、第４のカチオン選択膜３３および第２のバイポーラ膜１４を有する第２のユニットセルとを有する。したがって、セル３０は、８つのコンパートメント、すなわち、第１の電極すすぎコンパートメント１６、第１の供給コンパートメント１７、第１の中間または通過コンパートメント２３、第１の回収コンパートメント１８、第２の供給コンパートメント１７’、第２の中間または通過コンパートメント２３’、第２の回収コンパートメント１８’、および第２の電極すすぎコンパートメント１９を有する。
【００５１】
図３に示される電気化学セル３０の操作においては、アニオン不純物を含む水酸化オニウム溶液が、供給コンパートメント１７および１７’に入れられる。電解液が、第１および第２の電極すすぎコンパートメント１６および１９、第１および第２の中間コンパートメント２３および２３’、ならびに、第１および第２の回収コンパートメント１８および１８’に入れられる。アノードとカソードとの間で電位が確立されかつ維持されて、セルを流れる電流が生じる。その際、供給コンパートメント１７および１７’のそれぞれに含まれるオニウムカチオンはカソード１２方向に引き寄せられる。したがって、供給コンパートメント１７に含まれるオニウムカチオンは、第１の中間コンパートメント２３を通って回収コンパートメント１８に入る。ここで、オニウムカチオンは、水酸イオンと結合し、回収コンパートメント１８に所望の水酸化オニウムが生成される。同様に、第２の供給コンパートメント１７’に含まれるオニウムカチオンは、第３のカチオン選択膜３２を通って中間コンパートメント２３’に入る。次いで、第４のカチオン選択膜３３を通って第２の回収コンパートメント１８’に入る。ここで、当該カチオンは、水酸イオンと結合し、所望の水酸化オニウムが生成される。この水酸化オニウムは、第２の回収コンパートメント１８’から回収され得る。供給コンパートメント１７および１７’に入れられた水酸化オニウム溶液中に存在するあらゆるアニオンは、カチオン選択膜を通過しないので、回収コンパートメント１８および１８’から回収される水酸化オニウム溶液は、所望でないアニオンの含有量が減少している。
【００５２】
本発明のプロセスの操作は、連続的であってもよく、バッチ処理的であってもよい。本発明のプロセスの操作は一般的には連続的であり、所定の成分が連続的に再循環される。循環は、ポンプおよび／またはガス放出（gas evolution）によって行われる。
【００５３】
上記電気化学セルのアノードとして種々の材料が使用され得る。例えば、アノードは、金属（例えば、チタンコート電極、タンタル、ニッケル、ジルコニウム、ハフニウム、またはそれらの合金）で作製され得る。一般的に、アノードは、金属性貴金属（例えば、白金、イリジウム、ロジウム、またはそれらの合金）あるいは少なくとも１つの貴金属（例えば、白金、イリジウム、ルテニウム、パラジウムまたはロジウム）の酸化物または混合酸化物を含む導電性酸化物の混合物を含み得る非不導態性触媒フィルム（non-passivable and catalytic film）を有し得る。１つの実施形態においては、アノードは、寸法的に安定なアノード（例えば、チタンベース上に酸化ルテニウムおよび／または酸化イリジウムを有するアノード）である。別の実施形態においては、アノードは、白金でコートされたチタンで作製される。
【００５４】
電気化学セルのカソードとして用いられてきた種々の材料が、本発明の上記または他の実施形態において使用されるカソードに包含され得る。カソード材料としては、ニッケル、鉄、ステンレス、ニッケルめっきされたチタン、グラファイト、炭素鋼（鉄）、またはそれらの合金などが挙げられる。用語「合金」は広い意味で用いられ、２つ以上の金属が密接に結合した混合物、ならびに、１つの金属が別の金属でコーティングされているものを包含する。
【００５５】
セルおよび本発明のプロセスに用いられるカチオン選択膜は、水酸化オニウムの電気化学的精製またはリサイクルに用いられてきた任意の選択膜であり得る。１つの実施形態においては、カチオン選択膜は、高耐久性材料（例えば、フルオロカーボン類をベースとした膜、あるいは、ポリスチレンまたはポリプロピレン類といったより安価な材料由来の膜）を含む。しかし、好ましくは、本発明に有用なカチオン選択膜としては、カチオン選択基を有するフッ素化膜（例えば、パーフルオロスルホン酸、パーフルオロカルボン酸、パーフルオロスルホン酸−パーフルオロカルボン酸、パーフルオロカーボンポリマー膜；これらはデュポン社から「Nafion」（例えば、DuPont’s Cationic Nafion 902
membrane）という商品シリーズとして市販されている）が挙げられる。他の適切なカチオン選択膜としては、旭硝子社製のCMVカチオン選択膜、ならびに、カチオン選択基（例えば、スルホネート基、カルボキシレート基）を有するスチレン−ジビニルベンゼンコポリマー膜等が挙げられる。Raipore
Cationic R1010（Pall RAI製）、ならびに、徳山曹達社製のNEOSEPTA CMHおよびNEOSEPTA CM1膜は、高分子量４級化合物に特に有用である。本発明に有用なパーフルオロカルボン酸カチオン選択膜は、F795という商品名で旭硝子社から市販されている。カチオン選択膜の調製および構造は、Encyclopedia
of Chemical Technology, Kirk-Othmer, Third Ed., Vol.15, pp. 92-131, Wiley &
Sons, New York, 1985の「膜技術」と題された章に記載されている。本発明のプロセスに有用であり得る種々のカチオン選択膜の開示について、上記ページは本明細書に参考として援用される。
【００５６】
電気化学セルに用いられるバイポーラ膜は、３つの部分（カチオン選択側部または領域、アニオン選択側部または領域、ならびに、これら２つの領域の間のインターフェース）を有する複合膜である。カチオン選択側部からカソードに向かってバイポーラ膜に電流が流れると、電界の影響下においてインターフェースで起こる水の電離によって生成されるＨ＋およびＯＨ−イオンの輸送によって導電性が達成される。
【００５７】
バイポーラ膜は、例えば、米国特許第2,829,095号および同第4,024,043号（単一フィルムのバイポーラ膜）ならびに同第4,116,889号（キャストバイポーラ膜）に記載されている。本発明のプロセスに有用なバイポーラ膜としては、NEOSEPTA
BIPOLAR 1（徳山曹達社製）、WSI BIPOLARおよびAqualytics Bipolar膜が挙げられる。
【００５８】
電気透析は、電流（一般的には、直流電流）をアノードとカソードとの間に流すことにより行われる。セルに流される電流は、セルの設計および性能特性（これらは、当業者にとって容易に理解可能であり、および／または、通常の実験により決定され得る）によって決定される。約１０mA/cm2と約５００mA/cm2との間の電流密度が使用され得、約７０mA/cm2と約３００mA/cm2との間の電流密度が好ましい。これより高いまたは低い電流密度は、いくつかの特定の用途について使用され得る。電流密度は、所望の量または濃度の水酸化オニウムを回収コンパートメントに再生または形成するに十分な時間にわたってセルに適用される。
【００５９】
一般的には、電気透析の間、セル内の液体の温度は約２℃〜約９０℃の範囲、好ましくは約２０℃〜約６０℃の範囲に維持されるのが望ましい。
【００６０】
いかなる理論にも拘束されることは望まないが、本発明による電気化学セルの操作は、水酸化オニウムのカチオンの移動（すなわち、最初供給コンパートメントに入れられ、電流が流された結果回収コンパートメントに移動する）に部分的に基づくと考えられる。
【００６１】
以下の実施例は本発明のプロセスを説明する。以下の実施例および本明細書および請求の範囲の他の部分で特に明示しない限り、すべての部およびパーセントは重量基準であり、温度は℃であり、圧力は大気圧またはその付近である。
【実施例１】
【００６２】
図１にしたがって電気透析セルを組み立てる。アノード１１は酸化ルテニウムでコートされたチタンを含み、カソード１２はステンレスを含む。第１および第２のバイポーラ膜１３および１４は、徳山曹達社製のNEOSEPTA BIPOLAR-1である。カチオン選択膜１５は、デュポン社製のNafion 90209カチオン選択膜である。電極すすぎコンパートメント１６および１９に０．５Ｍの水酸化テトラメチルアンモニウム溶液を入れ、供給コンパートメント１７に約１９４ｐｐｍの塩化物を含む１．０Ｍの水酸化テトラメチルアンモニウム溶液を入れる。回収コンパートメント１８には、１．６Ｍの水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を入れる。上記のようにしてすべての成分を入れた後、４０mA/cm2の電流密度で約２２時間にわたって電気透析を行う。２．０Ｍの水酸化テトラメチルアンモニウムが回収コンパートメント１８から回収され、回収された溶液の塩化物含有量は１．６ｐｐｍである。
【実施例２】
【００６３】
図３にしたがって電気透析セルを組み立てる。アノードは白金でコートされたチタンを含み、カソード１２はステンレスを含む。本実施例に用いられる第１、第２および第３のバイポーラ膜（１３、１４および３１）は、実施例１で用いられたものと同様である。カチオン選択膜２１、２２、３２および３３は、旭硝子社製のＦ795である。
【００６４】
電極すすぎコンパートメント１６および１９に０．５Ｍの水酸化テトラメチルアンモニウム溶液を入れる。第１の供給コンパートメント１７および第２の供給コンパートメント１７’に２２ｐｐｍの塩化物を含む１．６Ｍの水酸化テトラメチルアンモニウム溶液を入れる。中間コンパートメント２３および２３’に１．０Ｍの水酸化テトラメチルアンモニウム溶液を入れ、第１および第２の回収コンパートメント（１８および１８’）には、２．２Ｍの水酸化テトラメチルアンモニウム溶液を入れる。上記のようにしてすべての成分を入れた後、７０mA/cm2の電流密度で電気透析を行う。電気透析を６８時間継続しながら、再循環供給溶液を０．３９Ｍになるまで使う。回収コンパートメント１８および１８’の溶液を一緒にし、超純水の脱イオン水で希釈し、２．２Ｍ水酸化テトラメチルアンモニウム溶液を維持すると、塩化物濃度は１００ｐｐｂ未満である。
【００６５】
本発明をその実施形態との関係で説明してきたが、明細書を読めば種々の改変が当業者にとって容易であることが理解されるべきである。したがって、本明細書に開示された発明は、添付の請求の範囲に属するそのような改変を包含することを意図していることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】１つのユニットセルを含み、４つのコンパートメントを有する本発明の電気化学セルの模式図である。
【図２】本発明による５つのコンパートメントを有する電気化学セルの模式図である。
【図３】本発明による８つのコンパートメントを有する電気化学セルの模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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