电脱盐装置的制作方法

专利名称：电脱盐装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及所谓电脱盐装置和电脱盐装置用离子交换体。特别地，涉及可以持续进行水的解离的电脱盐装置用离子交换体，特别是作为电脱盐装置用离子交换无纺布和离子传导间隔件(spacer)的最佳电脱盐装置用离子交换体，以及抑制电脱盐装置的电压上升、可以以低电压运转的电脱盐装置。
背景技术：
电脱盐装置为，在正负电极之间配置阳离子交换膜和阴离子交换膜并交替形成浓缩室和脱盐室，以电位梯度作为驱动源，在脱盐室内使被处理液中的离子通过离子交换膜向浓缩室移动、进行分离，借此去除液体中的离子成分。
在

图1中表示典型的电脱盐装置的概念。图1所示的电脱盐装置，在阴极(-)和阳极(+)之间交替配置阴离子交换膜A、阳离子交换膜C，形成脱盐室和浓缩室。通过进一步重复该阴离子交换膜和阳离子交换膜的交替配置，并列形成多个脱盐室。根据需要，将离子交换体填充到脱盐室和浓缩室内，借此促进室内的离子移动。并且，与两端的阳极和阴极相接的区域通常称为阳极室和阴极室。这些极室存在将最靠电极侧的浓缩室作为极室使用的情况，或者，还存在比最靠电极侧的浓缩室更靠近电极侧地配置离子交换膜、独立形成极室的情况。在前一种情况下，最靠阴极侧的离子交换膜是阳离子交换膜，最靠阳极侧的离子交换膜是阴离子交换膜，在后一种情况下，最靠阴极侧的离子交换膜是阴离子交换膜，最靠阳极侧的离子交换膜是阳离子交换膜。因此，极室具有接受由直流电源施加的电流的电子的功能。在这种电脱盐装置的运转过程中，向阳极和阴极施加电压，同时，向脱盐室、浓缩室、两极室供应水。供应到浓缩室中的水称为浓缩水，供应到脱盐室中的水称为被处理水。当这样将被处理水和浓缩水分别导入脱盐室和浓缩室时，水中的阳离子和阴离子被分别引向阴极侧和阳极侧，但是由于离子交换膜仅有选择地允许同种离子透过，所以被处理中的阳离子(Ca2+、Na+、Mg2+、H+等)通过阳离子交换膜C向阴极侧的浓缩室移动，并且阴离子(C1-、SO42-、HSiO3-、CO32-、HCO3-、OH-等)通过阴离子交换膜A向阳极侧的浓缩室移动。另一方面，由于离子交换膜的异种离子屏蔽性，而阻止阴离子从浓缩室向脱盐室的移动以及阳离子从浓缩室向脱盐室的移动。结果，在脱盐室中，获得离子浓度降低的脱盐水，在浓缩室中获得离子浓度高的浓缩水。
采用这种电脱盐装置，通过例如采用相当RO(逆渗透)处理水的杂质少的水作为被处理水，作为脱盐水获得纯度更高的纯水。最近，需要例如半导体制造用超纯水等更高纯度的超纯水。因此，在电脱盐装置中，采用通过将作为离子交换体的阳离子交换树脂珠和阴离子交换树脂珠混合并填充到脱盐室和/或浓缩室中、以促进这些室内的离子移动的方法。进而，提出了下述方法，即，作为离子交换体，在脱盐室和/或浓缩室内，分别面对面地在阳离子交换膜侧配置阳离子交换纤维材料(无纺布等)、在阴离子交换膜侧配置阴离子交换纤维材料，在这些离子交换纤维材料之间填充间隔件或具有离子传导性的离子传导间隔件(参见PCT/JP99/01391、国际公报WO99/48820)。
在这种方式的电脱盐装置中，在填充有离子交换体的脱盐室和/或浓缩室内，存在阳离子交换基和阴离子交换基接触的部位。特别地，在脱盐室内，如图2(a)所示，引起水的解离()，由于因水的解离(水解)而生成的H+离子和OH-使得脱盐室内的离子交换体被连续高效地再生，借此可以获得高纯度的超纯水。其原因被认为如下，通过在脱盐室和/或浓缩室内的阳离子交换纤维材料和阴离子交换纤维材料之间配置间隔件或离子传导间隔件，形成连续的阳离子交换体填充层和阴离子交换体填充层，从而使离子易于通过两电极侧，因而，在阳离子交换体和阴离子交换体的接触部位上，官能团的成对离子局部不足，使应当对不足的成对离子进行补偿的水解离，向阳离子交换基和阴离子交换基提供H+离子和OH-离子，并且，当阳离子交换基和阴离子交换基以数～数十的距离靠近时，在其间产生很强的电场，水易于极化并解离，不会再结合，再生成离子交换体。并且，不仅是水，即使在酒精等非电解质中，也可能通过形成因强磁场而极化并解离的阴离子和阳离子而吸附到官能团上，并被除掉。
但是，在这种结构的电脱盐装置中，存在由于长时间运转而使运转电压上升的问题。即，如图2(b)所示，在水解离的部位、即阳离子交换基和阴离子交换基的接触部位上产生的电场，当阳离子交换基和阴离子交换基相互吸引并形成离子键时，与H+离子及OH-离子结合的自由离子交换基减少，并且接触部位处的电场减弱。这时，解离水的能量不足，阳离子交换基和阴离子交换基之间的水难以解离，离子交换体的再生能力下降。为了维持离子交换体的再生能力，有必要从外部进一步提供电能、施加强电场，结果会引起运转电压上升。
因此，本发明的目的是提供一种电脱盐装置，即使在电脱盐装置长时间运转时，也不会阻碍在脱盐室和/或浓缩室中阳离子交换基和阴离子交换基的接触部位处产生的水的解离，可以保持较低的运转电压。
并且，本发明的目的是，提供一种新型离子交换体和采用该离子交换体的电脱盐装置，所述新型离子交换体，可以降低在脱盐室和/或浓缩室内的阳离子交换基和阴离子交换基的接触部的阴离子交换基和阳离子交换基的结合。

发明内容
作为解决上述课题的方案，本发明的第一个形式的特征为，在配置于脱盐室和/或浓缩室内的离子交换体的至少一部分中，在阴离子交换基和阳离子交换基的接触部位上赋予多个不同的官能团。
并且，本发明的第二个形式的特征为，由两级结构的接枝聚合体侧链构成配置于脱盐室和/或浓缩室中的离子交换体的阴离子交换基和阳离子交换基的接触部位的至少一部分。
进而，本发明的第三个形式的特征为，由具有离子交换基的交联结构的接枝聚合体侧链构成配置在脱盐室和/或浓缩室内的离子交换体的阴离子交换基和阳离子交换基的接触部位的至少一部分。
附图的简单说明图1是电脱盐装置的概括说明图。
图2(a)是表示阳离子交换基和阴离子交换基的接触部中产生水解的原理的示意图。图2(b)是表示在长时间运转之后的电脱盐装置中阳离子交换基和阴离子交换基接触部处水解产生抑制的原理的示意图。
图3是根据本发明第一个形式的优选实施形式的电脱盐装置的概括示意图。
图4(a)是表示在具有本发明第一个形式的多个官能团的离子交换体中的阴离子交换基和阳离子交换基的接触部位的放大示意图。图4(b)是表示在长时间运转之后的电脱盐装置中、在根据本发明第一个形式的离子交换体中阳离子交换基和阴离子交换基的接触部处产生水解的原理的示意图。
图5是根据本发明第一形式的另一个优选实施例的电脱盐装置的概括模式图。
图6是在实施例1中使用的电脱盐装置的概括模式图。
图7是根据本发明第二个形式的具有两级接枝结构的离子交换体的制造工艺原理的图示。
图8是表示利用具有根据本发明第二个形式的两级接枝结构的离子交换体，抑制离子交换基之间离子键的形成的原理的图示。
图9是根据本发明第二个形式的优选实施形式的电脱盐装置的概括示意图。
图10是表示在采用根据本发明第三个形式的用具有交联接枝结构的离子交换体的情况下、在阳离子交换基和阴离子交换基的接触部产生水解的原理的示意图。
图11是根据本发明第三个形式的优选实施形式的电脱盐装置的概括示意图。
具体实施例方式
本发明的第一个形式，其特征为，在配置于脱盐室和/或浓缩室中的离子交换体的至少一部分中，在阴离子交换基和阳离子交换基的接触部位上赋予多个不同的官能团。
即，根据本发明的第一个形式，提供一种电脱盐装置，在阳极和阴极之间至少部分交替地配置阳离子交换膜和阴离子交换膜、以形成脱盐室和浓缩室的电脱盐装置中，其特征在于，至少在上述脱盐室和/或浓缩室中配置离子交换体，该离子交换体的至少一部分，在具有符号与其相反的电荷的离子交换体和/或离子交换膜的接触部，具有多个不同的官能团。在本发明的第一形式中，上述离子交换体优选至少配置在脱盐室中。
在本发明的第一个形式中，“离子交换体”只要是具有至少一种离子交换基的物质即可，与其形状和尺寸无关，例如采用离子交换树脂珠、或将至少一种离子交换基导入纤维、无纺布或织布等中形成的材料，例如离子交换纤维、离子交换无纺布、离子交换织布、离子传导网、离子传导斜向交叉网、离子交换膜等。
在电脱盐装置中，配置在脱盐室和/或浓缩室内的离子交换体，在具有相反符号电荷的离子交换体和/或离子交换膜的接触部，在阳离子交换基和阴离子交换基的接触部产生水的解离，通过用水的解离所产生的H+和OH-对阳离子交换体和阴离子交换体进行再生，可以长时间的运转。为了使水解离，配置在脱盐室和/或浓缩室中的阳离子交换体和阴离子交换体中的至少一方优选为强酸性阳离子交换体或强碱性阴离子交换体。特别地，优选将强酸性阳离子交换体和强碱性阴离子交换体组合使用。这样，由于强酸性阳离子交换基和强碱性阴离子交换基之间产生强电场，从而使阳离子交换体和阴离子交换体接触部的水的解离更为良好。但是，仅在强酸性阳离子交换基和强碱性阴离子交换基的组合中，如图2(b)示意所示，在两者的接触部处，如下述化学反应式所示，由阳离子交换基和阴离子交换基产生的强电场的力相互强力吸引，阳离子交换基和阴离子交换基的离子键增加，在长时间运转之后，阳离子交换基和阴离子交换基的电荷消失，接触部位的电场消失，阻碍H+离子和OH-离子的解离。
在本发明的第一个实施形式中，通过在水解离部、即阳离子交换基和阴离子交换基的接触部中，向离子交换体赋予多个不同的官能团，抑制上述式中的中和反应，抑制水解离所需的电压的上升，抑制电脱盐装置的运转电压上升。另外，在本发明中，在将离子交换树脂填充到脱盐室和/或浓缩室内的情况下，水解离部、即阳离子交换基和阴离子交换基的接触部包含阳离子交换树脂和阴离子交换树脂的接触部、以及离子交换树脂与具有和其符号相反的电荷的离子交换膜的接触部、例如阳离子交换树脂和阴离子交换膜的接触部。并且，在脱盐室内，当分别面对面地在阳离子交换膜侧配置阳离子交换纤维材料、在阴离子交换膜侧配置阴离子交换纤维材料的情况下，包含阳离子交换纤维材料和阴离子交换纤维材料的接触部。进而，在脱盐室内，当在配置在阳离子交换膜侧的阳离子交换纤维材料、和配置在阴离子交换膜侧的阴离子交换纤维材料之间配置赋予离子传导性的离子传导间隔件的情况下，包含两者的离子交换纤维材料和具有与其符号相反的电荷的离子传导间隔件的接触部、即阳离子交换纤维材料和阴离子传导间隔件的接触部、或阴离子交换纤维材料和阳离子传导间隔件的接触部。进而，当在两者的离子交换纤维材料之间配置阴离子传导间隔件和阳离子传导间隔件的情况下，也包含阴离子传导间隔件和阳离子传导间隔件的接触部。
作为构成电脱盐装置的离子交换膜，可以没有限制地采用通常市场上销售的离子交换膜，作为阳离子交换膜，例如可以使用NEOSEPTACMX(トクヤマソ-ダ)、作为阴离子交换膜，例如可以使用NEOSEPTAAMX(トクヤマ ソ-ダ)等。
并且，在根据本发明第一个形式的电脱盐装置中，作为配置在脱盐室和/或浓缩室内的离子交换体，例如，可以采用离子交换树脂珠。作为可以用于这一目的的离子交换树脂珠，可以采用在该领域中公知的将利用二乙烯基苯对聚苯乙烯进行交联的球珠等作为基材树脂制造出的物质。例如，在制造具有磺酸基的强酸性阳离子交换树脂的情况下，利用硫酸或氯磺酸这样的磺化剂对上述基材树脂进行磺化处理，将磺酸基导入到基材中，从而获得强酸性阳离子交换树脂。并且，例如在制造具有季铵基的强碱性阴离子交换树脂的情况下，在对基材树脂进行氯甲基化处理之后，通过使三甲胺这样的叔胺反应进行季铵化，获得强碱性阴离子交换树脂。这种制造方法在该技术领域中是公知的，并且，采用这种方法制造的离子交换树脂珠，例如作为阳离子交换树脂，采用以Dowex MONOSPHERE 650C(道化学)、Amberlite IR-120B(口-ム&ハ-ス)等商品名销售的产品，作为阴离子交换树脂，采用以Dowex MONOSPHERE 550A(道化学)、Amberlite IRA-400(ロ-ム&ハ-ス)等商品名销售的产品。
并且，在根据本发明第一个形式的电脱盐装置中，作为配置在脱盐室内的离子交换体，代替离子交换树脂珠，也可以采用离子交换纤维材料或离子传导间隔件。并且，在浓缩室内，可以填充离子传导间隔件。即，可以优选用织布、无纺布等纤维材料形成片状基材、将离子交换基导入到该片状基材中而形成的离子交换纤维材料，或者将离子交换基导入到网状物等基材中形成的离子传导间隔件作为离子交换体使用。作为这些离子交换体的使用方式，例如采用将离子传导间隔件对向配置在脱盐室和/或浓缩室内、在脱盐室内将离子传导间隔件夹装在对向配置的离子交换纤维材料之间的形式等。这样，在使用离子交换纤维材料和离子传导间隔件的情况下，具有可以良好地去除不能用离子交换树脂充分去除的二氧化硅等弱电解质、和包含酒精和其它有机药品等的有机碳(TOC)成分的离子的优点。
作为在根据本发明的电脱盐装置中优选采用的离子交换纤维材料，可以举出利用接枝聚合法将离子交换基导入到高分子纤维基材中的材料。由高分子纤维构成的接枝化基材，即可以是由聚烯烃类高分子、例如聚乙烯或聚丙烯等一种高分子构成的单纤维，也可以是由轴芯和鞘部不同的高分子构成的复合纤维。作为可以使用的复合纤维的例子，可以举出将聚烯烃系高分子、例如聚乙烯作为鞘成分、将鞘成分以外的高分子、例如聚丙烯作为芯成分的芯鞘结构的复合纤维。在这种复合纤维材料中，虽然利用放射线接枝聚合法导入离子交换基，但是在离子交换能量良好、可厚度均匀地进行制造的方面，由于TOC溶出少，所以优选作为本发明中采用的离子交换纤维材料。
另外，当采用离子交换纤维材料作为离子交换体时，与采用离子交换树脂珠的情况相比，由于可以消除对球珠紧密填充的必要性、为了紧密填充球珠而保持对脱盐室内的高流入压力的必要性、因球珠形状造成偏离而需要使球珠均匀混合的必要性、控制球珠填充的空隙率的必要性等，所以是更优选的。并且，在通过接枝聚合制造离子交换纤维材料的情况下，为了良好地获得稳定的处理水质，作为基材特别优选采用厚度0.1～1.0mm、织物单位面积重量10～100g/m2、空隙率50～98％、纤维直径10～70μm的范围内的无纺布。
并且，作为离子传导间隔件，采用聚烯烃类高分子树脂，例如将在过去电透析槽中使用的聚乙烯制的斜交网(网状物)作为基材，采用放射线接枝法在其上赋予离子交换功能，由于离子传导性良好、被处理水的分散性良好，所以是优选的。另外，所谓放射线接枝聚合法，是对高分子基材照射放射线形成自由基，通过使其与单体反应将单体导入到基材中的方法。
作为可以在放射接枝聚合法中使用的放射线，可以举出α射线、β射线、γ射线、电子射线、紫外线等，但是在本发明中优选采用γ射线或电子射线。在放射线接枝聚合法中，存在在对接枝基材预先照射放射线之后、与接枝单体接触并反应的先照射接枝聚合法，和在基材和单体共存的情况下照射放射线的同时照射接枝聚合法，而在本发明中可以采用任何一种方法。并且，使单体和基材接触的方法可以举出在将基材浸渍到单体溶液中的状态下直接进行聚合的液相接枝聚合法，使基材与单体的蒸汽接触并进行聚合的气相接枝聚合法，将基材浸渍到单体溶液中之后、从单体溶液中取出并在气相中进行反应的含浸气相接枝聚合法等，在本发明中可以采用任何一种方法。
作为导入这些纤维基材和间隔件基材中的离子交换基，没有特别的限定，可以采用各种阳离子交换基或阴离子交换基。例如，作为阳离子交换基可以采用磺酸基等强酸性阳离子交换基、磷酸基等中等酸性阳离子交换基、羧基等弱酸性阳离子交换基，作为阴离子交换基可以采用伯～叔氨基等弱碱性阴离子交换基、季铵基等强碱性阴离子交换基，或者可以采用同时具有上述阳离子交换基和阴离子交换基两者的离子交换体。
在采用具有这些离子交换基的单体进行接枝聚合、优选进行放射线接枝结合、或者采用在这些离子交换基中具有可转换的基的聚合性单体进行接枝聚合之后，通过使该基转换成离子交换基，可以将各种离子交换基导入到纤维基材或间隔件基材中。作为具有可以用于这一目的的离子交换基的单体，可以举出丙烯酸(AAc)、甲基丙烯酸、苯乙烯磺酸钠(SSS)、甲基丙烯磺酸钠、烯丙基磺酸钠、乙烯磺酸钠、乙烯基苄基三甲基氯化铵(VBTAC)、甲基丙烯酸二乙胺基乙酯(DMAEMA)、二甲基氨基丙基丙烯酰胺(DMAPAA)等。例如，通过将苯乙烯磺酸钠作为单体进行放射线接枝聚合，可以将作为强酸性阳离子交换基的磺酸基直接导入到基材上，并且，通过将乙烯基苄基三甲基氯化铵作为单体进行放射线接枝聚合，可以将作为强碱性阴离子交换基的季铵基直接导入到基材中。并且，作为具有可以转换成离子交换基的基的单体，可以举出丙烯腈、丙烯醛、乙烯基吡啶、苯乙烯、氯甲基苯乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)等。例如通过放射线接枝聚合将甲基丙烯酸缩水甘油酯导入到基材中，接着通过使亚硫酸钠等磺化剂反应，导入作为强酸性阳离子交换基的磺酸基，或者接枝聚合氯甲基苯乙烯之后，通过将基材浸渍到三甲胺水溶液中进行季铵化，可以将作为强碱性阴离子交换基的季铵基导入到基材中。
另外，作为导入到电脱盐装置的脱盐室和/或浓缩室内的离子交换体，优选采用具有作为强酸性阳离子交换基的磺酸基的阳离子交换体、以及具有作为强碱性阴离子交换基的季铵基的阴离子交换体。在此，如上所述，生成离子交换体再生中所必需的H+离子和OH-离子的阳离子交换体和阴离子交换体的接触部中的水的解离，可以在强酸性阳离子交换基和强碱性阴离子交换基之间更良好地进行，并且吸附去除离子的能力非常高。
在本发明的第一个形式中，其特征在于，在上面说明的电脱盐装置的脱盐室和/或浓缩室内，优选至少配置在脱盐室内的上述各种形式的离子交换体的至少一部分，在与带有符号与其相反的电荷的离子交换体和/或离子交换膜接触的部位中，具有多个不同的官能团。
作为这样的多个不同官能团，例如，优选可以采用至少一种强酸性阳离子交换基和非强酸性阳离子交换基或非离子交换基的组合、或者至少一种强碱性阴离子交换基和非强碱性阴离子交换基或非离子交换基的组合。作为强酸性阳离子交换基可以优选举出磺酸基(-SO3-)等，作为强碱性阴离子交换基，作为季铵盐基(-N+R3)，优选可以举出三甲铵基(-N+(CH3)3)、三乙铵基(-N+(C2H5)3)、二甲基乙醇铵基(-N+(CH3)2(C2H5OH))等。另一方面，作为非强酸性或非强碱性离子交换基，优选可以举出羧基(-COOH)等弱酸性阳离子交换基、磷酸基(-PO3H2)等中等酸性阳离子交换基、伯氨基(-NH2)、仲胺基(-NRH)、叔胺基(-NR2)等弱碱性阴离子交换基、羟基(-OH)、酰胺基(-CONH2)等非离子性亲水基等。通过对具有非离子性亲水基的聚合性单体进行接枝聚合，或者，通过在对具有可以转化成非离子性亲水基的基的聚合性单体进行接枝聚合之后、将该基转换成非离子性亲水基，可以将非离子性亲水基导入到基材中。作为具有非离子性亲水基的聚合性单体，例如可以举出N，N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟基乙基酯等。并且，例如在将甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚合到基材上之后，通过利用硫酸水溶液对基材进行加热处理，使环氧基开环并二醇化，可以将作为非离子性亲水基的羟基导入到基材中。
在本发明的第一个形式中，配置在电脱盐装置的脱盐室和/或浓缩室内的具有多个不同官能团的离子交换体可以按下述方式形成从上面所示的各种官能团中选择多种不同的官能团，通过采用上面所示的方法将所选择的多种官能团导入到基材中。例如，采用乙烯基苄基二甲基氯化铵作为具有属于强碱性阴离子交换基的季铵基的聚合性单体、采用N，N-二甲基丙烯酰胺作为具有属于非离子性基的酰胺基的聚合性单体，采用这些单体的混合液，对纤维基材或间隔件基材进行接枝聚合，借此可以形成具有多个官能团的离子交换体。
并且，作为离子交换体，在将离子交换树脂珠配置于电脱盐装置的脱盐室和/或浓缩室内的情况下，利用该技术领域中的公知方法，可以形成具有多个官能团的离子交换树脂珠。例如，在具有强酸性阳离子交换基和弱阳离子交换基的阳离子交换树脂珠的情况下，若将苯酚磺酸与甲醛和苯酚一起缩聚，则合成具有磺酸基和酚基的树脂。并且，在具有强碱性阴离子交换基和弱碱性阴离子交换基的阴离子交换树脂珠的情况下，将氯甲基苯乙烯和二乙烯基苯混合，采用引发剂在水中进行悬浊聚合，作为二次反应利用三甲胺、二甲胺混合水溶液进行处理，合成具有三甲铵基和二甲基酰胺基的阴离子交换树脂。
在本发明第一个形式中采用的具有多个不同官能团的离子交换体中，至少一种离子交换基为强酸性或强碱性离子交换基，优选分别与弱酸性或弱碱性离子交换基和/或非离子性亲水基组合使用。具体而言，在将强酸性阳离子交换基和弱酸性阳离子交换基组合的情况下，在离子交换容量比中，优选强酸性阳离子交换基∶弱酸性阳离子交换基＝1∶1～1∶3，例如特别优选地，磺酸基(苯乙烯磺酸钠)∶羧基(丙烯酸)＝1∶1.70。在强碱性阴离子交换基和弱碱性阴离子交换基组合的情况下，在离子交换容量比中，优选地，强碱性阴离子交换基∶弱碱性阴离子交换基＝1∶0.01～1∶0.1，例如特别优选为季铵基(三甲胺)∶叔胺基(二甲胺)＝1∶0.01。在强碱性阴离子和非离子性官能团组合的情况下，离子交换容量比优选为1∶1～1∶3，例如特别优选为季铵基(乙烯基苄基三甲基氯化铵)∶非离子性亲水基(N，N-二甲基丙烯酰胺)＝1∶2.4。通过使强酸性或强碱性离子交换基与非强酸性或非强碱性官能团的比例在上述范围内，可以导入能够成为阻碍强酸性和强碱性离子交换基彼此的离子结合的程度的立体阻碍的非强酸性和非强碱性官能团，并且，可以在不同电荷的离子交换体之间的接触部位处保持不阻碍水的解离的程度的电场。
作为在本发明第一个形式中采用的多个不同官能团的组合，可以举出强酸性阳离子交换基和中～弱酸性阳离子交换基或非离子性官能团、强碱性阴离子交换基和中～弱碱性阴离子交换基或非离子性官能团的各种组合。具体可以举出季铵基和二甲基酰胺基的组合、季铵基和叔胺基的组合、磺酸基和羧基的组合、季铵基和羟基的组合、磺酸基和羟基的组合等。
在根据本发明第一个形式的电脱盐装置中，如上面所说明的那样，在脱盐室和/或浓缩室中配置离子交换体，该离子交换体的至少一部分，在带有与其符号相反的电荷的离子交换体和/或离子交换膜的接触部具有多个不同的官能团，因而，借助不同种官能团的存在，抑制阳离子交换基和阴离子交换基的离子结合，消除了难以引起水的解离的问题。例如，如图4所示，在作为阳离子交换基具有磺酸基(-SO3-)的阳离子交换体、和作为阴离子交换基具有季铵基(-N+(CH3)3)的阴离子交换体相接触的部位中，当进一步将作为非离子性官能团的二甲基酰胺基(-CO-N(CH3)2)混合到阴离子交换体的接枝链中时，该二甲基酰胺基成为立体障碍，即阴离子交换基和阳离子交换基的距离加长，阻碍了磺酸基和季铵基的离子结合。由此，缓解了由于离子键的形成而抑制由阳离子交换基和阴离子交换基的作用导致的水解离的问题，缓解了电脱盐装置的运转电压在长期运转过程中上升的问题。
进而，在本发明的第一个形式中，在脱盐室内，作为离子交换体分别面对面地在阳离子交换膜侧配置阳离子交换纤维材料，在阴离子交换膜侧配置阴离子交换纤维材料，进而，在这些离子交换纤维材料之间，当采用赋予了多种不同官能团的离子传导间隔件时，由于被处理水分散易于流动，所以可以显著减轻运转电压的上升，同时，由于其离子捕获功能，脱盐率也显著提高，可以良好地去除碳酸成分、二氧化硅成分、有机氮类(TOC)成分。
作为在这种形式中采用的离子传导间隔件，满足下述条件就可以被处理一边产生紊流一边分散易于流动、间隔件和离子交换体可以非常紧密地密合、产生的溶出物和粒子少、压力损失小等条件，可以适当地设定形状和尺寸，而作为可以完全满足这些条件的例子，例如可以举出斜交网。可以增大处理流量、减小压力损失的优选的网的整个厚度，例如可以为0.3～1.5mm，只要整体在该范围内、也可以采用多张非常薄的间隔件。在采用多张离子传导间隔件的情况下，优选在阴离子交换体侧配置具有多种不同阴离子交换基的离子传导间隔件，在阳离子交换体侧配置具有多种不同阳离子交换基的离子传导间隔件。但是，离子传导间隔件的配置不限于此，可以根据被处理水的水质进行变动，在离子交换体之间，仅配置具有多种不同阴离子交换基的离子传导间隔件，或者，也可以仅配置具有多种不同阳离子交换基的离子传导间隔件。或者，也可以在具有多种不同官能团的离子交换体之间配置具有通常的单一离子交换基的离子导电性间隔件和/或具有多个不同官能团的离子电导性间隔件。
在本发明的电脱盐装置中，优选在2.5～5mm厚的脱盐室和/或浓缩室中，夹入阴离子交换体、阳离子交换体、或根据情况夹入离子传导间隔件。其各自的厚度可以根据被处理水的流量、压力损失、被处理水的水质、电压等进行适当的选择。
以下，参照附图进一步详细说明本发明的第一个形式。
图3是表示根据本发明第一个形式的优选实施例的电脱盐装置的示意图，图4是配置在根据本发明的第一个优选实施形式的电脱盐装置的脱盐室内的阴离子交换体和阳离子交换体的接触部位的放大模式图。
如图3所示，根据本发明第一个形式的优选实施形式的电脱盐装置，是在阳极和阴极之间、至少部分交替配置阴离子交换膜A和阳离子交换膜C形成脱盐室和浓缩室的电脱盐装置。至少在脱盐室中，对向配置由阳离子交换纤维材料构成的阳离子交换无纺布和由阴离子交换纤维材料构成的阴离子交换无纺布，分别在该离子交换无纺布侧配置阳离子传导间隔件，在阴离子交换无纺布侧配置具有多个不同官能团的阴离子交换传导间隔件。在图示的实施形式中，仅记载了一组室(浓缩室/脱盐室/浓缩室)，但是根据需要，通过重复阳离子交换膜和阴离子交换膜的配列，可以在电极之间并列配置多个脱盐室的室(浓缩室/脱盐室/浓缩室的组合)。并且，离子交换膜的配置也可以在其中的一部分中存在连续配置同种离子交换膜的部分。
配置在图3的脱盐室中的阴离子传导间隔件，是采用接枝聚合法将多个不同官能团导入到斜交网基材中形成的离子交换体。在图4中，示意地放大表示配置在脱盐室内的阴离子交换体和阳离子交换体的接触部位。在图4中放大表示出了具有对向配置的磺酸基(SO3-)的阳离子交换体的接枝链部分、和具有二甲基酰胺基((CH3)2)N-CO)和三甲基铵基((CH3)CN+)的阴离子交换体的接枝部分。
下面，说明根据图3和图4所示的本发明第一个形式的电脱盐装置的操作。当在阴极和阳极之间施加直流电压、通入被处理水时，被处理水中的Ca2+、Mg2+、Na+等阳离子借助脱盐室的阳离子交换体进行离子交换，在电场之下从阳离子交换体通过阳离子交换膜，渗透到浓缩室，作为浓缩水排出。另一方面，被处理水中的Cl-、SO42-等阴离子借助脱盐室的阴离子交换体进行离子交换，在电场之下从阴离子交换体通过阴离子交换膜，透到浓缩室，作为浓缩水排出。
这时，如图4(a)所示，在阳离子传导间隔件的接枝链部分和阴离子传导间隔件的接枝链部分的接触部位处，在由于阳离子交换基SO3-和阴离子交换基(CH3)2N-CO和(CH3)3N+靠近而产生的电场的影响下，水产生解离，将H+离子引向阳离子交换体侧，将OH-离子引向阴离子交换体侧。随着运转时间的加长，强酸性阳离子交换体的SO3-和分子较大的阳离子交换基的距离缩短，进行与弱碱性阴离子交换体(CH3)2N-CO的结合，而阴离子交换体，除了弱碱性离子交换基(CH3)2N-CO之外，还存在分子较小、与阳离子交换基的距离长的强碱性离子交换基(CH3)3N+，该强碱性离子交换基(CH3)3N+和强酸性离子交换基SO3-的结合被分子大的弱碱性离子交换体的(CH3)2N-CO阻碍而难以进行、保持电荷，因而OH-被引到阴离子交换体一侧。由于连续产生水的解离，所以水解离所需电压的上升受到抑制。
其次，在图5中示意表示根据本发明第一形式的另一个优选形式的电脱盐装置。根据该实施形式的电脱盐装置，在对向配置在脱盐室中的阳离子交换无纺布和阴离子交换无纺布之间，配置两张具有多个不同官能团的阴离子传导间隔件。在这种情况下，在阳离子交换无纺布和阴离子传导间隔件之间产生阴离子交换体和阳离子交换体之间的水的解离。
其次，本发明的第二个形式的特征为，利用两级结构的接枝聚合体侧链构成配置在脱盐室和/或浓缩室中的离子交换体的阴离子交换基和阳离子交换基的接触部位的至少一部分。
即，根据本发明第二个形式，提供一种电脱盐装置，其特征为，将阳离子交换膜和阴离子交换膜至少部分交替地配置在阳极和阴极之间、形成脱盐室和浓缩室，将离子交换体配置在上述脱盐室和/或浓缩室中，该离子交换体的至少一部分，在有机高分子基材的主链上具有带离子交换基的接枝聚合体侧链，进而将第二接枝聚合体侧链导入到该接枝聚合体侧链上。另外，在根据本发明第二形式的电脱盐装置中，离子交换体，特别是在有机高分子基材的主链上具有带离子交换基的接枝聚合体侧链、进而将第二接枝聚合体侧链导入到该接枝聚合体侧链上的离子交换体，更优选至少配置于脱盐室内。
在本发明的第二个形式中，所谓“离子交换体”可以是具有至少一种离子交换基的材料，可以用例如将至少一种离子交换基导入到纤维或无纺布和织布、或者斜交网等间隔件基材等中的材料，例如离子交换纤维、离子交换无纺布、离子交换织布、离子传导网、离子传导斜交网、离子交换膜等。作为各种离子交换体，可以采用上面说明的各种形式。另外，在脱盐室内，优选填充上述离子交换纤维、离子交换无纺布、离子交换织布、离子传导网、离子传导斜交网等，在浓缩室中，优选填充上述离子传导网、离子传导斜交网等。
在本发明的第二个形式中，在水的解离部、即阳离子交换基和阴离子交换基的接触部的至少一部分中，作为离子交换体的至少一方，采用在有机高分子基材的主链上具有带离子交换基的接枝聚合体侧链、进而将第二接枝聚合体侧链导入到该接枝聚合体侧链上的材料。即，上述离子交换体的特征为，在基材的主链上首先形成具有离子交换基的第一接枝聚合体侧链，其次进一步在该接枝聚合体侧链上形成第二接枝聚合体侧链。这样，通过从第一接枝聚合体侧链进而伸出第二接枝聚合体侧链，第二接枝聚合体侧链成为立体障碍，抑制配置在第一接枝聚合体侧链上的离子交换基，与具有相反电荷的离子交换基吸引、形成离子键。在本发明的第二个形式中，利用这种原理抑制上述式子的中和反应，抑制水的解离中所需的电压上升，抑制电脱盐装置的运转电压的上升。进而，根据本发明的第二个形式，通过控制第二级接枝的反应条件、控制第二级接枝链的长度，可以调整阴离子交换基和阳离子交换基之间的距离，借此可以维持水解中最适当的官能团之间的距离。
本发明的第二个形式的特征为，与上述本发明第一形式和第二形式相关联地说明的电脱盐装置的脱盐室和/或浓缩室内，在更好的形式中，至少配置在脱盐室内的上述各种形式的离子交换体的至少一部分具有在有机高分子基材主链上带有离子交换基的接枝聚合体侧链，进一步将第二接枝聚合体侧链导入到该接枝聚合体侧链上。这样的离子交换体优选至少配置在脱盐室内。
这样的具有两级接枝结构的接枝聚合体侧链，可以通过对有机高分子基材进行第一接枝聚合、形成具有离子交换基的接枝聚合体侧链、接着进行第二接枝聚合而形成。这时，在第一接枝聚合中，可以采用上述各种单体将各种离子交换基导入到基材中。并且，在第二接枝聚合中，可以采用上述各种单体在第一接枝聚合体侧链上形成具有各种离子交换基的第二接枝聚合体侧链，或者，可以在第一接枝聚合体侧链上形成具有非离子性亲水基、例如羟基、酰胺基等的第二接枝聚合体侧链。例如，在第二接枝聚合中，通过对具有非离子性亲水基的聚合性单体进行接枝结合，或者，通过对具有可以转换成非离子性亲水基的基的聚合性单体进行接枝聚合之后、将该基转换成非离子性亲水基，可以在第一接枝聚合体侧链上形成具有非离子性亲水基的第二接枝聚合体侧链。作为可以用于这一目的的具有非离子性亲水基的聚合性单体，例如可以举出N，N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟基乙酯等。并且，例如在将甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚合到第一接枝聚合体侧链上之后，在硫酸水溶液中对基材进行加热处理、使环氧基开环二醇化，借此可以将作为非离子性亲水基的羟基导入到第一接枝聚合体侧链中。
例如，如图7所示，首先，作为接枝单体采用氯甲基苯乙烯(CMS)、对聚合物基材进行第一级的接枝聚合，之后，作为接枝单体采用醋酸乙烯酯进行第二级接枝聚合，其次，将基材浸渍到三甲胺水溶液中进行季铵化，然后利用氢氧化钠水溶液进行皂化和再生，借此可以在具有作为强碱性阴离子交换基的季铵基的第一接枝聚合体侧链上进一步形成具有作为非离子性亲水基的羟基的第二接枝聚合体侧链。同样，例如首先作为接枝单体采用苯乙烯磺酸钠进行第一级接枝聚合形成具有磺酸基的第一接枝聚合体侧链，其次，采用甲基丙烯酸作为接枝单体进行第二接枝聚合，借此可以在具有作为强酸性阳离子交换基的磺酸基的第一接枝聚合体侧链上、进一步形成具有作为弱酸性阳离子交换基的羧基的第二接枝聚合体侧链。
另外，在根据本发明第二形式的二级接枝离子交换体中，在同一基材中，配置在第一接枝聚合体侧链上的官能团和配置在第二接枝聚合体侧链上的官能团，优选为具有同侧电荷的离子交换基的组合，或者为离子交换基和非离子交换基的组合。这是因为当对于同一基材导入阴离子交换基和阳离子交换基时，它们彼此之间有形成离子键的可能。因而，作为由二级接枝聚合导入同一基材的官能团的组合，优选为强酸性阳离子交换基和弱酸性阳离子交换基的组合、强碱性阴离子交换基和弱碱性阴离子交换基的组合、强酸性阳离子交换基或强碱性阴离子交换基和非离子性亲水基的组合。进而，借助二级接枝聚合体侧链的立体阻碍性，抑制一级接枝聚合体侧链上的离子交换基与具有相反电荷的离子交换基之间形成离子键，根据这样的本发明第二个形式的原理，在根据本发明第二个形式的接枝离子交换体中，第一级接枝聚合体侧链优选具有强酸性阳离子交换基或强碱性阴离子交换基。作为具体的例子，作为根据本发明第二个形式的两级接枝阳离子交换体，例如可以采用在第一级接枝聚合体侧链上具有磺酸基、在第二级接枝聚合体侧链上具有羧基或羟基的离子交换体，另外，作为根据本发明第二个形式的二级接枝阴离子交换体，例如可以采用在第一级接枝聚合体侧链上具有季铵基、在第二级接枝聚合体侧链上具有叔胺基或羟基的离子交换体。
在根据本发明第二个形式的电脱盐装置中，如上面说明的那样，在脱盐室和/或浓缩室中配置离子交换体，该离子交换体的至少一部分，在有机高分子基材的主链上具有带离子交换基的接枝聚合体侧链，再将第二接枝聚合体侧链导入到该接枝聚合体侧链上，因而，例如如图8示意性表示的那样，第二(第二级)接枝聚合体侧链形成立体障碍，抑制在第一(第一级)接枝聚合体侧链上的离子交换基(在图8中为季铵基-N+(CH3)3和磺酸基-SO3-)之间的离子键形成。由此，缓解了由于离子键的形成而抑制由于图2(b)所示的阳离子交换基和阴离子交换基的作用而产生的水的解离的问题。进而，采用本发明第二个形式，通过控制第二级接枝的反应条件并控制第二级接枝链的长度，可以调节离子交换体的离子交换能等特性。
进而，在本发明第二个形式中，在脱盐室内作为离子交换体，分别面对面地在阳离子交换膜侧配置阳离子交换纤维材料、在阴离子交换膜侧配置阴离子交换纤维材料，进而，在这些离子交换纤维材料之间，当采用具有根据本发明第二个形式的、在有机高分子基材的主链上具有带离子交换基的接枝聚合体侧链、进而将第二接枝聚合体侧链导入到该接枝聚合体侧链上的离子传导间隔件时，由于被处理水分散、易于流动，所以可以显著减轻运转电压的上升，同时利用其离子捕获功能显著提高脱盐率，可以良好地去除碳酸成分、二氧化硅成分、有机碳类(TOC)成分。
作为在这种形式中采用的离子传导间隔件，可以采用上述与本发明第一个形式相关地说明的斜交网形状等的离子传导间隔件。在采用多张离子传导间隔件的情况下，优选地，在阴离子交换纤维材料侧配置根据本发明第二个形式的、在有机高分子基材的主链上具有带阴离子交换基的接枝聚合体侧链、进而将第二接枝聚合体侧链导入到该接枝聚合体侧链上的阴离子传导间隔件，在阳离子交换纤维材料侧配置根据本发明第二个形式的、在有机高分子基材的主链上具有带阳离子交换基的接枝聚合体侧链、进而将第二接枝聚合体侧链导入到该接枝聚合体侧链上的阳离子传导间隔件。但是，离子传导间隔件的配置不限于此，可以根据被处理水的水质而变化，在离子交换纤维材料之间，可以仅配置多张在有机高分子基材的主链上具有带阴离子交换基的接枝聚合体侧链、进而将第二接枝聚合体侧链导入到该接枝聚合体侧链上的阴离子传导间隔件，或者仅配有多张在有机高分子基材的主链上具有带阳离子交换基的接枝聚合体侧链、进而将第二接枝聚合体侧链导入到该接枝聚合体侧链上的阳离子传导间隔件。或者，于在有机高分子基材的主链上具有带离子交换基的接枝聚合体侧链、进而将第二接枝聚合体侧链导入到该接枝聚合体侧链上的离子交换纤维材料之间，也可以配置通常的具有接枝侧链的离子传导间隔件和/或在有机高分子基材的主链上具有带离子交换基的接枝聚合体侧链、进而将第二接枝聚合体侧链导入该接枝聚合体侧链的离子传导间隔件。
以下，参照附图，进一步说明本发明的第二个形式。下面的记载表示根据本发明第二个形式的电脱盐装置的一个优选的具体例子，本发明不限于这些记载。
图9是根据本发明第二个形式的实施形式的电脱盐装置的示意图。图9表示的电脱盐装置，是在阳极和阴极之间形成阴离子交换膜A和阳离子交换膜C至少一部分地相互交替配置、形成脱盐室和浓缩室的电脱盐装置。至少在脱盐室中，对向配置由阳离子交换纤维材料构成的阳离子交换无纺布和由阴离子交换纤维材料构成阴离子交换无纺布，进而，在这些纤维材料之间，分别在阳离子交换无纺布侧配置具有两级接枝结构的阳离子传导间隔件、在阴离子交换无纺布侧配置具有两级接枝结构的阴离子交换传导间隔件。在图示的实施形式中，虽然仅记载了一组室(浓缩室/脱盐室/浓缩室)，但是根据需要，通过重复阳离子交换膜和阴离子交换膜的配列，可以在电极之间并列配置多个脱盐室的室(浓缩室/脱盐室/浓缩室的组合)。并且，离子交换膜的配列，也可以在一部分中存在连续配列同种离子交换膜的部分。
配置在图9的脱盐室内的阴离子传导间隔件和阳离子传导间隔件，分别为在斜交网基材的主链上具有带离子交换基的第一接枝聚合体侧链、在该第一接枝聚合体侧链上进一步形成第二接枝聚合体侧链的离子交换体。
其次，说明根据图9所示的本发明第二个形式的一个形式的电脱盐装置的操作。在阴极和阳极之间施加直流电压，当通过被处理水时，被处理水中的Ca2+、Mg2+、Na+等阳离子借助脱盐室的阳离子交换体，进行离子交换，在电场下从阳离子交换体通过阳离子交换膜，透到浓缩室，作为浓缩水排出。另一方面，被处理水中的Cl-、SO42-等阴离子借助脱盐室的阴离子交换体进行离子交换，在电场下从阴离子交换体通过阴离子交换膜，透到浓缩室，作为浓缩水排出。
这时，如图2(a)所示，在阳离子传导间隔件和阴离子传导间隔件的接触部位上，在由于阳离子交换基(在图2中为SO3-)和阴离子交换基(在图2中为(CH3)3N+)的靠近而产生的电场影响下，水产生解离，将H+离子吸引到阳离子交换体侧，将OH-离子吸引到阴离子交换体侧。随着运转时间的延长，在接近的阳离子交换基和阴离子交换基之间形成离子键而使电荷中和，因而不会引起水解(图2(b))。但是，在本发明的第二个形式中，如图8所示，由于这些离子传导间隔件具有在具有离子交换基的第一接枝聚合体侧链上进一步具有带第二接枝聚合体侧链的二级接枝结构，因而，第二接枝聚合体侧链形成立体障碍，在存在于第一接枝聚合体侧链上的离子交换基(在图8中为磺酸基-SO3-和季铵基-(CH3)3N+)之间难以形成离子键，而保持了电荷，因而，可以连续进行水解离。因而，抑制了在长时间运转之后由于水解的阻碍而造出的运转电压的上升。
另外，在图9中，表示在脱盐室内，在阴离子交换无纺布侧配置两级接枝结构的阴离子交换间隔件、在阳离子交换无纺布侧配置两级接枝结构的阳离子交换间隔件的形式，在这些离子交换无纺布之间，也可以仅配置例如阴离子交换间隔件。
其次，本发明的第三个形式，其特征在于，利用具有离子交换基的交联结构的接枝聚合体侧链，构成配置在脱盐室和/或浓缩室中的离子交换体的阴离子交换基和阳离子交换基的接触部位的至少一部分。
即，根据本发明的第三个形式，提供一种电脱盐装置，其特征在于，在阳极和阴极之间至少局部交替地配置阳离子交换膜和阴离子交换膜而形成脱盐室和浓缩室，在上述脱盐室和/或浓缩室中配置离子交换体，该离子交换体的至少一部分，在有机高分子基材的主链上具有带交联结构的接枝聚合体侧链，将阴离子交换基导入到该交联接枝聚合体侧链上。另外，在根据本发明第三个形式的电脱盐装置中，离子交换体、特别是在有机高分子基材的主链上具有带交联结构的接枝聚合体侧链、将离子交换基导入到该交联接枝聚合体侧链上的离子交换体，优选配置在至少脱盐室内。
在本发明的第三个形式中，所谓“离子交换体”只要具有至少一种离子交换基即可，例如可以采用将至少一种离子交换基导入到纤维或无纺布或织布、或者斜交网等间隔件基材等上的材料，例如离子交换纤维、离子交换无纺布、离子交换织布、离子传导网、离子传导斜交网、离子交换膜等。作为各种离子交换体，可以采用上面说明的各种形式。另外，在脱盐室内，优选填充上述离子交换纤维、离子交换无纺布、离子交换织布、离子传导网、离子传导斜交网等，在浓缩室内优选填充上述离子传导网、离子传导斜交网等。
在本发明第三个形式中，在水的解离部、即阳离子交换基和阴离子交换基的接触部的至少一部分中，作为离子交换体的至少一方，采用在有机高分子基材的主链上具有带交联结构的接枝聚合体侧链、将离子交换基导入到该交联接枝聚合体侧链上的材料，因而配置离子交换基的接枝侧链的自由度小。若接枝侧链没有交联结构，则由于离子交换基彼此的电荷相互吸引、接枝链易于变形，并且由于离子交换基彼此的距离狭窄，所以更易于形成两者间的离子键。但是，在本发明的第三个形式中，通过使接枝侧链形成交联结构、减小接枝链的自由度，即使离子交换基彼此的电荷相互吸引，接枝链也不会变形，因而，在位于分离位置上的离子交换基彼此之间不会形成离子键。并且，利用交联接枝形成交联基体，由于接枝链不能进入到该基体内，所以在存在于交联接枝的基体内的离子交换基中，不会形成离子键。在本发明的第三个形式中，利用这样的原理抑制上述式子中的中和反应，抑制在水的解离中所需电压的上升，抑制电脱盐装置运转电压的上升。
在本发明第三个形式中，配置于与上述本发明第一个形式和第二个形式相关地说明的电脱盐装置的脱盐室和/或浓缩室内、更优选地配置在至少脱盐室内的上述各种形式的离子交换体的至少一部分，其特征为，在有机高分子基材的主链上具有带交联结构的接枝聚合体侧链，将离子交换基导入到该交联接枝聚合体侧链上。这样的离子交换体，优选至少配置在脱盐室内。
作为形成带有这样交联结构的接枝聚合体侧链的方法，例如，在存在交联剂的情况下，可以采用进行上述接枝单体的接枝聚合的方法。作为可用于这一目的的交联剂，在作为接枝单体采用GMA、SSS/AAc、VBTAC等水溶性单体的水系聚合系中，在采用甘油二甲基丙烯酸酯(例如，日本油脂制的ブレンマ-GLM)、氯甲基苯乙烯或苯乙烯等非水溶性单体的非水系聚合系中，可以举出二乙烯基苯等。例如，作为接枝单体采用苯乙烯磺酸钠、作为交联剂采用甘油二甲基丙烯酸酯，通过采用它们的混合液进行接枝聚合，可以获得在具有交联结构的聚合体侧链上带有作为阳离子交换基的磺酸基的离子交换体。
另外，一旦形成接枝聚合体侧链之后，通过使交联剂反应也可以形成具有交联结构的接枝聚合体侧链。例如，在按上述那样进行接枝聚合之后，在向接枝基材再次照射放射线或者在引发剂存在的条件下，通过使亲水性交联剂、例如甘油二甲基丙烯酸酯反应，可以形成交联结构的接枝聚合体侧链。
在根据本发明第三个形式的电脱盐装置中，如上所述，在脱盐室和/或浓缩室中配置离子交换体，该离子交换体的至少一部分，在有机高分子基材的主链上具有带交联结构的接枝聚合体侧链、将离子交换基导入到该交联接枝聚合体侧链上，因而，接枝聚合体侧链的自由度变小，抑制了接枝聚合体侧链上的阳离子交换基和阴离子交换基的离子键的形成，消除了难以引起水的解离的问题。不具有交联结构的接枝聚合体侧链，由于其自由度(移动性)高，所以由于借助电荷吸引力吸引阳离子交换基和阴离子交换基，聚合体侧链变形，阳离子交换基和阴离子交换基相互接近，两个交换基之间易于形成离子键。但是，若接枝聚合体侧链具有交联结构，则如图10所示，由于聚合体侧链的自由度小，仅在靠近的阳离子交换基(在图10中为磺酸基-SO3-)和阴离子交换基(在图10中为季铵基-N+(CH3)3)之间形成离子键，在分离开的离子交换基彼此之间不形成离子键。进而，利用交联接枝形成交联基体，由于接枝链不会相互进入到该基体内，所以存在于交联接枝基体内的离子交换基中不会形成离子键。由此，缓解了由于形成离子键而抑制了借助阳离子交换基和阴离子交换基的作用进行的水的解离的问题，缓解了电脱盐装置的运转电压在长时间运转过程中上升的问题。
进而，在本发明的第三个形式中，在脱盐室内作为离子交换体，分别面对面地在阳离子交换膜侧配置阳离子交换纤维材料、在阴离子交换膜侧配置阴离子交换纤维材料，进而，在这些离子交换纤维材料之间，若采用根据本发明第三个形式的、在有机高分子基材的主链上具有带交联结构的接枝聚合体侧链且将离子交换基导入到该交联接枝聚合体侧链上的离子传导间隔件，则被处理水分散易于流动，因而，可以显著减轻运转电压的上升，同时，利用其离子捕获功能可以显著提高脱盐率，可以良好地去除碳酸成分、二氧化硅成分、有机碳成分(TOC)。
作为在这样的形式中采用的离子传导间隔件，可以采用在上面与本发明第一形式和第二形式相关说明的、例如斜交网形状的间隔件等。在本发明第三个形式中，在采用多张离子传导间隔件的情况下，优选地，在阴离子交换纤维材料侧，配置根据本发明第三个形式的、在有机高分子基材的主链上具有带交联结构的接枝聚合体侧链且将阴离子交换基导入到该交联接枝聚合体侧链上的阴离子传导间隔件，在阳离子交换纤维材料侧，配置根据本发明第三个形式的、在有机高分子基材的主链上具有带交联结构的接枝聚合体侧链且将阳离子交换基导入到该交联接枝聚合体侧链上的阳离子传导间隔件。但是，离子传导间隔件的配置不限于此，而是根据被处理水的水质变动，也可以在离子交换基纤维材料之间、仅配置多个在有机高分子基材的主链上具有带交联结构的接枝聚合体侧链且将阴离子交换基导入到该交联接枝聚合体侧链上的阴离子传导间隔件，或者仅配置在有机高分子基材的主链上具有带交联结构的接枝聚合体侧链且将阳离子交换基导入到该交联接枝聚合体侧链上的阳离子传导间隔件。或者，也可以于在有机高分子基材的主链上具有带接枝聚合体侧链且将离子交换基导入到该交联接枝聚合体侧链上的离子交换纤维材料之间，配置通常的具有接枝侧链的离子传导间隔件和/或在有机高分子基材的主链上具有带交联结构的接枝聚合体侧链且将离子交换基导入到该交联接枝聚合体侧链上的离子传导间隔件。
下面，参照附图进一步详细说明本发明的第三个形式。在下面的记载中，表示根据本发明第三个形式的电脱盐装置的一个优选的具体例子，但是本发明不限于这些记载。
图11是根据本发明第三个形式的优选实施形式的电脱盐装置的示意图。图11所示的电脱盐装置，是在阳极和阴极之间至少部分交替地配置阴离子交换膜A和阳离子交换膜C、形成脱盐室和浓缩室的电脱盐装置。至少在脱盐室中，对向配置由阳离子交换纤维材料构成的阳离子交换无纺布和由阴离子交换纤维材料构成的阴离子交换无纺布，进而，在这些纤维材料之间，分别在阳离子交换无纺布侧配置具有交联接枝结构的阳离子传导间隔件、在阴离子交换无纺布侧配置具有交联接枝结构的阴离子交换传导间隔件。在图示的实施形式中，仅记载了一组室(浓缩室/脱盐室/浓缩室)，但是根据需要，通过重复阳离子交换膜和阴离子交换膜的配列、在电极之间配置多个并列脱盐室的室(浓缩室/脱盐室/浓缩室的组合)。并且，离子交换膜的配列也可以在一部分中存在连续配列同种离子交换膜的部分。
配置在图11的脱盐室中的阴离子传导间隔件和阳离子传导间隔件，分别为在斜交网基材的主链上具有带交联结构的接枝聚合体侧链且将离子交换基导入到该交联接枝聚合体侧链上的离子交换体。
下面，说明图11中所示的本发明第三个形式的一个形式的电脱盐装置的操作。当在阴极和阳极之间施加直流电压、通入被处理水时，被处理水中的Ca2+、Mg2+、Na+等阳离子借助脱盐室的阳离子交换体进行离子交换，在电场下从阳离子交换体通过阳离子交换膜，渗透到浓缩室，作为浓缩水排出。另一方面，被处理水中的Cl-、SO42-等阴离子借助脱盐室中的阴离子交换体进行离子交换，在电场下从阴离子交换体通过阴离子交换膜，渗透至浓缩室，作为浓缩水排出。
这时，如图2(a)所示，在阳离子传导间隔件和阴离子传导间隔件的接触部位，在由于阳离子交换基(在图2中为SO3-)和阴离子交换基(在图2中为(CH3)3N+)相互靠近而产生的电场的影响下，水发生解离，将H+离子吸引向阳极交换体侧，将OH-离子吸引向阴离子交换体侧。随着运转时间的延长，在接近的阳离子交换基和阴离子交换基之间形成离子键、使电荷中和，从而不能引起水解。但是，在本发明第三个形式中，如图10所示，这些离子传导间隔件，由于配置有离子交换基的接枝链具有交联结构，所以自由度小，在相互隔离开的离子交换基彼此之间难以形成离子键，可以保持电荷，因而水的解离继续进行。因而，抑制了由于长时间运转后对水解离的阻碍而造成的运转电压的上升。
另外，在图11中表示的形式为在脱盐室内，在阴离子交换无纺布侧配置交联接枝结构的阴离子交换间隔件、在阳离子交换无纺布侧配置交联接枝结构的阳离子交换间隔件，但是也可以在这些离子交换无纺布之间仅配置例如阴离子交换间隔件。
下面，采用具体的实施例进一步详细说明本发明。
制造例1作为多个不同官能团，具有季铵基和非离子性官能团的离子传导间隔件的制造作为离子传导间隔件的基材，采用厚度1.2mm、间距3mm的聚乙烯制斜交网，作为具有官能团的接枝单体，采用具有季铵基的乙烯基苄基三甲基氯化铵(VBTAC)和具有非离子性官能团的N，N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)。
一边用干冰冷却，一边在氮气气氛中向聚乙烯制斜交网照射γ射线(150kGy)。将经过γ射线照射的斜交网浸渍到VBTAC和DMAA的混合单体溶液(VBTAC∶DMAA∶水＝40∶40∶20(重量％)中，在50℃下进行三小时的反应，获得VBATC和DMAA的接枝斜交网。使所获得的VBTAC和DMAA的接枝斜交网干燥，测定干燥重量，利用下式(1)计算出接枝率为156％。
接枝率＝(接枝聚合后的干燥重量)/(接枝聚合前的干燥重量)×100(1)测定VBTAC和DMAA的接枝斜交网的中性盐解离容量为198meq/m2。
制造例2作为多个不同官能团、具有季铵基和叔胺基的离子传导间隔件的制造作为离子传导间隔件的基材，采用厚度1.2mm、间距3mm的聚乙烯制斜交网。
一边用干冰冷却，一边在氮气气氛中向聚乙烯制斜交网照射γ射线(150kGy)。将经过γ射线照射的斜交网浸渍到预先用氧化铝去除阻聚剂的氯甲基苯乙烯(m体70％p体30％、セイミケミカル社制、商品名CMS-AM)中，在50℃下反应5小时，获得氯甲基苯乙烯接枝斜交网(接枝率90％)。在三甲胺和二甲胺的混合水溶液(三甲胺∶二甲胺∶水＝10∶1∶89(重量％))中使所得到的氯甲基苯乙烯接枝斜交网季铵化和叔胺化之后，利用氢氧化钠水溶液进行再生处理，获得具有季铵基和叔胺基的离子传导间隔件。中性盐解离容量为155meq/m2、总交换容量为158meq/m2。
制造例3作为多个不同官能团、具有季铵基和叔胺基的离子传导间隔件的制造作为离子传导间隔件的基材，采用厚度1.2mm、间距3mm的聚乙烯制的斜交网。
一边用干冰冷却，一边在氮气气氛中向聚乙烯制斜交网照射γ射线(150kGy)。将经过γ射线照射的斜交网浸渍到预先用氧化铝去除阻聚剂的氯甲基苯乙烯(m体70％p体30％、セイミケミカル社制、商品名CMS-AM)中，在50℃下反应5小时，获得氯甲基苯乙烯接枝斜交网(接枝率90％)。在10wt.％的三甲胺水溶液中使所获得的氯甲基苯乙烯接枝斜交网季铵化和叔胺化，之后，利用氢氧化钠水溶液进行再生处理，获得具有季铵基和叔胺基的离子传导间隔件。中性盐解离容量为171meq/m2、总交换容量279meq/m2。
制造例4作为多个不同官能团、具有羧基和磺酸基的离子传导间隔件的制造作为阴离子传导间隔件，采用厚度1.2mm、间距3mm的聚乙烯制斜交网。
一边用干冰冷却，一边在氮气气氛中对聚乙烯制斜交网照射γ射线(150kGy)。将该γ射线照射后的斜交网浸渍到苯乙烯磺酸钠和丙烯酸的混合单体溶液(苯乙烯磺酸钠25wt.％丙烯酸25wt.％)中，在75℃下反应3小时，获得具有磺酸基和羧基的接枝斜交网(接枝率153％)。中性盐解离容量为189meq/m2、总交换容量为834meq/m2。
制造例5强碱性阴离子交换传导间隔件的制造作为阴离子传导间隔件的基材，采用厚度1.2mm、间距3mm的聚乙烯制斜交网。
一边用干冰冷却，一边在氮气气氛中对聚乙烯制斜交网照射γ射线(150kGy)。将该γ射线照射后的斜交网浸渍到预先用活性氧化铝去除阻聚剂的氯甲基苯乙烯(m体70％p体30％、セイミケミカル社制、商品名CMS-AM)中，在50℃下反应5小时，获得氯甲基苯乙烯接枝斜交网(接枝率90％)。采用10wt.％的三甲胺水溶液对该接枝斜交网进行季铵化，利用氢氧化钠溶液进行再生，获得强碱性阴离子传导间隔件(中性盐解离容量267meq/m2)。
制造例6强酸性阳离子传导间隔件的制造作为离子传导间隔件的基材，采用厚度1.2mm、间距3mm的聚乙烯制斜交网。
一边用干冰冷却，一边在氮气气氛中对聚乙烯制斜交网照射γ射线(150kGy)。将该γ射线照射后的斜交网浸渍到苯乙烯单体(和光纯药制)中，在30℃下反应3小时，获得苯乙烯接枝斜交网(接枝率90％)。在30℃下将该苯乙烯接枝斜交网浸渍到氯磺酸和1，2-二氯乙烷的混合溶液(氯磺酸∶1，2-二氯乙烷＝25∶75(重量比))中1小时，将磺酸基导入到苯环中，用甲醇洗净之后，用氢氧化钠水溶液(5wt.％)进行水解，用盐酸再生，获得阳离子传导间隔件(中性盐解离容量280meq/m2)。
制造例7具有多个不同官能团的阳离子交换无纺布的制造作为基材，采用由纤维直径17μm的聚乙烯(鞘)/聚丙烯(芯)的复合纤维构成的织物单位面积重量55g/m2、厚度0.35mm的热融合无纺布，在氮气气氛下照射电子射线(150kGy)。
一边用干冰冷却，一边在氮气气氛中对热融合无纺布照射γ射线(150kGy)。将照射过γ射线的无纺布浸渍在苯乙烯磺酸钠和丙烯酸的混合单体溶液(苯乙烯磺酸钠∶丙烯酸∶水＝16∶5.5∶78.5(重量％))中，在50℃下反应3小时，制得具有磺酸基和羧基的接枝斜交网(接枝率80％)。中性盐解离容量188meq/m2，总交换容量506meq/m2。
制造例8具有多个不同官能团的阴离子交换无纺布的制造作为基材，使用用纤维直径17μm的聚乙烯(鞘)/聚丙烯(芯)的复合纤维构成的织物单位面积重量55g/m2、厚度0.35mm的热融合无纺布，在氮气气氛下照射电子射线(150kGy)。
使氯甲基苯乙烯(セイミケミカル社制、商品名CMS-AM)流过活性氧化铝填充层，去除阻聚剂，氮气曝气进行脱氧。将照射后的无纺布基材浸渍到脱氧处理后的氯甲基苯乙烯溶液中，在50℃下进行6小时的反应。之后，从氯甲基苯乙烯溶液中取出无纺布，在甲苯中浸渍3小时，去除均聚物，获得强碱性阴离子交换无纺布(接枝率161％)。在三甲胺和二甲胺混合水溶液(三甲胺∶二甲胺∶水＝10∶1∶89(重量％)中将所获得的氯甲基苯乙烯接枝无纺布季铵化和叔胺化之后，利用氢氧化钠水溶液进行再生处理，获得具有季铵基和叔胺基的离子交换无纺布，中性盐解离容量为279meq/m2、总交换容量为286meq/m2。
制造例9仅具有单一离子交换基的强酸性阳离子交换无纺布的制造作为基材，采用由纤维直径17μm的聚乙烯(鞘)/聚丙烯(芯)的复合纤维构成的织物单位面积重量55g/m2、厚度0.35mm的热融合无纺布，在氮气气氛下照射电子射线(150kGy)。
将电子射线照射处理后的热融合无纺布浸渍到甲基丙烯酸缩水甘油酯的10％甲醇溶液中，在45℃下反应四小时。将反应后的无纺布在60℃的二甲基甲酰胺溶液中浸渍5小时，去除均聚物，获得甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝无纺布(接枝率131％)。将该接枝无纺布浸渍到亚硫酸钠∶异丙醇∶水＝1∶1∶8(重量比)的溶液中，在80℃下反应10小时，获得强酸性阳离子交换无纺布(中性盐解离容量471meq/m2)。
制造例10仅具有单一离子交换基的强碱性阴离子交换无纺布的制造作为基材，采用由纤维直径17μm的聚乙烯(鞘)/聚丙烯(芯)的复合纤维构成的织物单位面积重量55g/m2、厚度0.35mm的热融合无纺布，在氮气气氛下照射电子射线(150kGy)。
使氯甲基苯乙烯(セイミケミカル社制、商品名CMS-AM)流过活性氧化铝填充层，去除阻聚剂，氮气曝气、进行脱氧。将照射后的无纺布基材浸渍到脱氧处理后的氯甲基苯乙烯溶液中，在50℃下进行6小时的反应。之后，从氯甲基苯乙烯溶液中取出无纺布，在甲苯中浸渍3小时，去除均聚物，获得氯甲基苯乙烯接枝无纺布(接枝率161％)。在三甲胺水溶液(10wt％)中将所获得的氯甲基苯乙烯接枝无纺布季铵化之后，利用氢氧化钠水溶液进行再生处理，获得具有季铵基的强碱性离子交换无纺布(中性盐解离容量350meq/m2)。
实施例1组装图6所示的小型电脱盐装置。在正负电极之间交替配置阳离子交换膜C(德山制NEOSEPTA CM1)和阴离子交换膜A(德山制NEOSEPTAAM1)，在阳离子交换膜C和阴离子交换膜A之间形成浓缩室、脱盐室、浓缩室，在浓缩室和阳极之间形成阳极室，在浓缩室和阴极之间形成阴极室。在阳极室中装填四张强酸性阳离子传导性斜交网(按制造例6制造)，在阴极室中装填四张强碱性阴离子传导性斜交网(按制造例5制造)。在浓缩室中装填两张仅具有单一离子交换基的强碱性阴离子传导性间隔件(按制造例5制造)。在脱盐室中分别在阴离子交换膜A侧装填一张强碱性阴离子交换无纺布(按制造例10制造)，在阳离子交换膜C侧装填一张强酸性阳离子交换无纺布(按制造例9制造)，分别在强碱性阴离子交换无纺布侧装填一张仅具有单一离子交换基的强碱性阴离子传导间隔件(按制造例5制造)，在强酸性阳离子交换无纺布侧装填一张具有多个不同官能团的阴离子传导间隔件(按制造例1制造)。
在两个电极之间施加0.1A的直流电流，以5L/h的流速通入0.2MΩ的RO水(反渗透膜处理水二氧化硅浓度0.1～0.3ppm，水温14～20℃)，结果从脱盐室出口获得18MΩ以上的超纯水。100小时运转之后的运转电压53V。
实施例2除了分别在强碱性阴离子交换无纺布侧装填一张具有多个不同官能团的阴离子传导间隔件(按制造例1制造)、在强酸性阳离子交换无纺布侧装填一张具有多个不同官能团的阳离子传导间隔件(按制造例4制造)之外，按照与实施例1相同的方式实施装填到脱盐室中的离子传导间隔件。从脱盐室出口获得17MΩ以上的纯水。运转100小时之后的运转电压为45V。
实施例3除了分别在强碱性阴离子交换无纺布侧装填一张具有多个不同官能团的酸性阳离子传导间隔件(按制造例4制造)、在强酸性阳离子交换无纺布侧装填一张仅具有单一离子交换基的强酸性阳离子传导间隔件(按制造例6制造)之外，按照与实施例1同样的方式实施装填到脱盐室内的离子传导间隔件。从脱盐室出口获得17MΩ以上的超纯水，运转100小时之后的运转电压为48V。
比较例1分别在脱盐室的阴离子交换膜A侧装填一张具有单一官能团的碱性阴离子交换无纺布(按制造例10制造)，在阳离子交换膜C侧装填一张具有单一官能团的强酸性阳离子交换无纺布(按制造例9制造)，在它们之间装填仅具有单一离子交换基的强碱性阴离子传导间隔件(按制造例5制造)，此外，按照与实施例1相同的方式实施。从脱盐室出口获得18MΩ以上的超纯水，运转100小时之后的运转电压为78V。
实施例4除了在脱盐室内、分别在阴离子交换膜A侧装填一张具有多个官能团的碱性阴离子交换无纺布(按制造例8制造)、在阳离子交换膜C侧装填一张强酸性阳离子交换无纺布(按制造例9制造)，拆去离子传导间隔件之外，按照与实施例1相同的方式实施。从脱盐室出口获得18MΩ以上的超纯水。运转100小时之后的运转电压为43V。
实施例5除了在脱盐室内、分别在阴离子交换膜A侧装填一张具有多个官能团的碱性阴离子交换无纺布(按制造例8制造)、在阳离子交换膜C侧装填一张具有多个官能团的酸性阳离子交换无纺布(按制造例7制造)，拆去离子传导间隔件之外，按照与实施例1相同的方式实施。
从脱盐室出口获得18MΩ以上的超纯水，运转100小时之后的运转电压为40V。
实施例6除了在脱盐室内、分别在阴离子交换膜A侧装填一张仅具有单一离子交换基的强碱性阴离子交换无纺布(按制造例10制造)、在阳离子交换膜C侧装填一张具有多个官能团的酸性阳离子交换无纺布(按制造例7制造)，拆去离子传导间隔件之外，按照与实施例1相同的方式实施。从脱盐室出口获得18MΩ的超纯水。运转100小时之后的运转电压为45V。
比较例2除了在脱盐室内、分别在阴离子交换膜A侧装填一张仅具有单一离子交换基的强碱性阴离子交换无纺布(按制造例10制造)、在阳离子交换膜C侧装填一张仅具有单一离子交换基的强酸性阳离子交换无纺布(按制造例9制造)，拆去离子传导间隔件之外，按照与实施例1相同的方式实施。从脱盐室出口获得18MΩ的处理水。运转100小时之后的运转电压为90V。
制造例11具有两级接枝结构的阳离子传导间隔件的制造作为离子传导间隔件的基材，采用厚度1.2mm、间距3mm的聚乙烯制斜交网。一边用干冰冷却，一边在氮气气氛中向聚乙烯制斜交网照射γ射线(150kGy)。将该γ射线照射之后的斜交网浸渍到苯乙烯单体(和光纯药制)中，在30℃下反应3小时，获得苯乙烯接枝斜交网(接枝率90％)。将该苯乙烯接枝斜交网浸渍到氯磺酸/1，2-二氯甲烷(重量比25∶75)的混合溶液中，在30℃下反应1小时，将磺酸基导入到苯环中，用甲醇洗净之后，用氢氧化钠水溶液(5重量％)进行水解，获得磺酸型接枝斜交网。然后，再次在氮气气氛中对该接枝斜交网照射γ射线(150kGy)。将该γ射线照射后的斜交网浸渍到甲基丙烯酸10％水溶液中，在50℃反应3小时，在第一接枝聚合体侧链上形成具有羧基的第二接枝聚合体侧链。计算出两级接枝聚合反应的接枝率为15％。测定所获得的两级接枝阳离子传导间隔件的中性盐解离容量为240meq/m2。
制造例12具有两级接枝的阴离子传导间隔件的制造作为离子传导间隔件的基材，采用厚度1.2mm、间距3mm的聚乙烯制斜交网。一边用干冰冷却，一边在氮气气氛中向聚乙烯制斜交网照射γ射线(150kGy)。将经过γ射线照射的斜交网浸渍到预先用氧化铝去除阻聚剂的氯甲基苯乙烯(m体70％p体30％、セイミケミカル社制、商品名CMS-AM)的单体溶液中，在50℃下反应5小时，获得氯甲基苯乙烯接枝斜交网(接枝率90％)。再次在氮气气氛中向所获得的氯甲基苯乙烯接枝斜交网照射γ射线(150kGy)，浸渍到醋酸乙烯酯单体中，在50℃下反应5小时，在第一接枝聚合体侧链上形成醋酸乙烯酯接枝链。在三甲胺水溶液中将该斜交网季铵化之后，浸渍到氢氧化钠水溶液中，在50℃下进行5小时的皂化和再生，由此在具有季铵基的第一接枝聚合体侧链上形成具有羟基的第二接枝聚合体侧链。计算出第二级接枝聚合反应的接枝率为15％。所获得的两级接枝阴离子传导间隔件的中性盐解离容量为255meq/m2。
实施例7组装图9所示结构的电脱盐装置(1个脱盐室)。在阳极和阴极之间交替配置阳离子交换膜C(德山制NEOSEPTA CM1)和阴离子交换膜A(德山制NEOSEPTA AM1)，在阳离子交换膜C和阴离子交换膜A之间形成浓缩室、脱盐室、浓缩室，在浓缩室和阳极之间形成阳极室，在浓缩室和阴极之间形成阴极室。在阳极室中装填四张强酸性阳离子传导间隔件(按制造例6制造)，在阴极室中装填四张强碱性阴离子传导间隔件(按制造例5制造)。在浓缩室中装填两张强碱性阴离子传导间隔件(按制造例5制造)。在脱盐室中分别在阴离子交换膜A侧装填一张强碱性阴离子交换无纺布(按制造例10制造)，在阳离子交换膜C侧装填一张强酸性阳离子交换无纺布(按制造例9制造)，分别在强碱性阴离子交换无纺布侧装填一张具有两级接枝结构的阴离子传导间隔件(按制造例12制造)，在强酸性阳离子交换无纺布侧装填一张具有两级接枝结构的阳离子传导间隔件(按制造例11制造)。
在两个电极之间施加0.1A的直流电流，以5L/h的流速通入0.2MΩ的RO水(反渗透膜处理水二氧化硅浓度0.1～0.3ppm，水温14～20℃)，从脱盐室出口获得18MΩ以上的超纯水。100小时运转之后的运转电压53V。
比较例3在脱盐室中，分别在阴离子交换膜A侧装填一张按制造例10制造的阴离子交换无纺布，在阳离子交换膜C侧装填一张由制造例9制造的阳离子交换无纺布，在这些无纺布之间，分别在阴离子交换无纺布侧装填一张按制造例5制造的阴离子传导间隔件，在阳离子交换无纺布侧装填一张按制造例6制造的阳离子传导间隔件，除此之外，按照与实施例7相同的方式实施。从脱盐室出口获得18MΩ以上的超纯水。运转100小时之后的运转电压为78V。
制造例13具有交联接枝结构的阳离子传导间隔件的制造作为离子传导间隔件的基材，采用厚度1.2mm、间距3mm的聚乙烯斜交网。一边用干冰冷却，一边在氮气气氛中向聚乙烯制斜交网照射γ线(150kGy)。将该γ射线照射后的斜交网浸渍到苯乙烯磺酸钠/丙烯酸/甘油二甲基丙烯酸酯/水(重量比20％∶20％∶5％∶55％)的混合溶液中，在75℃下反应3小时，获得具有交联接枝结构的阳离子传导斜交网间隔件。使其干燥，测定干燥重量，算出接枝率为185％。测定所获得的阳离子传导间隔件的中性盐解离容量为195meq/m2。
制造例14具有交联接枝的阴离子传导间隔件的制造作为离子传导间隔件的基材，采用厚度1.2mm、间距3mm的聚乙烯制斜交网。一边用干冰冷却，一边在氮气气氛中向聚乙烯制斜交网照射γ射线(150kGy)。将经过γ射线照射的斜交网浸渍到预先用氧化铝去除阻聚剂的氯甲基苯乙烯(m体70％∶p体30％、セイミケミカル社制、商品名CMS-AM)和二乙烯基苯的重量比为80％∶20％的混合溶液中，在50℃下反应5小时，获得氯甲基苯乙烯交联接枝斜交网(接枝率120％)。在三甲胺10重量％的水溶液中、于50℃下对所获得的氯甲基苯乙烯交联接枝斜交网进行季铵化之后，在氢氧化钠水溶液中进行再生处理，获得具有交联接枝结构的阴离子传导间隔件。中性盐解离容量为215meq/m2。
实施例8组装图11中所示结构的电脱盐装置(一个脱盐室)。在正负电极之间交替配置阳离子交换膜C(德山制NHOSEPTA CM1)和阴离子交换膜A(德山制NEOSEPTA AM1)，在阳离子交换膜C和阴离子交换膜A之间形成浓缩室、脱盐室、浓缩室，在浓缩室和阳极之间形成阳极室，在浓缩室和阴极之间形成阴极室。在阳极室中装填四张强酸性阳离子传导间隔件(按制造例6制造)，在阴极室中装填四张强碱性阴离子传导间隔件(按制造例5制造)。在浓缩室中装填两张强碱性阴离子传导间隔件(按制造例5制造)。在脱盐室中分别在阴离子交换膜A侧装填一张强碱性阴离子交换无纺布(按制造例10制造)，在阳离子交换膜C侧装填一张强酸性阳离子交换无纺布(按制造例9制造)，分别在强碱性阴离子交换无纺布侧装填一张具有交联接枝结构的阴离子传导间隔件(按制造例14制造)，在强酸性阳离子交换无纺布侧装填一张具有交联接枝结构的阳离子传导间隔件(按制造例13制造)。
在两个电极之间施加0.1A的直流电流，以5L/h的流速通入0.2MΩ的RO水(反渗透膜处理水二氧化硅浓度0.1～0.3ppm，水温14～20℃)，结果从脱盐室出口获得18MΩ以上的超纯水。100小时运转之后的运转电压53.4V。
比较例4在脱盐室中，分别在阴离子交换膜A侧装填一张按制造例10制造的阴离子交换无纺布，在阳离子交换膜C侧装填一张按制造例9制造的阳离子交换无纺布，在这些无纺布之间，分别在阴离子交换无纺布侧装填一张按制造例5制造的阴离子传导间隔件，在阳离子交换无纺布侧装填一张按制造例6制造的阳离子传导间隔件，除此以外，按与实施例8相同的方式实施。从脱盐室出口获得18MΩ以上的超纯水。运转100小时之后的运转电压为78V。
根据本发明的各种形式，可以获得在长时间运转之后仍能持续进行水的解离的电脱盐装置用离子交换体和电脱盐装置用离子传导间隔件，并且获得抑制电脱盐装置电压上升、可以在低电压下运转的电脱盐装置。
根据本发明各种形式的电脱盐装置，与现有脱盐装置相比，处理水质和电消耗量显著提高，不使用离子交换体再生用药品，仍可以抑制装置的运转电压上升，可以仅消耗电能来制造超纯水。
权利要求
1.一种电脱盐装置用离子交换体，是在于阳极和阴极之间至少部分交替地配置阳离子交换膜和阴离子交换膜、形成脱盐室和浓缩室，在上述脱盐室和/或浓缩室中配置离子交换体而成的电脱盐装置中，作为配置在该脱盐室和/或浓缩室中的离子交换体的至少一个使用的、至少一部分具有多个不同官能团的电脱盐装置用离子交换体。
2.如权利要求1所述的电脱盐装置用离子交换体，其特征在于，具有至少一种阳酸性离子交换基和非强酸性官能团的组合，和/或至少一种强碱性离子交换基和非强碱性官能团的组合。
3.如权利要求1或2所述的电脱盐装置用离子交换体，其特征在于，具有由磺酸基构成的至少一种强酸性离子交换基或季铵盐构成的至少一种强碱性离子交换基，和从磷酸基、羧基、非离子性亲水基以及伯～叔氨基中选出的至少一种非强酸性或非强碱性官能团的组合。
4.如权利要求1～权利要求3中任一项所述的电脱盐装置用离子交换体，其特征在于，利用放射线接枝聚合法赋予多个不同的官能团。
5.如权利要求4所述的电脱盐装置用离子交换体，其特征在于，是利用放射线接枝聚合法赋予纤维材料基材多个不同官能团而成的离子交换无纺布。
6.如权利要求4所述的电脱盐装置用离子交换体，其特征在于，是利用放射线接枝聚合法赋予多孔性基材多个不同官能团而成的离子传导间隔件。
7.一种电脱盐装置，是于阳极和阴极之间至少部分交替配置阳离子交换膜和阴离子交换膜、形成脱盐室和浓缩室而成的电脱盐装置，其特征在于，在上述脱盐室和/或浓缩室中配置离子交换体，该离子交换体的至少一部分为如权利要求1～权利要求6中任一项所述的离子交换体。
8.如权利要求7所述的电脱盐装置，其特征在于，配置在脱盐室和/或浓缩室中的离子交换体的至少一部分为强酸性阳离子交换体或强碱性阴离子交换体。
9.如权利要求7或8所述的电脱盐装置，其中，接枝聚合体侧链是利用放射线接枝聚合法导入到基材主链上的。
10.一种电脱盐装置用离子交换体，是在于阳极和阴极之间至少部分交替配置阳离子交换膜和阴离子交换膜、形成脱盐室和浓缩室，在上述脱盐室和/或浓缩室中配置离子交换体而成的电脱盐装置中，其特征在于，作为配置在该脱盐室和/或浓缩室中的离子交换体的至少一部分使用的、在有机高分子基材的主链上具有带离子交换基的接枝聚合体侧链、进而将第二接枝聚合体侧链导入到该接枝聚合体侧链上。
11.如权利要求10所述的电脱盐装置用离子交换体，其中，接枝聚合体侧链是利用放射线接枝聚合法导入到基材的主链上的。
12.一种电脱盐装置，其特征在于，在阳极和阴极之间至少部分交替地配置阳离子交换膜和阴离子交换膜、形成脱盐室和浓缩室，在上述脱盐室和/或浓缩室中配置离子交换体，该离子交换体的至少一部分是在有机高分子基材的主链上具有带离子交换基的接枝聚合体侧链、进而将第二接枝聚合体侧链导入到该接枝聚合体侧链上。
13.如权利要求12所述的电脱盐装置，在脱盐室和/或浓缩室中，分别对向地在阳离子交换膜侧配置阳离子交换纤维材料、在阴离子交换膜侧配置阴离子交换纤维材料，在这些纤维材料之间配置赋予离子交换功能的离子传导间隔件，上述阳离子交换纤维材料、阴离子交换纤维材料或离子传导间隔件的至少一个，是在有机高分子基材的主链上具有带离子交换基的接枝聚合体侧链、进而将第二接枝聚合体侧链导入到该接枝聚合体侧链上的离子交换体。
14.如权利要求12或13所述的电脱盐装置，其中，接枝聚合体侧链是利用放射线接枝聚合法导入到基材的主链上的。
15.一种电脱盐装置用离子交换体，是在于阳极和阴极之间至少交替配置阳离子交换膜和阴离子交换膜、形成脱盐室和浓缩室，在上述脱盐室和/或浓缩室中配置离子交换体而成的电脱盐装置中，其特征在于，作为配置在该脱盐室和/或浓缩室中的离子交换体的至少一部分使用的、在有机高分子基材主链上具有带交联结构的接枝聚合体侧链、将离子交换基导入到该交联接枝聚合体侧链上。
16.如权利要求15所述的电脱盐装置用离子交换体，其中，接枝聚合体侧链是利用放射线接枝聚合法导入到基材的主链上的。
17.一种电脱盐装置，其特征在于，在阳极和阴极之间至少部分交替地配置阳离子交换膜和阴离子交换膜、形成脱盐室和浓缩室，在上述脱盐室和/或浓缩室中配置离子交换体，该离子交换体的至少一部分是在有机高分子基材的主链上具有带交联结构的接枝聚合体侧链、将离子交换基导入到该交联接枝聚合体侧链上。
18.如权利要求17所述的电脱盐装置，其中，在脱盐室和/或浓缩室中，分别对向地在阳离子交换膜侧配置阳离子交换纤维材料、在阴离子交换膜侧配置阴离子交换纤维材料，在这些纤维材料之间配置赋予离子交换功能的离子传导间隔件，上述阳离子交换纤维材料、阴离子交换纤维材料或离子传导间隔件的至少一个，是在有机高分子基材的主链上具有带交联结构的接枝聚合体侧链、将离子交换基导入到该交联接枝聚合体侧链上的离子交换体。
19.如权利要求18或19所述的电脱盐装置，其中，接枝聚合体侧链是利用放射线接枝聚合法导入到基材主链上的。
全文摘要
本发明提供一种抑制电脱盐装置的电压上升、可以以低电压运行的电脱盐装置用离子交换体、和组装该离子交换体的电脱盐装置。本发明提供一种离子交换体，是在电脱盐装置中，作为配置于脱盐室和/或浓缩室中的离子交换体的至少一方使用的离子交换体，至少一部分具有多个官能团的离子交换体；在有机高分子基材的主链上具有带离子交换基的接枝聚合体侧链，进一步将第二接枝聚合体侧链导入到该接枝聚合体侧链上的离子交换体；或者在有机高分子基材的主链上具有带交联结构的接枝聚合体侧链，将离子交换基导入到该交联接枝聚合体侧链上的离子交换体。
文档编号C02F1/42GK1533303SQ02814649
公开日2004年9月29日 申请日期2002年12月27日 优先权日2001年12月27日
发明者高桥洋平, 藤原邦夫, 川本孝善, 中西收, 秋山彻, 善, 夫 申请人:株式会社荏原制作所