申请日2015.03.11
公开(公告)日2016.10.12
IPC分类号B01J47/12; C02F1/48; C02F5/00; C02F5/08
摘要
一种离子交换膜，其具备：具有阳离子交换基、形成为片状的第一阳离子交换组合体;和以与第一阳离子交换组合体接触的方式配置、具有阴离子交换基、形成为片状的第一阴离子交换组合体。还具备：具有阳离子交换基、形成为片状、以与第一阳离子交换组合体对置的方式配置、比第一阳离子交换组合体更容易透过水的第二阳离子交换组合体;和具有阴离子交换基、形成为片状、以与第一阴离子交换组合体对置的方式配置、比第一阴离子交换组合体更容易透过水的第二阴离子交换组合体。
摘要附图
权利要求书
1.一种离子交换膜，其特征在于，具备：
第一阳离子交换组合体，其具有阳离子交换基，形成为片状，难以透过水;
第一阴离子交换组合体，其以与所述第一阳离子交换组合体接触的方式配置，具有阴离子交换基，形成为片状，难以透过水;
第二阳离子交换组合体，其具有阳离子交换基，形成为片状，以与所述第一阳离子交换组合体对置的方式配置，比所述第一阳离子交换组合体更容易透过水;
第二阴离子交换组合体，其具有阴离子交换基，形成为片状，以与所述第一阴离子交换组合体对置的方式配置，比所述第一阴离子交换组合体更容易透过水。
2.如权利要求1所述的离子交换膜，其特征在于：
所述第一阳离子交换组合体具备具有所述阳离子交换基的阳离子交换树脂和粘合剂树脂，
所述第一阴离子交换组合体具备具有所述阴离子交换基的阴离子交换树脂和粘合剂树脂。
3.如权利要求1或2所述的离子交换膜，其特征在于：
所述第二阳离子交换组合体具备具有所述阳离子交换基的阳离子交换树脂和粘合剂树脂，
所述第二阴离子交换组合体具备具有所述阴离子交换基的阴离子交换树脂和粘合剂树脂。
4.如权利要求3所述的离子交换膜，其特征在于：
以所述第一阳离子交换组合体和所述第一阴离子交换组合体所含的所述粘合剂树脂量大于所述第二阳离子交换组合体和所述第二阴离子交换组合体所含的所述粘合剂树脂量的方式构成。
5.如权利要求2～4中任一项所述的离子交换膜，其特征在于：
所述粘合剂树脂包括含氟树脂。
6.如权利要求2～5中任一项所述的离子交换膜，其特征在于：
所述第一阳离子交换组合体、所述第二阳离子交换组合体、所述第一阴离子交换组合体和所述第二阴离子交换组合体分别还具备导电性材料。
7.如权利要求1～6中任一项所述的离子交换膜，其特征在于：
所述第二阳离子交换组合体和所述第二阴离子交换组合体各自所含的离子交换树脂的平均粒径大于所述第一阳离子交换组合体和所述第一阴离子交换组合体各自所含的离子交换树脂的平均粒径。
8.如权利要求7所述的离子交换膜，其特征在于：
所述第一阳离子交换组合体和所述第一阴离子交换组合体各自所含的离子交换树脂的平均粒径为1～150μm，
所述第二阳离子交换组合体和所述第二阴离子交换组合体各自所含的离子交换树脂的平均粒径为100～250μm。
9.如权利要求2～8中任一项所述的离子交换膜，其特征在于：
所述第一阳离子交换组合体所具备的所述阳离子交换树脂由弱酸性阳离子交换树脂构成，
所述第一阴离子交换组合体所具备的所述阴离子交换树脂由弱碱性阴离子交换树脂构成。
10.如权利要求2～8中任一项所述的离子交换膜，其特征在于：
所述第一阳离子交换组合体所具备的所述阳离子交换树脂由强酸性阳离子交换树脂构成，
所述第一阴离子交换组合体所具备的所述阴离子交换树脂由强碱性阴离子交换树脂构成。
11.如权利要求2～8中任一项所述的离子交换膜，其特征在于：
所述第一阳离子交换组合体所具备的所述阳离子交换树脂由弱酸性阳离子交换树脂构成，
所述第一阴离子交换组合体所具备的所述阴离子交换树脂由强碱性阴离子交换树脂构成。
12.如权利要求3～11中任一项所述的离子交换膜，其特征在于：
所述第二阳离子交换组合体所具备的所述阳离子交换树脂由弱酸性阳离子交换树脂构成，
所述第二阴离子交换组合体所具备的所述阴离子交换树脂由弱碱性阴离子交换树脂构成。
13.如权利要求2～12中任一项所述的离子交换膜，其特征在于：
所述第一阳离子交换组合体和所述第一阴离子交换组合体分别还具备增强剂。
14.如权利要求3～13中任一项所述的离子交换膜，其特征在于：
所述第二阳离子交换组合体和所述第二阴离子交换组合体分别还具备增强剂。
15.如权利要求1所述的离子交换膜，其特征在于：
所述第一阳离子交换组合体和所述第一阴离子交换组合体由均质膜构成。
16.一种离子交换膜叠层体，其特征在于：
其为2个以上权利要求1～15中任一项所述的离子交换膜以对置的方式叠层而成的离子交换膜叠层体，具备配置在2个所述离子交换膜之间且正面背面间具有连通结构的间隔部件。
17.如权利要求16所述的离子交换膜叠层体，其特征在于：
所述间隔部件通过将合成树脂的丝编织而形成为网状，
所述丝的丝线直径为50～200μm。
18.如权利要求16或17所述的离子交换膜叠层体，其特征在于：
所述间隔部件通过将合成树脂的丝编织而形成为网状，
网格数为10～200目。
19.如权利要求17或18所述的离子交换膜叠层体，其特征在于：
所述间隔部件的所述丝相交叉的部分被熔接，所述正面背面以平滑的方式形成。
20.一种离子交换膜叠层体，其特征在于：
其为2个以上离子交换膜以对置的方式叠层而成的离子交换膜叠层体，
所述离子交换膜之间具备在正面背面间具有连通结构的间隔部件，
所述离子交换膜通过将由弱酸性阳离子交换树脂构成且具有通水性的阳离子交换组合体、和由强碱性阴离子交换树脂构成且具有通水性的阴离子交换组合体粘贴在一起而形成。
21.如权利要求20所述的离子交换膜叠层体，其特征在于：
所述间隔部件通过将合成树脂的丝编织而形成为网状，所述丝相交叉的部分被熔接，所述正面背面以平滑的方式形成。
22.如权利要求20或21所述的离子交换膜叠层体，其特征在于：
所述间隔部件以网格数达到10～200目的方式形成。
23.一种电化学单元，其特征在于，具备：
权利要求16～22中任一项所述的离子交换膜叠层体、和
以阳极和阴极相对置的方式配置的电极。
24.如权利要求23所述的电化学单元，其特征在于：
具备圆筒状的芯材，
所述离子交换膜叠层体以从所述离子交换膜的叠层方向观察时、所述离子交换膜的端部与所述间隔部件的端部错开、所述间隔部件的端部在2层所述离子交换膜的端部间露出的方式卷绕在所述芯材的外周面。
25.如权利要求24所述的电化学单元，其特征在于：
还具备：下部设置有流入口的筒状的壳体;和
流出管，该流出管以其上游端位于所述流入口的上方的方式配置在所述芯材的内部。
26.如权利要求25所述的电化学单元，其特征在于：
还具备流入管，该流入管以倾斜到除了相对于所述壳体的内周面的切线垂直的方向以外的方向的方式，配置于所述流入口。
27.如权利要求23所述的电化学单元，其特征在于：
还具备具有通水性的分隔板，
所述离子交换膜叠层体配置在所述电极之间，
所述离子交换膜在相对于铅垂方向垂直的方向叠层，
2个以上所述离子交换膜叠层体以从所述离子交换膜的叠层方向观察时并列的方式配置，
所述分隔板配设在相邻的所述离子交换膜叠层体之间。
28.如权利要求23或27所述的电化学单元，其特征在于：
还具备：下部设有水的流入口、且上部设有水的流出口的壳体;和
第一整流部件，其配置在所述流入口与位于最下方的所述离子交换膜叠层体之间，以从所述离子交换膜的叠层方向观察时从下方向上方扩展的方式形成为锥形。
29.如权利要求28所述的电化学单元，其特征在于：
所述第一整流部件具有绝缘性。
30.如权利要求28或29所述的电化学单元，其特征在于：
还具备第二整流部件，其配置在所述流出口与位于最上方的所述离子交换膜叠层体之间，以从所述离子交换膜的叠层方向观察时从上方向下方扩展的方式形成为锥形。
31.如权利要求30所述的电化学单元，其特征在于：
所述第二整流部件具有绝缘性。
32.如权利要求23、27～28中任一项所述的电化学单元，其特征在于：
还具备隔膜，该隔膜由具有绝缘性的材料构成，在正面背面间具有连通结构，配置在所述离子交换膜叠层体与所述电极之间。
33.一种水处理装置，其特征在于，具备：
权利要求23～32中任一项所述的电化学单元;
向所述电极供给电力的电源;
与所述流出口连接、具有取水口、水进行流通的第一水流路;
从所述第一水流路分支、具有排水口的第二水流路;
切换水向所述取水口或所述排水口流动的流路切换器;和
控制所述电源和所述流路切换器的控制装置。
34.如权利要求33所述的水处理装置，其特征在于：
还具备与所述流入口连接的第三水流路;和
设置于所述第三水流路的过滤器。
35.如权利要求34所述的水处理装置，其特征在于：
还具备设置于所述第三水流路的阻垢剂。
36.如权利要求33～35中任一项所述的水处理装置，其特征在于：
所述控制装置以如下方式从所述电源向所述电极供给电力，实施软水处理，该方式为：在所述阳离子交换基和所述阴离子交换基的再生处理之后，实施软水化处理时，停止规定时间向所述电极的电力供给，之后，切换所述电极的极性。
37.如权利要求33～36中任一项所述的水处理装置，其特征在于：
所述控制装置在实施所述阳离子交换基和所述阴离子交换基的再生处理时，控制所述电源使得向所述电极供给的电力缓慢升高。
说明书
离子交换膜、具备离子交换膜的离子交换膜叠层体、具备离子交换膜叠层体的电化学单元、和具备电化学单元的水处理装置
技术领域
本发明涉及离子交换膜、具备离子交换膜的电化学单元、和具备电化学单元的水处理装置的构成。
背景技术
水处理装置利用离子交换树脂将阳离子或阴离子吸附除去，从而将水中的杂质除去。水处理装置中有时使用一个表面配置有阳离子交换基、另一个表面配置有阴离子交换基的离子交换膜(例如参照专利文献1)。
作为这样的水处理装置的离子交换膜，已知峰和谷隔开间隔配置的纹理膜(例如参照专利文献1)。图13是表示专利文献1所公开的纹理膜的示意结构的示意图。
如图13所示，专利文献1所公开的纹理膜105具有阳离子交换层101和与阳离子交换层101相邻的阴离子交换层102，峰103和谷104隔开间隔配置。由于形成于该纹理膜105的峰103和谷104，膜的表面积增大，因而在向纹理膜105供给含硬度成分的水时，能够加快硬度成分的吸附速度。另外，纹理膜105的峰103和谷104，在将纹理膜105叠层多层使用时，如箭头106所示在峰103与谷104之间形成处理水的通路，因而能够将压力损失抑制得较低。
其中，在专利文献1中公开了在纹理膜105的两侧配置有电极107、电极108的电化学单元。在专利文献1中公开的电化学单元中，通过在水的存在下向两极施加电压，使水在阳离子交换层101与阴离子交换层102的界面109解离，生成H+和OH-。通过该H+和OH-、与吸附在阳离子交换层101和阴离子交换层102的阳离子和阴离子置换，能够使阳离子交换层101和阴离子交换层102再生。因此，在专利文献1所公开的电化学单元中，不需要像以往技术那样使用药剂进行再生。
但是，即便是专利文献1所公开的具有纹理膜105的电化学单元，由于只有纹理膜105的表面流动水，只有在阳离子交换层101和阴离子交换层102的表面露出的部分发生反应，所以不能充分地获得阳离子交换层101和阴离子交换层102所带来的硬度成分的吸附能力，这是首要问题。
另外，即便是使用专利文献1所公开的纹理膜105的水处理装置，但从使装置内水的流通均匀的观点来看，尚有改善的余地。具体而言，在使箭头106的方向为铅垂方向配置纹理膜105的情况下，由于纹理膜105的自重，膜发生变形，峰103与谷104之间形成的通路被破坏，可能导致压力损失增大。并且，一旦通路被破坏，水就不能在该通路内流通，因而可能无法充分地吸附硬度成分，这是次要的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2008-507406号公报
发明内容
为了解决上述现有技术的问题，本发明的离子交换膜具备：具有阳离子交换基、形成为片状、难以透过水的第一阳离子交换组合体;和以与第一阳离子交换组合体接触的方式配置、具有阴离子交换基、形成为片状、难以透过水的第一阴离子交换组合体。还具备：具有阳离子交换基、形成为片状、以与第一阳离子交换组合体对置的方式配置、比第一阳离子交换组合体容易透过水的第二阳离子交换组合体;和具有阴离子交换基、形成为片状、以与第一阴离子交换组合体对置的方式配置、比第一阴离子交换组合体容易透过水的第二阴离子交换组合体。
由此，积极地利用第二阳离子交换组合体和第二阴离子交换组合体吸附Ca、Mg等硬度成分或氯离子、硫酸根离子，由此能够充分地吸附硬度成分，并且能够在第一阳离子交换组合体与第一阴离子交换组合体的界面高效地将水解离，能够高效地实施离子交换组合体的再生。
另外，本发明的离子交换膜叠层体是2个以上的离子交换膜以对置的方式叠层而成的离子交换膜叠层体，在离子交换膜之间具备正面背面间具有连通结构的间隔部件。
由此，水容易渗透到离子交换膜内部，能够有效地与离子交换膜内的离子交换基接触，能够高效地实施水处理。
另外，本发明的电化学单元具备离子交换膜叠层体、以阳极和阴极对置的方式配置的电极和具有通水性的分隔板。并且，离子交换膜叠层体配置在电极之间，离子交换膜在相对于铅垂方向垂直的方向上叠层，2个以上的离子交换膜叠层体以从离子交换膜的叠层方向观察时并列的方式配置，分隔板配设在相邻的离子交换膜叠层体之间。
由此，能够实现电化学单元内的水流通的均匀化，能够实现电化学单元的效率化。
另外，本发明的水处理装置具备电化学单元，向电极供给电力的电源，和与流出口连接、具有取水口、水进行流通的第一水流路。并且，具备从第一水流路分支且具有排水口的第二水流路、切换水向取水口或排水口流通的流路切换器、以及控制电源和流路切换器的控制装置。
由此，能够高效地实施水处理。
参照附图，本发明的上述目的、其他目的、特征和优点通过下面的优选实施方式的详细说明更为明确。
利用本发明的离子交换膜、具备离子交换膜的离子交换膜叠层体、具备离子交换膜叠层体的电化学单元和具备电化学单元的水处理装置，能够充分地吸附硬度成分，并且能够高效地实施离子交换组合体的再生。
