(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、該脱塩室にイオン交換体を充填してなる電気脱イオン装置において、該脱塩室にマグネシウムの水酸化物を存在させたことを特徴とする電気脱イオン装置。
【請求項２】
請求項１において、該カチオン交換膜の脱塩室側の表面に前記水酸化物を担持させたことを特徴とする電気脱イオン装置。
【請求項３】
請求項１において、該脱塩室にイオン交換体と前記水酸化物を担持させた触媒との混合物を充填したことを特徴とする電気脱イオン装置。
【請求項４】
請求項３において、該触媒の混合割合がイオン交換体に対して３〜７０重量％であることを特徴とする電気脱イオン装置。
【請求項５】
請求項１において、該脱塩室に前記水酸化物を担持させたスペーサを設けたことを特徴とする電気脱イオン装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気脱イオン装置に係り、特に、電気脱イオン装置の脱塩室内の水解離や炭酸ガス、シリカ等のイオン化を積極的に行うことにより、より純度の高い脱イオン水を得ることを可能とする電気脱イオン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、図１（ａ）に示す如く、電極（陽極１１，陰極１２）の間に複数のアニオン交換膜１３及びカチオン交換膜１４を交互に配列して濃縮室１５と脱塩室１６とを交互に形成し、脱塩室１６にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合イオン交換樹脂や、イオン交換繊維等のイオン交換体１０を充填した電気脱イオン装置が多用されている（特許第１７８２９４３号）。なお、図１（ａ）において、１７は陽極室、１８は陰極室である。
【０００３】
電気脱イオン装置は効率的な脱塩処理が可能であり、イオン交換樹脂のような再生を必要とせず、完全な連続採水が可能で、極めて高純度の水が得られるという優れた効果を奏する。
【０００４】
電気脱イオン装置による脱イオン水の製造においては、水解離によって酸とアルカリを生成させ、脱塩室内に充填されているイオン交換体を連続的に再生する必要があり、この脱塩室内の水解離が十分でないと、脱イオン水の純度や処理の安定性に問題が生じるようになる。また、炭酸ガスやシリカなどの酸性ないし中性域ではイオン化しない物質を除去するためには、下記のようなイオン化反応を脱塩室内で生起させて除去する必要がある。
【０００５】
ＣＯ2＋ＯＨ-  →  ＨＣＯ3-
ＳｉＯ2＋ＯＨ-  →  ＨＳｉＯ3-
従来、脱塩室内の水解離や上記イオン化を促進するために、アニオン交換膜の表面層に弱塩基型のアニオン交換基を導入する方法（特開平８−１８２９９１号公報）、或いはカチオン交換膜の表面層に弱酸型のカチオン交換基を導入する方法（特開平８−１９２１６４号公報）等が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来法でも水解離量やイオン化率が十分であるとは言えず、より一層容易かつ効率的に水解離量やイオン化率を増大させて高純度の脱イオン水を製造することが望まれている。
【０００７】
本発明は上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、脱塩室内の水解離や炭酸ガス、シリカ等のイオン化を積極的に行うことにより、より純度の高い脱イオン水を得ることを可能とする電気脱イオン装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気脱イオン装置は、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、該脱塩室にイオン交換体を充填してなる電気脱イオン装置において、例えば次のようにして脱塩室内にマグネシウムの水酸化物（水酸化マグネシウム）（以下、「金属水酸化物」と称す。）を存在させたものである。
【０００９】
▲１▼  カチオン交換膜の脱塩室側の表面に金属水酸化物を担持させる。
▲２▼  脱塩室にイオン交換体と金属水酸化物を担持させた触媒との混合物を充填する。この場合、触媒の混合割合はイオン交換体に対して３〜７０重量％であることが好ましい。
▲３▼  脱塩室に金属水酸化物を担持させたスペーサを設ける。
【００１０】
即ち、本発明者は、脱塩室内に金属水酸化物を導入することにより、その触媒作用によって水を効率的に解離させることができ、また、前述のイオン化も促進されることを見出し、本発明に到達した。
【００１１】
本発明では、脱塩室内の金属水酸化物の触媒作用で、金属水酸化物表面で水の解離や、前記炭酸ガスやシリカのイオン化が促進され、この結果、脱塩室内のイオン交換効率が高められ、得られる脱イオン水の純度が著しく向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
本発明の電気脱イオン装置の基本的な構成は、図１（ａ）に示す従来の一般的な電気脱イオン装置と同様の構成とされている。さらに濃縮室や電極室にイオン交換体、イオン導電体を充填した装置も使用可能である。
【００１４】
本発明においては、このような電気脱イオン装置において、例えば次の▲１▼〜▲３▼のような方法で電気脱イオン装置の脱塩室内に金属水酸化物を導入する。
【００１５】
なお、本発明において、金属水酸化物としては、水酸化マグネシウムが用いられる。
【００１６】
▲１▼  カチオン交換膜の脱塩室側の表面に金属水酸化物を担持させる。この担持方法としては、例えば、０．１〜１０重量％程度の塩化マグネシウム水溶液をカチオン交換膜の脱塩室側の表面に塗布した後、アルカリ水溶液に浸漬し、その後乾燥する方法を採用することができる。
【００１７】
なお、アニオン交換膜表面に金属水酸化物を担持した場合は、図１（ｂ）に示す如く、アニオン交換膜１３の表面は、ＯＨ-イオンが透過することでＨ+イオンが多く存在して酸性となり、金属水酸化物が析出しないため、金属水酸化物を安定に担持し得ない。従って、Ｈ+イオンが透過し、ＯＨ-イオンが多く存在してアルカリ性となるカチオン交換膜１４の脱塩室１６側の表面に金属水酸化物を担持する。
【００１８】
▲２▼  脱塩室にイオン交換体と金属水酸化物を担持させた触媒との混合物を充填する。ここで、触媒に金属水酸化物を担持させる方法としては、繊維状、ビーズ状等の活性炭、ゼオライト等の触媒を０．１〜１０重量％程度の塩化マグネシウム水溶液に浸漬した後引き上げ、その後、アルカリ水溶液に浸漬し乾燥する方法を採用することができる。この場合、金属水酸化物を担持した触媒の混合割合は、少な過ぎるとこれを混合したことによる十分な改善効果が得られず、多過ぎると相対的にイオン交換体が減って、イオン交換能が低下することから、イオン交換体に対して３〜７０重量％、特に５〜２０重量％とするのが好ましい。
【００１９】
▲３▼  脱塩室に金属水酸化物を担持させたスペーサを設ける。ここで、スペーサに金属水酸化物を担持させる方法としては、メッシュ状、ジグザグ状等のポリエチレン製、ポリプロピレン製、ポリエステル製等のカチオン交換基を有したスペーサを１．０〜１０重量％程度の塩化マグネシウム水溶液に浸漬した後引き上げ、その後、アルカリ水溶液に浸漬し乾燥する方法を採用することができる。
【００２０】
本発明において、金属水酸化物を脱塩室内に存在させる方法としては、上記▲１▼〜▲３▼に何ら限定されず、イオン交換体に金属水酸化物を担持させても良い。
【００２１】
【実施例】
以下に比較例及び実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００２２】
なお、以下の比較例及び実施例で用いた試験装置は、下記の装置を図２に示す如く、直列に配置したものである。
【００２３】
0004106810.tif 000002
比較例１
電気脱イオン装置のイオン交換膜及び脱塩室に充填するイオン交換樹脂として次のものを用い、表１に示す条件で通水を行い、得られた処理水の抵抗値、シリカ濃度及びシリカ除去率を調べ、結果を表１に示した。
アニオン交換膜：  旭化成工業（株）製「アシプレックスＡ５０１ＳＢ」
カチオン交換膜：  旭化成工業（株）製「アシプレックスＫ５０１ＳＢ」
イオン交換樹脂：  アニオン交換樹脂；三菱化学（株）製「ＳＡ１０Ａ」とカチオン交換樹脂；三菱化学（株）製「ＳＫ１Ｂ」とを体積混合比率６：４で混合したもの。
【００２４】
実施例１
比較例１において、カチオン交換膜の脱塩室側の膜表面に２重量％塩化マグネシウム溶液を塗布した後、ｐＨ１０のＮａＯＨ水溶液中に１時間浸漬し、その後２５℃で２時間風乾したものを用いたこと以外は同様にして、表１に示す通水条件で試験を行い、結果を表１に示した。
【００２５】
実施例２
比較例１において、脱塩室に充填するイオン交換樹脂に、下記の活性炭に下記の条件で水酸化マグネシウムを担持させた触媒を５重量％混合したこと以外は同様にして、表１に示す通水条件で試験を行い、結果を表１に示した。
活性炭  ：  栗田工業（株）製「クリコールＫＷ１０−３０」
担持条件：  ２重量％ＭｇＣｌ2水溶液に活性炭を１時間浸漬した後、ｐＨ１０のＮａＯＨ水溶液に１時間浸漬後、１００℃で５時間乾燥した。
【００２６】
実施例３
比較例１において、脱塩室内に水酸化マグネシウムを下記条件で担持させたメッシュ状のポリエステル製スペーサを取り付けたこと以外は同様にして、表１に示す通水条件で試験を行い、結果を表１に示した。
担持条件：  カチオン交換基をグラフト重合で導入したスペーサを２重量％ＭｇＣｌ2水溶液に１時間浸漬した後、ｐＨ１０のＮａＯＨ水溶液に１時間浸漬後、８０℃で３時間乾燥した。
【００２７】
【表１】
0004106810.tif 000003
【００２８】
表１より明らかなように、金属水酸化物を脱塩室内に導入した実施例１〜３では、従来型の比較例１に比べて処理水質が向上しており、特にシリカの除去率が著しく向上し、比抵抗値が高く、シリカ濃度が極低濃度に低減させた処理水を得ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の電気脱イオン装置によれば、脱塩室内の水解離や炭酸ガス、シリカ等のイオン化を促進して、著しく純度の高い脱イオン水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気脱イオン装置の構成を示す模式的な断面図である。
【図２】実施例及び比較例で用いた試験装置を示す系統図である。
【符号の説明】
１  活性炭装置
２  逆浸透膜装置
３  電気脱イオン装置
１０  イオン交換体
１１  陽極
１２  陰極
１３  アニオン交換膜
１４  カチオン交換膜
１５  濃縮室
１６  脱塩室
１７  陽極室
１８  陰極室
【図１】
0004106810.tif 000004
【図２】
0004106810.tif 000005