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公開番号2025065038
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-17
出願番号2024170016
出願日2024-09-30
発明の名称イオン選択透過特性を持つ炭化水素系アニオン交換膜を備える電気透析装置の運転方法
出願人株式会社合同資源,株式会社アストム
代理人個人,個人,個人
主分類C02F 1/469 20230101AFI20250410BHJP(水,廃水,下水または汚泥の処理)
要約【課題】ヨウ化物イオンの生産性に優れた電気透析装置の運転方法を提供する。
【解決手段】電気透析装置の運転方法は、電気透析装置を用いて、ヨウ化物塩および溶媒を含むヨウ化物含有溶液を電気透析する工程を含み、電気透析装置が、直流抵抗測定法に従って直流電流と電圧との関係を表すIVカーブを取得し、そのIVカーブを二次微分して得られる二次微分値カーブにおいて極小が現れる、1価イオン選択透過性層を有するアニオン交換膜を備えており、電気透析する工程において、アニオン交換膜の有効面積(dm²)をdとし、二次微分値カーブに表れる極小に対応する直流電流(A)の値をa1としたとき、電流密度(A/dm²)をa1/d以上に設定するものである。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
電気透析装置を用いて、ヨウ化物塩および溶媒を含むヨウ化物含有溶液を電気透析する工程を含み、
前記電気透析装置が、直流抵抗測定法に従って直流電流と電圧との関係を表すＩＶカーブを取得し、そのＩＶカーブを二次微分して得られる二次微分値カーブにおいて極小が現れる、１価イオン選択透過性層を有するアニオン交換膜を備えており、
前記電気透析する工程において、前記アニオン交換膜の有効面積（ｄｍ
２
）をｄとし、前記二次微分値カーブに表れる極小に対応する直流電流（Ａ）の値をａ１としたとき、電流密度（Ａ／ｄｍ
２
）をａ１／ｄ以上に設定する、電気透析装置の運転方法。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電気透析装置の運転方法であって、
ａ１／ｄの下限が、０．５Ａ／ｄｍ
２
以上である、電気透析装置の運転方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電気透析装置の運転方法であって、
ａ１／ｄの上限が、１０Ａ／ｄｍ
２
以下である、電気透析装置の運転方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の電気透析装置の運転方法であって、
前記ＩＶカーブを二次微分して得られる二次微分値カーブに表れる極大に対応する直流電流（Ａ）の値をａ２としたとき（ただし、ａ２＞ａ１）、
前記電気透析する工程中の電流密度（Ａ／ｄｍ
２
）をａ２／ｄ以下に設定する、電気透析装置の運転方法。
【請求項５】
請求項４に記載の電気透析装置の運転方法であって、
ａ２／ｄ－ａ１／ｄが、０．５Ａ／ｄｍ
２
以上１０Ａ／ｄｍ
２
以下である、電気透析装置の運転方法。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の電気透析装置の運転方法であって、
下記の海水濃縮試験に従って測定される、前記アニオン交換膜におけるＳＯ
４
インデックスが、３．０×１０
－３
Ｎ以上５０．０×１０
－３
Ｎ以下である、電気透析装置の運転方法。
＜海水濃縮試験＞
膜抵抗が１．５Ω・ｃｍ
２
以上２．５Ω・ｃｍ
２
以下であるカチオン交換膜を対に使用し、評価対象の陰イオン交換膜を一価選択面が脱塩室に向くように組入れられた小型電気透析装置（通電膜面積１００ｃｍ
２
）を用い、脱塩室に２５℃の海水を流速６ｃｍ／秒で流し、濃縮室に３．５ｍｏｌ／ＬのＮａＣｌ水溶液を満たして、電流密度３Ａ／ｄｍ
２
で濃縮室の濃度変化がなくなるまで電気透析を行った際に得られる濃縮液中のＳＯ
４
２－
濃度を、上記ＳＯ
４
インデックスとして測定する。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の電気透析装置の運転方法であって、
前記アニオン交換膜が、４級アンモニウム基を有する、スチレンジビニルベンゼンの共重合体を含む、電気透析装置の運転方法。
【請求項８】
ヨウ化物塩および溶媒を含むヨウ化物含有溶液の電気透析にのみ用いる、１価イオン選択透過性層を有するアニオン交換膜であって、
直流抵抗測定法に従って測定される当該アニオン交換膜の直流電流と電圧との関係を表すＩＶカーブを取得したとき、そのＩＶカーブを二次微分して得られる二次微分値カーブにおいて極小が表れる、
アニオン交換膜。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気透析装置の運転方法およびアニオン交換膜に関する。
続きを表示（約 3,300 文字）【背景技術】
【０００２】
これまで廃液からヨウ素を回収する技術について様々な開発がなされてきた。この種の技術として、例えば、特許文献１に記載の技術が知られている。廃液には、ヨウ化物イオン（Ｉ
－
）などのヨウ素成分のほか、硫酸イオン（ＳＯ
４
２－
）のような２価イオンなども共存していることがある。たとえば、廃液中には、硫酸イオンが、通常、１ｇ／Ｌ以上、硫酸塩の飽和溶解度以下の濃度で含まれ、より一般的には２０～５０ｇ／Ｌ程度含まれていることがある。
特許文献１には、１価選択性アニオン交換膜などを使用して、ヨウ素を有する無機陰イオン及びフッ素を有する無機陰イオンを含有し、脱塩室内に収容されている原液に電気透析を行う方法が記載されている（特許文献１の請求項１、実施例など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２１－０７９３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、本発明者が検討した結果、上記特許文献１に記載の電気透析方法において、ヨウ化物イオンの生産性の点で改善の余地があることが判明した。
すなわち、これまでは、アニオン交換膜の電流電圧特性を表すＩＶカーブ（電流－電圧曲線）は、直流電流の場合、ほぼ直線を示すことが知られていた。このため、電気透析方法時に電流密度を増大したとしても、アニオン交換膜にかかる膜電圧も比例して増大するため、ヨウ化物イオンの生産性を高められないと考えられてきた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、アニオン交換膜における電流電圧特性について検討を進めた結果、アニオン交換膜における１価アニオン選択透過性層の緻密さなどを変えて１価選択性を適切に制御することにより、ヨウ化物塩を含む水溶液中において、アニオン交換膜のＩＶカーブが、電流密度を増大しても膜電圧が比例して増大しないような新たな電流電圧特性を示すことを見出した。
かかる知見に基づいて鋭意検討した結果、上記の電流電圧特性を表す指標として、アニオン交換膜の有効面積ｄとＩＶカーブを二次微分して得られる二次微分値カーブに表れる極小に対応する直流電流の値ａ１とを用いた「ａ１／ｄ」を採用し、電気透析する工程中の電流密度（Ａ／ｄｍ
２
）を「ａ１／ｄ」以上に設定することにより、比較的高い電流密度においても、膜電圧の増大を抑制できるため、ヨウ化物イオンの移動がしやすくなり、ＩＶカーブが直線の場合と比較してヨウ化物イオンの生産性（エネルギー効率）を高められることを見出した。
【０００６】
本発明の一態様によれば、以下の電気透析装置の運転方法が提供される。
【０００７】
１．電気透析装置を用いて、ヨウ化物塩および溶媒を含むヨウ化物含有溶液を電気透析する工程を含み、
前記電気透析装置が、直流抵抗測定法に従って直流電流と電圧との関係を表すＩＶカーブを取得し、そのＩＶカーブを二次微分して得られる二次微分値カーブにおいて極小が現れる、１価イオン選択透過性層を有するアニオン交換膜を備えており、
前記電気透析する工程において、前記アニオン交換膜の有効面積（ｄｍ
２
）をｄとし、前記二次微分値カーブに表れる極小に対応する直流電流（Ａ）の値をａ１としたとき、電流密度（Ａ／ｄｍ
２
）をａ１／ｄ以上に設定する、電気透析装置の運転方法。
２．１．に記載の電気透析装置の運転方法であって、
ａ１／ｄの下限が、０．５Ａ／ｄｍ
２
以上である、電気透析装置の運転方法。
３．１．又は２．に記載の電気透析装置の運転方法であって、
ａ１／ｄの上限が、１０Ａ／ｄｍ
２
以下である、電気透析装置の運転方法。
４．１．～３．のいずれか一つに記載の電気透析装置の運転方法であって、
前記ＩＶカーブを二次微分して得られる二次微分値カーブに表れる極大に対応する直流電流（Ａ）の値をａ２としたとき（ただし、ａ２＞ａ１）、
前記電気透析する工程中の電流密度（Ａ／ｄｍ
２
）をａ２／ｄ以下に設定する、電気透析装置の運転方法。
５．４．に記載の電気透析装置の運転方法であって、
ａ２／ｄ－ａ１／ｄが、０．５Ａ／ｄｍ
２
以上１０Ａ／ｄｍ
２
以下である、電気透析装置の運転方法。
６．１．～５．のいずれか一つに記載の電気透析装置の運転方法であって、
下記の海水濃縮試験に従って測定される、前記アニオン交換膜におけるＳＯ
４
インデックスが、３．０×１０
－３
Ｎ以上５０．０×１０
－３
Ｎ以下である、電気透析装置の運転方法。
＜海水濃縮試験＞
膜抵抗が１．５Ω・ｃｍ
２
以上２．５Ω・ｃｍ
２
以下であるカチオン交換膜を対に使用し、評価対象の陰イオン交換膜を一価選択面が脱塩室に向くように組入れられた小型電気透析装置（通電膜面積１００ｃｍ
２
）を用い、脱塩室に２５℃の海水を流速６ｃｍ／秒で流し、濃縮室に３．５ｍｏｌ／ＬのＮａＣｌ水溶液を満たして、電流密度３Ａ／ｄｍ
２
で濃縮室の濃度変化がなくなるまで電気透析を行った際に得られる濃縮液中のＳＯ
４
２－
濃度を、上記ＳＯ
４
インデックスとして測定する。
７．１．～６．のいずれか一つに記載の電気透析装置の運転方法であって、
前記アニオン交換膜が、４級アンモニウム基を有する、スチレンジビニルベンゼンの共重合体を含む、電気透析装置の運転方法。
８．ヨウ化物塩および溶媒を含むヨウ化物含有溶液の電気透析にのみ用いる、１価イオン選択透過性層を有するアニオン交換膜であって、
直流抵抗測定法に従って測定される当該アニオン交換膜の直流電流と電圧との関係を表すＩＶカーブを取得したとき、そのＩＶカーブを二次微分して得られる二次微分値カーブにおいて極小が表れる、
アニオン交換膜。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ヨウ化物イオンの生産性に優れた電気透析装置の運転方法、およびそれに用いるアニオン交換膜が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本実施形態の電気透析装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。
本実施形態のヨウ素回収システムの構成の一例を模式的に示す図である。
本実施形態のヨウ素回収工程の一例を示すフロー図である。
比較例１のＩＶカーブを表す。
比較例１のＩＶカーブを二次微分して得られる二次微分値カーブを表す。
実施例１のＩＶカーブを表す。
実施例１のＩＶカーブを二次微分して得られる二次微分値カーブを表す。
実施例２のＩＶカーブを表す。
実施例２のＩＶカーブを二次微分して得られる二次微分値カーブを表す。
実施例３のＩＶカーブを表す。
実施例３のＩＶカーブを二次微分して得られる二次微分値カーブを表す。
比較例２のＩＶカーブを表す。
比較例２のＩＶカーブを二次微分して得られる二次微分値カーブを表す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、図は概略図であり、実際の寸法比率とは一致していない。
（【００１１】以降は省略されています）

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