KR19990077217A - 이온교환 물질이 기하학적으로 배열된 전기 이온제거 장치 및방법 - Google Patents

이온교환 물질이 기하학적으로 배열된 전기 이온제거 장치 및방법 Download PDF

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죠세프 데니스 로버트 토핀
이안 글렌 토위
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마크 후에너가드
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Abstract

액체로부터 이온을 제거하도록 된 전기 이온제거 장치로서, 이 장치는 이 장치의 제1 단부에 근접한 캐소드 및 이 장치의 대향하는 단부에 근접한 애노드와, 상기 캐소드와 애노드 사이에 복수의 교대로 있는 희석실 및 응축실을 가지며, 상기 희석실 및 응축실은 음이온 및 양이온 투과막들, 및 희석실 내에 배치된 이온교환 물질에 의해 정해지며, 상기 희석실은 이에 분산된 상태의 제2 이온교환 물질로 된 클러스터를 포함하는 제1 이온 교환 물질로 된 연속한 상(phase)을 갖는다. 이러한 전기 이온제거 장치에서 액체로부터 이온을 제거하는 방법은 제2 이온교환 물질로 된 분산된 상을 갖는 제1 이온교환 물질로 된 연속한 상이 구비된 희석실에 정화될 수성액을 통과시키는 단계를 포함한다.

Description

이온교환 물질이 기하학적으로 배열된 전기 이온제거 장치 및 방법
액체의 정화는 많은 산업에서 매우 중요하게 되었다. 특히, 순수는 식수만으로 사용되기보다는 많은 산업용으로 사용된다. 예를 들면, 순수는 반도체 칩을 제조하는 공정, 발전소, 석유화학 산업, 및 많은 다른 목적으로 사용된다.
액체 내에 이온농도를 줄이기 위해서 이온교환 수지, 역삼투 여과 및 전기투석 기술이 사용되었다.
액체 내에 이온농도를 줄이기 위해서 최근에 전기 이온제거(electrodeionization) 장치가 더욱 자주 사용되고 있다. "전기 이온제거"라는 용어는 일반적으로 이온교환 수지, 이온교환막(ion exchange membrane) 및 전기(electricity)를 결합하여 액체를 정화하는 것으로서 액체를 정화하는 장치 및 공정을 말한다. 전기 이온제거 모듈에서 양이온 투과막 및 음이온 투과막은 이들 사이에 실(compartment)을 두고 교대로 배치되어 있다. 교대로 있는 이들 실 내에 이온교환 수지가 제공되어 있다. 이들 실은 희석실로 알려져 있다. 일반적으로 이온교환 수지를 포함하지 않는 실은 응축실로 알려져 있다. 이온은 전류유입에 의해서 희석실로부터 이온교환 수지와 이온 투과막을 통해 응축실로 이동한다. 응축실을 통해 흐르는 액체는 버려지거나 재순환되며, 희석실을 통해 흐르는 정화된 액체는 이온이 제거된 액체 생성물로서 환원된다.
1987년 1월 13일 쿤쯔에게 허여된 미국 특허 제4,636,296호는 수성액을 탈염하는 장치 및 방법을 개시하고 있다. 수성액은 교대로 있는 분리된 양이온 교환 수지층과 음이온 교환 수지층을 통과한다. 이 방식은 번거러우며 전극 집약적이며, 동작하는 중에 층들이 일부 뒤틀리기 쉽다.
1994년 5월 3일 수고 등에게 허여된 미국 특허 제5,308,467호는 탈염실을 구비하고 있고 전기적으로 재생가능한 탈염장치를 개시하고 있다. 이온교환 그룹은 단사(monofilament) 혹은 이 단사로 직조된 직물 혹은 방사에 의한 이식(graft) 중합에 의해 만들어진 단사로된 부직포 상에 배치된다. 이 이온교환 물질은 탈염실 내에 수용된다.
탈염장치에서 이러한 단사 사용은 비싸므로, 액체 정화 장치 구입자가 쉽게 받아들이지 않았다.
단사를 사용하지 않으며 층으로 배열하지 않고 희석실내에 여러 형태의 이온교환 물질을 구성할 수 있게 하면서 그럼에도 2가지 형태의 이온교환 물질로 된 분리된 지역에 정화될 액체를 접촉하게 하는 전기 이온제거 장치의 희석실 내에 이온교환 물질을 구성하는 것이 바람직하다.
< 발명의 요약 >
종래 기술의 문제점은 제2 이온교환 물질로 된 분산된 상태의 클러스터가 내포된 제1 이온교환 물질로 된 연속한 상(phase)을 희석실에 구비한 전기 이온제거 장치, 및 상기 희석실 내에 상기한 구성의 이온교환 물질을 갖는 전기 이온제거 장치에서 수성액으로부터 이온을 제거하는 방법을 제공함으로써 극복될 수 있다. 이 구성으로 두께 및 크기를 증가시킬 수 있고 따라서 더 많은 수지를 희석실 내에 둘 수 있게 하며, 대응하는 유량 증가에 필요한 막(membrane)의 영역 수를 감소시킬 수 있다.
넓은 관점에서, 본 발명의 이온교환 물질은 양이온 교환 수지 입자 혹은 음이온 교환 수지 입자 중 하나로 된 다공성 및 투과성의 연속한 상, 및 상기 연속한 상 내에 상기 양이온 수지 입자 혹은 상기 음이온 교환 수지 입자 중 상기한 것과 다른 것으로 된 다공성 및 투과성의 분산된 상태의 클러스터를 포함하며 수성액의 이온을 제거하는데 사용하는, 양이온 교환 수지 입자 및 음이온 교환 수지 입자를 포함하는 다공성 및 투과성 이온 교환체를 포함한다. 이온 교환체는 서로 대향하는 평면 베드(bed) 표면들을 갖는 얇은 베드 형태이며, 상기 분산된 상태의 클러스터는 상기 평면 베드 표면들 중 적어도 한 표면의 경계와 서로 접해 있는 것이 바람직하다. 상기 분산된 상태의 클러스터는 상기 얇은 혹은 두꺼운 베드를 관통하여 확장하며, 상기 베드의 서로 대향하는 평면 베드 표면들의 경계와 서로 접해있다. 상기 클러스터는 얇은 원주 혹은 타원주, 또는 가로방향 다면체인 것이 바람직하다. 상기 양이온 교환 수지 입자 및 상기 음이온 교환 수지 입자는 응집성 있는 베드를 형성하도록 고분자 결합제에 의해 결합되는 것이 바람직하다.
특히, 수성액으로부터 이온을 제거하도록 된 전기 이온제거장치는 캐소드실 내에 캐소드 및 애노드실 내에 애노드와 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 위치한 복수의 교대로 있는 희석실 및 응축실을 포함하며, 상기 희석실 응축실은 음이온 및 양이온 투과막과, 희석실 내에 위치한 다공성 및 투과성 이온교환 물질에 의해서 정해지며, 다공성 및 투과성 이온교환 물질은 양이온 교환 수지 입자 및 음이온 교환 수지 입자 중 하나로 된 다공성 및 투과성의 연속한 상 및 이 연속한 상 내에 양이온 교환 수지 입자 및 음이온 교환 수지 입자 중 상기한 한 것과 다른 것으로 된 분산된 상태의 클러스터를 포함한다. 이온 교환체는 분산된 상태의 클러스터가 평면 베드 표면들 중 적어도 하나의 경계와 서로 접해 있는 서로 대향하는 평면 베드 표면들을 갖는 얇은 베드 혹은 시트 형태이다. 분산된 상태의 클러스터는 베드의 서로 대향하는 평면 베드 표면들의 경계에 서로 접해 있는 얇은 베드를 관통하여 확장한다. 클러스터는 얇거나 확장된 원주 혹은 타원주이거나, 확장된 혹은 얇은 육각형과 같은 가로방향의 다면체일 수 있다. 양이온 교환 수지 입자 및 음이온 교환 수지 입자는 고분자 결합제에 의해 결합되어 응집성 있는 베드를 형성하는 것이 좋고, 이 베드는 희석실을 채우고 있다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 양이온 혹은 음이온 교환 수지 입자로 된 분산된 상태의 클러스터는 동일 형태의 음이온 투과막 혹은 양이온 투과막에 접하기 위해서 베드의 평면 표면과의 경계를 서로 접하는 적어도 한 단부가 노출되어 있다. 즉, 양이온 교환 수지 입자로 된 클러스터는 양이온 투과막과 접촉하고, 음이온 교환 수지 입자로 된 클러스터는 음이온 투과막과 접촉하며, 바람직하게, 분산된 상태의 클러스터는 연속한 상을 관통하여 확장하며, 음이온 투과막 및 양이온 투과막과 맞닿아 접촉하기 위한 연속한 상의 베드의 대향하는 평면 표면 경계를 서로 접하고 있어 희석실에 가로놓여 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라서, 애노드를 갖는 애노드실 및 캐소드를 갖는 캐소드실, 상기 애노드실과 상기 캐소드실 사이에 교대로 배치되어 상기 애노드측의 음이온 교환막 및 상기 캐소드측의 양이온 교환막에 의해 각각 정해진 탈염실, 및 상기 애노드측의 양이온 교환막 및 상기 캐소드측의 음이온 교환막에 의해 각각 정해진 응축실을 형성하는 복수의 양이온 교환막 및 음이온 교환막을 포함하는 전기 이온제거 장치에서 수성액으로부터 이온을 제거하기 위한 본 발명의 방법에서, 희석실은 제2 이온교환 물질로 된 분산된 상태의 클러스터를 구비한 제1 이온교환 물질로 된 연속한 상을 가지며, 상기 분산된 상태의 상기 클러스터는 부호가 동일한 음이온 및 양이온 투과막 중 적어도 하나의 경계와 서로 접하며 이에 맞닿아 있으며, 상기 분산된 상태의 상기 클러스터는 바람직하게 음이온 및 양이온 투과막의 경계와 서로 접하며 이에 맞닿아 있는 연속한 상을 관통하여 확장하는 이러한 희석실을 통해 정화될 물을 공급하는 단계, 캐소드와 애노드간 전류를 흘리는 단계, 및 상기 장치로부터 정화된 수성액을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징은 지정된 수용 영역에 걸쳐 하향으로 매달려 있는 개방된 상면 및 바닥단부들을 가지며, 형상화되어 있고, 벽이 얇은 복수의 공동 요소들을 구비한 평면 덮개판을 갖는 형판을 위치시키는 단계, 양이온 교환 수지 입자 혹은 음이온 교환 수지 입자 중 하나로 된 수성 슬러리를 상기 형판에 공급하여 상기 이온교환 수지 입자로 된 연속한 상을 형성하는 단계, 상기 양이온 교환 수지 입자 혹은 음이온 교환 수지 입자 중 상기한 것과 다른 것으로 된 수성 슬러리를 상기 복수의 형상화되어 있고 벽이 얇은 공동 요소에 공급하여 상기 양이온 교환 수지 입자 혹은 음이온 교환 수지 입자 중 상기 다른 것으로 된 복수의 분산된 상태의 클러스터를 형성하는 단계를 포함하는 다공성 및 투과성 이온 교환체 제조 방법을 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징은 지정된 수용 영역에 걸쳐 양이온 교환 수지 입자 혹은 음이온 교환 수지 입자로 된 수성 슬러리를 선택적으로 분배시키기 위한 분배노즐 어레이를 위치시키는 단계, 상기 지정된 영역에 상기 양이온 교환 수지 입자 혹은 상기 음이온 교환 수지 입자 중 하나로 된 수성 슬러리를 공급하여 상기 이온 교환 수지 입자로 된 연속한 상을 형성하는 단계, 상기 양이온 교환 수지 입자 혹은 상기 양이온 교환 수지 입자 중 상기한 것과 다른 것으로 된 수성 슬러리를 소정 패턴으로 공급하여 상기 양이온 교환 수지입자 혹은 음이온 교환 수지 입자 중 상기 다른 것으로 된 복수의 분산된 불연속한 상태의 클러스터를 형성하는 단계를 포함하는 다공성 및 투과성 이온 교환체 제조 방법을 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징은 양이온 교환 수지 입자 혹은 음이온 교환 수지 입자로 된 복수의 형상화된 클러스터를 상기 수지 입자로 된 제1 시트로부터 다이 컷팅하여 복수의 구멍을 갖는 상기 이온교환 수지 입자로 된 연속한 상을 형성하는 단계, 상기 양이온 교환 수지 입자 혹은 음이온 수지 입자 중 상기 한 것과 다른 것으로 된 복수의 동일한 클러스터를 상기 수지 입자로 된 제2 시트로부터 다이 컷팅하는 단계, 상기 양이온 교환 수지 입자 혹은 음이온 수지 입자 중 상기 다른 것으로 된 절단된 클러스터를 상기 제1 시트의 구멍에 끼워맞추는 단계를 포함하는 다공성 및 투과성 이온 교환체 제조 방법을 포함한다.
이온 교환체는 상기 분산된 상태의 이온교환 입자와 이온교환막간 밀접한 접촉을 위해 상기 이온교환막에 걸쳐, 혹은 스페이스 프레임이나 지그 내에 형성될 수 있고, 이온 교환체는 이송을 위해서 스페이서 프레임 혹은 지그 내에서 냉동될 수 있다.
본 발명은 또한 평균입자 크기보다 작은 망 크기를 갖는 형상화된 망 예비형상을 상기 공동 요소에 삽입시켜 분리된 불연속한 상태의 클러스터에 혹은 연속한 상태의 이온교환 수지 입자에 결합시키는 단계를 포함한다.
상기 형상화된 예비형상은 직 원주, 혹은 직사각형, 직 육각 혹은 직 다면 각주 형상을 가질 수 있다.
벌집형상 망은 분산된 상태의 클러스터 혹은 연속한 상태 중 하나에 결합될 수 있다.
이 발명은 전기 이온제거(electrodeionization) 장치 및 전기 이온제거 장치에서 수성액으로부터 이온을 제거하는 방법에 관한 것으로, 특히 복수의 희석(diluting)실 및 응축(concentrating)실과 제2 이온교환 물질로 된 분산된 상(phase)를 갖는 제1 이온교환 물질로 된 연속한 상이 구비된 전기 이온제거 장치, 및 이러한 전기 이온제거 장치에서 수성액으로부터 이온을 제거하는 방법에 관한 것이다.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 1은 종래의 전기 이온제거 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 2-2 선을 따라 취한 부분단면도이다.
도 3은 본 발명의 이온교환 물질의 구성을 보인 사시도이다.
도 4는 도 3의 4-4 선을 따라 취한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 이온교환 물질의 또 다른 구성을 보인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 이온 교환체를 형성하기 위한 장치에 대한 사시도이다.
도 7은 실 스페이서 프레임 내에 장치된 도 6에 도시한 장치의 측 입면도이다.
도 1은 종래의 전기 이온제거 장치(10)를 도시한 것으로 이 장치에 의해서 이온은 액체로부터 제거될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 나트륨 이온 및 염화 이온과 같은 이온이 물로부터 제거된다.
전기 이온제거 장치(10)는 직사각형 프레임(12)을 갖는다. 이 프레임(12)은 단단한 전면판(14) 및 금속으로 형성된 단단한 후면판(16)을 포함한다. 전면판(14) 및 후면판(16)은 많은 타이바(tie-bar) 혹은 볼트(18)로 서로 결합된다. 각각의 타이바(18)는 전면판(14)의 주변에 등간격으로 배치된 구멍(20)에 삽입되며 후면판(16) 내에 대응하는 구멍(18a)에 삽입된다. 참조부호 22(도 2)로 표시한 캐소드는 전면판(14)에 가깝게 캐소드실(23) 내에 배치되어 있고 참조부호 24로 표시한 애노드는 후면판(16)에 가깝게 애노드실(25) 내에 배치되어 있다. 개구(26)는 전면판(14)에 배치되어, 액체가 전기 이온제거 장치로 유입되어 처리될 수 있게 하고 있다. 전극실을 형성하는 절연 전극 블록(28)은 전면판(14) 주변(perimeter)에 접하여 있고 전극실을 형성하는 절연 전극 블록(30)은 후면판(20)의 주변에 연속하여 접하여 있다. 전기 이온제거 장치(10)는 절연 전극 블록(28)과 절연 전극 블록(30) 사이에 참조부호 32로 표시한 교대로 있는 복수의 양이온 투과막 및 음이온 투과막을 갖는다. 양이온 투과막 및 음이온 투과막(32)은 교대로 있는 응축실 및 희석실을 형성하고 있으며, 이에 대해 후술한다.
도 2는 응축실(44, 46) 및 응축실 사이에 희석실(48)을 대표적으로 보다 상세히 도시한 것이다. 양이온 투과막(36 및 38)과 음이온 투과막(40 및 42)은 응축실 및 희석실을 정하고 있다. 희석실 및 응축실에 막들 간에 스페이서(도시 없음)가 놓여 있다. 희석실(48) 내의 스페이서는 이온교환 수지 비드(bead)(49)와 같은 이온교환 물질을 두기 위한 개구를 갖는다. 이온교환 수지를 응축실 내에도 둘 수 있음을 알 것이다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시한 희석실(48) 내에 사용되는 본 발명의 이온교환 물질의 바람직한 구성을 도시한 것이다. 이온교환 물질(50)로 된 연속한 상태의 다공성 및 투과성 있는 베드(bed;40) 즉 매트릭스는 베드 면을 횡단하여 매트릭스(50) 내에 분산되어 있어 있는 제2 이온교환 물질(52)로 된 복수의 이격된 다공성 및 투과성 있는 클러스터의 원주를 갖고 있으며, 이중 하나를 도 3에 도시하였다. 이온교환 물질(50 및 52)은 비드 형태의 이온교환 수지 입자인 것이 바람직하다. 이온교환 물질(50) 및 이온교환 물질(52)은 서로 반대로 하전된 이온들을 교환한다. 예를 들면, 연속한 상태의 이온교환 물질(50)이 고정된 음전하가 양이온을 포획하게 할 양이온 교환 물질이면, 분산된 상태의 이온교환 물질(52)은 고정된 양전하가 음이온을 포획하게 할 음이온 교환 물질이다. 희석실에 가로놓여 있으며 이온교환 물질로 된 분산된 상태의 클러스터가 가로질러 배치되어 있어, 희석실(48) 내에 흐르는 수성액은 두 형태의 이온교환 수지와 확실히 접촉하므로 양이온 및 음이온을 효과적으로 교환한다.
도 1, 도 2, 도 3 및 도 4에서, 처리될 수성액은 개구(26)를 통해서 응축실(44 및 46) 및 희석실(48)을 통해 흐른다. 화살표(54 및 56)로 표시한 액체흐름은 응축실(44 및 46)을 통해 흐르며, 화살표(58)로 표시한 액체흐름은 희석실(48)을 통해 흐른다. 수성액은 나트륨 및 염화 이온 등과 같은 이온을 포함한다.
전류는 캐소드실(23) 내의 캐소드(22)와 애노드실(25) 내의 애노드(24) 사이에 흐른다. 캐소드(22) 및 애노드(24)간 전류를 변화시켜 전기 이온제거 공정의 전체 효율을 제어할 수 있다.
정화될 액체가 화살표(58)로 표시한 바와 같이 희석실(48)을 통해 흐름에 따라, 도 3 및 도 4에 도시한 구성과 같이, 액체는 이온교환 수지 비드와 접촉하게 된다. 양이온 교환 수지(50)는 고정된 음전하를 갖고 있어 액체 내에 있는 나트륨 이온과 같은 양이온을 포획한다. 음이온 교환 수지(52)는 고정된 양전하를 갖고 있어 액체 내에 있는 염화이온과 같은 음이온을 포획한다. 정화될 액체와 양이온 교환 비드(50) 그리고 음이온 교환 비드(52) 간에 이온교환이 발생할 때, 나트륨 이온 및 염화이온에 의한 원치 않는 양이온 및 음이온이 전압에 의해 유발되어, 이들 이온은 막(38 및 40)을 통해 인접한 응축실(46 및 44)로 이동하게 된다. 이온교환 수지는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 액체 흐름에 대해 횡방향 구성으로 배치되어 있다. 이 구성은 희석실(48)을 통해 흐르는 대부분의 액체가 확실하게 이온교환 물질(50 및 52)과 접촉하게 하는 것이다.
본 바람직한 실시예에서, 물은 전기 이온제거 장치(10) 내에서 정화된다. 전류에 의해서 물의 일부는 수소이온 및 수산기 이온으로 분할된다. 수소이온은 화살표(66)로 표시한 바와 같이, 양이온 교환 수지(50)를 통해 양이온 교환막(38)을 향하여 이동되고, 양이온 교환막(38)을 통해서 응축실(46)로 이동된다. 수산기 이온은 화살표(62)로 표시한 바와 같이, 음이온 교환 수지(52)를 통해 음이온 투과막(40)을 향하여 이동되고, 음이온 투과막(40)을 통해서 응축실(44)로 이동된다. 따라서, 이온교환 수지 물질(50) 및 이온교환 수지 물질(52)은 연속적으로 재생된다.
예를 들면 희석실(48) 내의 정화될 물의 염화이온과 같은 음이온 불순물은 음이온 교환 수지 물질(52)에 의해서, 즉 통상의 이온교환 수지 메카니즘에 의해 포획되어, 수산기 이온과 함께 음이온 교환 수지를 통해서, 음이온 투과막(40)을 거쳐 화살표(60)로 나타낸 바와 같이 응축실(44)로 이동된다. 동시에, 동일한 양의 수소이온 및 불순물 양이온은 화살표(70)로 표시한 바와 같이, 인접한 희석실로부터 응축실(44)로 이동된다.
예를 들면 희석실(48) 내에 정화될 물의 나트륨 이온과 같은 양이온 불순물은 양이온 교환 수지 물질(50)에 의해서, 즉 통상의 이온교환 수지 메카니즘에 의해 포획되어, 수소이온과 함께 양이온 교환 수지를 통해서, 양이온 투과막(38)을 거쳐 화살표(64)로 나타낸 바와 같이 응축실(46)로 이동된다. 동시에, 동일한 양의 수산기 이온 및 불순물 음이온은 화살표(68)로 표시한 바와 같이, 인접한 희석실로부터 응축실(46)로 이동된다.
물은 응축실(44 및 46)을 통해 폐기탱크(도시 없음)로 흐르거나 재순환된다. 희석실(48)을 통해 흐르는 정화된 물은 생성물로서 환원된다.
분산되어 있는 이온교환 클러스터 물질(52)은 클러스터의 표면적을 증가시키기 위해서, 이온교환 매트릭스 물질(50) 내에서 임의의 기하학적 형상, 예를 들면 원주, 원뿔형, 단면이 타원인 타원-원뿔형, 혹은 육각 직 각주(hexagonal right prismatic)와 같은 단면이 다면인 형상을 취할 수 있다.
도 5는 전기 이온제거 장치의 희석실 내에 본 발명의 이온교환 수지 물질(50 및 52)에 대한 또 다른 구성의 실시예를 도시한 것으로, 이 전기 이온제거 장치에서, 분산된 상태의 원주형의 클러스터(60)는 희석실 내에 횡방향으로 정렬되어 있고 동일 전하, 즉 부호(sing)가 동일한 이온 투과막에 연속하여 이에 접촉하고 있다. 예를 들면, 음이온 교환 수지 클러스터(60)는 음이온 투과막(62)에 접할 것이다. 바람직하게 이온교환 클러스터 혹은 섬(island)은 연속한 상을 관통하여 확장하여 도 3에 대표적으로 나타낸 바와 같이, 베드(49)의 서로 대향하는 면(64, 66)과의 경계를 서로 접하고, 이에 따라, 분산되어 있는 클러스터는 음이온 투과막 및 양이온 투과막과 접하게 될 것이다.
클러스터(50)는 제1 혹은 제2 이온교환 물질의 이온교환 수지 입자로 된 연속한 상태의 얇은 베드 혹은 시트(sheet)로부터, 고분자 결합제로 본딩되고, 그 시트로부터 소망하는 크기 및 형상의 클러스터를 다이 컷팅함으로써 형성될 수 있다. 다이 컷팅된 클러스터(50)의 크기 및 형상에 대응하는 복수의 홀을 갖는 고분자 수지에 의해 본딩된 반대 전하를 갖는 이온교환 물질의 이온교환 수지 입자가 연속한 상태의 시트는 반대되는 전하를 갖는 컷팅된 클러스터(50)를 빈틈없이 맞추는 마찰결합으로 수용하여 이온 교환체를 수용할 수 있다. 저밀도 폴리에칠렌, 선형 저밀도 폴리에칠렌 등의 열가소성 고분자 결합제는 다루기에 적합한 응집성 시트 혹은 베드 구조체를 형성할 수 있을 정도의 양으로, 양호한 다공성, 액체 투과성 및 이온교환 용량을 유지하면서, 제1 및 제2 이온교환 물질의 출발시트를 형성하는데 사용될 수 있다.
다공성 및 투과성 이온 교환체는 양을 계량한 제1 이온교환 물질 및 제2 이온교환 물질을 슬러리로서 희석 챔버 프레임 혹은 형판(template)에 정확하고 효율적으로 이송하여 불연속한 상태의 제2 이온교환 물질을 갖는 연속한 상태의 제1 이온교환 물질이 요구된 패턴의 형상으로 형성되도록 분배 노즐 어레이를 사용하여 희석실 내에서 동시에(in situ) 형성될 수 있다. 소망하는 개수의 개개의 분산된 도메인(domain), 예를 들면 제2 이온교환 물질로 된 원주 클러스터를 직접 형성할 수 있다. 원주형 혹은 육각 직 각주, 원뿔형, 타원-원뿔형 등과 같은 여러 가지 형상으로 제2 이온교환 물질로 된 개개의 분산된 도메인은 분배노즐의 개수, 모양, 및 위치를 변화시킴으로써, 그리고 연속한 상태의 제1 이온교환 물질 이송과 대등하게 제2 이온교환 물질의 이송속도를 변화시킴으로서 형성될 수 있다. 제1 이온교환 물질로 된 연속한 상은 계량 노즐의 개수, 크기 및 기하학적 구성, 각각의 노즐에 의해 이송된 이온교환 물질의 상대적인 량을 변화시키고, 상대적인 이송 속도에 의해서 상기 복수의 분배노즐을 사용하여 쉽게 형성될 수 있다. 이온교환 물질을 계량하는 것은 나사형 공급기(screw feeder), 변위(displacement) 공급기, 중력 등의 사용을 포함하여, 많은 수단에 의해서 달성될 수 있다. 노즐 어레이는 이온교환 물질의 소망하는 패턴을 제공하지만, 이들의 부분집합으로 구성될 수도 있어, 전체의 소망하는 패턴은 분배노즐 및 희석실 프레임 혹은 형판을 조립한 조립체의 상대 위치를 변경시켜 형성된다.
패턴을 갖는 형판은 제2 이온교환 물질로 된 불연속한 상을 갖는 제1 이온교환 물질로 된 연속한 상을 요구된 패턴을 갖는 형상으로 형성하기 위해서 소망하는 량의 제1 이온교환 물질 및 제2 이온교환 물질을 슬러리로서 정확하고 효율적으로 이송하는데 사용될 수 있다. 원주 도메인을 위한 이러한 형판의 예를 도 6 및 도 7에 도시하였다. 소망하는 패턴에 상응하는 형판(101)은 평면 덮게판(103)으로부터 하향하여 매달려 있는 제2 이온교환 물질로 된 분리된 소망하는 도메인들의 주변을 규정하는 이를테면 속이 빈 원주과 같이, 형상을 갖추고 있고, 얇은 벽이 있으며, 속이 비어 있고, 단부가 개방된 요소(102)를 복수개 포함한다. 덮개(103)는 제1 이온교환 물질로 된 연속한 상의 소망하는 영역을 정한다. 물 속에 부유된 이온교환 물질로 된 슬러리 형태로 제1 이온교환 물질을 유입하기 위한 공급관(104) 및 제1 이온교환 물질을 이송하는데 사용되는 초과된 물 혹은 다른 유체를 제거하는 토출관(105)은 덮개판(103)으로부터 상향 돌출되어 있다. 주변벽(106)은, 원한다면, 형판(101)의 엣지 주위를 따라 하향하여 확장하며 주변 플랜지(107)는 덮개판(103)과 동일평면으로 형판의 엣지로부터 바깥쪽으로 확장할 수 있다. 사용할 때, 형판은 벽(106)이 이온교환막(111)에 접촉하여 이 위체 안착된 상태에서 희석실 스페이서 프레임(110)(도 7) 내에 놓여 진다. 제1 이온교환 물질은 화살표(112, 113)으로 표시한 바와 같이 공급관(104) 및 토출관(105)을 통해 형판 내에 유입됨으로서, 제1 이온교환 물질로 된 소망하는 연속한 상을 제공하게 된다. 제2 이온교환 물질로 된 수성 슬러리는 덮개판(103)으로 몰릴 수 있어 관(102)을 제2 이온교환 물질로 채우고, 초과된 이온교환 물질은 와이퍼를 사용하여, 덮개판(103)을 가득 채우고 초과된 제2 이온교환 물질을 닦아 내거나, 초과된 고형 물질을 씻어 내기 위해서 덮개판(103)에 물을 부어 제거한다. 다음에 덮개판(103)은 수성 슬러리가 이 덮개판(103)을 균일하게 지나게 하고 도메인의 관(102) 내의 제2 이온교환 물질을 균일하게 침적시키는 통로가 형성되지 않도록 덮개판(103)의 폭 및 길이와 동일한 공간에 걸쳐있는 얕은 통로를 형성하기 위해서 덮개판(103)과 이격된 도시하지 않은 덮개를 가질 수 있다. 불연속한 상태의 도메인들을 형성하기 위한 관의 충진 속도는 슬러리 유속 및 슬러리 밀도를 가변하여 제어될 수 있다.
이어서 형판(101)은 스페이서 프레임(110)으로부터 제거되어, 스페이서 프레임 내에 불연속하게 분산된 상태의 제2 이온교환 물질로 된 클러스터를 갖는, 제1 이온교환 물질로 된 소망하는 패턴의 연속한 상을 남기게 된다.
바깥쪽으로 확장하는 주변 플랜지(107)는 스페이서 프레임(110)의 상면 상에 안착함으로써, 바람직할 경우에 필요한 이온교환막(111) 상에 안착시키기 위한 주변 벽(106)은 없어도 된다.
이 과정은 희석 스페이서 프레임(110) 대신에 도시하지 않은 작업 지그를 사용하여 수행될 수도 있다. 플라스틱 막 위에 안착된 지그 프레임은 실시예에 따른 덮개판(103)이 그 위에 안착된 상태에서, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 이온교환 물질로 된 슬러리를 각각의 공동으로 유입시키거나 범람시켜 반대 전하들을 갖는 연속 및 불연속한 상태의 이온교환 미립자 물질을 수용할 수 있다. 대안으로, 복수의 분배노즐은 지그에서 소망하는 패턴을 가진 연속 및 불연속한 상태의 형상을 형성하도록 사용될 수 있다. 연속 및 불연속한 상으로 구성된 베드는 희석실을 채워넣기 위한 장소로 이송될 수 있다.
따라서, 제조방법은 형판을 변경함으로써, 상이하게 형상을 갖춘 영역 도메인을 갖는 패턴을 달성하는데 사용될 수 있다. 본 제조방법은 어느 물질의 상도 연속하지 않은 다른 패턴 및 형상을 만드는 데에 적용될 수도 있다.
불연속한 상태의 제2 이온교환 물질을 갖는 제1 이온교환 물질로 된 연속한 상의 요구된 형상은 각각의 연속 및 불연속한 지역(region)을 정하는 미세한 망에 의해서 안정하게 될 수 있다. 망 내의 개구들은 처리될 물이 흐를 수 있게 한다. 망 내의 개구들은 분리된 이온교환 비드보다 다소 작다. 망의 개구 및 이온교환 비드의 서로 상대적인 크기는 희석실에서 얻어진 밀집한 상태에서, 망의 어느 일측 상의 이온교환 비드들이 서로 접촉할 수 있도록 하는 크기들이다. 이온제거는 더 미세한 망을 사용하여 얻어질 수도 있는데, 이 망은 이 망의 어느 일측 상의 이온교환 비드가 소수의 비드의 직경에 이르기까지 아주 근접하나, 서로 접촉하지 않는 망이다.
망의 원주형 예비형상 혹은 골무(thimble)는 불연속한 상에 대응하는 패턴을 갖춘 형판의 영역 내에 앞에서 기술한 패턴을 갖춘 형판에 둘 수 있다. 2가지 수지를 유입시키고 형판을 제거한 후에, 원주형 망 요소는 결과로 나타난 이온교환 물질로 된 패턴 내에 각인된 상태에 있게 된다. 단일 예비형상 혹은 복수의 예비형상은 연속한 상에 대응하는 패턴을 갖춘 형판의 영역 내에 있게 할 수도 있다.
이온교환 비드는 상기 기술된 분배노즐에 의해서 패턴 내에 선택적으로 더해질 수 있어, 단일의 예비형상 혹은 복수의 예비형상은 연속 및 불연속한 상 모두 혹은 어느 하나를 점유한다.
미세 망은 개개의 예비형상 셀로서, 혹은 직경이 약 3 cm인 분리된 원주형 도메인에 들어맞도록 직경 혹은 폭이 예를 들면 약 0.5 cm인 개개의 셀이 원, 혹은 직사각형, 육각형과 같은 직 각주 모양을 갖는 복수의 상호 접속된 예비형상 셀로서 제공될 수 있다. 도메인들을 효과적으로 채우는 폭이 0.5 cm인 개개의 셀을 갖고 직경이 3 cm인 대체로 원주형 도메인을 형성하는 벌집형상의 형상(122)을 갖는 복수의 상호 접속된 망의 셀들은 도메인 내에 이온교환 물질이 도메인 내에 각인되게 하며, 분배노즐에 의해 이온교환 물질이 쉽게 유입되게 한다.
실을 채우게 하는 크기를 갖는 연장된 미세망의 벌집형상의 슬랩(slab; 124)은 연속 및 불연속한 상 모두 혹은 이중 어느 한 상에 대해 노즐로부터 수지 물질을 받아 이를 안정화시키기 위해서 사용될 수 있다.
미세망의 벌집형상의 예비형상은 소망하는 형상으로 컷팅함으로서 형성될 수 있고 패턴을 갖춘 형판 내에 원주형 구멍에 끼워 맞추어 질 수 있으며/혹은 이러한 예비형상은 형판의 연속한 상의 일체화된 부분을 포함하며 이에 삽입될 수 있다.
제2 이온교환 물질로 된 불연속한 상과 제1 이온교환 물질로 구성된 연속한 상의 요구된 형상은 지그에서 만들어질 수 있으며, 물로 젖게 하여 냉동시켜, 냉동상태로 쌓아 올려 조립할 때 취급하기 편리하게 할 수 있다. 요구된 형상은 냉동상태에서 쌓아 올려 조립할 동안 편리하게 취급할 수 있는 부조립체를 만들기 위해서 이온교환막 및/혹은 응축 또는 희석 스페이서 프레임을 사용하여 지그에서 만들어 질 수 있다. 일단 조립되면, 쌓아 올린것을 해동시켜, 패턴을 갖춘 소망하는 이온교환 물질이 희석실 내에서 만들어지게 하고 안정화된다.
이들 방법은 응축 및 전극 스페이서 프레임에서, 뿐만 아니라 전기화학 이온교환 디바이스에서 패턴을 갖춘 이온교환 물질을 형성하는데 사용될 수도 있음을 알 것이다.
다음의 한정적이지 않은 예를 참조하여 본 발명의 방법 및 장치를 설명한다.
예 1
홉합된 베드 이온교환 매체 대 패턴을 갖춘 이온교환 매체의 작용 비교예
3개의 희석실을 갖춘 전기 이온제거 장치를 사용하여 비교 실험을 수행하였다. 이 장치는 다음과 같이, 1.8 cm 두께의 스테인레스 스틸 단부판; 2.5 cm 두께의 PVC 절연 전극블록; 백금이 코팅된 티타늄 애노드; 유닛을 밀폐하고 유체 분배 덕트를 형성하는데 사용되는 엘라스토머 프레임 내에 폴리프로필렌 망으로 구성된 대략 0.1 cm 두께의 전극실 스페이서; 대략 0.07 cm 두께의 양이온 투과막; 유닛을 밀폐하고 유체 분배 덕트를 형성하는 데 사용되는 엘라스토머 프레임 내에 폴리프로필렌 망으로 구성된 대략 0.1cm 두께의 응축실 스페이서; 대략 0.07 cm 두께의 음이온 투과막, 밀폐 및 유체를 분배하고 평가될 이온교환 물질을 담고 있기 위한 개방된 폴리프로필렌 프레임, 유체 분배기 및 희석실 내에 이온교환 비드를 보유하도록 여과기(strainer) 슬롯이 장착된 유체 수집기로 구성된 0.8 cm 두께의 희석실, 0.07 cm 두께의 음이온 투과막, 및 대략 0.1 cm 두께의 응축실 스페이서를 각각이 포함하는 3개의 연속한 희석/응축 쌍; 대략 0.07 cm 두께의 음이온 투과막, 대략 0.1 cm 두께의 전극실 스페이서, 스테인레스 스틸 캐소드, 2.5 cm 두께의 PVC 절연 전극 블록, 및 1.8 cm 두께의 스테인레스 스틸 단부판의 순서로 구성되었다. 유체실(전극 응축 및 희석) 및 전극의 작업영역 크기는 유체가 흐르는 방향으로 폭은 13 cm, 길이는 39 cm이었다. 전기 이온제거 스택의 구성요소들은 스테인레스 스틸 단부판의 주변 주위에 구멍들에 위치한 직경이 16 x 1.0 cm인 나사가 있는 타이봉로으 서로 압착되어 유지되었다. 보통의 방식으로 본 장치는 스페이서 및 막 내에 개구에 의해 정해진 유체 덕트를 구비하고 있으며, 이들 유체 덕트는 정화될 물을 희석실로 공급하며; 정화된 물을 희석실로부터 제거하며; 물을 응축 및 전극실로 공급하며; 물을 응축실로부터 제거하며; 전극실로부터 물을 제거하기 위한 것이다. 본 실험에서 정화될 물은 먼저 활성화된 탄소로 여과되었으며, 나트륨 음이온 교환 유닛에 의해 연수로 되었고, 역삼투에 의해 부분적으로 이온이 제거되어, 800 갤론의 폴리프로필렌 저장탱크에 저장되어 수돗물(municipal drinking water)로 구성되었다. 이것은 전도율이 대략 3 ㎲/cm인 공급수를 산출하였다. 응축 및 전극실에는 여과되어 전도율이 대략 350 ㎲/cm인 연수가 공급되었다.
제1 실험에서, 3개의 희석실 각각은 다이아이온(Diaion) 건 강산 및 강염기 이온교환 수지가 50/50 체적으로 나트륨 및 염화물 형태로 인접결합된 대략 270 g의 혼합물이 채워졌다. 이어서 전기 이온제거 스택은 정화될 물을 약 0.8 gpm의 유속으로 희석실을 통과시키고, 물을 약 0.2 gpm의 유속으로 응축 및 전극실을 통과시키고, 약 1 Amp의 전류를 인가함으로써 재생되었다. 희석실로의 유속은 약 1.3 gpm 목표값까지 증가되었으며, 전류는 2.0 Amp로 증가되었으며, 공급 도전률은 3.09 ㎲/cm이었다. 이러한 상태에서 정상상태로 산출된 물의 저항률은 11.2 MΩcm인 것으로 나타났다.
제2 실험에서, 3개의 희석실 각각은 나트륨 및 염화물 형태로 다이아이온 건 강산 및 강한 염기 이온교환 수지가 패턴을 갖추고 결합된 구성으로 채워졌다. 사용된 패턴은 약 123 g의 결합된 양이온 교환 수지로 된 제2 분산된 상태의 72 x 1.9 cm 원주형 도메인들이 내포된 약 147 g의 건 결합된 음이온 교환 수지로 된 제1 연속한 상으로 구성되었다. 이어서 전기 이온제거 스택은 정화될 물을 약 0.3 gpm의 유속으로 희석실을 통과시키고, 물을 약 0.1 gpm의 유속으로 응축 및 전극실을 통과시키고, 약 1 Amp의 전류를 인가함으로써 재생되었다. 희석실로의 유속은 약 1.3 gpm 목표값까지 증가되었으며, 전류는 2.0 Amp로 증가되었으며, 공급 도전률은 2.74 ㎲/cm이었다. 이러한 상태에서 정상상태로 산출되는 물의 저항률은 17.88 MΩcm인 것으로 나타났다.
첨부된 청구범위에 정해진 본 발명의 범위 및 한계에서 벗어나지 않고 여기 기술된 발명의 실시예에서 수정이 당연히 행해질 수 있음을 알 것이다.

Claims (28)

  1. 수성액의 이온을 제거하는데 사용하는 양이온 교환 수지 입자 및 음이온 교환 수지 입자를 포함하는 다공성 및 투과성 이온 교환체는 양이온 교환 수지 입자 혹은 음이온 교환 수지 입자 중 하나로 된 다공성 및 투과성의 연속한 상(phase), 및 상기 양이온 수지 입자 혹은 상기 음이온 교환 수지 입자 중 상기한 것과 다른 것으로 된 것으로 상기 연속한 상 내에 있는 다공성 및 투과성의 분산된 상태의 클러스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이온 교환체는 서로 대향하는 평면 베드(bed) 표면들을 갖는 얇은 베드 형태이며, 상기 분산된 상태의 클러스터는 상기 평면 베드 표면들 중 적어도 하나의 경계와 서로 접해 있는 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 분산된 상태의 클러스터는 상기 얇은 베드를 관통하여 확장하며, 상기 베드의 서로 대향하는 평면 베드 표면들의 경계와 서로 접해 있는 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체.
  4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 클러스터는 얇은 원주 혹은 타원주인 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체.
  5. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 클러스터는 연장된 원주 혹은 타원주인 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체.
  6. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 클러스터는 가로방향의 다면체인 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 양이온 교환 수지 입자 및 상기 음이온 교환 수지 입자는 응집성 있는 베드를 형성하도록 고분자 결합제에 의해 결합된 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항에 있어서, 상기 분산된 상태의 클러스터 혹은 상기 연속한 상 중 적어도 하나에는 상기 수지 입자의 평균크기보다 작은 망 크기를 갖는 하나 이상의 형상을 갖는 망의 예비형상이 각인되어 있고, 상기 예비형상은 직 원주, 직사각형, 직 육각 혹은 직 다면 각주 형상인 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체.
  9. 제 1 항 내지 제 6 항에 있어서, 상기 분산된 상태의 클러스터 혹은 연속한 상 중 적어도 하나에는 상기 수지 입자의 평균크기보다 작은 망 크기를 갖는 벌집형상 망이 각인되어 있는 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체.
  10. 제 10 항에 있어서, 상기 벌집형상 망은 상기 분산된 상태의 클러스터의 폭 혹은 직경보다 작은 셀 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체.
  11. 수성액 탈염 장치는 일측 상에 양이온 교환막 및 다른 측 상에 음이온 교환막을 갖는 탈염실, 및 청구범위 제 1 항 내지 제 10 항의 어느 한 항에 청구된 것으로서 양이온 교환 수지 입자 혹은 음이온 교환 수지 입자 중 하나로 된 연속한 상태의 다공성 및 투과성 베드와 연속한 상태 내에, 상기 양이온 교환 수지 입자 및 상기 음이온 교환 수지 입자 중 상기한 것과 다른 것으로 된 다공성 및 투과성의 분산된 상태의 클러스터를 포함하며, 상기 베드는 상기 탈염실을 채우고 있는 것을 특징으로 하는 수성액 탈염 장치.
  12. 수성액 탈염장치는 애노드를 갖는 애노드실 및 캐소드를 갖는 캐소드실, 상기 애노드실과 상기 캐소드실 사이에 교대로 배치되어 상기 애노드측의 음이온 교환막 및 상기 캐소드측의 양이온 교환막에 의해 각각 정해진 탈염실과 상기 애노드측의 양이온 교환막 및 상기 캐소드측의 음이온 교환막에 의해 각각 정해진 응축실을 형성하는 복수의 양이온 교환막 및 음이온 교환막, 및 상기 탈염실을 채우는 청구범위 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 청구된 다공성 및 투과성 이온 교환체를 포함하는 수성액 탈염장치.
  13. 애노드 및 캐소드를 갖는 캐소드실, 상기 애노드실과 상기 캐소드실 사이에 교대로 배치되어 상기 애노드측의 음이온 교환막 및 상기 캐소드측의 양이온 교환막에 의해 각각 정해진 탈염실과 상기 애노드측의 양이온 교환막 및 상기 캐소드측 의 음이온 교환막에 의해 각각 정해진 응축실을 형성하는 복수의 양이온 교환막 및 음이온 교환막, 및 상기 탈염실을 채우는 청구범위 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 청구된 다공성 및 투과성 이온 교환체를 포함하는 장치에서 물을 탈염하는 방법에 있어서, 탈염화될 물을 상기 탈염실로 공급하는 단계, 상기 캐소드와 상기 애노드간에 전류를 흘리는 단계, 및 탈염된 물을 상기 장치로부터 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수성액 탈염 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 6 항에 청구된 다공성 및 투과성 이온 교환체 제조 방법에 있어서, 지정된 수용 영역에 걸쳐 하향으로 매달려 있는 개방된 상면 및 바닥단부들을 가지며, 형상을 갖추고, 벽이 얇은 복수의 공동 요소들을 구비한 평면 덮개판을 갖는 형판을 위치시키는 단계, 양이온 교환 수지 입자 혹은 음이온 교환 수지 입자 중 하나로 된 수성 슬러리를 상기 형판에 공급하여 상기 이온교환 수지 입자로 된 연속한 상을 형성하는 단계, 상기 양이온 교환 수지 입자 혹은 음이온 교환 수지 입자 중 상기한 것과 다른 것으로 된 수성 슬러리를 상기 복수의 형상화되어 있고 벽이 얇은 공동 요소에 공급하여 상기 양이온 교환 수지 입자 혹은 음이온 교환 수지 입자 중 상기 다른 것으로 된 복수의 분산된 상태의 클러스터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체 제조 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 6 항에 청구된 다공성 및 투과성 이온 교환체 제조 방법에 있어서, 지정된 수용 영역에 걸쳐 양이온 교환 수지 입자 혹은 음이온 교환 수지 입자로 된 수성 슬러리를 선택적으로 분배시키기 위한 분배노즐 어레이를 위치시키는 단계, 상기 지정된 영역에 상기 양이온 교환 수지 입자 혹은 상기 음이온 교환 수지 입자 중 하나인 수성 슬러리를 공급하여 상기 이온 교환 수지 입자로 된 연속한 상을 형성하는 단계, 상기 양이온 교환 수지 입자 혹은 상기 양이온 교환 수지 입자 중 상기한 것과 다른 것으로 된 수성 슬러리를 소정 패턴으로 공급하여 상기 양이온 교환 수지입자 혹은 음이온 교환 수지 입자 중 상기 다른 것으로 된 복수의 분산된 불연속한 상태의 클러스터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체 제조 방법.
  16. 제 7 항에 청구된 다공성 및 투과성 이온 교환체 제조 방법에 있어서, 양이온 교환 수지 입자 혹은 음이온 교환 수지 입자로 된 복수의 형상화된 클러스터를 상기 수지 입자로 된 제1 시트로부터 다이 컷팅하여 복수의 구멍을 갖는 상기 이온교환 수지 입자로 된 연속한 상을 형성하는 단계, 상기 양이온 교환 수지 입자 혹은 음이온 수지 입자 중 상기 한 것과 다른 것으로 된 복수의 동일한 클러스터를 상기 수지 입자로 된 제2 시트로부터 다이 컷팅하는 단계, 상기 양이온 교환 수지 입자 혹은 음이온 수지 입자 중 상기 다른 것으로 된 절단한 클러스터를 상기 제1 시트의 구멍에 끼워맞추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체 제조 방법.
  17. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 분산된 상태의 이온교환 입자와 이온교환막간 밀접한 접촉을 위해 상기 이온교환막에 걸쳐 상기 이온 교환체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체 제조 방법.
  18. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 스페이서 프레임 내에 상기 이온 교환체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체 제조 방법.
  19. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 스페이서 프레임으로 이송하기 위해 지지 플라스틱막 상의 지그 내에 상기 이온 교환체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체 제조 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 스페이서 프레임 내의 상기 이온 교환체를 냉동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체 제조 방법.
  21. 제 19 항에 있어서, 스페이서 프레임으로 상기 이온 교환체를 이송하기 위해 상기 지그 내에 상기 이온 교환체를 냉동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체 제조 방법.
  22. 제 14 항에 있어서, 상기 입자크기보다 작은 망 크기를 갖는 형상화된 망의 예비형상을 상기 공동 요소에 삽입시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체 제조 방법.
  23. 제 15 항에 있어서, 상기 수지 입자의 평균크기보다 작은 망 크기를 갖는 형상화된 망의 예비형상을 상기 분리된 불연속한 상태의 클러스터에 배치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체 제조 방법.
  24. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, 상기 형상화된 예비형상은 직 원주, 혹은 직사각형, 직 육각 혹은 직 다면 각주 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체 제조 방법.
  25. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 수지 입자의 평균크기보다 작은 망 크기를 갖는 복수의 형상화된 망의 예비형상을 상기 이온교환 수지 입자로 된 연속한 상을 정하는 상기 수용 영역 내에 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체.
  26. 제 24 항에 있어서, 상기 형상화된 예비형상은 직 원주, 혹은 직사각형, 직 육각 혹은 직 다면 각주 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체 제조 방법.
  27. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 분산된 상태의 클러스터 혹은 연속한 상 중 적어도 하나 내에 혼입시키기 위해서 상기 수용영역에 벌집형상 망을 선택적으로 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체 제조 방법.
  28. 제 22 항 내지 제 27 항에 있어서, 이송을 위해 상기 이온 교환체를 냉동시키는 것을 특징으로 하는 다공성 및 투과성 이온 교환체 제조 방법.
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