作成： 1999/10/18 赤堀 晶二
データ番号 ：018012
実用化例：電気式脱塩装置「GDI]超純水製造システム
目的 ：実用化例としての紹介
利用原理 ：放射線グラフト重合
概要 ：
ポリオレフィン製の不織布と斜交網に電子線又はガンマ線を窒素雰囲気中で照射した後に反応性モノマをグラフト重合する。このグラフト重合物にスルホン酸基やアミノ基等の官能基を導入してイオン交換不織布とイオン伝導スペーサーを合成する。これらのイオン交換体を電気透析槽のイオン交換膜間に充填することにより、電気式脱塩装置を形成する。
詳細説明 ：
熱融着法で製造したポリオレフィン素材の不織布またはポリオレフィン素材の斜交網に、電子線またはガンマ線を窒素雰囲気中で照射しラジカル種を生成させる。次に生成したラジカルにある種の反応性モノマを含浸添加すると、ラジカルを起点としてモノマの重合体が次々に形成され、グラフト重合物となる。このグラフト重合物にスルホン酸基やアミノ基等の官能基を付与し、水洗工程を経てイオン交換体となる。イオン交換体としては付与する官能基により、陽イオン交換不織布、陰イオン交換不織布、陽イオン伝導スペーサー、陰イオン伝導スペーサーとなる。電気透析槽の脱塩室だけでなく濃縮室にも陽、陰イオン交換体をイオンの移動方向に合わせて分離充填することによりGDIと呼称する電気式脱塩装置を形成する。
特徴
電気式脱塩器に組み込むイオン交換体の形状と同じ形状の既存ポリオレフィン素材に放射線グラフト重合法でイオン交換基を導入して新規なイオン交換体を合成した。イオン交換不織布はイオン交換樹脂より表面積が大きくとれるためイオンの捕捉性に優れている。また分子構造が非架橋型であるため捕捉したイオンの移動度が高く、TOCの溶出が少ない。水の流路を構成するイオン伝導スペーサーは圧損が小さく水の分散性に優れた構造の斜交網を素材にしている。脱塩室のイオン伝導スペーサーは異種符号の接触面を形成して水解を起こし、イオン交換体を再生するため脱塩が継続する。また、GDIではイオン交換膜の前後に同種のイオン交換体を配置してイオン交換膜境面での濃度分極を抑制するため、硬度成分の析出防止と低電圧での高い脱塩率とが同時に可能となり,超純水に近い処理水が得られる。逆浸透膜(RO)と組み合せたGDIシステムは電気エネルギーだけで高純度な純水が連続製造でき、従来のイオン交換樹脂法では必要な酸やアルカリの再生薬品が不要なため排液処理が不要で保守も容易な省スペース、省エネルギーの高純度純水製造装置である。
図1 GDIの構造（参考資料1より引用）
図2 GDIシステム（参考資料1より引用）
表1 水質分析例（参考資料1より引用）
単位：μg/ｌ
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入口水質（RO処理水） GDI出口水質 除去率(%)
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比抵抗 0.34 MΩ・cm 17.94 MΩ・cm 99.96
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Na 536 0.08 99.99
Mg 4.49 <0.01 >99.78
Al 0.02 <0.01 50
陽イオン K 66.8 <0.02 >99.97
Ca 9.59 <0.03 >99.7
Fe 0.37 0.02 94.6
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Cl 230 0.09 99.96
NO3 1010 <0.03 >99.99
SO4 11 <0.05 >99.5
陰イオン SiO2 129 4.2 96.7
IC(無機炭酸） 1510 2.30 99.8
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TOC 71.0 5.92 91.6
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微粒子(ヶ/ml:≧0.2μm) 139.8 2.13 98.5
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生菌数(ヶ/ml) 8.3 0.74 91.1
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用途
GDIシステムの処理水は半導体・液晶製造時の洗浄用水として使用される超純水の一次純水として、火力・原子力発電所のプラント補給水として、また、医薬品等のファインケミカルの原料水として適用できる。
展開の可能性
産業の高度化に伴い使用する純水はより一層の高純度化が要求され,一方では廃棄物の低減が要求されている。現状のイオン交換樹脂法は,大容量の純水を製造する方法としては成熟した技術として実績が有り、原水の利用効率も高い優れたシステムであるが化学排水を発生させる。排水規制の厳しい米国ではイオン交換樹脂を充填したタイプの電気式脱塩装置が代替技術として普及しつつあり、日本でも小容量機は導入が進んできている。電気式脱塩装置の一層の普及にはイオン交換樹脂法と同等以上の水質が安定して得られることが必要であり、そのために充填イオン交換体の開発が各所で進められている。放射線グラフト重合法によるイオン交換体はイオン交換及びイオン伝導性に優れており、任意の形状に合成できるのでので電気式脱塩装置に好適である。実績が重視される水処理技術であるが,高純度純水製造に適するGDIシステムは今後大きく普及することが想定される。
製造企業
株式会社荏原製作所
生産量
月産：処理水換算100m3/h相当
参考資料１ Reference 1：
新規イオン交換体を用いた電気式脱塩装置
赤堀 晶二,小西 聡史
株式会社荏原製作所,株式会社荏原総合研究所
日本イオン交換学会誌,10,2,18-27(1999)
参考資料２ Reference 2：
新規電気式脱塩装置・GDI
赤堀 晶二
株式会社荏原製作所
エバラ時報,184,76-83(1999)
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分類コード：010201