專利名稱：：制造去離子水的方法和設備的制作方法
技術領域：
：本發明涉及制造去離子水的方法和設備，這種方法和設備適宜制造用于藥品、半導體生產的純凈水或超純凈水以及發電過程中的鍋爐用水。
背景技術：
：作為制造去離子水的方法，一般是將有待處理的水通過填充有離子交換樹脂的床層，使一些雜質離子被吸附到離子交換樹脂上而被除去，得到去離子水。通常還要采用一種酸或堿使吸附能力已下降的離子交換樹脂再生。但是，這種方法存在一個問題，就是用于再生后的酸液或堿液要被排掉，所以希望有一種不需用這種再生的制造去離子水的方法。從這個觀點出發，近幾年人們把目光集中在通過自身再生型電滲析制造去離子水的方法，其中的離子交換樹脂與離子交換薄膜被結合在一起使用。在這種方法中，陰離子交換樹脂和陽離子交換樹脂的混合物被填充在由陰離子交換薄膜和陽離子交換薄膜交替放置構成的電滲析器的脫礦室中，當被處理的水通過脫礦室時，就加上電壓進行電滲析，制造去離子水。在這種方法中，通常離子交換樹脂是以濕態形式裝在脫礦室中的，這樣就有離子交換樹脂之間或離子交換樹脂和離子交換薄膜之間接觸不充分的缺點，如果嘗試增加脫礦室的厚度來減少有效的薄膜面積，那么電阻就會增大。為了克服這些缺陷，JP-B-4-72567和JP-B-6-20513中提出了一種方法，即調整每個脫礦室的寬度和厚度來抑制電阻的增大，一般把寬度調整在0.762-10.16cm(0.3-4英寸)之間，把厚度調整在0.127-0.635cm(0.05-0.25英寸)之間。但是，這種方法也有缺陷，就是這種脫礦室的厚度較薄，所以離子交換劑裝入脫礦室較困難，而且單位面積得到的去離子水的量也較少。發明的揭示本發明的一個目的是提供了一種新穎的制造去離子水的設備，它是一種自身再生型電滲析制造去離子水的設備，其中的離子交換劑和離子交換薄膜結合在一起使用，即使脫礦室較厚，電阻也很小。通過這種方法，可以在較長時間內連續地得到純水，而且沒有歷來技術中的前述的缺陷。同時，本發明還提供了一種利用這種設備制造去離子水的方法。本發明提供的制造去離子水的設備包括電滲析器和離子交換劑。電滲析器具有陽離子交換薄膜和陰離子交換薄膜交替放置在陰極和陽極之間而構成的脫礦室和濃縮室；而離子交換劑則被裝在脫礦室中。在脫礦室中的離子交換劑和構成脫礦室的陽離子交換薄膜以及陰離子交換薄膜之間存在著0.1-20kg/cm2的壓力。以下，對附圖進行簡單地說明。圖1表示測量離子交換劑和容器壁之間壓力的方法。圖2表示用于試驗例的電滲析器的構造。圖3表示自身再生型電滲析設備的一種實施方案的簡圖。圖4表示測量實施例中將水通過干燥離子交換劑時產生的壓力的設備。圖5表示一種離子交換樹脂多孔體的實施方案，其中的多孔陽離子和陰離子交換片按海島狀圖形放置(用于實施例3)。圖6表示一種離子交換樹脂多孔體的實施方案，其中的多孔陽離子和陰離子交換片被逐層放置(用于實施例4)。實施發明的最佳狀態本發明中離子交換劑的狀態可被預先改變，然后再放置到電滲析器的脫礦室中，也可以先被放置在脫礦室中，再改變其狀態。本說明書中，離子交換劑的狀態將用以下的各種術語在下文中描述。“工作狀態”表示離子交換樹脂被放置于脫礦室中，并用于電滲析時的狀態，此時它和工作環境保持平衡；“收縮狀態”表示通過某種方法，使離子交換劑的表觀體積收縮到一定程度的狀態；“自由狀態”表示離子交換劑和工作環境保持平衡，但不受脫礦室限制的狀態。本發明中每個脫礦室的厚度一般至少為0.2cm，較好的是至少為0.7cm。如果脫礦室的厚度小于0.2cm，減小有效薄膜面積的效果就不明顯，而且在其中放置離子交換劑就比較困難。另一方面，厚度超過80.0cm，減小有效薄膜面積的效果雖然明顯，但電阻的增加會很大，這并不是我們所希望的。所以，脫礦室的厚度最好的是在1.1-30.0cm的范圍內，這樣，電阻的增加不大，但減小有效薄膜面積的效果卻很明顯。被容納或填充在脫礦室中的離子交換劑和構成脫礦室的陽離子交換薄膜以及陰離子交換薄膜之間的壓力被調整在0.1-20kg/cm2的范圍內。如果壓力小于0.1kg/cm2，則離子交換劑顆粒之間或離子交換劑和離子交換薄膜之間的接觸就不充分，電阻可能會增大，或待處理的水會形成短路，得到的水的純度就降低。這并不是我們所希望的。另一方面，如果壓力超過20kg/cm2，則離子交換劑顆粒之間或離子交換劑和離子交換薄膜之間的接觸雖然足夠，但被處理的水的量將減少，而且所用的離子交換薄膜可能被壓力破壞。上述的壓力較好的是在0.5-10kg/cm2的范圍內，更好的是在0.8-2kg/cm2的范圍內。本發明中，被填充在脫礦室中的離子交換劑和離子交換薄膜之間的壓力的建立應按下列兩種方法進行，(1)容納在脫礦室中的離子交換劑先轉變成其體積小于其再生后體積的狀態，然后以一定的數量填充在脫礦室中，使自由狀態的再生離子交換劑的體積大于脫礦室的體積。接著通入水，導入電流，讓離子交換劑膨脹，增加其體積，從而使壓力增大；(2)將離子交換劑放置在脫礦室中，然后通過機械方法使脫礦室的體積減小，達到增大壓力的目的。在以上的方法(1)中，較好的是放置在脫礦室中的離子交換劑的數量能使其自由狀態的再生形式的離子交換劑的體積為脫礦室體積的103-170％。如果其自由狀態的體積小于103％，離子交換劑的接觸就較差。另一方面，如果自由狀態的體積大于170％，雖然接觸較好，但水通過離子交換劑時的壓力損失就變大，這并不是我們所希望的。較好的是離子交換劑的數量能使自由狀態的體積為脫礦室的體積的111-150％。使離子交換劑的體積轉變成小于其再生形式體積的狀態的方法有3種，(i)通過干燥減少其中水的含量；(ii)把其相反離子轉變為一種再生形成之外的離子種類，使離子交換劑變為負荷形式；(iii)把離子交換劑浸漬于有機溶劑中進行溶劑替代。但較好的是將方法(i)和方法(ii)結合使用，因為這種方法不論離子交換劑的種類和構造如何都能使用，而且體積減小得很多。水含量經干燥減少的方法中，較好的是將水含量(重量)減少至1-30％。如果水含量小于1％，干燥的時間過長，這不是我們所希望的。如果水含量超過30％，通水和通電后增大體積的效果就不好，也不是我們所希望的。水含量較好的是在5-15％之間，這樣干燥較容易，而且通水和通電后增大體積的效果也明顯。就干燥時相反離子的類型而言，Na型離子適合于陽離子交換劑，Cl型離子適合于陰離子交換劑，因為這些離子的熱穩定性較好。干燥溫度較好是在30-80℃的范圍內，如果低于30℃，則干燥時間過長，如果高于80℃，離子交換基團會分解，這并不是我們所希望的。關于把相反離子轉變為一種再生形成之外的離子種類，使離子交換劑變為負荷形式的方法，如上所述，Na型離子適合于陽離子交換劑，Cl型離子適合于陰離子交換劑。至于其他的離子種類，如K型離子或Li型離子適合陽離子交換劑，一價相反離子如NO3適合陰離子交換劑。在這方面Ca型離子或Al型離子或者二價或多價相反離子如SO4就不適合，因為它們轉變為再生形式較困難。至于上面提到的方法(2)，即離子交換劑先被填充在脫礦室中，然后利用機械方法減小脫礦室的體積來增大壓力的方法，較好的是在脫礦室邊框和離子交換薄膜之間插入一個受壓能收縮的墊片，一般在離子交換劑填充于脫礦室中之后從外界施加壓力來壓縮墊片，使脫礦室的體積減少5-60vol％。如果減少的脫礦室的體積少于5vol％，則被填入的離子交換劑的接觸不夠。另一方面，如果減少的脫礦室的體積大于60vol％，雖然接觸較好，但水通入離子交換劑時的壓力損失就增加，這不是我們所希望的。制造這種能收縮的墊片的材料，宜用聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯的泡沫片材。本發明中被放置在脫礦室中的離子交換劑可以是離子交換樹脂、離子交換纖維或它們的成型物。其中，從離子交換性能，耐久性方面考慮，較好的是利用一種粘合劑聚合物，將離子交換樹脂顆粒粘合制成的片狀或板狀的多孔離子交換劑。更好的是用多孔離子交換劑的片狀物，因為其中離子交換樹脂顆粒的相互接觸較好，且能很容易地被放置在脫礦室中。放置在脫礦室中時離子交換劑的孔隙度，較好的是能將連續通過孔隙的液體流量控制在5vol％以上。如果孔隙度小于5vol％，則液體的流量減少，而壓力損失增大，這不是我們所希望的。孔隙度較好的是在10-40vol％的范圍內，因為此時水的滲透較好，脫礦物質的性能也較好，經處理的水的純度很高。這就是離子交換劑被放置在脫礦室中應有的孔隙度，然后通入水并導入電流。作為離子交換劑，可使用陽離子交換劑、陰離子交換劑或其混合物，或其多孔性成型物。離子交換劑的結構可以是陽離子交換劑區域和陰離子交換劑區域相結合的結構。在這種情況下，與離子交換薄膜接觸的相應區域的配置的形式可以是多種多樣的。例如，海島狀、多層狀、鑲嵌狀和點陣狀。較好的是海島狀和多層狀，因為這種形狀的離子交換劑能比較容易地被放置在脫礦室中，而且脫礦物質效果較好。所用的陽離子交換劑和陰離子交換劑的總比例，較好的是使陽離子交換劑/陰離子交換劑的總離子交換容量之比在20/80-80/20的范圍內。當多孔性離子交換劑被用作離子交換劑時，多孔性離子交換劑中的粘合劑聚合物的重量比不宜超過20％。如果重量比超過20％，則粘合劑聚合物可能會覆蓋離子交換樹脂顆粒的表面，使其吸附能力降低，而且孔隙度也減小，結果被處理的液體的流量也會減少，壓力損失增加。以上的重量比更好的是在1-5％的范圍內。從制備多孔性離子交換劑的角度考慮，所用的粘合劑聚合物較好的是熱塑性聚合物或溶劑溶解型聚合物。作為粘合劑聚合物，較好的是使用以下各種聚合物。首先，熱塑性聚合物包括低密度聚乙烯、線型低密度聚乙烯、超高分子量高密度聚乙烯、聚丙烯、聚異丁烯、1，2-聚丁二烯、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。其次，溶劑溶解型聚合物包括天然橡膠、丁基橡膠、聚異戊二烯、聚氯戊二烯、苯乙烯-丁二烯橡膠、丁腈橡膠、氯乙烯-脂肪酸乙烯酯共聚物。利用粘合劑聚合物使離子交換樹脂顆粒粘合在一起形成的多孔片狀物的厚度，較好的是能使此多孔片狀物被填充在脫礦室中時的厚度減小到占脫礦室厚度的50-100％。如果厚度小于脫礦室厚度的50％，則通入水并導入電流時，多孔片狀物就不能與離子交換薄膜很好地接觸，這不是我們所希望的。如果厚度超過脫礦室厚度的100％，多孔片狀物就不能夠被放置在脫礦室中。更好的是，能使多孔片狀物的厚度減小到占脫礦室厚度的70-90％。利用粘合劑聚合物把離子交換樹脂顆粒粘合在一起形成多孔片狀物的較好的方法如下，即(1)將離子交換樹脂顆粒和粘合劑聚合物加熱捏和，然后通過熱成形的方法如平板壓制的方法形成多孔片狀物；(2)將粘合劑聚合物溶液覆蓋在離子交換樹脂顆粒的表面上，然后蒸發掉溶劑來固化粘合劑聚合物；(3)將粘合劑聚合物、成孔材料和離子交換樹脂顆粒加熱混合在一起形成片狀，然后將成孔材料提取出來；(4)將分散有成孔材料的粘合劑聚合物覆蓋在離子交換樹脂顆粒的表面并使之固化，然后將成孔材料提取出來。這四種方法中，從成形加工性能或所得到的多孔離子交換劑的電阻方面考慮，較好的方法是方法(1)和方法(3)。從離子交換性能和化學穩定性的角度考慮，離子交換劑的離子交換基團，即陽離子交換基團較好的是強酸性的磺酸類，陰離子交換基團較好的是強堿性的季銨鹽類或吡啶鎓鹽類。離子交換劑的離子交換容量較好的是0.5-7meq/g干燥樹脂。如果離子交換容量低于0.5meq/g干燥樹脂，離子吸附即脫礦室中的脫礦物質過程將進行得不完全，這樣經處理的水的純度也會降低，這不是我們所希望的。離子交換容量更好的是在1-5meq/g干燥樹脂的范圍內，這樣可以得到純度較高的純凈水，而且凈化操作的穩定性也較好。本發明所使用的制造去離子水的設備，較好的是利用具有以下構造的電滲析器，如JP-A-3-186400、JP-A-2-077526、JP-A-5-64726、US專利4,632,745和US專利5,425,866中提到的電滲析器。電滲析器包括提供陽極的陽極室和提供陰極的陰極室和多個陽離子交換薄膜和陰離子交換薄膜。這些薄膜交替地被放置在陽極室和陰極室之間(較好的是通過室的邊框形成脫礦室和濃縮室)。每個脫礦室在陽極一側被陰離子交換薄膜限定，在陰極一側被陽離子交換薄膜限定；濃縮室在陽極一側被陽離子交換薄膜限定，在陰極一側被陰離子交換薄膜限定，這些脫礦室和濃縮室交替排列；總數較好的是2-50個單位。中心有一個開口的畫框狀的室邊框位于陽離子交換薄膜和陰離子交換薄膜之間，其厚度決定了脫礦室和濃縮室的厚度。脫礦室和濃縮室的邊框的厚度不一定要相同。離子交換薄膜可以是均相的，也可以是非均相的，為了增加離子交換薄膜的機械強度，可使用編織織物或非織造織物。濃縮室中，較好的是插入一個網絡形式的墊片，為了能保持濃縮室的厚度小于脫礦室的厚度，并在0.05-10cm的范圍內，較好的是采用塑料制成的墊片。通電進行脫礦的同時將水通入脫礦室中進行處理，并向濃縮室中通水以便排出濃縮出來的鹽類。對每個單元施加4-20V的電壓以產生電流密度為0.00001-0.05A/cm2的電流。圖3表示的就是這種類型的電滲析器的一種實施方案的簡圖。圖3中，A表示陰離子交換薄膜，K表示陽離子交換薄膜。如圖所示，陰離子交換薄膜A和陽離子交換薄膜K按照預先規定的距離，通過脫礦室邊框D1、D2、D3…Dn和濃縮室邊框C1、C2、C3…Cn被放置在電滲析器1中，形成一個陽極室2，濃縮室S1、S2…Sn，脫礦室R1、R2…Rn和一個陰極室3。陽離子和陰離子交換樹脂被填充在脫礦室R1、R2…Rn中。墊片N1、N2、N3…Nn被插在濃縮室中。圖3中，數字4表示陽極，數字5表示陰極。處于工作狀態時，將預先規定的電壓加在兩個電極之間，此時經導管6進入脫礦室R1、R2…Rn的需處理水中的陰離子將通過陰離子交換薄膜A滲透進入到位于陽極一側的濃縮室。與此同時，需處理水中的陽離子通過陽離子交換薄膜K滲透進入到位于陰極一側的濃縮室。此時需處理的水則被去離子化，然后經導管7排出。此外，還將水或水溶液經導管8通入各個濃縮室S1、S2…Sn，陰離子和陽離子組分如上述方法一樣被滲透、轉移，然后被收集起來，作為濃縮液經導管9排出。被脫礦室中的陽離子交換劑捕獲的被處理水中的陽離子獲得了由電場產生的推動力，經過與捕獲了這些陽離子的陽離子交換劑相接觸的陽離子交換劑，到達陽離子交換薄膜，然后通過該薄膜進入濃縮室。同樣的，被陰離子交換劑捕獲的被處理水中的陰離子也經過陰離子交換劑，滲透過陰離子交換薄膜進入濃縮室。所以更好的情況是，陽離子交換劑和陰離子交換劑各自聚集形成一些區域，這樣相同離子類型的交換劑顆粒的連接點會顯著增加，離子的轉移將變得更容易，去離子的性能也就會提高。以下，通過實施例對本發明進行更詳細的說明。但本發明并不僅限于這些實施例。試驗例制備離子交換劑將平均直徑為500μm的球形陽離子交換樹脂(商品名DiaionSK1B，Mitsubishi化學公司制造)和平均直徑為500μm的球形陰離子交換樹脂(商品名DiaionSA10A，Mitsubishi化學公司制造)按體積比為50/50的比例混合，然后于50℃干燥。干燥后混合物的重量減少到原來重量的55％。使用的粘合劑是以下實施例2中提到的直徑為2-6mm，長為4-9mm的片狀線型低密度聚乙烯，相對于粘合劑和離子交換樹脂的總量，粘合劑的添加量如表1所示，利用捏和機，于140℃把以上的混合物捏和在一起，時間為40分鐘。將經捏和的混合物放入一側有250mm×150mm開口的長方體金屬模具中，在120℃×25kg/cm2的條件下加壓，得到長方體形狀的多孔模制片狀物。改變裝入模具中混合物的量，由按表1所示的各種混合比例捏和而成的混合物得到的模制片狀物的厚度分別為6.7mm、7mm、7.5mm。根據厚度的不同，把每塊模制片狀物按長、寬、厚的比例為140∶100∶8切割，得到表1所示的離子交換劑1-9。當這些模制片狀物被浸在室溫的純凈水中8小時后，其長、寬、厚的膨脹比例基本上是相同的，且達到一個平衡狀態。膨脹后增加的長度相對于其原來的長度就作為膨脹率(％)表示。表1</tables>測定膨脹壓如圖1所示，將處于干燥狀態的離子交換劑13放置在長方體形狀的金屬容器11(底寬100mm，底長140mm)中，在其上放置金屬板12，調整測壓計14的位置，使測壓計14前端的承載面在離子交換劑13的厚度膨脹至8mm時能和金屬板12接觸。即調整測壓計的位置，使離子交換劑13處于干燥狀態時，測壓計14前端的承載面和金屬板12之間的空隙a和離子交換劑13的厚度b之和為8mm。然后，從入水口15通入水，當水的吸收達到平衡時由對于測壓計作用的力可以得知作用于離子交換劑13和金屬板12之間的壓力。最后得到了處于工作狀態的離子交換劑和處于自由狀態的離子交換劑的體積比，也就得到了工作狀態體積/自由狀態體積×100％的值，其結果如表2所示。表2</tables>利用電滲析器進行評估將離子交換劑1-9中的任何一塊放置在如圖2所示結構的電滲析器的脫礦室27中，并用夾子夾緊至規定的尺寸。脫礦室27的形狀為長方體形狀，水流方向的長度為140mm，寬為100mm，陰離子交換薄膜28和陽離子交換薄膜25之間的空隙為8mm。在兩個濃縮室26中分別插入了由聚丙烯制成的墊隔網，這樣即使脫礦室27中的離子交換劑發生了膨脹，陰離子和陽離子交換薄膜之間的空隙基本上也不會改變，因此，在脫礦室中離子交換劑顯示出與表2所示同樣的壓力。此外，為了進行比較，利用與離子交換劑1-9相同的方法制備了離子交換劑10，它的模制尺寸為111mm×79.4mm×6.3mm，其中含有2wt％的粘合劑。令這塊離子交換劑充分吸收水分，使其尺寸和脫礦室27的尺寸相同，然后將其放置在脫礦室27中。分別在脫礦室中以0.18L/hr的速度，通入具有約10μS/cm導電率的水；在濃縮室26中以20L/hr的速度，通入具有約1mS/cm導電率的水；在陽極室24和陰極室21中以1L/hr的速度，通入具有約200μS/cm導電率的水。通入這些水的時間均為1小時，然后在相同的條件下通入電流1.0A。電滲析器連續工作40小時，當工作狀態趨向穩定后，將脫礦室中水的流速調整到28.8L/hr，這樣就能測出電滲析器的脫礦室上端和下端的壓力損失；從脫礦室中流出的去離子水的導電率以及脫礦室的電阻率，其結果如表3所示。圖2中，數字21表示陰極，數字22表示陽極。表3</tables>利用離子交換劑1-9，可連續得到純度很高的去離子水，而且電阻率較低。此外，還觀察到一種趨勢，就是利用如表2所示的具有較高壓力的離子交換劑得到的去離子水的性能較好，而利用離子交換劑10得到的去離子水的純度不高。從壓力損失的測定發現，在離子交換劑和室邊框之間以及離子交換劑和離子交換薄膜之間形成了空隙，方向是從每個脫礦室的入口朝向出口。酸型(H型)陽離子交換樹脂(商品名DiaionSK-1B，Mitsubishi化學公司制造)和粒徑為400-600μm、離子交換容量為3.5meq/g干燥樹脂的季銨鹽型(OH型)陰離子交換樹脂(商品名DiaionSA-10A，Mitsubishi化學公司制造)進行熱風干燥，使其中水的含量減少至8wt％，然后按陽離子交換樹脂/陰離子交換樹脂＝44/56的比例(干燥狀態的重量比)，將這兩種樹脂混合，得到離子交換容量比為50/50的混合物。把此經干燥的離子交換樹脂混合物填充在電滲析器的每一個脫礦室中，使填充體積比為60％，脫礦室厚度為1.2cm，其中裝有由聚丙烯制成的墊隔網(厚度為0.2cm)的濃縮室的厚度為0.2cm。在通水60分鐘，通電預處理24小時后，測出導電率為10μS/cm的水的電阻率，當電流密度為0.0025A/cm2時該電阻率為1051Ω·cm。利用圖3所示的電滲析器，制造去離子水的方法如下，電滲析器是一臺壓濾器型電滲析器，它具有經脫礦室的邊框(由厚度為1.2cm的聚丙烯制成，)和濃縮室的邊框(由厚度為0.2cm的聚丙烯制成)夾緊并交替放置的陽離子交換樹脂薄膜(強酸型異相膜，厚度為500μm，交換容量為2.7meq/g干燥樹脂)和陰離子交換樹脂薄膜(強堿型異相膜，厚度為500μm，交換容量為2.1meq/g干燥樹脂)；還具有5對有效表面積為507cm2(寬13cm，長39cm)的脫礦室和濃縮室。通入導電率為5μS/cm的水，在電流密度為0.004A/cm2(電壓＝5V/單元池)的條件下脫礦物質，結果是以0.4m3/hr的生產流量，連續得到導電率為0.062μS/cm的純凈水。在這種情況下，生產出1m3/hr純凈水的薄膜有效表面積為1.27m2。測試完成之后，將離子交換樹脂從脫礦室中取出，測定其處于自由狀態的離子交換樹脂混合物的容積，其結果是脫礦室容積的122％。進一步利用圖4所示的測量設備，將與本實施例中所用的同樣經干燥的離子交換劑裝入金屬容器10′中，離子交換劑的填充體積比也與本實施例相同，接著通入水，測出形成的壓力為2.1kg/cm2。圖4中，數字11′表示金屬板，數字12′表示入水口，數字13′表示水的排出口，數字14′表示測壓計，數字15′表示于燥的離子交換劑。實施例2于50℃，將粒徑為400-600μm、離子交換容量為4.5meq/g干燥樹脂的磺酸鈉型(Na型)陽離子交換樹脂(商品名DiaionSK-1B，Mitsubishi化學公司制造)和粒徑為400-600μm、離子交換容量為3.5meq/g干燥樹脂的季銨鹽型(Cl型)陰離子交換樹脂(商品名DiaionSA-10A，Mitsubishi化學公司制造)進行熱風干燥，使其中水的含量減少至8wt％，然后按陽離子交換樹脂/陰離子交換樹脂＝44/56的比例(干燥狀態的重量比)，將這兩種樹脂混合，得到離子交換容量比為50/50的混合物。在此混合物中再混合入3wt％的線型低密度聚丙烯(商品名AffinitySM-1300，Dow化學公司制造)，然后在120-130℃進行捏和。于130℃，對捏和物用平板壓機熱壓，得到厚度為0.6cm的多孔離子交換劑片狀物。在此多孔片狀物中，孔隙率為23％。將這塊多孔離子交換劑片狀物裝入具有與實施例1同樣構造的電滲析器的脫礦室中，但每個脫礦室的厚度變為0.8cm，離子交換劑填充體積比為54％。在通水60分鐘，通電預處理24小時后，測定導電率為10μS/cm的水的電阻率，當電流密度為0.0025A/cm2時該電阻率為1164Ω·cm。測定電阻率后，開始制造去離子水。使用的電滲析器與實施例1中所用的相同，但脫礦室的厚度改變了。通入導電率為5μS/cm的水，在電流密度為0.004A/cm2(電壓＝5V/單元池)的條件下脫礦物質，結果是以0.45m3/hr的生產流量，連續得到導電率為0.060μS/cm的純凈水。在這種情況下，生產出1m3/hr的純凈水的薄膜有效表面積為1.13m2。以上操作完成之后，將離子交換樹脂從脫礦室中取出，測定其處于自由狀態的容積，其結果是脫礦室容積的111％。進一步將與本實施例中所用的同樣經干燥的離子交換劑裝入圖4所示的測試設備的金屬容器10′中，離子交換劑所占的填充體積比也與本實施例相同，接著通入水，測出形成的壓力為1.2kg/cm2。實施例3于50℃，將粒徑為400-600μm、離子交換容量為4.5meq/g干燥樹脂的磺酸鈉型(Na型)陽離子交換樹脂(商品名DiaionSK-1B，Mitsubishi化學公司制造)和粒徑為400-600μm、離子交換容量為3.5meq/g干燥樹脂的季銨鹽型(Cl型)陰離子交換樹脂(商品名DiaionSA-10A，Mitsubishi化學公司制造)進行熱風干燥，使其中水的含量減少至8wt％。在這兩種離子交換樹脂中再分別混合入3wt％的線型低密度聚丙烯(商品名AffinitySM-1300，Dow化學公司制造)，然后在120-130℃分別進行捏和。再于130℃，對分別捏和后得到的物料用平板壓機成形，得到厚度都為0.6cm的多孔陽離子交換劑片狀物和多孔陰離子交換劑片狀物。所得到的多孔陽離子交換劑片狀物的孔隙率為24vol％，多孔陰離子交換劑片狀物的孔隙率為23vol％。利用這兩種多孔離子交換劑片狀物，制成如圖5(a)和(b)所示圖形的陽離子交換劑區域和陰離子交換劑區域相結合的結構，然后將其裝入與實施例2所用相同的電滲析器的厚度為0.8cm的脫礦室中，體積填充比為66％。圖5(a)是一個平面圖，圖5(b)是沿圖5(a)Y-Y線得到的截面圖。圖5中，數字16表示陰離子交換劑區域，數字17表示陽離子交換劑區域。在通水60分鐘，通電預處理24小時后，測定導電率為10μS/cm的水的電阻率，當電流密度為0.0025A/cm2時該電阻率為911Ω·cm。測定電阻率后，開始制造去離子水。使用的電滲析器與實施例2中所用的相同。通入導電率為5μS/cm的水，在電流密度為0.004A/cm2(電壓＝5V/單元池)的條件下脫礦物質，結果是以0.47m3/hr的生產流量，連續得到導電率為0.057μS/cm的純凈水。在這種情況下，生產出1m3/hr的純凈水的薄膜有效表面積為1.08m2。測定完成之后，將離子交換樹脂從脫礦室中取出，測定其容積，其結果是脫礦室容積的134％。進一步將與本實施例中所用的同樣經干燥的離子交換劑裝入圖4所示的測試設備的金屬容器10′中，接著通入水，測出形成的壓力為4.2kg/cm2。實施例4于50℃，將粒徑為400-600μm、離子交換容量為4.5meq/g干燥樹脂的磺酸鈉型(Na型)陽離子交換樹脂(商品名DiaionSK-1B，Mitsubishi化學公司制造)和粒徑為400-600μm、離子交換容量為3.5meq/g干燥樹脂的季銨鹽型(Cl型)陰離子交換樹脂(商品名DiaionSA-10A，Mitsubishi化學公司制造)進行熱風干燥，使其中水的含量減少至8wt％。在這兩種離子交換樹脂中再分別混合入3wt％的1，2-聚丁二烯(商品名RB-820，由日本合成橡膠株式會社制造)，然后于120-130℃分別進行捏和。再于130℃，對分別捏和后得到的物料用平板壓機成形，得到厚度都為0.6cm的多孔陽離子交換劑片狀物和多孔陰離子交換劑片狀物。所得到的多孔陽離子交換劑片狀物的孔隙率為24vol％，多子陰離子交換劑片狀物的孔隙率為23vol％。利用這兩塊多孔離子交換劑片狀物，制成如圖6(a)和(b)所示圖形的陽離子交換劑區域和陰離子交換劑區域相結合的結構，然后將其裝入厚度為0.8cm的脫礦室中，填充體積比為55％。圖6(a)是一個平面圖，圖6(b)是沿圖6(a)的Z-Z線得到的截面圖。圖6中，數字16表示陰離子交換劑區域，數字17表示陽離子交換劑區域。在通水60分鐘，通電預處理24小時后，測定導電率為10μS/cm的水的電阻率，當電流密度為0.0025A/cm2時該電阻率為1206Ω·cm，此值低于沒有干燥過的再生型離子交換樹脂以相同的混合比例裝入脫礦室中經同樣過程后測得的1362Ω·cm的電阻率。測定電阻率后，開始制造去離子水。使用的電滲析器與實施例2中所用的相同。通入導電率為5μS/cm的水，在電流密度為0.004A/cm2(電壓＝5V/單元池)的條件下脫礦物質，結果以0.46m3/hr的生產流量，連續得到導電率為0.057μS/cm的純凈水。在這種情況下，生產出1m3/hr的純凈水的薄膜有效表面積為1.10m2。測定完成之后，將離子交換樹脂從脫礦室中取出，測定其容積，結果是脫礦室容積的113％。進一步將與本實施例中所用的同樣經干燥的離子交換劑裝入圖4所示的測試設備的金屬容器10′中，接著通入水，測出形成的壓力為1.3kg/cm2。比較例利用鹽酸和氫氧化鈉水溶液將粒徑為400-600μm、離子交換容量為4.5meq/g干燥樹脂的磺酸型(H型)陽離子交換樹脂(商品名DiaionSK-1B，Mitsubishi化學公司制造)和粒徑為400-600μm、離子交換容量為3.5meq/g干燥樹脂的季銨鹽型(OH型)陰離子交換樹脂(商品名DiaionSA-10A，Mitsubishi化學公司制造)進行了再生，然后按陽離子交換樹脂/陰離子交換樹脂＝40/60(潮濕狀態時的容積比)的比例將這兩種樹脂混合，得到離子交換容量比為50/50的混合物。將處于潮濕狀態的這種再生的離子交換樹脂裝入與實施例1相同構造的電滲析器的脫礦室中，但每個脫礦室的寬度變為0.8cm，填充體積比為100％。在通水60分鐘，通電預處理24小時后，測定導電率為10μS/cm的水的電阻率，當電流密度為0.0025A/cm2時該電阻率為1362Ω·cm。測定電阻率后，開始制造去離子水。使用的電滲析器與實施例1中所用的相同，但脫礦室的厚度改變了。通入導電率為5μS/cm的水，在電流密度為0.005A/cm2(電壓＝5V/單元池)的條件下脫礦物質，結果是以0.04m3/hr這樣較慢的生產流量，連續得到導電率為0.07μS/cm的純凈水。被處理的水的量不能增加，因為如果增加了水的處理量，則導電率也會上升。在這種情況下，生產出1m3/hr的純凈水的薄膜有效表面積很大，為12.68m2。由于使用了本發明所用的制造去離子水的設備，離子交換劑被裝入電滲析器的脫礦室中后，離子交換劑顆粒之間的接觸以及離子交換劑顆粒和離子交換薄膜之間的接觸就增加了，這樣就減少了電阻率，而且脫礦室的厚度可以做得較大些。所以，利用相對較小的薄膜有效表面積，可能獲得具有較高去離子水生產效率的設備。權利要求1.一種制造去離子水的設備，其特征在于，包括電滲析器和離子交換劑；其中的電滲析器具有陽離子交換薄膜和陰離子交換薄膜被交替放置在陰極和陽極之間而構成的脫礦室和濃縮室，而離子交換劑被放置在脫礦室中；在被放置在脫礦室中的離子交換劑和構成脫礦室的陽離子交換薄膜以及陰離子交換薄膜之間存在0.1-20kg/cm2的壓力。2.如權利要求1所述的制造去離子水的設備，其中每個脫礦室的厚度在0.7-30cm的范圍內。3.如權利要求1或2所述的制造去離子水的設備，其中每個濃縮室中都有一個墊片以保持濃縮室的厚度。4.如權利要求1或2或3所述的制造去離子水的設備，其中存在于脫礦室中的離子交換劑和陽離子交換薄膜以及陰離子交換薄膜之間的壓力能使要裝入脫礦室中的離子交換劑轉變成其容積比其再生后容積小的狀態，然后以一定的數量被填充在脫礦室中，使得處于自由狀態的再生離子交換劑的容積對應于脫礦室的容積為103-170％，接著通入水并導入電流，使離子交換劑膨脹，增大其容積，從而增加了壓力。5.如權利要求4所述的制造去離子水的設備，其中被放置在脫礦室中的離子交換劑的容積要減小到使被放置在脫礦室中的離子交換劑中水分的含量最多為30wt％，然后將離子交換劑填充在脫礦室中，接著通入水并導入電流。6.如權利要求1-5中任何一項所述的制造去離子水的設備，其中被放置在脫礦室中的離子交換劑是陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂或利用粘合劑聚合物將兩者粘合在一起的混合物的多孔體。7.如權利要求1-6中任何一項所述的制造去離子水的設備，其中被放置在脫礦室中的離子交換劑是由至少一種陽離子交換劑區域和至少一種陰離子交換劑區域相結合的結構組成的。8.如權利要求1-5中任何一項所述的制造去離子水的設備，其中被放置在脫礦室中的離子交換劑是粒狀陽離子交換樹脂、粒狀陰離子交換樹脂或兩者的混合物。9.如權利要求8所述的制造去離子水的設備，其中被放置在脫礦室中的離子交換劑是由粒狀陽離子交換樹脂區域和粒狀陰離子交換樹脂區域相結合的結構成的。10.一種制造去離子水的方法，其特征在于，在如權利要求1-8中任何一項所述的制造去離子水的設備的脫礦室中通入待處理的水，然后在電流密度為0.0001-0.05A/cm2的條件下，通入電流。全文摘要一種制造去離子水的設備,它實質上包括電滲析器和離子交換劑。電滲析器具有陽離子交換薄膜和陰離子交換薄膜被交替放置在陰極和陽極之間而構成的脫礦室和濃縮室,而離子交換劑則被放置在脫礦室中。在被放置于脫礦室中的離子交換劑和構成脫礦室的陽離子交換薄膜以及陰離子交換薄膜之間存在著0.1—20kg/cm文檔編號B01J47/00GK1182378SQ9719021公開日1998年5月20日申請日期1997年3月19日優先權日1996年3月21日發明者寺田一郎,戶田洋,巖元純治郎,梅村和郎,小松健,星徹,M·P·許納加德,D·F·泰西耶,I·G·托申請人:旭硝子株式會社,格雷格水調節股份有限公司