申请日2003.07.14
公开(公告)日2005.07.20
IPC分类号B01J47/00; C02F1/42
摘要
本发明提供一种离子吸附模块，具有至少具有被处理水流入的开口的容器和有机多孔质离子交换体。上述有机多孔质离子交换体具有三维网孔结构，该三维网孔结构的全细孔容积为1ml/g～50ml/g、离子交换基均匀分布、离子交换容量为0.5mg当量/g干燥多孔质体或以上，该三维网孔结构具有连续气泡结构，该连续气泡结构具有填充在上述容器中且相互连接的大孔和位于大孔的壁内的平均直径为1～1000μm的中孔离子交换体的充填非常容易，而且即使在向上流，填充层也不会移动，使用该离子交换体的离子吸附模块和水处理方法具有很高的实用性。
権利要求書
1、一种离子吸附模块，其特征在于，具有容器和有机多孔质离子交换体， 所述容器至少具有被处理水流入的开口，所述有机多孔质离子交换体具有三维 网孔结构，该三维网孔结构的全细孔容积为1ml/g～50ml/g、离子交换基均匀 分布、离子交换容量为0.5mg当量/g干燥多孔质体或以上，该三维网孔结构 具有连续气泡结构，该连续气泡结构具有填充在上述容器中且相互连接的大孔 和位于该大孔壁内的平均直径为1～1000μm的中孔。
2、如权利要求1所述的离子吸附模块，其特征在于，所述容器具有与被 处理水流入的开口接续的被处理水流入配管和处理水流出配管。
3、如权利要求1或2所述的离子吸附模块，其特征在于，所述有机多孔 质离子交换体是有机多孔质阳离子交换体和有机多孔质阴离子交换体，将该有 机多孔质阳离子交换体和该有机多孔质阴离子交换体层叠充填而成。
4、一种离子吸附模块，其特征在于，将粒状的离子交换树脂充填层 和有机多孔质离子交换体充填层，从上游侧按该顺序进行层叠而成，所述 有机多孔质离子交换体充填层具有三维网孔结构，该三维网孔结构的全细 孔容积为1ml/g～50ml/g、离子交换基均匀分布、离子交换容量为0.5mg 当量/g干燥多孔质体或者以上，该三维网孔结构具有连续气泡结构，该连 续气泡结构具有相互连接的大孔和位于该大孔壁内的平均直径为1～1000 μm的中孔。
5、如权利要求2或3所述的离子吸附模块，其特征在于，所述离子吸附 模块配置在充填有粒状的离子交换树脂的离子吸附模块的下游侧。
6、一种水处理方法，其特征在于，通过使被处理水与有机多孔质离子交 换体接触，来吸附除去该被处理水中的离子性杂质，所述有机多孔质离子交换 体具有三维网孔结构，该三维网孔结构的全细孔容积为1ml/g～50ml/g、离子 交换基均匀分布、离子交换容量为0.5mg当量/g干燥多孔质体或者以上，该 三维网孔结构具有连续气泡结构，该连续气泡结构具有相互连接的大孔和位于 该大孔壁内的平均直径为1～1000μm的中孔。
7、如权利要求6所述的水处理方法，其特征在于，所述被处理水是预先 用粒状的离子交换树脂处理过的处理水。
说明书
离子吸附模块及其水处理方法
技术领域
本发明涉及离子交换带的长度明显短的离子吸附模块及其水处理方法。
背景技术
以往，离子交换体作为总称为离子交换树脂的高分子合成树脂代表，若 按其制品形状进行分类，则可以分类成粒状或片状的离子交换树脂、膜状的 离子交换膜、以及纤维状的离子交换纤维等。离子交换树脂有阳离子交换树 脂和阴离子交换树脂，这些进一步根据离子交换基的酸碱度的强弱分为强酸 性阳离子交换树脂、弱酸性阳离子交换树脂、强碱性阴离子交换树脂及弱碱 性阴离子交换树脂。
众所周知，强酸性阳离子交换树脂的官能团中具有磺酸基(R-SO3 -H+)， 弱酸性阳离子交换树脂的官能团中具有羧酸基(R-COO-H+)、膦酸基( R-P(O)(O-H+)2)、次膦酸基(R-PH(O)(O-H+))、亚砷酸基(R-OAsO-H+)、 酚盐基(R-C6H4O-H+)等。强碱性阴离子交换树脂是以四级铵盐基 (R-N+R1R2R3)或叔锍基(R-S+R1R2)为官能团而持有的树脂，在季铵盐基 的情况下，当与氮结合的基团仅为烷基(例如只有甲基)的情况称为I型， 当与该氮结合的基团中包含烷醇基(例如-C2H4OH等)的情况称为II型。 I型比II型显示出稍强的碱性。众所周知，弱碱性阴离子交换树脂的官能团 是一级～三级胺，根据胺的种类的不同，具有很多种弱碱性阴离子交换树脂。
如上所述，离子交换树脂根据其酸碱度基本上分成四大类，作为构成它 们的高分子母体，可以使用苯乙烯系、苯酚系、丙烯酸系、异丁烯系等的合 成高分子，根据其合成方法的不同，母体结构区分为凝胶型、扩大网孔凝胶 型(多孔型)和MR型(大网孔型)。所谓凝胶型离子交换树脂是，例如在 催化剂和分散剂共存的状态下，使苯乙烯和二乙烯基苯(DVB)共聚合而得 到的具有三维网孔结构的共聚合体中，导入官能团而得到的离子交换树脂。 所谓多孔型离子交换树脂是通过在可以使共聚合体溶胀的有机溶剂存在的 情况下进行共聚合，使生成的共聚合体溶胀扩大，制造在共聚合体内具有比 凝胶型更大的空间(凝胶气孔)的共聚合体，并在其中导入官能团而得到的 离子交换树脂。所谓MR型离子交换树脂是通过在是单体溶剂并起共聚合体 的沉淀剂的作用的有机溶剂共存的情况下进行共聚合，制造作为小球状的凝 胶粒子的集合体的共聚合体，即制造在该粒子间具有巨大的孔(大孔)的母 体，并在其中导入官能团而得到的离子交换树脂。
另外，除了粒状的离子交换树脂之外，已知有具有连续孔的有机多孔质 离子交换体。如在F.Svec，Science，273，205～211(1996)等中公开的具有粒子凝 聚型结构的多孔质体。还有在特开平10-216717号公报、特开平10-192717 号公报、特开平10-192716号公报、特开平8-252579号公报中所记载的，采 用结合材料聚合物使阳离子交换树脂及阴离子交换树脂的混合物结合的粒 子凝聚型多孔质离子交换体。这些粒子凝聚型多孔质离子交换体是，采用结 合材料聚合物使有机系微粒子或预先导入有离子交换基的粒状离子交换树 脂结合或在规定的模型中充填该微粒子，加热溶融而使其结合，来形成多孔 质结构体，并且根据情况，也在结合材料聚合物部分导入有离子交换基来进 行制造。
但是，上述的粒子凝聚型多孔质离子交换体由于是粒子凝聚结构，细孔 的容积小，又由于中孔也不能大，故在低压进行大流量处理时受到制约。而 且，所述的粒子凝聚型多孔质体离子交换基等在多孔质体中不是均匀地分 布。即这些多孔质结构体在结合聚合物部分中不存在离子交换基，或即使存 在时，离子交换树脂部分和聚合物母体及离子交换基的构造不同，而且离子 交换基的存在密度比离子交换树脂部分低，不成为整体均质的离子交换体。 因此，由于被吸附的离子在模块内容易沿流动方向扩散，作为模块内的离子 吸附部分和未吸附部分的混合存在区域的离子交换带变长，容易发生吸附的 离子的微量泄漏，故存在模块的更换频率变高的问题。
另外，以前广泛使用的离子吸附塔模块充填了粒状的混合离子交换树 脂，使被处理水在该离子交换树脂充填层中流通，除去离子性不纯物。但把 这样的粒状的混合离子交换树脂充填到塔内的作业必须要有搬运供给含有 粒状的混合离子交换树脂的料浆的供给装置，同时必须使该料浆不泄漏到塔 外那样地进行充填，充填作业决非容易。另外，该粒状离子交换树脂的再生 在向上流中进行，根据阳离子交换树脂和阴离子交换树脂的比重差区分后分 别用药剂进行再生，而在向上流时，充填层容易移动，而且根据比重差区分 也不容易，存在再生作业的效率差的问题。
因而，本发明的目的在于提供一种离子交换体的充填极为容易，且即使 在向上流充填层也不移动的离子吸附模块，另一目的在于提供一种离子吸附 模块及水处理方法，其即使流速提高也能使离子交换带的长度维持较短，可 以实现减小离子交换体装置的容积，由于不发生吸附的离子的微量泄漏，可 以使再生频率下降，处理效率提高。
发明内容
在实际情况中，本发明人精心研究的结果发现，如果将被处理水，最好 是用以前广泛使用的粒状离子交换树脂预处理过的被处理水，用具有特定构 造的有机多孔质离子交换体进行接触处理，则即使流速提高也能使离子交换 带的长度维持较短，可以实现减小离子交换体装置的容积，由于不发生吸附 的离子的微量泄漏，可以使再生频率下降，处理效率提高。以至完成本发明。
即本发明(1)提供一种离子吸附模块，其具有容器和有机多孔质离子 交换体。所述容器至少具有被处理水流入的开口;所述有机多孔质离子交换 体具有三维网孔结构，该三维网孔结构的全细孔容积为1ml/g～50ml/g、离子 交换基均匀分布、离子交换容量为0.5mg当量/g干燥多孔质体或以上，该 三维网孔结构具有连续气泡结构，该连续气泡结构具有填充在上述容器中的 相互连接的大孔和位于该大孔壁内的平均直径为1～1000μm的中孔。根据本 发明，多孔质离子交换体可以很容易作成例如嵌在充填容器中的块状、填充 也容易，而且即使向上流，填充层也不会移动。并且，能够适用于以往的模 块中一般采用的连续通水处理方法以及投入到贮留容器和贮留槽等的水中 来进行的分批处理方法中的任一种方法。另外，在连续通水处理方法中，当 离子性杂质的含有量为微量时，即使用小型装置使流速提高，也能把离子交 换带的长度维持在较短，可以实现减小离子交换体装置的容积，由于吸附的 离子不发生微量泄漏，故可以使再生频率下降，处理效率提高。
另外，本发明(2)是在本发明的第一方案所述的离子吸附模块中，所 述容器具有与被处理水流入的开口接续的被处理水流入配管和处理水流出 配管。根据本发明，除可以获得和上述发明同样的效果外，还特别适用于连 续通水处理方法。
另外，本发明(3)提供一种，所述有机多孔质离子交换体是有机多孔 质阳离子交换体和有机多孔质阴离子交换体，并将该有机多孔质阳离子交换 体和该有机多孔质阴离子交换体层叠填充而成。根据本发明，多孔质离子交 换体的填充更容易，且再生时即使处于向上流，充填层也不移动。
另外，本发明(4)提供一种离子吸附模块，其是将粒状的离子交换树 脂填充层和有机多孔质离子交换体充填层从上游侧按该顺序进行层叠而成。 所述有机多孔质离子交换体具有三维纲目结构，该三维纲目结构的全细孔容 积为1ml/g～50ml/g、离子交换基均匀分布、离子交换容量为0.5mg当量/g 干燥多孔质体或以上，该三维纲目结构具有连续气泡结构，该连续气泡结构 包括相互连接的大孔和位于该大孔壁内的平均直径为1～1000μm的中孔。通 过将粒状离子交换树脂配置在上游部，将有机多孔质离子交换体配置在下游 部，首先大量除去离子性杂质，其次，高效率除去残留的离子性杂质，由此 可以实现缩小总离子交换带的长度，降低离子吸附塔的容积，提高高流速下 的吸附效率。
本发明(5)提供上述离子吸附模块，该离子吸附模块配置在填充有粒 状离子交换树脂的离子吸附模块的下游侧。根据本发明，可以得到和上述发 明(4)同样的效果。
本发明(6)提供一种通过使被处理水与有机多孔质离子交换体接触， 来吸附除去该被处理水中的离子性物质的水处理方法。该有机多孔质离子交 换体具有全细孔容积为1ml/g～50ml/g、离子交换基均匀分布、离子交换容量 为0.5mg当量/g干燥多孔质体或以上的三维网孔结构，该三维网孔结构具 有连续气泡结构，该连续气泡结构具有相互连接的大孔和位于该大孔壁内的 平均直径为1～1000μm的中孔。根据本发明，可以得到与发明(1)～(3) 同样的效果。
另外，本发明(7)提供一种所述处理水是预先用粒状的离子交换树脂 处理过的处理水的上述水处理方法。根据本发明，可以得到与上述发明(4) 及(5)同样的效果。
