专利名称：用于制备去离子水的电去离子装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于制备去离子水的电去离子装置并且，更具体地，涉及去离子室的结构。
背景技术：
已知用于制备去离子水的去离子装置，其中通过使所要处理的水通过离子交换剂进行去离子。在这些制备装置中，当去离子性能归因于离子交换基的饱和而降低时，需要用化学品(碱或酸)再生离子交换剂中的离子交换基。更具体地，需要的是分别用源自酸的H+和源自碱的0H—置换吸附至离子交换基的阴离子和阳离子。近年来，开发了不需要用化学品再生的用于制备去离子水的电去离子装置，并且使其进入了实际应用以克服上面描述的操作缺陷。用于制备去离子水的电去离子装置是使用电泳和电渗析的组合的装置。普通的用于制备去离子水的电去离子装置的基本构造如下面所描述。换言之，用于制备去离子水的电去离子装置具有去离子室、放置在去离子室的相反侧上的一对浓缩室、放置在一个浓缩室外侧的阳极室、以及放置在另一个浓缩室外层的阴极室。去离子室具有彼此相对的阴离子交换膜和阳离子交换膜和填充在这些交换膜之间的离子交换剂(阴离子交换剂和/或阳离子交换剂)。在以下描述中，用于制备去离子水的电去离子装置有时被简称为“去离子水制备装置”。为了用上述构造的去离子水制备装置制备去离子水，使所要处理的水在分别设置在阳极和阴极室中的电极之间施加直流电压的状态下穿过去离子室。在去离子室中，阴离子组分(例如，Cl'CO广、HCO3IPSiO2)由阴离子交换剂捕获并且阳离子组分(例如，Na+，Ca2+和Mg2+)由阳离子交换剂捕获。同时，去离子室中阴离子交换剂与阳离子交换剂之间的界面处出现水分解反应，从而生成氢离子和氢氧根离子(2H20 — Η++0Η—)。由离子交换剂捕获的离子组分通过氢离子和氢氧根离子对所述离子组分的置换从离子交换剂释放。所释放的离子组分通过电泳穿过离子交换剂移动至离子交换膜(阴离子交换膜或阳离子交换膜)，在离子交换膜中经历电渗析并且移动至浓缩室中。移动至浓缩室中的离子组分由在浓缩室中流动的水排出。在用于制备去离子水的电去离子装置中，如上所述，氢离子和氢氧根离子连续地充当用于再生离子交换剂的再生剂(酸和碱)。因此，基本上不需要用化学品再生离子交换剂，并且该装置可以连续地运行。然而，当去离子水制备装置连续地运行时，所要处理的水中的硬度组分沉淀以产生水垢，如碳酸钙或氢氧化镁。尤其是在插入在阴极室与浓缩室之间的阴离子交换膜的浓缩室侧的表面上产生水垢(参见图8)。在其中设置多个去离子室的情况下，在位于去离子室中的两个之间的浓缩室中的阴离子交换膜的表面上产生水垢(参见图9)。这是因为下面描述的原因。归因于在阴极室中由电解生成的氢氧根离子或在去离子室中由水分解反应生成的氢氧根离子的通过，浓缩室中的阴离子交换膜表面变为碱性。从去离子室穿过阳离子交换膜的硬度组分(镁离子或钙离子)在碱性条件下在阴离子交换膜表面反应以产生氢氧化钙或氢氧化镁。如果浓缩水中含有含碳酸根离子(carbonic ion)，进一步生成碳酸钙或碳酸镁。当生成水垢时，其上生成水垢的区域处的电阻增加，并且电流不能容易地在那里流过。换言之，出现增加电压以获得与没有水垢的情况下的电流值相同的电流值的需要，导致能量消耗上的增加。也存在浓缩室中电流密度不均匀的可能性。如果水垢的量进一步增加，用于使水通过的压差增加并且电阻进一步增加。在这种情况下，用于离子的移除所需的电流减弱，这导致处理过的水的品质上的下降。除此之外，也存在所生长的水垢穿透至离子交换膜的内部的可能性，导致离子交换膜损坏。作为防止上面描述的水垢生成的方法，提出了用阴离子交换剂填充浓缩室。例如，专利文献I公开了一种去离子水制备装置，所述去离子水制备装置具有放置在浓缩室中的阴离子交换膜侧上的特殊结构的阴离子交换剂。在该去离子水制备装置中，or至浓缩水中的扩散在多孔阴离子交换剂表面处得到了促进并且迅速地降低了在该表面处的0H_浓度。另一方面，使硬度组分离子变得难以渗透过多孔阴离子交换剂。作为结果，OH—与硬度组分离子之间的接触和反应的机会减少，并且防止了水垢的沉淀和积累。专利文献2公开了一种去离子水制备装置，其中在浓缩室中设置在水渗透性上不同的两个以上离子交换剂层，并且将具有较低水渗透性的离子交换剂层放置在阴离子交换膜侧上，所述阴离子交换膜的阴离子交换基至少设置在层的表面中。在这种去离子水制备装置中，当移动离开较高水渗透性层的含有大量的硬度组分的浓缩水达到较低水渗透性层时，移动浓缩水的力减小。作为结果，阻挡了含有大量的硬度组分的浓缩水至阴离子交换膜的浓缩室侧的表面的流动，从而防止水垢的沉淀和积累。引用列表专利文献专利文献I JP 2001-225078A专利文献2 JP 2002-1345A发明概述技术问题然而，在去离子水制备装置中，即使可以通过用阴离子交换剂填充浓缩室避免水垢的生成，出现不同于水垢生成的问题的如下所述的问题。以浓缩水中含有的碳酸和二氧化硅为代表的弱酸阴离子组分穿过插入在浓缩室与去离子室之间的离子交换膜并且在处理过的水中扩散，从而降低处理过的水的纯度。处理过的水的纯度上的这种降低在其中浓缩室填充有阴离子交换剂的情况下更显著地出现。将通过实例的方式关于具有碳酸和二氧化硅的情况详细描述该问题。阳离子交换膜通常是选择性地仅允许阳离子从其中通过的离子交换膜。该功能的原理是膜自身具有负电荷，并且对于带有负电荷的阴离子施加斥力并阻止阴离子穿过膜。另一方面，碳酸(二氧化碳)和二氧化硅在水溶液中采取在平衡中的多种离子物种的形式。
权利要求
1.一种用于制备去离子水的电去离子装置，所述用于制备去离子水的电去离子装置包括至少一个去离子处理单元，所述至少一个去离子处理单元设置在彼此相对的阴极和阳极之间，所述去离子处理单元包括去离子室和一对浓缩室，所述一对浓缩室与所述去离子室相邻，在其相反侧上放置并且填充有阴离子交换剂，其中所述去离子室由离子交换膜分隔成与所述一对浓缩室中的一个相邻的第一小去离子室和与所述一对浓缩室中的另一个相邻的第二小去离子室；其中所述第一小去离子室填充有阴离子交换剂，并且其中所述第二小去离子室顺次填充有阴离子交换剂和阳离子交换剂，以使得所要处理的水最终从其通过的离子交换剂是所述阴离子交换剂。
2.根据权利要求I所述的用于制备去离子水的电去离子装置，其中在所述第一小去离子室中形成一个阴离子交换层，并且其中至少一个阴离子交换层和至少一个阳离子交换层顺次层叠在所述第二小去离子室中，以使得所要处理的水从其最终通过的离子交换剂是所述阴离子交换剂。
3.根据权利要求2所述的用于制备去离子水的电去离子装置，其中两个阴离子交换层和两个阳离子交换层交替地层叠在所述第二小去离子室中。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的用于制备去离子水的电去离子装置，其中形成流道以使得所要处理的水流入到所述第二小去离子室中的方向和浓缩水流入到所述浓缩室中的方向彼此相反。
全文摘要
所公开的用于制备去离子水的电去离子装置配备有去离子处理单元，所述去离子处理单元包括去离子室(D)和去离子室(D)相邻的在其相反侧上放置并且填充有阴离子交换剂的一对浓缩室(C1和C2)。去离子室(D)由离子交换膜分隔成与浓缩室(C1)相邻的第一小去离子室(D-1)和与浓缩室C2相邻的第二小去离子室(D-2)。第一小去离子室(D-1)填充有阴离子交换剂。第二小去离子室(D-2)顺次填充有阴离子交换剂和阳离子交换剂，以使得阴离子交换剂是所要处理的水最终从其通过的离子交换剂。
文档编号C02F1/469GK102939266SQ20118002752
公开日2013年2月20日 申请日期2011年5月20日 优先权日2010年6月3日
发明者长谷川一哉, 浅川友二, 佐佐木庆介 申请人:奥加诺株式会社