(57)【要約】【課題】脱塩室に充填されたイオン交換体を十分に再生することができ、処理水質を向上させることができるとともに、被処理水中のアニオン成分、カチオン成分の移動を促進し、装置全体の電気抵抗を低減することのできる電気脱イオン装置を提供する。【解決手段】電気脱イオン装置１は、陰極６と陽極７との間に、複数のアニオン交換膜５とカチオン交換膜４とを交互に配列して濃縮室３と脱塩室２とを形成してなり、脱塩室２内に、アニオン交換体層８とカチオン交換体層９とが、少なくともそれらの一部において相互に接触するようにして、アニオン交換膜５とカチオン交換膜４との配列方向に二層以上に積層充填されている。【選択図】図２
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【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形成してなる電気脱イオン装置であって、
前記脱塩室内に、アニオン交換体層とカチオン交換体層とが、少なくともそれらの一部において相互に接触するようにして、前記アニオン交換膜と前記カチオン交換膜との配列方向に二層以上に積層充填されていることを特徴とする電気脱イオン装置。
【請求項２】
さらに、前記脱塩室内に、アニオン交換体層とカチオン交換体層とが、少なくともそれらの一部において相互に接触するようにして、前記脱塩室における通水方向に二層以上に積層充填されてい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。
【請求項３】
前記アニオン交換膜と前記カチオン交換膜との配列方向に積層された前記アニオン交換体層と前記カチオン交換体層とのすべての接触面のうち、少なくとも１の接触面が、通水方向における同一線上に位置しないように、前記カチオン交換体層と前記アニオン交換体層とが積層充填されてい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。
【請求項４】
前記アニオン交換膜と前記カチオン交換膜との配列方向における前記カチオン交換体層の幅が、当該配列方向における前記アニオン交換体層の幅よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の電気脱イオン装置。
【請求項５】
前記アニオン交換膜と前記カチオン交換膜との配列方向における前記アニオン交換体層の幅が、当該配列方向における前記カチオン交換体層の幅よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の電気脱イオン装置。
【請求項６】
前記脱塩室の入口側端に充填されている前記カチオン交換体層が、前記カチオン交換膜と接触している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。
【請求項７】
前記アニオン交換体が、少なくともアニオン交換樹脂を保持する連続気泡構造の発泡体であり、前記カチオン交換体が、カチオン交換樹脂を保持する連続気泡構造の発泡体である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。
【請求項８】
前記アニオン交換膜又は前記アニオン交換体層と接触する前記カチオン交換体層の接触面におけるカチオン交換基密度が、前記カチオン交換体層の他の部位におけるカチオン交換基密度よりも高いことを特徴とする請求項７に記載の電気脱イオン装置。
【請求項９】
前記カチオン交換膜又は前記カチオン交換体層と接触する前記アニオン交換体層の接触面におけるアニオン交換基密度が、前記アニオン交換体層の他の部位におけるアニオン交換基密度よりも高いことを特徴とする請求項７又は８に記載の電気脱イオン装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の電気脱イオン装置を用いることを特徴とする純水製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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濃縮室と脱塩室とを形成してなる電気脱イオン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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（特許文献１〜３参照）。
【０００３】
電気脱イオン装置は、水解離によって水素イオン（Ｈ＋）と水酸化物イオン（ＯＨ−）とが生成し、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。
【０００４】
このような電気脱イオン装置において、脱塩室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、脱塩室内のイオン交換基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、一般的に充填材としてイオン交換樹脂が利用されている。しかしながら、脱塩室内での被処理水の短絡を防止するために、イオン交換樹脂を緊密に充填しなければならないが、その作業が非常に煩雑であり、また緊密に充填することで通水差圧が高くなり、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。
【０００５】
このようなイオン交換樹脂の課題を解決するために、脱塩室の充填材としてイオン交換繊維が利用されている。イオン交換繊維を用いると、イオン交換樹脂に比してイオン移動速度の向上が期待されるが、脱塩室内での被処理水の短絡による処理水へのイオンリークの回避が困難であることや、強度の問題から、純水製造に際しその性能が不十分であるという問題があった。
【０００６】
また、ｗ／ｏエマルシ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も提案されているが（特許文献４〜６参照）、このような充填材は、製造コストが高く、実用化レベルの大きさの合成や、大量生産には適さないという問題があった。
【０００７】
さらに、電気脱イオン装置における被処理水は、一般的に、カチオン成分及びアニオン成分の両成分を含んでおり、かかる両成分を効率的に除去するために、図７に示すように、陰極２６と陽極２７との間に配列されたアニオン交換膜２５とカチオン交換膜２４とにより形成されてなる脱塩室２２内に、被処理水Ｗ１の通水方向に二層以上アニオン交換樹脂を含有する充填層２８及びカチオン交換樹脂を含有する充填層２９を交互に積層して充填した電気脱イオン装置が提案されている（特許文献７参照）。
【特許文献１】特許第１７８２９４３号公報
【特許文献２】特許第２７５１０９０号公報
【特許文献３】特許第２６９９２５６号公報
【特許文献４】特許第３７７３１９０号公報
【特許文献５】特許第３７８１３６１号公報
【特許文献６】特許第３８５６３８７号公報
【特許文献７】特許第３９０６５４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記各特許文献に開示された電気脱イオン装置のようにイオン交換体（イオン交換樹脂、イオン交換繊維、イオン交換基を導入した多孔質樹脂等）を充填材として用いても、例えば、電気脱イオン装置の脱塩室の厚み（アニオン交換膜及びカチオン交換膜の配列方向における幅）が５ｍｍを超えるような場合や、高流速で脱塩室に被処理水を通水する場合には、イオン交換体とアニオン交換膜又はカチオン交換膜との界面での水解離により発生した水素イオン（Ｈ＋）や水酸化物イオン（ＯＨ−）がイオン交換体の全体に行き渡り難く、その結果として、イオン交換体の再生が不十分になり、処理水質を向上させることが困難であるという問題があった。
【０００９】
また、イオン交換体の再生が遅れてしまうことで、被処理水から除去すべきイオン（アニオン成分、カチオン成分）の移動が阻害され、またイオン交換体とアニオン交換膜又はカチオン交換膜との界面での水解離が発生し難くなるため、電気脱イオン装置全体の電気抵抗を低減するのが困難であるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、脱塩室に充填されたイオン交換体を十分に再生することができ、処理水質を向上させることができるとともに、被処理水中のアニオン成分、カチオン成分の移動を促進し、装置全体の電気抵抗を低減することのできる電気脱イオン装置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】
【００１１】
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交互に配列して濃縮室と脱塩室とを形成してなる電気脱イオン装置であって、前記脱塩室内に、アニオン交換体層とカチオン交換体層とが、少なくともそれらの一部において相互に接触するようにして、前記アニオン交換膜と前記カチオン交換膜との配列方向に二層以上に積層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（請求項１）。
【００１２】
陽極方向にアニオン交換基が位置するとともに、陰極方向にカチオン交換基が位置する場合における、アニオン交換基とカチオン交換基との接触界面（逆バイアス界面）に電圧を印加すると、当該界面において水解離が発生するが、上記発明（請求項１）によれば、アニオン交換体層とカチオン交換体層とを、アニオン交換膜とカチオン交換膜との配列方向に二層以上に積層充填することで、当該配列方向にアニオン交換体層及びカチオン交換体層のうちのいずれか一方のみを充填する場合に比して、逆バイアス界面の面積を増加させることができ、水解離を促進することができるため、イオン交換体を十分に再生することができ、処理水質を向上させることができる。その結果として、被処理水中の除去すべきアニオン成分やカチオン成分の移動を促進することができ、電気脱イオン装置の電気抵抗を低減することができる。また、脱塩室内にアニオン交換膜とカチオン交換膜との配列方向にイオン交換体層を二層以上に配列することで、当該配列方向における脱塩室の幅を大きくすることができるため、同一の処理量の電気脱イオン装置を製造する場合であっても脱塩室数を少なくすることができ、その結果として、電気脱イオン装置の製造工程を短縮することができるとともに、製造コストを低減することもできる。
【００１３】
上記発明（請求項１）においては、さらに、前記脱塩室内に、アニオン交換体層とカチオン交換体層とが、少なくともそれらの一部において相互に接触するようにして、前記脱塩室における通水方向に二層以上に積層充填されているのが好ましい（請求項２）。
【００１４】
上記発明（請求項２）によれば、非処理水中に含まれるアニオン成分やカチオン成分のうち、移動速度が比較的遅いものであっても、効率よく移動し得るため、電気脱イオン装置の電気抵抗をより低減することができる。
【００１５】
上記発明（請求項２）においては、前記アニオン交換膜と前記カチオン交換膜との配列方向に積層された前記アニオン交換体層と前記カチオン交換体層とのすべての接触面のうち、少なくとも１の接触面が、通水方向における同一線上に位置しないように、前記カチオン交換体層と前記アニオン交換体層とが積層充填されているのが好ましい（請求項３）。
【００１６】
アニオン交換膜とカチオン交換膜との配列方向に積層されたアニオン交換体層とカチオン交換体層との接触面のすべてが、脱塩室の通水方向における同一線上に位置すると、当該接触面を介して被処理水の短絡が生じ、処理水質が低下してしまうが、上記発明（請求項３）によれば、被処理水の短絡を防止することができるため、処理水質をより向上させることができる。
【００１７】
上記発明（請求項３）においては、前記アニオン交換膜と前記カチオン交換膜との配列方向における前記カチオン交換体層の幅が、当該配列方向における前記アニオン交換体層の幅よりも大きくてもよいし（請求項４）、前記アニオン交換膜と前記カチオン交換膜との配列方向における前記アニオン交換体層の幅が、当該配列方向における前記カチオン交換体層の幅よりも大きくてもよい（請求項５）。
【００１８】
上記発明（請求項４，５）によれば、アニオン交換膜とカチオン交換膜との配列方向におけるアニオン交換体層の幅とカチオン交換体層の幅とを異ならせることで、アニオン交換体層とカチオン交換体層とのすべての接触面が同一線上に位置しなくなるため、被処理水の短絡を防止することができる。
【００１９】
上記発明（請求項１〜５）においては、前記脱塩室の入口側端に充填されている前記カチオン交換体層が、前記カチオン交換膜と接触しているのが好ましい（請求項６）。
【００２０】
被処理水中に含まれるアニオン成分及びカチオン成分のうち、カチオン成分は比較的に移動速度が遅いため、上記発明（請求項６）のように脱塩室の入口側端におけるカチオン交換膜と接触するようにカチオン交換体層を充填することで、効率的にカチオン成分を除去することができ、処理水質をより向上させることができる。
【００２１】
上記発明（請求項１〜６）においては、前記アニオン交換体が、少なくともアニオン交換樹脂を保持する連続気泡構造の発泡体であり、前記カチオン交換体が、カチオン交換樹脂を保持する連続気泡構造の発泡体であるのが好ましい（請求項７）。
【００２２】
上記発明（請求項７）によれば、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より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イオン交換体（アニオン交換体，カチオン交換体）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、処理水質をより向上させることができる。
【００２３】
上記発明（請求項７）においては、前記アニオン交換膜又は前記アニオン交換体層と接触する前記カチオン交換体層の接触面におけるカチオン交換基密度が、前記カチオン交換体層の他の部位におけるカチオン交換基密度よりも高いのが好ましく（請求項８）、かかる発明（請求項７，８）においては、前記カチオン交換膜又は前記カチオン交換体層と接触する前記アニオン交換体層の接触面におけるアニオン交換基密度が、前記アニオン交換体層の他の部位におけるアニオン交換基密度よりも高いのが好ましい（請求項９）。
【００２４】
上記発明（請求項８，９）によれば、アニオン交換膜や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成分及びカチオン成分の移動をより促進することができ、処理水質をより向上させることができる。
【００２５】
また、上述したような本発明（請求項１〜９）に係る電気脱イオン装置は、純水の製造に好適に利用することができる（請求項１０）。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の電気脱イオン装置によれば、脱塩室に充填されたイオン交換体を十分に再生することができ、処理水質を向上させることができるとともに、被処理水中のアニオン成分、カチオン成分の移動を促進し、装置全体の電気抵抗を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一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２は、同実施形態に係る電気脱イオン装置の脱塩室を示す断面図である。
【００２８】
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及びアニオン交換膜５が配列されてなり、それらのカチオン交換膜４及びアニオン交換膜５により形成された複数の脱塩室２と濃縮室３とを有する。
【００２９】
脱塩室２の入口側には、被処理水Ｗ１の流路が接続される一方、脱塩室２の出口側には脱イオン水Ｗ２の流路が接続されている。この脱イオン水Ｗ２の流路からは分岐流路が分岐していて、脱塩室２からの脱イオン水Ｗ２の一部を、脱塩室２の出口側から入口側の方向に向けて濃縮室３に導入し、すなわち脱塩室２における被処理水Ｗ１の通水方向と反対方向から脱イオン水Ｗ２を濃縮室３に導入して、濃縮水Ｗ３を吐出する構成となっている。
【００３０】
図２に示すように、脱塩室２には、カチオン交換膜４及びアニオン交換膜５の配列方向に沿って、アニオン交換体層８及びカチオン交換体層９が相互に接触するようにして二層に積層充填されているとともに、脱塩室２の通水方向に沿って、アニオン交換体層８及びカチオン交換体層９が相互に接触するようにして四層に積層充填されている。なお、脱塩室２の通水方向におけるアニオン交換体層８及びカチオン交換体層９の積層数は、少なくとも二層であればよいが、好ましくは三層以上であり、より好ましくは四層以上である。
【００３１】
脱塩室２の入口側端には、カチオン交換膜４と接触するようにしてカチオン交換体層９が充填されているのが好ましい。被処理水Ｗ１中に含まれるカチオン成分は、アニオン成分に比して移動速度が遅く、被処理水Ｗ１中から除去し難いため、脱塩室２の入口側端において、カチオン交換膜４とカチオン交換体層９とを接触させることで、カチオン成分を効率的に除去することができる。
【００３２】
脱塩室２に積層充填されるアニオン交換体層８及びカチオン交換体層９としては、イオン交換樹脂（アニオン交換樹脂，カチオン交換樹脂）微粉末、イオン交換短繊維（アニオン交換短繊維，カチオン交換短繊維）等のイオン交換物質を微細状にしたものを保持する連続気泡構造の発泡体であるのが好ましい。かかる発泡体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、発泡体に保持されているイオン交換物質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、処理水質を向上させることができる。
【００３３】
アニオン交換体層８としての発泡体に保持されているイオン交換物質は、アニオン交換基を有するイオン交換物質（アニオン交換物質）のみであってもよいし、アニオン交換物質とカチオン交換物質との両者であってもよい。イオン交換物質がアニオン交換物質及びカチオン交換物質である場合、当該アニオン交換物質及びカチオン交換物質は、体積比で１：９〜９：１の割合で発泡体に保持されているのが好ましく、３：７〜７：３の割合で発泡体に保持されているのがより好ましい。なお、カチオン交換体層９としての発泡体に保持されているイオン交換物質は、カチオン交換物質のみであるのが好ましい。なお、アニオン交換体層８としての発泡体に保持されているイオン交換物質がアニオン交換物質とカチオン交換物質との両者である場合、当該アニオン交換体層８としての発泡体におけるカチオン交換体層９又はカチオン交換膜４との接触面には、アニオン交換物質が一面に保持されているのが好ましい。
【００３４】
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Ｗ１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。
【００３５】
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Ｗ１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。
【００３６】
発泡体の連続気泡率は、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、発泡体が柔軟性を有することとなるため、発泡体を脱塩室２や濃縮室３に容易に充填することができる。
【００３７】
また、発泡体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Ｗ１とアニオン交換体層８又はカチオン交換体層９との接触が不十分となり、高純度の脱イオン水Ｗ２を得られなくなるおそれがある。さらに、発泡体の発泡倍率は、５〜５０倍であるのが好ましい。
【００３８】
発泡体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。
【００３９】
なお、発泡体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。
【００４０】
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。
【００４１】
発泡体には、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、発泡体を脱塩室２に（好ましくは濃縮室３にもともに）充填したときに、発泡体が脱塩室２（及び濃縮室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、アニオン交換体層８又はカチオン交換体層９とカチオン交換膜４又はアニオン交換膜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。
【００４２】
発泡体を製造するには、まず、アニオン交換樹脂又はカチオン交換樹脂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若しくはカチオン交換短繊維）を、発泡体を構成するマトリックス樹脂に添加する。
【００４３】
発泡体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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
発泡剤の配合量は、発泡体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、発泡体の気泡が破泡してしまうおそれがある。
【００４７】
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。
【００４８】
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物質が保持された連続気泡構造を有する発泡体を得ることができる。
【００４９】
このようにして得られた発泡体は、当該発泡体を電気脱イオン装置１の脱塩室２に（好ましくは濃縮室３にもともに）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やアニオン交換体層８としての発泡体とカチオン交換体層９としての発泡体との接触面に、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水素イオン（Ｈ＋）及び水酸化物イオン（ＯＨ−）の移動を促進させることができる。
【００５０】
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。
【００５１】
脱塩室２に（好ましくは濃縮室３にもともに）充填される発泡体は、当該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。
【００５２】
このようにして得られた発泡体は、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に（好ましくは濃縮室３にもともに）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。
【００５３】
このような電気脱イオン装置１において、脱塩室２の入口側に被処理水Ｗ１が供給されると、脱塩室２に導入された被処理水Ｗ１中のカチオン成分は、カチオン交換体層９を介して陰極６側（カチオン交換膜４側）に移動し、被処理水Ｗ１中のアニオン成分は、アニオン交換体層８を介して陽極７側（アニオン交換膜５側）に移動する。そして、陰極６側に移動したカチオン成分は、カチオン交換膜４を透過して陰極６側の濃縮室３に移動し、陽極７側に移動したアニオン成分は、アニオン交換膜５を透過して陽極７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高い純度を有する脱イオン水Ｗ２を得ることができる。
【００５４】
図２に示すように、陰極６及び陽極７に直流電流を通電して、被処理水Ｗ１を脱塩室２に供給すると、アニオン交換体層８とカチオン交換体層９との接触面（逆バイアス界面）１０において水解離が起こるとともに、カチオン交換体層９とアニオン交換膜５との接触面（逆バイアス界面）１０やアニオン交換体層８とカチオン交換膜４との接触面（逆バイアス界面）１０においても同様に水解離が起こる。これにより、水素イオン（Ｈ＋）及び水酸化物イオン（ＯＨ−）が生じ、その水素イオン（Ｈ＋）によってカチオン交換体層９が再生され、その水酸化物イオン（ＯＨ−）によってアニオン交換体層８が再生される。
【００５５】
このとき、脱塩室２に充填されているアニオン交換体層８及びカチオン交換体層９は、カチオン交換膜４及びアニオン交換膜５の配列方向に沿って二層に積層されているため、アニオン交換体層８及びカチオン交換体層９の当該配列方向の幅は、従来の電気脱イオン装置（図７参照）の脱塩室２２に充填されたイオン交換体（アニオン交換体２８，カチオン交換体２９）の当該配列方向の幅の略半分である。そのため、逆バイアス界面１０での水解離で生じた水素イオン（Ｈ＋）や水酸化物イオン（ＯＨ−）をアニオン交換体層８やカチオン交換体層９の全体に十分に行き渡らせることができ、アニオン交換体層８及びカチオン交換体層９を十分に再生することができる。また、従来の電気脱イオン装置に比して逆バイアス界面１０の面積を増やすことができるため、水解離により生じる水素イオン（Ｈ＋）及び水酸化物イオン（ＯＨ−）の量を増やすことができ、アニオン交換体層８及びカチオン交換体層９の再生をより促進することができる。
【００５６】
以上のような構成を有する電気脱イオン装置１は、図６に示す純水製造システム１１に適用することができる。
図６に示すように、純水製造システム１１は、市水たる被処理水Ｗ１が供給される活性炭装置１２と、活性炭装置１２の透過水を処理する逆浸透膜（ＲＯ膜）装置１３と、ＲＯ膜装置１３を透過したＲＯ処理水を処理する脱気膜１４と、脱気膜１４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。
【００５７】
このような純水製造システム１１において、市水（被処理水Ｗ１）を活性炭装置１２に供給して微粒子等を吸着除去し、活性炭装置１２の処理水をＲＯ膜装置１３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１３で処理したＲＯ処理水を脱気膜１４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。
【００５８】
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（アニオン交換体層８，カチオン交換体層９）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カチオン成分はカチオン交換膜４を透過して、脱塩室２より陰極６側の濃縮室３に移動し、アニオン成分はアニオン交換膜５を透過して、脱塩室２より陽極７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。
【００５９】
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、アニオン交換体層８とカチオン交換体層９とをアニオン交換膜５及びカチオン交換膜４の配列方向に沿って二層に積層充填しているため、従来の電気脱イオン装置に比べ、逆バイアス界面を増やすことができ、結果として水解離で生じる水素イオン（Ｈ＋）及び水酸化物イオン（ＯＨ−）の量を増やすことができ、アニオン交換体層８及びカチオン交換体層９のイオン交換基を十分に再生することができる。
【００６０】
また、アニオン交換体層８及びカチオン交換体層９のイオン交換基の再生が促進されることで、被処理水中のアニオン成分及びカチオン成分の移動が促進され、その結果として、電気脱イオン装置１全体の電気抵抗を低減することができる。
【００６１】
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。
【００６２】
上記実施形態においては、アニオン交換体層８及びカチオン交換体層９を、アニオン交換膜５及びカチオン交換膜４の配列方向に沿って二層に積層充填しているが、これに限定されるものではなく、例えば、図３に示すように、アニオン交換体層８及びカチオン交換体層９を、相互に接触するようにして、当該配列方向に沿って三層に積層充填してもよいし、四層以上に積層充填してもよい。
【００６３】
また、図４に示すように、アニオン交換膜５及びカチオン交換膜４の配列方向におけるアニオン交換体層８の幅を、当該配列方向におけるカチオン交換体層９の幅よりも大きくしてもよいし、当該配列方向におけるカチオン交換体層９の幅を、当該配列方向におけるアニオン交換体層８の幅よりも大きくしてもよい。これにより、当該配列方向における各逆バイアス界面１０が通水方向に沿って同一線上に位置することがないため、被処理水の短絡を防止することができ、その結果として、被処理水とイオン交換基とを確実に接触させることができ、処理水質をより向上させることができる。この場合において、被処理水Ｗ１中におけるシリカ、炭酸、ホウ素等のアニオン成分の含有量が多い場合又はこれらのアニオン成分を効率的に除去したい場合には、アニオン交換体層８の上記幅を、カチオン交換体層９の当該幅よりも大きくするのが好ましく、被処理水Ｗ１中におけるカチオン成分の含有量が多い場合又はカチオン成分を効率的に除去したい場合には、カチオン交換体層９の上記幅を、アニオン交換体層８の当該幅よりも大きくするのが好ましい。
【００６４】
さらに、図５に示すように、アニオン交換膜５及びカチオン交換膜４の配列方向において、アニオン交換体層８の一部とカチオン交換体層９の一部とを接触させるようにして積層充填してもよい。
【実施例】
【００６５】
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、試験装置として下記に示す電気脱イオン装置（栗田工業社製，製品名：クリテノンＳＨ型，定格処理水量４２０Ｌ／ｈｒ）を使用した。また、電気脱イオン装置のアニオン交換膜及びカチオン交換膜の配列方向における脱塩室の幅は、１０ｍｍとした。
【００６６】
また、試験用の被処理水の水質を下記に示す。
電気伝導度：１１μＳ／ｃｍ
ＣＯ２濃度：１．６ｐｐｍ（ＣａＣＯ３換算）
ＳｉＯ２濃度：０．３ｐｐｍ
水温：２５℃
【００６７】
〔実施例１〕
電気脱イオン装置のアニオン交換膜（１）、カチオン交換膜（２）、脱塩室に充填するアニオン交換体（３）及びカチオン交換体（４）、並びに濃縮室に充填するイオン交換体（５）として下記のものを用い、図１に示すような電気脱イオン装置を用いて、上記被処理水を下記表１に示す条件で通水を行った。なお、脱塩室には、図２に示す態様でアニオン交換体及びカチオン交換体を充填した。
結果を表２に示す。
【００６８】
（１）アニオン交換膜：アシプレックスＡ５０１ＳＢ（旭化成工業社製）
（２）カチオン交換膜：アシプレックスＫ５０１ＳＢ（旭化成工業社製）
（３）アニオン交換体：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）をボールミルで破砕して、アニオン交換樹脂微粉末を得た（平均粒子径：７μｍ）。得られたアニ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）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、アニ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体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。
（４）カチオン交換体：アニオン交換樹脂の代わりにカチオン交換樹脂を使用したこと以外は、上記アニオン交換体と同様の方法により製造した発泡体
（５）イオン交換体：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で混合したもの
【００６９】
〔比較例１〕
図７に示す態様により脱塩室にアニオン交換体及びカチオン交換体を充填した以外は、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２に示す。
【００７０】
【表１】
2009160555.tif 000003
【００７１】
【表２】
2009160555.tif 000004
【００７２】
表２に示すように、実施例１の態様によりアニオン交換体及びカチオン交換体を充填することで、電気脱イオン装置の処理水質の向上が可能であることが確認された。また、電気脱イオン装置において、アニオン交換膜及びカチオン交換膜の配列方向における脱塩室の幅を１０ｍｍ程度にしても、脱塩室に充填されたアニオン交換体及びカチオン交換体を十分に再生することができ、良質な処理水を得ることができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一の実施形態に係る電気脱イオン装置を示す概略構成図である。
【図２】同実施形態に係る電気脱イオン装置の脱塩室を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態（その１）の電気脱イオン装置の脱塩室を示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態（その２）の電気脱イオン装置の脱塩室を示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態（その３）の電気脱イオン装置の脱塩室を示す断面図である。
【図６】本発明の一の実施形態の電気脱イオン装置を用いた一次純水製造システムを示すフロー図である。
【図７】従来の電気脱イオン装置の脱塩室を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
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…アニオン交換体層
９…カチオン交換体層
１０…接触面（逆バイアス界面）
Ｗ１…被処理水
Ｗ２…脱イオン水（処理水）
Ｗ３…濃縮水
【図１】
2009160555.tif 000005
【図２】
2009160555.tif 000006
【図３】
2009160555.tif 000007
【図４】
2009160555.tif 000008
【図５】
2009160555.tif 000009
【図６】
2009160555.tif 000010
【図７】
2009160555.tif 000011