特許 7096430 ２膜型酸又はアルカリ溶液オンライン発生器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-27

(45)【発行日】2022-07-05

(54)【発明の名称】２膜型酸又はアルカリ溶液オンライン発生器

(51)【国際特許分類】

   B01D 61/44 20060101AFI20220628BHJP

   C25B 9/21 20210101ALI20220628BHJP

   C25B 11/031 20210101ALI20220628BHJP

   C25B 11/042 20210101ALI20220628BHJP

【ＦＩ】

B01D61/44 510

C25B9/21

C25B11/031

C25B11/042

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021517097

(86)(22)【出願日】2019-06-14

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-10-07

(86)【国際出願番号】 CN2019091199

(87)【国際公開番号】W WO2020007180

(87)【国際公開日】2020-01-09

【審査請求日】2020-12-01

(31)【優先権主張番号】201810729722.9

(32)【優先日】2018-07-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】520473029

【氏名又は名称】イースト チャイナ ユニバーシティ オブ サイエンス アンド テクノロジー

【氏名又は名称原語表記】ＥＡＳＴ ＣＨＩＮＡ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ． １３０ Ｍｅｉｌｏｎｇ Ｒｏａｄ， Ｘｕｈｕｉ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２３７， Ｃｈｉｎａ

(73)【特許権者】

【識別番号】520473030

【氏名又は名称】シマヅ （チャイナ） シーオー エルティーディー

【氏名又は名称原語表記】ＳＨＩＭＡＤＺＵ （ＣＨＩＮＡ） ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｃ８０１， Ｈｕａｘｉｎｔｉａｎｄｉ ＩＩ Ｎｏ． １８０， Ｙｉｚｈｏｕ Ｒｏａｄ， Ｘｕｈｕｉ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２３３， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110001069

【氏名又は名称】特許業務法人京都国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ヤン ビンチェン

(72)【発明者】

【氏名】チャン フェイファン

(72)【発明者】

【氏名】ルー イーフェイ

(72)【発明者】

【氏名】チョウ リーティン

(72)【発明者】

【氏名】ホアン シュージュン

【審査官】松井 一泰

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－２２３５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０９１３６９７５（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０９７０４４４４（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ５３／２２

Ｂ０１Ｄ ６１／００－ ７１／８２

Ｃ０２Ｆ １／４４

Ｃ０２Ｆ １／４６－ １／４８

Ｃ２５Ｂ １／００－ ９／７７

Ｃ２５Ｂ １３／００－ １５／０８

Ｃ２５Ｂ １１／００－ １１／０９７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上層締結鋼板(１)、下層締結鋼板(２)、上層電解セル体(３)、中間電解セル体(４)及び下層電解セル体(５)を含み、前記上層締結鋼板(１)及び前記下層締結鋼板(２)は前記上層電解セル体(３)、中間電解セル体(４)及び下層電解セル体(５)を順に中間に挟持し、前記上層締結鋼板(１)及び前記下層締結鋼板(２)の上下の隅部は締結ねじ(１１)で締め付けられる２膜型アルカリ溶液オンライン発生器であって、
前記中間電解セル体(４)に上層再生液通路(Ａ)、中間溶離液通路(Ｂ)及び下層再生液通路(Ｃ)が設けられ、前記上層再生液通路(Ａ)の両側に２つの開孔が設けられ、それぞれ上層再生液通路入口(１４)及び上層再生液通路出口(１５)とし、前記上層再生液通路入口(１４)及び上層再生液通路出口(１５)の開孔がそれぞれ前記上層締結鋼板(１)に設けられ、前記上層再生液通路(Ａ)に陰極電極(１２)が設けられ、前記陰極電極(１２)の他端は前記上層締結鋼板(１)に設けられ、
前記中間溶離液通路(Ｂ)は中空状態の通路であり、前記中間溶離液通路(Ｂ)の両側に２つの開孔が設けられ、それぞれ中間溶離液通路入口(１６)及び中間溶離液通路出口(１７)とし、前記中間溶離液通路入口(１６)及び中間溶離液通路出口(１７)の開孔はそれぞれ前記中間電解セル体(４)の両側に設けられ、
前記下層再生液通路(Ｃ)の両側に２つの開孔が設けられ、それぞれ下層再生液通路入口(１８)、下層再生液通路出口(１９)とし、前記下層再生液通路入口(１８)及び下層再生液通路出口(１９)の開孔はそれぞれ前記下層締結鋼板(２)に設けられ、前記下層再生液通路(Ｃ)に陽極電極(１３)が設けられ、前記陽極電極(１３)の他端は前記下層締結鋼板(２)に設けられ、
前記上層再生液通路(Ａ)と前記中間溶離液通路(Ｂ)との間に多孔質陰極シート(６)、第１の陽イオン交換膜(７０１)及びバイポーラ膜(８)が設けられ、
前記中間溶離液通路(Ｂ)と前記下層再生液通路(Ｃ)との間に多孔質陽極シート(１０)及び第２の陽イオン交換膜(７０２)が設けられ、
上流の純水は中間溶離液通路入口(１６)から入り、中間溶離液通路(Ｂ)を通過した後中間溶離液通路出口(１７)から流出し、純アルカリ再生液が上層再生液通路入口(１４)から入り、上層再生液通路(Ａ)を通過した後上層再生液通路出口(１５)から流出し、さらに下層再生液通路入口(１８)から入り、下層再生液通路(Ｃ)を通過した後下層再生液通路出口(１９)から流出し、再生液に還流する２膜型アルカリ溶液オンライン発生器。

【請求項2】

前記中間溶離液通路(Ｂ)にイオン交換スクリーン(９)又はモノリスカラム或いは繊維が充填されている請求項１に記載の２膜型アルカリ溶液オンライン発生器。

【請求項3】

前記上層再生液通路(Ａ)と前記中間溶離液通路(Ｂ)との間に多層重畳の第１の陽イオン交換膜(７０１)及びバイポーラ膜(８)が設けられている請求項１に記載の２膜型アルカリ溶液オンライン発生器。

【請求項4】

前記中間溶離液通路(Ｂ)と前記下層再生液通路(Ｃ)との間に多層重畳の第２の陽イオン交換膜(７０２)が設けられている請求項１に記載の２膜型アルカリ溶液オンライン発生器。

【請求項5】

前記第１の陽イオン交換膜(７０１)、第２の陽イオン交換膜(７０２)及びバイポーラ膜は、形状がイオン交換平板膜である請求項３に記載の２膜型アルカリ溶液オンライン発生器。

【請求項6】

前記陰極電極(１２)及び前記陽極電極(１３)が多孔質白金電極構造を採用する請求項１に記載の２膜型アルカリ溶液オンライン発生器。

【請求項7】

上層締結鋼板(１)、下層締結鋼板(２)、上層電解セル体(３)、中間電解セル体(４)、及び下層電解セル体(５)を含み、前記上層締結鋼板(１)及び前記下層締結鋼板(２)は前記上層電解セル体(３)、中間電解セル体(４)及び下層電解セル体(５)を順に中間に挟持し、前記上層締結鋼板(１)及び前記下層締結鋼板(２)の上下の隅部は締結ねじ(１１)で締め付けられる２膜型酸溶液オンライン発生器であって、
前記中間電解セル体(４)に上層再生液通路(Ａ)、中間溶離液通路(Ｂ)及び下層再生液通路(Ｃ)が設けられ、
前記上層再生液通路(Ａ)の両側に２つの開孔が設けられ、それぞれ上層再生液通路入口(１４)及び上層再生液通路出口(１５)とし、前記上層再生液通路入口(１４)及び上層再生液通路出口(１５)の開孔はそれぞれ前記上層締結鋼板(１)に設けられ、前記上層再生液通路(Ａ)に陽極電極(１３)が設けられ、前記陽極電極(１３)が多孔質白金電極構造を採用し、その他端が前記上層締結鋼板(１)に設けられ、
前記中間溶離液通路(Ｂ)が中空状態の通路であり、前記中間溶離液通路(Ｂ)の両側に２つの開孔が設けられ、それぞれ中間溶離液通路入口(１６)及び中間溶離液通路出口(１７)とし、前記中間溶離液通路入口(１６)及び前記中間溶離液通路出口(１７)の開孔がそれぞれ前記中間電解セル体(４)の両側に設けられ、
前記下層再生液通路(Ｃ)の両側に２つの開孔が設けられ、それぞれ下層再生液通路入口(１８)、下層再生液通路出口(１９)とし、前記下層再生液通路入口(１８)及び下層再生液通路出口(１９)の開孔がそれぞれ前記下層締結鋼板(２)に設けられ、前記下層再生液通路(Ｃ)に陰極電極(１２)が設けられ、前記陰極電極(１２)が多孔質白金電極構造を採用し、その他端が前記下層締結鋼板(２)に設けられ、
前記上層再生液通路(Ａ)と前記中間溶離液通路(Ｂ)との間に多孔質陽極シート(１０)、第１の陰イオン交換膜(７０３)及びバイポーラ膜(８)が設けられ、前記中間溶離液通路(Ｂ)と前記下層再生液通路(Ｃ)との間に多孔質陰極シート(６)及び第２の陰イオン交換膜(７０４)が設けられ、上流純水が中間溶離液通路入口(１６)から入り、中間溶離液通路(Ｂ)を通過した後中間溶離液通路出口(１７)から流出し、純酸再生液が上層再生液通路入口(１４)から入り、上層再生液通路(Ａ)を通過した後上層再生液通路出口(１５)から流出し、さらに下層再生液通路入口(１８)から入り、下層再生液通路(Ｃ)を通過した後下層再生液通路出口(１９)から流出し、再生液に還流する２膜型酸溶液オンライン発生器。

【請求項8】

前記中間溶離液通路(Ｂ)にイオン交換スクリーン(９)又はモノリスカラム或いは繊維が充填されている請求項７に記載の２膜型酸溶液オンライン発生器。

【請求項9】

前記上層再生液通路(Ａ)と前記中間溶離液通路(Ｂ)との間に多層重畳の第１の陰イオン交換膜(７０３)及びバイポーラ膜（８）が設けられている請求項７に記載の２膜型酸溶液オンライン発生器。

【請求項10】

前記中間溶離液通路(Ｂ)と前記下層再生液通路(Ｃ)との間に多層重畳の第２の陰イオン交換膜(７０４)が設けられている請求項７に記載の２膜型酸溶液オンライン発生器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は分析機器装置の設計及び製造技術分野に関し、特に、電界とイオン交換膜の共同作用でイオンの方向性遷移を実現し、純水を設定した濃度の酸又はアルカリ溶液に変換する２膜型酸又はアルカリ溶液オンライン発生器に関する。

【背景技術】

【0002】

高純度アルカリ又は高純度酸性溶液は分析機器、特にクロマトグラフィーによく用いられる溶液であり、純度に対する要求が極めて厳しい。しかし、高純度アルカリ又は高純度酸性溶液は人工による調合が困難であり、その主な原因は、得られた溶液に不純物が多く含まれており、前記不純物は溶液自体から来る一方、溶液が空気中の成分を吸収することになる。したがって、高純度を維持することが困難である。高純度アルカリ(ＫＯＨ)溶液の調合を例として、人工による高純度アルカリ溶液の調合は時間がかかるだけでなく、所要の濃度を正確に調合し難い。調合する過程において、高純度アルカリ溶液は空気中の二酸化炭素を極めて吸収し易くて溶液を汚染させ、二酸化炭素が高純度アルカリ溶液に溶解されるとＫ_２ＣＯ_３になる。高純度酸性溶液の調合にも類似の問題が存在する。高純度酸性溶液には金属不純物が存在し易く、空気中の微量のアンモニアガスを吸収してアンモニウムイオン変換して高純度酸性溶液を汚染しやすい。これに対し、現在主に電気透析原理の電気透析溶離液発生器を用いることで上記の問題を解決する。

【0003】

用いられるイオン交換膜の極性によって、前記電気透析溶離液発生器はだいたい単膜型と２膜型の２種類がある。前記単膜型構造は、単一極性のイオン交換膜を用いて溶離液通路と再生液通路を隔離したものである。この構造には１つの再生液通路しかない。前記単一極性のイオン交換膜とは、陽イオン交換膜(陰イオン型)又は陰イオン交換膜(陽イオン型)を指し、同一極性のイオン交換膜は多層を用いて重ね合わせることができる。単膜型構造では、その中の一つの電極が溶離液通路内に直接置かれ、もう一つの電極が再生液通路内に置かれる。単膜型電気透析溶離液発生器が作動する過程において、溶離液通路に置かれた電極は印加された電流に正比例する電解ガスが生成され、前記電解ガスの下流にある分析システムへの干渉を避けるために、現在、特殊の脱気器を用いて電解ガスを除去する。従来の文献に報告された大多数及び現在商品化した全ての電気透析溶離液発生器はいずれも単膜型構造である。

【0004】

前記２膜型構造では、２つの異なる極性のイオン交換膜がそれぞれ溶離液通路と再生液通路を隔離するために用いられる。この構造では、再生液通路が２つであり、それぞれ溶離液通路の両側に位置する。前記「２つの異なる極性」とは、陽イオン交換膜(陰イオン型)と陰イオン交換膜(陽イオン型)の両方を使用することを意味し、前記「２つの異なる極性」のイオン交換膜において、同じ極性のイオン交換膜を多層重ね合わせることができる。２膜型構造では、陰、陽電極がそれぞれ再生液通路内に設けられ、溶離液通路に直接接触しない。陰、陽電極が溶離液通路に接触しないため、電気透析溶離液発生器が作動する時に生成した電解ガスは溶離液通路に入ることがなく、下流にある分析システムに干渉することもない。しかし、２膜型構造の電気透析溶離液発生器に用いられる陰イオン交換膜は、陰極領域にあるアルカリ性溶液には性能不安定の固有欠陥が存在するため、高純度アルカリ又は高純度酸性溶液を得ることができない。例えば、Ｄａｓｇｕｐｔａらが「陽イオン交換膜と陰イオン交換膜で構築した２膜型構造の電気透析溶離液発生器」(Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．１９９１，６３，４８０－４８６：非特許文献１)を報告しており、その生成した高純度アルカリ溶液が不純であり、且つ、この装置の耐圧は限られており、クロマトグラフィーシステムの圧力に耐えることができず、低圧システムにしか使用できないことを特に強調している。中国特許(ＣＮ１０１３７７４７７Ａ：特許文献１)には「類似の２膜型溶離液自動発生器」が開示されており、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を用いることで、それぞれ中間の溶離液通路及び両側の再生液通路を隔離し、前記２膜型溶離液発生器は、アニオン膜が依然としてアルカリ溶液に接触しているため、原理的に生成した溶離液が不純である欠陥がやはり存在する。アメリカ特許(ＵＳ７６３２４０４：特許文献２)には「陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂が上記アニオン、カチオン膜の代わりに毛細管システム用の２膜型構造を構築する電気透析溶離液発生器」が開示されているが、前記電気透析溶離液発生器は生じ得る酸又はアルカリ溶液の濃度範囲が非常に限られており、適用可能な流速範囲が毎分マイクロリットルレベルのみであり、毛細管分離システムにしか適用できない。

【0005】

現在、カチオン膜とアニオン膜を複合した特殊なイオン構造のイオン交換膜である「バイポーラ膜」がある。直流電界の作用で、アニオン膜とカチオン膜との複合層の間のＨ_２ＯがＨ^＋とＯＨ^－に解離し易く、カチオン膜とアニオン膜をそれぞれ通過して陰極領域と陽極領域に入る。Ｈ^＋とＯＨ^－を同時に提供できるため、「バイポーラ膜」は、極性切替膜として、陰イオン交換膜と陽イオン交換膜を組み合わせて３つの異なる極性の膜になり、即ち、バイポーラ膜は、隔離網を介して陽イオン交換膜と陰イオン交換膜との間に置かれて膜堆積電気透析器を構成し、海水の脱塩、化学品の精製、有機酸の製造、廃水処理等の分野に広く用いられる。しかし、この膜堆積に用いられた陰イオン交換膜が依然として陰極領域に直接接触し、強アルカリ溶液には不安定の問題がやはり存在する。したがって、工業的には無機塩溶液で強アルカリ溶液を代替してこの欠陥を回避することが多い。また、前記バイポーラ膜と陰、陽イオン交換膜で構成された膜堆積電気透析器は低圧環境でしか作動できず、これはバイポーラ膜が独立して使用され、それと陰イオン交換膜、陽イオン交換膜との間はいずれも液体通路であり、その強度と耐圧能力が非常に限られる（例えば、０.５ＭＰａ未満)ため、構成される膜堆積は典型的なクロマトグラフィーシステムの圧力(２０ＭＰａを超えたシステム圧力に耐えることを要求する)に耐えることができず、したがって、そのクロマトグラフィーシステムにおける応用はまだ報告されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】ＣＮ１０１３７７４７７Ａ

【文献】ＵＳ７６３２４０４

【非特許文献】

【0007】

【文献】Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．１９９１，６３，４８０－４８６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、従来技術の欠点を解決し、陽イオン交換膜＋バイポーラ膜－中間通路－陽イオン交換膜のサンドイッチ構造を用いてアルカリ溶液を生成する、又は陰イオン交換膜＋バイポーラ膜－中間通路－陰イオン交換膜のサンドイッチ構造を用いて酸溶液を生成する２膜型酸又はアルカリ溶液オンライン発生器を提供することにある。本発明では、陽イオン交換膜とバイポーラ膜しかなく、又は陰イオン交換膜とバイポーラ膜しかない。

【0009】

本発明の２膜型酸又はアルカリ溶液オンライン発生器は、電界とイオン交換膜の共同作用により、イオンの方向性遷移を実現し、純水を設定濃度の酸又はアルカリ溶液に変換する(その設定濃度は印加された電流と関係がある)。具体的には、陽イオン交換膜＋バイポーラ膜－陽イオン交換膜によりそれぞれ中間溶離液通路と上層再生液通路及び下層再生液通路を隔離し、この構造はアルカリ溶液を生成するために用いられ、又は陰イオン交換膜＋バイポーラ膜－陰イオン交換膜によりそれぞれ中間溶離液通路と上層再生液通路及び下層再生液通路を隔離し、この構造は酸溶液を生成するために用いられる。電極を両側の再生液通路中に設置し、中間通路と空間的に完全に隔離する。再生溶液がそれぞれ陰極領域及び陽極領域に位置する。電界の作用で、電解質イオンがそれぞれ陰極領域及び陽極領域から中間溶離液通路に電気的に遷移し、オンラインで一定濃度の酸又はアルカリ溶液を得て、その濃度は印加された電流に正比例する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の目的を達成するために、本発明は以下の技術手段を採用した。

【0011】

上層締結鋼板、下層締結鋼板、上層電解セル体、中間電解セル体、下層電解セル体を含み、前記上層締結鋼板及び前記下層締結鋼板は、前記上層電解セル体、中間電解セル体及び下層電解セル体を順に中間に挟持し、前記上層締結鋼板及び前記下層締結鋼板の上下の隅部は締結ねじで締め付けられる２膜型酸又はアルカリ溶液オンライン発生器において、アルカリ溶液オンライン発生器では、前記中間電解セル体に上層再生液通路、中間溶離液通路及び下層再生液通路が設けられ、前記上層再生液通路の両側に２つの開孔が設けられ、それぞれ上層再生液通路入口及び上層再生液通路出口とし、前記上層再生液通路入口及び上層再生液通路出口の開孔がそれぞれ前記上層締結鋼板に設けられ、前記上層再生液通路に(陽極電極に対応する)陰極電極が設けられ、前記陰極電極の他端は前記上層締結鋼板(注：酸溶液オンライン発生器では、ここは陽極電極が設けられる)に設けられ、前記中間溶離液通路が中空状態の通路であり、前記中間溶離液通路の両側に２つの開孔が設けられ、それぞれ中間溶離液通路入口及び中間溶離液通路出口とし、前記中間溶離液通路入口及び中間溶離液通路出口の開孔がそれぞれ前記中間電解セル体の両側に設けられ、前記下層再生液通路の両側に２つの開孔が設けられ、それぞれ下層再生液通路入口、下層再生液通路出口とし、前記下層再生液通路入口及び下層再生液通路出口の開孔はそれぞれ前記下層締結鋼板に設けられ、前記下層再生液通路に(前記陰極電極に対応する)陽極電極が設けられ、前記陽極電極の他端は前記下層締結鋼板(注：酸溶液オンライン発生器では、ここは陰極電極が設けられる)に設けられ、前記上層再生液通路と前記中間溶離液通路との間(外から内へ層ずつ)に多孔質陰極シート、第１の陽イオン交換膜及びバイポーラ膜が設けられ、前記中間溶離液通路と前記下層再生液通路との間(外から内へ層ずつ)に多孔質陽極シート及び第２の陽イオン交換膜(注：酸溶液オンライン発生器では、ここに多孔質陰極シートと第２の陰イオン交換膜が設けられる)が設けられ、上流の純水は中間溶離液通路入口から入り、中間溶離液通路を通過した後、中間溶離液通路出口から流出し、純アルカリ(ＫＯＨ)再生液が上層再生液通路入口から入り、上層再生液通路を通過した後、上層再生液通路出口から流出し、さらに下層再生液通路入口から入り、下層再生液通路を通過した後、下層再生液通路出口から流出し、再生液に還流することを特徴とする。

【0012】

さらに、前記中間溶離液通路にイオン交換スクリーン又はpH作動範囲の広い不活性粒子若しくはモノリスカラム或いは繊維が充填されている。

【0013】

さらに、前記上層再生液通路と前記中間溶離液通路との間(外から内へ層ずつ)に多層重畳の第１の陽イオン交換膜及びバイポーラ膜が設けられている。

【0014】

さらに、前記中間溶離液通路と前記下層再生液通路との間(外から内へ層ずつ)に多層重畳の第２の陽イオン交換膜が設けられている。

【0015】

さらに、前記第１の陽イオン交換膜、第２の陽イオン交換膜及びバイポーラ膜は形状がイオン交換平板膜である。

【0016】

さらに、前記陰極電極及び前記陽極電極が多孔質白金電極構造を採用する。

【0017】

上層締結鋼板、下層締結鋼板、上層電解セル体、中間電解セル体、及び下層電解セル体を含み、前記上層締結鋼板及び前記下層締結鋼板は前記上層電解セル体、中間電解セル体及び下層電解セル体を順に中間に挟持し、前記上層締結鋼板及び前記下層締結鋼板の上下の隅部は締結ねじで締め付けられる２膜型酸又はアルカリ溶液オンライン発生器において、前記中間電解セル体に上層再生液通路、中間溶離液通路及び下層再生液通路が設けられ、前記上層再生液通路の両側に２つの開孔が設けられ、それぞれ上層再生液通路入口及び上層再生液通路出口とし、前記上層再生液通路入口及び上層再生液通路出口の開孔はそれぞれ前記上層締結鋼板に設けられ、前記上層再生液通路に(陰極電極に対応する)陽極電極が設けられ、前記陽極電極が多孔質白金電極構造を採用し、その他端が前記上層締結鋼板に設けられ、前記中間溶離液通路が中空状態の通路であり、前記中間溶離液通路の両側に２つの開孔が設けられ、それぞれ中間溶離液通路入口及び中間溶離液通路出口とし、前記中間溶離液通路入口及び前記中間溶離液通路出口の開孔がそれぞれ前記中間電解セル体の両側に設けられ、前記下層再生液通路の両側に２つの開孔が設けられ、それぞれ下層再生液通路入口及び下層再生液通路出口とし、前記下層再生液通路入口及び下層再生液通路出口の開孔がそれぞれ前記下層締結鋼板に設けられ、前記下層再生液通路に(前記陽極電極に対応する)陰極電極が設けられ、前記陰極電極が多孔質白金電極構造を採用し、その他端が前記下層締結鋼板に設けられ、前記上層再生液通路と前記中間溶離液通路との間(外から内へ層ずつ)に多孔質陽極シート、第１の陰イオン交換膜及びバイポーラ膜が設けられ、前記中間溶離液通路と前記下層再生液通路との間(外から内へ層ずつ)に多孔質陰極シート及び第２の陰イオン交換膜が設けられ、上流純水が中間溶離液通路入口から入り、中間溶離液通路を通過した後中間溶離液通路出口から流出し、純酸再生液が上層再生液通路入口から入り、上層再生液通路を通過した後、上層再生液通路出口から流出し、さらに下層再生液通路入口から入り、下層再生液通路を通過した後下層再生液通路出口から流出し、再生液に還流することを特徴とする。

【0018】

さらに、前記中間溶離液通路にイオン交換スクリーン又はpH作動範囲の広い不活性粒子若しくはモノリスカラム或いは繊維が充填されている。

【0019】

さらに、前記上層再生液通路と前記中間溶離液通路との間(外から内へ層ずつ)に多層重畳の第１の陰イオン交換膜及びバイポーラ膜が設けられている。

【0020】

さらに、前記中間溶離液通路と前記下層再生液通路との間(外から内へ層ずつ)に多層重畳の第２の陰イオン交換膜が設けられている。

【発明の効果】

【0021】

本発明の２膜型酸又はアルカリ溶液オンライン発生器の積極的な効果は、以下の通りである。
(１)本発明は２膜型に類似する構造を用いたが、膜の選択において従来の２膜型とは異なり、陽イオン交換膜＋バイポーラ膜(注：陽イオン交換膜がバイポーラ膜に直接接触し、両者の間には如何なる隔離網もない)と陽イオン交換膜を採用してアルカリ溶液を生成し、即ち、陽イオン交換膜＋バイポーラ膜－中間通路－陽イオン交換膜の構造を用いた、又は、陰イオン交換膜＋バイポーラ膜(注：陰イオン交換膜がバイポーラ膜に直接接触し、両者の間には如何なる隔離網もない)と陰イオン交換膜で酸溶液を生成し、即ち、陰イオン交換膜＋バイポーラ膜－中間通路－陰イオン交換膜の構造を用いた。
(２)多孔質白金電極に電流を印加した後、電解ガスが２つの再生液通路(上層再生液通路と下層再生液通路)内にしか存在せず、中間溶離液通路内に入ることなく、この構造は溶離液通路中に生成する溶離液が電解ガスを含まないことを保証し、脱気装置を省略することができ、生成した溶液の純度を保証し、２膜型溶離液発生器の動作の安定性を向上させる。
(３)本発明の２膜型酸又はアルカリ溶液オンライン発生器は、液相クロマトグラフィー、イオンクロマトグラフィー分野における高純酸又は高純度アルカリ溶液のオンライン調製に用いられ得る。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の２膜型酸又はアルカリ溶液オンライン発生器の実施例１の構造模式図である。

【図2】本発明の２膜型酸又はアルカリ溶液オンライン発生器の実施例１の作動原理を示す図である。

【図3】本発明実施例１の２膜型アルカリ溶液オンライン発生器が生成するＫＯＨ濃度と電流との相関性を示す図である。

【図4】本発明の２膜型酸又はアルカリ溶液オンライン発生器の実施例３の構造模式図である。

【図5】本発明実施例３の２膜型酸溶液オンライン発生器が生成する酸の動作の再現性を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、図を合わせて本発明の２膜型酸又はアルカリ溶液オンライン発生器の具体的な実施形態について詳しく説明する。なお、本発明の実施は以下の実施形態に限られない。この他、実施例に使用される実験方法について、特別な説明がない限り、いずれも通常の方法である。同様に、実施例に使用される材料、構造部材、試薬等について、特別な説明がない限り商業的に入手可能である。

【実施例1】

【0024】

図１を参照し、２膜型酸又はアルカリ溶液オンライン発生器であって、アルカリ溶液オンライン発生器は、上層締結鋼板１、下層締結鋼板２、上層電解セル体３、中間電解セル体４、及び下層電解セル体５を含む。前記上層締結鋼板１と前記下層締結鋼板２で前記上層電解セル体３、中間電解セル体４及び下層電解セル体５を順に中間に挟持し、前記上層締結鋼板１及び前記下層締結鋼板２の上下の隅部に締結ねじ１１で締め付ける。これは構造全体の接続形式である。しかし、この前に以下の操作を行う必要がある。

【0025】

前記中間電解セル体４に上層再生液通路Ａ、中間溶離液通路Ｂ及び下層再生液通路Ｃが設けられ、前記上層再生液通路Ａの両側に２つの開孔が設けられ、それぞれ上層再生液通路入口１４及び上層再生液通路出口１５とし、前記上層再生液通路入口１４及び上層再生液通路出口１５の開孔をそれぞれ前記上層締結鋼板１上の両側に設置することができる。そして、前記上層再生液通路Ａに(陽極電極１３に対応する)陰極電極１２を設置し、前記陰極電極１２は多孔質白金電極構造を採用することができ、前記陰極電極１２の一端を前記上層締結鋼板１上の中間に設置することができる。

【0026】

前記中間溶離液通路Ｂは、中空状態の通路を採用することができ、又は前記中間溶離液通路Ｂにイオン交換スクリーン９又はpH作動範囲の広い不活性粒子若しくはモノリスカラム或いは繊維が充填されている。前記中間溶離液通路Ｂの両側に２つの開孔が設けられ、それぞれ中間溶離液通路入口１６及び中間溶離液通路出口１７とし、前記中間溶離液通路入口１６及び中間溶離液通路出口１７の開孔はそれぞれ前記中間電解セル体４の両側に設置することができる。具体的な実施において、前記中間溶離液通路入口１６を前記中間電解セル体４の左側に設置し、前記中間溶離液通路出口１７を前記中間電解セル体４の右側(図１の方向で表される)に設置することができる。

【0027】

前記下層再生液通路Ｃの両側に２つの開孔が設けられ、それぞれ下層再生液通路入口１８、下層再生液通路出口１９とし、前記下層再生液通路入口１８及び下層再生液通路出口１９の開孔をそれぞれ前記下層締結鋼板２上の両側に設置し、そして、前記下層再生液通路Ｃに(前記陰極電極１２に対応する)陽極電極１３を設置し、前記陽極電極１３は多孔質白金電極構造を採用し、前記陽極電極１３の一端を前記下層締結鋼板２上の中間に設置することができる。

【0028】

前記上層再生液通路Ａと前記中間溶離液通路Ｂとの間には、多孔質陰極シート６、第１の陽イオン交換膜７０１及びバイポーラ膜８が外から内へ層ずつ(図１の方向で表される)設けられている。

【0029】

前記中間溶離液通路Ｂと前記下層再生液通路Ｃとの間には、多孔質陽極シート１０及び第２の陽イオン交換膜７０２を外から内へ層ずつ(図１の方向で表される)設けられている。

【0030】

本発明は実施に用いられる第１の陽イオン交換膜７０１、第２の陽イオン交換膜７０２及びバイポーラ膜８は、いずれもイオン交換平板膜である。

【0031】

実施例１の２膜型アルカリ溶液オンライン発生器を上記手順と図１に照らして組み立て、前記中間溶離液通路Ｂと２つの再生液通路(上層再生液通路Ａと下層再生液通路Ｃ)が互いに独立している。このような構造により、実施例１の２膜型アルカリ溶液オンライン発生器は電解ガスを含む溶離液を生成せず、且つ、アルカリ溶液の濃度は印加された電流に正比例し、安定性と再現性が良好である。

【0032】

実施例１の２膜型アルカリ溶液オンライン発生器の作動モード(図２を参照)は、上流純水が中間溶離液通路入口１６から入り、中間溶離液通路Ｂを通過した後、中間溶離液通路出口１７から流出し、純アルカリ(ＫＯＨ)再生液が上層再生液通路入口１４から入り、上層再生液通路Ａを通過した後、上層再生液通路出口１５から流出し、さらに下層再生液通路入口１８から入り、下層再生液通路Ｃを通過した後、下層再生液通路出口１９から流出し、再生液に還流する。実施例１の２膜型アルカリ溶液オンライン発生器は、バイポーラ膜８と電界及びアルカリ溶液との空間的隔離を利用し、その安定性の不足によるアルカリ溶液の純度不足を回避した。

【0033】

実施例１の２膜型アルカリ溶液オンライン発生器が生成したアルカリ溶液と電流の相関性は図３を参照する。実施例１の２膜型アルカリ溶液オンライン発生器はオンラインにて中間溶離液通路入口１６から溶離液内に入った純水をＫＯＨ溶液に転化することができ、生成したＫＯＨ溶液の濃度は多孔質陰極シート６及び多孔質陽極シート１０に印加された電流と正相関になる。図３から分かるように、生成したＫＯＨ濃度は、印加された電流と線形相関になる。したがって、生成するアルカリ溶液の濃度は、電流を制御することによって容易に制御することができる。

【実施例2】

【0034】

２膜型酸又はアルカリ溶液オンライン発生器であって、その構造が実施例１とほぼ同じである。異なるのは、次の通りである。

【0035】

前記上層再生液通路Ａと前記中間溶離液通路Ｂとの間には、多層重畳の第１の陽イオン交換膜７０１及びバイポーラ膜８が外から内へ層ずつ (図１の方向で表される)設けられている。

【0036】

前記中間溶離液通路Ｂと前記下層再生液通路Ｃとの間には、多層重畳の第２の陽イオン交換膜７０２が外から内へ層ずつ(図１の方向で表される)に設けられている。

【実施例3】

【0037】

図４を参照し、２膜型酸又はアルカリ溶液オンライン発生器であって、酸溶液オンライン発生器は、その構造が実施例１とほぼ同じである。異なるのは、前記上層再生液通路Ａと前記中間溶離液通路Ｂとの間には、多孔質陽極シート１０、第１の陰イオン交換膜７０３及びバイポーラ膜８が外から内へ層ずつ(図４の方向で表される)設けられている。

【0038】

前記中間溶離液通路Ｂと前記下層再生液通路Ｃとの間には、多孔質陰極シート６と第２の陰イオン交換膜７０４が外から内へ層ずつ(図４の方向で表される)設けられている。

【0039】

前記上層再生液通路Ａに(陰極電極１２に対応する)陽極電極１３が設けられ、前記下層再生液通路Ｃに(前記陽極電極１３に対応する)陰極電極１２が設けられる。

【0040】

上流純水が中間溶離液通路入口１６から入り、中間溶離液通路Ｂを通過した後、中間溶離液通路出口１７から流出し、純酸再生液が上層再生液通路入口１４から入り、上層再生液通路Ａを通過した後、上層再生液通路出口１５から流出し、さらに下層再生液通路入口１８から入り、下層再生液通路Ｃを通過した後、下層再生液通路出口１９から流出し、再生液に還流する。

【0041】

実施例３の２膜型酸溶液オンライン発生器を実施例３の手順と図４に照らして組み立て、前記の中間溶離液通路Ｂと２つの再生液通路(上層再生液通路Ａと下層再生液通路Ｃ)が互いに独立している。このような構造により、実施例３の２膜型酸溶液オンライン発生器は電解ガスを含む溶離液を生成せず、且つ、酸溶液の濃度は印加された電流に正比例し、安定性と再現性が良好である。

【0042】

実施例３の２膜型酸溶液オンライン発生器によるオンライン酸溶液生成の再現性は図５を参照する。入口１６から入る純水の流速を制御し、電流を変えて中間溶離液通路出口１７から電流に相関する異なる濃度の酸溶液を得ることができる。酸溶液の濃度は、市販の電気伝導度検出器(前記電気伝導度検出器は直接商業チャネルから購入できるので、本発明の保護範囲に属さず、本発明を間接的に評価するために使用されるため、ここでは直接図示しない)によってオンライン測定を行うことができる。多孔質陰極シート６と多孔質陽極シート１０との間にそれぞれ異なる電流、例えば、１０ｍＡ、３０ｍＡ及び５０ｍＡを印加すると、異なる電流で生成する酸溶液は前記電気伝導度検出器において生成する信号値が異なるが、同一の電流での信号値がほぼ同じになる。図５から分かるように、上記電流をそれぞれ３回繰り返して得られた酸溶液の電気伝導度検出値は非常に一致している。これは、実施例３の２膜型酸溶液オンライン発生器の動作が良好な再現性を有することを示している。

【実施例4】

【0043】

２膜型酸又はアルカリ溶液オンライン発生器であって、その構造が実施例３とほぼ同じである。異なるのは、次の通りである。

【0044】

前記上層再生液通路Ａと前記中間溶離液通路Ｂとの間には、多層重畳の第１の陰イオン交換膜７０３及びバイポーラ膜８が外から内へ層ずつ(図４の方向で表される)設けられている。

【0045】

前記中間溶離液通路Ｂと前記下層再生液通路Ｃとの間には、多層重畳の第２の陰イオン交換膜７０４が外から内へ層ずつ(図１の方向で表される)設けられている。

【0046】

以上、本発明の好適な実施形態に過ぎず、当業者にとって、本発明の原理や構成を逸脱することなく、いくつかの改良及び修飾を行うことができ、これらの改良及び修飾も本発明の保護範囲と見なされるべきであることに留意されたい。

【符号の説明】

【0047】

Ａ…上層再生液通路、Ｂ…中間溶離液通路、
Ｃ…下層再生液通路、
１…上層締結鋼板、２…下層締結鋼板、
３…上層電解セル体、４…中間電解セル体、
５…下層電解セル体、６…多孔質陰極シート、
７０１…第１の陽イオン交換膜、７０２…第２の陽イオン交換膜、
７０３…第１の陰イオン交換膜、７０４…第２の陰イオン交換膜、
８…バイポーラ膜、９…イオン交換スクリーン、
１０…多孔質陽極シート、１１…締結ねじ、
１２…陰極電極、１３…陽極電極、
１４…上層再生液通路入口、１５…上層再生液通路出口、
１６…中間溶離液通路入口、１７…中間溶離液通路出口、
１８…下層再生液通路入口、１９…下層再生液通路出口。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】