JPH07268675A - 無機及び有機種の制御酸化又は還元のための電解法及び装置 - Google Patents
無機及び有機種の制御酸化又は還元のための電解法及び装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 特に希薄水溶液中における、無機及び有機種
を酸化または還元するための電解方法と装置を提供する
ことにある。 【構成】 電解リアクターは粒状イオン交換材料の充填
床と接触するアノードとカソードを含み、該材料により
電解質中の移動部位の数が無数となり、それぞれアノー
ドまたはカソードに向かう酸化または還元されるイオン
種の移動度が大きく増加されるようになっている。上記
イオン交換材料は酸化のためには陽イオン性で、還元の
ためには陰イオン性であり、特別な状況のためにはそれ
ら両方を組み合わせたものとなる。イオン交換材料は、
処理される種を酸化または還元するためのリアクターの
容量を大きく増加させるために、移動部位の一部が微小
アノードまたはカソードとして作用する半導体接合に変
換される様に処理されるのが好ましい。この電解方法及
び装置のための具体例としての適用は、稀薄溶液中での
ハロゲン化物のハラス酸への変換にある。
を酸化または還元するための電解方法と装置を提供する
ことにある。 【構成】 電解リアクターは粒状イオン交換材料の充填
床と接触するアノードとカソードを含み、該材料により
電解質中の移動部位の数が無数となり、それぞれアノー
ドまたはカソードに向かう酸化または還元されるイオン
種の移動度が大きく増加されるようになっている。上記
イオン交換材料は酸化のためには陽イオン性で、還元の
ためには陰イオン性であり、特別な状況のためにはそれ
ら両方を組み合わせたものとなる。イオン交換材料は、
処理される種を酸化または還元するためのリアクターの
容量を大きく増加させるために、移動部位の一部が微小
アノードまたはカソードとして作用する半導体接合に変
換される様に処理されるのが好ましい。この電解方法及
び装置のための具体例としての適用は、稀薄溶液中での
ハロゲン化物のハラス酸への変換にある。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、所望の酸化または還
元種をえるために、種を直接充填床イオン交換電解リア
クターに通すことによる無機及び有機種の酸化または還
元に関する。
元種をえるために、種を直接充填床イオン交換電解リア
クターに通すことによる無機及び有機種の酸化または還
元に関する。
【０００２】
【従来の技術】希薄水溶液中の無機及び有機種を電解に
より酸化することは、これらの種がこのような水溶液中
では酸化が起きるアノード部位に到達するほど移動しな
いため、ほとんど不可能であることが知られている。こ
の技術の例は対応するハロゲン化物塩の希薄溶液からハ
ラス（ｈａｌｏｕｓ）酸を生成することであるが、この
例に限られない。このようなハラス酸は特に酸化剤とし
て有効である。希薄ハロゲン化物塩を電気分解して個々
のハラス酸溶液を生成することは、酸化効果がほとんど
ないハレートなどの他の十分酸化された種の生成なしで
は困難である。この問題を解決するために、ハレートイ
オン副反応が起きるのを防止する貴金属触媒を用いた多
くのアノード系が開発されている。最も最近の寸法的に
安定したアノードを用いても、電気分解される水溶液中
のハロゲン化物濃度が１５００ｍｇ／リットルを超えな
いと副反応が支配的になる。このような高濃度では、ハ
ラスイオンに変換することができるハロゲン化物は少量
パーセントである。
より酸化することは、これらの種がこのような水溶液中
では酸化が起きるアノード部位に到達するほど移動しな
いため、ほとんど不可能であることが知られている。こ
の技術の例は対応するハロゲン化物塩の希薄溶液からハ
ラス（ｈａｌｏｕｓ）酸を生成することであるが、この
例に限られない。このようなハラス酸は特に酸化剤とし
て有効である。希薄ハロゲン化物塩を電気分解して個々
のハラス酸溶液を生成することは、酸化効果がほとんど
ないハレートなどの他の十分酸化された種の生成なしで
は困難である。この問題を解決するために、ハレートイ
オン副反応が起きるのを防止する貴金属触媒を用いた多
くのアノード系が開発されている。最も最近の寸法的に
安定したアノードを用いても、電気分解される水溶液中
のハロゲン化物濃度が１５００ｍｇ／リットルを超えな
いと副反応が支配的になる。このような高濃度では、ハ
ラスイオンに変換することができるハロゲン化物は少量
パーセントである。
【０００３】しかしながら、実際には、ハロゲン化物塩
濃度は５０００ｍｇ／リットルと２５０，０００ｍｇ／
リットルの間に維持され、少量パーセントのハロゲン化
物が直接ハラス溶液に変換される。これらの高い塩濃度
では、所望でないハレート（ｈａｌａｔｅ）イオンを形
成する副反応は十分減少されるか除去される。しかしな
がら、高濃度の残りの塩が更に問題となる。１５００ｍ
ｇ／リットル以上の濃度のハロゲン化物イオンは、水の
配送、冷却塔、及びプールなどの水の配管システム及び
他の水溶液処理装置で見られる様々なバイメタル接合の
腐食を引き起こす。このように、電気分解は、変換率が
小さく、残りの塩が配管システムに対し有害であるの
で、ハラス酸を生成するには道理の合った方法であると
は証明されていない。
濃度は５０００ｍｇ／リットルと２５０，０００ｍｇ／
リットルの間に維持され、少量パーセントのハロゲン化
物が直接ハラス溶液に変換される。これらの高い塩濃度
では、所望でないハレート（ｈａｌａｔｅ）イオンを形
成する副反応は十分減少されるか除去される。しかしな
がら、高濃度の残りの塩が更に問題となる。１５００ｍ
ｇ／リットル以上の濃度のハロゲン化物イオンは、水の
配送、冷却塔、及びプールなどの水の配管システム及び
他の水溶液処理装置で見られる様々なバイメタル接合の
腐食を引き起こす。このように、電気分解は、変換率が
小さく、残りの塩が配管システムに対し有害であるの
で、ハラス酸を生成するには道理の合った方法であると
は証明されていない。
【０００４】このため、これらの水溶液系における微小
生物汚染を制御するために、高濃度の危険の可能性のあ
るハラス溶液が希薄な水の流れに添加され、望ましくな
い微生物を制御または破壊するために必要なハラス酸の
十分な濃度を維持している。これらの微生物は飲料水中
のシュードモナス及び大腸菌ほど簡単なものであり得
る。また、冷却塔で見られる、レジュネラなどのグラム
陽性生物やウィルスでもあり得る。これらのハラス酸化
剤の濃度はこれらの系では、試薬を添加することにより
制御され、一定の酸化剤のレベルが維持され、酸化によ
り目的生物を殺したり、成長を起こす細胞メカニズムを
壊すのにコロニーや大きな生体に浸透するのに十分な濃
度とされる。得られる溶液の活性または効率に、接触時
間、濃度及びｐＨが影響する。
生物汚染を制御するために、高濃度の危険の可能性のあ
るハラス溶液が希薄な水の流れに添加され、望ましくな
い微生物を制御または破壊するために必要なハラス酸の
十分な濃度を維持している。これらの微生物は飲料水中
のシュードモナス及び大腸菌ほど簡単なものであり得
る。また、冷却塔で見られる、レジュネラなどのグラム
陽性生物やウィルスでもあり得る。これらのハラス酸化
剤の濃度はこれらの系では、試薬を添加することにより
制御され、一定の酸化剤のレベルが維持され、酸化によ
り目的生物を殺したり、成長を起こす細胞メカニズムを
壊すのにコロニーや大きな生体に浸透するのに十分な濃
度とされる。得られる溶液の活性または効率に、接触時
間、濃度及びｐＨが影響する。
【０００５】この系で使用されるハラス酸のほとんど
が、輸送中にハラス酸が自動分解してその塩に戻らない
ように、ハロゲン化物の形での使用といってもいい程度
で積み込まれる。そのため、これらの溶液のほとんど
が、使用者が使用する際に活性であるように溶液の非常
に高いｐＨを実現するために、過剰の苛性剤とともに積
み込まれる。使用者はハロゲン化物溶液のｐＨをハラス
酸が形成され、溶液が活性になる点まで低くする処理水
の緩衝能力を信頼する。添加により所望のハラス酸濃度
を生成するのに処理溶液が適当な酸性度を有しなけれ
ば、高すぎても低すぎても、ハラス酸の活性化レベル及
び有効な半生を維持するために、酸あるいは苛性剤が添
加されなければならない。
が、輸送中にハラス酸が自動分解してその塩に戻らない
ように、ハロゲン化物の形での使用といってもいい程度
で積み込まれる。そのため、これらの溶液のほとんど
が、使用者が使用する際に活性であるように溶液の非常
に高いｐＨを実現するために、過剰の苛性剤とともに積
み込まれる。使用者はハロゲン化物溶液のｐＨをハラス
酸が形成され、溶液が活性になる点まで低くする処理水
の緩衝能力を信頼する。添加により所望のハラス酸濃度
を生成するのに処理溶液が適当な酸性度を有しなけれ
ば、高すぎても低すぎても、ハラス酸の活性化レベル及
び有効な半生を維持するために、酸あるいは苛性剤が添
加されなければならない。
【０００６】自然において得られる水はすべて、様々な
レベルの塩、固体イオン、アルカリ度、ｐＨを有し、消
費したり、商業的及び工業的に更に使用するのに適して
いない。そのため、飲用に適したものにしたり、更に使
用するためには、濾過や塩素化などの機械的及び化学的
な処理が施されなければならない。実際、公共飲料水法
及び世界保健団体により、飲料水は５００ｍｇ／リット
ル以下の固体溶解物を含むことが求められている。先に
述べた通り、現在の技術では、１５００ｍｇ／リットル
以下の溶解塩を含む水を電気分解して次亜塩素酸などの
ハラス酸を形成することはできない。そのため、飲料水
は塩濃度が低いため直接電気分解することができない。
水を容易に電解するためには、塩を添加しなければなら
ないが、それでは水は飲用に適さなくなる。
レベルの塩、固体イオン、アルカリ度、ｐＨを有し、消
費したり、商業的及び工業的に更に使用するのに適して
いない。そのため、飲用に適したものにしたり、更に使
用するためには、濾過や塩素化などの機械的及び化学的
な処理が施されなければならない。実際、公共飲料水法
及び世界保健団体により、飲料水は５００ｍｇ／リット
ル以下の固体溶解物を含むことが求められている。先に
述べた通り、現在の技術では、１５００ｍｇ／リットル
以下の溶解塩を含む水を電気分解して次亜塩素酸などの
ハラス酸を形成することはできない。そのため、飲料水
は塩濃度が低いため直接電気分解することができない。
水を容易に電解するためには、塩を添加しなければなら
ないが、それでは水は飲用に適さなくなる。
【０００７】市、工業及び商業水システムの自動配水は
主な事業であり、大量のハロゲン溶液の積み込みを必要
とする。合衆国及びカナダだけで、２０００万トンを超
えるハロゲン溶液が年間で積み込まれることが示されて
いる。
主な事業であり、大量のハロゲン溶液の積み込みを必要
とする。合衆国及びカナダだけで、２０００万トンを超
えるハロゲン溶液が年間で積み込まれることが示されて
いる。
【０００８】処理される溶液が高すぎるレベルの酸化物
質または酸素を含む場合に、不利な問題が生じたとき、
化学的な還元剤が過剰に添加され、酸化問題を十分な処
理状態を示すレベルまで減少させる。これらの還元剤は
塩素などの強い酸化剤に対しては炭素という簡単なもの
でよく、あるいは正確な投与量で積み込み、取り扱い、
分配することが危険であるヒドラジンなどの強い還元剤
となりうる。
質または酸素を含む場合に、不利な問題が生じたとき、
化学的な還元剤が過剰に添加され、酸化問題を十分な処
理状態を示すレベルまで減少させる。これらの還元剤は
塩素などの強い酸化剤に対しては炭素という簡単なもの
でよく、あるいは正確な投与量で積み込み、取り扱い、
分配することが危険であるヒドラジンなどの強い還元剤
となりうる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の電解システ
ムの問題は希薄塩溶液の導電率が低く、反応種が酸化ま
たは還元反応の起きるアノードまたはカソード上の適当
な部位に到達するには移動量が低くなることである。反
応種の酸化または還元は、水分子がそれぞれ、カソード
またはアノードで分解することにより生じる、フリーラ
ジカルヒドロキシルまたはフリーラジカル水素が反応種
と接触すると起きる。この中で使用されているよう
に、”フリーラジカルヒドロキシル”という用語は、こ
の電解イオンのために当技術において使用される、以前
に使用されていた”発生期酸素”、”分子酸素”及び”
一重項酸素”などの他の用語と類義語である。同様
に、”フリーラジカル水素”は当技術において使用され
る、”発生期水素”及び”一重項水素”などの他の用語
と類義語である。
ムの問題は希薄塩溶液の導電率が低く、反応種が酸化ま
たは還元反応の起きるアノードまたはカソード上の適当
な部位に到達するには移動量が低くなることである。反
応種の酸化または還元は、水分子がそれぞれ、カソード
またはアノードで分解することにより生じる、フリーラ
ジカルヒドロキシルまたはフリーラジカル水素が反応種
と接触すると起きる。この中で使用されているよう
に、”フリーラジカルヒドロキシル”という用語は、こ
の電解イオンのために当技術において使用される、以前
に使用されていた”発生期酸素”、”分子酸素”及び”
一重項酸素”などの他の用語と類義語である。同様
に、”フリーラジカル水素”は当技術において使用され
る、”発生期水素”及び”一重項水素”などの他の用語
と類義語である。
【００１０】アノードまたはカソードに対するハロゲン
化物塩などの反応イオン種の欠乏は分極として当技術に
おいて知られた現象である。その結果、フリーラジカル
ヒドロキシルまたはフリーラジカル水素が過剰に生成さ
れ、反応イオン種を使用できないハレート溶液に酸化ま
たは還元し続ける。他の希薄塩溶液と同様に、希薄ハロ
ゲン化物溶液の電解変換に関連する他の重要な問題は、
アノードまたはカソードの表面積が制限され、酸化また
は還元される種とフリーラジカルヒドロキシルまたはフ
リーラジカル水素間の親密な接触が生じないという事実
から生じる。このため、酸化または還元される種の変換
が非常に低くなる。従来の電解法で存在するこれらの２
つの主な問題は今日まで解決されていない。
化物塩などの反応イオン種の欠乏は分極として当技術に
おいて知られた現象である。その結果、フリーラジカル
ヒドロキシルまたはフリーラジカル水素が過剰に生成さ
れ、反応イオン種を使用できないハレート溶液に酸化ま
たは還元し続ける。他の希薄塩溶液と同様に、希薄ハロ
ゲン化物溶液の電解変換に関連する他の重要な問題は、
アノードまたはカソードの表面積が制限され、酸化また
は還元される種とフリーラジカルヒドロキシルまたはフ
リーラジカル水素間の親密な接触が生じないという事実
から生じる。このため、酸化または還元される種の変換
が非常に低くなる。従来の電解法で存在するこれらの２
つの主な問題は今日まで解決されていない。
【００１１】塩化物をハラス酸に酸化するために、様々
なメカニズムが混合のために試され、多孔質及び充填床
電極が試されているが、今日まで成功していない。実
際、電解産業では、水が分解され、酸化が起きる所望の
半導体接合を形成するために、チタン及びその類似体の
基板に接着された貴金属酸化物に頼ってきた。多孔質電
極は大きい電極表面積の問題を解決する手助けとなる
が、希薄溶液中のイオン移動度の問題点は解決しない。
なメカニズムが混合のために試され、多孔質及び充填床
電極が試されているが、今日まで成功していない。実
際、電解産業では、水が分解され、酸化が起きる所望の
半導体接合を形成するために、チタン及びその類似体の
基板に接着された貴金属酸化物に頼ってきた。多孔質電
極は大きい電極表面積の問題を解決する手助けとなる
が、希薄溶液中のイオン移動度の問題点は解決しない。
【００１２】多くの異なる目的のために、樹脂及び／ま
たは膜を結合させて使用した多くの電気化学法が知られ
ている。そのなかには、空及び充填‐セル電気透析の両
方による水の電気脱塩、電気化学装置内での樹脂上への
稀薄溶液から可溶金属の電気透析濃縮及び膜塩素アルカ
リセル中の濃縮食塩水からの塩素の生成が含まれる。例
えば、合衆国特許Ｎｏ．４２９９６７５及び４３５６０
６８では、固定電解質としてイオン選択膜が使用され、
電極がその膜に結合され、イオン抵抗が減少される。合
衆国特許Ｎｏ．４３６９１０３号及び４６３６２８６号
も興味深い。しかしながら、１５００ｍｇ／リットル以
下の塩濃度を有する稀薄溶液中の反応種を電解により、
効果的に、酸化または還元する従来技術システムはな
い。特に、希薄ハロゲン化物溶液をハラス溶液に酸化す
る場合はそうである。したがって、この発明は上記従来
技術の問題点を解消することができる以下に記載する方
法および装置を提供することを目的とする。
たは膜を結合させて使用した多くの電気化学法が知られ
ている。そのなかには、空及び充填‐セル電気透析の両
方による水の電気脱塩、電気化学装置内での樹脂上への
稀薄溶液から可溶金属の電気透析濃縮及び膜塩素アルカ
リセル中の濃縮食塩水からの塩素の生成が含まれる。例
えば、合衆国特許Ｎｏ．４２９９６７５及び４３５６０
６８では、固定電解質としてイオン選択膜が使用され、
電極がその膜に結合され、イオン抵抗が減少される。合
衆国特許Ｎｏ．４３６９１０３号及び４６３６２８６号
も興味深い。しかしながら、１５００ｍｇ／リットル以
下の塩濃度を有する稀薄溶液中の反応種を電解により、
効果的に、酸化または還元する従来技術システムはな
い。特に、希薄ハロゲン化物溶液をハラス溶液に酸化す
る場合はそうである。したがって、この発明は上記従来
技術の問題点を解消することができる以下に記載する方
法および装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この発明はアノード、カ
ソード及びアノードとカソード間に備えられた粒状イオ
ン交換材料を含む充填床電解リアクターに関するもの
で、粒状イオン交換材料はアノードとカソード間にそれ
らと接触して密に充填され、無数の移動部位を有する固
定電解質として作用し、粒状イオン交換材料及びその移
動部位は反応イオン種を含む稀薄溶液を用いた場合電極
間のイオン移動を容易にすることを見い出して完成され
たものである。
ソード及びアノードとカソード間に備えられた粒状イオ
ン交換材料を含む充填床電解リアクターに関するもの
で、粒状イオン交換材料はアノードとカソード間にそれ
らと接触して密に充填され、無数の移動部位を有する固
定電解質として作用し、粒状イオン交換材料及びその移
動部位は反応イオン種を含む稀薄溶液を用いた場合電極
間のイオン移動を容易にすることを見い出して完成され
たものである。
【００１４】この発明は、別の好ましい観点では、イオ
ン交換材料を処理し、電解リアクターが、粒状イオン交
換材料の充填床中に組み込まれた多くの”半導体接合”
を有するようにすると、これは対イオンのイオン特性に
応じてアノードまたはカソードとして機能し、電解反応
では電気的触媒として作用することを見い出して完成し
たものである。この半導体接合は逆に荷電されたイオン
種（対イオン）を不変的に充填床の粒状イオン交換材料
に付着させ、イオン交換材料の交換部位の一部、好まし
くは少量部を占めるようにすることにより形成される。
したがって、イオン交換材料の活性部位にこのような対
イオンを付着させ、半導体接合が形成される。
ン交換材料を処理し、電解リアクターが、粒状イオン交
換材料の充填床中に組み込まれた多くの”半導体接合”
を有するようにすると、これは対イオンのイオン特性に
応じてアノードまたはカソードとして機能し、電解反応
では電気的触媒として作用することを見い出して完成し
たものである。この半導体接合は逆に荷電されたイオン
種（対イオン）を不変的に充填床の粒状イオン交換材料
に付着させ、イオン交換材料の交換部位の一部、好まし
くは少量部を占めるようにすることにより形成される。
したがって、イオン交換材料の活性部位にこのような対
イオンを付着させ、半導体接合が形成される。
【００１５】この発明は更に、所望の無機及び有機種を
酸化または還元する充填床電解リアクターを使用し、従
来は不可能であった希薄溶液中でハロゲン化物イオンを
ハラス状態に酸化することを含む方法に関する。この発
明の方法はまた、費用の面、実際面及び有効面で従来技
術の問題点を克服することができる。
酸化または還元する充填床電解リアクターを使用し、従
来は不可能であった希薄溶液中でハロゲン化物イオンを
ハラス状態に酸化することを含む方法に関する。この発
明の方法はまた、費用の面、実際面及び有効面で従来技
術の問題点を克服することができる。
【００１６】そのため、この発明では酸化または還元さ
れる反応イオン種の、それぞれ、アノードまたはカソー
ドへの移動度が、特に希薄溶液中で、大きく増加される
改良電解リアクターを提供することことができる。
れる反応イオン種の、それぞれ、アノードまたはカソー
ドへの移動度が、特に希薄溶液中で、大きく増加される
改良電解リアクターを提供することことができる。
【００１７】また、この発明では、特に希薄水溶液中
で、無機または有機種の電解酸化または還元の効率を改
善するための方法及び装置を提供することができる。
で、無機または有機種の電解酸化または還元の効率を改
善するための方法及び装置を提供することができる。
【００１８】更に、この発明では、アノード及びカソー
ドから離れた位置に、酸化または還元が起きうる広いア
ノードまたはカソード部位として作用する半導体接合を
有する電解リアクターを提供することができる。
ドから離れた位置に、酸化または還元が起きうる広いア
ノードまたはカソード部位として作用する半導体接合を
有する電解リアクターを提供することができる。
【００１９】更にまた、この発明は、希薄溶液中の無機
及び有機種を酸化及び還元するための改善された電解方
法を提供することができる。
及び有機種を酸化及び還元するための改善された電解方
法を提供することができる。
【００２０】更に、この発明の、非常に重要な特徴は、
希薄水溶液中の微生物汚染を制御するために、塩化物塩
からハラス酸を生成する、使用者の側で使用することの
できる電解リアクターを提供することができ、その結
果、初めて、ハロゲン化物塩をハラス酸に直接電解変換
することを、市の飲料給水、水の配管及び冷却塔を含む
商業及び工業使用、プールに対し使用されるような希薄
水溶液に対し適用することが可能となる。
希薄水溶液中の微生物汚染を制御するために、塩化物塩
からハラス酸を生成する、使用者の側で使用することの
できる電解リアクターを提供することができ、その結
果、初めて、ハロゲン化物塩をハラス酸に直接電解変換
することを、市の飲料給水、水の配管及び冷却塔を含む
商業及び工業使用、プールに対し使用されるような希薄
水溶液に対し適用することが可能となる。
【００２１】
【実施例】これらは後述される他の目的及び利点と共
に、以下の実施例において詳細に説明される。実施例に
おいては、全体を通して同部材は同一番号で示されてい
る。図１について説明する。この図には、本発明の基本
的な充填床電解リアクター１０の断面図が示してある。
電解リアクター１０はアノード１２、カソード１４及び
それらの間に配置された粒状イオン交換材料１６の充填
床を含む。アノード及びカソードは従来通り、直流（Ｄ
Ｃ）電源に接続されている。図に示されるように、充填
イオン交換材料の間を通って、アニオンはイオン回路の
アノードに向かって移動し、カチオンはカソードに向か
って移動する。一方、電子は従来のように、アノードか
らカソードまでの外部回路を移動する。
に、以下の実施例において詳細に説明される。実施例に
おいては、全体を通して同部材は同一番号で示されてい
る。図１について説明する。この図には、本発明の基本
的な充填床電解リアクター１０の断面図が示してある。
電解リアクター１０はアノード１２、カソード１４及び
それらの間に配置された粒状イオン交換材料１６の充填
床を含む。アノード及びカソードは従来通り、直流（Ｄ
Ｃ）電源に接続されている。図に示されるように、充填
イオン交換材料の間を通って、アニオンはイオン回路の
アノードに向かって移動し、カチオンはカソードに向か
って移動する。一方、電子は従来のように、アノードか
らカソードまでの外部回路を移動する。
【００２２】同じ数字が使用されている図２に示される
実施例では、カソード１４は円筒管の形をとっており、
アノード１２は実質的にはカソード１４の中心軸に沿っ
て延びている。粒状イオン交換材料１６はアノード１２
とカソード１４の間の環状空間に充填される。この発明
の充填床電解リアクターの他の実施例を図２に示す。こ
の実施例では、電解リアクター２０はアノード２２とカ
ソード２４を含み、これらは棒、板などの形をしてい
る。粒状イオン交換材料２６はイオン交換膜２８で分離
された２つのチャンバ、アノードチャンバ３０とカソー
ドチャンバ３２、に分けられる。
実施例では、カソード１４は円筒管の形をとっており、
アノード１２は実質的にはカソード１４の中心軸に沿っ
て延びている。粒状イオン交換材料１６はアノード１２
とカソード１４の間の環状空間に充填される。この発明
の充填床電解リアクターの他の実施例を図２に示す。こ
の実施例では、電解リアクター２０はアノード２２とカ
ソード２４を含み、これらは棒、板などの形をしてい
る。粒状イオン交換材料２６はイオン交換膜２８で分離
された２つのチャンバ、アノードチャンバ３０とカソー
ドチャンバ３２、に分けられる。
【００２３】図１、２及び３において図示されたアノー
ド、カソード及び充填床の配置は現在のところ好ましい
ものであるが、この発明によれば、電解リアクター内で
粒状イオン交換材料がアノードとカソードの間に充填さ
れた配置ならばどのような配置でも使用することができ
る。この発明の他の実施例はガス及び溶液の混合を制御
するためにアノード液及びカソード液の区画を分離する
こと、及び他の酸化、還元または置換反応に影響を及ぼ
すアノードとカソードの間に配置されたイオン交換膜ま
たは隔膜により分離されたいくつかの充填床チャンバを
備えることを含むが、これに限るものではない。例え
ば、電解リアクター２０が酸化、または還元のために使
用された例では、図２に示されるようなイオン交換膜
は、床を分割するよりも、電極の１つをイオン交換材料
から分離することができる。
ド、カソード及び充填床の配置は現在のところ好ましい
ものであるが、この発明によれば、電解リアクター内で
粒状イオン交換材料がアノードとカソードの間に充填さ
れた配置ならばどのような配置でも使用することができ
る。この発明の他の実施例はガス及び溶液の混合を制御
するためにアノード液及びカソード液の区画を分離する
こと、及び他の酸化、還元または置換反応に影響を及ぼ
すアノードとカソードの間に配置されたイオン交換膜ま
たは隔膜により分離されたいくつかの充填床チャンバを
備えることを含むが、これに限るものではない。例え
ば、電解リアクター２０が酸化、または還元のために使
用された例では、図２に示されるようなイオン交換膜
は、床を分割するよりも、電極の１つをイオン交換材料
から分離することができる。
【００２４】ここで使用されているように、”粒状イオ
ン交換材料”という用語はイオン交換材料の粒剤、ビー
ドまたはグレンを含む。粒状イオン交換材料は酸化交換
体、すなわち陽イオン交換樹脂、または還元交換体、す
なわち陰イオン交換樹脂とすることができる。この発明
に適したイオン交換材料の例としては、強酸ポリスチレ
ンジビニルベンゼン架橋カチオン交換体、弱酸ポリスチ
レンジビニルベンゼン架橋カチオン交換樹脂、イミノ二
酢酸ポリスチレンジビニルベンゼン架橋キレート選択陽
イオン交換体、強塩基ポリスチレンジビニルベンゼン架
橋Ｉ型アニオン交換体、弱塩基ポリスチレンジビニルベ
ンゼン架橋アニオン交換体、強塩基／弱塩基ポリスチレ
ンジビニルベンゼン架橋ＩＩ型アニオン交換体、強塩基
／弱塩基アクリルアニオン交換体、強酸パーフルオロス
ルホン化陽イオン交換体、強塩基パーフルオロアミノ陰
イオン交換体、ある粘土などの自然に生じる陰イオン交
換体、マンガン生砂などの自然に生じる陽イオン交換体
が挙げられる。イオン交換体材料の前述のリストはこの
発明において有効なイオン交換材料の適当な型を説明し
たものにすぎず、この発明を制限しようとするものでは
ない。更に、アニオン及びカチオン交換粒子の混合物も
また、特別な結果を達成するために、一定の状況の下で
は使用することができる。
ン交換材料”という用語はイオン交換材料の粒剤、ビー
ドまたはグレンを含む。粒状イオン交換材料は酸化交換
体、すなわち陽イオン交換樹脂、または還元交換体、す
なわち陰イオン交換樹脂とすることができる。この発明
に適したイオン交換材料の例としては、強酸ポリスチレ
ンジビニルベンゼン架橋カチオン交換体、弱酸ポリスチ
レンジビニルベンゼン架橋カチオン交換樹脂、イミノ二
酢酸ポリスチレンジビニルベンゼン架橋キレート選択陽
イオン交換体、強塩基ポリスチレンジビニルベンゼン架
橋Ｉ型アニオン交換体、弱塩基ポリスチレンジビニルベ
ンゼン架橋アニオン交換体、強塩基／弱塩基ポリスチレ
ンジビニルベンゼン架橋ＩＩ型アニオン交換体、強塩基
／弱塩基アクリルアニオン交換体、強酸パーフルオロス
ルホン化陽イオン交換体、強塩基パーフルオロアミノ陰
イオン交換体、ある粘土などの自然に生じる陰イオン交
換体、マンガン生砂などの自然に生じる陽イオン交換体
が挙げられる。イオン交換体材料の前述のリストはこの
発明において有効なイオン交換材料の適当な型を説明し
たものにすぎず、この発明を制限しようとするものでは
ない。更に、アニオン及びカチオン交換粒子の混合物も
また、特別な結果を達成するために、一定の状況の下で
は使用することができる。
【００２５】市販されており、この発明において有効な
典型的なイオン交換樹脂は、Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａ
ｓ社により販売されているＩＲ１２０、Ｓｙｂｒｏｎ
化学会社により販売されているＣ２６７、Ｒｅｓｉｎ
Ｔｅｃｈ社により販売されているＣＧ６８、スルホン化
交換部位を有する合成強酸陽イオン交換樹脂の典型；Ｒ
ｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ社により販売されているＩＲ
８４、カルボン酸部位を有する合成弱酸交換樹脂の典
型；Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ社により販売されてい
るＩＲＣ７１８及びＣ４６７、金属イオンを選択基剤上
にトラップするために使用される合成陽イオン樹脂の典
型；マンガン生砂、自然に生じる陽イオン交換体の典
型；Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ社により販売されてい
るＩＲＡ４１０、Ｓｙｂｒｏｎ 化学会社により販売さ
れているＡＳＢ２、Ｒｅｓｉｎ Ｔｅｃｈ社により販売
されているＳＧＧ２、交換部位として第四アンモニウム
基を有する合成混合塩基陰イオン交換樹脂の典型；Ｒｏ
ｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ社により販売されているＩＲＡ
９４、第三アミン交換部位を特徴とする合成弱塩基交換
樹脂の典型である。
典型的なイオン交換樹脂は、Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａ
ｓ社により販売されているＩＲ１２０、Ｓｙｂｒｏｎ
化学会社により販売されているＣ２６７、Ｒｅｓｉｎ
Ｔｅｃｈ社により販売されているＣＧ６８、スルホン化
交換部位を有する合成強酸陽イオン交換樹脂の典型；Ｒ
ｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ社により販売されているＩＲ
８４、カルボン酸部位を有する合成弱酸交換樹脂の典
型；Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ社により販売されてい
るＩＲＣ７１８及びＣ４６７、金属イオンを選択基剤上
にトラップするために使用される合成陽イオン樹脂の典
型；マンガン生砂、自然に生じる陽イオン交換体の典
型；Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ社により販売されてい
るＩＲＡ４１０、Ｓｙｂｒｏｎ 化学会社により販売さ
れているＡＳＢ２、Ｒｅｓｉｎ Ｔｅｃｈ社により販売
されているＳＧＧ２、交換部位として第四アンモニウム
基を有する合成混合塩基陰イオン交換樹脂の典型；Ｒｏ
ｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ社により販売されているＩＲＡ
９４、第三アミン交換部位を特徴とする合成弱塩基交換
樹脂の典型である。
【００２６】アノード及びカソードは電解リアクターの
使用目的に基づき、適当な材料で製造することができ
る。例えば、ハロゲン化物溶液からハラス酸を生成する
ためには、アノードはチタン金属または酸化チタンセラ
ミックに基づくルテニウム及び／またはイリジウムなど
の従来の材料で製造することができ、カソードはステン
レス鋼または鋼とすることができる。適当なアノード及
びカソード材料は当業者には知られており、特別なアノ
ードまたはカソードの選択はこの分野でよく知られてい
る技術内で考慮される。
使用目的に基づき、適当な材料で製造することができ
る。例えば、ハロゲン化物溶液からハラス酸を生成する
ためには、アノードはチタン金属または酸化チタンセラ
ミックに基づくルテニウム及び／またはイリジウムなど
の従来の材料で製造することができ、カソードはステン
レス鋼または鋼とすることができる。適当なアノード及
びカソード材料は当業者には知られており、特別なアノ
ードまたはカソードの選択はこの分野でよく知られてい
る技術内で考慮される。
【００２７】この発明の好ましい型では、イオン交換ビ
ードなどの粒状イオン交換材料は電極間に充填され、ビ
ードは電極と、及び互いに十分接触することができる。
それから、イオン交換材料のイオン部位は溶液中の移動
イオンに対する移動部位として作用し、このため、アノ
ード及びカソード間のＤＣ電界の影響下でそれらの移動
度が大きく増加する。この理論的な説明に拘束されるつ
もりはないが、イオン交換材料のイオン部位は、ビード
対ビードの接触が、カチオンあるいはアニオン様であろ
うと、電極間でイオン回路を形成する、同じ性質を有す
るイオン交換材料の連続的なイオン接続が存するイオン
交換膜と同様であるので、移動部位として作用する。移
動される移動イオンはそこに残る同じに荷電されたイオ
ンを置換する、逆に荷電されたイオン交換材料上を移動
すると考えられている。実際、この充填イオン交換材料
は、電極間の溶液の導電率を人工的に上昇させ、イオン
がそれぞれ逆に荷電された電極に移動するのを容易にす
る固定電解質として作用する。イオン交換膜とイオン交
換材料の充填床の間の差異は処理される溶液は充填床中
のイオン交換材料間を自由に流れることができ、一方、
溶液はイオン交換膜を通って自由に移動することは制限
されることである。
ードなどの粒状イオン交換材料は電極間に充填され、ビ
ードは電極と、及び互いに十分接触することができる。
それから、イオン交換材料のイオン部位は溶液中の移動
イオンに対する移動部位として作用し、このため、アノ
ード及びカソード間のＤＣ電界の影響下でそれらの移動
度が大きく増加する。この理論的な説明に拘束されるつ
もりはないが、イオン交換材料のイオン部位は、ビード
対ビードの接触が、カチオンあるいはアニオン様であろ
うと、電極間でイオン回路を形成する、同じ性質を有す
るイオン交換材料の連続的なイオン接続が存するイオン
交換膜と同様であるので、移動部位として作用する。移
動される移動イオンはそこに残る同じに荷電されたイオ
ンを置換する、逆に荷電されたイオン交換材料上を移動
すると考えられている。実際、この充填イオン交換材料
は、電極間の溶液の導電率を人工的に上昇させ、イオン
がそれぞれ逆に荷電された電極に移動するのを容易にす
る固定電解質として作用する。イオン交換膜とイオン交
換材料の充填床の間の差異は処理される溶液は充填床中
のイオン交換材料間を自由に流れることができ、一方、
溶液はイオン交換膜を通って自由に移動することは制限
されることである。
【００２８】この発明の他の、しかしながら好ましい型
では、イオン交換材料の床が特別に処理される。特に、
現在発見されたことは、イオン交換ビード、あるいは他
のイオン交換材料、内のイオン部位は不変的に移動でき
ない対イオンと交換されるとき、水分子を分解する半導
体接合が形成される。このため、そのように処理される
と、これらの半導体接合部位が、アノード及びカソード
から離れた位置で、酸化または還元反応がリアクターで
起きることができる延長されたアノードまたはカソード
部位として作用することが見いだされたことは驚くべき
である。
では、イオン交換材料の床が特別に処理される。特に、
現在発見されたことは、イオン交換ビード、あるいは他
のイオン交換材料、内のイオン部位は不変的に移動でき
ない対イオンと交換されるとき、水分子を分解する半導
体接合が形成される。このため、そのように処理される
と、これらの半導体接合部位が、アノード及びカソード
から離れた位置で、酸化または還元反応がリアクターで
起きることができる延長されたアノードまたはカソード
部位として作用することが見いだされたことは驚くべき
である。
【００２９】選択されたわずかに可溶な多価イオンが、
その部位を占めている可溶イオンを置換する逆の電荷の
イオン交換体を通過する際に、移動できないイオンの交
換を起こすことができる。それらは、周囲の溶液より可
溶な種に還元または酸化した時にのみ、移動させ、また
は置換させることができる。例えば、Ｒｏｈｍ ａｎｄ
Ｈａａｓにより販売されているＩＲ１２０などの陽イ
オン交換樹脂は、多くの固定アニオン部位を有し、アニ
オン部位の一部にＦｅ+3やＰｔ+4などの多価イオンを付
着させることができる。多価イオンは移動することがで
きず、そのため、不変的な半導体接合を形成する。以下
はそのような半導体接合の１つの例である； Ｒ−［ＳＯ3］-4Ｐｔ+4 Ｒは陽イオン交換樹脂の有機部分を示し、スルホン酸基
はそのアニオン部位を示す。スルホン酸基は負電荷１つ
を有するので、＋４状態の白金は４つのＳＯ3−部位と
結びつき、イオン的に、酸化金属として４つのスルホン
酸基に結合することになる。そのように結合するので、
Ｐｔ+4イオンは灰化以外ではそれらの部位から再除去で
きない。
その部位を占めている可溶イオンを置換する逆の電荷の
イオン交換体を通過する際に、移動できないイオンの交
換を起こすことができる。それらは、周囲の溶液より可
溶な種に還元または酸化した時にのみ、移動させ、また
は置換させることができる。例えば、Ｒｏｈｍ ａｎｄ
Ｈａａｓにより販売されているＩＲ１２０などの陽イ
オン交換樹脂は、多くの固定アニオン部位を有し、アニ
オン部位の一部にＦｅ+3やＰｔ+4などの多価イオンを付
着させることができる。多価イオンは移動することがで
きず、そのため、不変的な半導体接合を形成する。以下
はそのような半導体接合の１つの例である； Ｒ−［ＳＯ3］-4Ｐｔ+4 Ｒは陽イオン交換樹脂の有機部分を示し、スルホン酸基
はそのアニオン部位を示す。スルホン酸基は負電荷１つ
を有するので、＋４状態の白金は４つのＳＯ3−部位と
結びつき、イオン的に、酸化金属として４つのスルホン
酸基に結合することになる。そのように結合するので、
Ｐｔ+4イオンは灰化以外ではそれらの部位から再除去で
きない。
【００３０】このカチオンＰｔ+4半導体接合は、半導体
接合が水溶液の水分子を分解できる、カチオン選択膜が
アニオン選択膜に結合された二極イオン交換膜と同様の
作用をする。しかしながら、半導体接合は二極接合がす
るようにヒドロキシルイオン（ＯＨ-）を形成しない
が、アノードと同様にフリーラジカルヒドロキシル（Ｏ
Ｈ0）を形成する。このため、これらの半導体接合のそ
れぞれ１つが小アノードとして作用し、それらと接触し
た溶液中の有効なハロゲン化物、硫酸または他のアニオ
ンを酸化する。一方、多価イオンと結合していない部位
は前述したように溶液中の移動イオンに対する移動部位
として作用する。更に、これらの半導体接合はアノード
性なので、酸化される部位にアニオンを引きつける正電
荷を運ぶ。不変的にアニオンを付着させたアニオン樹脂
では、反応が還元反応になる以外は反対のことが起き
る。この状態では、アニオン半導体接合は酸素を還元し
て水にまですることができる。
接合が水溶液の水分子を分解できる、カチオン選択膜が
アニオン選択膜に結合された二極イオン交換膜と同様の
作用をする。しかしながら、半導体接合は二極接合がす
るようにヒドロキシルイオン（ＯＨ-）を形成しない
が、アノードと同様にフリーラジカルヒドロキシル（Ｏ
Ｈ0）を形成する。このため、これらの半導体接合のそ
れぞれ１つが小アノードとして作用し、それらと接触し
た溶液中の有効なハロゲン化物、硫酸または他のアニオ
ンを酸化する。一方、多価イオンと結合していない部位
は前述したように溶液中の移動イオンに対する移動部位
として作用する。更に、これらの半導体接合はアノード
性なので、酸化される部位にアニオンを引きつける正電
荷を運ぶ。不変的にアニオンを付着させたアニオン樹脂
では、反応が還元反応になる以外は反対のことが起き
る。この状態では、アニオン半導体接合は酸素を還元し
て水にまですることができる。
【００３１】対イオンを不変的にその活性イオン部位に
付着させた陽イオン交換体はフリーラジカルヒドロキシ
ルの生成に有効な半導体接合を提供し、このため、溶液
を酸化溶液とする。同様に、対イオンを不変的にその活
性イオン部位に付着させた陰イオン交換体はフリーラジ
カル水素の生成に有効な半導体接合を提供し、このた
め、溶液を還元溶液とする。スルホン酸アニオン部位に
イオン的に結合させたＰｔ+4の上述の例では、半導体接
合は金属スルホン基内に生じ、水の分解またはフリーラ
ジカルヒドロキシル及び水素イオンの発生を起こすこと
ができる。フリーラジカルが酸化されるある種の位置を
確認しなければ、電子を与える外部回路を有しないの
で、分解してヒドロキシルイオンに戻る。このフリーラ
ジカルヒドロキシルの生成とその分解は非常に迅速で、
１／１００００秒以下の半生しか有しないと考えられ
る。
付着させた陽イオン交換体はフリーラジカルヒドロキシ
ルの生成に有効な半導体接合を提供し、このため、溶液
を酸化溶液とする。同様に、対イオンを不変的にその活
性イオン部位に付着させた陰イオン交換体はフリーラジ
カル水素の生成に有効な半導体接合を提供し、このた
め、溶液を還元溶液とする。スルホン酸アニオン部位に
イオン的に結合させたＰｔ+4の上述の例では、半導体接
合は金属スルホン基内に生じ、水の分解またはフリーラ
ジカルヒドロキシル及び水素イオンの発生を起こすこと
ができる。フリーラジカルが酸化されるある種の位置を
確認しなければ、電子を与える外部回路を有しないの
で、分解してヒドロキシルイオンに戻る。このフリーラ
ジカルヒドロキシルの生成とその分解は非常に迅速で、
１／１００００秒以下の半生しか有しないと考えられ
る。
【００３２】このように、これらの半導体接合は、アノ
ード及びカソード自体以外に、フリーラジカルヒドロキ
シルまたはフリーラジカル水素の発生のための付加的な
部位として作用する。これらの接合により、電解反応が
起きる部位の数が大幅に増加する。同時に、これらの接
合は酸化または還元される種を、逆に荷電されているた
め、引きつける。このように、半導体接合はフリーラジ
カルを生成する部位を増加させるだけでなく、種が反応
部位に到達するのに要する時間を減少させるように作用
する。
ード及びカソード自体以外に、フリーラジカルヒドロキ
シルまたはフリーラジカル水素の発生のための付加的な
部位として作用する。これらの接合により、電解反応が
起きる部位の数が大幅に増加する。同時に、これらの接
合は酸化または還元される種を、逆に荷電されているた
め、引きつける。このように、半導体接合はフリーラジ
カルを生成する部位を増加させるだけでなく、種が反応
部位に到達するのに要する時間を減少させるように作用
する。
【００３３】半導体接合での水分解反応を別の観点から
見ると、接合で酸化されるまたは酸化されうるものがな
にもなければ、水素イオン（Ｈ+）及びヒドロキシルイ
オン（ＯＨ-）が形成される。水素イオンは平衡に対し
過剰にあり、半導体接合により占められていない移動部
位上に位置する移動カチオンをイオン的に置換すること
ができる。水分解反応が進むにつれ、より多くの移動カ
チオンが置換され、移動部位のほとんどが水素型に変換
される。逆の反応がアニオン樹脂上で起き、そこでは、
半導体接合が還元の性質を有し、過剰のヒドロキシルイ
オンは隣接した移動部位上に位置する移動アニオンを置
換することができる。置換反応の結果、内部で生成され
る薬品によりイオン交換材料が”再生成”される。水の
分解からの反応は以下の通りである。
見ると、接合で酸化されるまたは酸化されうるものがな
にもなければ、水素イオン（Ｈ+）及びヒドロキシルイ
オン（ＯＨ-）が形成される。水素イオンは平衡に対し
過剰にあり、半導体接合により占められていない移動部
位上に位置する移動カチオンをイオン的に置換すること
ができる。水分解反応が進むにつれ、より多くの移動カ
チオンが置換され、移動部位のほとんどが水素型に変換
される。逆の反応がアニオン樹脂上で起き、そこでは、
半導体接合が還元の性質を有し、過剰のヒドロキシルイ
オンは隣接した移動部位上に位置する移動アニオンを置
換することができる。置換反応の結果、内部で生成され
る薬品によりイオン交換材料が”再生成”される。水の
分解からの反応は以下の通りである。
【数１】 このため、イオン交換材料は、直流電界中で電極間また
はイオン選択膜間に配置することができ、内部で発生し
た水素及びヒドロキシルイオンにより適所でそれらの材
料を再生成することができた。これらの材料はカチオン
及びアニオン交換材料の混合物中、またはカチオン材料
及びアニオン材料の別々の層で配置することができる。
このような材料の配置は混合床イオン交換システム及び
分離床イオン交換システムと類似している。
はイオン選択膜間に配置することができ、内部で発生し
た水素及びヒドロキシルイオンにより適所でそれらの材
料を再生成することができた。これらの材料はカチオン
及びアニオン交換材料の混合物中、またはカチオン材料
及びアニオン材料の別々の層で配置することができる。
このような材料の配置は混合床イオン交換システム及び
分離床イオン交換システムと類似している。
【００３４】ｐＨはイオン交換材料上に装てんされた半
導体接合の数及びその同じ充填床イオン交換材料に適用
されるアンペア数を変化させることにより制御すること
ができることも見いだされた。非充填リアクターは、イ
オン交換材料を含まず、そのため、半導体接合で生成さ
れる過剰の水素イオンを利用することができないので、
ｐＨに影響しない。言い換えれば、非充填リアクター
は、等量のヒドロキシルおよび水素イオンが形成される
ので、ｐＨ対電流に影響しない。この現象は前述の置換
／再生成反応と全く類似している。
導体接合の数及びその同じ充填床イオン交換材料に適用
されるアンペア数を変化させることにより制御すること
ができることも見いだされた。非充填リアクターは、イ
オン交換材料を含まず、そのため、半導体接合で生成さ
れる過剰の水素イオンを利用することができないので、
ｐＨに影響しない。言い換えれば、非充填リアクター
は、等量のヒドロキシルおよび水素イオンが形成される
ので、ｐＨ対電流に影響しない。この現象は前述の置換
／再生成反応と全く類似している。
【００３５】対照的に、本発明によれば、イオン交換体
が金属イオンで多量に装てんされ、多くの半導体接合が
形成されると、移動部位の数が酸化されるイオンの置換
及び移動の両方に対し制限される。この結果、溶液はｐ
Ｈが低く、高い酸化還元電位を有するものとなる。半導
体接合に対する移動部位の比は最適化して使用すること
ができ、生成される溶液を制御する。例えば、安定した
ヨウ素溶液は高いｐＨの高濃度次亜ヨウ素酸を用いて形
成することができる。結果として、得られる溶液の酸化
還元電位は溶液を直接、比直流電流（ＤＣ）がかけられ
るアノード及びカソードに結合されたカチオン材料の充
填床に通すことにより制御することができる。
が金属イオンで多量に装てんされ、多くの半導体接合が
形成されると、移動部位の数が酸化されるイオンの置換
及び移動の両方に対し制限される。この結果、溶液はｐ
Ｈが低く、高い酸化還元電位を有するものとなる。半導
体接合に対する移動部位の比は最適化して使用すること
ができ、生成される溶液を制御する。例えば、安定した
ヨウ素溶液は高いｐＨの高濃度次亜ヨウ素酸を用いて形
成することができる。結果として、得られる溶液の酸化
還元電位は溶液を直接、比直流電流（ＤＣ）がかけられ
るアノード及びカソードに結合されたカチオン材料の充
填床に通すことにより制御することができる。
【００３６】酸化物に対する半導体接合を形成するため
の典型的に適した方法は以下の通りである。適した陽イ
オン樹脂及び金属がカチオン型で存在している可溶形の
多価金属塩溶液を選択する。多価金属の中には、第一鉄
や第一スズなど、溶液中で還元状態で存在するものもあ
り、また、白金など、アニオン錯体として存在するもの
もある。当量で、選択した樹脂の化学量論的容量を計算
し、その後、金属塩溶液をイオン交換樹脂を通して、捕
らえられて、水素イオンかナトリウム、どちらでも可溶
溶液となる、で完全に交換されるまで、循環させる。溶
液中の多価金属塩の濃度に依存して、陽イオン樹脂に不
変的に付着された多価金属イオンの置換量が、１％もの
低さから、実質的に完全な装てん、すなわち９５％以上
まで変化することができる。更に装てんすることは、可
能であるが非常に困難である。陽イオン交換樹脂は酸化
反応で使用されることになるので、多価金属イオンは、
還元状態であれば、最も高い原子価または酸化状態まで
変換される。最も高い原子価への変換のための簡単な手
順は、空気または酸素の気泡を、不変的に対イオンを樹
脂に付着させている樹脂床に通すことである。対イオン
の装てんが計算される時には、できるだけ高い原子価を
使用することが重要である。酸化が起き、電子が除去さ
れるにつれ、容量または移動部位が使い尽くされるから
である。
の典型的に適した方法は以下の通りである。適した陽イ
オン樹脂及び金属がカチオン型で存在している可溶形の
多価金属塩溶液を選択する。多価金属の中には、第一鉄
や第一スズなど、溶液中で還元状態で存在するものもあ
り、また、白金など、アニオン錯体として存在するもの
もある。当量で、選択した樹脂の化学量論的容量を計算
し、その後、金属塩溶液をイオン交換樹脂を通して、捕
らえられて、水素イオンかナトリウム、どちらでも可溶
溶液となる、で完全に交換されるまで、循環させる。溶
液中の多価金属塩の濃度に依存して、陽イオン樹脂に不
変的に付着された多価金属イオンの置換量が、１％もの
低さから、実質的に完全な装てん、すなわち９５％以上
まで変化することができる。更に装てんすることは、可
能であるが非常に困難である。陽イオン交換樹脂は酸化
反応で使用されることになるので、多価金属イオンは、
還元状態であれば、最も高い原子価または酸化状態まで
変換される。最も高い原子価への変換のための簡単な手
順は、空気または酸素の気泡を、不変的に対イオンを樹
脂に付着させている樹脂床に通すことである。対イオン
の装てんが計算される時には、できるだけ高い原子価を
使用することが重要である。酸化が起き、電子が除去さ
れるにつれ、容量または移動部位が使い尽くされるから
である。
【００３７】Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ社製のＩＲ１
２０及びＲｅｓｉｎ Ｔｅｃｈ社製のＣＧ５８などの強
酸陽イオン交換体を使用した実験から、第二鉄（Ｆ
ｅ+3）状態の鉄及び第二白金（Ｐｔ+4）状態の白金を用
いて形成された様々なレベルの不変半導体接合を用いる
と、ハロゲン化物の変換が少量の（約２％）Ｆｅ+3対イ
オン装てんから改質され、性能は約５０％の装てんまで
増加することが見いだされた。約５０％以上では対イオ
ンＦｅ+3の装てんは増加しても、変換は増加しないこと
が明らかとなった。しかしながら、半導体接合の移動部
位に対する比率は結果的に得られる溶液のｐＨに影響し
た。言い換えれば、この結果的に得られるｐＨはハラス
酸の反応性に影響する。Ｆｅ+3対イオンとは対照的に、
強酸陽イオン樹脂上に微量の白金対イオンＰｔ+4を装て
んすると、ハロゲン化物の変換における性能が実質的に
改善された。このため、多価貴金属は特異的な選択酸化
をよりよく実行することができると現在考えられてい
る。現在のところ、好ましい金属は下記の１つ以上の金
属であり、別々にでも幾つか混合してでも使用できる；
白金、ルテニウム、イリジウム、鉛、スズ及び鉄であ
る。
２０及びＲｅｓｉｎ Ｔｅｃｈ社製のＣＧ５８などの強
酸陽イオン交換体を使用した実験から、第二鉄（Ｆ
ｅ+3）状態の鉄及び第二白金（Ｐｔ+4）状態の白金を用
いて形成された様々なレベルの不変半導体接合を用いる
と、ハロゲン化物の変換が少量の（約２％）Ｆｅ+3対イ
オン装てんから改質され、性能は約５０％の装てんまで
増加することが見いだされた。約５０％以上では対イオ
ンＦｅ+3の装てんは増加しても、変換は増加しないこと
が明らかとなった。しかしながら、半導体接合の移動部
位に対する比率は結果的に得られる溶液のｐＨに影響し
た。言い換えれば、この結果的に得られるｐＨはハラス
酸の反応性に影響する。Ｆｅ+3対イオンとは対照的に、
強酸陽イオン樹脂上に微量の白金対イオンＰｔ+4を装て
んすると、ハロゲン化物の変換における性能が実質的に
改善された。このため、多価貴金属は特異的な選択酸化
をよりよく実行することができると現在考えられてい
る。現在のところ、好ましい金属は下記の１つ以上の金
属であり、別々にでも幾つか混合してでも使用できる；
白金、ルテニウム、イリジウム、鉛、スズ及び鉄であ
る。
【００３８】そのため、適当な半導体接合材料、部位の
比率、接触時間、及び混合を正確に選択すれば、酸化ま
たは還元される種の変換パーセントには制限がなくな
り、１００％の変換が達成できると考えられる。更に、
陽イオン変換材料と陰イオン変換材料を結合させて使用
し、特異的な結果を達成することもできる。更に、１つ
の型のイオン交換材料に結合させた対イオンの混合物を
使用して、ある一定の反応の効率を改善することができ
る。例えば、陽イオン交換樹脂はルテニウムイオンによ
り形成されるいくつかの半導体接合と、イリジウムイオ
ンにより形成される他の半導体接合を有することができ
る。
比率、接触時間、及び混合を正確に選択すれば、酸化ま
たは還元される種の変換パーセントには制限がなくな
り、１００％の変換が達成できると考えられる。更に、
陽イオン変換材料と陰イオン変換材料を結合させて使用
し、特異的な結果を達成することもできる。更に、１つ
の型のイオン交換材料に結合させた対イオンの混合物を
使用して、ある一定の反応の効率を改善することができ
る。例えば、陽イオン交換樹脂はルテニウムイオンによ
り形成されるいくつかの半導体接合と、イリジウムイオ
ンにより形成される他の半導体接合を有することができ
る。
【００３９】酸化または還元反応を最適化及び／または
特殊化するために、酸化または還元される種を含む水溶
液は様々な手段により前処理することが好ましい。使用
できるが、この発明によれば必ずしも必要のない、前処
理としては以下の通りである：透明度のための濾過；所
望でない有機体の除去のための炭素濾過；水中に見られ
る一般的な塩の酸化または還元される種を形成する所望
の塩への特別なイオン交換；特異的な酸化または還元さ
れる種を形成するための脱イオンまたは他の高純度水へ
の所望の種の添加。他の前処理も、酸化または還元され
る種、水溶液の作成、イオン交換材料及び半導体接合の
性質、及び他の変数に応じて、当業者は考えることがで
きる。
特殊化するために、酸化または還元される種を含む水溶
液は様々な手段により前処理することが好ましい。使用
できるが、この発明によれば必ずしも必要のない、前処
理としては以下の通りである：透明度のための濾過；所
望でない有機体の除去のための炭素濾過；水中に見られ
る一般的な塩の酸化または還元される種を形成する所望
の塩への特別なイオン交換；特異的な酸化または還元さ
れる種を形成するための脱イオンまたは他の高純度水へ
の所望の種の添加。他の前処理も、酸化または還元され
る種、水溶液の作成、イオン交換材料及び半導体接合の
性質、及び他の変数に応じて、当業者は考えることがで
きる。
【００４０】この発明の特異的な実施例を説明するにお
いて、明確にするために、特殊用語に頼ることになる。
しかしながら、この発明はそのように選択された特殊語
に限定するものではなく、また、説明する特異的な実施
例に限定するものでもない。個々の特殊語は、同様の目
的を達成するために同様に作用するすべての技術的に相
当するものを含み、特異的な実施例はこの発明の広い技
術的適用及び利用性を説明するものであり制限するもの
ではないことが理解されるであろう。
いて、明確にするために、特殊用語に頼ることになる。
しかしながら、この発明はそのように選択された特殊語
に限定するものではなく、また、説明する特異的な実施
例に限定するものでもない。個々の特殊語は、同様の目
的を達成するために同様に作用するすべての技術的に相
当するものを含み、特異的な実施例はこの発明の広い技
術的適用及び利用性を説明するものであり制限するもの
ではないことが理解されるであろう。
【００４１】半導体接合を形成するための粒状イオン交
換材料の装てん 一様に対イオンを有するイオン交換樹脂を装てんするた
めには、イオン交換材料の床に対イオンを添加し、撹拌
して個々の粒子が一様に対イオンに暴露される様にする
必要がある。更に、どのイオン交換材料でもそのイオン
交換部位の容量または数がバッチごとに広く変化する。
例えば、Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ社製の陽イオン交
換樹脂であるＩＲ１２０は１．８から２．０ｍｅｇ／リ
ットル（ミリ当量／リットル）の容量を有する。同様
に、Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ社製の陰イオン交換樹
脂であるＩＲＡ４１０は１．２から１．４ｍｅｇ／リッ
トルの容量を有する。このため、移動部位の不変的に装
てんされた半導体接合に対する比率を決定するために
は、ポスト分析が必要である。
換材料の装てん 一様に対イオンを有するイオン交換樹脂を装てんするた
めには、イオン交換材料の床に対イオンを添加し、撹拌
して個々の粒子が一様に対イオンに暴露される様にする
必要がある。更に、どのイオン交換材料でもそのイオン
交換部位の容量または数がバッチごとに広く変化する。
例えば、Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ社製の陽イオン交
換樹脂であるＩＲ１２０は１．８から２．０ｍｅｇ／リ
ットル（ミリ当量／リットル）の容量を有する。同様
に、Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ社製の陰イオン交換樹
脂であるＩＲＡ４１０は１．２から１．４ｍｅｇ／リッ
トルの容量を有する。このため、移動部位の不変的に装
てんされた半導体接合に対する比率を決定するために
は、ポスト分析が必要である。
【００４２】実施例１‐鉄を用いた陽イオン交換材料上
での半導体接合の形成 約１５％の半導体接合に不変的に変換されたイオン交換
部位と、約８５％の移動部位として残っているイオン交
換部位を有する強酸陽イオン樹脂の１リットルのバッチ
を以下のようにして準備する。水素型のＲｏｈｍ ａｎ
ｄ Ｈａａｓ ＩＲ１２０ Ｐｌｕｓ 陽イオン樹脂、
これは８％架橋ジビニルベンゼン スルホン酸 ポリス
チレン強酸陽イオン交換体である、を１リットル、脱イ
オン水を３リットル、大きな撹拌リアクターに入れる。
陽イオン樹脂／水混合物を撹拌しながら、１リットルの
脱イオン水に１４．４グラムのＦｅＳＯ4を溶解した硫
酸鉄溶液を、硫酸鉄溶液がすべて陽イオン樹脂上に交換
されるまで、３３．３ｍｌ／ｍｉｎの割合で陽イオン樹
脂／水混合物に添加する。撹拌は少なくとも１時間続
け、確実にすべての鉄が陽イオン樹脂に捕らえられるよ
うにする。陽イオン樹脂に捕らえられた鉄はＦｅ2+（第
一鉄）の型である。次に、陽イオン樹脂上の第一鉄イオ
ンを、酸素または空気の気泡を陽イオン樹脂／水混合物
に少なくとも１２時間通すことにより陽イオン樹脂を曝
気することによりＦｅ３＋（第二鉄）型に変換する。残
りの鉄溶液は５リットルの脱イオン水を樹脂中に通すこ
とにより装てんした樹脂から洗い流す。得られた溶液の
サンプルを取り、鉄に対して試験した。溶液中に鉄が残
っていれば、交換された鉄の総当量数を決定するため
に、残った鉄の量を第一鉄溶の初めの鉄から引かなけれ
ばならない。わかっている量の変換された陽イオン樹脂
を、水酸化ナトリウムを用いて中性ｐＨまで滴定し、水
素イオンで交換されたナトリウムイオンの当量数を測定
し、陽イオン樹脂中に残っている移動部位または当量の
数を決定する。残った移動当量と交換された鉄の総当量
を合わせた数が陽イオン樹脂の総容量に等しい。陽イオ
ン樹脂における総イオン交換部位に対する半導体部位の
パーセントは以下のように計算される： ｍｅｑ Ｆｅ+3／（ｍｅｑ Ｆｅ+3 ＋ ｍｅｑ Ｎａ
+） ×１００＝％半導体接合 上記手順により、約９５％までの半導体接合の低量部ま
たは高量部を有する陽イオン樹脂は硫酸鉄溶液中のＦｅ
ＳＯ4濃度を変化させることにより達成することができ
る。例えば、不変的に付着されたＦｅ3+イオンにより形
成される約１％の半導体接合を有する陽イオン樹脂を製
造するためには、硫酸鉄溶液は１リットルの脱イオン水
中に０．９６ｇのＦｅＳＯ4を含まなければならない。
約１０％の半導体接合を有する陽イオン樹脂を製造する
ためには、硫酸鉄溶液は１リットルの脱イオン水中に
９．６ｇのＦｅＳＯ4を含まなければならない。約５０
％の半導体接合を有する陽イオン樹脂を製造するために
は、硫酸鉄溶液は１リットルの脱イオン水中に４８．０
ｇのＦｅＳＯ4を含まなければならない。
での半導体接合の形成 約１５％の半導体接合に不変的に変換されたイオン交換
部位と、約８５％の移動部位として残っているイオン交
換部位を有する強酸陽イオン樹脂の１リットルのバッチ
を以下のようにして準備する。水素型のＲｏｈｍ ａｎ
ｄ Ｈａａｓ ＩＲ１２０ Ｐｌｕｓ 陽イオン樹脂、
これは８％架橋ジビニルベンゼン スルホン酸 ポリス
チレン強酸陽イオン交換体である、を１リットル、脱イ
オン水を３リットル、大きな撹拌リアクターに入れる。
陽イオン樹脂／水混合物を撹拌しながら、１リットルの
脱イオン水に１４．４グラムのＦｅＳＯ4を溶解した硫
酸鉄溶液を、硫酸鉄溶液がすべて陽イオン樹脂上に交換
されるまで、３３．３ｍｌ／ｍｉｎの割合で陽イオン樹
脂／水混合物に添加する。撹拌は少なくとも１時間続
け、確実にすべての鉄が陽イオン樹脂に捕らえられるよ
うにする。陽イオン樹脂に捕らえられた鉄はＦｅ2+（第
一鉄）の型である。次に、陽イオン樹脂上の第一鉄イオ
ンを、酸素または空気の気泡を陽イオン樹脂／水混合物
に少なくとも１２時間通すことにより陽イオン樹脂を曝
気することによりＦｅ３＋（第二鉄）型に変換する。残
りの鉄溶液は５リットルの脱イオン水を樹脂中に通すこ
とにより装てんした樹脂から洗い流す。得られた溶液の
サンプルを取り、鉄に対して試験した。溶液中に鉄が残
っていれば、交換された鉄の総当量数を決定するため
に、残った鉄の量を第一鉄溶の初めの鉄から引かなけれ
ばならない。わかっている量の変換された陽イオン樹脂
を、水酸化ナトリウムを用いて中性ｐＨまで滴定し、水
素イオンで交換されたナトリウムイオンの当量数を測定
し、陽イオン樹脂中に残っている移動部位または当量の
数を決定する。残った移動当量と交換された鉄の総当量
を合わせた数が陽イオン樹脂の総容量に等しい。陽イオ
ン樹脂における総イオン交換部位に対する半導体部位の
パーセントは以下のように計算される： ｍｅｑ Ｆｅ+3／（ｍｅｑ Ｆｅ+3 ＋ ｍｅｑ Ｎａ
+） ×１００＝％半導体接合 上記手順により、約９５％までの半導体接合の低量部ま
たは高量部を有する陽イオン樹脂は硫酸鉄溶液中のＦｅ
ＳＯ4濃度を変化させることにより達成することができ
る。例えば、不変的に付着されたＦｅ3+イオンにより形
成される約１％の半導体接合を有する陽イオン樹脂を製
造するためには、硫酸鉄溶液は１リットルの脱イオン水
中に０．９６ｇのＦｅＳＯ4を含まなければならない。
約１０％の半導体接合を有する陽イオン樹脂を製造する
ためには、硫酸鉄溶液は１リットルの脱イオン水中に
９．６ｇのＦｅＳＯ4を含まなければならない。約５０
％の半導体接合を有する陽イオン樹脂を製造するために
は、硫酸鉄溶液は１リットルの脱イオン水中に４８．０
ｇのＦｅＳＯ4を含まなければならない。
【００４３】実施例２‐白金を用いた陽イオン交換材料
上での半導体接合の形成 １％以下の半導体接合に不変的に変換されたイオン交換
部位と、残りの移動部位として残っている交換部位を有
する強酸陽イオン樹脂の１リットルのバッチを以下のよ
うにして準備する。水素型のＲｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａ
ｓ ＩＲ１２０ Ｐｌｕｓ 陽イオン樹脂を１リット
ル、脱イオン水を３リットル、大きな撹拌リアクターに
入れる。陽イオン樹脂／水混合物を撹拌しながら、１リ
ットルの脱イオン水に１０％の塩化水素（ＨＣｌ）中の
１５．７グラムの１０％ＰｔＣｌ4溶液を溶解した塩化
白金溶液を、塩化白金溶液がすべて陽イオン樹脂上に交
換されるまで、３３．３ｍｌ／ｍｉｎの割合で陽イオン
樹脂／水混合物に添加する。撹拌は少なくとも１時間続
け、確実にすべての白金が陽イオン樹脂に捕らえられる
ようにする。陽イオン樹脂に捕らえられた白金はＰｔ4+
の型である。過剰のＨＣｌ溶液は５リットルの脱イオン
水を樹脂中に通すことにより装てんした樹脂から洗い流
す。得られた溶液のサンプルを取り、白金に対して試験
した。溶液中に白金が残っていれば、交換された白金の
総当量数を決定するために、残った白金の量を塩化白金
溶液中の初めの白金から引かなければならない。わかっ
ている量の変換された陽イオン樹脂を、水酸化ナトリウ
ムを用いて中性ｐＨまで滴定し、水素イオンで交換され
たナトリウムイオンの当量数を測定し、陽イオン樹脂中
に残っている移動部位または当量の数を決定する。残っ
た移動当量と交換された白金の総当量を合わせた数が陽
イオン樹脂の総容量に等しい。陽イオン樹脂における総
イオン交換部位に対する半導体部位のパーセントは以下
のように計算される： ｍｅｑ Ｐｔ+4／（ｍｅｑ Ｐｔ+4 ＋ ｍｅｑ Ｎａ
+） ×１００＝％半導体接合 上記手順により、約９５％までの半導体接合の低量部ま
たは高量部を有する陽イオン樹脂を製造するためには、
塩化白金溶液中のＰｔＣｌ4濃度を比例させて変化させ
る。
上での半導体接合の形成 １％以下の半導体接合に不変的に変換されたイオン交換
部位と、残りの移動部位として残っている交換部位を有
する強酸陽イオン樹脂の１リットルのバッチを以下のよ
うにして準備する。水素型のＲｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａ
ｓ ＩＲ１２０ Ｐｌｕｓ 陽イオン樹脂を１リット
ル、脱イオン水を３リットル、大きな撹拌リアクターに
入れる。陽イオン樹脂／水混合物を撹拌しながら、１リ
ットルの脱イオン水に１０％の塩化水素（ＨＣｌ）中の
１５．７グラムの１０％ＰｔＣｌ4溶液を溶解した塩化
白金溶液を、塩化白金溶液がすべて陽イオン樹脂上に交
換されるまで、３３．３ｍｌ／ｍｉｎの割合で陽イオン
樹脂／水混合物に添加する。撹拌は少なくとも１時間続
け、確実にすべての白金が陽イオン樹脂に捕らえられる
ようにする。陽イオン樹脂に捕らえられた白金はＰｔ4+
の型である。過剰のＨＣｌ溶液は５リットルの脱イオン
水を樹脂中に通すことにより装てんした樹脂から洗い流
す。得られた溶液のサンプルを取り、白金に対して試験
した。溶液中に白金が残っていれば、交換された白金の
総当量数を決定するために、残った白金の量を塩化白金
溶液中の初めの白金から引かなければならない。わかっ
ている量の変換された陽イオン樹脂を、水酸化ナトリウ
ムを用いて中性ｐＨまで滴定し、水素イオンで交換され
たナトリウムイオンの当量数を測定し、陽イオン樹脂中
に残っている移動部位または当量の数を決定する。残っ
た移動当量と交換された白金の総当量を合わせた数が陽
イオン樹脂の総容量に等しい。陽イオン樹脂における総
イオン交換部位に対する半導体部位のパーセントは以下
のように計算される： ｍｅｑ Ｐｔ+4／（ｍｅｑ Ｐｔ+4 ＋ ｍｅｑ Ｎａ
+） ×１００＝％半導体接合 上記手順により、約９５％までの半導体接合の低量部ま
たは高量部を有する陽イオン樹脂を製造するためには、
塩化白金溶液中のＰｔＣｌ4濃度を比例させて変化させ
る。
【００４４】実施例３‐スルホン化ポリスチレンを用い
た陰イオン交換材料上での半導体接合の形成 約１５％の半導体接合に不変的に変換されたイオン交換
部位と、約８５％の移動部位として残っている交換部位
を有する強塩基陰イオン樹脂の１リットルのバッチを以
下のようにして準備する。ヒドロキシル型のＲｏｈｍ
ａｎｄ Ｈａａｓ ＩＲＡ ４１０ 陰イオン樹脂、こ
れは８％架橋ジビニルベンゼン アミノ化 ポリスチレ
ン型 「 強塩基／弱塩基陰イオン交換体である、を１
リットル、脱イオン水を３リットル、大きな撹拌リアク
ターに入れる。陰イオン樹脂／水混合物を撹拌しなが
ら、１リットルの脱イオン水に１７．５グラムのＮａｔ
ｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ ａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌ社
製のＳＰＳ７０、これは７００００ダルトン（分子量）
のスルホン化ポリスチレン（ＳＰＳ）、を溶解した溶液
を、ＳＰＳ溶液がすべて陰イオン樹脂上に交換されるま
で、２０ｍｌ／ｍｉｎの割合で陰イオン樹脂／水混合物
に添加する。撹拌は少なくとも１時間続け、確実にすべ
てのＳＰＳ７０が陰イオン樹脂に捕らえられるようにす
る。次に、溶液のサンプルを取り、すべてのＳＰＳ７０
に対して試験した。溶液中にＳＰＳ７０が残っていれ
ば、交換されたＳＰＳ７０の総当量数を決定するため
に、残った量をＳＰＳ７０溶液中の初めのＳＰＳ７０か
ら引かなければならない。陰イオン樹脂は少なくとも１
時間脱イオン水で洗浄される。わかっている量の、この
ように製造された陰イオン樹脂を、塩酸を用いて中性ｐ
Ｈまで滴定し、ヒドロキシルイオンで交換された塩化物
イオンの当量数を測定し、陰イオン樹脂中に残っている
移動部位または当量の数を決定する。残った移動当量と
交換されたＳＰＳ７０の総当量を合わせた数が陰イオン
樹脂の総容量に等しい。陰イオン樹脂における総イオン
交換部位に対する半導体部位のパーセントは以下のよう
に計算される： ｍｅｑ ＳＰＳ７０／（ｍｅｑ ＳＰＳ７０ ＋ ｍｅ
ｑ Ｃｌ-） ×１００＝％半導体接合 上記手順により、約９５％までの半導体接合の低量部ま
たは高量部を有する陰イオン樹脂を製造するためには、
ＳＰＳ７０溶液中のＳＰＳ７０濃度を比例させて変化さ
せる。例えば、不変的に付着されたＳＰＳイオンにより
形成される約１％の半導体接合を有する陰イオン樹脂を
製造するためには、ＳＰＳ７０溶液は１リットルの脱イ
オン水中に１．１７グラムのＳＰＳ７０を含まなければ
ならない。約１０％の半導体接合を有する陰イオン樹脂
を製造するためには、ＳＰＳ７０溶液は１リットルの脱
イオン水中に１１．７ｇのＳＰＳ７０を含まなければな
らない。約５０％の半導体接合を有する陰イオン樹脂を
製造するためには、ＳＰＳ７０溶液は１リットルの脱イ
オン水中に５８．３ｇのＳＰＳ７０を含まなければなら
ない。上記手順は、樹脂のイオン交換部位の総数に基づ
き、約９５％までのパーセントの半導体接合を有する陽
イオン及び陰イオン樹脂を製造するのに使用することが
できる。関連業者は、異なるグラム分子量及び原子価を
有する異なる対イオンと異なるイオン交換材料に対し、
上記手順を適用することができ、また、特別な陽イオン
または陰イオン上に所望のパーセントの半導体接合を製
造するために必要な対イオン溶液の適当な濃度を決定す
るのに必要な計算を容易に実行することができる。
た陰イオン交換材料上での半導体接合の形成 約１５％の半導体接合に不変的に変換されたイオン交換
部位と、約８５％の移動部位として残っている交換部位
を有する強塩基陰イオン樹脂の１リットルのバッチを以
下のようにして準備する。ヒドロキシル型のＲｏｈｍ
ａｎｄ Ｈａａｓ ＩＲＡ ４１０ 陰イオン樹脂、こ
れは８％架橋ジビニルベンゼン アミノ化 ポリスチレ
ン型 「 強塩基／弱塩基陰イオン交換体である、を１
リットル、脱イオン水を３リットル、大きな撹拌リアク
ターに入れる。陰イオン樹脂／水混合物を撹拌しなが
ら、１リットルの脱イオン水に１７．５グラムのＮａｔ
ｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ ａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌ社
製のＳＰＳ７０、これは７００００ダルトン（分子量）
のスルホン化ポリスチレン（ＳＰＳ）、を溶解した溶液
を、ＳＰＳ溶液がすべて陰イオン樹脂上に交換されるま
で、２０ｍｌ／ｍｉｎの割合で陰イオン樹脂／水混合物
に添加する。撹拌は少なくとも１時間続け、確実にすべ
てのＳＰＳ７０が陰イオン樹脂に捕らえられるようにす
る。次に、溶液のサンプルを取り、すべてのＳＰＳ７０
に対して試験した。溶液中にＳＰＳ７０が残っていれ
ば、交換されたＳＰＳ７０の総当量数を決定するため
に、残った量をＳＰＳ７０溶液中の初めのＳＰＳ７０か
ら引かなければならない。陰イオン樹脂は少なくとも１
時間脱イオン水で洗浄される。わかっている量の、この
ように製造された陰イオン樹脂を、塩酸を用いて中性ｐ
Ｈまで滴定し、ヒドロキシルイオンで交換された塩化物
イオンの当量数を測定し、陰イオン樹脂中に残っている
移動部位または当量の数を決定する。残った移動当量と
交換されたＳＰＳ７０の総当量を合わせた数が陰イオン
樹脂の総容量に等しい。陰イオン樹脂における総イオン
交換部位に対する半導体部位のパーセントは以下のよう
に計算される： ｍｅｑ ＳＰＳ７０／（ｍｅｑ ＳＰＳ７０ ＋ ｍｅ
ｑ Ｃｌ-） ×１００＝％半導体接合 上記手順により、約９５％までの半導体接合の低量部ま
たは高量部を有する陰イオン樹脂を製造するためには、
ＳＰＳ７０溶液中のＳＰＳ７０濃度を比例させて変化さ
せる。例えば、不変的に付着されたＳＰＳイオンにより
形成される約１％の半導体接合を有する陰イオン樹脂を
製造するためには、ＳＰＳ７０溶液は１リットルの脱イ
オン水中に１．１７グラムのＳＰＳ７０を含まなければ
ならない。約１０％の半導体接合を有する陰イオン樹脂
を製造するためには、ＳＰＳ７０溶液は１リットルの脱
イオン水中に１１．７ｇのＳＰＳ７０を含まなければな
らない。約５０％の半導体接合を有する陰イオン樹脂を
製造するためには、ＳＰＳ７０溶液は１リットルの脱イ
オン水中に５８．３ｇのＳＰＳ７０を含まなければなら
ない。上記手順は、樹脂のイオン交換部位の総数に基づ
き、約９５％までのパーセントの半導体接合を有する陽
イオン及び陰イオン樹脂を製造するのに使用することが
できる。関連業者は、異なるグラム分子量及び原子価を
有する異なる対イオンと異なるイオン交換材料に対し、
上記手順を適用することができ、また、特別な陽イオン
または陰イオン上に所望のパーセントの半導体接合を製
造するために必要な対イオン溶液の適当な濃度を決定す
るのに必要な計算を容易に実行することができる。
【００４５】実施例４‐充填床電解リアクター 図２及び１１に示される構造を有する充填床電解リアク
ターの１つの例を以下のように構成した。環状カソード
１４の内側の中心にアノード１２を配置し、アノードと
カソード間で決定される環状空間中を底から頂上まで液
体が流れるようにした。アノード１２は酸化イリジウム
で被覆されたチタンの寸法的に安定したアノードであ
り、二片から成り、それぞれが長さ１２インチ、幅０．
５インチであった。構造はその間に中心の導電性ワイヤ
１３を有するエキスパンデッドメタルメッシュであっ
た。アノードの表面積は約２２．５ｉｎ２（１４５ｃｍ
2）とした。カソード１４はプラスチックのキャップ３
４及び３６を有する管状３１６ステンレス鋼パイプとし
た。カソードは内径１インチ、長さ１２インチとした。
カソードの表面積は３７．７ｉｎ２（２４３．２ｃｍ
２）とした。粒状イオン交換樹脂をアノードとカソード
の間の環状の空間に水と共に注いで、完全に空間を満た
し、充填粒状イオン交換材料がアノード及びカソードと
共にそれ自体にも接触するようにした。多孔質のポリプ
ロピレンプラグ３６及び４０をカソードの頂上と底に備
え、充填粒状イオン交換材料をカソードとアノードの間
の環状空間内に保持した。適当なフィッティング４２及
び４６に穴をあけ、雌ネジをたててキャップ３４及び３
６にはめ込み、電極ワイヤ１３の延長及びセンタリング
を可能とし、入り口及び出口フィッティング４６及び４
８を備え流体の出入りを可能としている。
ターの１つの例を以下のように構成した。環状カソード
１４の内側の中心にアノード１２を配置し、アノードと
カソード間で決定される環状空間中を底から頂上まで液
体が流れるようにした。アノード１２は酸化イリジウム
で被覆されたチタンの寸法的に安定したアノードであ
り、二片から成り、それぞれが長さ１２インチ、幅０．
５インチであった。構造はその間に中心の導電性ワイヤ
１３を有するエキスパンデッドメタルメッシュであっ
た。アノードの表面積は約２２．５ｉｎ２（１４５ｃｍ
2）とした。カソード１４はプラスチックのキャップ３
４及び３６を有する管状３１６ステンレス鋼パイプとし
た。カソードは内径１インチ、長さ１２インチとした。
カソードの表面積は３７．７ｉｎ２（２４３．２ｃｍ
２）とした。粒状イオン交換樹脂をアノードとカソード
の間の環状の空間に水と共に注いで、完全に空間を満た
し、充填粒状イオン交換材料がアノード及びカソードと
共にそれ自体にも接触するようにした。多孔質のポリプ
ロピレンプラグ３６及び４０をカソードの頂上と底に備
え、充填粒状イオン交換材料をカソードとアノードの間
の環状空間内に保持した。適当なフィッティング４２及
び４６に穴をあけ、雌ネジをたててキャップ３４及び３
６にはめ込み、電極ワイヤ１３の延長及びセンタリング
を可能とし、入り口及び出口フィッティング４６及び４
８を備え流体の出入りを可能としている。
【００４６】ハロゲン化物水溶液からのハイポハラス酸
の電解生成 以下の例は水溶液中のハロゲン化物種の制御酸化のため
の、本発明の電解方法を説明するものである。それぞれ
の実施例において、すべて、上述の実施例４で説明し、
図２及び１１で図示した電解リアクターを用いて、同じ
組の条件で、試験をした。水はすべて７７°Ｆの温度と
し、溶液はすべてリアクターを通って上方に流れるよう
にした。ヨウ化カリウム（ＫＩ）及び臭化ナトリウム
（ＮａＢｒ）の入り口濃度は１００ｍｇ／リットルとし
た。図４‐１０において示したグラフは特異的な流速と
電流での異なる充填の結果を図示したものである。
の電解生成 以下の例は水溶液中のハロゲン化物種の制御酸化のため
の、本発明の電解方法を説明するものである。それぞれ
の実施例において、すべて、上述の実施例４で説明し、
図２及び１１で図示した電解リアクターを用いて、同じ
組の条件で、試験をした。水はすべて７７°Ｆの温度と
し、溶液はすべてリアクターを通って上方に流れるよう
にした。ヨウ化カリウム（ＫＩ）及び臭化ナトリウム
（ＮａＢｒ）の入り口濃度は１００ｍｇ／リットルとし
た。図４‐１０において示したグラフは特異的な流速と
電流での異なる充填の結果を図示したものである。
【００４７】実施例５‐ヨウ化物イオンの酸化 ヨウ化カリウム供給溶液を以下のように準備した。最初
に、通常の水の軟水化装置におけるように、並流で軟水
中の１０％ヨウ化カリウム溶液を樹脂に通すことによ
り、陽イオン樹脂の別々の床をカリウム型に再生し、陰
イオン樹脂の別の床をヨウ化物型に再生した。樹脂床は
その後、過剰のＫＩ溶液を洗浄した。５ミクロンの前‐
濾過で処理し、その後、炭素処理をして、公共の水道水
中に通常見られる有機物、塩素及びクロラミン化合物を
除去した水道水を連続して、最初に陽イオン樹脂床に、
それから陰イオン樹脂床に通し、約１００ｍｇ／リット
ルＫＩの供給溶液を得た。 （Ａ）１００ｍｇ／リットル ＫＩ供給溶液の連続的な
流れを、実施例４で説明した構造を有する充填床電解リ
アクターに、ＫＩ溶液を底から頂上までリアクターを通
すことにより、通し、ＫＩ溶液が毎分１リットルの流速
で電解リアクターを通るようにした。この実施例のアノ
ードとカソードの間の環状空間はカリウム型のＩＲ‐１
２０ ｐｌｕｓ 陽イオン樹脂で充填した。ＫＩ溶液を
充填床電解リアクターに通す間、制御電流をカソードと
アノードに適用した。 （Ｂ）アノードとカソードの間の環状空間を実施例１で
説明したように１５％のイオン交換部位がＦｅ+3半導体
接合に変換されたＩＲ‐１２０ ｐｌｕｓ 陽イオン樹
脂で充填することを除き、上記（Ａ）の手順を繰り返し
た。 （Ｃ）アノードとカソードの間の環状空間を実施例１で
説明したように９５％のイオン交換部位がＦｅ＋３半導
体接合に変換されたＩＲ‐１２０ ｐｌｕｓ陽イオン樹
脂で充填することを除き、上記（Ａ）の手順を繰り返し
た。 （Ｄ）アノードとカソードの間の環状空間をどの粒状イ
オン交換材料ででも充填しないことを除き、上記（Ａ）
の手順をまた繰り返した。この実施例はアノードとカソ
ードだけを使用する従来システムの比較例として働く。 手順（Ａ）‐（Ｄ）における電解工程の結果は図４及び
５に示す。図３は出てきた溶液の総ヨウ素濃度（ｍｇ／
リットル）を示し、図５は同じ溶液のｐＨを示す。それ
ぞれの実施例において、充填床電解リアクターから出て
きた溶液の総ヨウ素量は、各サンプル間で装置を脱イオ
ン水でブランクを取ることを除き、ヨウ素（０から７．
００ｍｇ／リットルまで）定量用の直示分光光度計モデ
ルＮｏ．ＤＲ／２０００を用いた、Ｈａｃｈ社のＤＰＤ
方法８０３１に従い、決定した。個々の溶液のｐＨもま
た、標準技術により測定した。”総ヨウ素”はヨウ素と
次亜ヨウ素酸の組み合わせである。これは”遊離ヨウ
素”と呼ばれる時もある。遊離ヨウ素の２つの成分は別
々に述べられることはほとんどない。というのは、それ
らを区別することは容易ではなく、また、ヨウ素によ
り、よく酸化される種もあれば、次亜ヨウ素酸によりよ
く酸化されるものもあるからである。しかしながら、ど
ちらの成分も酸化剤である。これらはｐＨの関数として
溶液中に存在する。ｐＨが低いと、溶液の平衡は高濃度
のヨウ素の生成側に移動する。ｐＨがあがるにつれ、平
衡もシフトし、より高濃度の次亜ヨウ素酸が得られる。
約７のｐＨでは、溶液は約５０％のヨウ素及び約５０％
の次亜ヨウ素酸となる。説明するすべての実施例に対
し、総ハロゲン濃度とｐＨを、排出生成物の流れにおい
て測定した。無数の移動部位（ＩＲ１２０‐０％Ｆｅ＋
３）を有するイオン交換材料は、イオン交換樹脂が充填
されていない従来のリアクターで生成されるのに比べ、
ヨウ素の生成を大きく増加させることがわかるであろ
う。１５％の移動部位が半導体接合（ＩＲ１２０‐１５
％Ｆｅ＋３）に変換された樹脂を環状空間に配置する
と、ヨウ素の生成は更に増加する。アノード部位を増加
させるのに、移動部位が有効であるだけでなく、半導体
接合もまた有効だからである。９５％の移動部位が半導
体接合（ＩＲ１２０‐９５％Ｆｅ＋３）に変換された樹
脂を環状空間に配置すると、ヨウ素の生成は装てんなし
と１５％の装てんの間に落ち込んだ。半導体接合の数が
増加されても移動部位の数が大きく制限されるので、こ
のように低い変換が起きたと考えられる。
に、通常の水の軟水化装置におけるように、並流で軟水
中の１０％ヨウ化カリウム溶液を樹脂に通すことによ
り、陽イオン樹脂の別々の床をカリウム型に再生し、陰
イオン樹脂の別の床をヨウ化物型に再生した。樹脂床は
その後、過剰のＫＩ溶液を洗浄した。５ミクロンの前‐
濾過で処理し、その後、炭素処理をして、公共の水道水
中に通常見られる有機物、塩素及びクロラミン化合物を
除去した水道水を連続して、最初に陽イオン樹脂床に、
それから陰イオン樹脂床に通し、約１００ｍｇ／リット
ルＫＩの供給溶液を得た。 （Ａ）１００ｍｇ／リットル ＫＩ供給溶液の連続的な
流れを、実施例４で説明した構造を有する充填床電解リ
アクターに、ＫＩ溶液を底から頂上までリアクターを通
すことにより、通し、ＫＩ溶液が毎分１リットルの流速
で電解リアクターを通るようにした。この実施例のアノ
ードとカソードの間の環状空間はカリウム型のＩＲ‐１
２０ ｐｌｕｓ 陽イオン樹脂で充填した。ＫＩ溶液を
充填床電解リアクターに通す間、制御電流をカソードと
アノードに適用した。 （Ｂ）アノードとカソードの間の環状空間を実施例１で
説明したように１５％のイオン交換部位がＦｅ+3半導体
接合に変換されたＩＲ‐１２０ ｐｌｕｓ 陽イオン樹
脂で充填することを除き、上記（Ａ）の手順を繰り返し
た。 （Ｃ）アノードとカソードの間の環状空間を実施例１で
説明したように９５％のイオン交換部位がＦｅ＋３半導
体接合に変換されたＩＲ‐１２０ ｐｌｕｓ陽イオン樹
脂で充填することを除き、上記（Ａ）の手順を繰り返し
た。 （Ｄ）アノードとカソードの間の環状空間をどの粒状イ
オン交換材料ででも充填しないことを除き、上記（Ａ）
の手順をまた繰り返した。この実施例はアノードとカソ
ードだけを使用する従来システムの比較例として働く。 手順（Ａ）‐（Ｄ）における電解工程の結果は図４及び
５に示す。図３は出てきた溶液の総ヨウ素濃度（ｍｇ／
リットル）を示し、図５は同じ溶液のｐＨを示す。それ
ぞれの実施例において、充填床電解リアクターから出て
きた溶液の総ヨウ素量は、各サンプル間で装置を脱イオ
ン水でブランクを取ることを除き、ヨウ素（０から７．
００ｍｇ／リットルまで）定量用の直示分光光度計モデ
ルＮｏ．ＤＲ／２０００を用いた、Ｈａｃｈ社のＤＰＤ
方法８０３１に従い、決定した。個々の溶液のｐＨもま
た、標準技術により測定した。”総ヨウ素”はヨウ素と
次亜ヨウ素酸の組み合わせである。これは”遊離ヨウ
素”と呼ばれる時もある。遊離ヨウ素の２つの成分は別
々に述べられることはほとんどない。というのは、それ
らを区別することは容易ではなく、また、ヨウ素によ
り、よく酸化される種もあれば、次亜ヨウ素酸によりよ
く酸化されるものもあるからである。しかしながら、ど
ちらの成分も酸化剤である。これらはｐＨの関数として
溶液中に存在する。ｐＨが低いと、溶液の平衡は高濃度
のヨウ素の生成側に移動する。ｐＨがあがるにつれ、平
衡もシフトし、より高濃度の次亜ヨウ素酸が得られる。
約７のｐＨでは、溶液は約５０％のヨウ素及び約５０％
の次亜ヨウ素酸となる。説明するすべての実施例に対
し、総ハロゲン濃度とｐＨを、排出生成物の流れにおい
て測定した。無数の移動部位（ＩＲ１２０‐０％Ｆｅ＋
３）を有するイオン交換材料は、イオン交換樹脂が充填
されていない従来のリアクターで生成されるのに比べ、
ヨウ素の生成を大きく増加させることがわかるであろ
う。１５％の移動部位が半導体接合（ＩＲ１２０‐１５
％Ｆｅ＋３）に変換された樹脂を環状空間に配置する
と、ヨウ素の生成は更に増加する。アノード部位を増加
させるのに、移動部位が有効であるだけでなく、半導体
接合もまた有効だからである。９５％の移動部位が半導
体接合（ＩＲ１２０‐９５％Ｆｅ＋３）に変換された樹
脂を環状空間に配置すると、ヨウ素の生成は装てんなし
と１５％の装てんの間に落ち込んだ。半導体接合の数が
増加されても移動部位の数が大きく制限されるので、こ
のように低い変換が起きたと考えられる。
【００４８】実施例６‐ヨウ化物イオンの酸化 流速を変化させることを除いては、実施例５（Ｂ）の手
順を繰り返した。図６は０．３リットル／分，０．５リ
ットル／分，０．７５リットル／分及び１．０リットル
／分の様々な流速での総ヨウ素濃度を示す。このデータ
から、リアクターを通る接触時間がヨウ素生成に影響す
ることがわかる。接触時間が長いほど、変換パーセント
が大きくなる。
順を繰り返した。図６は０．３リットル／分，０．５リ
ットル／分，０．７５リットル／分及び１．０リットル
／分の様々な流速での総ヨウ素濃度を示す。このデータ
から、リアクターを通る接触時間がヨウ素生成に影響す
ることがわかる。接触時間が長いほど、変換パーセント
が大きくなる。
【００４９】実施例７‐ヨウ化物イオンの酸化 アノードとカソード間の環状空間を、実施例２の手順に
より１％以下のイオン交換部位がＰｔ＋４半導体接合に
変換されたＩＲ‐１２０ Ｐｌｕｓ陽イオン樹脂で充填
することを除いては、実施例５（Ｂ）の手順を繰り返し
た。電解酸化された溶液の総ヨウ素濃度（ｍｇ／リット
ル）及びｐＨを図７に示す。図７のデータより、半導体
接合での電気触媒反応を容易にするために正しい対イオ
ンが選択されると、半導体接合に変換されるのに必要な
移動部位の数は少なくなることが示される。半導体接合
は現在、所望の反応に特に適しているからである。
より１％以下のイオン交換部位がＰｔ＋４半導体接合に
変換されたＩＲ‐１２０ Ｐｌｕｓ陽イオン樹脂で充填
することを除いては、実施例５（Ｂ）の手順を繰り返し
た。電解酸化された溶液の総ヨウ素濃度（ｍｇ／リット
ル）及びｐＨを図７に示す。図７のデータより、半導体
接合での電気触媒反応を容易にするために正しい対イオ
ンが選択されると、半導体接合に変換されるのに必要な
移動部位の数は少なくなることが示される。半導体接合
は現在、所望の反応に特に適しているからである。
【００５０】実施例８‐臭化物イオンの酸化 臭化ナトリウム（ＮａＢｒ）供給溶液を以下のように準
備した。最初に、通常の水の軟水化装置におけるよう
に、並流で軟水中の１０％臭化ナトリウム溶液を樹脂に
通すことにより、陽イオン樹脂の別々の床をナトリウム
型に再生し、陰イオン樹脂の別の床を臭化物型に再生し
た。樹脂床はその後、過剰のＮａＢｒ溶液を洗浄した。
５ミクロンの前‐濾過で処理し、その後、炭素処理をし
て、公共の水道水中に通常見られる有機物、塩素及びク
ロラミン化合物を除去した水道水を連続して、樹脂床通
し、約１００ｍｇ／リットルＮａＢｒの供給溶液を得
た。 （Ａ）供給溶液をＫＩ溶液ではなく前述のＮａＢｒ水溶
液とし、流速を変化させることを除いては、実施例５
（Ｂ）の手順を繰り返した。図８は０．３リットル／
分，０．５リットル／分，０．７５リットル／分及び
１．０リットル／分の様々な流速での総臭素濃度を示
す。 （Ｂ）ＫＩではなくＮａＢｒ供給溶液を使用し、０．３
リットル／分，０．５ リットル／分，０．７５ リ
ットル／分及び１．０ リットル／分の流速での総臭素
濃度を測定することを除いては、実施例７の手順を繰り
返した。得られた結果を図９に示す。 （Ｃ）溶液をＫＩ溶液ではなくＮａＢｒ水溶液としたこ
とを除いては、実施例５（Ｄ）の手順を繰り返した。再
び、ＮａＢｒ溶液の流速を変化させ、０．３リットル／
分，０．５ リットル／分，０．７５ リットル／分及
び１．０ リットル／分の流速に対する比較結果を得
た。従来の、非充填電解リアクターを用いて得られた結
果を図１０に示す。 上記実施例のそれぞれにおいて、総臭素濃度は、各サン
プル間で装置を脱イオン水でブランクを取ることを除
き、臭素（０から４．５０ｍｇ／リットルまで）定量用
の直示分光光度計モデルＮｏ．ＤＲ／２０００を用い
た、Ｈａｃｈ社のＤＰＤ方法８０３１に従い、決定し
た。総ヨウ素濃度の場合と同様に、”総臭素”はヨウ素
と次亜ヨウ素酸の組み合わせである。これは”遊離ヨウ
素”と呼ばれる時もある。水溶液中のヨウ素及び次亜ヨ
ウ素酸に関する上記論議及びｐＨを変化させたときのそ
れらの相対的な濃度は臭素及び次亜臭素酸に同様に当て
はまる。これらの臭化物対臭素の実施例から、本発明
は、実施例５、６及び７で示したヨウ化物のヨウ素への
変換と同様にこの種に対してもうまく作用することがわ
かるであろう。更に、図９に示された結果と図７及び８
に示された結果を比較することにより、充填していない
従来のリアクターを用いた旧知の技術は、使用した流速
に関係なく、本発明より大きく劣っていることがわかる
であろう。実際、本発明はすべての流速及びアンペアレ
ベルで 過酸化水素水溶液の電解還元以下の例は水溶
液中の過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）の制御還元のための、本発
明の電解方法を説明するものである。実施例において、
上述の実施例４で説明し、図２及び１１で図示した電解
リアクターを用いて、同じ組の条件で、試験をした。水
はすべて７７°Ｆの温度とし、溶液はすべてリアクター
を通って上方に流れるようにした。Ｈ2Ｏ2の入り口濃度
は８６ｍｇ／リットルとした。図１２において示したグ
ラフは特異的な流速と電流での異なる充填の結果を図示
したものである。
備した。最初に、通常の水の軟水化装置におけるよう
に、並流で軟水中の１０％臭化ナトリウム溶液を樹脂に
通すことにより、陽イオン樹脂の別々の床をナトリウム
型に再生し、陰イオン樹脂の別の床を臭化物型に再生し
た。樹脂床はその後、過剰のＮａＢｒ溶液を洗浄した。
５ミクロンの前‐濾過で処理し、その後、炭素処理をし
て、公共の水道水中に通常見られる有機物、塩素及びク
ロラミン化合物を除去した水道水を連続して、樹脂床通
し、約１００ｍｇ／リットルＮａＢｒの供給溶液を得
た。 （Ａ）供給溶液をＫＩ溶液ではなく前述のＮａＢｒ水溶
液とし、流速を変化させることを除いては、実施例５
（Ｂ）の手順を繰り返した。図８は０．３リットル／
分，０．５リットル／分，０．７５リットル／分及び
１．０リットル／分の様々な流速での総臭素濃度を示
す。 （Ｂ）ＫＩではなくＮａＢｒ供給溶液を使用し、０．３
リットル／分，０．５ リットル／分，０．７５ リ
ットル／分及び１．０ リットル／分の流速での総臭素
濃度を測定することを除いては、実施例７の手順を繰り
返した。得られた結果を図９に示す。 （Ｃ）溶液をＫＩ溶液ではなくＮａＢｒ水溶液としたこ
とを除いては、実施例５（Ｄ）の手順を繰り返した。再
び、ＮａＢｒ溶液の流速を変化させ、０．３リットル／
分，０．５ リットル／分，０．７５ リットル／分及
び１．０ リットル／分の流速に対する比較結果を得
た。従来の、非充填電解リアクターを用いて得られた結
果を図１０に示す。 上記実施例のそれぞれにおいて、総臭素濃度は、各サン
プル間で装置を脱イオン水でブランクを取ることを除
き、臭素（０から４．５０ｍｇ／リットルまで）定量用
の直示分光光度計モデルＮｏ．ＤＲ／２０００を用い
た、Ｈａｃｈ社のＤＰＤ方法８０３１に従い、決定し
た。総ヨウ素濃度の場合と同様に、”総臭素”はヨウ素
と次亜ヨウ素酸の組み合わせである。これは”遊離ヨウ
素”と呼ばれる時もある。水溶液中のヨウ素及び次亜ヨ
ウ素酸に関する上記論議及びｐＨを変化させたときのそ
れらの相対的な濃度は臭素及び次亜臭素酸に同様に当て
はまる。これらの臭化物対臭素の実施例から、本発明
は、実施例５、６及び７で示したヨウ化物のヨウ素への
変換と同様にこの種に対してもうまく作用することがわ
かるであろう。更に、図９に示された結果と図７及び８
に示された結果を比較することにより、充填していない
従来のリアクターを用いた旧知の技術は、使用した流速
に関係なく、本発明より大きく劣っていることがわかる
であろう。実際、本発明はすべての流速及びアンペアレ
ベルで 過酸化水素水溶液の電解還元以下の例は水溶
液中の過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）の制御還元のための、本発
明の電解方法を説明するものである。実施例において、
上述の実施例４で説明し、図２及び１１で図示した電解
リアクターを用いて、同じ組の条件で、試験をした。水
はすべて７７°Ｆの温度とし、溶液はすべてリアクター
を通って上方に流れるようにした。Ｈ2Ｏ2の入り口濃度
は８６ｍｇ／リットルとした。図１２において示したグ
ラフは特異的な流速と電流での異なる充填の結果を図示
したものである。
【００５１】実施例９‐過酸化水素の還元 １５リットルの軟化させ、濾過させ、脱塩素化させた水
道水中に５０ｍリットルの３％Ｈ2Ｏ2を入れて、８６ｍ
ｇ／リットルＨ2Ｏ2供給溶液を準備した。オゾン試験を
用いて、ＨａｃｈＤＲ‐２０００分光光度計で溶液の試
験をした。過酸化水素に対する直接の試験は知られてお
らず、オゾン試験が使用され、結果に１０がかけられ
た。このようにして試験した溶液は８６ｍｇ／リットル
Ｈ2Ｏ2濃度を示した。 （Ａ）８６ｍｇ／リットル Ｈ2Ｏ2供給溶液の連続的な
流れを、実施例４で説明した構造を有する充填床電解リ
アクターに、Ｈ2Ｏ2溶液を底から頂上までリアクターを
通すことにより、通し、Ｈ2Ｏ2溶液が１００ミリリット
ル／リットルの流速で電解リアクターを通るようにし
た。この実施例のアノードとカソードの間の環状空間
は、実施例３で説明したように１５％のイオン交換部位
がＳＰＳ半導体接合に変換されたＲｏｈｍ ａｎｄ Ｈ
ａａｓ ＩＲＡ ４１０ のＩＩ型陰イオン樹脂で充填
した。Ｈ2Ｏ2溶液を充填床電解リアクターに通す間、制
御電流をカソードとアノードに適用した。 （Ｂ）アノードとカソード間の環状空間を改質していな
いＲｏｈｍ ａｎｄＨａａｓ ＩＲＡ ４１０ ＩＩ型
陰イオン樹脂で充填することを除いては、上記（Ａ）
の手順を繰り返した。 （Ｃ）アノードとカソードの間の環状空間をどの粒状イ
オン交換材料ででも充填しないことを除き、上記（Ａ）
の手順を繰り返した。この実施例はアノードとカソード
だけを使用する従来システムの比較例として働く。 手順（Ａ）‐（Ｃ）における電解工程の結果は図１２に
示す。それぞれの実施例において、充填床電解リアクタ
ーから出てきた溶液の総Ｈ2Ｏ2量は、各サンプル間で装
置を脱イオン水でブランクを取ることを除き、オゾン
（０から１．４ｍｇ／リットルまで）定量用の直示分光
光度計モデルＮｏ．ＤＲ／２０００を用いた、Ｈａｃｈ
社のＤＰＤ方法８１７７に従い、決定した。結果に１０
をかけて、オゾン値をＨ2Ｏ2値に変換した。無数の移動
部位を有する陰イオン交換材料（非改質ＩＩ型樹脂）
は、イオン交換樹脂が充填されていない従来のリアクタ
ーに比べ還元反応を大きく改善することがわかるであろ
う。１５％の移動部位が半導体接合に変換された樹脂
（１５％ＳＰＳを有するＩＩ型樹脂）を環状空間に配置
すると、還元は更に改善される。カソード部位を増加さ
せるのに、移動部位が有効であるだけでなく、半導体接
合もまた有効だからである。イオン交換材料は、電解リ
アクター中で電極間に（及び周りに）密に充填し、イオ
ン交換材料粒子自体及び電極間との密接な接触を確実に
することが好ましい。この密接な接触により、酸化であ
ろうと還元であろうと、確実に変換の効率を最も高くで
きる。しかしながら、この発明の一部として、イオン交
換材料の隙間の多い充填も適当な条件では使用すること
ができると考えられる。システムに対し最も高い総合効
率を達成することは必ずしも必要ないが、この発明によ
り得られる利益がなお達成することができるので、隙間
の多い充填を採用することのできる状況があるかもしれ
ない。
道水中に５０ｍリットルの３％Ｈ2Ｏ2を入れて、８６ｍ
ｇ／リットルＨ2Ｏ2供給溶液を準備した。オゾン試験を
用いて、ＨａｃｈＤＲ‐２０００分光光度計で溶液の試
験をした。過酸化水素に対する直接の試験は知られてお
らず、オゾン試験が使用され、結果に１０がかけられ
た。このようにして試験した溶液は８６ｍｇ／リットル
Ｈ2Ｏ2濃度を示した。 （Ａ）８６ｍｇ／リットル Ｈ2Ｏ2供給溶液の連続的な
流れを、実施例４で説明した構造を有する充填床電解リ
アクターに、Ｈ2Ｏ2溶液を底から頂上までリアクターを
通すことにより、通し、Ｈ2Ｏ2溶液が１００ミリリット
ル／リットルの流速で電解リアクターを通るようにし
た。この実施例のアノードとカソードの間の環状空間
は、実施例３で説明したように１５％のイオン交換部位
がＳＰＳ半導体接合に変換されたＲｏｈｍ ａｎｄ Ｈ
ａａｓ ＩＲＡ ４１０ のＩＩ型陰イオン樹脂で充填
した。Ｈ2Ｏ2溶液を充填床電解リアクターに通す間、制
御電流をカソードとアノードに適用した。 （Ｂ）アノードとカソード間の環状空間を改質していな
いＲｏｈｍ ａｎｄＨａａｓ ＩＲＡ ４１０ ＩＩ型
陰イオン樹脂で充填することを除いては、上記（Ａ）
の手順を繰り返した。 （Ｃ）アノードとカソードの間の環状空間をどの粒状イ
オン交換材料ででも充填しないことを除き、上記（Ａ）
の手順を繰り返した。この実施例はアノードとカソード
だけを使用する従来システムの比較例として働く。 手順（Ａ）‐（Ｃ）における電解工程の結果は図１２に
示す。それぞれの実施例において、充填床電解リアクタ
ーから出てきた溶液の総Ｈ2Ｏ2量は、各サンプル間で装
置を脱イオン水でブランクを取ることを除き、オゾン
（０から１．４ｍｇ／リットルまで）定量用の直示分光
光度計モデルＮｏ．ＤＲ／２０００を用いた、Ｈａｃｈ
社のＤＰＤ方法８１７７に従い、決定した。結果に１０
をかけて、オゾン値をＨ2Ｏ2値に変換した。無数の移動
部位を有する陰イオン交換材料（非改質ＩＩ型樹脂）
は、イオン交換樹脂が充填されていない従来のリアクタ
ーに比べ還元反応を大きく改善することがわかるであろ
う。１５％の移動部位が半導体接合に変換された樹脂
（１５％ＳＰＳを有するＩＩ型樹脂）を環状空間に配置
すると、還元は更に改善される。カソード部位を増加さ
せるのに、移動部位が有効であるだけでなく、半導体接
合もまた有効だからである。イオン交換材料は、電解リ
アクター中で電極間に（及び周りに）密に充填し、イオ
ン交換材料粒子自体及び電極間との密接な接触を確実に
することが好ましい。この密接な接触により、酸化であ
ろうと還元であろうと、確実に変換の効率を最も高くで
きる。しかしながら、この発明の一部として、イオン交
換材料の隙間の多い充填も適当な条件では使用すること
ができると考えられる。システムに対し最も高い総合効
率を達成することは必ずしも必要ないが、この発明によ
り得られる利益がなお達成することができるので、隙間
の多い充填を採用することのできる状況があるかもしれ
ない。
【００５２】前述の説明及び図面はこの発明を説明する
にすぎないと考えるべきである。この発明の多くの適用
が当業者には容易に考えつくので、この発明を、開示し
た特異的な実施例または図示し説明した厳密な構成と作
用に限定するの望ましくない。むしろ、この発明の範囲
内において、適当な改善や同等なものはすべて行うこと
ができる。
にすぎないと考えるべきである。この発明の多くの適用
が当業者には容易に考えつくので、この発明を、開示し
た特異的な実施例または図示し説明した厳密な構成と作
用に限定するの望ましくない。むしろ、この発明の範囲
内において、適当な改善や同等なものはすべて行うこと
ができる。
【図１】 本発明にかかる基本的な充填床電解リアクタ
ーの断面図を示す。
ーの断面図を示す。
【図２】 本発明にかかる別の基本的な充填床電解リア
クターの断面図を示す。
クターの断面図を示す。
【図３】 本発明にかかる電解リアクターの別の実施例
の断面図を示す。
の断面図を示す。
【図４】 様々に装てんされたイオン交換材料を使用し
た本発明の方法、及び従来の方法によるヨウ化物水溶液
の酸化により生成した、ヨウ素濃度対電流を示すグラフ
である。
た本発明の方法、及び従来の方法によるヨウ化物水溶液
の酸化により生成した、ヨウ素濃度対電流を示すグラフ
である。
【図５】 様々に装てんされたイオン交換材料を使用し
た本発明の方法、及び従来の方法により生成された酸化
ヨウ化物水溶液のｐＨ対電流を示すグラフである。
た本発明の方法、及び従来の方法により生成された酸化
ヨウ化物水溶液のｐＨ対電流を示すグラフである。
【図６】 様々な流速で本発明の方法により生成された
酸化ヨウ化物水溶液のヨウ化物濃度対電流を示すグラフ
である。
酸化ヨウ化物水溶液のヨウ化物濃度対電流を示すグラフ
である。
【図７】 本発明の方法により生成された酸化ヨウ化物
水溶液のｐＨ対電流を示すグラフである。
水溶液のｐＨ対電流を示すグラフである。
【図８】 イオン交換材料が鉄対イオンとの半導体接合
を含む、様々な流速での本発明の方法により生成された
酸化臭素溶液の臭素濃度対電流を示すグラフである。
を含む、様々な流速での本発明の方法により生成された
酸化臭素溶液の臭素濃度対電流を示すグラフである。
【図９】 イオン交換材料が少量部の白金対イオンとの
半導体接合を含む、様々な流速での本発明の方法により
生成された酸化臭素溶液の臭素濃度対電流を示すグラフ
である。
半導体接合を含む、様々な流速での本発明の方法により
生成された酸化臭素溶液の臭素濃度対電流を示すグラフ
である。
【図１０】 様々な流速での従来の方法により生成され
た酸化臭素溶液の臭素濃度対電流を示すグラフである。
た酸化臭素溶液の臭素濃度対電流を示すグラフである。
【図１１】 図２により構成され、図４‐１０において
説明された結果を示すテストに関連して使用された電解
リアクターの分解透視図を示す。
説明された結果を示すテストに関連して使用された電解
リアクターの分解透視図を示す。
【図１２】 様々に装てんされたイオン交換材料を使用
した本発明の方法、及び従来の方法による過酸化水素水
溶液の還元により生成した、過酸化水素濃度対電流を示
すグラフである。
した本発明の方法、及び従来の方法による過酸化水素水
溶液の還元により生成した、過酸化水素濃度対電流を示
すグラフである。
【符号の説明】 １０、２０ 充填床電解リアクター １２、２２ アノード １４、２４ カソード １６、２６ イオン交換材料 ２８ イオン交換膜 ３０ アノードチャンバ ３２ カソードチャンバ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年１１月９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３３】半導体接合での水分解反応を別の観点から
見ると、接合で酸化されるまたは酸化されうるものがな
にもなければ、水素イオン（Ｈ+）及びヒドロキシルイ
オン（ＯＨ-）が形成される。水素イオンは平衡に対し
過剰にあり、半導体接合により占められていない移動部
位上に位置する移動カチオンをイオン的に置換すること
ができる。水分解反応が進むにつれ、より多くの移動カ
チオンが置換され、移動部位のほとんどが水素型に変換
される。逆の反応がアニオン樹脂上で起き、そこでは、
半導体接合が還元の性質を有し、過剰のヒドロキシルイ
オンは隣接した移動部位上に位置する移動アニオンを置
換することができる。置換反応の結果、内部で生成され
る薬品によりイオン交換材料が”再生成”される。水の
分解からの反応は以下の通りである。
見ると、接合で酸化されるまたは酸化されうるものがな
にもなければ、水素イオン（Ｈ+）及びヒドロキシルイ
オン（ＯＨ-）が形成される。水素イオンは平衡に対し
過剰にあり、半導体接合により占められていない移動部
位上に位置する移動カチオンをイオン的に置換すること
ができる。水分解反応が進むにつれ、より多くの移動カ
チオンが置換され、移動部位のほとんどが水素型に変換
される。逆の反応がアニオン樹脂上で起き、そこでは、
半導体接合が還元の性質を有し、過剰のヒドロキシルイ
オンは隣接した移動部位上に位置する移動アニオンを置
換することができる。置換反応の結果、内部で生成され
る薬品によりイオン交換材料が”再生成”される。水の
分解からの反応は以下の通りである。
【数１】 このため、イオン交換材料は、直流電界中で電極間また
はイオン選択膜間に配置することができ、内部で発生し
た水素及びヒドロキシルイオンにより適所でそれらの材
料を再生成することができた。これらの材料はカチオン
及びアニオン交換材料の混合物中、またはカチオン材料
及びアニオン材料の別々の層で配置することができる。
このような材料の配置は混合床イオン交換システム及び
分離床イオン交換システムと類似している。
はイオン選択膜間に配置することができ、内部で発生し
た水素及びヒドロキシルイオンにより適所でそれらの材
料を再生成することができた。これらの材料はカチオン
及びアニオン交換材料の混合物中、またはカチオン材料
及びアニオン材料の別々の層で配置することができる。
このような材料の配置は混合床イオン交換システム及び
分離床イオン交換システムと類似している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アリソン・ホーキンス・サンプソン アメリカ合衆国78231テキサス州サン・ア ントニオ、シャバノ・ドライブ107番
Claims (45)
- 【請求項１】 アノード、カソード及び該アノードとカ
ソードの間に充填された粒状イオン交換材料からなる床
を含み、該イオン交換材料は上記アノードとカソードの
両方に物理的に接触している充填床電解リアクター。 - 【請求項２】 上記粒状イオン交換材料は陽イオン交換
材料または陰イオン交換材料である請求項１記載の充填
床電解リアクター。 - 【請求項３】 上記粒状イオン交換材料は陰イオン及び
陽イオン交換材料の混合物である請求項１記載の充填床
リアクター。 - 【請求項４】 上記粒状イオン交換材料からなる床は、
イオン交換材料を含む少なくとも２つのチャンバを備
え、該チャンバはイオン交換膜によって分離され、上記
チャンバのおのおのの粒状イオン交換材料はアノードと
カソードの少なくとも１つに接触している請求項１記載
の充填床リアクター。 - 【請求項５】 総イオン交換部位の一部が、水溶液中の
直流電位の影響下でフリーラジカルを形成させるのに十
分な該イオン交換部位に不変的に対イオンを結合させる
ことにより、半導体接合に変換されている粒状イオン交
換材料。 - 【請求項６】 上記材料は陽イオン交換材料であり、形
成されるフリーラジカルはヒドロキシルである請求項５
記載の粒状イオン交換材料。 - 【請求項７】 上記粒状イオン交換材料が、強酸ポリス
チレンジビニルベンゼン架橋陽イオン交換樹脂、弱酸ポ
リスチレンジビニルベンゼン架橋陽イオン交換樹脂、イ
ミノ二酢酸ポリスチレンジビニルベンゼン架橋キレート
選択陽イオン交換樹脂、強酸パーフルオロスルホン化陽
イオン交換樹脂および自然に生じる陽イオン交換体から
成る群から選択される請求項５記載の粒状イオン交換材
料。 - 【請求項８】 上記イオン交換材料は陽イオン交換材料
であり、上記半導体接合は該陽イオン交換材料に不変的
に結合された多価金属陽イオンにより形成される請求項
５記載の粒状イオン交換材料。 - 【請求項９】 上記多価金属陽イオンは電気触媒である
請求項８記載の粒状イオン交換材料。 - 【請求項１０】 上記材料は陰イオン交換材料であり、
形成されるフリーラジカルは水素である請求項５記載の
粒状イオン交換材料。 - 【請求項１１】上記イオン交換材料は、強塩基ポリスチ
レンジビニルベンゼン架橋Ｉ型陰イオン交換体、弱塩基
ポリスチレンジビニルベンゼン架橋陰イオン交換体、強
塩基／弱塩基ポリスチレンジビニルベンゼン架橋ＩＩ型
陰イオン交換体、強塩基／弱塩基アクリル陰イオン交換
体、強塩基パーフルオロアミノ化陰イオン交換体および
自然に生じる陰イオン交換体から成る群から選択される
請求項５記載の粒状イオン交換材料。 - 【請求項１２】 上記イオン交換材料は陰イオン交換材
料であり、上記半導体接合は該陰イオン交換材料に不変
的に結合された多価陰イオンにより形成される請求項５
記載の粒状イオン交換材料。 - 【請求項１３】 上記粒状イオン交換材料は、該イオン
交換材料の一部に不変的に結合された対イオンにより形
成される活性半導体接合を有する請求項１記載の充填床
電解リアクター。 - 【請求項１４】 上記粒状イオン交換材料は改質された
陽イオン交換樹脂である請求項１３記載の電解リアクタ
ー。 - 【請求項１５】 上記イオン交換材料は陽イオン交換材
料であり、上記半導体接合は該陽イオン交換材料に不変
的に結合された多価金属陽イオンにより形成される請求
項１３記載の電解リアクター。 - 【請求項１６】 上記イオン交換材料は陰イオン交換材
料であり、上記半導体接合は該陰イオン交換材料に不変
的に結合された多価陰イオンにより形成される請求項１
３記載の電解リアクター。 - 【請求項１７】 上記粒状イオン交換材料からなる床
は、イオン交換材料を含む少なくとも２つのチャンバを
備え、該チャンバはイオン交換膜によって分離され、上
記チャンバのおのおのの粒状イオン交換材料はアノード
とカソードの少なくとも１つに接触しており、上記チャ
ンバの少なくとも１つは、その上に半導体接合を有する
上記イオン交換材料を含む請求項１３記載の電解リアク
ター。 - 【請求項１８】 上記床は、その上に設けられた半導体
接合を有するイオン交換材料を含む少なくとも２つのチ
ャンバを備えた請求項１７記載の電解リアクター。 - 【請求項１９】 希薄水溶液中の種を酸化するための電
解方法であって、該方法が、 酸化される上記種を含む供給水溶液を、アノードとカソ
ードの間に挿入された粒状の改質陽イオン交換材料の単
一床に通す工程を含み、改質陽イオン交換材料の該床が
上記アノードとカソードの両方に接触しており、更に、 アノード及びカソード間に直流を適用する工程と、 上記供給水溶液を上記床に、上記種の少なくとも一部が
上記改質陽イオン交換材料により酸化される時間の間、
接触させ、上記水溶液が酸化型の種を含むようにする工
程と、 上記の酸化された種を含む水溶液を回収する工程とを含
む電解方法。 - 【請求項２０】 上記酸化される種は有機種または無機
種である請求項１９記載の電解方法。 - 【請求項２１】 酸化される上記無機種はハロゲン化物
である請求項２０記載の無機種を酸化するための電解方
法。 - 【請求項２２】 上記供給水溶液中の上記ハロゲン化物
の濃度は１５００ｍｇ／ｌ以下である請求項２１記載の
方法。 - 【請求項２３】 上記改質陽イオン交換材料は、該陽イ
オン交換材料に不変的に結合された陽イオン種により形
成される活性半導体接合を有する請求項１９記載の方
法。 - 【請求項２４】 上記半導体接合は上記陽イオン交換材
料に不変的に結合された多価金属陽イオンにより形成さ
れる請求項２３記載の方法。 - 【請求項２５】 上記供給水溶液を上記床に通す工程は
該供給水溶液を少なくとも２つのチャンバに通すことを
含み、該チャンバのそれぞれが上記アノードとカソード
に接触した粒状改質陽イオン交換材料を含み、該チャン
バは互いに陽イオン交換膜により分離されている請求項
１９記載の方法。 - 【請求項２６】 飲料水供給所、配水所、冷却塔及び水
泳プールにおいて大量使用される希薄水溶液の現場ハロ
ゲン処理のための方法であって、該方法が、 ハロゲン化物塩を上記水溶液の少なくとも一部に添加す
る工程と、 上記ハロゲン化物塩を含む上記水溶液の上記少なくとも
一部を、アノード及びカソード間に直流が適用される電
解リアクターのアノードとカソード間に挿入された粒状
改質陽イオン交換材料の単一床と、該改質陽イオン交換
材料中にフリーラジカルが形成され、上記ハロゲン化物
塩の少なくとも一部が上記改質陽イオン交換材料により
ハラス酸に酸化される時間の間、接触させる工程とを含
み、その後ハラス酸が上記希薄水溶液中の望ましくない
汚染物を酸化する方法。 - 【請求項２７】 上記電解リアクターを上記希薄水溶液
の処理のために好都合な現場位置に配置する請求項２６
記載の方法。 - 【請求項２８】 上記ハラス酸により上記希薄水溶液中
で酸化される望ましくない汚染物は無機及び有機汚染物
を含む請求項２６記載の方法。 - 【請求項２９】 上記改質陽イオン交換材料は該陽イオ
ン交換材料に不変的に結合された陽イオン種により形成
される活性半導体接合を有する請求項２６記載の方法。 - 【請求項３０】 上記処理される希薄水溶液は市の飲料
給水である請求項２６記載の方法。 - 【請求項３１】 飲料給水所、配水所、冷却塔及び水泳
プールにおいて大量使用される希薄水溶液の現場ハロゲ
ン処理のためのシステムであって、該システムが、 上記水溶液の少なくとも一部を通常の流れから、近くの
電解リアクターのアノードとカソード間に介在させた、
それらと直接接触する粒状の改質陽イオン交換材料の単
一の床まで移送させる手段と、 アノード及びカソード間に直流電流を適用する電気的手
段と、 上記移送される水溶液を上記床に接触させ、該水溶液中
のハロゲン化物塩の少なくとも一部を上記改質陽イオン
交換材料によりハラス酸にまで酸化するための手段と、 上記移送させた水溶液をその通常の流れにまでもどし、
上記処理される希薄水溶液中の望ましくない汚染物質を
酸化させ、または微生物汚染を制御するための手段とを
含むシステム。 - 【請求項３２】 上記改質陽イオン交換材料は該陽イオ
ン交換材料に不変的に結合された陽イオン種により形成
される活性半導体接合を有する請求項３１記載のシステ
ム。 - 【請求項３３】 希薄水溶液中の種を酸化するための電
解方法であって、該方法が、 酸化される上記種を含む供給水溶液を、アノードとカソ
ードの間に挿入された粒状の改質陽イオン交換材料の単
一床に通す工程を含み、そこでは改質陽イオン交換材料
の該床が上記アノードには直接接触し、陽イオン交換膜
により上記カソードからは分離されており、更に、 アノード及びカソード間に直流を適用する工程と、 上記供給水溶液を上記床に、上記種の少なくとも一部が
上記改質陽イオン交換材料により酸化される時間の間、
接触させ、上記水溶液が酸化型の種を含むようにする工
程と、 上記の酸化された種を含む水溶液を回収する工程とを含
む電解方法。 - 【請求項３４】 希薄水溶液中の種を還元するための電
解方法であって、該方法が、 還元される上記種を含む供給水溶液を、アノードとカソ
ードの間に介在させた粒状の改質陰イオン交換材料の単
一床に通す工程を含み、そこでは改質陰イオン交換材料
の該床が上記アノード及びカソードの両方に接触してお
り、更に、 アノード及びカソード間に直流を適用する工程と、 上記供給水溶液を上記床に、上記種の少なくとも一部が
上記改質陰イオン交換材料により還元される時間の間、
接触させ、上記水溶液が還元型の種を含むようにする工
程と、 上記の還元された種を含む水溶液を回収する工程とを含
む電解方法。 - 【請求項３５】 上記還元される種は有機種または無機
種である請求項３４記載の電解方法。 - 【請求項３６】 上記還元される無機種はハレートであ
る請求項３５記載の電解方法。 - 【請求項３７】 上記改質陰イオン交換材料は、該陰イ
オン交換材料に不変的に結合された陰イオン種により形
成される活性半導体接合を有する請求項３４記載の方
法。 - 【請求項３８】 上記半導体接合は上記陰イオン交換材
料に不変的に結合された多価陰イオンにより形成される
請求項３７記載の方法。 - 【請求項３９】 上記供給水溶液を上記床に通す工程
は、該供給水溶液を少なくとも２つのチャンバに通すこ
とを含み、該チャンバのそれぞれが上記アノードとカソ
ードに接触した粒状改質陰イオン交換材料を含み、該チ
ャンバは互いに陰イオン交換膜により分離されている請
求項３４記載の方法。 - 【請求項４０】 希薄水溶液中の種を還元するための電
解方法であって、該方法が、 還元される上記種を含む供給水溶液を、アノードとカソ
ードの間に介在させた粒状の改質陰イオン交換材料の単
一床に通す工程を含み、そこでは改質陰イオン交換材料
の該床が上記カソードには直接接触し、陰イオン交換膜
により上記アノードからは分離されており、更に、 アノード及びカソード間に直流を適用する工程と、 上記供給水溶液を上記床に、上記種の少なくとも一部が
上記改質陰イオン交換材料により還元される時間の間、
接触させ、上記水溶液が還元型の種を含むようにする工
程と、 上記の還元された種を含む水溶液を回収する工程とを含
む電解方法。 - 【請求項４１】 電解により水を分解しフリーラジカル
を発生させるための方法であって、該方法が、 アノードとカソードの間に挿入され、それらに接触させ
た粒状イオン交換材料の床に水を通す工程を含み、該イ
オン交換材料がそのイオン交換材料に不変的に結合され
た対イオンにより形成される活性半導体接合を有し、更
に、 アノード及びカソード間に直流を適用する工程と、 上記水を上記床に、フリーラジカルを発生させのに十分
な時間、接触させる工程と、 フリーラジカル反応の反応生成物を含む水を回収する工
程とを含む方法。 - 【請求項４２】 イオン交換材料は陽イオン交換材料で
あり、フリーラジカルヒドロキシルが形成される請求項
４１記載の方法。 - 【請求項４３】 イオン交換材料は陰イオン交換材料で
あり、フリーラジカル水素が形成される請求項４１記載
の方法。 - 【請求項４４】 水溶液の流れの処理のための粒状イオ
ン交換材料を含み、該材料の総イオン交換部位の一部が
半導体接合に変換されており、更に上記半導体接合によ
り上記材料を電解再生するための、該材料中に埋め込ま
れた電極を用いた電解回路を含む自己再生可能なイオン
交換体。 - 【請求項４５】 水溶液の流れを粒状イオン交換材料に
通し該材料からのイオンを該流れの中のイオンと交換す
る工程を含み、該材料の総イオン交換部位の一部が半導
体接合に変換されており、更に、 上記材料中に埋め込まれた電極を用い、上記半導体接合
によりイオン交換材料を電解再生する工程を含むイオン
交換のための方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US141675 | 1993-10-27 | ||
| US08/141,675 US5419816A (en) | 1993-10-27 | 1993-10-27 | Electrolytic process and apparatus for the controlled oxidation of inorganic and organic species in aqueous solutions |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07268675A true JPH07268675A (ja) | 1995-10-17 |
Family
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