酸の濃縮方法
【課題】この発明は、操作性及び経済性に優れ、かつ、酸濃縮率を向上させる酸の濃縮方法を得ることを課題とするものである。
【解決手段】この発明の酸の濃縮方法は、ナノメーター単位、好ましくは０．１〜１０ｎｍの微細孔を備え荷電した分離膜２が装着された圧力透析装置１にＡｌを含有する廃酸溶液を加圧して供給し、前記分離膜２で透析して廃酸溶液中の酸を濃縮することを特徴とする。
【解決手段】この発明の酸の濃縮方法は、ナノメーター単位、好ましくは０．１〜１０ｎｍの微細孔を備え荷電した分離膜２が装着された圧力透析装置１にＡｌを含有する廃酸溶液を加圧して供給し、前記分離膜２で透析して廃酸溶液中の酸を濃縮することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アルミサッシ製造工程におけるアルマイト陽極酸化処理液からの硫酸回収、アルミコンデンサー製造工程におけるＨＣｌによるアルミホイルエッチング工程からの塩酸回収、アルミ材のリン酸による化学研磨工程からのリン酸回収、その他酸洗浄などによる廃酸溶液からの酸回収などを目的として、廃酸溶液中の酸を濃縮する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、廃酸溶液中の酸を濃縮する方法としては、電位差を駆動力とする電気透析法、濃度差を駆動力とする拡散透析法、吸着力を駆動力とするイオン交換膜法、圧力を駆動力とする逆浸透法、圧力透析法などが用いられている。
【０００３】
電気透析法は金属除去率がよいが設備投資、ランニングコストともに高コストで経済性に難があり、拡散透析法は操作が簡単で金属除去率がよく、ランニングコストも比較的安価であるものの、所要膜面積が大きくメンテナンス性に欠け、原液量とほぼ同じ廃液を排出する等の欠点がある。
イオン交換樹脂法は金属除去率がよく、ランニングコストも比較的安価であるが、建設費が高く操作が複雑である。
逆浸透法はｐＨ２以下の酸濃度に対して耐久性に欠ける。また、本願発明と同様に圧力透析を用いることも提案されている。この方法は金属除去率がよく廃酸量を減らすことができるが、酸濃縮率がよくない。
すなわち、何れの方法によっても一長一短がある。
【特許文献１】特開２００３−１４４８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明は、操作性及び経済性に優れ、かつ、酸濃縮率を向上させる酸の濃縮方法を得ることを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の酸の濃縮方法は、ナノメーター単位、好ましくは０．１〜１０ｎｍの微細孔を備え荷電した分離膜が装着された圧力透析装置にＡｌを含有する廃酸溶液を加圧して供給し、前記分離膜で透析して廃酸溶液中の酸を濃縮することを特徴とするものである。膜中に含まれる単位量の水に対する固定電荷の量（固定電荷密度）は０．１〜１０×１０−８当量／ｋｇ程度が好ましい。
前記廃酸溶液のＡｌの濃度は０．０１ｍｏｌないし２ｍｏｌであることが好ましく（請求項２）、この範囲の濃度となるように必要によりＡｌを添加し、又は溶液を希釈する。Ａｌ濃度が０．０１ｍｏｌ以上でないとＡｌを固定電荷として機能させることができず、また、２ｍｏｌ以上であると浸透圧が高くなって透析が困難な場合が生ずるためである。
また、透析の操作圧力は１ないし７ＭＰａとするのが好ましい（請求項３）。操作圧力が１ＭＰａ以下ではフラックス（単位時間・単位膜面積当たりの膜ろ過水量）が小さく、７ＭＰａ以上では装置の耐圧性により運転に支障が生ずる場合があるためである。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、廃酸溶液中にＡｌが含有されており、溶液中でＡｌは網目構造のＡｌ３＋イオンとして存在し、このＡｌ３＋イオンがあたかも固定電荷のように振る舞うものと考えられる。そのために、処理すべき廃酸溶液が陰イオンの解離度が高い強酸の廃酸溶液である場合には、陰イオン及びＨ＋イオンの分離膜透過が共に促進されるので、分離膜の酸の阻止率を大幅に減少させることができる。他方、陰イオンの解離度が低い弱酸の廃酸溶液である場合には、陰イオンよりもＨ＋イオンの分離膜透過が促進されるので、結果として陰イオンは廃酸溶液側に濃縮され、分離膜の酸の阻止率を大幅に増大させることができる。
したがって、Ａｌを含有した廃酸溶液を透析圧で圧力透析装置に供給、透析することで、強酸の場合には透析液側において、弱酸の場合には廃酸溶液側において酸を濃縮することができる。
ここで、阻止率は、分離膜を介した供給液側の溶質の濃度Ｃｃ と透析液側の溶質濃度Ｃｐで定義され、〔阻止率Ｒ＝（１−Ｃｐ／Ｃｃ）×１００［％］〕で求められる。
したがって、操作性及び経済性に優れ、かつ、金属除去率がよく廃酸量も少ない利点を有する圧力透析法において、酸濃縮率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、この発明の酸の濃縮方法に用いる圧力透析装置の模式図である。
圧力透析装置１の内部には分離膜２が取り付けられ、この分離膜２によって圧力透析装置１の内部は廃酸液漕１１と透析液漕１２とに隔てられ、廃酸液漕１１には透析される廃酸液を供給する供給口１１１及び透析後の廃液を取り出す取出口１１２が設けられ、透析液漕１２には透析液を取り出するための取出口１２２が設けられている。
分離膜２はナノメーター単位（０．１〜１０ｎｍ）の微細孔を多数備えた構造となっており、廃酸液漕１１側に廃酸液を供給して圧力を加えると水及び酸は透過するが、金属及び分子量の大きな有機物は透過しない。また、この微細孔は低級のアミノ基又は４級アンモニウム塩基などの荷電基をもつものとしてあり、その固定電荷密度は０．１〜１０×１０−８当量／ｋｇ程度としてある。
【０００８】
前記廃酸液漕１１に供給される廃酸液は０．０１〜２ｍｏｌの濃度でＡｌを含有するものとする。廃酸液のＡｌ濃度がこれよりも高い場合は希釈してこの範囲に調製し、これよりも低い場合はＡｌを添加する。この廃酸液に１Ｍｐａないし７Ｍｐａの圧力を加えて分離膜を透過させて圧力透析を行う。
廃酸液がＡｌを含有することによって、濃縮対象となる酸が硫酸などの強酸である場合には、ＳＯ４２−などの陰イオン及びＨ＋イオンの分離膜透過が共に促進されるので、分離膜の酸の阻止率が負の値となり、硫酸が透析液漕１２側において濃縮される。他方、リン酸などの弱酸の場合には、ＰＯ４３−などの陰イオンよりもＨ＋イオンの分離膜透過が促進されるので、分離膜の酸の阻止率が正の値に増大され、リン酸が廃酸液漕１１側において濃縮される。
したがって、操作性及び経済性に優れ、かつ、金属除去率がよく廃酸量も少ない利点を有する圧力透析法において、酸濃縮率を向上させることができる。
【０００９】
廃酸溶液にＡｌを添加して圧力透析を行った場合と、Ａｌを添加せずに圧力透析を行った場合の実施例・比較例を以下に示す。
【００１０】
［実施例１・比較例１］強酸の例
Ｈ２ＳＯ４１４３ｇ／ｌを含む廃酸溶液にＡｌ１６ｇ／ｌ（０．６ｍｏｌ／ｌ）を添加した場合とＡｌを添加しなかった場合とで圧力透析を行い、表１の結果を得た（温度：４４℃、透析圧：５ＭＰａ、微細孔の大きさ：０．１〜１ｎｍ、荷電基の種類：アミノ基、固定電荷密度：（１〜１０）×１０−８ 当量／ｋｇ−Ｈ２Ｏ）。
【表１】
すなわち、廃酸液にＡｌを添加した場合、分離膜２のＨ２ＳＯ４の透過が促進され、透析液漕１２側においてＨ２ＳＯ４を濃縮することができる。
【００１１】
［実施例２・比較例２］強酸の例
ＨＣｌ１７９ｇ／ｌを含む廃酸溶液にＡｌ５．０ｇ／ｌ（０．１９ｍｏｌ／ｌ）を添加した場合とＡｌを添加しなかった場合とで圧力透析を行い、表２の結果を得た（温度：４０℃、透析圧：５ＭＰａ、微細孔の大きさ：０．１〜１ｎｍ、荷電基の種類：アミノ基、固定電荷密度：（１〜１０）×１０−８ 当量／ｋｇ−Ｈ２Ｏ）。
【表２】
すなわち、廃酸液にＡｌを添加した場合、分離膜２のＨＣｌの透過が促進され、透析液漕１２側においてＨＣｌを濃縮することができる。
【００１２】
［実施例３・比較例３］弱酸の例
Ｈ３ＰＯ４１６３ｇ／ｌを含む廃酸溶液にＡｌ１．９ｇ／ｌ（０．０７ｍｏｌ／ｌ）を添加した場合とＡｌを添加しなかった場合とで圧力透析を行い、表３の結果を得た（室温、透析圧：３ＭＰａ、微細孔の大きさ：０．１〜１ｎｍ、荷電基の種類：アミノ基、固定電荷密度：（１〜１０）×１０−８ 当量／ｋｇ−Ｈ２Ｏ）。
【表３】
すなわち、廃酸液にＡｌを添加した場合、分離膜２のＨ３ＰＯ４の透過が抑制され、廃酸液漕１１側においてＨ３ＰＯ４を濃縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
この発明は、各種廃酸溶液からの酸回収などを目的として、廃酸溶液中の酸を濃縮する方法に関するものであって、産業上の利用可能性を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施例に用いられる圧力透析装置の模式図
【符号の説明】
【００１５】
１ 圧力透析装置
１１ 廃酸液漕
１２ 透析液漕
２ 分離膜
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アルミサッシ製造工程におけるアルマイト陽極酸化処理液からの硫酸回収、アルミコンデンサー製造工程におけるＨＣｌによるアルミホイルエッチング工程からの塩酸回収、アルミ材のリン酸による化学研磨工程からのリン酸回収、その他酸洗浄などによる廃酸溶液からの酸回収などを目的として、廃酸溶液中の酸を濃縮する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、廃酸溶液中の酸を濃縮する方法としては、電位差を駆動力とする電気透析法、濃度差を駆動力とする拡散透析法、吸着力を駆動力とするイオン交換膜法、圧力を駆動力とする逆浸透法、圧力透析法などが用いられている。
【０００３】
電気透析法は金属除去率がよいが設備投資、ランニングコストともに高コストで経済性に難があり、拡散透析法は操作が簡単で金属除去率がよく、ランニングコストも比較的安価であるものの、所要膜面積が大きくメンテナンス性に欠け、原液量とほぼ同じ廃液を排出する等の欠点がある。
イオン交換樹脂法は金属除去率がよく、ランニングコストも比較的安価であるが、建設費が高く操作が複雑である。
逆浸透法はｐＨ２以下の酸濃度に対して耐久性に欠ける。また、本願発明と同様に圧力透析を用いることも提案されている。この方法は金属除去率がよく廃酸量を減らすことができるが、酸濃縮率がよくない。
すなわち、何れの方法によっても一長一短がある。
【特許文献１】特開２００３−１４４８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明は、操作性及び経済性に優れ、かつ、酸濃縮率を向上させる酸の濃縮方法を得ることを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の酸の濃縮方法は、ナノメーター単位、好ましくは０．１〜１０ｎｍの微細孔を備え荷電した分離膜が装着された圧力透析装置にＡｌを含有する廃酸溶液を加圧して供給し、前記分離膜で透析して廃酸溶液中の酸を濃縮することを特徴とするものである。膜中に含まれる単位量の水に対する固定電荷の量（固定電荷密度）は０．１〜１０×１０−８当量／ｋｇ程度が好ましい。
前記廃酸溶液のＡｌの濃度は０．０１ｍｏｌないし２ｍｏｌであることが好ましく（請求項２）、この範囲の濃度となるように必要によりＡｌを添加し、又は溶液を希釈する。Ａｌ濃度が０．０１ｍｏｌ以上でないとＡｌを固定電荷として機能させることができず、また、２ｍｏｌ以上であると浸透圧が高くなって透析が困難な場合が生ずるためである。
また、透析の操作圧力は１ないし７ＭＰａとするのが好ましい（請求項３）。操作圧力が１ＭＰａ以下ではフラックス（単位時間・単位膜面積当たりの膜ろ過水量）が小さく、７ＭＰａ以上では装置の耐圧性により運転に支障が生ずる場合があるためである。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、廃酸溶液中にＡｌが含有されており、溶液中でＡｌは網目構造のＡｌ３＋イオンとして存在し、このＡｌ３＋イオンがあたかも固定電荷のように振る舞うものと考えられる。そのために、処理すべき廃酸溶液が陰イオンの解離度が高い強酸の廃酸溶液である場合には、陰イオン及びＨ＋イオンの分離膜透過が共に促進されるので、分離膜の酸の阻止率を大幅に減少させることができる。他方、陰イオンの解離度が低い弱酸の廃酸溶液である場合には、陰イオンよりもＨ＋イオンの分離膜透過が促進されるので、結果として陰イオンは廃酸溶液側に濃縮され、分離膜の酸の阻止率を大幅に増大させることができる。
したがって、Ａｌを含有した廃酸溶液を透析圧で圧力透析装置に供給、透析することで、強酸の場合には透析液側において、弱酸の場合には廃酸溶液側において酸を濃縮することができる。
ここで、阻止率は、分離膜を介した供給液側の溶質の濃度Ｃｃ と透析液側の溶質濃度Ｃｐで定義され、〔阻止率Ｒ＝（１−Ｃｐ／Ｃｃ）×１００［％］〕で求められる。
したがって、操作性及び経済性に優れ、かつ、金属除去率がよく廃酸量も少ない利点を有する圧力透析法において、酸濃縮率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、この発明の酸の濃縮方法に用いる圧力透析装置の模式図である。
圧力透析装置１の内部には分離膜２が取り付けられ、この分離膜２によって圧力透析装置１の内部は廃酸液漕１１と透析液漕１２とに隔てられ、廃酸液漕１１には透析される廃酸液を供給する供給口１１１及び透析後の廃液を取り出す取出口１１２が設けられ、透析液漕１２には透析液を取り出するための取出口１２２が設けられている。
分離膜２はナノメーター単位（０．１〜１０ｎｍ）の微細孔を多数備えた構造となっており、廃酸液漕１１側に廃酸液を供給して圧力を加えると水及び酸は透過するが、金属及び分子量の大きな有機物は透過しない。また、この微細孔は低級のアミノ基又は４級アンモニウム塩基などの荷電基をもつものとしてあり、その固定電荷密度は０．１〜１０×１０−８当量／ｋｇ程度としてある。
【０００８】
前記廃酸液漕１１に供給される廃酸液は０．０１〜２ｍｏｌの濃度でＡｌを含有するものとする。廃酸液のＡｌ濃度がこれよりも高い場合は希釈してこの範囲に調製し、これよりも低い場合はＡｌを添加する。この廃酸液に１Ｍｐａないし７Ｍｐａの圧力を加えて分離膜を透過させて圧力透析を行う。
廃酸液がＡｌを含有することによって、濃縮対象となる酸が硫酸などの強酸である場合には、ＳＯ４２−などの陰イオン及びＨ＋イオンの分離膜透過が共に促進されるので、分離膜の酸の阻止率が負の値となり、硫酸が透析液漕１２側において濃縮される。他方、リン酸などの弱酸の場合には、ＰＯ４３−などの陰イオンよりもＨ＋イオンの分離膜透過が促進されるので、分離膜の酸の阻止率が正の値に増大され、リン酸が廃酸液漕１１側において濃縮される。
したがって、操作性及び経済性に優れ、かつ、金属除去率がよく廃酸量も少ない利点を有する圧力透析法において、酸濃縮率を向上させることができる。
【０００９】
廃酸溶液にＡｌを添加して圧力透析を行った場合と、Ａｌを添加せずに圧力透析を行った場合の実施例・比較例を以下に示す。
【００１０】
［実施例１・比較例１］強酸の例
Ｈ２ＳＯ４１４３ｇ／ｌを含む廃酸溶液にＡｌ１６ｇ／ｌ（０．６ｍｏｌ／ｌ）を添加した場合とＡｌを添加しなかった場合とで圧力透析を行い、表１の結果を得た（温度：４４℃、透析圧：５ＭＰａ、微細孔の大きさ：０．１〜１ｎｍ、荷電基の種類：アミノ基、固定電荷密度：（１〜１０）×１０−８ 当量／ｋｇ−Ｈ２Ｏ）。
【表１】
すなわち、廃酸液にＡｌを添加した場合、分離膜２のＨ２ＳＯ４の透過が促進され、透析液漕１２側においてＨ２ＳＯ４を濃縮することができる。
【００１１】
［実施例２・比較例２］強酸の例
ＨＣｌ１７９ｇ／ｌを含む廃酸溶液にＡｌ５．０ｇ／ｌ（０．１９ｍｏｌ／ｌ）を添加した場合とＡｌを添加しなかった場合とで圧力透析を行い、表２の結果を得た（温度：４０℃、透析圧：５ＭＰａ、微細孔の大きさ：０．１〜１ｎｍ、荷電基の種類：アミノ基、固定電荷密度：（１〜１０）×１０−８ 当量／ｋｇ−Ｈ２Ｏ）。
【表２】
すなわち、廃酸液にＡｌを添加した場合、分離膜２のＨＣｌの透過が促進され、透析液漕１２側においてＨＣｌを濃縮することができる。
【００１２】
［実施例３・比較例３］弱酸の例
Ｈ３ＰＯ４１６３ｇ／ｌを含む廃酸溶液にＡｌ１．９ｇ／ｌ（０．０７ｍｏｌ／ｌ）を添加した場合とＡｌを添加しなかった場合とで圧力透析を行い、表３の結果を得た（室温、透析圧：３ＭＰａ、微細孔の大きさ：０．１〜１ｎｍ、荷電基の種類：アミノ基、固定電荷密度：（１〜１０）×１０−８ 当量／ｋｇ−Ｈ２Ｏ）。
【表３】
すなわち、廃酸液にＡｌを添加した場合、分離膜２のＨ３ＰＯ４の透過が抑制され、廃酸液漕１１側においてＨ３ＰＯ４を濃縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
この発明は、各種廃酸溶液からの酸回収などを目的として、廃酸溶液中の酸を濃縮する方法に関するものであって、産業上の利用可能性を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施例に用いられる圧力透析装置の模式図
【符号の説明】
【００１５】
１ 圧力透析装置
１１ 廃酸液漕
１２ 透析液漕
２ 分離膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノメーター単位の微細孔を備え荷電した分離膜が装着された圧力透析装置に、Ａｌを含有する廃酸溶液を加圧して供給し、前記分離膜で透析して廃酸溶液中の酸を濃縮することを特徴とする酸の濃縮方法。
【請求項２】
廃酸溶液のＡｌ濃度は０．０１ｍｏｌないし２ｍｏｌとした、請求項１記載の酸の濃縮方法。
【請求項３】
透析の操作圧力は１ないし７ＭＰａとした、請求項１又は２記載の酸の濃縮方法。
【請求項１】
ナノメーター単位の微細孔を備え荷電した分離膜が装着された圧力透析装置に、Ａｌを含有する廃酸溶液を加圧して供給し、前記分離膜で透析して廃酸溶液中の酸を濃縮することを特徴とする酸の濃縮方法。
【請求項２】
廃酸溶液のＡｌ濃度は０．０１ｍｏｌないし２ｍｏｌとした、請求項１記載の酸の濃縮方法。
【請求項３】
透析の操作圧力は１ないし７ＭＰａとした、請求項１又は２記載の酸の濃縮方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−２６０００９（Ｐ２０１０−２６０００９Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１３５３４（Ｐ２００９−１１３５３４）
【出願日】平成２１年５月８日（２００９．５．８）
【出願人】（５０５２３２３２４）株式会社野坂電機 (7)
【出願人】（５０００５７１１３）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月８日（２００９．５．８）
【出願人】（５０５２３２３２４）株式会社野坂電機 (7)
【出願人】（５０００５７１１３）
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]