(57)【要約】      （修正有）【課題】酸及び塩基を生成するための電気化学的装置を提供する。【解決手段】第１の陰イオン選択膜及び第２の陰イオン選択膜によって画定された第１のコンパートメントと、第２の陰イオン選択膜及び陽イオン選択膜によって画定された電解コンパートメントと、陽イオン選択膜及び第３の陰イオン選択膜によって画定された第２のコンパートメントとを備えてなる。電解コンパートメント及び第２のコンパートメントに流体的に接続された脱イオン化水源を備え、第１のコンパートメントに流体的に接続されたイオン種源を備える。【選択図】図１
0003163188.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
第１の陰イオン選択膜及び第２の陰イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された第１の濃縮コンパートメントと；
前記第２の陰イオン選択膜及び陽イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された電解コンパートメントと；
前記陽イオン選択膜及び第３の陰イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された第２の濃縮コンパートメントと；を
備えてなる電気化学的装置。
【請求項２】
前記電解コンパートメント及び前記第２の濃縮コンパートメントに流体的に接続された脱イオン化水源を更に備えてなる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の濃縮コンパートメントに流体的に接続されたイオン種源を更に備えてなる、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記イオン種源が塩溶液を含有してなる、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記塩溶液が酸前駆体又は塩基前駆体を含有してなる、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記第１の濃縮コンパートメント、前記第２の濃縮コンパートメント及び前記電解コンパートメントの少なくとも１つがイオン交換媒体を備えてなる、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記イオン交換媒体が、混合樹脂床、陽イオン樹脂床又は陰イオン樹脂床を備えてなる、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
酸性溶液出口を更に備えてなる、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
塩基性溶液出口を更に備えてなる、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
第１の陽イオン選択膜及び第２の陽イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された第１の濃縮コンパートメントと；
前記第２の陽イオン選択膜及び陰イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された第２の濃縮コンパートメントと；
前記陰イオン選択膜及び第３の陽イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された電解コンパートメントと；を備えてなる
電気化学的装置。
【請求項１１】
更に、前記電解コンパートメント及び前記第２の濃縮コンパートメントに流体的に接続された脱イオン化水源を備えてなる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
更に、前記第１の濃縮コンパートメントに流体的に接続されたイオン種源を備えてなる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記イオン種源が塩溶液を含有してなる、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記塩溶液が酸前駆体又は塩基前駆体を含有してなる、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１の濃縮コンパートメント、前記第２の濃縮コンパートメント及び前記電解コンパートメントのうちの少なくとも１つがイオン交換媒体を備えてなる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
前記イオン交換媒体が、混合樹脂床、陽イオン樹脂床又は陰イオン樹脂床を備えてなる、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
酸性溶液出口を更に備えてなる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１８】
塩基性溶液出口を更に備えてなる、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記電気化学的装置の第１の濃縮コンパートメントに陽イオン種及び陰イオン種を導入し；
前記電気化学的装置の第２の濃縮コンパートメント及び希釈コンパートメントに脱イオン化水を導入し；
前記希釈コンパートメントにおいて脱イオン化水を電解し；そして、
前記第１の濃縮コンパートメントの出口で酸流れを回収する；ことを含んでなる
電気化学的装置の操作方法。
【請求項２０】
前記酸流れの回収が、陰イオン選択膜を透過する陰イオン種の輸送を促進することを含んでなる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２の濃縮コンパートメントの出口で塩基性流れを回収することを更に含んでなる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記塩基性流の回収が、陽イオン選択膜を透過する陽イオン種の輸送を促進することを含んでなる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記電気化学的装置の下流で前記酸流れのｐＨレベルを調整することを更に含んでなる、請求項１９に記載の方法。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、一般に、電気化学的技術に関し、とりわけ、酸及び塩基生成のための電気化学的装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
印加電界で液体流れを処理することによって、液体流れ中の望ましくないイオン種を除去することができる装置が知られている。電気透析及び電気脱イオン化装置を始めとする−これらに限らないが−電気的に駆動されるこれらの分離装置が、これまで、脱イオン（ＤＩ）水のような浄化水の生成に用いられている。
【０００３】
これらの装置内には、イオン選択膜によって分離された濃縮コンパートメントと希釈コンパートメントとが設けられている。電気脱イオン化装置には、典型的には、電気活性半透性陰イオン交換膜及び陽イオン交換膜が交互に含まれている。これらの膜と膜との間の空間は、入口と出口とを備えた液体流れコンパートメントをなすように構成されている。これらのコンパートメントには、典型的には、イオン移動を促進するためのイオン交換樹脂のような吸着媒体が含まれている。電極を介して印加電界が掛けられると、それぞれの対向電極に引き付けられる溶存イオンが、陰イオン交換膜及び陽イオン交換膜を通って移動する。この結果、一般に、希釈コンパートメント内の液体はイオンが減少し、濃縮コンパートメント内の液体は、移動イオンによってイオン濃度が増す。典型的には、希釈コンパートメント内の液体は所望のもの（「生成物」液体）であるが、濃縮コンパートメント内の液体（「不良品」液体）は廃棄される。
【考案の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
側面は、一般に、酸及び塩基生成のための電気化学的装置及び方法に関する。
【０００５】
１つ以上の態様によれば、電気化学的装置は、第１の陰イオン選択膜及び第２の陰イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された第１の濃縮コンパートメントと、第２の陰イオン選択膜及び陽イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された電解コンパートメントと、陽イオン選択膜及び第３の陰イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された第２の濃縮コンパートメントと、を備えてなるものであってよい。
【０００６】
１つ以上の態様によれば、電気化学的装置は、第１の陽イオン選択膜及び第２の陽イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された第１の濃縮コンパートメントと、第２の陽イオン選択膜及び陰イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された第２の濃縮コンパートメントと、陰イオン選択膜及び第３の陽イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された電解コンパートメントとを、備えてなるものであってよい。
【０００７】
１つ以上の態様によれば、電気化学的装置の操作方法は、電気化学的装置の第１の濃縮コンパートメントに陽イオン種及び陰イオン種を導入し、電気化学的装置の第２の濃縮コンパートメント及び希釈コンパートメントに脱イオン水を導入し、希釈コンパートメントにおいて脱イオン水を電解し、そして、第１の濃縮コンパートメントの出口で酸流れを回収することからなり得る。
【０００８】
これらの典型的な態様及び実施形態の更なる他の態様、実施形態及び利点については、更に詳細に後述する。更に、云うまでもないが、上述の情報及び下記の詳細な説明は、両方とも各種態様及び実施形態を説明するための単なる例でしかなく、請求される側面及び実施形態の性質及び特性を理解するための概括又は骨子を提示することを意図したものである。添付の図面は、図解並びに各種態様及び実施形態のより明確な理解のために添えられており、本明細書に組み込まれて、その一部を構成している。これらの図面は、明細書の残りの部分と共に、記載及び請求される側面並びに実施形態の原理及び作用の説明に役立つ。
【０００９】
下記では、添付の図を参照して、少なくとも１つの実施形態の様々な側面が検討される。一定の比率で描くことを意図したものではないこれらの図において、様々な図に例示された同じか又はほぼ同じ各構成要素は、同様の番号で表示されている。明瞭化のため、全ての図面において全ての構成要素に標識をつけているわけではない。これらの図は、例証及び説明のために提示されており、本考案の範囲の限定を意図したものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】１つ以上の実施形態による電気化学的装置を例示した図である。
【図２】１つ以上の実施形態による電気化学的装置を例示した図である。
【図３】１つ以上の実施形態による電気化学的装置を例示した図である。
【図４Ａ】添付の例において検討される各種システムの配管構成を例示した図である。
【図４Ｂ】添付の例において検討される各種のシステム配管構成を例示した図である。
【図４Ｃ】添付の例において検討される各種のシステム配管構成を例示した図である。
【図４Ｄ】添付の例において検討される各種のシステム配管構成を例示した図である。
【図４Ｅ】添付の例において検討される各種のシステム配管構成を例示した図である。
【図５Ａ】添付の例において検討される試験条件及び結果を要約した表である。
【図５Ｂ】添付の例において検討される試験条件及び結果を要約した表である。
【図６Ａ】添付の例において検討される電気脱イオン化モジュールの電力図である。
【図６Ｂ】添付の例において検討される電気脱イオン化モジュールの電力図である。
【図６Ｃ】添付の例において検討される電気脱イオン化モジュールの電力図である。
【図６Ｄ】添付の例において検討される電気脱イオン化モジュールの電力図である。
【図６Ｅ】添付の例において検討される電気脱イオン化モジュールの電力図である。
【図７Ａ】添付の例において検討される電流の効果に関するデータを表わした図である。
【図７Ｂ】添付の例において検討される電流の効果に関するデータを表わした図である。
【考案を実施するための形態】
【００１１】
１つ以上の実施形態は、一般に、電気化学的装置及び方法に関するものである。これらの装置及び方法は、酸流れ及び／又は塩基流れの生成に有効であると考えられる。本明細書に記載のインサイチュ生成技術は、酸又は塩基の利用が必要であるがそれらの貯蔵及び／又は処理は望ましくない、広範な用途において実施することができる。実施形態は、酸又は塩基を１つ以上の他の成分との混合物から回収して浄化するために、実施することもできる。開示された装置及び方法の実施形態は、更にプロセス流れのｐＨレベルを変えるために実施することもできる。従って、任意の所望の中和又はｐＨ調整を実施するために、例えば化学物質の添加によって、ｐＨを補正する必要性が少なくなるであろう。少なくとも１つの実施形態は、双極性膜を利用せずに酸及び／又は塩基を生成する際に効率的であると考えられる。有利なことには、いくつかの実施形態を利用して、上流又は下流の用途に供給すべき十分な濃度と品質を有する反応物質流れを生成することができる。
【００１２】
本明細書において検討されるシステム及び方法の実施形態は、適用に際して、下記の説明に記載され又は添付の図面に図解された構成要素の構成及び配置の詳細に制限されるものではないということを理解しておくべきである。これらのシステム及び方法は、他の実施形態において実施することが可能であり、様々な方法で実行又は実施することができる。本明細書には、特定の実施例が提示されているが、例証だけを目的とするものであり、限定を意図したものではない。具体的に云うと、任意の１つ以上の実施形態に関連して検討される働き、要素及び特徴は、任意の他の実施形態における同様の役割から除外されるように意図したものではない。また、本明細書で用いられる表現及び用語は説明のためのものであって、制限とみなすべきではない。「始めとする」（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）、「備えてなる」（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）、「有する」（ｈａｖｉｎｇ）、「含む」（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）、「伴う」（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）及びそれらの変形の本明細書における使用は、その後に列挙される要素及びその同等物並びに追加要素を包含することを意図している。
【００１３】
一般に、１つ以上の実施形態による装置及び方法を実行して、イオン種から酸流れ及び／又は塩基流れを生成することができる。少なくともいくつかの実施形態では、装置及び方法によって生成物としての酸及び／又は塩基を濃縮することができる。いくつかの実施形態では、装置及び方法は、一般に、電気的分離技術を伴う。装置及び方法を利用して、混合物から酸流れ及び／又は塩基流れを分離し又は浄化することができる。装置及び方法は、プロセス流れのｐＨレベルの調整に適用することもできる。いくつかの実施形態は、こうした方法、システム及び装置の製造、推進及び利用方法にも関連している。電気化学的装置は、所望の生成物の実現及び／又は所望の処理の実施に適した任意の流儀で操作することができる。例えば、本考案の各種実施形態は、連続して、又は、基本的に連続して、又は継続的に、間欠的に、周期的に操作することが可能であり、また、必要に応じて操作することさえできる。電気的分離装置は、１つ以上の他のユニット、アセンブリ及び／又は構成要素と操作的に連係させることができる。補助的構成要素及び／又はサブシステムは、システムの運転を協働して可能にする、パイプ、ポンプ、タンク、感知装置、制御系、並びに、電源及び分配サブシステムを備えていてもよい。
【００１４】
電気脱イオン化装置のような電気化学装置は、一般に、電界を利用して、輸送に影響を与え及び／又は輸送を誘発することによって、液体の１つ以上の成分、例えば溶解したイオン及び／又は懸濁したイオン、を分離し、或いは、液体中に溶解し及び／又は懸濁した種の移動性をもたらすことによって、液体からの種の分離又は除去を少なくとも部分的に実施することが、できる。液体中の１つ以上の種は、いくつかの態様に関して、「標的」種とみなすことができる。
【００１５】
１つ以上の実施形態によれば、本明細書において更に詳細に検討するように、プロセス流れを、電気化学的装置の少なくとも１つのコンパートメントに導入してもよい。プロセス流れは、１つ以上の標的種又は標的イオンを含んでいてもよい。標的種は、酸又は塩基生成物の前駆体であってもよい。プロセス流れは、酸又は塩基の前駆体の源であり得る。前駆体は、一般にプロセス流れ中に存在する１つ以上のイオンを含有していてもよい。少なくともいくつかの実施形態では、イオンはプロセス流れ中において解離させることができる。いくつかの実施形態では、プロセス流れは、一般に塩溶液を含んでいてもよい。電気化学的装置の少なくとも１つのコンパートメントに、浄化水又は脱イオン水のような水の供給源を導入することもできる。いくつかの実施形態では、プロセス流れが供給されるコンパートメント以外の１つ以上のコンパートメントに水を供給することができる。他の実施形態では、同じコンパートメントの１つ以上に水とプロセス流れとを供給することができる。電界の印加によって、水素イオン又はヒドロニウムイオンとヒドロキシルイオンとへの水の解離を促進することができる。電界の印加によって、電気化学的装置内における１つ以上のイオンの移動を促進することもできる。水素イオン、ヒドロキシルイオン、及び／又は、前駆体イオンの移動が可能である。イオン移動は、電気化学的装置の１つ以上のイオン選択膜を通過することができる。イオンは、例えばその電荷又は性質に基づいて、１つ以上のコンパートメントにおいて濃縮し又は捕捉することができる。例えば、１つのコンパートメント内において酸性生成物が高濃度になり、もう１つのコンパートメント内において塩基性生成物が高濃度になるようにすることができる。電気化学的装置内における各種イオン選択膜の配向及び性質は、装置内における移動や、どのようなタイプの生成物が各種コンパートメント内において形成されるかに、影響を及ぼす可能性がある。生成された生成物流れは、各種コンパートメントに結合した出口、例えば酸性溶液出口及び／又は塩基性溶液出口を通って電気化学的装置から流出することができる。
【００１６】
１つ以上の実施形態によれば、酸又は塩基生成システムは、１つ以上の電気化学的装置を含んでいてもよい。電気的分離装置又は電動分離装置の非限定的例には、電気透析装置又は電気脱イオン化装置が含まれる。「電気脱イオン化」という用語には、当該技術分野において用いられるその通常の定義が与えられる。典型的には、これらの例示的装置内には、陰イオン選択膜及び陽イオン選択膜のような選択的透過性を備えた媒体によって分離された濃縮コンパートメント及び希釈コンパートメントがある。これらの装置では、電界の印加によって、イオン化可能種、溶存イオンが、選択的透過性媒体、即ち陰イオン選択膜及び陽イオン選択膜、を通って移動し、その結果、希釈コンパートメント内の液体ではイオンが減少し、濃縮コンパートメント内の液体では移動体である移動イオンが増す。電気脱イオン化装置は、装置内の１つ以上のコンパートメントに固形「媒体」（例えばイオン交換媒体のような電気活性媒体又は吸着媒体）を含んでいてもよい。電気活性媒体は、典型的には、イオン移動の経路となり、及び／又は、
選択膜間における導電率の高いブリッジとして働き、装置のコンパートメント内におけるイオンの移動を促進する。この媒体は、一般に、例えば吸着／脱着メカニズムによって、イオン種及び／又は他の種を収集又は放出することができる。この媒体は、永久電荷及び／又は一時的電荷を有することができ、場合によっては、例えば、分離、化学吸着、物理吸着及び／又は分離効率といった電気脱イオン化装置の性能を実現又は強化することを目的とした電気化学的反応を促進する働きができる。本考案のいくつかの実施形態に従って利用することが可能な媒体例には、これらに制限されないが、粒子、繊維及び膜といった形態を有するイオン交換媒体が含まれる。こうした材料は、当該技術分野において既知であり、市場で容易に入手可能である。本考案の各種実施形態の任意の１つ以上において、上述の形態の任意の組合せを利用することができる。実施形態によっては、電気化学装置は、１つ以上の電気脱イオン化装置を含んでいてもよい。少なくとも１つの実施形態において、電気化学的装置は、基本的に１つ以上の電気脱イオン化ユニットから構成することができる。
【００１７】
１つ以上の実施形態によれば、電気化学的装置の１つ以上のコンパートメントにプロセス流れを供給することができる。プロセス流れは、１つ以上の標的種を含んでいてもよい。標的種は、一般的には、典型的には電気的分離装置を用いて除去されるか或いは１つの溶液からもう１つの溶液に移動されるのが望ましいプロセス流れ（典型的には液体である）に溶解し及び／又は懸濁している、任意の種とすることができる。電気的分離装置を用いて除去され又は溶液間で輸送されるのが望ましい標的種の例は、装置内の動作環境におけるいくつかのイオン種、有機分子、弱イオン化物質、及び、イオン化可能物質を含んでいてもよい。本考案のいくつかの態様に従って除去するか或いは輸送するのが望ましい標的イオン種は、溶液から沈殿することが可能な、並びに／又は、溶液中の他の種及び／若しくはイオンと反応して、溶液から沈殿することが可能な塩及び／若しくは他の化合物を生じる、１つ以上のイオンとすることができる。標的イオン種の非限定的例には、Ｃａ2+、Ｍｇ2+、Ｓｉ4+、Ｃｕ2+、Ａｌ3+、Ｆｅ3+、Ｍｎ2+、Ｐｂ3+、Ｐｂ4+、ＳＯ42-、ＳｉＯ42-及びＨＣＯ3-、並びに、これらのうちの任意の２つ以上の組合せを含んでいてもよい。実施形態によっては、標的種は、電気化学的装置の動作中の条件下における非沈殿可能種又は可溶種であり、これは、一般に、溶液から容易に沈殿しないか、又は、溶液中の他の種及び／若しくはイオンと反応して、沈殿する塩及び／若しくは他の化合物を生じるイオン性成分であってもよい。例えば、非沈殿可能種の非包括的リストには、Ｎａ+、Ｃｌ-、Ｋ+及びＨ+イオンが含まれる。代替実施形態のいくつかでは、標的種は、カルシウム、炭酸塩及び硫酸塩を含んでいてもよい。
【００１８】
１つ以上の実施形態による装置及び方法によって、１つ以上の標的イオンを含有するプロセス流れを処理することができる。本明細書で検討するように、１つ以上の標的イオンの単離及び転換が望ましい可能性がある。例えば、プロセス流れ中の標的イオンを装置及び方法によって操作し、価値のある又は望ましい生成物流れを生じさせることができる。いくつかの実施形態では、装置及び方法によって、標的イオンを単離させ、それらを用いて、標的化合物を生成し又は発生することもできる。従って、プロセス流れ中に存在する標的イオンは、標的化合物の前駆体と考えられる。実施形態によっては、標的イオンが所望の酸生成物又は塩基生成物の前駆体である場合もある。少なくとも１つの実施形態において、プロセス流れは、塩溶液のような、水溶液であってもよい。塩溶液又はそのイオンは、所望の酸生成物又は塩生成物の前駆体であってもよい。実施形態によっては、標的イオンは、一般にプロセス流れ中において解離していてもよい。１つ以上の実施形態によれば、プロセス流れは、第１の陽イオン種及び第１の陰イオン種のようなイオン種の源を提供することができる。第１の陽イオン種及び／又は第１の陰イオン種は、それぞれ、生成物酸又は生成物塩基の前駆体であり得るし、或いはその逆の場合もある。
【００１９】
１つ以上の実施形態によれば、酸標的化合物及び塩基標的化合物を生じさせるのが望ましい。酸及び／又は塩基は、電気化学的装置及び方法による生成物であり得る。酸生成物流れ及び／又は塩基生成物流れは、電気化学的装置及び方法によって生成することができる。少なくとも１つの実施形態において、酸生成物及び／又は塩基生成物は、電気化学的装置及び方法によって濃縮することができる。実施形態によっては、生成すべき標的化合物は、水酸化ナトリウム又は硫酸アンモニウムのような苛性化合物であってもよい。他の実施形態では、生成すべき標的化合物は、塩酸のような酸であってもよい。１つ以上の標的イオンから、任意の酸又は塩基を生成物流れとして生成することができる。電気化学的装置に供給されるプロセス流れ中の標的イオンは、所望の生成物流れに基づいて選択することができる。
【００２０】
装置及び方法は、一般に、１つ以上の標的化合物を含有する１つ以上の生成物流れを生じ得る。生成された標的化合物は、次いで、電気化学的装置の上流又は下流に供給して利用することができる。実施形態によっては、標的イオンは、消耗品又は反応物の上流での消費による反応副産物として、プロセス流れ中に存在し得る。実施形態によっては、生成物として生成すべき標的化合物は、プロセス流れ中に標的イオンを生じさせた元の消耗品又は反応物であってもよい。
【００２１】
１つ以上の実施形態によれば、処理すべき水溶液は、供給源又は入口点から電気脱イオン化装置に導入することができる。導管は、１つ以上の電気脱イオン化装置の１つ以上のコンパートメントにプロセス流れの源を流体的に接続するマニホルドの働きをすることができる。プロセス流体の源は、典型的には、少なくとも１つの希釈コンパートメント及び／又は少なくとも１つの濃縮コンパートメントに流体的に接続することができる。水溶液は、上述のように、少なくとも１つの可溶性陽イオン種及び／又は少なくとも１つの可溶性陰イオン種を含んでなる塩溶液であってもよい。装置の更なる実施形態には、第２の溶液源、即ち、典型的には第１の供給源からの水溶液とは組成の異なる水溶液であるもう１つの水溶液の第２の供給源を備える構成を含むこともできる。第２の供給源は、例えば、第２の陽イオン種及び第２の陰イオン種を含んでなる塩溶液を供給することができる。第２の供給源は、第１の供給源と同じか又はそれとは異なるコンパートメントに流体的に接続することができる。もちろん、例えば複数の溶液源を始めとして、これらの構成の変形態様も検討されている。しかし、本考案の特定の実施形態では、１つ以上の水溶液が可溶性種を、或いは非沈殿種さえ、含んでなる構成が検討されている。例えば、実施形態によっては、ナトリウムイオン及び塩化物イオンを含むような塩溶液の供給源を伴うものもある。
【００２２】
１つ以上の実施形態によれば、処理済水又は脱イオンされた（ＤＩ）水の供給源は、電気化学的装置の１つ以上のコンパートメントに流体的に接続することができる。処理済水又はＤＩ水は、一般に酸生成物及び／又は塩基生成物の生成を促進することができる。処理済水又はＤＩ水は、酸又は塩基生成のための水素イオン、ヒドロニウムイオン又はヒドロキシルイオンの供給源になることができる。当業者は、ＤＩ水電解に対する抵抗が大きいので電気透析装置にＤＩ水を導入しないかもしれない。処理済水又はＤＩ水は、一般に、プロセス流れが供給されているコンパートメント以外の１つ以上のコンパートメントに供給することができる。他の実施形態では、それらは、同じコンパートメントの１つ以上に供給されてもよい。実施形態によっては、処理済水又はＤＩ水を水素イオン又はヒドロニウムイオンとヒドロキシルイオンとに解離して、電気化学的装置による酸又は塩基の生成を促進する場合もある。実施形態によっては、電気脱イオン化装置における印加電界によって分極現象が生じ、その結果、典型的には、ヒドロニウムイオン及びヒドロキシルイオンへの水の解離が促進される。１つ以上の実施形態によれば、ＤＩ水のこの水分解は、第２の陰イオン源及び第２の陽イオン源を提供しうる。電気化学的装置は、イオンの移動を促進して、第２の陰イオン及び第２の陽イオンが、それぞれ、プロセス流れからの第１の陽イオン及び第１の陰イオンと会合して、本明細書において検討される１つ以上の望ましい生成物流れを生成することができるようにすることができる。例えば、プロセス流れ中における陽イオン前駆体イオンは、ＤＩ水からの陰イオンと対を形成して、第１の生成物流れを生じることができる。プロセス流れ中における陰イオン前駆体イオンは、ＤＩ水からの陽イオンと対を形成して、第２の生成物流れを生じることができる。
【００２３】
処理済水又はＤＩ水は、任意の供給源によって供給することができる。場合によっては、処理済水又はＤＩ水は、電動装置又は他の供給源によって供給することもできる。処理済水又はＤＩ水の供給源は、自己生成水に制限されるわけではない。処理済水又はＤＩ水の外部供給源を利用することもできるし、或いは、第２の陰イオン及び第２の陽イオン、例えばヒドロニウム種及びヒドロキシル種、の他の供給源を利用することも可能である。供給される水の純度は、様々な要素、例えば、製造されるべき生成物の意図された用途又は所望の品質、によって左右され得る。場合によっては、電気抵抗が約０．１メグオーム−ｃｍを超えるか、約１メグオーム−ｃｍを超えるか、約３メグオーム−ｃｍを超えるか、約６メグオーム−ｃｍを超えるか、約９メグオーム−ｃｍを超えるか、約１２メグオーム−ｃｍを超えるか、約１５メグオーム−ｃｍを超えるか、又は、少なくとも約１８メグオーム−ｃｍを超える、浄化水又はＤＩ水が用いられる。
【００２４】
１つ以上の特定の態様によれば、本考案は、加えられた力の影響下において、鉱物、塩及び有機物のようなイオン化種の成分の、第１の液体から第２の液体への移動を誘起するための方法、システム及び装置に関連し得る。例えば、イオンは、供給プロセス流れから供給ＤＩ水に移動して、１つ以上の生成物流れを生成することができる。態様によっては、希釈コンパートメント内の液体が所望され、即ち、生成物であって、一方、濃縮コンパートメント内の液体は不良品として廃棄されるという場合もある。しかしながら、本考案のいくつかの態様では、液体流れ、とりわけ水性流れ、中のイオン化種又はイオン化可能種をさえも回収することを目指した応用例が検討されている。例えば、酸性流れ及び／又は塩基性流れを生成物流れとして回収することができる。酸及び／又は塩基は、１つ以上の前駆体標的イオンから生成することができる。１つ以上のこうした種を回収して、例えば、上流単位操作に再利用するか又は下流単位操作に利用することができる。従って、態様によっては、本明細書で更に検討するように、１つ以上の濃縮コンパートメント内の液体が生成物として望まれる。
【００２５】
例えば処理システムに関連した本考案のいくつかの実施形態では、１つ以上の前処理ステップを利用して、例えばスケーリング又は汚損を生じる可能性のある、流入液体内の種の濃度を低下させることができる。従って、本考案のシステム及び技術を対象とした実施形態は、１つ以上の予備軟化単位操作又はステップを含んでいてもよい。従って、いくつかの前処理システム及び技術は、スケール形成の可能性を低下させることを対象とすることができる。こうした側面を対象とする実施形態は、例えば、硬度に関連した種の物理化学的性質に関連した考察に依存することができる。プロセス流れ及び／又はＤＩ水流れは、然るべく前処理することができる。入口点と電気脱イオン化装置との間には、液体に作用することが可能な任意の数の操作又は分配網を設けることができる。例えば、逆浸透、ミクロ濾過又はナノ濾過のような濾過、沈降、活性炭濾過器、電気透析装置又は電気脱イオン化装置を必要とするような、１つ以上の単位操作を含んでいてもよい。実施形態によっては、電気化学的装置に供給される液体流れが、液体を生成する単位操作、及び／又は、これらに制限されないが、限外濾過、ナノ濾過、沈降、蒸留、増湿、逆浸透、透析、抽出、化学反応、熱交換及び／又は質量交換のための単位操作といった液体に作用する単位操作、から生じる場合もある。いくつかの実施形態では、液体が、貯蔵容器、タンク若しくは溜池といったリザーバから、又は、自然水域若しくは人工水域から生じる場合もある。
【００２６】
電気化学的分離技術を対象とする態様に関連した１つ以上の実施形態において、電動分離装置は、１つ以上の希釈コンパートメントと１つ以上の濃縮コンパートメントとを含有していてもよい。コンパートメント又はセルは、一般に、それらに導入される流体のタイプ及び／又は組成に関して機能的に異なっていてもよい。しかしながら、構造的相違によって様々なコンパートメントを区別することもできる。実施形態によっては、装置が、１つ以上のタイプの希釈コンパートメントと１つ以上のタイプの濃縮コンパートメントとを含んでいてもよい。濃縮コンパートメントかそれとも希釈コンパートメントかといった任意の所与のコンパートメントの性質については、一般に、コンパートメントを仕切る膜のタイプ及びコンパートメントに供給される供給物のタイプによって知ることができる。隣接コンパートメントの性質は、互いに影響を及ぼし得る。実施形態によっては、コンパートメントは、電解コンパートメントであってよい。例えば、希釈コンパートメントは、電解コンパートメントと言われる場合がある。実施形態によっては、濃縮コンパートメントも、また、電解コンパートメントと言われる場合もある。実施形態によっては、水分解は、一般に電解コンパートメントで生じ得る。電解コンパートメントは、水分解セルであってもよい。他のイオン相互作用も、また、電解コンパートメントで生じ得る。
【００２７】
イオン選択膜は、典型的には、隣接するコンパートメント間の境界を形成する。従って、１つ以上のイオン選択膜によって１つ以上のコンパートメントを少なくとも部分的に画定することができる。電気化学的装置内において、複数のコンパートメントは、典型的には、スタックとして配列される。希釈コンパートメントは、典型的には、希釈コンパートメントスペーサによって画定され、濃縮コンパートメントは、典型的には、濃縮コンパートメントスペーサによって画定される。組み立てられたスタックは、典型的には、各端部でエンドブロックによって境界づけられ、典型的には、ナットで固定可能なタイロッドを用いて組み立てられる。実施形態によっては、コンパートメントは、陽イオン選択膜と陰イオン選択膜とを備えてなり、これらの膜は、典型的には、スペーサの両側の周辺に対して周辺密封されている。陽イオン選択膜及び陰イオン選択膜は、典型的には、イオン交換樹脂粉末、ポリエチレン粉末結合剤及びグリセリン潤滑剤を含有してなる。実施形態によっては、陽イオン選択膜及び陰イオン選択膜が不均質膜という場合もある。これらは、ポリオレフィンベースの膜又は他のタイプの膜であってもよい。これらの膜は、典型的には、熱及び圧力を利用して複合シートを製造する熱可塑性プロセスによって押出し加工される。実施形態によっては、日本のトクヤマソーダから市販されているような均質膜が用いられる。この１つ以上の選択性透過膜は、任意のイオン選択膜、中性膜、サイズ限定膜であってもよく、或いは、１つ以上の特定のイオン又はイオンクラスに対して特異的に不透過性の膜であってもよい。場合によっては、電動装置内において、交互に配置された一連の陽イオン選択膜及び陰イオン選択膜が用いられる。イオン選択膜は、少なくとも１つのイオンを別のイオンに対して優先的に通過させることが可能な任意の適合する膜であってよい。
【００２８】
実施形態の１つでは、複数の希釈コンパートメント及び濃縮コンパートメントは、１つ以上のイオン選択膜「ｃ」及び「ａ」によって境界を付け、分離し、又は少なくとも部分的に画定することができる。実施形態によっては、イオン選択膜ａ及びｃが、陰イオンに対して陽イオンを優先的に通過させる陽イオン選択膜（「ｃ」と表示）と陽イオンに対して陰イオンを優先的に通過させる陰イオン選択膜（「ａ」と表示）とが一連の交互配置をなすように構成される。他の望ましい実施形態では、更に詳細に後述するように、「ｃｃａｃ」又は「ａａｃａ」といった配列を用いてもよい。隣接コンパートメントは、例えば隣接するイオン選択膜を介して、その間がイオン的に連通しているものと考えることができる。遠位コンパートメントは、例えばそれらの間にある他のコンパートメントを介して、イオン的に連通しているものと考えることもできる。
【００２９】
１つ以上の実施形態によれば、図１を参照すると、電気化学的装置１００は、第１の陰イオン選択膜１１０と第２の陰イオン選択膜１１５とによって少なくとも部分的に画定された第１の濃縮コンパートメント１０５を備えていてもよい。装置１００は、更に、第２の陰イオン選択膜１１５と陽イオン選択膜１２５とによって少なくとも部分的に画定された電解コンパートメント１２０を備えていてもよい。装置１００は、更に、陽イオン選択膜１２５と第３の陰イオン選択膜１３５とによって少なくとも部分的に画定された第２の濃縮コンパートメント１３０を備えていてもよい。
【００３０】
１つ以上の実施形態によれば、図２を参照すると、電気化学的装置２００は、第１の陽イオン選択膜２１０と第２の陽イオン選択膜２１５とによって少なくとも部分的に画定された第１の濃縮コンパートメント２０５を備えていてもよい。装置２００は、更に、第２の陽イオン選択膜２１５と陰イオン選択膜２２５とによって少なくとも部分的に画定された第２の濃縮コンパートメント２２０を備えていてもよい。装置２００は、更に、陰イオン選択膜２２５と第３の陽イオン選択膜２３５とによって少なくとも部分的に画定された電解コンパートメント２３０を備えていてもよい。
【００３１】
装置１００又は２００において、第１の濃縮コンパートメント、電解コンパートメント及び第２の濃縮コンパートメントは、集団又は集合を形成していてもよい。装置１００又は２００は、多重の又は複数のこのような集団又は集合を備えていてもよい。実施形態によっては、装置１００又は２００は、少なくとも１つの第１の濃縮コンパートメント、少なくとも１つの電解コンパートメント、及び、少なくとも１つの第２の濃縮コンパートメントから基本的に構成される。
【００３２】
実施形態によっては、イオン種源が、１つ以上の濃縮コンパートメント又は電解コンパートメントに流体的に接続されていてもよい。少なくとも１つの実施形態では、イオン種源は第１の濃縮コンパートメントに流体的に接続されていてもよい。実施形態によっては、浄化水又はＤＩ水の源が、１つ以上の濃縮コンパートメント又は電解コンパートメントに流体的に接続されている。少なくとも１つの実施形態では、浄化水又はＤＩ水の源は、第２の濃縮コンパートメント及び電解コンパートメントに流体的に接続されていてもよい。他の供給構成を実施してもよい。
【００３３】
少なくとも１つの実施形態では、１つ以上の双極性膜を組み込んで、１つ以上のコンパートメントを少なくとも部分的に画定してもよい。双極性膜は、一般に、片側が陰イオン膜で、他方が陽イオン膜である。双極性膜は、一般に水の分解効率が高いといえる。実施形態によっては、水分解セルの代わりに双極性膜を利用することもできる。実施形態によっては、１つ以上の双極性膜は、１つ以上の陰イオン選択膜及び／又は陽イオン選択膜と併用することができる。１つ以上の実施形態によれば、電気化学的装置は、交互に配置された一連の双極性膜と陰イオン選択膜とを備えていてもよい。同様に、１つ以上の実施形態によれば、電気化学的装置は、交互に配置された一連の双極性膜と陽イオン選択膜とを備えていてもよい。当業者には明らかなように、本考案のいくつかの側面に従って、他のタイプ及び／又は構成の選択膜を利用することも可能である。少なくとも１つの実施形態では、電気化学的装置は双極性膜を備えていない。
【００３４】
１つ以上の実施形態によれば、図３を参照すると、電気化学的装置３００は、第１の双極性膜３１０と第１の陽イオン選択膜３１５とによって少なくとも部分的に画定された第１の濃縮コンパートメント３０５を備えていてもよい。装置３００は、更に、第１の陽イオン選択膜３１５と第２の双極性膜３２５とによって少なくとも部分的に画定された希釈コンパートメント３２０を備えていてもよい。装置３００は、更に、第２の双極性膜３２５と第２の陽イオン選択膜３３５とによって少なくとも部分的に画定された第２の濃縮コンパートメント３３０を備えていてもよい。双極性膜と陽イオン選択膜との組合せは、装置３００において望ましい任意の所望の回数だけ反復してもよい。
【００３５】
実施形態によっては、イオン種源が、１つ以上の濃縮コンパートメント又は電解コンパートメントに、流体的に接続されている。少なくとも１つの実施形態において、イオン種源は、第１の濃縮コンパートメント及び第２の濃縮コンパートメントに、流体的に接続されていてもよい。実施形態によっては、浄化水又はＤＩ水の源が、１つ以上の電解コンパートメント又は希釈コンパートメントに、流体的に接続されていてもよい。少なくとも１つの実施形態において、浄化水又はＤＩ水の源は、電解コンパートメントに、流体的に接続されていてもよい。実施形態によっては、双極性膜が、その両面の一方において塩基濃縮又は凝集コンパートメントを少なくとも部分的に画定し、他方において酸濃縮又は凝集コンパートメントを少なくとも部分的に画定している場合がある。他の供給構成を実施してもよい。
【００３６】
１つ以上の実施形態によれば、電動分離装置の典型的な構成は、電界のような印加力が１つ以上のイオン種又はイオン化可能な種の輸送又は移動を促進することを可能にする、少なくとも１つの電極対を含んでいる。装置は、従って、少なくとも１つの陽極と少なくとも１つの陰極とを備えていてもよい。これらの電極は、装置内に電界を生じさせるのに適した任意の材料から、それぞれ別個に、製作してもよい。場合によっては、例えば、さほど腐食又は劣化を生じることなく長時間に亘って電極を使用できるような電極材料を選択することができる。適切な電極材料及び構成は、当該技術分野において周知のところである。電気化学的装置の電極は、一般にステンレス鋼やチタンのような材料で作られたベース又はコアを含んでいてもよい。電極は、各種材料、例えば、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、白金族金属、白金族金属酸化物、又は、これらの組合せ若しくは混合物、で被覆されていてもよい。電極は、典型的には、Ｈ+イオン及びＯＨ-イオンの生成を促進する。これらのイオンは、各種供給物中のイオンと共に、電気化学的装置両端間の電位によって輸送される。イオンの流れは、モジュールに加えられる電流に関連している。
【００３７】
いくつかの実施形態は、例えば、１つ以上の生成物流れを生成する１つ以上の水溶液又はプロセス流れの処理又は転換に関連する。生成物流れは、生成され、単離され、凝集され、又は、濃縮される。水溶液の処理を対象とする１つ以上の実施形態では、水溶液を浄化して、水溶液から１つ以上の望ましくない種を除去することを伴う。従って、生成物流れは、浄化流であってもよい。本考案の他の実施形態によれば、有利には、１つ以上の原料の組合せから形成された生成物を提供することができる。従って、酸流れや塩基流れのような生成物流れは、電気化学的装置によって、それに供給される１つ以上の前駆体から、生成されてもよい。本考案の技術の１つ以上の実施形態は、それから１つ以上の種を除去し又は移動させる処理が行われる、１つ以上の水溶液を供給することを含んでいてもよい。除去され又は移動させられる１つ以上の種は、供給流れ中に存在する１つ以上の陽イオン種及び／又は１つ以上の陰イオン種であってもよい。本考案の技術は、更に、本明細書で検討される電動装置の任意の構成のような電気的分離装置の１つ以上のコンパートメントに、例えば第１の陽イオン及び会合した第１の陰イオンを含有してなる水溶液を、導入することを含んでいてもよい。１つ以上の標的種を、水溶液から単離装置又は分離装置の１つ以上の濃縮コンパートメントに移動するように、誘導又は推進することができる。本考案の更なる実施形態は、１つ以上の他の標的種、例えば会合種、の装置の１つ以上の希釈コンパートメント内への輸送又は移動を促進することを含んでいてもよい。更なる実施形態では、この装置のチャンバの各種コンパートメント内への、１つ以上の更なる種の移送や移動を含んでいてもよい。
【００３８】
同様に、ＤＩ水を含有し又はＤＩ水から構成される第２の水性供給物を、電気的分離装置の１つ以上のコンパートメントに供給してもよい。ＤＩ水は、第２の陽イオン及び会合した第２の陰イオンを含んでいてもよい。これらは、この装置の１つ以上の濃縮コンパートメント又は希釈コンパートメント内に移動するように誘起又は促進してもよい。第１の陰イオンは、第２の陽イオンと会合して、生成物流れを生じてもよい。同様に、第１の陽イオンは、第２の陰イオンと会合して、生成物流れを生じてもよい。
【００３９】
実際、実施形態は、場合によっては、第１の陽イオンと第１の陰イオンとを含有する水溶液を、電動装置の第１のコンパートメントに導入する１つ以上のステップを備えた方法を含んでいてもよい。この方法は、更に、電動装置の第２のコンパートメントに第２の陽イオン及び第２の陰イオンを供給する１つ以上のステップ、並びに、電動装置内におけるイオンの輸送を促進する１つ以上のステップを備えていてもよい。例えば、本考案の技術によれば、かくして、第１のコンパートメント内で濃縮又は集積された第１の陽イオン及び第２の陰イオンを含有する第１の生成物溶液を提供することができる。本考案の任意の実施形態は、第１の陰イオン及び第２の陽イオンを含有する第２の生成物溶液の第２のコンパートメント内における濃縮又は集積を促進する１つ以上のステップを含んでいてもよい。第１の生成物流れ、例えば塩基、は、第１の濃縮コンパートメントの出口で収集してもよい。第２の生成物流れ、例えば酸、は、第２の濃縮コンパートメントの出口で収集してもよい。
【００４０】
例えば、ＤＩ水を電解して、水素種と水酸化物種を製造することができる。こうした種が十分な量で供給され、輸送され又は移動させられる場合、第１の濃縮コンパートメント又は生成物コンパートメントを塩基性にして、それに含まれ又はそれを流れる液体が約７ｐＨ単位を超えるｐＨを有するようにすることができる。同様に、第２の濃縮コンパートメント又は生成物コンパートメントが酸性になるようにして、それに含まれ又はそれを流れる液体が約７ｐＨ未満のｐＨを有するようにすることができる。供給されるプロセス流れからの標的イオン又は前駆体イオンも、また、移動し得る。従って、本考案のいくつかの実施形態では、酸流れの生成及び／又は塩基流れの生成が行われる。必要に応じて、一方又は両方を廃棄又は回収してもよい。
【００４１】
１つ以上の実施形態によれば、生成物流れの回収には、濃縮コンパートメントへのイオン種の輸送の促進が必要になる可能性がある。塩基性生成物流れは、塩基性濃縮コンパートメント又は生成物コンパートメントに凝集してもよい。酸性生成物流れは、酸性濃縮又は生成物コンパートメントに凝集することができる。実施形態によっては、酸流れの生成、単離又は回収に、陰イオン選択膜を通過する陰イオン種の輸送促進が必要になる。実施形態によっては、塩基性流れの生成、単離又は回収に、陽イオン選択膜を通過する陽イオン種の輸送促進が必要になる。
【００４２】
生成物流れには、下流での利用、上流での利用又は廃棄の前に、更なる処理を施してもよい。例えば、生成物酸流れ又は生成物塩基流れのｐＨレベルを調整してもよい。生成物流れは中和してもよい。実施形態によっては、１つ以上の生成物流れを部分的に又は全体的に混合するのが望ましい。１つ以上の追加単位操作を電気化学的ユニットの下流に流体的に接続してもよい。例えば、濃縮機は、例えば使用点への供給前に、標的生成物流れを受け濃縮するように構成してもよい。使用又は放出前に装置の生成物流れ又は排出流に処理を施すため、化学処理又は生物学的処理を伴うような仕上げユニットを設けてもよい。
【００４３】
１つ以上の実施形態によれば、電気化学的装置は、電極を介してコンパートメント両端に電界を印加することによって運転することができる。装置の運転パラメーターは、所望の特性をもたらすように変更してもよい。例えば、１つ以上の特性又は条件に応じて、印加電界を変更してもよい。従って、電界強度は、装置の特性に応じて、一定に保持してもよく変更してもよい。実際のところ、例えば、イオン種又は他の種の１つ以上の感知装置測定、例えば、ｐＨ、抵抗、濃度、に応答して、１つ以上の運転パラメーターを変更してもよい。
【００４４】
電極を介して印加された電界によって、イオン選択膜を通して、１つのコンパートメントからもう１つのコンパートメントへの、イオンのような荷電種の移動が促進される。いくつかの実施形態の操作中に、濃縮液が濃縮コンパートメントから出て、例えば導管を介して、出口に送られる場合がある。１つ以上の第２の濃縮コンパートメントを含む実施形態において、そこから出る液体が集められて、必要に応じて、送られる場合がある。希釈コンパートメントから出る液体が集められて、送られる場合もある。
【００４５】
１つ以上の実施形態によれば、電気的分離装置の１つ以上のコンパートメントには、吸着媒体、例えばイオン交換媒体、のような媒体を充填することができる。実施形態によっては、イオン交換媒体には、陽イオン交換樹脂、陽イオンを選択的に吸着する樹脂、又は、陰イオン交換樹脂、陰イオンを選択的に吸着する樹脂、不活性樹脂、並びに、それらの混合物といった樹脂が含まれる。様々な構成を実施することもできる。例えば、１つ以上のコンパートメントに、１つのタイプの樹脂、例えば陽イオン樹脂又は陰イオン樹脂、だけが充填されてもよいし、他の場合には、コンパートメントに、２つ以上のタイプの樹脂、例えば、２タイプの陽イオン樹脂、２タイプの陰イオン樹脂、１つの陽イオン樹脂及び１つの陰イオン樹脂が充填されてもよい。本考案の１つ以上の実施形態に利用可能な市販の媒体の非限定的例としては、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている強酸樹脂及びタイプＩの強塩基樹脂、タイプＩＩの強塩基陰イオン樹脂、並びに、弱酸樹脂又は弱塩基樹脂がある。
【００４６】
希釈コンパートメント及び濃縮コンパートメントで典型的に利用されるイオン交換樹脂は、これらに限らないが、第３級アルキルアミノ基及びジメチルエタノールアミンを始めとする様々な官能基を、その表面領域に有することができる。これらは、アンモニウム基のような他の官能基をその表面領域に有するイオン交換樹脂材料と組み合わせて用いることができる。イオン交換樹脂材料として役立つ可能性のある他の変性材料及び等価材料は、日常的な実験しか行なわない当業者の能力範囲内にあるとみなされる。イオン交換樹脂の他の例には、これらに限らないが、ＤＯＷＥＸTMＭＯＮＯＳＰＨＥＲＥTM５５０Ａ陰イオン樹脂、ＭＯＮＯＳＰＨＥＲＥTM６５０Ｃ陽イオン樹脂、ＭＡＲＡＴＨＯＮTMＡ陰イオン樹脂及びＭＡＲＡＴＨＯＮTMＣ陽イオン樹脂−これらの全てはＤｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ（ミシガン州ミッドランド）から入手可能である−が含まれる。適切なイオン選択膜の代表には、スルホン酸又は第４級アンモニウム官能基を備えたスチレンジビニルベンゼンベース樹脂で支持された均質タイプのウェブ、ポリフッ化ビニリデン結合剤でスチレンジビニルベンゼンベース樹脂を用いて支持された不均質タイプのウェブ、均質タイプの非支持スルホン化スチレン、及び、ポリエチレンシートの第４級化ビニルベンジルアミングラフトがある。
【００４７】
１つ以上の実施形態によれば、陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂は、希釈コンパートメント及び濃縮コンパートメントのそれぞれの内部に様々な構成で配置することができる。例えば、陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂は、様々な配列をなす多数の層が形成されるように、層状に配列することができる。例えば、減少、濃縮及び電極コンパートメントのいずれかにおける混床式イオン交換樹脂の利用、陰イオン交換樹脂及び陽イオン交換樹脂の層床間における不活性樹脂の利用、様々なタイプの陰イオン樹脂及び陽イオン樹脂の利用を始めとする、他の実施形態又は構成も本考案の範囲内にあると考えられる。これらの樹脂は、一般に１つ以上のコンパートメントにおける水分解の促進に効率的であり得る。これらの樹脂は、１つ以上のコンパートメントにおける導電率を高めるのにも効率的であり得る。
【００４８】
コンパートメント内に収容されている媒体は、任意の適切な形状又は構造、例えば、実質的に球状の及び／又は他の形状の分離粒子、粉末、繊維、マット、膜、押出しスクリーン、クラスタ、及び／又は、あらかじめ形成された粒子の凝集体といったで存在してよく、例えば、樹脂粒子と結合剤とを混合して、粒子クラスタを形成してもよい。場合によっては、これらの媒体に多重の形状又は構造が含まれていてもよい。これらの媒体は、特定の用途に従って、イオン、有機物及び／又は他の種、例えば、シリカ、ゼオライト、及び／又は、市販されていて、その性質及び特定の用途に関する適合性が当業者に周知である広範な高分子イオン交換媒体の任意の１つ又はその混合物、を液体から吸着するのに適切な任意の材料を含んでいてもよい。コンパートメント内には、例えば、反応を触媒し又は処理される液体中に懸濁している固体物質を濾過することができる他の材料及び／又は媒体が、更に存在していてもよい。
【００４９】
更に、コンパートメント内には様々な構成又は配列が存在していてもよい。従って、本考案の分離システムの１つ以上のコンパートメントは、場合によってはイオン交換媒体を収容し及び／又は液体流れを制御するために用いられることもある更なる構成要素及び／又は構造、例えば、これらに限定するわけではないが、邪魔板、メッシュスクリーン、プレート、リブ、ストラップ、スクリーン、パイプ、炭素粒子、炭素フィルタ、を備えていてもよい。これらの構成要素は、それぞれ、同じタイプ及び／又は数の各種構成要素を有していてもよく、及び／又は同じ構造を有していてもよく、又は、異なる構成要素及び／又は構造／構成を備えていてもよい。
【００５０】
操作に当って、典型的には、所望の酸生成物及び／又は塩基生成物の前駆体であってよい陽イオン成分及び陰イオン成分を溶存しているプロセス流れが、１つ以上のコンパートメントに導入される。ヒドロニウムイオン及びヒドロキシルイオンの供給源であるＤＩ水も、また、１つ以上のコンパートメントに、導入される。電気脱イオン化装置両端に電界を印加すると、それぞれの吸引電極に向かう方向へのイオン種の移動が促進される。電界の影響下において、陽イオン成分及び陰イオン成分は、１つのコンパートメントを離れて、もう１つのコンパートメントに移動する。イオン選択膜によって、次のコンパートメントへの陽イオン種及び陰イオン種の移動が阻止され得る。従って、電気化学的装置内において、少なくとも部分的に、１つ以上のイオン種の会合によって生じた１つ以上の生成物が、その１つ以上のコンパートメントに集中し得る。生成物流れは、各種コンパートメントに備えられた出口を通って流出する。減少流れも、また、コンパートメントの出口を通って流出し得る。
【００５１】
電界は、装置内における液体流れに対して本質的に垂直に印加することができる。コンパートメント両端に電界を実質的に均質に印加してよく、その結果、コンパートメント両端に実質的に均質で実質的に一定の電界が生じ、場合によっては、電界を不均質に印加してもよく、その結果、コンパートメント両端に不均質な電界密度が生じる。本考案のいくつかの実施形態では、操作中に電極の極性を逆にして、装置内における電界の方向を逆にすることもできる。
【００５２】
実施形態によっては、装置及び方法は、装置又はシステムの構成要素の少なくとも１つの運転パラメーター、例えば、これらに限らないが、弁及びポンプの操作を調整又は調節し、並びに電流又は印加電界を調整するための制御装置を必要とする。制御装置は、システムの少なくとも１つの運転パラメーターを検出するように構成された少なくとも１つの感知装置と電子的に通じていてよい。制御装置は、一般に、感知装置によって発生された信号に応答して、１つ以上の運転パラメーターを調整する制御信号を発生するように構成することができる。制御装置は、典型的には、装置又はその装置が稼動しているシステムの構成要素から入力信号を受信しそれらに出力信号を送信するプログラマブルロジック制御装置（ＰＬＣ）又は分散制御システムのような、マイクロプロセッサベースの装置である。通信網によって、制御装置又は付随するコンピュータシステムから有意の距離をあけて任意の感知装置又は信号発生装置を配置できるようにしつつ、それらの間でデータ供給を行えるようにすることができる。こうした通信機構は、無線プロトコルを利用する技術を始めとする、これに限らないが、任意の適切な技術を利用して実行することができる。
【００５３】
１つ以上の実施形態によれば、それらの装置及び方法を用いて、酸生成物及び塩基生成物を製造することができる。酸生成物又は塩基生成物は、要求に応じて生成することができる。酸生成物又は塩基生成物は、例えば化学品の貯蔵又は処理が望ましくないような用途においては、例えば船上で又は遠隔施設で、その場で生成することができる。酸又は塩基は、使用点での需要といった下流での要求に基づいて生成することができる。使用点は、どのような用途であってもよい。実施形態によっては、下流での要求は、化学的操作、製造操作又は処理操作を伴う。少なくとも１つの実施形態において、電気化学的装置は、１つ以上の上流及び／又は下流での操作を含むような、より大規模な全体システムの一部であってよい。実施形態によっては、酸生成物又は塩基生成物は、イオン交換床を再生するのに用いられる。他の実施形態では、酸生成物又は塩基生成物が触媒として用いられ得る。実施形態によっては、酸生成物又は塩基生成物は、別の化学品を生成するための前駆体又は反応物として用いられ得る。生成された生成物は、様々な用途において洗浄剤として、或いは、石鹸のような洗浄剤を調製するために用いることもできる。ｐＨ調整が望ましい場合には、いつでも、酸生成物又は塩基生成物を用いることができる。例えば、生成された生成物流れを用いて、各種廃棄流を放出前に処理することができる。酸生成物流れ及び塩基生成物流れは、多くの産業で利用することができる。例えば、生成された生成物はパルプ工業及び製紙業に適用され得る。生成物流れは、また、半導体産業において、例えば化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）プロセス及びエッチングプロセスで利用することもできる。酸生成物及び塩基生成物は、プラスチック、プラスタ等の建築材料、肥料及び色素の製造に関連し得る。これらの装置及び方法の１つ以上の実施形態によって生成された酸生成物又は塩基生成物は、様々なその他の用途に用いることができる。
【００５４】
１つ以上のプロセス流れの濃度及び／又は流量は、典型的には、本明細書に記載の１つ以上の制御装置を利用して、下流での要求に基づいて操作することができる。例えば、要求の増大に応答して、電気化学的装置による処理量をそれ相応に増大させることができる。電気化学的装置に供給されるプロセス流れ中における１つ以上の前駆体イオンの濃度を高めることもできる。１つ以上の前駆体イオンを含むプロセス流れの流量を調整することもできる。同様に、生成物要求の変化に応答して、水素イオン及びヒドロキシルイオンを供給するＤＩ水の流量を、操作することができる。酸と塩基の両方についての要求があれば、両方の生成物流れを回収することができる。一方の生成物流れの要求だけしかなければ、もう一方を廃棄してもよい。電気化学的装置に供給されるプロセス流れのタイプ及び／又はその中の前駆体イオンのタイプは、生成されるべき特定の生成物流れに基づいて選択し及び／又は調整することができる。
【００５５】
当然明らかなように、本考案のシステム及び方法は、１つ以上の液体の処理が求められる多種多様なシステムに関連して用いることができる。従って、電気的分離装置は、特定のプロセスに対する必要に応じて、本考案の範囲を逸脱することなく、当業者による修正が可能である。
【００５６】
これら及びその他の実施形態の機能及び利点については、下記の非限定的例から、より十分な理解が得られるであろう。この例は、例証を意図した性質のものであって、本明細書で検討される実施形態の範囲を制限するものとみなすべきではない。
【００５７】
実施例
実験室試験が実施された。シーメンス社のＣシリーズの連続電気脱イオン化（ＣＥＤＩ）モジュールの標準バージョン及び改良バージョンを利用して実施された。評価作業の目的は、無機塩の合成混合物からＮａＯＨ生成物流れを生成するためのＣＥＤＩプロセスの効率を求め、１８ｇ／ＬまでのＮａＯＨ濃度に達することを意図して、製造されうるＮａＯＨ生成物の最大濃度を求め、市販のＮａＯＨの購入コストに対する、この適用の経済性を評価することであった。試験は３回の試験期間中に報告された。
【００５８】
Ｉ．実験計画
Ａ．試験１−１３
試験１−１３は、シーメンス社製のＣシリーズのＣＥＤＩモジュールで実施された。構成要素については下記に記載する。
●  アルミニウム端板−陰極端板。
●  陰極電極−酸化イリジウムで被覆したチタン。
●  Ｓ型セルの製作に用いられたスクリーン。
●  「ｃ」として識別される陽イオン膜。
●  プラスチックフレームを利用し、陽イオン樹脂と陰イオン樹脂の６０／４０％  ｖ／ｖ混合物が充填された１型セル。セルの断面（電流の流れに対して垂直な）は平行な３つのチャンバから構成された。２つの外側チャンバは、１４″×１．３１２５″であり、中央チャンバは１４″×１．２５″である。セルの全断面積は約５４．２５″2（３５０ｃｍ2）であった。
●  「ａ」として識別される陰イオン膜。
●  やはり陽イオン樹脂の６０／４０％  ｖ／ｖ混合物が充填された２型セル。（１型セルと同じフレームが利用されたが、異なるダクト又はマニホルドシステムに流れを送るように逆にされた。
●  「ｃ」として識別される陽イオン膜。
●  Ｓ型セル。
●  「ｃ」として識別される陽イオン膜。
●  １型セル。
●  「ａ」として識別される陰イオン膜。
●  ２型セル。
●  「ｃ」として識別される陽イオン膜。
●  Ｓ型セル。
●  陽極電極−酸化イリジウムで被覆されたチタン。
●  アルミニウム端板−陽極端板。
【００５９】
各セルは、３つの供給ダクトオプションの１つと３つの放出ダクトオプションの１つとを備えていた。
●  Ｓ型セルには、塩水を供給し、処理塩水を放出するようにダクトが設けられた。これらのセルでは、Ｈ2ガス、Ｏ2ガス及びＣＯ2ガスが発生し、従って、それらのガスもこの流れと共に流出した。
●  １型セルには、ＤＩ水を供給し、ＤＩ水を放出するようにダクトが設けられた。供給されるＤＩ水の電気抵抗は、約１６メグオーム−ｃｍ同等又はそれ以上であった。
●  ２型セルには、ＤＩ水を供給し、ＮａＯＨ生成物を放出するようにダクトが設けられた。実施形態によっては、２型セルへの供給物は、純粋なＤＩ水ではなく再循環ＮａＯＨ生成物である。
【００６０】
セル配列を表わすための表記は、−Ｓ１２Ｓ１２Ｓ＋である。膜配列を表わすための表記は、−ｃａｃｃａｃ＋である。試験によっては、極性が逆の場合もあったが、その場合、モジュールは＋Ｓ２１Ｓ２１Ｓ−になった。それぞれ図４Ａ−４Ｃに示す、３つの異なる配管構成が評価された。
【００６１】
モジュールに対する電力は、ＤＣ電源及び電力制御装置によって供給された。電力制御装置によって、モジュールに対するアンペア数が調節された。制御装置によって電圧及びアンペア数が表示された。負（黒）のワイヤを陰極タブに接続し、正（赤）のワイヤを陽極タブに接続することによって配線が施された。電気系統は、８ないし９アンペア以下の電力しか供給することができなかった。ワイヤは、ゲージが１８で、動作の２〜３分後に触ると暖かくなっていた。
【００６２】
流体流量はロータメータによって監視され、排出液流量はシリンダ及びストップウォッチを用いて監視された。ｐＨ、ガス生成率及びガス組成は監視されなかった。生成されたガスは、再循環塩水と共に供給タンクに戻され、供給タンクの近くにベントホースを配置することによってガス抜きされた。
【００６３】
Ｂ．試験１４−１７
図４Ｄには、これらの試験のための配管構成が示されている。設備は、下記を除いて上述のものと同様であった。
●  より大型の電源及び電気ケーブルが用いられた。この電源は、２２０Ｖ  ＡＣ  ３０Ａのコンセントに接続された。ゲージ８の配線が用いられ、これらのワイヤは、全ての試験に関して触ると冷たいままであった。先行電源とは異なり、この電源は定電圧を供給し、結果として生じるアンペア数が監視された。
●  大電流の供給が可能な新しい電極が用いられた。電極板は、重いチタン端子タブを備え、白金の被覆が施されていた。
●  セルの１つには、ＩｏｎＰｕｒｅTM（シーメンス社）による従来の不均質膜ではなく均質膜が用いられた。
【００６４】
Ｃ．試験５０−５７
試験５０−５７は、図４Ｅに示す配管構成で実施された。設備は、下記を除いて上記先行試験に記載のものと同様であった。
●  チタンメッシュ電極板を備えた新しい電極板が用いられ、塩水流ポート内に組み込まれた。
●  先行試験では、陽極、陰極及び中央スクリーンセルへの塩水流を、個別に、制御できなかった。試験５０−５７については、バイパスされるセルが絶対にないようにするため、個々のセルへのこれら塩水流のそれぞれの流れを個別に制御することによって、モジュールの改良が施された。
●  塩水セル内のスクリーンの織りは、流体流れに対して平行及び垂直ではなく、斜めになるように調整された。これは、懸念されるスクリーン内での蒸気ロックを最小限に抑えようとして実施された。
【００６５】
ＩＩ．試験手順の説明
実験運転毎に、先ず、給水タンクに塩水が充填された。ＤＩ水流が送り出され、その流れはロータメータのニードル弁を利用して調整された。次いで、主電源を入れ、それによってポンプが始動した。流量及びシステム背圧は、各種制御弁を用いて調整された。ＤＣ電力制御装置が作動させられ、様々な試験アンペア数又は電圧に調整された。供給物及び各排出液の導電率及び温度が、Ｍｙｒｏｎ  Ｌ  Ｃｏ．から市販されているＵＬＴＲＡＭＥＴＥＲ  ６Ｐ  ＩＩ導電率メータを用いて測定され、記録された。このシステムは、数分間に亘って安定化することができた。安定化は、導電率メータを利用して確認された。アンペア数及び電圧が記録され、供給物、生成物ＮａＯＨ及び生成物塩水の試料が採集された。いくつかの試験運転に関して、一定期間に亘って複数試料が採集された。モジュールは、電源をオフにし、新たなＤＩ水流を止めることによって停止された。
【００６６】
Ｈ2ガス及びＯ2ガスが塩水中の気泡として生成される。換気フード内に塩水戻り管路のガス抜きを行うことによって、火災及び爆発の危険が軽減された。この試験作業では、Ｈ2  ＬＥＬ測定結果が収集されなかった。
【００６７】
試験３−１３に関して、供給物及び生成物の試料は、ＨＡＣＨ滴定法＃８２０３によって分析された。ＮａＯＨ、Ｎａ2ＣＯ3及びＮａＨＣＯ3の含有量を測定するために滴定が使われた。Ｎａ2ＳＯ4濃度は、ＨＡＣＨ方法＃８０５１を利用した測光法によって測定された。
【００６８】
試験１４−５７に関して、ｐＨレベルは、Ｍｙｒｏｎ  Ｌ  Ｃｏ．のＵＬＴＲＡＭＥＴＥＲを用いて監視された。ＮａＯＨ、Ｎａ2ＣＯ3及びＮａＨＣＯ3の濃度は、Ｍｅｔｏｈｍの７８５ＤＭＰ  Ｔｉｔｒｉｎｏ自動滴定装置を利用した滴定によって監視された。
【００６９】
試験５７の終了時に、ＣＥＤＩ膜がＩＳＩ  ＡＢＴ  ＷＢ−６走査型電子顕微鏡を用いて分析された。
【００７０】
ＩＩＩ．供給物
供給物の組成は次のとおりである。
●  ５５ｇ／ＬのＮａ2ＳＯ4
●  ３．１ｇ／ＬのＮａ2ＣＯ3
●  ３５ｇ／ＬのＮａＨＣＯ3
【００７１】
供給物の調製に用いられた全ての化学品は、ミズーリ州セントルイスのＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈから購入した試薬グレードの化合物であった。ＤＩ水が溶媒として用いられた。試験１１及び１２では、上掲のものより高い濃度の供給物が利用されたが、このものは、塩の用量を倍にし、混合タンクからの飽和上澄みをデカントすることによって調製された。試験１３では、１／４濃度の供給物が利用された。試験５０−５７は８０ｇ／ＬのＮａ2ＣＯ3溶液を用いて実施された。
【００７２】
ほとんどの場合、供給物はＣＥＤＩモジュールを通して再循環され、供給タンクに戻された。従って、供給ナトリウムの濃度は、一定ではなかった。
【００７３】
ＩＶ．試験結果
それぞれ図５Ａ及び５Ｂに示された表１及び２には、試験条件及び結果の要約表が示されている。試験所要時間は、パラメーターを記録し、試料を採集するのに要する時間範囲であり、通常は、１〜５分間であった。報告された試験時刻は、それらのステップの最後に記録された。
【００７４】
電流効率は、生成物ＮａＯＨ流れにナトリウムイオンを輸送するのに利用されたアンペア数の割合である。電流効率は、下記の方程式を用いてファラデーの法則から計算された。
【００７５】
【数１】
0003163188.tif 000003
【００７６】
ここで、
【００７７】
【数２】
0003163188.tif 000004
【００７８】
は、生成物ＮａＯＨ流れにおけるナトリウムのモル流量（モルＮａ／秒）であり、Ａは電流（アンペア）であり、Ｆはファラデー定数（９６，４８５クーロン／モル）、ｎ2はＣＥＤＩにおける２型セルの数（この場合は２）であり、ＺNaは、＋１であるナトリウムイオンの電荷である。
【００７９】
いくつかの操作中に、電圧の関数としてのアンペア数を監視するために電力図が記録された。これらの図は図６Ａ−６Ｅに示されている。電力図は、表３に報告されている下記の公称条件における持続的操作中に記録された。
【００８０】
【表１】
0003163188.tif 000005
【００８１】
試験作業の終了時に、モジュールは分解された。膜の１つはＳＥＭによって分析された。この膜によって、樹脂床セル内のＤＩ水から陰極セル内の塩水が分離された。
【００８２】
Ｖ．試験結果の検討
ＮａＯＨ生成に対するＣＥＤＩプロセスの有効性
全試験によって、ＣＥＤＩプロセスは、塩水からナトリウムイオンを抽出及び凝集し、ＮａＯＨの流れを生じさせることができることが明らかになった。生成物流れ中のＮａＯＨの濃度は、０．１４ｇ／Ｌ〜８ｇ／Ｌ  ＮａＯＨの範囲であった。試験の一部の実施中、炭酸塩、硫酸塩又はその両方によってＮａＯＨ生成物への多少の混入が生じた。生成物流れ中におけるＮａＯＨの純度は、３０〜１００％の純度であった。混入原因は、損傷又は多孔性による膜漏洩に起因する可能性がある。
【００８３】
アンペア数増大の効果
試験３、４及び５は、同一条件で実施された同一の実験であるが、各試験毎に電流を増大させた。Ｎａ回収百分率及び生成物流れ中におけるＮａ濃度は、電流の増大につれて高まった。排出液の温度も上昇した。電流効率は、電流の増大につれて低下した。電流効率が低下すると、電力の利用効率が悪くなり、温度が上昇することになる。
【００８４】
図７Ａ及び７Ｂに、結果がグラフで示されている。
【００８５】
より大きな電流で実施された試験１４−５７の間中、時間経過につれて高アンペア数による性能の低下が生じることが観測された。これが、高電圧における電流の動的挙動を示す図６Ａ−６Ｅに示されている。図６Ｃには、ユニット起動時、アンペア数が、当初は、時間経過につれて上昇したことが示されている。これは、生成物セル中におけるＮａＯＨの生成に起因するものであり、これにより、定電圧において、導電率が高くなり従ってアンペア数が増すことになる。１３：５０頃に、電流は１１アンペアの最大値に達した。この後、電流は徐々に低下した。
【００８６】
その後、システムは、生成されたＨ2、Ｏ2及びＣＯ2ガスが定常気泡として集まるベーパロックを低減し又は排除するため、いくつかの懸念されるセルに対する流れ及び圧力の性能を個別に制御して操作された。また、Ｎａ+の除去によるＣＯ2ガスの生成を低減し又は排除するため、供給物として炭酸ナトリウムが代用された。電流の経時的減少も観測された。
【００８７】
苛性化合物流量の効果
試験１１及び１２は、同様の供給物及びアンペア数で実施された。これらの試験では、２型セルを通してＮａＯＨ生成物流れを再循環させた。生成物ＮａＯＨは、小さなパージ流によってシステムから外へ出て、ＤＩ水によって補充された（即ち供給及び放出）。こうして、セルを横切る流れの流量は、高く維持されたが、より濃度の高い生成物の流れがより少なくなるように、全体の滞留時間が延長された。
【００８８】
試験１２では、生成物の放出速度がより高く、従って、苛性化合物の滞留時間がより短くなった。これらの試験は、その他の点では同じである。滞留時間の短縮によって、ＮａＯＨ生成物流れが弱くなったが、Ｎａ回収百分率は、試験１１の場合の４倍になり、電流効率も、また、高くなった。これらの結果は、苛性化合物の滞留時間を長くすると、製品の濃度が高くなる可能性があるが、Ｎａ回収率及び電気的効率は全体的に低下する可能性があることを示唆している。これは、より多くのＮａ+イオンの輸送に抵抗する苛性化合物流の浸透圧が高いためであると考えられ、印加電流を増すことによって克服することができる。
【００８９】
塩水濃度の効果
試験１３は、試験１２と同様の条件で実施されたが、供給塩水の濃度（Ｎａ+濃度）を低下させた。試験１３は、セル／セル漏洩を最小限に抑えようとして、セル間の差圧を慎重に制御して実施された。試験１３は、また２型セルからの生成物放出速度を低くして実施されたが、この場合、この試験の実施前には、電流効率及びナトリウム回収率の低下が予想されていた。驚いたことには、この試験では、試験１２よりも電流効率が良くなり、Ｎａ回収百分率が高くなることが分かった。低い濃度の供給塩水を用いると、ナトリウム回収率が高まるものと思われる。
【００９０】
樹脂の効果
試験７は、試験４と同様の条件で実施された。試験４では、ＣＥＤＩの中央に樹脂充填供給セルが設けられたが、他方、試験７では、この中央セルにはスクリーンが装填された。試験７の供給物は、やはり結果に影響を及ぼしたと思われるより高い濃度の供給物であったが、２つのパラメーターが異なるので、再検討は困難である。試験１３の分析に基づいて、供給塩水の濃度が高くなると、電流効率が低下することが予想されるが、試験７と４を比較すると、驚いたことに、電流効率は、ほぼ同じであった。これは、樹脂をスクリーンに置き換えても、プロセスの効率が低下しないということを示唆している。全ての後続試験は、塩水セルにスクリーンを設けて実施された。
【００９１】
膜の検討
試験１４−１６の間中、均質膜が利用された。これらの試験は、生成物の汚染程度が最高であった。これが多孔性／拡散に起因するものか否か又は膜に裂け傷があったか否かは不明である。
【００９２】
塩水流量増大の効果
試験８及び１２は同様の試験であった。試験８は、塩水及び苛性化合物の流量を試験１２よりも増して実施された。試験８の電流効率は試験１２よりも高く、生成物苛性化合物の濃度は同様であった。これらの結果は、塩水の流量を増すと効率が高くなることを表わしていると考えられる。
【００９３】
排ガスの検討
このプロセスでは、塩水再循環管路において排ガスが生じた。排ガスの生成率及び組成は、測定しなかった。目視検査によれば、アンペア数を増した戻り管路内において有意のガス流が生じた。ガスには、電極で生じた水素及び酸素が主として含まれていた。供給物にＮａＨＣＯ3を含むがＮａ2ＣＯ3は含んでいない試験では、ＣＯ2ガスも発生した。
【００９４】
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の結果
この評価では、多数の異なるセルパックが試験された。最後の試験の完了後、最後のセルパックが切り開かれ、膜の試料が保存された。ＤＩ水セルから陽イオンセルを分離する陽イオン膜は、乾燥させて、金のスパッタリングを施され、分析のためＳＥＭに載置された。塩水側の画像は、ポリエチレンシートマトリックス内に懸濁した樹脂粒子のように見えるものを示している。キャビティが粒子より大きかったが、これは、ＳＥＭのための試料調製に必要な乾燥プロセス中に粒子が収縮するので予想されることである。ＤＩ水側も同様に見えるが、シートマトリックスが異なり、損傷を示している可能性があるように見える。
【００９５】
ＤＩ水の検討
試験１７−５７を通じて、ＤＩ水の調整が効果を生じることが認められた。一定条件において、ＤＩ水の流量を増すと、電流が減少した（図６Ｂ）。同様に、ＤＩ水の相対圧力を高めると、電流の減少が生じた。これに関して、場合によっては、塩水の圧力又は流量を増すと電流の増大が観測されることもあった（図６Ｅ）。電流の減少は、溶液及び樹脂床においてＨ+及びＯＨ-イオンを生じる水分解反応の結果である可能性がある。これによって導電率が高まる可能性があり、ＤＩ水の流量が増すとこれらのイオンが押し流されて、導電率が低下する。或いは、水分解と共に、塩水セル及び苛性化合物セルからのイオンが膜を介してＤＩ水セル内に漏れ出し、その結果、導電率が高くなる可能性がある。同様に、ＤＩ水の流量が増すとこれらのイオンがより迅速に押し流される可能性がある。ＤＩ水の圧力を高めると、一般に、漏れ速度が低下する。しかしながら、ＤＩ水が放出されるまでに、ＣＥＤＩプロセスによって混入物イオンが除去されるので、漏れは容易には検出できない。
【００９６】
ＶＩ．結果
酸化した使用済み苛性化合物からＮａ+をＮａＯＨとして回収するためのＣＥＤＩの有効性が立証された。１０％のＮａといったより高い回収率は、再循環を利用することによって実現可能になる。所望の流速で濃度の高い苛性化合物を生じるためには、大アンペア数が必要になる可能性がある。
【００９７】
少なくとも１つの実施形態のいくつかの態様について、ここまで述べてきたが、当然明らかなように、当該技術者には様々な変更、修正及び改良が容易に思い浮かぶであろう。こうした変更、修正及び改良は、本開示の一部をなすように意図されており、本考案の範囲内に含まれるように意図されている。従って、以上の説明及び図面は例証だけを目的としたものであり、本考案の範囲は、付属の請求項の適正な解釈及びその等価物から判断すべきである。
【符号の説明】
【００９８】
１００  電気化学的装置
１０５  第１の濃縮コンパートメント
１１０  第１の陰イオン選択膜
１１５  第２の陰イオン選択膜
１２０  電解コンパートメント
１２５  陽イオン選択膜
１３０  第２の濃縮コンパートメント
１３５  第３の陰イオン選択膜
２００  電気化学的装置
２０５  第１の濃縮コンパートメント
２１０  第１の陽イオン選択膜
２１５  第２の陽イオン選択膜
２２０  第２の濃縮コンパートメント
２２５  陰イオン選択膜
２３０  電解コンパートメント
２３５  第３の陽イオン選択膜
３００  電気化学的装置
３０５  第１の濃縮コンパートメント
３１０  第１の双極性膜
３１５  第１の陽イオン選択膜
３２０  希釈コンパートメント
３２５  第２の双極性膜
３３０  第２の濃縮コンパートメント
３３５  第２の陽イオン選択膜
【図１】
0003163188.tif 000006
【図２】
0003163188.tif 000007
【図３】
0003163188.tif 000008
【図４Ａ】
0003163188.tif 000009
【図４Ｂ】
0003163188.tif 000010
【図４Ｃ】
0003163188.tif 000011
【図４Ｄ】
0003163188.tif 000012
【図４Ｅ】
0003163188.tif 000013
【図５Ａ】
0003163188.tif 000014
【図５Ｂ】
0003163188.tif 000015
【図６Ａ】
0003163188.tif 000016
【図６Ｂ】
0003163188.tif 000017
【図６Ｃ】
0003163188.tif 000018
【図６Ｄ】
0003163188.tif 000019
【図６Ｅ】
0003163188.tif 000020
【図７Ａ】
0003163188.tif 000021
【図７Ｂ】
0003163188.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月21日(2009.10.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
第１の陰イオン選択膜及び第２の陰イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された第１のコンパートメントと；
前記第２の陰イオン選択膜及び陽イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された電解コンパートメントと；
前記陽イオン選択膜及び第３の陰イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された第２のコンパートメントと；を
備えてなる電気化学的装置。
【請求項２】
前記電解コンパートメント及び前記第２のコンパートメントに流体的に接続された脱イオン化水源を更に備えてなる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のコンパートメントに流体的に接続されたイオン種源を更に備えてなる、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記イオン種源が塩溶液を含有してなる、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記塩溶液が酸前駆体又は塩基前駆体を含有してなる、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記第１のコンパートメント、前記第２のコンパートメント及び前記電解コンパートメントの少なくとも１つがイオン交換媒体を備えてなる、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記イオン交換媒体が、混合樹脂床、陽イオン樹脂床又は陰イオン樹脂床を備えてなる、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
酸性溶液出口を更に備えてなる、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
塩基性溶液出口を更に備えてなる、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
第１の陽イオン選択膜及び第２の陽イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された第１のコンパートメントと；
前記第２の陽イオン選択膜及び陰イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された第２のコンパートメントと；
前記陰イオン選択膜及び第３の陽イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された電解コンパートメントと；を備えてなる
電気化学的装置。
【請求項１１】
更に、前記電解コンパートメント及び前記第２のコンパートメントに流体的に接続された脱イオン化水源を備えてなる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
更に、前記第１のコンパートメントに流体的に接続されたイオン種源を備えてなる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記イオン種源が塩溶液を含有してなる、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記塩溶液が酸前駆体又は塩基前駆体を含有してなる、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１のコンパートメント、前記第２のコンパートメント及び前記電解コンパートメントのうちの少なくとも１つがイオン交換媒体を備えてなる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
前記イオン交換媒体が、混合樹脂床、陽イオン樹脂床又は陰イオン樹脂床を備えてなる、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
酸性溶液出口を更に備えてなる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１８】
塩基性溶液出口を更に備えてなる、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記電気化学的装置の第１のコンパートメントに陽イオン種及び陰イオン種を導入し；
前記電気化学的装置の第２のコンパートメント及び希釈コンパートメントに脱イオン化水を導入し；
前記希釈コンパートメントにおいて脱イオン化水を電解し；そして、
前記第１のコンパートメントの出口で酸流れを回収する；ことを含んでなる
電気化学的装置の操作方法。
【請求項２０】
前記酸流れの回収が、陰イオン選択膜を透過する陰イオン種の輸送を促進することを含んでなる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２のコンパートメントの出口で塩基性流れを回収することを更に含んでなる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記塩基性流の回収が、陽イオン選択膜を透過する陽イオン種の輸送を促進することを含んでなる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記電気化学的装置の下流で前記酸流れのｐＨレベルを調整することを更に含んでなる、請求項１９に記載の方法。
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月28日(2010.5.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】手続補正書
【補正対象項目名】手続補正１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
第１の陰イオン選択膜及び第２の陰イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された第１のコンパートメントと；
前記第２の陰イオン選択膜及び陽イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された電解コンパートメントと；
前記陽イオン選択膜及び第３の陰イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された第２のコンパートメントと；を
備えてなる電気化学的装置。
【請求項２】
前記電解コンパートメント及び前記第２のコンパートメントに流体的に接続された脱イオン化水源を更に備えてなる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のコンパートメントに流体的に接続されたイオン種源を更に備えてなる、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記イオン種源が塩溶液を含有してなる、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記塩溶液が酸前駆体又は塩基前駆体を含有してなる、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記第１のコンパートメント、前記第２のコンパートメント及び前記電解コンパートメントの少なくとも１つがイオン交換媒体を備えてなる、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記イオン交換媒体が、混合樹脂床、陽イオン樹脂床又は陰イオン樹脂床を備えてなる、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
酸性溶液出口を更に備えてなる、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
塩基性溶液出口を更に備えてなる、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
第１の陽イオン選択膜及び第２の陽イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された第１のコンパートメントと；
前記第２の陽イオン選択膜及び陰イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された第２のコンパートメントと；
前記陰イオン選択膜及び第３の陽イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された電解コンパートメントと；を備えてなる
電気化学的装置。
【請求項１１】
更に、前記電解コンパートメント及び前記第２のコンパートメントに流体的に接続された脱イオン化水源を備えてなる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
更に、前記第１のコンパートメントに流体的に接続されたイオン種源を備えてなる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記イオン種源が塩溶液を含有してなる、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記塩溶液が酸前駆体又は塩基前駆体を含有してなる、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１のコンパートメント、前記第２のコンパートメント及び前記電解コンパートメントのうちの少なくとも１つがイオン交換媒体を備えてなる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
前記イオン交換媒体が、混合樹脂床、陽イオン樹脂床又は陰イオン樹脂床を備えてなる、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
酸性溶液出口を更に備えてなる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１８】
塩基性溶液出口を更に備えてなる、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記電気化学的装置の第１のコンパートメントに陽イオン種及び陰イオン種を導入し；
前記電気化学的装置の第２のコンパートメント及び希釈コンパートメントに脱イオン化水を導入し；
前記希釈コンパートメントにおいて脱イオン化水を電解し；そして、
前記第１のコンパートメントの出口で酸流れを回収する；ことを含んでなる
電気化学的方法のための装置。
【請求項２０】
前記電気化学的方法において、前記酸流れの回収が、陰イオン選択膜を透過する陰イオン種の輸送を促進することを含んでなる、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記電気化学的方法において、前記第２のコンパートメントの出口で塩基性流れを回収することを更に含んでなる、請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
前記電気化学的方法において、前記塩基性流の回収が、陽イオン選択膜を透過する陽イオン種の輸送を促進することを含んでなる、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記電気化学的方法において、前記電気化学的装置の下流で前記酸流れのｐＨレベルを調整することを更に含んでなる、請求項１９に記載の装置。
【手続補正書】
【提出日】平成22年8月2日(2010.8.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】手続補正書
【補正対象項目名】手続補正１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
第１の陰イオン選択膜及び第２の陰イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された第１のコンパートメントと；
前記第２の陰イオン選択膜及び陽イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された電解コンパートメントと；
前記陽イオン選択膜及び第３の陰イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された第２のコンパートメントと；を
備えてなる電気化学的装置。
【請求項２】
前記電解コンパートメント及び前記第２のコンパートメントに流体的に接続された脱イオン化水源を更に備えてなる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のコンパートメントに流体的に接続されたイオン種源を更に備えてなる、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記イオン種源が塩溶液を含有してなる、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記塩溶液が酸前駆体又は塩基前駆体を含有してなる、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記第１のコンパートメント、前記第２のコンパートメント及び前記電解コンパートメントの少なくとも１つがイオン交換媒体を備えてなる、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記イオン交換媒体が、混合樹脂床、陽イオン樹脂床又は陰イオン樹脂床を備えてなる、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
酸性溶液出口を更に備えてなる、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
塩基性溶液出口を更に備えてなる、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
第１の陽イオン選択膜及び第２の陽イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された第１のコンパートメントと；
前記第２の陽イオン選択膜及び陰イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された第２のコンパートメントと；
前記陰イオン選択膜及び第３の陽イオン選択膜によって少なくとも部分的に画定された電解コンパートメントと；を備えてなる
電気化学的装置。
【請求項１１】
更に、前記電解コンパートメント及び前記第２のコンパートメントに流体的に接続された脱イオン化水源を備えてなる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
更に、前記第１のコンパートメントに流体的に接続されたイオン種源を備えてなる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記イオン種源が塩溶液を含有してなる、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記塩溶液が酸前駆体又は塩基前駆体を含有してなる、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１のコンパートメント、前記第２のコンパートメント及び前記電解コンパートメントのうちの少なくとも１つがイオン交換媒体を備えてなる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
前記イオン交換媒体が、混合樹脂床、陽イオン樹脂床又は陰イオン樹脂床を備えてなる、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
酸性溶液出口を更に備えてなる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１８】
塩基性溶液出口を更に備えてなる、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記電気化学的装置の第１のコンパートメントに陽イオン種及び陰イオン種を導入する装置；
前記電気化学的装置の第２のコンパートメント及び希釈コンパートメントに脱イオン化水を導入する装置；
前記希釈コンパートメントにおいて脱イオン化水を電解する装置；及び
前記第１のコンパートメントの出口で酸流れを回収する装置；を含んでなる
請求項１に記載の電気化学的装置。
【請求項２０】
前記酸流れを回収する装置が、陰イオン選択膜を透過する陰イオン種の輸送を促進する装置である、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記第２のコンパートメントの出口で塩基性流れを回収する装置を更に含んでなる、請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
前記塩基性流を回収する装置が、陽イオン選択膜を透過する陽イオン種の輸送を促進する装置である、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
その下流に前記酸流れのｐＨレベルを調整する装置を更に含んでなる、請求項１９に記載の装置。