(57)【要約】【課題】新たな不純物を被処理済液に流出することがなく、また、被処理液中の不純物の除去を高温で行い被処理液の冷却操作に伴う熱損失の軽減を図ることができるイオン交換体、浄化装置および浄化方法を提供すること。【解決手段】本発明に係るイオン交換体は、下記一般式（１）［化１］  一般式：Ｌ２＋ｘＭ３＋ｙ（ＯＨ）２（ＯＨ−）２ｘ＋３ｙ・ｎＨ２Ｏ        （１）（式中、Ｌ２＋はＭｇ２＋、Ｃａ２＋およびＺｎ２＋から選ばれる２価金属カチオンであり、Ｍ３＋はＦｅ３＋、Ａｌ３＋およびＭｎ３＋から選ばれる３価金属カチオンであり、ｘおよびｙは、０＜ｘ、０＜ｙ、ｘ＋ｙ＝８を満たす数であり、ｎは０≦ｎを満たす数である）で表される複水酸化物からなる。【選択図】  図１
2012061407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）
［化１］
一般式：Ｌ２＋ｘＭ３＋ｙ（ＯＨ）２（ＯＨ−）２ｘ＋３ｙ・ｎＨ２Ｏ        （１）
（式中、Ｌ２＋はＭｇ２＋、Ｃａ２＋およびＺｎ２＋から選ばれる２価金属カチオンであり、Ｍ３＋はＦｅ３＋、Ａｌ３＋およびＭｎ３＋から選ばれる３価金属カチオンであり、ｘおよびｙは、０＜ｘ、０＜ｙ、ｘ＋ｙ＝８を満たす数であり、ｎは０≦ｎを満たす数である）
で表される複水酸化物からなることを特徴とするイオン交換体。
【請求項２】
前記イオン交換体の表面が、
下記一般式（２）
［化２］
一般式：Ｈ４Ｎｂ６Ｏ１７・ｐＨ２Ｏ          （２）
（式中、ｐは０以上の数である）
で表される六ニオブ酸、または下記一般式（３）
［化３］
一般式：ＨＮｂＯ３・ｑＨ２Ｏ          （３）
（式中、ｑは０以上の数である）
で表されるニオブ酸、からなるニオブ酸粒子で被覆されたことを特徴とする請求項１に記載のイオン交換体。
【請求項３】
直径０．５ｍｍ〜５ｍｍの略球状であることを特徴とする請求項１または２に記載のイオン交換体。
【請求項４】
被処理液が導入されるとともに処理済液を排出する筐体と、
この筐体内に配置されるイオン交換体とを備え、
このイオン交換体は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のイオン交換体であることを特徴とする浄化装置。
【請求項５】
前記筐体の内部空間は、隔膜により、前記被処理液が脱塩処理される脱塩部と、脱塩された陽イオンが濃縮される第１の濃縮部と、脱塩された陰イオンが濃縮される第２の濃縮部と、に区画されるとともに、
前記第１の濃縮部に隣接して設けられた第１の電極と、
前記第２の濃縮部に隣接して設けられた第２の電極と、を備え、
前記イオン交換体は前記脱塩部に配置されることを特徴とする請求項４に記載の浄化装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の浄化装置を用いた浄化方法であって、脱塩処理温度が３５０℃以下であることを特徴とする浄化方法。
【請求項７】
前記被処理液がイオンを含む水溶液もしくは有機溶媒、またはこれらの混合溶液であることを特徴とする請求項６に記載の浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般産業、原子力発電プラントや火力発電プラントにおける水処理技術に係り、特に原子力発電所の炉水の浄化装置、浄化方法および前記浄化装置に用いられるイオン交換体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般産業の廃液中や、原子力発電プラントまたは火力発電プラントの炉水中に不純物として存在するイオンを分離回収する技術としては、イオン交換樹脂を用いたイオン交換システムが知られている。
【０００３】
しかし、イオン交換樹脂を用いたイオン交換システムは、被処理液が高温になるとイオン交換樹脂の交換基が外れ、交換性能が大幅に低下するため、高温条件で使用できない。このため、イオン交換樹脂を用いたイオン交換システムを用いて被処理液を処理する場合は、イオン交換システムに導入する前に被処理液を冷却する必要があり、被処理液の冷却や再加熱に多量のエネルギーが必要になる。
【０００４】
そこで、高温のまま被処理液中に不純物として存在する陽イオンを分離回収する技術が提案されている。たとえば、特許第４４１８８８４号公報（特許文献１）には、ニオブ酸カリウムをイオン交換体としたイオン成分除去システムが記載されている。このイオン成分除去システムによれば、２００℃程度の高温水中に含まれるコバルトイオンの除去が可能であるため、被処理液の冷却や再加熱に多量のエネルギーを必要としない。
【０００５】
また、特許文献１のイオン成分除去システム以外の、被処理液中に不純物として存在する陰イオンを分離回収する技術として、モノサルフェート（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４・１２Ｈ２Ｏ）、エトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ）、ハイドロタルサイト（Ｍｇ６・Ａｌ２（ＯＨ）１６・ＣＯ３・ｎＨ２Ｏ， ｎ：自然数）等のイオン交換体を用いることが知られている。これらのイオン交換体によれば、硫酸イオンや炭酸イオンが交換体となり、被処理液中の陰イオンを吸着することができる。
【０００６】
さらに、特許第４３３７４１１号公報（特許文献２）には、マグネシウム、亜鉛、ニッケルからなる群から選ばれる少なくとも１種以上とアルミニウムとで生成するハイドロタルサイト焼成物をケイ素、チタン、ジルコニウムからなる群から選ばれる１種以上の金属酸化物で被覆した無機陰イオン交換体が記載されている。この無機陰イオン交換体によれば、吸湿性が少なく且つ陰イオン交換性能に優れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４４１８８８４号公報
【特許文献２】特許第４３３７４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１のイオン交換体で除去可能なイオンはコバルトイオン等の陽イオンのみであり、陰イオンを除去することはできない。しかも、特許文献１のイオン交換体を用いると、高温水中で使用すると本交換体に含まれるカリウムが処理済液に流出し、カリウムが新たな不純物となるおそれがある。
【０００９】
また、上記のモノサルフェート、エトリンガイト、ハイドロタルサイト等のイオン交換体を用いる場合は、イオン交換体から流出した硫酸イオンや炭酸イオンが処理済液中に含まれるおそれがある。
【００１０】
さらに、特許文献２に記載された無機陰イオン交換体等のイオン交換体を用いる場合は、高温水中でイオン交換体から硫酸イオンや炭酸イオン、金属や有機物等が流出し、処理済液の新たな不純物となるおそれがある。
【００１１】
本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、新たな不純物を被処理済液に流出することがなく、また、被処理液中の不純物の除去を高温で行い被処理液の冷却操作に伴う熱損失の軽減を図ることができるイオン交換体、浄化装置および浄化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、炭酸型ハイドロタルサイト化合物の二酸化炭素を水酸化物イオンに置換した形態の無機系イオン交換体を用いると、新たな不純物を流出することなく高温条件で被処理液中の不純物を除去することが可能であることを見出してなされたものである。
すなわち、本発明のイオン交換体は、上記課題を解決するためのものであり、下記一般式（１）
［化１］
一般式：Ｌ２＋ｘＭ３＋ｙ（ＯＨ）２（ＯＨ−）２ｘ＋３ｙ・ｎＨ２Ｏ        （１）
【００１３】
（式中、Ｌ２＋はＭｇ２＋、Ｃａ２＋およびＺｎ２＋から選ばれる２価金属カチオンであり、Ｍ３＋はＦｅ３＋、Ａｌ３＋およびＭｎ３＋から選ばれる３価金属カチオンであり、ｘおよびｙは、０＜ｘ、０＜ｙ、ｘ＋ｙ＝８を満たす数であり、ｎは０≦ｎを満たす数である）
で表される複水酸化物からなることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の浄化装置は、上記課題を解決するためのものであり、被処理液が導入されるとともに処理済液を排出する筐体と、この筐体内に配置されるイオン交換体とを備え、このイオン交換体は、前記イオン交換体であることを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明の浄化方法は、上記課題を解決するためのものであり、前記浄化装置を用いた浄化方法であって、脱塩処理温度が３５０℃以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のイオン交換体、浄化装置および浄化方法によれば、新たな不純物を流出することなく被処理液中の不純物を除去することできる。
【００１７】
また、本発明のイオン交換体、浄化装置および浄化方法によれば、被処理液中の不純物の除去を高温で行うことができるため、原子力発電所の復水浄化装置等の浄化装置において、冷却操作に伴う熱損失の軽減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るイオン交換体の模式的な断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るイオン交換体の模式的な断面図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係るイオン成分除去システムの模式的な断面図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係るイオン成分除去システムの模式的な断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［イオン交換体］
本発明のイオン交換体には、一般式（１）で表される複水酸化物のみからなるものと、この複水酸化物の表面が特定のニオブ酸粒子で被覆されたものとがある。前者の一般式（１）で表される複水酸化物のみからなるものを第１の実施形態として説明し、後者の複水酸化物の表面が特定のニオブ酸粒子で被覆されたものを第２の実施形態として説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
本発明の第１実施形態に係るイオン交換体は、下記一般式（１）で表される複水酸化物からなる。
【００２１】
［化２］
一般式：Ｌ２＋ｘＭ３＋ｙ（ＯＨ）２（ＯＨ−）２ｘ＋３ｙ・ｎＨ２Ｏ        （１）
【００２２】
式（１）中、Ｌ２＋はＭｇ２＋、Ｃａ２＋およびＺｎ２＋から選ばれる２価金属カチオンである。これらの２価金属カチオンの中ではＭｇ２＋がイオン交換能が高いため好ましい。
【００２３】
式（１）中、Ｍ３＋はＦｅ３＋、Ａｌ３＋およびＭｎ３＋から選ばれる３価金属カチオンである。これらの３価金属カチオンの中ではＡｌ３＋がイオン交換能が高いため好ましい。
【００２４】
式（１）中、ｘおよびｙは、０＜ｘ、０＜ｙ、ｘ＋ｙ＝８を満たす数である。
このうち、ｘは、好ましくは３≦ｘ≦７、さらに好ましくは５．５≦ｘ≦６．５である。ｘがこの範囲内にあると、イオン交換能が高いため好ましい。
【００２５】
また、ｙは、ｙ＝８−ｘと表される。このため、ｙは、好ましくは１≦ｘ≦５、さらに好ましくは１．５≦ｘ≦２．５である。ｙがこの範囲内にあると、イオン交換能が高いため好ましい。
【００２６】
式（１）中、ｎは０≦ｎを満たす数である。このうち、ｎは、好ましくは０≦ｎ≦５、さらに好ましくは０≦ｎ≦２である。ｎがこの範囲内にあると、イオン交換能が高いため好ましい。
【００２７】
式（１）で表される複水酸化物は、層状化合物であり、層間に存在するＯＨ−が陰イオン交換反応を行うことにより、被処理液中の不純物陰イオンを除去する。
【００２８】
式（１）で表される複水酸化物は、たとえば、水に、Ｍｇ６Ａｌ２（ＯＨ）１６ＣＯ２・２Ｈ２Ｏ等の原料と、ＮａＯＨ水溶液等のＯＨ含有化合物とを添加して得られた原料混合物を、オートクレーブで加熱して反応生成物を得、この反応生成物をろ別、乾燥することにより生成することができる。原料混合物の加熱条件としては、たとえば、１２０℃〜１８０℃で２時間〜２０時間保持すればよい。
【００２９】
式（１）で表される複水酸化物は、通常、原料から生成した時点では粉末状である。このため、イオン交換体は複水酸化物の粉末をそのまま用いた場合は通常粉末状になる。
【００３０】
しかし、本発明のイオン交換体は、形や大きさを揃えた成型体とすると、ハンドリングや浄化装置内でのイオン交換反応の制御が容易であるため好ましい。成型体の形状としては、たとえば、略球状等が挙げられる。イオン交換体が成型体であると、ハンドリングや浄化装置内でのイオン交換反応の制御が容易であるため好ましい。
【００３１】
また、イオン交換体が略球状の成型体であると、表面に角がなく表面の反応性が均一であることから、ハンドリングや浄化装置内でのイオン交換反応の制御がより容易であるともに比較的流動性があり破損し難いためさらに好ましい。
【００３２】
イオン交換体は、たとえば、複水酸化物の粉末をゴム型等の型に充填し、ＣＩＰ（冷間静水圧成形）法、ＨＰ（ホットプレス）法、ＨＩＰ（熱間静水圧成形）法等を用いて成型することにより、略球状等の成型体とすることができる。
【００３３】
イオン交換体が略球状である場合、イオン交換体の直径は、好ましくは０．５ｍｍ〜５ｍｍ、さらに好ましくは０．５ｍｍ〜２ｍｍである。イオン交換体の直径がこの範囲内にあると、ハンドリングや浄化装置内でのイオン交換反応の制御が容易になる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るイオン交換体の模式的な断面図である。図１に示すように、イオン交換体１は、略球状の複水酸化物粒子１１からなる。
【００３４】
＜効果＞
本実施形態のイオン交換体１によれば、被処理液中の不純物陰イオンがイオン交換反応によりイオン交換体１の表面に吸着されるため、新たな不純物を流出することなく被処理液中の不純物を除去することできる。
【００３５】
また、本実施形態のイオン交換体１によれば、被処理液中の不純物陰イオンの除去を高温で行うことができるため、原子力発電所の復水浄化装置等の浄化装置において、冷却操作に伴う熱損失の軽減を図ることができる。
【００３６】
（第２の実施形態）
本発明の第２実施形態に係るイオン交換体は、第１実施形態に係るイオン交換体を構成する複水酸化物粒子の表面がさらに特定のニオブ酸粒子で被覆されたものである。
【００３７】
図２は、本発明の第２の実施形態に係るイオン交換体の模式的な断面図である。図２に示すように、イオン交換体１Ａは、略球状の複水酸化物粒子１１の表面が、特定のニオブ酸粒子からなるニオブ酸層１２で被覆されたものになっている。
【００３８】
図２に第２の実施形態として示したイオン交換体１Ａは、図１に第１の実施形態として示したイオン交換体１に比較して、複水酸化物粒子１１の表面にニオブ酸層１２がさらに設けられること以外は同じである。このため、第２の実施形態として示したイオン交換体１Ａと、第１の実施形態として示したイオン交換体１との間で同じ構成である複水酸化物粒子１１については、説明を省略する。
イオン交換体１Ａを構成するニオブ酸層１２は、下記一般式（２）
【００３９】
［化３］
一般式：Ｈ４Ｎｂ６Ｏ１７・ｐＨ２Ｏ          （２）
（式中、ｐは０以上の数である）
で表される六ニオブ酸、または下記一般式（３）
【００４０】
［化４］
一般式：ＨＮｂＯ３・ｑＨ２Ｏ          （３）
（式中、ｑは０以上の数である）
【００４１】
で表されるニオブ酸からなるニオブ酸粒子が、複水酸化物粒子１１の表面に固着したものである。
【００４２】
式（２）中、ｐは０≦ｐを満たす数である。このうち、ｐは、好ましくは０≦ｐ≦２、さらに好ましくは０≦ｐ≦１である。ｐが大きすぎると、イオン交換能が低下しやすい。
【００４３】
式（３）中、ｑは０≦ｑを満たす数である。このうち、ｑは、好ましくは０≦ｑ≦２、さらに好ましくは０≦ｑ≦１である。ｑが大きすぎると、イオン交換能が低下しやすい。
【００４４】
式（２）または（３）で表されるニオブ酸は、層状化合物であり、層間に存在するＨ＋が陽イオン交換反応を行うことにより、被処理液中の不純物陽イオンを除去する。
【００４５】
ニオブ酸層１２を構成するニオブ酸粒子は、複水酸化物粒子１１の表面に多数固着される。複水酸化物粒子１１の表面に多数固着されるニオブ酸粒子は粒子の大きさが略同じになっている。このため、イオン交換体１Ａは、巨視的にみると、複水酸化物粒子１１の表面に、多数のニオブ酸粒子からなる緻密なニオブ酸層１２が形成されているようにも見える。
【００４６】
しかし、イオン交換体１Ａの表面を微視的にみると、ニオブ酸層１２を構成するニオブ酸粒子は、複水酸化物粒子１１の表面の一部が露出するように固着されている。このため、イオン交換体１Ａが被処理液と接触した場合には、被処理液は、ニオブ酸層１２を構成するニオブ酸粒子と、複水酸化物粒子１１との両方でイオン交換され、ニオブ酸粒子の表面と複水酸化物粒子１１の表面とに吸着されるようになっている。
【００４７】
ニオブ酸層１２を構成するニオブ酸粒子の粒径や、ニオブ酸層１２の厚さは特に限定されない。ニオブ酸粒子の粒径は、たとえば、１μｍ〜５０μｍとすることができる。また、ニオブ酸層１２の厚さは、たとえば、１０μｍ〜１０００μｍとすることができる。
【００４８】
ニオブ酸層１２は、たとえば、複水酸化物粒子１１とニオブ酸（ＨＮｂＯ３）とを水に投入して原料混合物を得、この原料混合物をオートクレーブで加熱して反応生成物を得、この反応生成物をろ別、乾燥することにより、生成することができる。原料混合物の加熱条件としては、たとえば、１２０℃〜１８０℃で２時間〜２０時間保持すればよい。
【００４９】
図２では、イオン交換体１Ａおよび複水酸化物粒子１１が共に略球状になっている。略球状のイオン交換体１Ａは、図１に示すような略球状に成型された複水酸化物粒子１１を用い、この複水酸化物粒子１１とニオブ酸（ＨＮｂＯ３）とを水に投入して原料混合物を調製することにより、製造することができる。
【００５０】
なお、図２には、略球状のイオン交換体１Ａを示したが、本発明のイオン交換体１Ａは略球状以外の形状であってもよい。たとえば、複水酸化物粒子１１として、略球状以外の形状の成形体を用いたり、成型していない複水酸化物粉末をそのまま用いたりし、これらの複水酸化物粒子１１の表面にニオブ酸層１２を形成することにより、イオン交換体１Ａを複水酸化物粒子１１の形状に相似する形状にすることができる。
【００５１】
ただし、イオン交換体１Ａが略球状等の成型体であると、第１の実施形態として示したイオン交換体１と同様の理由により好ましい。また、イオン交換体１Ａが略球状であると、第１の実施形態として示したイオン交換体１と同様の理由によりさらに好ましい。
【００５２】
イオン交換体１Ａが略球状である場合、イオン交換体１Ａの直径は、好ましくは０．５ｍｍ〜５ｍｍ、さらに好ましくは１ｍｍ〜３ｍｍである。イオン交換体１Ａの直径がこの範囲内にあると、ハンドリングや浄化装置内でのイオン交換反応の制御が容易になる。
【００５３】
なお、イオン交換体１Ａの直径を上記範囲内にするため、複水酸化物粒子１１は、直径が、イオン交換体１Ａの直径からニオブ酸層１２の厚さ分を差し引いた大きさになるように調製する。
【００５４】
ニオブ酸層１２を構成するニオブ酸粒子は、２００℃以上の高温液体中において、新たな不純物を流出することなしに、被処理液中に含まれるコバルトイオン等の陽イオンの吸着およびイオン交換を可能にするものである。
【００５５】
＜効果＞
第２の実施形態として示すイオン交換体１Ａによれば、図１に第１の実施形態として示されたイオン交換体１と同様の効果に加え、２００℃以上の高温液体中において、新たな不純物を流出することなしに、被処理液中に含まれるコバルトイオン等の陽イオンを除去することができる。
【００５６】
また、第２の実施形態として示すイオン交換体１Ａによれば、第１の実施形態として示されたイオン交換体１よりも高温の２００℃以上で被処理液中の陽イオンを除去することができる。このため、第２の実施形態のイオン交換体１Ａによれば、原子力発電所の復水浄化装置等の浄化装置において、第１の実施形態として示されたイオン交換体１を用いる場合に比べて冷却操作に伴う熱損失の軽減をより図ることができる。
【００５７】
なお、図２に第２の実施形態として示したイオン交換体１Ａでは、複水酸化物粒子１１が略球状になっているが、本発明のイオン交換体１Ａを構成する複水酸化物粒子１１の形状は略球状以外の形状であってもよい。たとえば、イオン交換体１Ａを構成する複水酸化物粒子１１の形状は、成型していない複水酸化物粉末の粒子の形状や略球状以外の成形体の形状であってもよい。
【００５８】
［浄化装置］
本発明の浄化装置について図面を参照して説明する。
【００５９】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態に係る浄化装置（イオン成分除去システム）の模式的な断面図である。
【００６０】
図３に示すように、第３の実施形態に係る浄化装置２０は、被処理液４３が導入されるとともに処理済液４４を排出する筐体２１と、この筐体２１内に配置されるイオン交換体１Ａとを備える。
【００６１】
筐体２１は、断面矩形の筒状体であり、内部に、イオン交換体１Ａが配置される空間である脱塩部２４を備える。イオン交換体１Ａは、通常、脱塩部２４内に充填される。
【００６２】
なお、図３に示す筐体２１は、断面形状が矩形である。しかし、本発明の筐体２１は内部にイオン交換体１Ａを配置可能なものであればよく、筐体２１の断面形状は、矩形に限定されるものでない。たとえば、筐体２１の断面形状は、矩形以外の多角形状や円状であってもよい。
【００６３】
また、筐体２１には、長手方向の一方の端部に被処理液供給ライン３３が接続されるとともに、長手方向の他方の端部に処理済液排出ライン３４が接続される。被処理液供給ライン３３は、浄化装置２０の筐体２１に被処理液４３を導入するラインであり、処理済液排出ライン３４は、浄化装置２０から処理済液４４を排出するラインである。
【００６４】
これにより、浄化装置２０は、被処理液供給ライン３３から筐体２１内に導入された被処理液４３を、筐体２１内の脱塩部２４でイオン交換体１Ａによりイオン交換処理した後、処理後の清浄な処理済液４４を処理済液排出ライン３４に排出する、いわゆる流通式のイオン成分除去システムになっている。
【００６５】
なお、浄化装置２０は流通式のイオン成分除去システムであるため、被処理液４３の脱塩部２４での反応時間は、被処理液４３の脱塩部２４での滞留時間に略一致する。このため、浄化装置２０で被処理液４３をイオン交換処理する際は、脱塩部２４での滞留時間を適切に設定する。
【００６６】
筐体２１の側面外部には、ヒータ２９が設けられる。ヒータ２９は、筐体２１内、すなわち、脱塩部２４内の被処理液４３の温度を調整する。
【００６７】
＜作用＞
浄化装置２０の作用について説明する。
はじめに、浄化装置２０の脱塩部２４内にイオン交換体１Ａを充填しておく。
次に、浄化装置２０外部の被処理液供給ライン３３から、浄化装置２０の脱塩部２４内に被処理液４３を導入する。
【００６８】
ここで、被処理液４３とは、除去対象となるイオンを含む液を意味する。被処理液４３としては、イオンを含む水溶液もしくは有機溶媒、またはこれらの混合溶液が挙げられる。有機溶媒としては、たとえば、エタノールが挙げられる。
【００６９】
被処理液４３がイオンを含む水溶液である場合は、除去対象となるイオンは、たとえばＨ＋、ＯＨ−以外のイオンとなる。また、被処理液４３がイオンを含む有機溶媒である場合は、除去対象となるイオンは、たとえば全てのイオンとなる。
【００７０】
脱塩部２４では、被処理液４３中の不純物陰イオンおよび不純物陽イオンが、イオン交換によりイオン交換体１Ａの表面に吸着する。このため、脱塩部２４から排出される処理済液４４は不純物イオンが低い清浄な液となる。
【００７１】
なお、上記のようにイオン交換体１Ａの表面には、ニオブ酸層１２のニオブ酸粒子のみでなく、複水酸化物粒子１１の表面も露出している。このため、被処理液４３中の不純物陰イオンは複水酸化物粒子１１の表面に吸着されるとともに複水酸化物粒子１１内でイオン交換され、不純物陽イオンはニオブ酸層１２のニオブ酸粒子の表面に吸着されるとともにニオブ酸粒子内でイオン交換される。
【００７２】
被処理液４３の脱塩部２４での反応時間は、被処理液４３の脱塩部２４の滞留時間に略一致する。このため、所定の滞留時間を満たすように被処理液４３の導入量を適宜調整する。
【００７３】
また、必要により、ヒータ２９を稼働させて被処理液４３の温度を調整する。イオン交換体１Ａは高温になるほどイオン交換速度が上昇しやすい。このため、被処理液４３を高い温度で脱塩処理する場合は、イオン交換効率が高くなり、イオン交換体１Ａの充填量を減らすことが可能になる。
【００７４】
被処理液４３の脱塩処理温度としては、被処理液４３が原子力発電プラントまたは火力発電プラントの炉水である場合、通常３５０℃以下、好ましくは２００℃〜３５０℃、さらに好ましくは２５０℃〜３５０℃である。
【００７５】
脱塩処理温度がこの温度範囲であると、イオン交換性能が高く脱塩が効率的に行われる。なお、イオン交換体１Ａは、高い温度領域でも不純物を溶出しないため、３５０℃以下のような高温領域で脱塩処理をすることが可能になっている。
【００７６】
脱塩部２４で所定の滞留時間を経た後、浄化装置２０から処理済液排出ライン３４に排出された処理済液４４は、被処理液４３中の不純物イオンがイオン交換体１Ａの表面に吸着されるとともに、イオン交換体１Ａから不純物が溶出されることもないため、除去対象となるイオンが実質的に除去された清浄な液体となる。
【００７７】
＜効果＞
浄化装置２０によれば、被処理液中の不純物陰イオンおよび不純物陽イオンがイオン交換反応によりイオン交換体１の表面に吸着されるため、新たな不純物を流出することなく被処理液中の不純物を除去することできる。
【００７８】
また、浄化装置２０によれば、被処理液中の不純物陰イオンおよび不純物陽イオンの除去を高温で行うことができるため、原子力発電所の復水浄化装置等の浄化装置において、冷却操作に伴う熱損失の軽減を図ることができる。
【００７９】
（第４の実施形態）
図４は、本発明の第４の実施形態に係る浄化装置（イオン成分除去システム）の模式的な断面図である。
【００８０】
図４に示すように、第４の実施形態として示した浄化装置２０Ａは、図３に第３の実施形態として示した浄化装置２０と同様に、被処理液４３が導入されるとともに処理済液４４を排出する筐体２１と、この筐体２１内の脱塩部２４に配置されるイオン交換体１Ａとを備える。
【００８１】
図４に第４の実施形態として示した浄化装置２０Ａは、図３に第３の実施形態として示した浄化装置２０に比較して、筐体２１の内部空間が隔膜２２、２３により脱塩部２４と第１の濃縮部２５と第２の濃縮部２６と区画された点、および筐体２１の壁面に第１の電極２７と第２の電極２８とが設けられた点以外は同じである。
【００８２】
このため、図４に第４の実施形態として示した浄化装置２０Ａと、図３に第３の実施形態として示した浄化装置２０とで同じ構成に同じ符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。
【００８３】
浄化装置２０Ａでは、筐体２１の内部空間が、隔膜２２、２３により、被処理液４３が脱塩処理される脱塩部２４と、脱塩された陰イオンが濃縮される第１の濃縮部２５と、脱塩された陽イオンが濃縮される第２の濃縮部２６と、に区画される。
【００８４】
脱塩部２４と、第１の濃縮部２５と、第２の濃縮部２６とは、隔膜２２または２３を介して実質的に完全に区画される。具体的には、断面形状の矩形の筐体２１は、隔膜２２または２３により、図４中の上下方向に３分割されており、中間部分に脱塩部２４、脱塩部２４の図中上方に第１の濃縮部２５、脱塩部２４の図中下方に第２の濃縮部２６が設けられる。
【００８５】
イオン交換体１Ａは脱塩部２４に配置される。イオン交換体１Ａは、通常、脱塩部２４内に充填される。
【００８６】
隔膜２２としては、陰イオンを透過させるが陽イオンを透過させない膜である陰イオン交換膜が用いられる。陰イオン交換膜の種類は特に限定されないが、２００℃以上、好ましくは２００℃〜４００℃の耐熱性を有するものが好ましい。
【００８７】
隔膜２３としては、陽イオンを透過させるが陰イオンを透過させない膜である陽イオン交換膜が用いられる。陽イオン交換膜の種類は特に限定されないが、２００℃以上、好ましくは２００〜４００℃の耐熱性を有するものが好ましい。
【００８８】
第１の濃縮部２５は、陰イオンが濃縮される空間である。第１の濃縮部２５では、脱塩部２４から隔膜２２を透過して浸入した不純物陰イオンが濃縮される。
【００８９】
脱塩部２４の被処理液４３中の不純物陰イオンは、第１の電極２７および第２の電極２８への電圧の印加で与えられた駆動力等により、隔膜２２を透過して第１の濃縮部２５に浸入する。第１の濃縮部２５では、不純物陰イオンが濃縮された不純物陰イオン濃縮排液４５が作製される。
【００９０】
第２の濃縮部２６は、陽イオンが濃縮される空間である。第２の濃縮部２６では、脱塩部２４から隔膜２３を透過して浸入した不純物陽イオンが濃縮される。
【００９１】
脱塩部２４の被処理液４３中の不純物陽イオンは、第１の電極２７および第２の電極２８への電圧の印加で与えられた駆動力等により、隔膜２３を透過して第２の濃縮部２６に浸入する。第２の濃縮部２６では、不純物陽イオンが濃縮された不純物陽イオン濃縮排液４６が作製される。
【００９２】
浄化装置２０Ａでは、第１の濃縮部２５に隣接する筐体２１の壁面に設けられた第１の電極２７と、第２の濃縮部２６に隣接する筐体２１の壁面に設けられた第２の電極２８と、を備える。
【００９３】
第１の電極２７は、脱塩部２４中の陰イオンを隔膜２２を透過して第１の濃縮部２５側に移動させるための電極であり、陽極として用いる。第２の電極２８は、脱塩部２４中の陽イオンを隔膜２３を透過して第２の濃縮部２６側に移動させるための電極であり、陰極として用いる。第１の電極２７および第２の電極２８には、図示しない電源により電圧が印加される。
【００９４】
筐体２１は、長手方向の一方の端部に被処理液供給ライン３３が接続される。被処理液供給ライン３３は、浄化装置２０の筐体２１に被処理液４３を導入するラインである。
【００９５】
また、筐体２１は、長手方向の他方の端部に、処理済液排出ライン３４と、不純物陰イオン濃縮排液排出ライン３５と、不純物陽イオン濃縮排液排出ライン３６と、が接続される。
【００９６】
処理済液排出ライン３４は、浄化装置２０から処理済液４４を排出するラインである。不純物陰イオン濃縮排液排出ライン３５は、浄化装置２０から不純物陰イオン濃縮排液４５を排出するラインである。不純物陽イオン濃縮排液排出ライン３６は、浄化装置２０から不純物陽イオン濃縮排液４６を排出するラインである。
【００９７】
上記構成により、浄化装置２０Ａは、被処理液供給ライン３３から筐体２１内に導入された被処理液４３を、筐体２１内の脱塩部２４でイオン交換体１Ａによりイオン交換処理した後、処理後の清浄な処理済液４４を処理済液排出ライン３４に排出するとともに、不純物陰イオン濃縮排液４５および不純物陽イオン濃縮排液４６を排出する、流通式のイオン成分除去システムになっている。
【００９８】
＜作用＞
浄化装置２０Ａの作用について説明する。
はじめに、浄化装置２０Ａの脱塩部２４内にイオン交換体１Ａを充填しておく。
次に、浄化装置２０Ａ外部の被処理液供給ライン３３から、浄化装置２０Ａの脱塩部２４内に被処理液４３を導入する。
【００９９】
脱塩部２４内では、図３に第３実施形態として示した浄化装置２０と同様にして、被処理液４３中の不純物陰イオンおよび不純物陽イオンが、イオン交換によりイオン交換体１Ａの表面に吸着する。このため、イオン交換体１Ａに接触した被処理液４３は、不純物イオンが低い清浄な液となる。
【０１００】
また、浄化装置２０Ａでは、第１の電極２７と第２の電極２８とに電圧が印加されるため、被処理液４３中の不純物陰イオンおよび不純物陽イオン、ならびにイオン交換体１Ａに吸着した不純物陰イオンおよび不純物陽イオンは、電気泳動により、第１の濃縮部２５または第２の濃縮部２６に移動する。
【０１０１】
具体的には、被処理液４３中またはイオン交換体１Ａに吸着した不純物陰イオンは、隔膜２２を透過して、第１の濃縮部２５に移動し、不純物陰イオンが濃縮された不純物陰イオン濃縮排液４５となる。
【０１０２】
さらに、被処理液４３中またはイオン交換体１Ａに吸着した不純物陽イオンは、隔膜２３を透過して、第２の濃縮部２６に移動し、不純物陽イオンが濃縮された不純物陽イオン濃縮排液４６となる。
【０１０３】
このように、浄化装置２０Ａでは、イオン交換体１Ａの表面に吸着した不純物陰イオンおよび不純物陽イオンの除去と、電気泳動と隔膜２２、２３とを用いた被処理液４３からの不純物陰イオンおよび不純物陽イオンの除去との両方が行われるため、被処理液４３の効率の高い脱塩処理と、イオン交換体１Ａのイオン交換性能の再生とが可能になる。
【０１０４】
第１の濃縮部２５で得られた不純物陰イオン濃縮排液４５は第１の濃縮部２５から不純物陰イオン濃縮排液排出ライン３５に排出される。また、第２の濃縮部２６で得られた不純物陽イオン濃縮排液４６は第２の濃縮部２６から不純物陽イオン濃縮排液排出ライン３６に排出される。
【０１０５】
このように、浄化装置２０Ａでは、浄化装置２０と同様のイオン交換体１Ａによる脱塩部２４内の被処理液４３の脱塩処理に加え、さらに被処理液４３のさらなる電気脱塩とイオン交換体１Ａに吸着した不純物イオンの脱着とが行われる。このため、脱塩部２４から排出される処理済液４４は、浄化装置２０で排出される処理済液４４よりも、イオン交換体１Ａから不純物がより溶出されにくくなり、除去対象となるイオンがより除去された清浄な液体となる。また、電気脱塩の際にイオン交換体１Ａはイオン交換性能が再生される。
【０１０６】
＜効果＞
浄化装置２０Ａによれば、浄化装置２０と同様の効果を奏することに加え、浄化装置２０を用いる場合に比べて、被処理液中の不純物をより除去することできる。
【０１０７】
また、浄化装置２０Ａによれば、イオン交換体１Ａに吸着した不純物イオンの脱着によりイオン交換体１Ａのイオン交換性能を再生することが可能になる。
【０１０８】
なお、図３に第３の実施形態として示した浄化装置２０、および図４に第４の実施形態として示した浄化装置２０Ａでは、イオン交換体として、第２の実施形態として示したイオン交換体１Ａを用いた例を示した。しかし、本発明の浄化装置２０および２０Ａでは、イオン交換体１Ａに代えて、第１の実施形態として示したイオン交換体１を用いてもよい。
【０１０９】
浄化装置２０および２０Ａにおいて、イオン交換体１Ａに代えてイオン交換体１を用いる場合、イオン交換体１Ａを用いる場合に比べて、不純物陽イオンの除去性能が低下しやすい。しかし、イオン交換体１を用いる場合は、イオン交換体にかかるコストを大きく低下させることができる。
【０１１０】
また、図４に第４の実施形態として示した浄化装置２０Ａでは、断面形状の矩形の筐体２１が、隔膜２２または２３により、図４中の上下方向に３分割され、上から順番に第１の濃縮部２５、脱塩部２４および第２の濃縮部２６が１個ずつ設けられた例を示した。
【０１１１】
しかし、本発明の浄化装置２０Ａでは、第１の濃縮部２５、脱塩部２４および第２の濃縮部２６の順番に配置されたユニットが、筐体２１内に複数個設けられていてもよい。このようにユニットが、筐体２１内に複数個設けられる場合、第１の電極２７および第２の電極２８のいずれかまたは両方が１個以上設けられていてもよい。
【０１１２】
また、図４に第４の実施形態として示した浄化装置２０Ａでは、筐体２１が断面形状矩形の例を示したが、筐体２１は筒状体であればよく、断面形状は特に限定されない。たとえば、筐体２１の断面は、円状、楕円状や矩形以外の多角形状であってもよい。
【０１１３】
さらに、図４に第４の実施形態として示した浄化装置２０Ａでは、筐体２１内が、隔膜２２または２３により、図４中の上下方向に３分割され、上から順番に第１の濃縮部２５、脱塩部２４および第２の濃縮部２６が１個ずつ設けられた例を示した。
【０１１４】
しかし、本発明の浄化装置２０Ａでは、筐体２１内の第１の濃縮部２５、脱塩部２４および第２の濃縮部２６の順番に配置されたユニットが、筐体２１の断面方向からみてスパイラル状に配置されていてもよい。
【０１１５】
具体的には、断面円状の筐体２１を用い、筐体２１の外周に陰極である第２の電極２８を配置するとともに筐体２１の断面方向中心部に陽極である第１の電極２７を配置し、隔膜２２、２３を筐体２１内に筐体２１の断面方向からみて第１の電極２７を中心としてスパイラル状に配置し、筐体２１の外周近傍から被処理液４３を導入し、筐体２１の中心部分から処理済液４４を排出するように構成してもよい。
【０１１６】
［浄化方法］
本発明の浄化方法は、上記浄化装置２０または２０Ａを用いる浄化方法である。この浄化方法は、浄化装置２０または２０Ａの作用の欄で述べたことと同じであるため、説明を省略する。
【実施例】
【０１１７】
以下に実施例を示すが、本発明はこれらに限定されて解釈されるものではない。
【０１１８】
（実施例１）
［イオン交換体の作製］
水にＭｇ６Ａｌ２（ＯＨ）１６ＣＯ２・２Ｈ２ＯとＮａＯＨ水溶液とを添加して得られた混合物をオートクレーブにて１５０℃、１０時間保持した。その後冷却し、オートクレーブ内の反応生成物を含むスラリーを遠心分離器で固液に分離した。上澄み液を捨てた後、沈殿物を１１０℃の電気炉に入れて乾燥させたところ、粉末のイオン交換体（Ｍｇ６Ａｌ２（ＯＨ）２（ＯＨ）１８・２Ｈ２Ｏ）が得られた。
【０１１９】
［イオン交換体の評価］
密閉可能な６ｍｌのバッチ容器中に、イオン交換体０．４８ｇと、被処理液として０．１Ｍ塩化ナトリウム水溶液２．２ｍｌとを投入し、２８０℃で１８時間反応させた（試料Ｎｏ．１）。反応終了後、バッチ容器中の水溶液を処理済液として取り出し、処理済液の塩化物イオンＣｌ−の濃度を測定した。
【０１２０】
また、０．１Ｍ塩化ナトリウム水溶液２．２ｍｌに代えて０．１Ｍ硫酸ナトリウム水溶液２．２ｍｌを用いた以外は試料Ｎｏ．１と同様にして反応させ（試料Ｎｏ．２）、処理済液の硫酸イオンＳＯ４２−の濃度を測定した。
測定結果を表１に示す。
【０１２１】
【表１】
2012061407.tif 000003
【０１２２】
表１に示すように、試料Ｎｏ．１の処理済液では被処理液中の塩化物イオンが３４％除去され、試料Ｎｏ．２の処理済液では被処理液中の硫酸イオンが５７％除去されることがわかった。
また、試料Ｎｏ．１、２共に、処理済液にはＭｇやＡｌは検出されなかった。
このように本実施例のイオン交換体を用いると不純物を溶出することなく高温水中の陰イオンを除去できることがわかった。
【０１２３】
（実施例２）
［イオン交換体の作製］
実施例１で得られた粉末のイオン交換体（Ｍｇ６Ａｌ２（ＯＨ）２（ＯＨ）１８・２Ｈ２Ｏ）とニオブ酸（ＨＮｂＯ３）とを１：７の重量比で混ぜた後、水に投入して原料混合物を得、この原料混合物をオートクレーブに入れて１５０℃で１０時間保持した。その後冷却し、オートクレーブ内の反応生成物を含むスラリーをろ過した。ろ滓を１１０℃の電気炉に入れて乾燥させたところ、Ｍｇ６Ａｌ２（ＯＨ）２（ＯＨ）１８・２Ｈ２Ｏ粒子の表面がＨＮｂＯ３粒子で被覆された粒子からなる、粉末状のイオン交換体が得られた。
図１にニオブ酸で被膜された粉末のイオン交換体の模式図を示す。
【０１２４】
［イオン交換体の評価］
密閉可能な６ｍｌのバッチ容器中に、イオン交換体０．５５ｇと、被処理液として０．１Ｍ塩化ナトリウム水溶液２．２ｍｌとを投入し、２８０℃で１８時間反応させた（試料Ｎｏ．３）。反応終了後、バッチ容器中の水溶液を処理済液として取り出し、処理済液の塩化物イオンＣｌ−およびナトリウムイオンＮａ＋の濃度を測定した。
測定結果を表１に示す。
【０１２５】
表１に示すように、試料Ｎｏ．３の処理済液では被処理液中の塩化物イオンが３４％除去されるとともに、ナトリウムイオンが４０％除去されることがわかった。
また、処理済液にはＭｇやＡｌは検出されなかった。
このように本実施例のイオン交換体を用いると不純物を溶出することなく高温水中の陰イオン（Ｃｌ−）と陽イオン（Ｎａ＋）とを除去できることがわかった。
【０１２６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１２７】
１、１Ａ  イオン交換体
１１  複水酸化物粒子
１２  ニオブ酸層
２０、２０Ａ  イオン成分除去装置（浄化装置）
２１  筐体
２２  隔膜（陰イオン交換膜）
２３  隔膜（陽イオン交換膜）
２４  脱塩部
２５  第１の濃縮部
２６  第２の濃縮部
２７  第１の電極（陽極）
２８  第２の電極（陰極）
２９  ヒータ
３３  被処理液供給ライン
３４  処理済液排出ライン
３５  不純物陰イオン濃縮排液排出ライン
３６  不純物陽イオン濃縮排液排出ライン
４３  被処理液 
４４  処理済液
４５  不純物陰イオン濃縮排液
４６  不純物陽イオン濃縮排液
【図１】
2012061407.tif 000004
【図２】
2012061407.tif 000005
【図３】
2012061407.tif 000006
【図４】
2012061407.tif 000007