JPS6012107A - 電気透析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、イオン交換脱法透析装置（以下、−透析装置
と記す）に使用するスペーサーに関し、詳しくは、特定
な接触角を有するスペーサーで、電気透析装置あるいは
拡散透析装置に用いることにより、透析電力の低減及び
透析性能の向上を図る゛　ものである。

従来、陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜を交互に多数
配列して、その間に形成された透析室に各種溶液を通液
して電流を印加する電気透析法、あるいは陰イオン交換
膜のみを多数配列し電流を用いない拡散透析法により溶
液の濃縮、脱塩、分離精製を行なうことが広〈実施され
ている。

上記透析装置においては、透析室の厚みを均一に保ち、
溶液の淀みを防止し、液の流れを均一にする目的で一イ
オン交換膜によって形成される透析室内に一般にスペニ
サーが用いられる。また、かかるスペーサーは、限界電
流密度を高くし濃度分極による水分解、あるいはセラコ
ラや水酸化マグネシウム等の難溶性塩の過剰濃縮による
スケール析出を防止し長期間の安定運転ができること、
溶液の流動圧損の低いこと、膜の有効面積を下けぬこと
、供給液中に含まれる微細な濁質による流路の閉塞が少
ないこと、取Ｕ扱い易いことなど多岐にわたる非常に厳
しい要求を満足するものが望まれる。しかしながら、現
在、工業的に用いられているスペーサーは、一般にデリ
グロビレン、塩化ビニル、ポリエチレン等の熱可塑性樹
脂よりなるもので、該スペーサーでは上記要件をすべて
満足しているとは言いがたく、実用的に不備な点を少な
からず有している。例えば、電気透析装置において透析
室にスペーサーを挿入した場合には、膜の有効面積が低
下するため、挿入しない場合に比較して透析電力が５１
以上、時によってはりθチ程度に増大する。膜の有効面
積を上ける対策として、例えば〒工業的に汎用されてい
る斜交細のスペーサーでは、網を構成するプラスチック
単糸の太さを細くする方ｉや単糸の間隔を広くして網目
の寸法を大きくする方法等が考えられる。単糸の太さを
細くする方法では、（従系と横糸の欠点の厚みが減少し
王宮な膜間隔を保持できないばかりでなく、限界電流密
度が低下するため低電流で運転をしなければならず、装
置規模が大きくなるため実用的でない。またスペーサー
は高い製作精度が要求され、一般に工業的に用いられて
いる厚み０、Ｓ〜コ■をさらに薄くすることは困難であ
る〇一方、グラスチック単糸の間隔を広くし網目の寸法
を大きくする方法では、限界電流密度が低下し一上述し
たような欠点が生じる。拡散透析装置においても、前述
した電気透析装置の場合と同様であり、透析性能が低下
する０ 従って、電気透析法においては、透析電力を低減せしめ
、また、拡散透析法においては酸の透析性能を向上せし
める様な適切なスペーサーを見出すことが、透析装置に
よる効果的た処理を行なうために極めて重要な課題であ
る。

本発明者等は上記した課鵬に鑑み、種々検討した結果、
スペーサー表面の濡れ特性、即ち接触角と透析電力及び
透析性能との間に重要な関係があることが判り、特定の
スペーサー管用いΣことに１９上記問題が解決出来るこ
とを見出し、本発明を提案するに至った。即ち、本発明
はスペーサーと水との接触角が３３度以下であることを
特徴とする透析装態用スペーサーである。

本発明におけるスペーサーと水との接触角の測定は従来
より公知の方法がそのまま採用されるが、スペーサー形
状が網状のものでは正確な接勢角の測定が困難であるの
で、接触角測定用のテストピースとして、スペーサーと
同一材料にて平版試料を作り鏡面仕上けを行ない、２！
；Ｃにおける水との接触角を測定する。

以下に述べるスペーサーの接触角とは、すべて上記方法
によりめたもの會いう。

本発明においてはスペーサーの接触角が３３度以下であ
ることが特徴で、接触角がｇＳ度以上のスペーサーでは
、透析電力の低減や透析性能の向上効果が十分でなく、
本発明の目的を達成しない。

なお、スペーサーの接触角が余りに低い場合ＶＣは、本
発明の目的とする効果がそれ以上に達成されず、逆に以
下に述べるようなスペーサー基材に親水処理を施して接
触角を低減させる方法では、処理時間が長くなったり、
得られるスペーサーめ機械的強度が低減する等の問題が
生じるため材ＩＪＪＬ等ンζ工υ適宜選足する必要があ
る。

本発明のスペーサーは上記した接触角を満足するもので
あれば特に制限されるものではない。例えば、ナイロン
、ポリフッ化ビニル、／ｆＪ塩化ビニリデン、ポリエチ
レンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデンを使用する
場合、これらの材質の接触角ｒｉｇｓ度以下であるため
、そのま＼使用できる。また基材の接触角がｇＳ反以上
、例えはＩリエチレン、ポリプロピレン等のＩリオレフ
イン系樹脂、塩化ビニル樹脂等のビニル系樹脂等でも以
下に述べる親水処理を行うことにより接触角を３３度以
下にして使用できる。特に後者の親水処理を施す方法が
好ましく、所望の接触角を有するスペーサーをｉｌ１便
に得ることが出来る。またスペーサーの形状なｑｆＶＣ
限厘されず、公知の形状のものが使用され□る。例えは
実公昭ダダー／　２．！？！；号、実公昭１１４−／＠
２５・６号、特公昭３ｇ−コタｇ３号等に示される如き
網状物、平織、ハニカム絨、みこしろ織、波状多孔板、
エキス／４’ンＰ状のもの等がある。

本発明の上記した親水処理の方法としては合成樹脂表面
のぬれ特性を改良する公知の方法が例ら制限なく使用で
きる。例えは樹脂の表面を化学的に変化させる薬液にス
ペーサーを浸漬する方法、樹脂の表面に親木性を有する
物置を重合させる方法１徊脂ＫＭ水性ｔ１″カする物貞
全ブレンドさせる方法或い框コロナ放′屯、グロー放′
屯、アーク放電などの物理化学的（ｆラズマ）処理等が
一般的で、その他、スペーサーの表＋ｍ　ｖｃ火焔ヲ１
ｆ接あてたり、紫外線あるいは尚エネルギー放射線照射
法等も採用できる。　□ 上記方法に用いられる薬液としては、無水りｎム酸−テ
トラクロロエタン糸、クロム酸−酢敵糸、塩素１１！２
塩−硫酸系、過マンガン１亥カリ−硫酸系な。

どの酸化力に富む薬液で、就中、過マンガン１曖カリ−
硫酸系が最も効果的で好ましい＝ また、重合方法としては、ランダム共重合、グラフト共
重合、ブロック共Ａ（合等があり、就中、グラフト共重
合が容易でし：れた親水性全付与するので好ましい。グ
ラフト共重合は、アクリルアミド、アクリロニトリル、
メタクリル酸、アクリル酸などの親水性モノマー全、Ｊ
Ｉ媒伝法１酸化汰１放射線法光照射法などの方法でスペ
ーサー＠ｊ脂表面にグラフトさせる方法である。

プラズマ処理法としては、アーク放電によってアルゴン
プラズマヲ臣気中にジェット状に取り出してスペーサー
表面に吹きつける方法や酸素、電気、炭酸ガス、チッ素
、ヘリウム等の各種気体中でコロナ放電す、る方法等が
牛けられる〇これらの親水、処理では、スに一す−の材
質、形状、処理液の性状時に応じて接触角の低減は患宜
選定されるが、一般に基材に転べて７０夏以上、好まし
くｆｌ／、を度以上低減させることが好ましい。

しかしながら、ス啄−サーの接触角を著しく低減させて
も効果は頭わちとなり、親水処理する為の時間や費用の
増大をまねくため経循的でない。喝に酸化力の強い桑ｉ
Ｋスペーサーを浸漬する方法においては、過度に接触角
を低減させても得られたスに一ザーは機械的強度が低減
するという欠点を生じるため好ましくなり。従って、接
触角の低減は、／１度以上７０度以下が好遇である。

本発明のスペーサーを迭析装（ｉｉｉ：に用いると侵れ
た性１゛ピを発揮する理由に二いてｒよ明らかでないが
、本発明者等は、基口の接触角の低いスペーサー、或い
は親水処理を施したスペーサーでは、販スペーサーの網
目内ＶＣ空気が浦慟しｔこくく且つ、停留した電気が迅
速かつ見金に抜ｆＪることによるものと推察している。

本発明によれは、従米Ｌｖａ仇装置で用いられている疎
水性の合成樹脂製スペーサーを親水処理するか、或いは
基材の接触角がｇＳ度以下のスペーサーを用いるだけで
透析電力の低減や透析性能の向上効果が得られる点にあ
る。従つで、スペーサー表面の透析装置の構造や運転条
件をまったく変更しなくてすむので、簡単に広範囲に適
用が可能である。さらに、本発明スペーサーを電気透析
装置に適用する場合には透析電力を、拡散透析装置に用
いる場合には酸の透析性能をいずれも５〜２０ｔＩｂも
大幅に性能アップ出来、しかも透析装置の長期安定運転
が可能になる点にある。このことは、経済的に極めて有
利であるとともに透析装置の運転操作や管理を極めて容
易にする等、計９知れない利益をもたらすものである。

以下、本発明を具体的に説明するための実施例を示すが
本発明は以下の実施例に特に限定されるものではない。

実施例／ 有効通電面積／　Ｏｄｍ２のフィルタープレス型イオン
交換膜電気透析装置を用いて海水の濃縮を行なった。陽
イオン交換膜及び喉イオン変換膜をガスケットとスペー
サーを介して交互に５θ対積層してスタックを構成し、
その両端に多孔板、さらにその、両端に給液枠、その隣
に陰、陽のｔ極室を設けて最外側に給付板をおき締付デ
ルトで締付けて゛すｉ析’ｓｉｔを構成した。電気偏析
装置の仕様は以下の通９である。

、有効通電面積　幅コＳ鋼×長さダθ信゛透　析　室　
数　□　脱塩呈Ｓ／室、濃縮室ＳＯ室ＪｆＸＩ’ット厚
へ＠賀　θ、７！；ｙｅｓ（ネオプレン製）イオン交換
膜　徳山曹達＠製 ネオセｆタ　Ｃ４Ａ−、ｔＴ　（商品名）徳山曹達＠裂 ネオセグタ　ＡＦＳ−１ＩＴ　（商品名）供給海水、量
　海水を砂濾過後１．Ｉ−Ｍカットのカートリッジフィ
ルタ ーで濾過した。液温は温眺 設備でコ５℃一定に保った。

２０１分 運転電流密夏　３　Ａ　／　ｄｍ２ 上記亀気透析装置で用いたスペーサーは単糸径θ、ｌＩ
■、欠点厚み０６ｇ■のポリエチレン製斜交網であり第
１表に示す通りの処理を施しこれらのスペーサーを透析
室へ挿入した。海水の溶Ｉ＃６は濾過水を脱塩室に供給
し、次いで、直流電流を印加して行なった。濃縮室には
脱塩室からの浸透液を循環供給した。電気透析装置１僅
の運転が十分に定常状態になったことを確認してから、
本夾馳では２ｑ時間連続運転後、スタック間の電圧をデ
ジタル式電圧］で測定した。測定電極は、両端の２枚の
多孔板の内側に挿入した白金電極を用いた。実験が終了
するとスペーサーのみを交換して再ひ′電気透析装置を
組み立て同様に実験を行なった。同、透析装置を締付る
に際して、いずれの実験においてもスケールでスタック
間の距離を測定し常に一足に保った。スタック間の電圧
を測定した結果を第７表にあわせて示す。

実施例コ スペーサーとして実施例／とまったく些じ形状を有し材
質のみポリプロピレンに変更したものｔ用“・実施例／
と１司じ親水処理を施しｉ・、該親水処理スペーサーを
用いて実施例／と同様な実験を行ないスタック間の電位
を測定した。結果を第２表に示す。

実施例３ スペーサーとして爽り例／とまったく同じ形Ｖを有し材
質のみ第２表に示すものに変更したもｅを用いて実施例
／と同様な実験を行ないスタック間の電圧ｔ−側測定た
。結果７４３表に示す。

実施例ダ 第を表に示す塩化第１鉄の塩酸水溶液から、塩酸の回収
をフィルタープレス型拡散透析装＠（徳山曹達■製ＴＳ
Ｄ−コ型）を用いて行なった。拡散透析装置は、有効膜
面積コｄｍ２の隘イオン交換膜（徳山曹達■製ネオセグ
タＡＦＮ　；商品名）２０枚をそれぞれ額縁状グラスナ
ック裂箪枠（厚さ０．７！；ｍ）ではさみ、拡散室およ
び原液室を隘イオン交換膜をはさんで形成させ各室毎に
液の給排出口が設けられた構造のものであって、各室に
はスペーサーと配流板が組込まれている。実験に用いた
親水処理スペーサーは実施例／の第１表とまったく同一
のものである。

水にコＯＣの水を用い、拡散透析槽の上部からダθＯＯ
ｃ／時で供給した。また塩化第７鉄の水溶液は、ダθＣ
で拡散透析槽の下部からダθθｔＣ／時でボン７＃ヲ用
いて供給し藤を介して水と向流接触させた。実験が終了
するとスペーサーのみｔ−父換し再び拡散透析槽を組与
立て同様に実験を行なった。その結果、拡散浴液中の塩
酸製置及び塩酸回収率は第ｑ表に併記する通りであった
。伺、塩酸の回収率は次の式でめたものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　水との接触角が３３度以下であるぬれ特性を有
   する基材表面からなる透析装置用スペーサー