通液型電容器、去離子液制造裝置、及去離子液制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是多個單元疊層的通液型電容器，其中，單元具備第1電極、第2電極、以及介于第1電極與第2電極之間的隔離片，第1電極具備石墨片構(gòu)成的第1集電體片、疊層于第1集電體片的第1多孔質(zhì)碳片、以及疊層于第1多孔質(zhì)碳片的陽離子交換膜，第2電極具備石墨片構(gòu)成的第2集電體片、疊層于2集電體片的第2多孔質(zhì)碳片、以及疊層于第2多孔質(zhì)碳片的陰離子交換膜，陽離子交換膜與陰離子交換膜隔著隔離片對置配置，第1集電體片及第2集電體片中的至少一方具有不與多孔質(zhì)碳片對置的翼部，至少2個以上的翼部相互之間用與翼部接觸著配置的導(dǎo)電片電連接。
【專利說明】通液型電容器、去離子液制造裝置、及去離子液制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于吸附去除液中的離子進行去鹽的通液型電容器(flow throughcapacitor)、去離子液制造裝置、及去離子液制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]已知有利用靜電力去除液中的離子用的通液型電容器。使用通液型電容器的去鹽方法，由于能夠?qū)㈦x子吸附時提供的電能貯存于電容器，在離子脫離時回收電能，因此是能量效率優(yōu)異的去鹽方法。又，通液型電容器即使在低電壓下也能夠運行。而且，在通液型電容器中，由于在離子吸附時和脫離時轉(zhuǎn)換極性，因此裝置內(nèi)部不容易生垢(scaling)。從這些點出發(fā)，通液型電容器是設(shè)備優(yōu)異高的去鹽方法。
[0003]例如，下述專利文獻I公開了以至少一方的離子吸附用電極是多孔性金屬箔為特征的通液型電容器。又，下述專利文獻2公開了包含含有多孔質(zhì)材料且形成為能夠吸附相反電荷的離子的結(jié)構(gòu)的可充電電極、以及與可充電電極的多孔質(zhì)材料接觸的離子交換材料的電極裝配件。而且，公開了在該電極裝配件中，離子交換材料與可充電電極相同地充電，又，離子交換材料對于相反電荷的離子能夠透過，而且對于相同電荷的離子至少部分不能透過。
[0004]在先技術(shù)文獻
專利文獻
專利文獻1:日本特開2011 - 167643號公報專利文獻2:日本特表2010 - 513018號公報。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明要解決的問題
參照圖9及圖10對通液型電容器110的結(jié)構(gòu)進行說明。圖9是說明通液型電容器110的單元構(gòu)造用的部分分解模式圖。圖10是將通液型電容器110的各單元組裝時的圖9的X — X’斷面的模式圖。如圖9及圖10所示，通液型電容器110是將具備吸附液中的離子用的2個電極101、102和介于電極101與電極102之間的隔離片3的單元120多單元重疊而構(gòu)成。各電極101分別具備集電體la (la’)和分別疊層于集電體la (la’)的多孔質(zhì)碳片Ib (lb’)。各電極102分別具備集電體2a和分別疊層于集電體2a的多孔質(zhì)碳片2b。各電極101、10 2相互為對極。而且將單元120多單元重疊形成的疊層體用例如金屬制的緊固螺栓5a、5b緊固。緊固螺栓5a將在各單元120中以不與多孔質(zhì)碳片Ib (lb’)對置的方式分別設(shè)置于集電體Ia的翼部(tab port1ns)ld電氣連接。同樣,緊固螺栓5b將在各單元120中以不與多孔質(zhì)碳片2b對置的方式設(shè)置于集電體2a的翼部2d電氣連接。而且，借助于用緊固螺栓5a或緊固螺栓5b緊固的翼部Id或翼部2d，將多個集電體Ia相互間或多個集電體2a相互間分別電氣連接。
[0006]在通液型電容器110，例如，被處理液向圖9的空白箭頭所示的方向流通液體。一邊利用未圖示的外部電源在電極101與電極102之間施加電壓一邊向由電極101和電極102形成的電容器間通液的情況下，通過的液中的離子被吸附于多孔質(zhì)碳片Ib (lb’)、多孔質(zhì)碳片2b。而且被電容器吸附去除了離子后的處理液到達各單元中央部設(shè)置的通液孔8，通過通液孔8被排出到外部。
[0007]如上所述，在通液型電容器110中，通過用金屬制緊固螺栓5a、5b將同極的集電體Ia的翼部Id相互間或者集電體2a的翼部2d相互間緊固，由此，同極的集電體Ia相互間以及集電體2a相互間實現(xiàn)了電氣連接。僅利用這樣的緊固螺栓進行緊固，在被處理液中含高濃度的離子，或以高流量對被處理液實施處理的情況下，存在導(dǎo)電性不足，離子去除率低的問題。特別是，集電體采用石墨(graphite)片那樣的電導(dǎo)率在片的面方向高而在垂直方向低的、電導(dǎo)率各向異性高的材料的情況下，由于垂直方向的導(dǎo)電性不足，存在離子去除率低的情況。
[0008]解決課題用的手段
本發(fā)明的一個形態(tài)是一種通液型電容器，它是將多個單元疊層形成的通液型電容器，其中，單元具備第I電極、第2電極、以及介于第I電極與第2電極之間的隔離片，第I電極具備石墨片構(gòu)成的第I集電體片、疊層于第I集電體片的第I多孔質(zhì)碳片、以及疊層于第I多孔質(zhì)碳片的陽離子交換膜，第2電極具備由石墨片構(gòu)成的第2集電體片、疊層于第2集電體片的第2多孔質(zhì)碳片、以及疊層于第2多孔質(zhì)碳片的陰離子交換膜，陽離子交換膜與陰離子交換膜隔著隔離片對置配置，第I集電體片及第2集電體片中的至少一方具有不與各多孔質(zhì)碳片對置的翼部，至少2個以上的翼部相互之間利用以與該翼部的表面接觸的方式配置的導(dǎo)電片電氣連接。
[0009]又，本發(fā)明的另一形態(tài)是一種去離子液制造裝置，它具備如上所述的通液型電容器、直流電源、以及收納通液型電容器的容器，直流電源以正極側(cè)和負(fù)極側(cè)的極性能夠相互交換的方式被連接于第I電極及第2電極，容器具備用于向通液型電容器提供含有離子性物質(zhì)的液體的供液口、以及用于從通液型電容器排出處理過的液體的排液口。
[0010] 再者，本發(fā)明的又一形態(tài)是一種去離子液制造方法，它是使用如上所述的去離子液制造裝置的去離子液制造方法，具備如下所述工序:一邊利用直流電源對第I電極及第2電極施加電壓，一邊從供液口提供含有離子性物質(zhì)的被處理液，以使各電極表面吸附來自離子性物質(zhì)的離子，從排液口排出已去除了離子性物質(zhì)的處理液的第I工序；以及一邊使各電極的正極與負(fù)極的極性與第I工序相反地施加電壓，一邊從供液口提供含有離子性物質(zhì)的被處理液，以使各電極表面上附著的離子脫離，從排液口排出含有離子的離子濃縮液的第2工序。
[0011]本發(fā)明的目的、特征、形態(tài)、及優(yōu)點，借助于下述詳細(xì)的說明和添附的附圖能夠變得更清楚。
[0012]發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，與已有的通液型電容器相比，能夠提供離子性物質(zhì)的去除能力高的通液型電容器、去離子液的制造方法、以及去離子液制造裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是用于說明第I實施方式的通液型電容器100的構(gòu)造的要部的部分分解斜視模式圖。
[0014]圖2A是通液型電容器100的俯視模式圖。
[0015]圖2B是通液型電容器100的正視模式圖。
[0016]圖3A是用于說明通液型電容器的導(dǎo)電片的配置圖案的例子的模式圖。
[0017]圖3B是用于說明通液型電容器的導(dǎo)電片的配置圖案的例子的模式圖。
[0018]圖4是用于說明具備第I實施方式的通液型電容器100的去離子液制造裝置200的構(gòu)造的模式說明圖。
[0019]圖5A是用于說明通液型電容器100中的電容器結(jié)構(gòu)的作用的第I階段的說明圖。
[0020]圖5B是用于說明通液型電容器100中的電容器結(jié)構(gòu)的作用的第2階段的說明圖。
[0021]圖5C是用于說明通液型電容器100中的電容器結(jié)構(gòu)的作用的第3階段的說明圖。
[0022]圖6是將實施例1的通液型電容器運行時電流及電壓隨時間(秒)的變化作成曲線的曲線圖。
[0023]圖7是將實施例1的通液型電容器運行時電導(dǎo)率隨時間(秒)的變化作成曲線的曲線圖。
[0024]圖8是將實施例及比較例的通液型電容器運行時相對于水流量率的平均去除率作成曲線的曲線圖。
[0025]圖9是用于說明已有的通液型電容器的單元結(jié)構(gòu)用的模式分解圖。
[0026]圖10是圖9的X — X’斷面附近的模式圖。
[0027]符號說明
1、101第I電極
la、la’ '第I集電體片 lb、lb”第I多孔質(zhì)碳片 Ic陽離子交換膜 ld、2d、D 翼部(tab port1n)
2、102第2電極 2a第2集電體片 2b第2多孔質(zhì)碳片 2c陰離子交換膜
3隔離片 4金屬板 5a、5b緊固螺栓 6a、6b、C 導(dǎo)電片 8通液孔 10,120 單元 15a、15b 端子 20直流電源 30容器 31供液口 32排液口100、110通液型電容器 200去離子液制造裝置 Wl被處理液 VU V2 閥

【具體實施方式】
[0028]對本發(fā)明的實施方式的通液型電容器的構(gòu)造進行說明。
[0029]圖1是用于說明本實施方式的通液型電容器100的構(gòu)造要部的部分分解斜視模式圖，圖2A是通液型電容器100的俯視模式圖，圖2B是其正視模式圖。
[0030]本實施方式的通液型電容器100，如圖1所示，具有將多個單元10疊層而形成的電容器結(jié)構(gòu)。各單元10具備第I電極1、第2電極2以及介于第I電極I和第2電極2之間的隔離片3。還有，在圖1中，為了說明方便，對層的一部分，模式地圖示了將疊層結(jié)構(gòu)展開地進行分解時的樣子。
[0031]第I電極I具備:第I集電體片Ia或第I集電體片la’ ；疊層于第I集電體片Ia(la’)的第I多孔質(zhì)碳片Ib (lb’);以及疊層于第I多孔質(zhì)碳片Ib (lb’)的陽離子交換膜Ic (lc’)。第2電極2具備:第2集電體片2a ;疊層于第2集電體片2a的第2多孔質(zhì)碳片2b;以及疊層于第2多孔質(zhì)碳片2b的陰離子交換膜2c。陽離子交換膜Ic (lc’)與陰離子交換膜2c隔著隔離片3對置配置。還有，第I集電體片Ia及第I多孔質(zhì)碳片lb、第2集電體片2a及第2多孔質(zhì)碳片2b、陽離子交換膜Ic及陰離子交換膜2c，大致在中央部具有用于使經(jīng)電容器結(jié)構(gòu)的單元10去離子的液體通過的通液孔8。另一方面，第I集電體片la’及第I多孔質(zhì)碳片lb’、陽離子交換膜lc’為了限制通液方向不具備通液孔8，而形成最上層的單元。
[0032] 第I集電體片la、la’具有不與第I多孔質(zhì)碳片lb、lb’對置的翼部ld，第2集電體片2a具有不與第2多孔質(zhì)碳片2b對置的翼部2d。多個翼部Id相互之間以及多個翼部2d相互之間，分別用導(dǎo)電性緊固螺栓5a、5b緊固。這樣的緊固螺栓5a、5b使多個翼部Id相互之間或多個翼部2d相互之間通過將它們相互在表面接觸而由此進行電氣連接。將多個翼部Id相互之間緊固的緊固螺栓5a及將多個翼部2d相互之間緊固的緊固螺栓5b，如下所述分別連接于直流電源的一電極側(cè)及另一電極側(cè)。而且使多個第I集電體片Ia相互之間或多個第2集電體片2a相互之間為等電位。
[0033]在通液型電容器100中，如圖1、圖2A及圖2B所示，多個翼部Id相互之間通過以與各翼部Id的表面接觸的方式配置的I枚導(dǎo)電片6a實現(xiàn)電氣連接。同樣，多個翼部2d相互之間通過以與各翼部2d的表面接觸的方式配置的I枚導(dǎo)電片6b實現(xiàn)電氣連接。這樣，多個翼部Id相互之間或多個翼部2d相互之間通過導(dǎo)電片6a或?qū)щ娖?b連接，借助于此，多個第I集電體片Ia相互之間或多個第2集電體片2a相互之間在與片面平行的方向上電氣連接。采用這樣的與片面平行方向的連接，即使是例如第I集電體片或第2集電體片采用像石墨(graphite)片那樣電導(dǎo)率在片的面方向上高、在垂直方向上低的電導(dǎo)率各向異性高的片狀材料的情況下，也能夠得到充分的導(dǎo)電性。借助于此，即使是被處理的液體中含有高濃度的離子性物質(zhì)，或以高流量實施對液體的處理的情況下，也能夠維持高的離子去除率。
[0034]還有，圖1、圖2A及圖2B所示的集電體片中，在I枚集電體片的一邊上設(shè)置2個部位的翼部，但是對I枚集電體片的翼部的數(shù)目沒有特別限定，可以只是I個部位，也可以是3個部位以上。又，導(dǎo)電片最好是配置為，以同極的多個集電體片的翼部相互之間相互導(dǎo)通的方式與翼部直接接觸。圖3A及圖3B中表示導(dǎo)電片的配置圖案的一個例子。作為配置圖案，可以像圖3A所示的配置圖案那樣配置導(dǎo)電片C，以將翼部D逐層蜿蜒曲折圍起來(meanderalong),也可以如圖3B所示那樣配置導(dǎo)電片C，以將多層翼部D的疊層體蜿蜒曲折圍起來。
[0035]作為導(dǎo)電片，只要是耐腐蝕性高的導(dǎo)電片就可以采用，沒有特別限定。作為這樣的導(dǎo)電片的具體例子，可以列舉有例如鈦或鈦合金構(gòu)成的鈦類金屬、金、白金、銀、或這些金屬的復(fù)合材料等構(gòu)成的金屬箔、或石墨片等。這些材料中，從兼顧耐腐蝕性、導(dǎo)電性、低成本的考慮出發(fā)，最好是采用鈦類金屬形成的鈦箔。
[0036] 作為導(dǎo)電片的厚度，以20~200 μ m為宜，進一步，從維持高導(dǎo)電性同時不要占有過大的空間考慮，以30~100 μ m為宜。
[0037]又，作為緊固螺栓，最好是使用采用了金屬螺栓等導(dǎo)電性螺栓及螺帽的螺栓_螺帽結(jié)構(gòu)的緊固手段。還有，通液型電容器由于被使用于被處理液的去鹽，采用鈦或鈦合金構(gòu)成的鈦螺栓那樣的耐腐蝕性高的金屬螺栓特別理想。又，作為緊固手段，不限于螺栓結(jié)構(gòu)，也可以采用夾子狀的構(gòu)件將其夾住等的手段。
[0038]又，用緊固螺栓緊固時，存在因緊固壓力導(dǎo)致集電體片和導(dǎo)電片損壞的情況。為了防止發(fā)生這樣的損壞，最好是在緊固螺栓的螺栓頭與導(dǎo)電片之間夾入圖1所示的鈦板等耐腐蝕性和導(dǎo)電性優(yōu)異的金屬板4以分散緊固壓力。這樣的金屬板4的厚度沒有特別限定，但最好是大約0.5~5mm。在這種情況下，通過金屬板、緊固螺栓、集電體片、導(dǎo)電片導(dǎo)通，使它們電氣連接。
[0039]還有，I個單元由夾著隔離片的2個電極構(gòu)成。單元數(shù)目與隔離片的數(shù)目大致一致。本實施方式的通液型電容器的單元數(shù)目沒有特別限定，具體地說，以例如3~100為宜，5~50左右則更理想。
[0040]下面對構(gòu)成通液型電容器100的其他要素進行詳細(xì)說明。
[0041]第I集電體片及第2集電體片采用石墨片。作為石墨片的具體例子，可以列舉例如將膨脹石墨成形的石墨片等。石墨片能夠兼顧耐腐蝕性、高導(dǎo)電性、低成本。另一方面，石墨片具有厚度方向的電導(dǎo)率比片的面方向的電導(dǎo)率低的特征。將這樣的電導(dǎo)率具有各向異性的石墨片作為集電體使用，利用緊固螺栓等緊固翼部的情況下，存在厚度方向的導(dǎo)電性低，片的面方向的導(dǎo)電性高的傾向。本實施方式的通液型電容器中，將導(dǎo)電片配置為與石墨片的翼部接觸并且將多個翼部相互之間電氣連接，這樣可以充分利用石墨片的面方向的高導(dǎo)電性。作為石墨片的厚度，最好是100~500 μ m。
[0042]作為第I多孔質(zhì)碳片及第2多孔質(zhì)碳片，可以舉出例如將活性炭顆粒那樣的多孔質(zhì)碳顆粒用粘接劑粘結(jié)而得到的成形片。
[0043]作為活性炭顆粒的具體例子，可以列舉有例如木材、鋸屑、木炭、椰子殼、核桃殼等果殼、果實種子、制造紙漿的副產(chǎn)物、木質(zhì)素、廢糖蜜等植物類活性炭顆粒；將泥灰石、泥炭、褐炭、褐煤、煙煤、無煙煤、焦炭、煤焦油、煤浙青、石油蒸餾殘渣、石油浙青等碳化并活性化而得到的礦物類活性炭顆粒；將苯酚、莎綸(Saran，一種合成纖維的商品名)、丙烯酸樹脂等碳化并活性化而得到的合成樹脂類活性炭顆粒；將再生纖維(人造絲)等碳化并活性化而得到的天然纖維類活性炭顆粒等。這些當(dāng)中，從吸附性能優(yōu)異的方面考慮，椰子殼活性炭顆粒特別理想。
[0044]活性炭顆粒的中心粒徑以I~100 μ m為宜，2~50 μ m則更理想，最好是3~30 μ m0這里所謂中心粒徑是指，在粒度分布中全部顆粒的質(zhì)量的累計值為50%時的粒徑。這樣的中心粒徑可以采用例如日機裝(株式會社)制造的Microtrac粒度分布測定裝置(ΜΤ3300)測定?；钚蕴款w粒的中心粒徑過小的情況下，使用的粘接劑量大，活性炭占的比例變小，因此存在離子捕捉能力下降的傾向。又，活性炭顆粒的中心粒徑過大的情況下，得到的活性炭片的表面均勻性變差，有離子捕捉能力下降的傾向。
[0045]又，活性炭顆粒的比表面積以700~2500m2 / g為宜，1500~2000m2 / g則更理想。比表面積過小的情況下，去離子能力下降，同時在使電極的極性為相反極性以使活性炭片表面吸附的離子脫離時，存在離子不容易脫離的傾向。又，比表面積過大的情況下，不僅每單位體積的性能下降，而且使用的粘接劑量增多，活性炭所占的比例變少，因此存在離子捕捉能力下降的傾向。比表面積可以利用例如下述方法測定。使用日本BEL (株式會社)制的BELSORP-mini等測定活性炭在77 K的氮吸附等溫線。而且，根據(jù)得到的氮吸附等溫線，利用BET式借助于多點法進行分析，從得到的曲線的相對壓力P / Ptl = 0.01~0.1的區(qū)域的直線，能夠計算出比表面積。
[0046]又,活性炭顆粒的細(xì)孔容積以0.5~1.2mL / g為宜,更理想的是0.7~1.0mL /go細(xì)孔容積過小的情況下，使電極的極性反向以使活性炭片表面吸附的離子脫離時有離子不容易脫離的傾向。而細(xì)孔容積過大的情況下，存在每單位體積的性能下降的傾向。細(xì)孔容積可以利用例如下述方法測定。使用BELSORP-mini等測定活性炭在77 K的氮吸附等溫線。而且可以利用下式從相對壓力P / Ptl = 0.99的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氮吸附體積(mL / g)計算出細(xì)孔容積。
[0047]細(xì)孔容積=(p / p0 = 0.99的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氮吸附體積)X 28 / 22400 / 0.808 又，活性炭顆粒的平均細(xì)孔直徑以1.5~2.4nm為宜,更理想的是1.6~2.2nm。平均細(xì)孔直徑過小的情況下，使電極的極性反向以使活性炭片表面吸附的離子脫離時存在離子不容易脫離的傾向。又，平均細(xì)孔直徑過大的情況下，存在每單位體積的性能下降的傾向。平均細(xì)孔直徑可利用下式從如上所述求得的比表面積與細(xì)孔容積計算出。
[0048]平均細(xì)孔直徑=細(xì)孔容積X 4000 /比表面積
又，活性炭顆粒的表面官能團量以0.1~0.8meq / g為宜,0.2~0.5meq / g則更理想。表面官能團量過小的情況下，由于活性炭顆粒的表面電荷的影響，存在片的成形困難的傾向。又，表面官能團量過多的情況下，存在性能耐久性下降的傾向。表面官能團量可以用例如下述方法測定。用調(diào)節(jié)到120°C的恒溫烘干器真空烘干8~10小時后，放置于作為干燥劑放入了硅膠的干燥器中使其冷卻。然后，將放置于10mL的錐形燒瓶中冷卻的活性炭Ig正確稱量到0.1mg的單位。然后，在稱量活性炭的錐形燒瓶中加入50mL的N / 10的乙醇鈉乙醇溶液，以160rpm在25°C振蕩24小時。然后，在振蕩后利用離心分離方法將上清液與沉淀分離，在10mL的三角燒瓶中正確稱量20mL上清液，將達到pH4.0的點為滴定終點，用N / 10鹽酸進行滴定，求出試樣滴定量。另一方面，用不含試樣的溶液進行空白試驗，也求出空白試驗的滴定量。然后，利用下式計算表面官能團量。
[0049]表面官能團量=((空白試驗的滴定量)一(試樣滴定量))X0.1Xf (鹽酸系數(shù))X50 / 20活性炭片是將含活性炭顆粒和粘接劑的混合物成形為片狀得到的。還有，在使用于凈水用的情況下，作為粘接劑采用對生物體無害的粘接劑是最理想的?；钚蕴科邪幕钚蕴款w粒的比例以50~99質(zhì)量％為宜，80~95質(zhì)量％則更理想?；钚蕴科邪幕钚蕴款w粒的比例過低的情況下存在性能下降的傾向。
[0050]作為粘接劑的具體例子，可以舉出例如聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、氟乙烯-全氟烷氧基乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚酰胺等。從粘接性和穩(wěn)定性等考慮，這些當(dāng)中以聚四氟乙烯為理想。
[0051]活性炭片也可以進一步含有導(dǎo)電材料。通過配合有導(dǎo)電材料，可以使活性炭片有優(yōu)異的導(dǎo)電性。作為這樣的導(dǎo)電材料的具體例子，可以舉出例如乙炔黑、灶黑(Ketjenblack)、石墨等碳類材料；金、白金、銀等貴金屬；氮化鈦、碳化鈦娃(titanium siliconcarbide)、碳化鈦，硼化鈦，硼化鋯等高導(dǎo)電性陶瓷等。這些材料中，從成本和加工性優(yōu)異的方面考慮，以碳類材料為最理想。
[0052]活性炭片的厚度沒有特別限定，但在200~500 μ m左右時電阻不會太高，比較理本巨.
[0053]作為隔離片的具體例子，可以舉出例如合成纖維的樹脂網(wǎng)、織物、紙狀集合體、將合成纖維或再生纖維集成的無紡布等。這些材料中，樹脂網(wǎng)和無紡布，特別是樹脂網(wǎng)，其通液性及經(jīng)濟性優(yōu)異，是理想的隔離片。
[0054]作為隔離片的材料，可以舉出例如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚酰胺、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚醚醚酮等。這些當(dāng)中，聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯，特別是聚對苯二甲酸乙二醇酯，從低成本、加工性優(yōu)異考慮，是理想的材料。
[0055]隔離片的厚度以50~250 μ m為宜，70~150 μ m則更理想。隔離片的厚度過于厚的情況下，通電時單元間的電阻變高，因此有離子捕捉能力降低的傾向。又，其厚度過薄的情況下，存在通液阻力變大的傾向。
[0056]又，隔離片的開孔率以20~80%為宜，30~70%則更理想。隔離片的開孔率過小的情況下，通液阻力變得過大，液體通過困難。而且在過大的情況下，開孔部內(nèi)部短路，恐怕會失去作為通液型電容器的性能。
[0057]對陰離子交換膜也沒有特別限定，具體地說，可以舉出含例如具有季氨基(quaternary amino group)等陰離子交換基的苯乙烯類樹脂、丙烯酸類樹脂、氟類樹脂等離子交換樹脂的膜。又，陽離子交換膜也沒有特別限定，具體地說，可以舉出含例如具有磺基、羧基等陽離子交換基的苯乙烯類樹脂、丙烯酸類樹脂、氟類樹脂等離子交換樹脂的膜。
[0058]圖4是用于說明具備第I實施方式的通液型電容器100的去離子液制造裝置200的結(jié)構(gòu)的模式說明圖。對具備通液型電容器100的去離子液制造裝置200的動作將參照圖4進行說明。去離子液制造裝置200具備通液型電容器100、直流電源20、以及收容通液型電容器100的容器30。直流電源20以可交換正極側(cè)和負(fù)極側(cè)的方式通過配線20a、20b與將通液型電容器100的第I電極I或第2電極2加以緊固的緊固螺栓5a、5b連接。容器30具備用于對通液型電容器100提供含有離子性物質(zhì)的被處理液的供液口 31、以及用于排出由通液型電容器100處理過的處理液的排液口 32。又，容器30具備用于向緊固螺栓5a、5b通電的端子15a、15b。
[0059]為了利用去離子液制造裝置200對含有離子性物質(zhì)的被處理液實施去離子處理，首先，從供液口 31向容器30內(nèi)提供含離子性物質(zhì)的水等的被處理液W1。被處理液Wl在容器30內(nèi)沿著圖4中箭頭所示的流路流通液體。然后，被處理液Wl經(jīng)過設(shè)置于通液型電容器100中央部的通液孔8從排液口 32排出。一邊提供被處理液Wl —邊從直流電源20通過分別連接于緊固螺栓5a、5b的端子15a、15b對通液型電容器100施加電壓。而且，一邊施加電壓一邊從容器30的排液口 32排出去離子液。
[0060]被處理液Wl中包含的離子在通過第I電極I與第2電極2之間時被第I多孔質(zhì)碳片Ib及第2多孔質(zhì)碳片2b靜電吸附、捕捉。而且，在第I多孔質(zhì)碳片Ib或第2多孔質(zhì)碳片2b的表面有大量離子被吸附的情況下，通過打開閥VI，關(guān)閉閥V2，由此切換到離子濃縮液回收路徑。而且，使電極的極性反向，以便能夠回收濃縮的離子。如此，能夠使第I多孔質(zhì)碳片及第2多孔質(zhì)碳片的吸附能力再生(恢復(fù))。
[0061]切換電極的周期沒有特別限定，但是，反復(fù)切換吸附工序與脫離工序，以使吸附工序的時間/脫離工序的時間為I~5為宜，更理想的是1.5~4.5。
[0062]對通液型電容器100的單元10的各電容器的作用進行說明。
[0063]如圖5A所示，在對通液型電容器100施加電壓前，即使向各單元10通入被處理液W1，第I電極I及第2電極2也不能夠捕捉到液中的陰離子(一)及陽離子(+)，離子在兩電極之間通行無阻。 如圖5B所示，在第I電極I連接直流電源的負(fù)極側(cè)，在第2電極2連接直流電源的正極側(cè)，以在兩極間施加電壓的情況下，陽離子能通過在第I電極I的表面配置的陽離子交換膜lc，因此被第I電極I的第I多孔質(zhì)碳片Ib所吸附，另一方面，陰離子能通過在第2電極2的表面配置的陰離子交換膜2c，因此被第2電極2的第2多孔質(zhì)碳片2b所吸附。而且，隨著通液量的增加，逐漸地，第I電極I及第2電極2的離子吸附量增加，離子捕捉能力逐漸降低。然后，如圖5C所示，在第I電極I連接直流電源的正極側(cè)，在第2電極2連接直流電源的負(fù)極側(cè)，對兩極間施加與吸附時相反的電壓。在這種情況下，第I電極I上吸附的陽離子及第2電極2上吸附的陰離子脫離，釋放到通過的液中。這時，釋放的陽離子不能夠通過配置于第2電極2表面的陰離子交換膜2c，因此不被第2電極2所吸附。同樣，釋放的陰離子不能夠通過配置于第I電極I表面的陽離子交換膜lc，因此不被第I電極I所吸附。這樣，第I電極I及第2電極2再度吸附離子的行為得以抑制，因此這時通過的液體中含有高濃度的離子。從而，通過定期排出這種含有高濃度的離子的液體，能夠高效率地去除液中的離子。
[0064]作為使用通液型電容器100去除液中的離子用的通液方式，可以采用對被處理液的原液進行全量過濾的全過濾方式，也可以采用循環(huán)過濾方式。通液條件沒有特別限定，但是以5~10hf1的空間速度(SV)進行時壓力損失不會太高，從這點考慮，是比較理想的條件。
[0065]還有，通過將排出的液體的電導(dǎo)率與通液開始后流過的通液量的關(guān)系制成二維圖，能夠監(jiān)視離子去除能力的狀態(tài)。又，液中的離子濃度與水的電導(dǎo)率有關(guān)，因此通過測定去離子處理前和去離子處理后的液體的電導(dǎo)率，能夠計算離子去除率。又，液中的離子濃度也可以利用例如離子色譜法等方法測定。
[0066]向去離子液制造裝置200提供電力的直流電源20的種類沒有特別限定。可以使用將10V的市電調(diào)整電壓并變換成直流后的電壓，也可以使用電池、蓄電池供電。又，在室外使用的情況下，也可以采用太陽能電池、風(fēng)力發(fā)電機、燃料電池、熱電聯(lián)產(chǎn)(cogenerat1n)等獨立電源。又由于通液型電容器本身具有蓄電能力，也可以將多個通液型電容器連接，相互將被蓄電的電力交互作為電源使用。直流電源的電壓沒有特別限定，在采用本實施方式的通液型電容器100的情況下，利用1.5~2V那樣的低電壓也能夠運行。
[0067]以上說明的本發(fā)明的通液型電容器及去離子液制造裝置，可以單獨使用于含有離子性物質(zhì)的水等的去離子處理，也可以與其他公知的凈水手段等水處理手段組合使用。作為公知的水處理手段的具體例子，可以舉出例如包含無紡布過濾器、陶瓷過濾器、活性炭等各種吸附材料、礦物質(zhì)添加材料、陶瓷過濾材料、中空纖維膜過濾材料、離子吸附材料等的水處理手段。
[0068]以下利用實施例對本發(fā)明進一步進行更具體的說明。還有，本發(fā)明的范圍不受以下的實施例的內(nèi)容的任何限定。
實施例
[0069][實施例1]
作為多孔質(zhì)碳片采用活性炭片Al，該活性炭片Al含有相對于100質(zhì)量份的中心粒徑6μπκ比表面積1700m2 / g、細(xì)孔容積0.73mL / g、平均細(xì)孔直徑1.7nm、表面官能團量
0.33meq / g的活性炭顆粒(以椰子殼為原料的活性炭顆粒、KURARAY CHEMICAL (株式會社)制GW — H)為10質(zhì)量份的聚四氟乙烯粘接劑。活性炭片Al厚度為250 μ m，使用切斷為縱60mm、橫60mm的活性炭片。
[0070]作為集電體片，采用將膨脹石墨壓縮成形而形成的厚度為250 μ m的石墨片(SGLCARBON JAPAN (株式會社)制的 SIGRAFLEX S GRAFHITE FOIL)切斷為縱 60_、橫 60mm 并且進一步切斷為相對于一個邊的中央均等地具有兩個縱50mm、橫20mm的翼部的形狀的片。而且在翼部的中央部設(shè)置使得用于緊固疊層體的螺栓通過的直徑6.5mm的孔。
[0071 ] 又，作為隔離片，采用厚度90 μ m、線徑62 μ m、網(wǎng)眼80 μ m、開孔率32 %的聚酯制造的樹脂網(wǎng)(Sefar AG制的PETEX07-80/32)切斷為縱68mm、橫68mm的構(gòu)件。
[0072]再者，作為陰離子交換膜，采用將厚度130 μ m的旭硝子(株式會社)制造的Selem1n AMV切斷為縱64mm、橫64mm的膜，作為陽離子交換膜，采用將厚度130 μ m的旭硝子(株式會社)制造的Selem1n CMV切斷為縱64_、橫64_的膜。
[0073]將上述的活性炭片、集電體片、隔離片、陰離子交換膜、及陽離子交換膜疊層形成疊層體。具體地說，按照集電體片、活性炭片、陽離子交換膜、隔離片、陰離子交換膜、活性炭片、集電體片、活性炭片、陰離子交換膜...陽離子交換膜、活性炭片、集電體的順序疊層，形成具有10個單元的電容器結(jié)構(gòu)的疊層體。還有，疊層體的各結(jié)構(gòu)要素的縱60mm、橫60_的區(qū)域重疊，各集電體片的翼部配置為夾著隔離片的最近層的翼部相互之間向著相反方向。又，在形成除最上層外的各層的集電體片、隔離片、陰離子交換膜、及陽離子交換膜的各自的中央部形成用于通過已去離子的被處理液的直徑9mm的通液孔。
[0074]而且，如圖2A及圖2B所示，在疊層體的各方向重疊的多個翼部相互之間分別用2個鈦制螺栓(合計4個)及螺帽緊固，由此將疊層體固定。這時，同方向的翼部之間，將寬度20mm、厚度10ym的I片帶狀的鈦箔如圖1所示那樣與片面重疊并且隔著翼部折疊地配置。又，為了防止在用螺栓緊固時緊固壓力導(dǎo)致集電體損壞，在疊層體的最上層和最下層與螺栓頭之間分別配置厚度2_、寬度15_的鈦板。這樣做，將作為通液型電容器的疊層體緊固固定。
[0075]然后，將得到的通液型電容器收容于樹脂制的容器中。還有，容器的內(nèi)部形狀為縱170mm、橫70mm、高50mm的大致長方體的形狀,具有直徑9mm的供液流路和直徑9mm的排液流路。又，在容器的頂面配置與容器中收容的通液型電容器的鈦制螺栓電氣連接的2個電極的端子。通過將通液型電容器密閉收容于容器內(nèi)，制成去離子液制造裝置。而且在露出于外部的各端子上分別連接直流電源的負(fù)極側(cè)和正極側(cè)。
[0076]然后，以10mL /分的流量向得到的去離子液制造裝置通入約1000 μ S / cm的食鹽水。然后從直流電源向各電極的端子提供電力。還有，以電壓上限1.5V、電流上限20A的恒流恒壓控制(CC-CV)實施電力供給。還有，為了使活性炭片再生，使端子上連接的直流電源的極性定期反向。具體地，以吸附時180秒一脫離時60秒的周期作為I周期使極性反轉(zhuǎn)，以這一周期重復(fù)運行多個周期。電流和電壓隨時間(秒)的變化如圖6的曲線圖所示。
[0077]按每通過預(yù)定的通水量測定從去離子液制造裝置排出的處理水的電導(dǎo)率，從原水的食鹽水的電導(dǎo)率與處理水的電導(dǎo)率計算出離子的去除率。具體地，測定提供給去離子液制造裝置的水的電導(dǎo)率(μ S/cm)及從去離子液制造裝置排出的水的電導(dǎo)率(μ S/cm)，利用下式計算出離子去除率。
[0078]離子去除率(％)=(供給水的電導(dǎo)率一排出水的電導(dǎo)率)/排出水的電導(dǎo)率XlOO還有，吸附時排出的水的電導(dǎo)率下降，脫離時排出的水的電導(dǎo)率增加。吸附量以第I周期為最大，每重復(fù)一周期吸附量逐漸下降。以吸附與脫離的平衡達到穩(wěn)定的第10周期的吸附量作為單元的吸附量進行處理。相對于時間(秒)進行圖示的電導(dǎo)率的變化示于圖7的曲線圖。計算平均去除率，得出84%。結(jié)果表示于表1。
[0079][表 I]

【權(quán)利要求】
1.一種通液型電容器，由多個單元疊層形成，其特征在于， 所述單元具備--第I電極；第2電極；以及介于所述第I電極和所述第2電極之間的隔離片， 所述第I電極具備:石墨片構(gòu)成的第I集電體片；疊層于該第I集電體片的第I多孔質(zhì)碳片；以及疊層于該第I多孔質(zhì)碳片的陽離子交換膜， 所述第2電極具備:石墨片構(gòu)成的第2集電體片；疊層于該2集電體片的第2多孔質(zhì)碳片；以及疊層于該第2多孔質(zhì)碳片的陰離子交換膜， 所述陽離子交換膜與所述陰離子交換膜隔著所述隔離片對置配置， 所述第I集電體片及所述第2集電體片中的至少一方具有不與所述各多孔質(zhì)碳片對置的翼部， 至少2個以上的所述翼部相互之間用與該翼部接觸著配置的導(dǎo)電片電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通液型電容器，其特征在于， 所述導(dǎo)電片是鈦箔或鈦合金箔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的通液型電容器，其特征在于， 多個所述翼部相互之間用至少一個金屬螺栓緊固。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通液型電容器，其特征在于， 所述金屬螺栓是用鈦或鈦合金形成的螺栓。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的通液型電容器，其特征在于， 所述金屬螺栓具有螺栓頭，在所述螺栓頭與所述導(dǎo)電片之間設(shè)置鈦或鈦合金形成的金屬板。
6.一種去離子液制造裝置，其特征在于，具備: 權(quán)利要求1~5中的任一項所述的通液型電容器； 直流電源；以及 收容所述通液型電容器的容器， 所述直流電源被以正極側(cè)和負(fù)極側(cè)的極性能夠互換的方式與所述第I電極及所述第2電極連接， 所述容器具備用于向所述通液型電容器提供含有離子性物質(zhì)的液體的供液口以及用于從所述通液型電容器排出處理過的液體的排液口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的去離子液制造裝置，其特征在于， 所述直流電源的電壓在1.5~2V的范圍。
8.—種去離子液制造方法，使用權(quán)利要求6或7所述的去離子液制造裝置，其特征在于，具備如下工序: 一邊利用所述直流電源對所述第I電極及第2電極施加電壓，一邊從所述供液口提供含有離子性物質(zhì)的被處理液，以使各電極表面吸附來自所述離子性物質(zhì)的離子，從所述排液口排出已去除了所述離子性物質(zhì)的處理液的第I工序；以及 一邊使所述各電極的正極與負(fù)極的極性與所述第I工序相反地施加電壓，一邊從所述供液口提供含有離子性物質(zhì)的被處理液，以使各電極表面上附著的所述離子脫離，從所述排液口排出含有所述離子的離子濃縮液的第2工序。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的去離子液制造方法，其特征在于，以使所述第I工序的時間/所述第2工序的時間的比值為I~5的方式，交替進行所述第I工序與所 述第2工序。
【文檔編號】H01G11/10GK104185609SQ201380005656
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月16日
【發(fā)明者】石田修一, 川崎修治, 山田隆之 申請人:可樂麗化學(xué)株式會社