申请日2010.03.05
公开(公告)日2012.02.08
IPC分类号B01J39/20; B01J41/14; C08J9/36; C08J9/28; C02F1/42
摘要
本发明的目的在于提供一种离子吸附模块，其具备具有使被处理水流入的开口的容器、和填充于该容器中的整体式有机多孔性离子交换体，其中，该整体式有机多孔性离子交换体是连续大孔结构体，该连续大孔结构体中，气泡状的大孔彼此重叠，该重叠部分在水润湿状态下形成平均直径30～300μm的开口，该离子交换体的总微孔容积为0.5～5ml/g、水润湿状态下每单位体积的离子交换容量为0.4～5mg当量/ml，且在该连续大孔结构体(干燥体)的剖面SEM图像中，剖面上显示的骨架部面积在图像区域中占25～50%。这样的离子吸附模块的通水压差小，即使流速上升，仍可保持短的离子交换带长度，并且每单位体积的离子交换容量大。
权利要求书
1.一种离子吸附模块，其具备容器和填充于该容器中的整体式有机多 孔性离子交换体，所述容器至少具备使被处理水流入的开口，
其中，该整体式有机多孔性离子交换体是连续大孔结构体，该连续大孔 结构体中，气泡状的大孔彼此重叠，该重叠部分在水润湿状态下形成平均直 径30～300μm的开口，
该整体式有机多孔性离子交换体的总微孔容积为0.5～5ml/g、水润湿状 态下每单位体积的离子交换容量为0.4～5mg当量/ml，
离子交换基团在该多孔性离子交换体中均匀分布，
且在该连续大孔结构体(干燥体)的剖面SEM图像中，剖面上显示的骨架 部面积在图像区域中占25～50%。
2.一种离子吸附模块，其具备容器和填充于该容器中的整体式有机多 孔性离子交换体，所述容器至少具备使被处理水流入的开口，
其中，该整体式有机多孔性离子交换体是包含粗1～60μm的三维连续骨 架和位于该骨架间的直径10～100μm的三维连续空穴的共连续结构体，所述 三维连续骨架由芳香族乙烯基聚合物形成，在所述芳香族乙烯基聚合物的导 入了离子交换基团的全部构成单元中，含有0.3～5.0摩尔%的交联结构单元，
该整体式有机多孔性离子交换体的总微孔容积为0.5～5ml/g、水润湿状 态下每单位体积的离子交换容量为0.3～5mg当量/ml，
离子交换基团在该多孔性离子交换体中均匀分布。
3.一种离子吸附模块，其具备容器和填充于该容器中的整体式有机多 孔性离子交换体，所述容器至少具备使被处理水流入的开口，
其中，该整体式有机多孔性离子交换体是由含有连续骨架相和连续空穴 相的有机多孔体、与粘着于该有机多孔体骨架表面的直径4～40μm的多个粒 子体形成的复合结构体，或是由含有连续骨架相和连续空穴相的有机多孔 体、与形成于该有机多孔体骨架表面上的大小为4～40μm的多个凸起体形成 的复合结构体，
该整体式有机多孔性离子交换体在水润湿状态下的孔的平均直径为 10～150μm，总微孔容积为0.5～5ml/g，水润湿状态下每单位体积的离子交换 容量为0.2mg当量/ml以上。
4.根据权利要求3所述的离子吸附模块，其中，所述有机多孔体为连 续大孔结构体，该连续大孔结构体中，气泡状的大孔彼此重叠，该重叠部分 在水润湿状态下形成平均直径30～150μm的开口。
5.根据权利要求3所述的离子吸附模块，其中，所述有机多孔体是包 含平均粗细为1～60μm的三维连续骨架和位于该骨架间的三维连续空穴的共 连续结构体，所述三维连续空穴在水润湿状态下的平均直径为10～100μm。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的离子吸附模块，其中，所述容器 具备被处理水流入配管和处理水流出配管，所述被处理水流入配管与使被处 理水流入的开口连接。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的离子吸附模块，其中，所述整体 式有机多孔性离子交换体是有机多孔性阳离子交换体和有机多孔性阴离子 交换体，在该离子吸附模块中，叠层填充有该有机多孔性阳离子交换体与该 有机多孔性阴离子交换体。
8.一种离子吸附模块，其是自上游侧起依序叠层粒状的离子交换树脂 填充层和有机多孔性离子交换体填充层而形成的，
所述有机多孔性离子交换体填充层中，有机多孔性离子交换体是连续大 孔结构体，该连续大孔结构体中，气泡状的大孔彼此重叠，该重叠部分在水 润湿状态下形成平均直径30～300μm的开口;该有机多孔性离子交换体的总 微孔容积为0.5～5ml/g、水润湿状态下每单位体积的离子交换容量为0.4～5mg 当量/ml;离子交换基团在该多孔性离子交换体中均匀分布;且在该连续大 孔结构体(干燥体)的剖面SEM图像中，剖面上显示的骨架部面积在图像区域 中占25～50%。
9.一种离子吸附模块，其是自上游侧起依序叠层粒状的离子交换树脂 填充层和有机多孔性离子交换体填充层而形成的，
所述有机多孔性离子交换体填充层中，有机多孔性离子交换体是包含粗 1～60μm的三维连续骨架和位于该骨架间的直径10～100μm的三维连续空穴 的共连续结构体，所述三维连续骨架由芳香族乙烯基聚合物形成，在所述芳 香族乙烯基聚合物的导入了离子交换基团的全部构成单元中，含有0.3～5.0 摩尔%的交联结构单元;该有机多孔性离子交换体的总微孔容积为 0.5～5ml/g、水润湿状态下每单位体积的离子交换容量为0.3～5mg当量/ml; 离子交换基团在该多孔性离子交换体中均匀分布。
10.一种离子吸附模块，其是自上游侧起依序叠层粒状的离子交换树脂 填充层和有机多孔性离子交换体填充层而形成的，
所述有机多孔性离子交换体填充层中，有机多孔性离子交换体是由含有 连续骨架相和连续空穴相的有机多孔体、与粘着于该有机多孔体骨架表面的 直径4～40μm的多个粒子体形成的复合结构体，或是由含有连续骨架相和连 续空穴相的有机多孔体、与形成于该有机多孔体骨架表面上的大小为 4～40μm的多个凸起体形成的复合结构体;该有机多孔性离子交换体在水润 湿状态下的孔的平均直径为10～150μm，总微孔容积为0.5～5ml/g，水润湿状 态下每单位体积的离子交换容量为0.2mg当量/ml以上。
11.根据权利要求6或7所述的离子吸附模块，其中，所述离子吸附模 块配置于填充有粒状离子交换树脂的离子吸附模块的下游侧。
12.一种水处理方法，其是通过使被处理水与有机多孔性离子交换体接 触，将该被处理水中的离子性杂质吸附除去的方法，
所述有机多孔性离子交换体是连续大孔结构体，该连续大孔结构体中， 气泡状的大孔彼此重叠，该重叠部分在水润湿状态下形成平均直径 30～300μm的开口;该有机多孔性离子交换体的总微孔容积为0.5～5ml/g、水 润湿状态下每单位体积的离子交换容量为0.4～5mg当量/ml;离子交换基团 在该多孔性离子交换体中均匀分布;且在该连续大孔结构体(干燥体)的剖面 SEM图像中，剖面上显示的骨架部面积在图像区域中占25～50%。
13.一种水处理方法，其是通过使被处理水与有机多孔性离子交换体接 触，将该被处理水中的离子性杂质吸附除去的方法，
所述有机多孔性离子交换体是包含粗1～60μm的三维连续骨架和位于该 骨架间的直径10～100μm的三维连续空穴的共连续结构体，所述三维连续骨 架由芳香族乙烯基聚合物形成，在所述芳香族乙烯基聚合物的导入了离子交 换基团的全部构成单元中，含有0.3～5.0摩尔%的交联结构单元;该有机多 孔性离子交换体的总微孔容积为0.5～5ml/g、水润湿状态下每单位体积的离 子交换容量为0.3～5mg当量/ml;离子交换基团在该多孔性离子交换体中均 匀分布。
14.一种水处理方法，其是通过使被处理水与有机多孔性离子交换体接 触，将该被处理水中的离子性杂质吸附除去的方法，
所述有机多孔性离子交换体是由含有连续骨架相和连续空穴相的有机 多孔体、与粘着于该有机多孔体骨架表面的直径4～40μm的多个粒子体形成 的复合结构体，或是由含有连续骨架相和连续空穴相的有机多孔体、与形成 于该有机多孔体骨架表面上的大小为4～40μm的多个凸起体形成的复合结构 体;该有机多孔性离子交换体在水润湿状态下的孔的平均直径为10～150μm， 总微孔容积为0.5～5ml/g，水润湿状态下每单位体积的离子交换容量为0.2mg 当量/ml以上。
15.根据权利要求12～14中任一项所述的水处理方法，其中，所述被处 理水是预先经粒状离子交换树脂处理过的处理水。
说明书
离子吸附模块及水处理方法
技术领域
本发明涉及离子交换带长度明显缩短的离子吸附模块以及水处理方法。
背景技术
现有技术中，离子交换体以统称为离子交换树脂的高分子合成树脂为代 表，按制品形状加以分类时，其可分为粒状或片状的离子交换树脂、膜状的 离子交换膜及纤维状的离子交换纤维等。另外，除了粒状的离子交换树脂以 外，还已知有具有连续孔的有机多孔性离子交换体。
例如在日本特开2004-82027号公报中，公开了一种离子吸附模块，该 模块具备容器和填充于该容器中的具有三维网状结构的有机多孔性离子交 换体，所述容器至少具备使被处理水流入的开口，所述有机多孔性离子交换 体具备在彼此相连的大孔与大孔的壁内具有平均直径1～1000μm的介孔(メ ソポア)的连续气泡结构，且该有机多孔性离子交换体的总微孔容积为 1ml/g～50ml/g，离子交换基团均匀分布，离子交换容量为0.5mg当量/g干燥 多孔体以上。
根据日本特开2004-82027号公报中的离子吸附模块，离子交换体的填 充极为容易，且即使是上行流动(上向流)的情况，填充层也不会发生移动。 并且，在使用该离子吸附模块的水处理方法中，即使流速上升，仍可保持短 的离子交换带长度，可谋求离子交换体装置的体积缩减化，且由于所吸附的 离子不会发生微量泄漏，因此可降低再生频率，能够提高处理效率。另外， 在日本特开2002-306976号公报中公开了该有机多孔性离子交换体的具体制 造方法。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2004-82027号公报(权利要求书)
专利文献2：日本特开2002-306976号公报
专利文献3：日本特开2009-62512号公报
专利文献4：日本特开2009-67982号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，对于日本特开2004-82027号公报的离子吸附模块中所使用的有 机多孔性离子交换体而言，虽然记载了整体式多孔体的相通开口(介孔)为 1～1,000μm，但就总微孔容积在5ml/g以下的微孔容积小的整体式多孔体而 言，由于必须要减少油包水型乳液中水滴的量，因而会导致相通开口变小， 基本上无法制造出开口平均直径在20μm以上的制品。这样一来，存在通水 压差变大的问题。而如果使开口平均直径为20μm左右，则由于总微孔容积 也会随之增大，因此每单位体积的离子交换容量降低，并且还存在离子交换 带长度变长、模块的交换频率增高的问题。另外，也期待出现能够取代上述 连续气泡结构(连续大孔)的新型结构的整体式多孔体。
因此，本发明的目的在于提供一种极易进行离子交换体的填充的离子吸 附模块。另外，本发明的其它目的在于提供可减小通水压差，即使在流速上 升时也能够保持短的离子交换带长度，并且每单位体积的离子交换容量大， 所吸附的离子不发生微量泄漏，因此可减少交换频率或降低再生频率，从而 可提高处理效率的离子吸附模块及水处理方法。
解决问题的方法
鉴于上述背景，本发明人等经过了深入研究，结果发现：在根据日本特 开2002-306976号公报记载的方法得到的具有较大微孔容积的整体式(モノ リス状)有机多孔体(中间体)存在下，使乙烯基单体与交联剂在特定有机溶剂 中发生静置聚合时，可得到开口直径大、具有比中间体的有机多孔体的骨架 更为粗大的骨架的粗骨架整体式多孔体;向粗骨架整体式多孔体中导入离子 交换基团时，由于其骨架粗大，溶胀大，因而可使开口进一步增大;向该粗 骨架整体式多孔体中导入离子交换基团而得到的整体式离子交换体在用作 离子吸附模块的吸附材料时，可减小通水压差，即使在流速上升时也能够保 持短的离子交换带长度，并且每单位体积的离子交换容量大，所吸附的离子 不发生微量泄漏，因此可减少交换频率或降低再生频率，从而可提高处理效 率等。本发明人等基于上述发现完成了本发明。
另外，本发明人等经过深入研究后发现：在根据日本特开2002-306976 号公报记载的方法得到的具有大微孔容积的整体式有机多孔体(中间体)存在 下，使芳香族乙烯基单体和交联剂在特定有机溶剂中发生静置聚合时，可得 到包含三维连续的芳香族乙烯基聚合物骨架和位于该骨架相间的三维连续 空穴、且由两相缠绕而形成的共连续结构的疏水性整体式多孔体;就该共连 续结构的整体式多孔体而言，空穴连续性高且其大小无偏差、在使流体透过 时压力损耗低;另外，由于该共连续结构的骨架粗大，因此在导入离子交换 基团时，可得到每单位体积的离子交换容量大的整体式有机多孔性离子交换 体;该整体式有机多孔性离子交换体在用作离子吸附模块的吸附材料时，与 第1整体式离子交换体同样地，可减小通水压差，即使在流速上升时也能够 保持短的离子交换带长度，并且每单位体积的离子交换容量大，所吸附的离 子不发生微量泄漏，因此可减少交换频率或降低再生频率，从而可提高处理 效率等。本发明人等基于上述发现完成了本发明。
另外，本发明人等发现：在根据日本特开2002-306976号公报记载的方 法得到的具有较大微孔容积的整体式有机多孔体(中间体)存在下，于特定条 件下使乙烯基单体和交联剂在有机溶剂中进行静置聚合时，可得到具有在构 成有机多孔体的骨架表面上粘着(固着)有直径2～20μm的多个粒子体或形成 有凸起体的复合结构的整体式多孔体;在该复合整体式多孔体中导入了离子 交换基团的复合整体式离子交换体在用作离子吸附模块的吸附材料时，可减 小通水压差，即使在流速上升时也能够保持短的离子交换带长度，并且每单 位体积的离子交换容量大，所吸附的离子不发生微量泄漏，因此可减少交换 频率或降低再生频率，从而可提高处理效率等。本发明人等基于上述发现完 成了本发明。
即，本发明(A1)提供一种离子吸附模块，其具备容器和填充于该容器中 的整体式有机多孔性离子交换体，所述容器至少具备使被处理水流入的开 口，其中，该整体式有机多孔性离子交换体是连续大孔结构体，该连续大孔 结构体中，气泡状的大孔彼此重叠，该重叠部分在水润湿状态下形成平均直 径30～300μm的开口，该整体式有机多孔性离子交换体的总微孔容积为 0.5～5ml/g、水润湿状态下每单位体积的离子交换容量为0.4～5mg当量/ml， 离子交换基团在该多孔性离子交换体中均匀分布，且在该连续大孔结构体 (干燥体)的剖面SEM图像中，剖面上显示的骨架部面积在图像区域中占 25～50%(以下也称为“第1整体式离子交换体”)。
另外，本发明(A1)提供一种离子吸附模块，其具备容器和填充于该容器 中的整体式有机多孔性离子交换体，所述容器至少具备使被处理水流入的开 口，其中，该整体式有机多孔性离子交换体是包含粗1～60μm的三维连续骨 架和位于该骨架间的直径10～100μm的三维连续空穴的共连续结构体，所述 三维连续骨架由芳香族乙烯基聚合物形成，在所述芳香族乙烯基聚合物的导 入了离子交换基团的全部构成单元中，含有0.3～5.0摩尔%的交联结构单元， 该整体式有机多孔性离子交换体的总微孔容积为0.5～5ml/g、水润湿状态下 每单位体积的离子交换容量为0.3～5mg当量/ml，离子交换基团在该多孔性 离子交换体中均匀分布(以下也称为“第2整体式离子交换体”)。
另外，本发明(A2)提供一种离子吸附模块，其具备容器和填充于该容器 中的有机多孔性离子交换体，所述容器至少具备使被处理水流入的开口，其 中，该有机多孔性离子交换体是由含有连续骨架相和连续空穴相的有机多孔 体、与粘着于该有机多孔体骨架表面的直径4～40μm的多个粒子体形成的复 合结构体，或是由含有连续骨架相和连续空穴相的有机多孔体、与形成于该 有机多孔体骨架表面上的大小为4～40μm的多个凸起体形成的复合结构体， 该有机多孔性离子交换体在水润湿状态下的孔的平均直径为10～150μm，总 微孔容积为0.5～5ml/g，水润湿状态下每单位体积的离子交换容量为0.2mg 当量/ml以上(以下也称为“第3整体式离子交换体”)。
发明的效果
根据本发明(A1)及本发明(A2)，可将多孔性离子交换体容易地制作成例 如嵌于填充容器中的块形状，并且也容易进行填充。另外，可采用在传统模 块中通常使用的连续通水处理方法及分批处理方法中的任意方法，所述分批 处理方法是投入到贮藏容器或贮藏槽中的水中进行处理的方法。另外，在连 续通水处理方法中，离子性杂质的含量为微量的情况下，可利用紧凑的装置 实现通水压差的减小，即使在流速上升时也能够保持短的离子交换带长度， 并且每单位体积的离子交换容量大，所吸附的离子不发生微量泄漏，因此可 减少交换频率或降低再生频率，从而可提高处理效率。