電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水の製造方法
【課題】本発明は、炭酸の逆拡散の発生を抑制し、高水質の脱イオン水を得ることができる電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水の製造方法を提供する。
【解決手段】電気式脱イオン水製造装置において、濃縮室のアニオン交換体とカチオン交換膜との間に、連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体と、該有機多孔質体の骨格表面に固着する直径４〜４０μｍの多数の粒子体又は該有機多孔質体の骨格表面上に形成される大きさが４〜４０μｍの多数の突起体との複合構造体であって、水湿潤状態で孔の平均直径１０〜１５０μｍ、全細孔容積０．５〜５ｍｌ／ｇであるモノリス状有機多孔質カチオン交換体を設ける。
【解決手段】電気式脱イオン水製造装置において、濃縮室のアニオン交換体とカチオン交換膜との間に、連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体と、該有機多孔質体の骨格表面に固着する直径４〜４０μｍの多数の粒子体又は該有機多孔質体の骨格表面上に形成される大きさが４〜４０μｍの多数の突起体との複合構造体であって、水湿潤状態で孔の平均直径１０〜１５０μｍ、全細孔容積０．５〜５ｍｌ／ｇであるモノリス状有機多孔質カチオン交換体を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体、液晶、製薬、食品工業等の各種産業、民生用ないし研究施設等において利用される電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水の製造方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
脱イオン水を製造する方法として、従来からイオン交換樹脂に被処理水を通して脱イオンを行う方法が知られている。しかし、この方法では、イオン交換樹脂がイオンで飽和されたときに、通常薬剤によって再生を行う。このような再生処理は、処理操作上の不利であり、このような点を解消するため、薬剤による再生が不要な電気式脱イオン法による脱イオン水製造方法が確立され、実用化に至っている。
【０００３】
このような脱塩処理を行う電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ）においては、陽極と陰との間に、一側のカチオン交換膜と他側のアニオン交換膜とで区画され、イオン交換体が充填された脱塩室と、カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室とが配置される。通常、脱塩室及び濃縮室は複数組配置される。そして、電気式脱イオン水製造装置によって脱イオン水を製造する場合、陽極と陰極間に直流電流を流した状態で、イオン交換体が充填された脱塩室内に被処理水を、濃縮室に濃縮水を通水させることによって、被処理水中のイオンを濃縮水中に移動させ、脱イオン水を得る。
【０００４】
ここで、脱塩室に流入させる被処理水中の硬度が高い場合、例えば、水道水または水道水をＲＯ膜処理した水を被処理水として用いると、濃縮室のアニオン交換膜面に硬度スケールが発生しやすい。すなわち、被処理水中に炭酸成分と硬度成分が含まれていると、電気式脱イオン水製造装置の濃縮室に移動したカルシウムイオンやマグネシウムイオンが濃縮室のアニオン交換膜面で炭酸イオン等と結合し、炭酸カルシウムや炭酸マグネシウム等の硬度スケールを生じやすい。
【０００５】
特許文献１には、濃縮室のアニオン交換膜側に特定構造のアニオン交換体を配置する電気式脱イオン水製造装置が提案されている。この特許文献１の装置によれば、ＯＨイオンの濃縮液への拡散希釈が、多孔性アニオン交換体表面より促進され、多孔性アニオン交換体表面におけるＯＨイオン濃度の速やかな低減が図られる。他方、硬度成分イオンは、多孔性アニオン交換体の内部に侵入し難くなり、ＯＨイオンと硬度成分イオンとが接触し反応する機会が低減されるため、硬度成分の析出や蓄積が抑制される。
【０００６】
しかし、被処理水中の炭酸（遊離炭酸、重炭酸イオン、炭酸イオンの総称）が脱塩室から陽極側のアニオン交換膜を介して濃縮室へ移動すると、（詳細は後述するが）濃縮室内のアニオン交換体はＨＣＯ３形となる。そして、ＨＣＯ３形のアニオン交換体に電流が流れると、ＨＣＯ３−（及びＣＯ３２−）が電場によってカチオン交換膜近傍まで引き寄せられるが、カチオン交換膜を透過することはできず、カチオン交換膜近傍で濃縮される。また、水素イオンがカチオン交換膜を透過してくるため、カチオン交換膜付近のｐＨは低くなる。そうすると、水と炭酸ガス（ＣＯ２）が発生し、カチオン交換膜近傍に高濃度炭酸ガス含有水溶液層が形成される。そして、炭酸ガスは、拡散によってカチオン交換膜１０を透過して脱塩室へ移動（逆拡散）してしまう。すなわち、一旦被処理水中から除去された炭酸が、炭酸ガスとして被処理水中に再度溶解される、いわゆる炭酸の逆拡散が発生し、脱塩室から排出される処理水が炭酸成分で汚染される。
【０００７】
特許文献２では、濃縮室に充填されたアニオン交換樹脂とカチオン交換膜との間に強塩基性アニオン基を有さない水透過性体を設けることにより、炭酸の逆拡散の発生を抑制する電気式脱イオン水製造装置が提案されている。この特許文献２の装置によれば、ＨＣＯ３−等が水透過性体でブロックされ、カチオン交換膜近傍にまで拡散することを防止して、炭酸の逆拡散を防止することができる。
【０００８】
また、特許文献３には、濃縮室にアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂を充填することにより、炭酸の逆拡散の発生を抑制する電気式脱イオン水製造装置が提案されている。この特許文献３の装置によれば、カチオンおよびアニオンの両方が濃縮室内で移動可能になり、炭酸の逆拡散を比較的小さくして、かつスケールの発生も少なくできる。
【０００９】
なお、出願人は、先に濃縮室のアニオン交換体とカチオン交換膜の間に、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なり合った部分に開口部を有する連続気泡構造のモノリス状有機多孔質カチオン交換体を配置したＥＤＩを提案している（特願２００７−３１８１２５号）。
【００１０】
しかしながら、特願２００７−３１８１２５号に記載の有機多孔質陽イオン交換体は、断面積中の骨格部の面積が、単位断面積当たり３〜５０％の範囲と記載されているものの、全細孔容積５ｍｌ／ｇ以下の細孔容積の小さなモノリスについては、油中水滴型エマルジョン中の水滴の量を少なくする必要があるため共通の開口は小さくなり、実質的に開口の平均径２０μｍ以上のものは製造できない。また、特願２００７−３１８１２５号に記載のモノリスの連続気泡構造を形成する骨格表面には突起状物が観察されていない。このため、本発明で使用する有機多孔質陽イオン交換体と特願２００７−３１８１２５号に記載の有機多孔質陽イオン交換体とはその構造を違える。なお、特願２００７−３１８１２５号に記載の有機多孔質陽イオン交換体の製造方法の詳細は、特開２００２−３０６９７６号にも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−２２５０７８号公報
【特許文献２】特開２００４−３５８４４０号公報
【特許文献３】特開２００４−３４００４号公報
【特許文献４】特開２００９−６２５１２号公報
【特許文献５】特開２００９−６７９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の目的は、上記と異なる構成で炭酸の逆拡散の発生を抑制し、高水質の脱イオン水を得ることができる電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、陽極と陰極との間に、一側のカチオン交換膜と他側のアニオン交換膜とで区画され、イオン交換体が充填された脱塩室と、前記カチオン交換膜、前記アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に設けられ、アニオン交換体が充填された濃縮室とを配置する電気式脱イオン水製造装置であって、前記濃縮室のアニオン交換体と前記カチオン交換膜との間に、連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体と、該有機多孔質体の骨格表面に固着する直径４〜４０μｍの多数の粒子体又は該有機多孔質体の骨格表面上に形成される大きさが４〜４０μｍの多数の突起体との複合構造体であって、水湿潤状態で孔の平均直径１０〜１５０μｍ、全細孔容積０．５〜５ｍｌ／ｇであり、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量０．２ｍｇ当量/ｍｌ以上であるモノリス状有機多孔質カチオン交換体を配置することを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。
【００１４】
また、本発明は、陽極と陰極との間に、一側のカチオン交換膜と他側のアニオン交換膜とで区画され、イオン交換体が充填された脱塩室と、前記カチオン交換膜、前記アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に設けられ、アニオン交換体が充填された濃縮室と、を配置する電気式脱イオン水製造装置を利用して脱イオン水を製造する脱イオン水の製造方法であって、前記濃縮室のアニオン交換体と前記カチオン交換膜との間に、連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体と、該有機多孔質体の骨格表面に固着する直径４〜４０μｍの多数の粒子体又は該有機多孔質体の骨格表面上に形成される大きさが４〜４０μｍの多数の突起体との複合構造体であって、水湿潤状態で孔の平均直径１０〜１５０μｍ、全細孔容積０．５〜５ｍｌ／ｇであり、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量０．２ｍｇ当量/ｍｌ以上であるモノリス状有機多孔質カチオン交換体を配置することを特徴とする脱イオン水の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、炭酸の逆拡散の発生を抑制し、高水質の脱イオン水を得ることができる。また、本発明は、モノリス状有機多孔質カチオン交換体の強度を高くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】参考例１で得られたモノリスの倍率１００のＳＥＭ画像である。
【図２】参考例１で得られたモノリスの倍率３００のＳＥＭ画像である。
【図３】参考例１で得られたモノリスの倍率３０００のＳＥＭ画像である。
【図４】参考例１で得られたモノリスカチオン交換体の表面における硫黄原子の分布状態を示したＥＰＭＡ画像である。
【図５】参考例１で得られたモノリスカチオン交換体の断面（厚み）方向における硫黄原子の分布状態を示したＥＰＭＡ画像である。
【図６】参考例２で得られたモノリスの倍率１００のＳＥＭ画像である。
【図７】参考例２で得られたモノリスの倍率６００のＳＥＭ画像である。
【図８】参考例２で得られたモノリスの倍率３０００のＳＥＭ画像である。
【図９】参考例３で得られたモノリスの倍率６００のＳＥＭ画像である。
【図１０】参考例３で得られたモノリスの倍率３０００のＳＥＭ画像である。
【図１１】参考例４で得られたモノリスの倍率３０００のＳＥＭ画像である。
【図１２】参考例５で得られたモノリスの倍率１００のＳＥＭ画像である。
【図１３】参考例５で得られたモノリスの倍率３０００のＳＥＭ画像である。
【図１４】本実施の形態に係る電気式脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図１５】本実施の形態に係る濃縮室の構成の一例を示す分解斜視図である。
【図１６】本発明の他の実施の形態に係る電気式脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図１７】濃縮室から脱塩室に移動する炭酸成分量を測定するための試験セルを示す概略構成図である。
【図１８】突起体の模式的な断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態における電気式脱イオン水製造装置は、陽極と陰極との間に、一側のカチオン交換膜と他側のアニオン交換膜とで区画され、イオン交換体が充填された脱塩室と、前記カチオン交換膜、前記アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に設けられ、アニオン交換体が充填された濃縮室とが配置される。ここで、本実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の脱塩室は、上記構成を有するものであれば、単一の脱塩室であっても、例えば、当該カチオン交換膜と当該アニオン交換膜との間に位置する中間イオン交換膜により２つの小脱塩室に区画された脱塩室であって、被処理水が２つの小脱塩室を順次流れるように構成されたものであってもよい。この２つの小脱塩室に区画された脱塩室を用いると、被処理水の脱塩処理を効率よく行うことが可能になる。
【００１８】
以下に、カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に位置する中間イオン交換膜により２つの小脱塩室に区画された脱塩室を一例として説明する。
【００１９】
図１４は、本実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の概略構成図である。電気式脱イオン水製造装置１には、カチオン交換膜１０と、中間イオン交換膜１２と、アニオン交換膜１４とが互いに離間して交互に配置され、中間イオン交換膜１２とアニオン交換膜１４とで区画される第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５及びカチオン交換膜１０と中間イオン交換膜１２とで区画される第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６が形成されている。第一小脱塩室ｄ１と第二小脱塩室ｄ２とで脱塩室Ｄ１、第一小脱塩室ｄ３と第二小脱塩室ｄ４とで脱塩室Ｄ２、第一小脱塩室ｄ５と第二小脱塩室ｄ６とで脱塩室Ｄ３を形成する。また、脱塩室Ｄ１とＤ２、Ｄ２とＤ３のそれぞれの間に位置するアニオン交換膜１４とカチオン交換膜１０とで形成される部分は、濃縮水を流すための濃縮室１６（１６ａ、１６ｂ）とする。これを順次に併設して図１４中、左より脱塩室Ｄ１、濃縮室１６ａ、脱塩室Ｄ２、濃縮室１６ｂ、脱塩室Ｄ３が形成される。なお、図１４の脱塩室及び濃縮室の数は、被処理水の処理流量などにより適宜決定され、上記に限定されない。また、濃縮室は、必要に応じて脱塩室と後述する電極室との間に設けることもできる。
【００２０】
図１４に示す第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５には、アニオン交換体２０が充填され、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６には、アニオン交換体及びカチオン交換体の混合イオン交換体１８（以下、単に「混合体１８」とも言う。）が充填されている。なお、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５及び第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、６に充填されるイオン交換体は、上記に限定されるものではなく、脱塩処理の目的に応じて適宜選択すればよい。
【００２１】
上記実施の形態における中間イオン交換膜１２はアニオン交換膜であるが、特に制限されるものではない。
【００２２】
濃縮室１６ａ、１６ｂには、アニオン交換体２２が充填されている。濃縮室１６ａ、１６ｂにアニオン交換体２２を充填することで、濃縮室１６ａ、１６ｂのカチオン交換膜１０面に炭酸が拡散して、カチオン交換膜１０面に硬度スケールが発生するのを防止でき、また高伝導度のアニオン交換体２２が存在することで印加電圧を低電圧化することができる。
【００２３】
また、濃縮室１６ａ、１６ｂには、アニオン交換体２２とカチオン交換膜１０との間に、モノリス状有機多孔質カチオン交換体２３が配置されている。モノリス状有機多孔質カチオン交換体２３には、マクロポア及び開口部により濃縮室の流路が形成されるか、あるいは共連続構造の空孔により濃縮室の流路が形成されている。
【００２４】
図１５は、本実施の形態における濃縮室の構成の一例を示す分解斜視図である。図１５に示すように、濃縮室１６ａ、１６ｂには、脱塩室Ｄ１、Ｄ２のアニオン交換膜１４と別の脱塩室Ｄ２、Ｄ３のカチオン交換膜１０との間に枠体２５が配置され、枠体２５のくり抜かれた部分に、アニオン交換体２２が充填されている。また、枠体２５とカチオン交換膜１０との間にモノリス状有機多孔質カチオン交換体２３が配置されている。枠体２５とアニオン交換膜１４、枠体２５とモノリス状有機多孔質カチオン交換体２３、モノリス状有機多孔質カチオン交換体２３とカチオン交換膜１０はそれぞれ封着されている。また、本実施の形態では、枠体２５とカチオン交換膜１０との間に別の枠体を配置し、当該枠体のくり抜かれた部分にモノリス状有機多孔質カチオン交換体２３が配置されていてもよい。なお、イオン交換膜は通常比較的柔らかいものであるため、アニオン交換膜１４と枠体２５との封着時には、アニオン交換膜１４が湾曲して、枠体２５のくり抜かれた部分に充填されたアニオン交換体２２の充填層が不均一となりやすい。これを防止するため、枠体２５の空間部に複数のリブ（不図示）が縦設されてもよい。また、図では省略するが、枠体２５に濃縮水の流入口及び流出口が付設されている。
【００２５】
脱塩室Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３も上記同様に枠体を用いて、枠体のくり抜かれた部分にイオン交換体が充填される構成であることが好ましい。すなわち、カチオン交換膜１０及び中間イオン交換膜１２との間、中間イオン交換膜１２とアニオン交換膜１４との間に枠体が配置され、各枠体のくり抜かれた部分にイオン交換体が充填される。また各枠体とカチオン交換膜１０、中間イオン交換膜１２、アニオン交換膜１４とは、封着される。
【００２６】
両端の脱塩室Ｄ１、Ｄ３の両外側と両電極（陰極２４、陽極２６）との間の空間をそれぞれ電極室２８、３０として、ここに電極水（本実施の形態例では濃縮水）が通水される。なお、電極室２８、３０には、必要に応じてカチオン交換体、アニオン交換体等が充填されてもよい。図１４の例では、電極室２８にアニオン交換体３２が、電極室３０にカチオン交換体３４が配設されているが、これに限らない。
【００２７】
図１４の電気式脱イオン水製造装置１において、被処理水が流入するための第一流入ライン３６が、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５の入口にそれぞれ接続され、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５の出口からの被処理水が流出するための第一流出ライン３８が、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６の入口へ被処理水が流入するための第二流入ライン４０に接続されている。処理水が流出するための第二流出ライン４２が、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６の出口にそれぞれ接続されている。上記構成によって、被処理水は、まず、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５に供給され、脱塩処理される。そして、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５を通過した被処理水が、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６に供給され、さらに脱塩処理されて処理水として排出される。なお、被処理水の通水経路は、上記に制限されるものではなく、例えば、混合体１８が充填された第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６からアニオン交換体２０が充填された第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５へ被処理水が通水されてもよい。
【００２８】
また、濃縮水流入ライン４８は、濃縮室１６ａ、１６ｂの入口にそれぞれ接続され、濃縮水流出ライン５０は、濃縮室１６ａ、１６ｂの出口にそれぞれ接続されている。電極水流入ラインは、濃縮水流入ライン４８と同一のラインとし、電極室２８、３０の入口にそれぞれ接続され、電極水流出ラインは、濃縮水流出ライン５０と同一のラインとし、電極室２８、３０の出口にそれぞれ接続されている。本実施の形態例において、電極水流入ライン及び濃縮水流入ライン４８、電極水流出ライン及び濃縮水流出ライン５０をそれぞれ同一のラインとしているが、異なるラインとしてもよい。また、濃縮水及び電極水として流入させる溶液を同じものとして通水させているが、これに限られず、濃縮水及び電極水を異なる溶液としてもよい。
【００２９】
また、本実施の形態例では、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５に流入する被処理水の流れ方向及び第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６に流入する被処理水の流れ方向は共に下降方向であり、濃縮水の流れ方向はその逆の上昇方向であるが、これに制限されない。
【００３０】
本実施の形態における電気式脱イオン水製造装置１によって、脱イオン水を製造する場合の運転方法の一例を以下に説明する。まず、陰極２４と陽極２６間に直流電流を流した状態で、第一流入ライン３６から被処理水を流入させると共に、濃縮水流入ライン４８から濃縮水を流入させる。第一流入ライン３６から流入した被処理水は、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５を流れ、アニオン交換体２０の充填層を通過する際に炭酸（遊離炭酸、重炭酸イオン、炭酸イオン）、シリカ等のアニオンが除去される。更に、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５の第一流出ライン３８を通った被処理水は、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６の第二流入ライン４０を流れ、混合体１８の充填層を通過する際にカチオン及びアニオンが除去され、処理水（脱イオン水）が第二流出ライン４２から得られる。また、濃縮水流入ライン４８から流入した濃縮水は、各濃縮室１６ａ、１６ｂを流れ、カチオン交換膜１０及びアニオン交換膜１４を介して移動してくるイオンを受取り、イオンを濃縮した濃縮水として濃縮水流出ライン５０から流出される。さらに、濃縮水流入ライン４８（電極水流入ライン）から流入した電極水は、濃縮水流出ライン５０（電極水流出ライン）から流出される。上述の運転によって、被処理水中の不純物イオンが除去された処理水（脱イオン水）が得られる。
【００３１】
先に流入する第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５のアニオン交換体２０にて捕捉される炭酸（遊離炭酸、重炭酸イオン、炭酸イオン）は、水酸化物イオンやアニオン交換体２０に捕捉された他のアニオン成分と共に陽極側のアニオン交換膜１４を通過し、濃縮室１６ａ、１６ｂへと移動する。濃縮室１６ａ、１６ｂのアニオン交換体２２は、移動してきた炭酸によりＨＣＯ３形のアニオン交換体となる。仮に、本実施形態とは異なり、濃縮室１６ａ、１６ｂ内のアニオン交換体２２とカチオン交換膜１０との間にモノリス状有機多孔質カチオン交換体２３が配置されていない状態で、ＨＣＯ３形のアニオン交換体に電流が流れると、ＨＣＯ３−（及びＣＯ３２−）は電場によってカチオン交換膜１０近傍まで引き寄せられるが、カチオン交換膜１０を透過することはできず、カチオン交換膜１０近傍で濃縮される。これによって、カチオン交換膜１０を隔てて濃縮室１６ａ、１６ｂ（濃厚側）と第一小脱塩室ｄ３、ｄ５（希薄側）との間にＨＣＯ３−（及びＣＯ３２−）の急な濃度勾配が発生する。また、カチオン交換膜１０からは水素イオンが透過してくるため、濃縮室１６ａ、１６ｂのカチオン交換膜１０近傍のｐＨは低くなる。そうすると、水と炭酸ガス（ＣＯ２）が発生し、カチオン交換膜１０近傍に高濃度炭酸ガス含有水溶液層が形成され、炭酸ガスは、拡散によってカチオン交換膜１０を透過して第二小脱塩室ｄ４，ｄ６へ移動（逆拡散）してしまう。これにより第二小脱塩室ｄ４，ｄ６から排出される最終処理水が炭酸で汚染されることになる。
【００３２】
これに対し、本実施の形態例では、濃縮室１６ａ、１６ｂ内のアニオン交換体２２とカチオン交換膜１０との間にモノリス状有機多孔質カチオン交換体２３が配置されているため、濃縮室１６ａ、１６ｂ内のアニオン交換体２２はカチオン交換膜１０と接触していない。したがって、高濃度炭酸ガス含有水溶液層は、カチオン交換膜１０から離れて、主にアニオン交換体２２と接するモノリス状有機多孔質カチオン交換体２３表面又は内部に形成される。また、モノリス状有機多孔質カチオン交換体２３のマクロポアと開口部あるいは空孔部は、濃縮水が通過する流路であるため、モノリス状有機多孔質カチオン交換体２３表面又は内部の炭酸ガスは、カチオン交換膜１０に接する前に濃縮水と共に濃縮室１６ａ、１６ｂから流出される。また、モノリス状有機多孔質カチオン交換体２３表面又は内部の炭酸ガスが、カチオン交換膜１０に到達したとしても、モノリス状有機多孔質カチオン交換体２３内で希薄化（低濃度化）されているため、カチオン交換膜１０を透過する炭酸ガスの量は大きく低減される。
【００３３】
また、本実施の形態例のモノリス状有機多孔質カチオン交換体２３は、イオン交換基（カチオン交換基）が分散しているため、イオン交換基のないモノリス状の有機多孔質体を濃縮室１６ａ、１６ｂ内のアニオン交換体２２とカチオン交換膜１０との間に配置するものより、電気式脱イオン水製造装置１の電気抵抗を低くすることができる。また、モノリス状有機多孔質カチオン交換体２３は、その他のメッシュ状物、不織布、織布等の多孔質カチオン交換体よりも充填率が高いため、その他のメッシュ状物、不織布、織布等の多孔質カチオン交換体を配置するよりも、電気式脱イオン水製造装置１の電気抵抗を低くすることができる。
【００３４】
また、被処理水を第一小脱塩室に充填されたアニオン交換体から第二小脱塩室に充填された混合体（アニオン交換体及びカチオン交換体）の順で接触させる構成では、炭酸の逆拡散現象が起こると、最終処理の第二小脱塩室に炭酸が移動するため、処理水が炭酸で汚染され易い。しかし、上記モノリス状有機多孔質カチオン交換体を濃縮室のアニオン交換体とカチオン交換体との間に配置することにより、炭酸の逆拡散現象が抑制されるため、このような構成でも最終処理水の炭酸汚染を防止することができる。また、脱塩室に充填された混合体によって、アニオン及びカチオンの両方のイオン除去が行え、高品位の脱イオン水を得ることができる。
【００３５】
本発明の電気式脱イオン水製造装置の濃縮室のアニオン交換体とカチオン交換膜との間に設置されるのは、複合構造のモノリス状有機多孔質カチオン交換体である。本明細書中、「モノリス状有機多孔質体」を単に「複合モノリス」と、「モノリス状有機多孔質カチオン交換体」又は「モノリス状有機多孔質イオン交換体」を単に「複合モノリスイオン交換体」と、「モノリス状の有機多孔質中間体」を単に「モノリス中間体」とも言う。
【００３６】
＜複合モノリスイオン交換体の説明＞
複合モノリスイオン交換体は、複合モノリスにイオン交換基を導入することで得られるものであり、連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体と、該有機多孔質体の骨格表面に固着する直径４〜４０μｍの多数の粒子体との複合構造体であるか、又は連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体と、該有機多孔質体の骨格表面上に形成される大きさが４〜４０μｍの多数の突起体との複合構造体であって、水湿潤状態で孔の平均直径１０〜１５０μｍ、全細孔容積０．５〜５ｍｌ／ｇであり、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量０．２ｍｇ当量/ｍｌ以上であり、イオン交換基が該複合構造体中に均一に分布している。なお、本明細書中、「粒子体」及び「突起体」を併せて「粒子体等」と言うことがある。
【００３７】
有機多孔質体の連続骨格相と連続空孔相（乾燥体）は、ＳＥＭ画像により観察することができる。有機多孔質体の基本構造としては、連続マクロポア構造及び共連続構造が挙げられる。有機多孔質体の骨格相は、柱状の連続体、凹状の壁面の連続体あるいはこれらの複合体として表れるもので、粒子状や突起状とは明らかに相違する形状のものである。
【００３８】
有機多孔質体の好ましい構造としては、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が水湿潤状態で平均直径３０〜１５０μｍの開口となる連続マクロポア構造体（以下、「第１の有機多孔質イオン交換体」とも言う。）及び水湿潤状態で平均の太さが１〜６０μｍの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に平均直径が水湿潤状態で１０〜１００μｍの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体（以下、「第２の有機多孔質イオン交換体」とも言う。）が挙げられる。
【００３９】
第１の有機多孔質イオン交換体の場合、有機多孔質体は、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が水湿潤状態で平均直径３０〜１５０μｍの開口（メソポア）となる連続マクロポア構造体である。複合モノリスイオン交換体の開口の平均直径は、モノリスにイオン交換基を導入する際、複合モノリス全体が膨潤するため、乾燥状態の複合モノリスの開口の平均直径よりも大となる。開口の平均直径が３０μｍ未満であると、濃縮水の圧力損失が高くなり、モノリスイオン交換体内で発生した炭酸ガスを濃縮水とともに、排水させることが困難となる場合がある。また、開口の平均直径が大き過ぎると、流体とモノリスイオン交換体との接触が不十分となり、その結果、イオン交換特性が低下してしまうため好ましくない。
【００４０】
なお、本発明では、乾燥状態のモノリス中間体の開口の平均直径、乾燥状態の複合モノリスの空孔又は開口の平均直径及び乾燥状態の複合モノリスイオン交換体の空孔又は開口の平均直径は、水銀圧入法により測定される値である。また、本発明の有機多孔質イオン交換体において、水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の空孔又は開口の平均直径は、乾燥状態の複合モノリスイオン交換体の空孔又は開口の平均直径に、膨潤率を乗じて算出される値である。具体的には、水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の直径がｘ１（ｍｍ）であり、その水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体を乾燥させ、得られる乾燥状態の複合モノリスイオン交換体の直径がｙ１（ｍｍ）であり、この乾燥状態の複合モノリスイオン交換体を水銀圧入法により測定したときの空孔又は開口の平均直径がｚ１（μｍ）であったとすると、水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の空孔又は開口の平均直径（μｍ）は、次式「水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の空孔又は開口の平均直径（μｍ）＝ｚ１×（ｘ１／ｙ１）」で算出される。また、イオン交換基導入前の乾燥状態の複合モノリスの空孔又は開口の平均直径、及びその乾燥状態の複合モノリスにイオン交換基導入したときの乾燥状態の複合モノリスに対する水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の膨潤率がわかる場合は、乾燥状態の複合モノリスの空孔又は開口の平均直径に、膨潤率を乗じて、複合モノリスイオン交換体の空孔の水湿潤状態の平均直径を算出することもできる。
【００４１】
第２の有機多孔質体イオン交換体の場合、有機多孔質体は、水湿潤状態で平均直径が１〜６０μｍの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に平均直径が水湿潤状態で１０〜１００μｍの三次元的に連続した空孔を有する共連続構造である。三次元的に連続した空孔の直径が１０μｍ未満であると、濃縮液透過時の圧力損失が高くなり、モノリスイオン交換体内で発生した炭酸ガスを濃縮水と共に、排水させることが困難となる場合があり好ましくなく、１００μｍを超えると、強度が低下する場合や、充填率が低くなり電気式脱イオン水製造装置の電気抵抗が高くなる場合がある。
【００４２】
上記共連続構造の空孔の水湿潤状態での平均直径は、公知の水銀圧入法で測定した乾燥状態の複合モノリスイオン交換体の空孔の平均直径に、膨潤率を乗じて算出される値である。具体的には、水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の直径がｘ２（ｍｍ）であり、その水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体を乾燥させ、得られる乾燥状態の複合モノリスイオン交換体の直径がｙ２（ｍｍ）であり、この乾燥状態の複合モノリスイオン交換体を水銀圧入法により測定したときの空孔の平均直径がｚ２（μｍ）であったとすると、複合モノリスイオン交換体の空孔の水湿潤状態での平均直径（μｍ）は、次式「複合モノリスイオン交換体の空孔の水湿潤状態の平均直径（μｍ）＝ｚ２×（ｘ２／ｙ２）」で算出される。また、イオン交換基導入前の乾燥状態の複合モノリスの空孔の平均直径、及びその乾燥状態の複合モノリスにイオン交換基導入したときの乾燥状態の複合モノリスに対する水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の膨潤率がわかる場合は、乾燥状態の複合モノリスの空孔の平均直径に、膨潤率を乗じて、複合モノリスイオン交換体の空孔の水湿潤状態の平均直径を算出することもできる。また、上記共連続構造体の骨格の水湿潤状態での平均太さは、乾燥状態の複合モノリスイオン交換体のＳＥＭ観察を少なくとも３回行い、得られた画像中の骨格の太さを測定し、その平均値に、膨潤率を乗じて算出される値である。具体的には、水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の直径がｘ３（ｍｍ）であり、その水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体を乾燥させ、得られる乾燥状態の複合モノリスイオン交換体の直径がｙ３（ｍｍ）であり、この乾燥状態の複合モノリスイオン交換体のＳＥＭ観察を少なくとも３回行い、得られた画像中の骨格の太さを測定し、その平均値がｚ３（μｍ）であったとすると、複合モノリスイオン交換体の連続構造体の骨格の水湿潤状態での平均太さ（μｍ）は、次式「複合モノリスイオン交換体の連続構造体の骨格の水湿潤状態の平均太さ（μｍ）＝ｚ３×（ｘ３／ｙ３）」で算出される。また、イオン交換基導入前の乾燥状態の複合モノリスの骨格の平均太さ、及びその乾燥状態の複合モノリスにイオン交換基導入したときの乾燥状態の複合モノリスに対する水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の膨潤率がわかる場合は、乾燥状態の複合モノリスの骨格の平均太さに、膨潤率を乗じて、複合モノリスイオン交換体の骨格の水湿潤状態の平均太さを算出することもできる。なお、共連続構造を形成する骨格は棒状であり円形断面形状であるが、楕円断面形状等異径断面のものが含まれていてもよい。この場合の太さは短径と長径の平均である。
【００４３】
また、三次元的に連続した骨格の平均直径が１μｍ未満であると、体積当りのイオン交換容量が低下してしまうため好ましくなく、６０μｍを超えると、イオン交換特性の均一性が失われるため好ましくない。
【００４４】
複合モノリスイオン交換体の水湿潤状態での孔の平均直径の好ましい値は１０〜１２０μｍである。複合モノリスイオン交換体を構成する有機多孔質体が第１の有機多孔質体の場合、複合モノリスイオン交換体の孔径の好ましい値は３０〜１２０μｍ、複合モノリスイオン交換体を構成する有機多孔質体が第２の有機多孔質体の場合、複合モノリスイオン交換体の孔径の好ましい値は１０〜９０μｍである。
【００４５】
本発明に係る複合モノリスイオン交換体において、水湿潤状態での粒子体の直径及び突起体の大きさは、４〜４０μｍ、好ましくは４〜３０μｍ、特に好ましくは４〜２０μｍである。なお、本発明において、粒子体及び突起体は、共に骨格表面に突起状に観察されるものであり、粒状に観察されるものを粒子体と称し、粒状とは言えない突起状のものを突起体と称する。図１８に、突起体の模式的な断面図を示す。図１８中の（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、骨格表面６１から突き出している突起状のものが突起体６２であり、突起体６２には、（Ａ）に示す突起体６２ａのように粒状に近い形状のもの、（Ｂ）に示す突起体６２ｂのように半球状のもの、（Ｃ）に示す突起体６２ｃのように骨格表面の盛り上がりのようなもの等が挙げられる。また、他には、突起体６１には、（Ｄ）に示す突起体６２ｄのように、骨格表面６１の平面方向よりも、骨格表面６１に対して垂直方向の方が長い形状のものや、（Ｅ）に示す突起体６２ｅのように、複数の方向に突起した形状のものもある。また、突起体の大きさは、ＳＥＭ観察したときのＳＥＭ画像で判断され、個々の突起体のＳＥＭ画像での幅が最も大きくなる部分の長さを指す。
【００４６】
本発明に係る複合モノリスイオン交換体において、全粒子体等中、水湿潤状態で４〜４０μｍの粒子体等が占める割合は７０％以上、好ましくは８０％以上である。なお、全粒子体等中の水湿潤状態で４〜４０μｍの粒子体等が占める割合は、全粒子体等の個数に占める水湿潤状態で４〜４０μｍの粒子体等の個数割合を指す。また、骨格相の表面は全粒子体等により４０％以上、好ましくは５０％以上被覆されている。なお、粒子体等による骨格層の表面の被覆割合は、ＳＥＭにより表面観察にしたときのＳＥＭ画像上の面積割合、つまり、表面を平面視したときの面積割合を指す。壁面や骨格を被覆している粒子の大きさが上記範囲を逸脱すると、流体と複合モノリスイオン交換体の骨格表面及び骨格内部との接触効率を改善する効果が小さくなってしまうため好ましくない。なお、全粒子体等とは、水湿潤状態で４〜４０μｍの粒子体等以外の大きさの範囲の粒子体及び突起体も全て含めた、骨格層の表面に形成されている全ての粒子体及び突起体を指す。
【００４７】
上記複合モノリスイオン交換体の骨格表面に付着した粒子体等の水湿潤状態での直径又は大きさは、乾燥状態の複合モノリスイオン交換体のＳＥＭ画像の観察により得られる粒子体等の直径又は大きさに、乾燥状態から湿潤状態となった際の膨潤率を乗じて算出した値、又はイオン交換基導入前の乾燥状態の複合モノリスのＳＥＭ画像の観察により得られる粒子体等の直径又は大きさに、イオン交換基導入前後の膨潤率を乗じて算出した値である。具体的には、水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の直径がｘ４（ｍｍ）であり、その水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体を乾燥させ、得られる乾燥状態の複合モノリスイオン交換体の直径がｙ４（ｍｍ）であり、この乾燥状態の複合モノリスイオン交換体をＳＥＭ観察したときのＳＥＭ画像中の粒子体等の直径又は大きさがｚ４（μｍ）であったとすると、水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の粒子体等の直径又は大きさ（μｍ）は、次式「水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の粒子体等の直径又は大きさ（μｍ）＝ｚ４×（ｘ４／ｙ４）」で算出される。そして、乾燥状態の複合モノリスイオン交換体のＳＥＭ画像中に観察される全ての粒子体等の直径又は大きさを測定して、その値を基に、１視野のＳＥＭ画像中の全粒子体等の水湿潤状態での直径又は大きさを算出する。この乾燥状態の複合モノリスイオン交換体のＳＥＭ観察を少なくとも３回行い、全視野において、ＳＥＭ画像中の全粒子体等の水湿潤状態での直径又は大きさを算出して、直径又は大きさが４〜４０μｍにある粒子体等が観察されるか否かを確認し、全視野において確認された場合、複合モノリスイオン交換体の骨格表面上に、直径又は大きさが水湿潤状態で４〜４０μｍにある粒子体が形成されていると判断する。また、上記に従って１視野毎にＳＥＭ画像中の全粒子体等の水湿潤状態での直径又は大きさを算出し、各視野毎に、全粒子体等に占める水湿潤状態で４〜４０μｍの粒子体等の割合を求め、全視野において、全粒子体等中の水湿潤状態で４〜４０μｍの粒子体等が占める割合が７０％以上であった場合には、複合モノリスイオン交換体の骨格表面に形成されている全粒子体等中、水湿潤状態で４〜４０μｍの粒子体等が占める割合は７０％以上であると判断する。また、上記に従って１視野毎にＳＥＭ画像中の全粒子体等による骨格層の表面の被覆割合を求め、全視野において、全粒子体等による骨格層の表面の被覆割合が４０％以上であった場合には、複合モノリスイオン交換体の骨格層の表面が全粒子体等により被覆されている割合が４０％以上であると判断する。また、イオン交換基導入前の乾燥状態の複合モノリスの粒子体等の直径又は大きさと、その乾燥状態のモノリスにイオン交換基導入したときの乾燥状態の複合モノリスに対する水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の膨潤率とがわかる場合は、乾燥状態の複合モノリスの粒子体等の直径又は大きさに、膨潤率を乗じて、水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の粒子体等の直径又は大きさを算出して、上記と同様にして、水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の粒子体等の直径又は大きさ、全粒子体等中、水湿潤状態で４〜４０μｍの粒子体等が占める割合、粒子体等による骨格層の表面の被覆割合を求めることもできる。
【００４８】
粒子体等による骨格相表面の被覆率が４０％未満であると、流体と複合モノリスイオン交換体の骨格内部及び骨格表面との接触効率を改善する効果が小さくなり、イオン交換挙動の均一性が損なわれてしまうため好ましくない。上記粒子体等による被覆率の測定方法としては、モノリス（乾燥体）のＳＥＭ画像による画像解析方法が挙げられる。
【００４９】
また、複合モノリスイオン交換体の全細孔容積は、複合モノリスの全細孔容積と同様である。すなわち、複合モノリスにイオン交換基を導入することで膨潤し開口径が大きくなっても、骨格相が太るため全細孔容積はほとんど変化しない。全細孔容積が０．５ｍｌ／ｇ未満であると、モノリス内を流れる濃縮水の圧力損失が高くなり、モノリスイオン交換体内で発生した炭酸ガスを濃縮水と共に排水させることが困難となる場合がある。一方、全細孔容積が５ｍｌ／ｇを超えると、モノリスイオン交換体の強度低下、電気式脱イオン水製造装置の電気抵抗の増加が生じるため好ましくない。なお、複合モノリス（モノリス中間体、複合モノリス、複合モノリスイオン交換体）の全細孔容積は、乾燥状態でも、水湿潤状態でも、同じである。
【００５０】
なお、複合モノリスイオン交換体に水を透過させた際の圧力損失は、複合モノリスに水を透過させた際の圧力損失と同様である。
【００５１】
本発明の複合モノリスイオン交換体は、水湿潤状態での体積当りのカチオン交換容量が０．２ｍｇ当量/ｍｌ以上、好ましくは０．３〜１．８ｍｇ当量／ｍｌのイオン交換容量を有する。体積当りのカチオン交換容量が０．２ｍｇ当量／ｍｌ未満であると、導電性が低下し、電気抵抗が増大してしまうため好ましくない。なお、本発明の複合モノリスイオン交換体の乾燥状態における重量当りのイオン交換容量は特に限定されないが、イオン交換基が複合モノリスの骨格表面及び骨格内部にまで均一に導入しているため、３〜５ｍｇ当量/ｇである。なお、イオン交換基が骨格の表面のみに導入された有機多孔質体のイオン交換容量は、有機多孔質体やイオン交換基の種類により一概には決定できないものの、せいぜい５００μｇ当量/ｇである。
【００５２】
本発明の複合モノリスに導入するイオン交換基としては、スルホン酸基、カルボン酸基、イミノ二酢酸基、リン酸基、リン酸エステル基等のカチオン交換基が挙げられる。
【００５３】
本発明の複合モノリスイオン交換体において、導入されたイオン交換基は、複合モノリスの骨格の表面のみならず、骨格相内部にまで均一に分布している。ここで言う「イオン交換基が均一に分布している」とは、イオン交換基の分布が少なくともμｍオーダーで骨格相の表面および骨格相の内部に均一に分布していることを指す。イオン交換基の分布状況は、ＥＰＭＡ等を用いることで、比較的簡単に確認することができる。また、イオン交換基が、複合モノリスの表面のみならず、骨格相の内部にまで均一に分布していると、表面と内部の物理的性質及び化学的性質を均一にできるため、膨潤及び収縮に対する耐久性が向上する。
【００５４】
本発明の複合モノリスイオン交換体は、その厚みが１ｍｍ以上であり、膜状の多孔質体とは区別される。厚みが１ｍｍ未満であると、多孔質体一枚当りのイオン交換容量が極端に低下してしまうため好ましくない。該複合モノリスイオン交換体の厚みは、好適には３ｍｍ〜１０００ｍｍである。また、本発明の複合モノリスイオン交換体は、骨格の基本構造が連続空孔構造であるため、機械的強度が高い。
【００５５】
本発明の複合モノリスイオン交換体は、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、一分子中に少なくとも２個以上のビニル基を有する第１架橋剤、界面活性剤及び水の混合物を撹拌することにより油中水滴型エマルジョンを調製し、次いで油中水滴型エマルジョンを重合させて全細孔容積が５〜３０ｍｌ/ｇの連続マクロポア構造のモノリス状の有機多孔質中間体を得るＩ工程、ビニルモノマー、一分子中に少なくとも２個以上のビニル基を有する第２架橋剤、ビニルモノマーや第２架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒及び重合開始剤からなる混合物を調製するＩＩ工程、ＩＩ工程で得られた混合物を静置下、且つ該Ｉ工程で得られたモノリス状の有機多孔質中間体の存在下で重合を行うＩＩＩ工程、ＩＩＩ工程で得られたモノリス状有機多孔質体にイオン交換基を導入するＩＶ工程、を行い、モノリス状有機多孔質体を製造する際に、下記（１）〜（５）：
（１）ＩＩＩ工程における重合温度が、重合開始剤の１０時間半減温度より、少なくとも５℃低い温度である；
（２）ＩＩ工程で用いる第２架橋剤のモル％が、Ｉ工程で用いる第１架橋剤のモル％の２倍以上である；
（３）ＩＩ工程で用いるビニルモノマーが、Ｉ工程で用いた油溶性モノマーとは異なる構造のビニルモノマーである；
（４）ＩＩ工程で用いる有機溶媒が、分子量２００以上のポリエーテルである；
（５）ＩＩ工程で用いるビニルモノマーの濃度が、ＩＩ工程の混合物中、３０重量％以下である；の条件のうち、少なくとも一つを満たす条件下でＩＩ工程又はＩＩＩ工程を行うことにより得られる。
【００５６】
（モノリス中間体の製造方法）
本発明のモノリスの製造方法において、Ｉ工程は、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、一分子中に少なくとも２個以上のビニル基を有する第１架橋剤、界面活性剤及び水の混合物を撹拌することにより油中水滴型エマルジョンを調製し、次いで油中水滴型エマルジョンを重合させて全細孔容積が５〜３０ｍｌ/ｇの連続マクロポア構造のモノリス中間体を得る工程である。このモノリス中間体を得るＩ工程は、特開２００２−３０６９７６号公報記載の方法に準拠して行なえばよい。
【００５７】
イオン交換基を含まない油溶性モノマーとしては、例えば、カルボン酸基、スルホン酸基、四級アンモニウム基等のイオン交換基を含まず、水に対する溶解性が低く、親油性のモノマーが挙げられる。これらモノマーの好適なものとしては、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ジビニルベンゼン、エチレン、プロピレン、イソブテン、ブタジエン、エチレングリコールジメタクリレート等が挙げられる。これらモノマーは、１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００５８】
一分子中に少なくとも２個以上のビニル基を有する第１架橋剤としては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル、エチレングリコールジメタクリレート等が挙げられる。これら架橋剤は、１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。好ましい第１架橋剤は、機械的強度の高さから、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル等の芳香族ポリビニル化合物である。第１架橋剤の使用量は、ビニルモノマーと第１架橋剤の合計量に対して０．３〜１０モル％、特に０．３〜５モル％、更に０．３〜３モル％であることが好ましい。第１架橋剤の使用量が０．３モル％未満であると、モノリスの機械的強度が不足するため好ましくない。一方、１０モル％を越えると、モノリスの脆化が進行して柔軟性が失われる、イオン交換基の導入量が減少してしまうといった問題点が生じるため好ましくない。
【００５９】
界面活性剤は、イオン交換基を含まない油溶性モノマーと水とを混合した際に、油中水滴型（Ｗ／Ｏ）エマルジョンを形成できるものであれば特に制限はなく、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート等の非イオン界面活性剤；オレイン酸カリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、スルホコハク酸ジオクチルナトリウム等の陰イオン界面活性剤；ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド等の陽イオン界面活性剤；ラウリルジメチルベタイン等の両性界面活性剤を用いることができる。これら界面活性剤は１種単独又は２種類以上を組み合わせて使用することができる。なお、油中水滴型エマルジョンとは、油相が連続相となり、その中に水滴が分散しているエマルジョンを言う。上記界面活性剤の添加量としては、油溶性モノマーの種類および目的とするエマルジョン粒子（マクロポア）の大きさによって大幅に変動するため一概には言えないが、油溶性モノマーと界面活性剤の合計量に対して約２〜７０％の範囲で選択することができる。
【００６０】
また、Ｉ工程では、油中水滴型エマルジョン形成の際、必要に応じて重合開始剤を使用してもよい。重合開始剤は、熱及び光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は水溶性であっても油溶性であってもよく、例えば、２，２’-アゾビス（イソブチロニトリル）、２，２’-アゾビス（２，４-ジメチルバレロニトリル）、２，２’-アゾビス（２−メチルブチロニトリル）、２，２’-アゾビス（４-メトキシ-２，４-ジメチルバレロニトリル）、２，２’-アゾビスイソ酪酸ジメチル、４，４’-アゾビス（４-シアノ吉草酸）、１，１’-アゾビス（シクロヘキサン-1-カルボニトリル）、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素−塩化第一鉄、過硫酸ナトリウム−酸性亜硫酸ナトリウム等が挙げられる。
【００６１】
イオン交換基を含まない油溶性モノマー、第１架橋剤、界面活性剤、水及び重合開始剤とを混合し、油中水滴型エマルジョンを形成させる際の混合方法としては、特に制限はなく、各成分を一括して一度に混合する方法、油溶性モノマー、第１架橋剤、界面活性剤及び油溶性重合開始剤である油溶性成分と、水や水溶性重合開始剤である水溶性成分とを別々に均一溶解させた後、それぞれの成分を混合する方法などが使用できる。エマルジョンを形成させるための混合装置についても特に制限はなく、通常のミキサーやホモジナイザー、高圧ホモジナイザー等を用いることができ、目的のエマルジョン粒径を得るのに適切な装置を選択すればよい。また、混合条件についても特に制限はなく、目的のエマルジョン粒径を得ることができる攪拌回転数や攪拌時間を、任意に設定することができる。
【００６２】
Ｉ工程で得られるモノリス中間体は、連続マクロポア構造を有する。これを重合系に共存させると、そのモノリス中間体の構造を鋳型として連続マクロポア構造の骨格相の表面に粒子体等が形成したり、共連続構造の骨格相の表面に粒子体等が形成したりする。また、モノリス中間体は、架橋構造を有する有機ポリマー材料である。該ポリマー材料の架橋密度は特に限定されないが、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、０．３〜１０モル％、好ましくは０．３〜５モル％の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。架橋構造単位が０．３モル％未満であると、機械的強度が不足するため好ましくない。一方、１０モル％を越えると、多孔質体の脆化が進行し、柔軟性が失われるため好ましくない。
【００６３】
モノリス中間体の全細孔容積は、５〜３０ｍｌ／ｇ、好適には６〜２８ｍｌ／ｇである。全細孔容積が小さ過ぎると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの全細孔容積が小さくなりすぎ、流体透過時の圧力損失が大きくなるため好ましくない。一方、全細孔容積が大き過ぎると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの構造が不均一になりやすく、場合によっては構造崩壊を引き起こすため好ましくない。モノリス中間体の全細孔容積を上記数値範囲とするには、モノマーと水の比（重量）を、概ね１：５〜１：３５とすればよい。
【００６４】
このモノマーと水との比を、概ね１：５〜１：２０とすれば、モノリス中間体の全細孔容積が５〜１６ｍｌ/ｇの連続マクロポア構造のものが得られ、ＩＩＩ工程を経て得られる複合モノリスの有機多孔質体が第１の有機多孔質体のものが得られる。また、該配合比率を、概ね１：２０〜１：３５とすれば、モノリス中間体の全細孔容積が１６ｍｌ/ｇを超え、３０ｍｌ/ｇ以下の連続マクロポア構造のものが得られ、ＩＩＩ工程を経て得られる複合モノリスの有機多孔質体が第２の有機多孔質体のものが得られる。
【００６５】
また、モノリス中間体は、マクロポアとマクロポアの重なり部分である開口（メソポア）の平均直径が乾燥状態で２０〜１００μｍである。開口の平均直径が２０μｍ未満であると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの開口径が小さくなり、通水過時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。一方、１００μｍを超えると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの開口径が大きくなりすぎ、水の流路が均一に形成されにくくなるため好ましくない。モノリス中間体は、マクロポアの大きさや開口の径が揃った均一構造のものが好適であるが、これに限定されず、均一構造中、均一なマクロポアの大きさよりも大きな不均一なマクロポアが点在するものであってもよい。
【００６６】
（複合モノリスの製造方法）
ＩＩ工程は、ビニルモノマー、一分子中に少なくとも２個以上のビニル基を有する第２架橋剤、ビニルモノマーや第２架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒及び重合開始剤からなる混合物を調製する工程である。なお、Ｉ工程とＩＩ工程の順序はなく、Ｉ工程後にＩＩ工程を行ってもよく、ＩＩ工程後にＩ工程を行ってもよい。
【００６７】
ＩＩ工程で用いられるビニルモノマーとしては、分子中に重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒に対する溶解性が高い親油性のビニルモノマーであれば、特に制限はない。これらビニルモノマーの具体例としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン等の芳香族ビニルモノマー；エチレン、プロピレン、１-ブテン、イソブテン等のα-オレフィン；ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等のジエン系モノマー；塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン、テトラフルオロエチレン等のハロゲン化オレフィン；アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル系モノマー；酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル；アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸２-エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸グリシジル等の（メタ）アクリル系モノマーが挙げられる。これらモノマーは、１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。本発明で好適に用いられるビニルモノマーは、スチレン、ビニルベンジルクロライド等の芳香族ビニルモノマーである。
【００６８】
これらビニルモノマーの添加量は、重合時に共存させるモノリス中間体に対して、重量で３〜４０倍、好ましくは４〜３０倍である。ビニルモノマー添加量が多孔質体に対して３倍未満であると、生成したモノリスの骨格に粒子体を形成できず、イオン交換基導入後の体積当りのイオン交換容量が小さくなってしまうため好ましくない。一方、ビニルモノマー添加量が４０倍を超えると、開口径が小さくなり、流体透過時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。
【００６９】
ＩＩ工程で用いられる第２架橋剤は、分子中に少なくとも２個の重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒への溶解性が高いものが好適に用いられる。第２架橋剤の具体例としては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル、エチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ブタンジオールジアクリレート等が挙げられる。これら第２架橋剤は、１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。好ましい第２架橋剤は、機械的強度の高さと加水分解に対する安定性から、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル等の芳香族ポリビニル化合物である。第２架橋剤の使用量は、ビニルモノマーと第２架橋剤の合計量に対して０．３〜２０モル％、特に０．３〜１０モル％であることが好ましい。架橋剤使用量が０．３モル％未満であると、モノリスの機械的強度が不足するため好ましくない。一方、２０モル％を越えると、モノリスの脆化が進行して柔軟性が失われる、イオン交換基の導入量が減少してしまうといった問題点が生じるため好ましくない。
【００７０】
ＩＩ工程で用いられる有機溶媒は、ビニルモノマーや第２架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒、言い換えると、ビニルモノマーが重合して生成するポリマーに対する貧溶媒である。該有機溶媒は、ビニルモノマーの種類によって大きく異なるため一般的な具体例を列挙することは困難であるが、例えば、ビニルモノマーがスチレンの場合、有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、オクタノール、2-エチルヘキサノール、デカノール、ドデカノール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール等のアルコール類；ジエチルエーテル、ブチルセロソルブ、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等の鎖状（ポリ）エーテル類；ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、デカン、ドデカン等の鎖状飽和炭化水素類；酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸セロソルブ、プロピオン酸エチル等のエステル類が挙げられる。また、ジオキサンやＴＨＦ、トルエンのようにポリスチレンの良溶媒であっても、上記貧溶媒と共に用いられ、その使用量が少ない場合には、有機溶媒として使用することができる。これら有機溶媒の使用量は、上記ビニルモノマーの濃度が５〜８０重量％となるように用いることが好ましい。有機溶媒使用量が上記範囲から逸脱してビニルモノマー濃度が５重量％未満となると、重合速度が低下してしまうため好ましくない。一方、ビニルモノマー濃度が８０重量％を超えると、重合が暴走する恐れがあるため好ましくない。
【００７１】
重合開始剤としては、熱及び光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は油溶性であるほうが好ましい。本発明で用いられる重合開始剤の具体例としては、２，２’-アゾビス（イソブチロニトリル）、２，２’-アゾビス（２，４-ジメチルバレロニトリル）、２，２’-アゾビス（２−メチルブチロニトリル）、２，２’-アゾビス（４-メトキシ-２，４-ジメチルバレロニトリル）、２，２’-アゾビスイソ酪酸ジメチル、４，４’-アゾビス（４-シアノ吉草酸）、１，１’-アゾビス（シクロヘキサン-1-カルボニトリル）、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、テトラメチルチウラムジスルフィド等が挙げられる。重合開始剤の使用量は、モノマーの種類や重合温度等によって大きく変動するが、ビニルモノマーと第２架橋剤の合計量に対して、約０．０１〜５％の範囲で使用することができる。
【００７２】
ＩＩＩ工程は、ＩＩ工程で得られた混合物を静置下、且つ該Ｉ工程で得られたモノリス中間体の存在下、重合を行い、複合モノリスを得る工程である。ＩＩＩ工程で用いるモノリス中間体は、本発明の斬新な構造を有するモノリスを創出する上で、極めて重要な役割を担っている。特表平７−５０１１４０号等に開示されているように、モノリス中間体不存在下でビニルモノマーと第２架橋剤を特定の有機溶媒中で静置重合させると、粒子凝集型のモノリス状有機多孔質体が得られる。それに対して、本発明のように上記重合系に連続マクロポア構造のモノリス中間体を存在させると、重合後のモノリスの構造は劇的に変化し、粒子凝集構造は消失し、上述の特定の骨格構造を有するモノリスが得られる。
【００７３】
反応容器の内容積は、モノリス中間体を反応容器中に存在させる大きさのものであれば特に制限されず、反応容器内にモノリス中間体を載置した際、平面視でモノリスの周りに隙間ができるもの、反応容器内にモノリス中間体が隙間無く入るもののいずれであってもよい。このうち、重合後のモノリスが容器内壁から押圧を受けることなく、反応容器内に隙間無く入るものが、モノリスに歪が生じることもなく、反応原料などの無駄がなく効率的である。なお、反応容器の内容積が大きく、重合後のモノリスの周りに隙間が存在する場合であっても、ビニルモノマーや架橋剤は、モノリス中間体に吸着、分配されるため、反応容器内の隙間部分に粒子凝集構造物が生成することはない。
【００７４】
ＩＩＩ工程において、反応容器中、モノリス中間体は混合物（溶液）で含浸された状態に置かれる。ＩＩ工程で得られた混合物とモノリス中間体の配合比は、前述の如く、モノリス中間体に対して、ビニルモノマーの添加量が重量で３〜４０倍、好ましくは４〜３０倍となるように配合するのが好適である。これにより、適度な開口径を有しつつ、特定の骨格を有するモノリスを得ることができる。反応容器中、混合物中のビニルモノマーと架橋剤は、静置されたモノリス中間体の骨格に吸着、分配しされ、モノリス中間体の骨格内で重合が進行する。
【００７５】
重合条件は、モノマーの種類、開始剤の種類により様々な条件が選択できる。例えば、開始剤として２，２’-アゾビス（イソブチロニトリル）、２，２’-アゾビス（２，４-ジメチルバレロニトリル）、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル等を用いたときには、不活性雰囲気下の密封容器内において、２０〜１００℃で１〜４８時間加熱重合させればよい。加熱重合により、モノリス中間体の骨格に吸着、分配したビニルモノマーと架橋剤が該骨格内で重合し、該特定の骨格構造を形成させる。重合終了後、内容物を取り出し、未反応ビニルモノマーと有機溶媒の除去を目的に、アセトン等の溶剤で抽出して特定骨格構造のモノリスを得る。
【００７６】
上述の複合モノリスを製造する際に、下記（１）〜（５）の条件のうち、少なくとも一つを満たす条件下でＩＩ工程又はＩＩＩ工程行うと、本発明の特徴的な構造である、骨格表面に粒子体等が形成された複合モノリスを製造することができる。
【００７７】
（１）ＩＩＩ工程における重合温度が、重合開始剤の１０時間半減温度より、少なくとも５℃低い温度である。
（２）ＩＩ工程で用いる第２架橋剤のモル％が、Ｉ工程で用いる第１架橋剤のモル％の２倍以上である。
（３）ＩＩ工程で用いるビニルモノマーが、Ｉ工程で用いた油溶性モノマーとは異なる構造のビニルモノマーである。
（４）ＩＩ工程で用いる有機溶媒が、分子量２００以上のポリエーテルである。
（５）ＩＩ工程で用いるビニルモノマーの濃度が、ＩＩ工程の混合物中、３０重量％以下である。
【００７８】
（上記（１）の説明）
１０時間半減温度は重合開始剤の特性値であり、使用する重合開始剤が決まれば１０時間半減温度を知ることができる。また、所望の１０時間半減温度があれば、それに該当する重合開始剤を選択することができる。ＩＩＩ工程において、重合温度を低下させることで、重合速度が低下し、骨格相の表面に粒子体等を形成させることができる。その理由は、モノリス中間体の骨格相の内部でのモノマー濃度低下が緩やかとなり、液相部からモノリス中間体へのモノマー分配速度が低下するため、余剰のモノマーがモノリス中間体の骨格層の表面近傍で濃縮され、その場で重合したためと考えられる。
【００７９】
重合温度の好ましいものは、用いる重合開始剤の１０時間半減温度より少なくとも１０℃低い温度である。重合温度の下限値は特に限定されないが、温度が低下するほど重合速度が低下し、重合時間が実用上許容できないほど長くなってしまうため、重合温度を１０時間半減温度に対して５〜２０℃低い範囲に設定することが好ましい。
【００８０】
（（２）の説明）
ＩＩ工程で用いる第２架橋剤のモル％を、Ｉ工程で用いる第１架橋剤のモル％の２倍以上に設定して重合すると、本発明の複合モノリスが得られる。その理由は、モノリス中間体と含浸重合によって生成したポリマーとの相溶性が低下し相分離が進行するため、含浸重合によって生成したポリマーはモノリス中間体の骨格相の表面近傍に排除され、骨格相表面に粒子体等の凹凸を形成したものと考えられる。なお、架橋剤のモル％は、架橋密度モル％であって、ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対する架橋剤量（モル％）を言う。
【００８１】
ＩＩ工程で用いる第２架橋剤モル％の上限は特に制限されないが、第２架橋剤モル％が著しく大きくなると、重合後のモノリスにクラックが発生する、モノリスの脆化が進行して柔軟性が失われる、イオン交換基の導入量が減少してしまうといった問題点が生じるため好ましくない。好ましい第２架橋剤モル％の倍数は２倍〜１０倍である。一方、Ｉ工程で用いる第１架橋剤モル％をＩＩ工程で用いられる第２架橋剤モル％に対して２倍以上に設定しても、骨格相表面への粒子体等の形成は起こらず、本発明の複合モノリスは得られない。
【００８２】
（（３）の説明）
ＩＩ工程で用いるビニルモノマーが、Ｉ工程で用いた油溶性モノマーとは異なる構造のビニルモノマーであると、本発明の複合モノリスが得られる。例えば、スチレンとビニルベンジルクロライドのように、ビニルモノマーの構造が僅かでも異なると、骨格相表面に粒子体等が形成された複合モノリスが生成する。一般に、僅かでも構造が異なる二種類のモノマーから得られる二種類のホモポリマーは互いに相溶しない。したがって、Ｉ工程で用いたモノリス中間体形成に用いたモノマーとは異なる構造のモノマー、すなわち、Ｉ工程で用いたモノリス中間体形成に用いたモノマー以外のモノマーをＩＩ工程で用いてＩＩＩ工程で重合を行うと、ＩＩ工程で用いたモノマーはモノリス中間体に均一に分配や含浸がされるものの、重合が進行してポリマーが生成すると、生成したポリマーはモノリス中間体とは相溶しないため、相分離が進行し、生成したポリマーはモノリス中間体の骨格相の表面近傍に排除され、骨格相の表面に粒子体等の凹凸を形成したものと考えられる。
【００８３】
（（４）の説明）
ＩＩ工程で用いる有機溶媒が、分子量２００以上のポリエーテルであると、本発明の複合モノリスが得られる。ポリエーテルはモノリス中間体との親和性が比較的高く、特に低分子量の環状ポリエーテルはポリスチレンの良溶媒、低分子量の鎖状ポリエーテルは良溶媒ではないがかなりの親和性を有している。しかし、ポリエーテルの分子量が大きくなると、モノリス中間体との親和性は劇的に低下し、モノリス中間体とほとんど親和性を示さなくなる。このような親和性に乏しい溶媒を有機溶媒に用いると、モノマーのモノリス中間体の骨格内部への拡散が阻害され、その結果、モノマーはモノリス中間体の骨格の表面近傍のみで重合するため、骨格相表面に粒子体等が形成され骨格表面に凹凸を形成したものと考えられる。
【００８４】
ポリエーテルの分子量は、２００以上であれば上限に特に制約はないが、あまりに高分子量であると、ＩＩ工程で調製される混合物の粘度が高くなり、モノリス中間体内部への含浸が困難になるため好ましくない。好ましいポリエーテルの分子量は２００〜１０００００、特に好ましくは２００〜１００００である。また、ポリエーテルの末端構造は、未修飾の水酸基であっても、メチル基やエチル基等のアルキル基でエーテル化されていてもよいし、酢酸、オレイン酸、ラウリン酸、ステアリン酸等でエステル化されていてもよい。
【００８５】
（（５）の説明）
ＩＩ工程で用いるビニルモノマーの濃度が、ＩＩ工程中の混合物中、３０重量％以下であると、本発明の複合モノリスが得られる。ＩＩ工程でモノマー濃度を低下させることで、重合速度が低下し、前記（１）と同様の理由で、骨格相表面に粒子体等が形成でき、骨格相表面に凹凸を形成されることができる。モノマー濃度の下限値は特に限定されないが、モノマー濃度が低下するほど重合速度が低下し、重合時間が実用上許容できないほど長くなってしまうため、モノマー濃度は１０〜３０重量％に設定することが好ましい。
【００８６】
ＩＩＩ工程で得られた複合モノリスは、連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体と、該有機多孔質体の骨格表面に固着する多数の粒子体又は該有機多孔質体の骨格表面上に形成される多数の突起体との複合構造体である。有機多孔質体の連続骨格相と連続空孔相は、ＳＥＭ画像により観察することができる。有機多孔質体の基本構造は、連続マクロポア構造か、共連続構造である。
【００８７】
複合モノリスにおける連続マクロポア構造は、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が乾燥状態での平均直径２０〜１００μｍの開口となるものであり、複合モノリスにおける共連続構造体は、平均の太さが乾燥状態で０．８〜４０μｍの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に乾燥で平均直径が８〜８０μｍの三次元的に連続した空孔とからなるものである。
【００８８】
ＩＶ工程は、ＩＩＩ工程で得られた複合モノリスにイオン交換基を導入する工程である。この導入方法によれば、得られる複合モノリスイオン交換体の多孔構造を厳密にコントロールできる。
【００８９】
上記複合モノリスにイオン交換基を導入する方法としては、特に制限はなく、高分子反応やグラフト重合等の公知の方法を用いることができる。例えば、スルホン酸基を導入する方法としては、複合モノリスがスチレン-ジビニルベンゼン共重合体等であればクロロ硫酸や濃硫酸、発煙硫酸を用いてスルホン化する方法；複合モノリスに均一にラジカル開始基や連鎖移動基を骨格表面及び骨格内部に導入し、スチレンスルホン酸ナトリウムやアクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸をグラフト重合する方法；同様にグリシジルメタクリレートをグラフト重合した後、官能基変換によりスルホン酸基を導入する方法等が挙げられる。これらスルホン酸基を導入する方法においては、クロロ硫酸を用いてスチレン-ジビニルベンゼン共重合体にスルホン酸基を導入する方法が、イオン交換基を均一かつ定量的に導入できる点で好ましい。なお、導入するイオン交換基としては、カルボン酸基、イミノ二酢酸基、スルホン酸基、リン酸基、リン酸エステル基等のカチオン交換基が挙げられる。
【００９０】
上記電気式脱イオン水製造装置では、被処理水を第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５に充填されたアニオン交換体２０から接触させる構成を例示している。本実施の形態例では、脱塩室に充填されたイオン交換体の通水順序及び脱塩室に充填されるイオン交換体等は特に制限されるものではないが、下記に第一小脱塩室にカチオン交換体を充填し、第二小脱塩室にアニオン交換体を充填し、被処理水をカチオン交換体からアニオン交換体の順で接触させる電気式脱イオン水製造装置について説明する。
【００９１】
図１６は、本発明の他の実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の概略構成図である。図１６に示す第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５は、カチオン交換膜１０と中間イオン交換膜１２とで区画され、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６は、中間イオン交換膜１２とアニオン交換膜１４とで区画されている。また、図１６に示す第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５には、カチオン交換体４６が充填され、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６には、アニオン交換体２０が充填されている。また、本実施形態において、中間イオン交換膜１２は、アニオン交換膜であるが、アニオン交換膜に制限されるものではない。また、濃縮室１６ａ、１６ｂ及び電極室２８、３０は、図１４の電気式脱イオン水製造装置１と同様の構成であるため説明を省略する。
【００９２】
図１６の電気式脱イオン水製造装置２において、被処理水が流入するための第一流入ライン３６が、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５の入口にそれぞれ接続され、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５の出口からの被処理水が流出するための第一流出ライン３８が、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６の入口へ被処理水が流入するための第二流入ライン４０に接続されている。処理水が流出するための第二流出ライン４２が、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６の出口にそれぞれ接続されている。上記構成によって、被処理水は、まず、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５に供給され、脱塩処理される。そして、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５を通過した被処理水が、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６に供給され、さらに脱塩処理されて処理水として排出される。また、濃縮水流入ライン４８、濃縮水流出ライン５０等の構成は、図１４の電気式脱イオン水製造装置１と同様の構成であるため説明を省略する。
【００９３】
本実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置２によって脱イオン水を製造する場合の運転方法の一例を以下に説明する。まず、陰極２４と陽極２６間に直流電流を流した状態で、第一流入ライン３６から被処理水を流入させると共に、濃縮水流入ライン４８から濃縮水を流入させる。第一流入ライン３６から流入した被処理水は、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５を流れ、カチオン交換体４６の充填層を通過する際にカチオンが除去される。更に、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５の第一流出ライン３８を通った被処理水は、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６の第二流入ライン４０を通って、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６を流れ、アニオン交換体２０の充填層を通過する際に炭酸（遊離炭酸、重炭酸イオン、炭酸イオン）、シリカ等のアニオンが除去され、処理水（脱イオン水）が第二流出ライン４２から得られる。また、濃縮水流入ライン４８から流入した濃縮水は、各濃縮室１６ａ、１６ｂを流れ、カチオン交換膜１０及びアニオン交換膜１４を介して移動してくるイオンを受取り、イオンを濃縮した濃縮水として濃縮水流出ライン５０から流出される。さらに濃縮水流入ライン４８（電極水流入ライン）から流入した電極水は、濃縮水流出ライン５０（電極水流出ライン）から流出される。
【００９４】
第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６のアニオン交換体２０にて捕捉される炭酸（遊離炭酸、重炭酸イオン、炭酸イオン）は、水酸化物イオンやアニオン交換体２０に捕捉された他のアニオン成分と共に陽極側のアニオン交換膜１４を通過し、濃縮室１６ａ、１６ｂへと移動する。本実施形態では、濃縮室１６ａ、１６ｂ内のアニオン交換体２２とカチオン交換膜１０との間にモノリス状有機多孔質カチオン交換体２３が配置されているため、上記でも説明したように高濃度炭酸ガス含有水溶液層は、アニオン交換体２２と接するモノリス状有機多孔質カチオン交換体２３表面又は内部で発生し、炭酸ガスは、カチオン交換膜１０に接する前に濃縮水と共に濃縮室１６ａ，１６ｂから流出される。また、炭酸ガスが、カチオン交換膜１０に到達したとしても、モノリス状有機多孔質カチオン交換体２３内で希薄化（低濃度化）されているため、カチオン交換膜１０を透過する炭酸の量は大きく低減される。したがって、炭酸ガスがカチオン交換膜１０を介して第一小脱塩室ｄ３、ｄ５へ移動し、被処理水中に逆拡散することを抑制することができる。
【００９５】
本実施の形態例において、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５または第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６の厚さは特に制限されないが、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５の厚さを０．８〜６００ｍｍ、好ましくは２〜１００ｍｍ、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６の厚さを０．８〜６００ｍｍ、好ましくは６〜１００ｍｍとすれば、低い電気抵抗及び高い電流効率が得られる点で好適である。第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５の厚さが０．８ｍｍ未満では滞留時間を充分に確保できず、水質が悪化しやすい。また、６００ｍｍを越えると電気抵抗が大きすぎて装置の安定運転に支障を来しやすくなる。また、同様に第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６の厚さが０．８ｍｍ未満では滞留時間を充分に確保できず、水質が悪化しやすい。また、６００ｍｍを越えると電流効率の上昇に比べて電気抵抗の上昇が顕著となりやすい。
【００９６】
アニオン交換体（２０、３２）、カチオン交換体（３４、４６）として用いられるイオン交換体としては、イオン交換樹脂、イオン交換繊維などイオン交換機能を有する物質であればいずれでもよく、また、それらを組み合わせたものであってもよい。
【００９７】
濃縮室１６ａ、１６ｂに充填されるアニオン交換体２２としては、例えば強塩基性アニオン交換体が挙げられる。また、アニオン交換体の形態としては、アニオン交換樹脂、アニオン交換繊維及び特開２００２−３０６９７６号公報記載の有機多孔質アニオン交換体等が挙げられる。強塩基性アニオン交換体は一部に弱塩基性アニオン交換基が含まれていてもよい。アニオン交換樹脂は、遊離炭酸濃度が低くても反応が十分におき、スケール発生を抑制できるという利点を有する。また、アニオン交換樹脂の粒径が均一であると、濃縮室の差圧が低くなる点で好ましい。
【００９８】
濃縮室１６ａ、１６ｂの厚さとしては、特に制限されるものではないが、０．５ｍｍ〜６０ｍｍが好ましく、特に１ｍｍ〜１０ｍｍが好ましい。０．５ｍｍ未満であると、たとえアニオン交換体２２を充填してもスケール発生抑制効果が得られにくくなり、通水差圧も上昇しやすい。一方、６０ｍｍを越えると、電気抵抗が高くなり、消費電力が増大しやすくなる。
【００９９】
なお、電気式脱イオン水製造装置において、処理量（ＳＶ、ＬＶ）、通電量、その他運転条件は、被処理水の性状などに応じて適宜設定することができる。
【０１００】
本実施の形態例において、処理対象となる被処理水としては特に制限はないが、炭酸成分を多く含む被処理水であっても、最終処理水の炭酸汚染を防止することができる。炭酸成分を多く含む被処理水としては、例えば水道水または水道水をＲＯ膜等で処理した水等が挙げられる。国内の水道水では通常炭酸成分の他に硬度成分が含まれるが、本実施形態によれば、濃縮室１６ａ、１６ｂへアニオン交換体２２が充填されているため、濃縮室１６ａ、１６ｂに移動したＣａ２＋イオンやＭｇ２＋イオンが濃縮室１６ａ、１６ｂのアニオン交換膜１４面で炭酸イオン（ＣＯ３２−）と結合して硬度スケールを生じることはほとんどなく、濃縮室１６ａ、１６ｂにおいて流路閉塞などが起こることもほとんどない。
【０１０１】
（実施例）
次に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
【０１０２】
参考例１
（Ｉ工程；モノリス中間体の製造）
スチレン９．２８ｇ、ジビニルベンゼン０．１９ｇ、ソルビタンモノオレエート（以下ＳＭＯと略す）０．５０ｇおよび２,２’-アゾビス（イソブチロニトリル）０．２６ｇを混合し、均一に溶解させた。次に，当該スチレン/ジビニルベンゼン/ＳＭＯ/２,２’-アゾビス（イソブチロニトリル）混合物を１８０ｇの純水に添加し、遊星式撹拌装置である真空撹拌脱泡ミキサー（イーエムイー社製）を用いて５〜２０℃の温度範囲において減圧下撹拌して、油中水滴型エマルションを得た。このエマルションを反応容器に速やかに移し、密封後静置下で６０℃、２４時間重合させた。重合終了後、内容物を取り出し、イソプロパノールで抽出した後、減圧乾燥して、連続マクロポア構造を有するモノリス中間体を製造した。水銀圧入法により測定した該モノリス中間体のマクロポアとマクロポアが重なる部分の開口（メソポア）の平均直径は４０μｍ、全細孔容積は１５．８ｍｌ／ｇであった。
【０１０３】
（複合モノリスの製造）
次いで、スチレン３６．０ｇ、ジビニルベンゼン４．０ｇ、１-デカノール６０ｇ、２,２’-アゾビス（２,４-ジメチルバレロニトリル）０．４ｇを混合し、均一に溶解させた（ＩＩ工程）。重合開始剤として用いた２,２’-アゾビス（２,４-ジメチルバレロニトリル）の１０時間半減温度は、５１℃であった。モノリス中間体の架橋密度１．３モル％に対して、ＩＩ工程で用いたスチレンとジビニルベンゼンの合計量に対するジビニルベンゼンの使用量は６．６モル％であり、架橋密度比は５．１倍であった。次に上記モノリス中間体を外径７０ｍｍ、厚さ約２０ｍｍの円盤状に切断して、３．２ｇ分取した。分取したモノリス中間体を内径７３ｍｍの反応容器に入れ、当該スチレン/ジビニルベンゼン/１-デカノール/２,２’-アゾビス（２,４-ジメチルバレロニトリル）混合物に浸漬させ、減圧チャンバー中で脱泡した後、反応容器を密封し、静置下６０℃で２４時間重合させた。重合終了後、厚さ約３０ｍｍのモノリス状の内容物を取り出し、アセトンでソックスレー抽出した後、８５℃で一夜減圧乾燥した（ＩＩＩ工程）。
【０１０４】
このようにして得られたスチレン/ジビニルベンゼン共重合体よりなる複合モノリス（乾燥体）の内部構造を、ＳＥＭにより観察した結果を図１〜図３に示す。図１〜図３のＳＥＭ画像は、倍率が異なるものであり、モノリスを任意の位置で切断して得た切断面の任意の位置における画像である。図１〜図３から明らかなように、当該複合モノリスは連続マクロポア構造を有しており、連続マクロポア構造体を構成する骨格相の表面は、平均粒子径４μｍの粒子体で被覆され、粒子被覆率は８０％であった。また、粒径３〜５μｍの粒子体が全体の粒子体に占める割合は９０％であった。
【０１０５】
また、水銀圧入法により測定した当該複合モノリスの開口の平均直径は１６μｍ、全細孔容積は２．３ｍｌ/ｇであった。その結果を表１及び表２にまとめて示す。表１中、仕込み欄は左から順に、ＩＩ工程で用いたビニルモノマー、架橋剤、有機溶媒、Ｉ工程で得られたモノリス中間体を示す。また、粒子体等は粒子で示した。
【０１０６】
（複合モノリスカチオン交換体の製造）
上記の方法で製造した複合モノリスを、外径７０ｍｍ、厚み約１５ｍｍの円盤状に切断した。モノリスの重量は１９．６ｇであった。これにジクロロメタン１５００ｍｌを加え、３５℃で１時間加熱した後、１０℃以下まで冷却し、クロロ硫酸９８．９ｇを徐々に加え、昇温して３５℃で２４時間反応させた。その後、メタノールを加え、残存するクロロ硫酸をクエンチした後、メタノールで洗浄してジクロロメタンを除き、更に純水で洗浄して複合モノリスカチオン交換体を得た。
【０１０７】
得られたカチオン交換体の反応前後の膨潤率は１．３倍であり、体積当りのイオン交換容量は、水湿潤状態で１．１１ｍｇ当量/ｍｌであった。水湿潤状態での有機多孔質イオン交換体の開口の平均直径を、有機多孔質体の値と水湿潤状態のカチオン交換体の膨潤率から見積もったところ２１μｍであり、同様の方法で求めた被覆粒子の平均粒径は５μｍであった。なお、全粒子体等による骨格表面の粒子被覆率は８０％、全細孔容積は２．３ｍｌ/ｇであった。また、粒径４〜７μｍの粒子体が全体の粒子体に占める割合は９０％であった。また、水を透過させた際の圧力損失の指標である差圧係数は、０．０５７ＭＰａ/ｍ・ＬＶであり、実用上要求される圧力損失と比較して、それを下回る低い圧力損失であった。更に、イオン交換帯長さは９ｍｍであり、著しく短い値を示した。結果を表２にまとめて示す。
【０１０８】
次に、複合モノリスカチオン交換体中のスルホン酸基の分布状態を確認するため、ＥＰＭＡにより硫黄原子の分布状態を観察した。その結果を図４及び図５に示す。図４及び図５共に、左右の写真はそれぞれ対応している。図４は硫黄原子のカチオン交換体の表面における分布状態を示したものであり、図５は硫黄原子のカチオン交換体の断面（厚み）方向における分布状態を示したものである。図４及び図５より、スルホン酸基はカチオン交換体の骨格表面及び骨格内部（断面方向）にそれぞれ均一に導入されていることがわかる。
【０１０９】
参考例２〜５
（複合モノリスの製造）
ビニルモノマーの使用量、架橋剤の使用量、有機溶媒の種類と使用量、ＩＩＩ工程で重合時に共存させるモノリス中間体の多孔構造、架橋密度と使用量及び重合温度を表１に示す配合量に変更した以外は、参考例１と同様の方法でモノリスを製造した。その結果を表１及び表２に示す。また、複合モノリス（乾燥体）の内部構造を、ＳＥＭにより観察した結果を図６〜図１３に示す。図６〜図８は参考例２、図９及び図１０は参考例３、図１１は参考例４、図１２及び図１３は参考例５のものである。なお、参考例２については架橋密度比（２．５倍）、参考例３については有機溶媒の種類（ＰＥＧ；分子量４００）、参考例４についてはビニルモノマー濃度（２８．０％）、参考例５については重合温度（４０℃；重合開始剤の１０時間半減温度より１１℃低い）について、本発明の製造条件を満たす条件で製造した。図６〜図１３から参考例３〜５の複合モノリスの骨格表面に付着しているものは粒子体というよりは突起体であった。突起体の「粒子平均径」は突起体の大きさ（最大径）の平均径である。図６〜図１３及び表２から、参考例２〜６のモノリス骨格表面に付着している粒子の平均径は３〜８μｍ、全粒子体等による骨格表面の粒子被覆率は５０〜９５％であった。また、参考例２が粒径３〜６μｍの粒子体が全体の粒子体に占める割合は８０％、参考例３が粒径３〜１０μｍの突起体が全体の粒子体に占める割合は８０％、参考例４が粒径３〜５μｍの粒子体が全体の粒子体に占める割合は９０％、参考例５が粒径３〜７μｍの粒子体が全体の粒子体に占める割合は９０％であった。
【０１１０】
（複合モノリスカチオン交換体の製造）
上記の方法で製造した複合モノリスを、それぞれ参考例１と同様の方法でクロロ硫酸と反応させ、複合モノリスカチオン交換体を製造した。その結果を表２に示す。参考例２〜５における複合モノリスカチオン交換体の連続細孔の平均直径は２１〜５２μｍであり、骨格表面に付着している粒子体等の平均径は５〜１３μｍ、全粒子体等による骨格表面の粒子被覆率も５０〜９５％と高く、差圧係数も０．０１０〜０．０５７ＭＰａ/ｍ・ＬＶと小さい上に、イオン交換帯長さも８〜１２ｍｍと著しく小さな値であった。また、粒径５〜１０μｍの粒子体が全体の粒子体に占める割合は９０％であった。
【０１１１】
参考例６
（モノリスの製造）
ビニルモノマーの使用量、架橋剤の使用量、有機溶媒の種類と使用量、ＩＩＩ工程で重合時に共存させるモノリス中間体の使用量を表１に示す配合量に変更した以外は、実施例１と同様の方法でモノリスを製造した。その結果を表１及び表２に示す。なお、不図示のＳＥＭ写真から骨格表面には粒子体や突起体の形成は全く認められなかった。表１及び表２から、本発明の特定の製造条件と逸脱する条件、すなわち、上記（１）〜（５）の要件から逸脱した条件下でモノリスを製造すると、モノリス骨格表面での粒子生成が認められないことがわかる。
【０１１２】
（モノリスカチオン交換体の製造）
上記の方法で製造したモノリスを、参考例１と同様の方法でクロロ硫酸と反応させ、モノリスカチオン交換体を製造した。結果を表２に示す。得られたモノリスカチオン交換体のイオン交換帯長さは２６ｍｍであり、参考例１〜５と比較して大きな値であった。
【０１１３】
参考例７〜９
（モノリスの製造）
ビニルモノマーの使用量、架橋剤の使用量、有機溶媒の種類と使用量、ＩＩＩ工程で重合時に共存させるモノリス中間体の多孔構造、架橋密度および使用量を表１に示す配合量に変更した以外は、参考例１と同様の方法でモノリスを製造した。その結果を表１及び表２に示す。なお、参考例７については架橋密度比（０．２倍）、参考例８については有機溶媒の種類（２-（２-メトキシエトキシ）エタノール；分子量１２０）、参考例９については重合温度（５０℃；重合開始剤の１０時間半減温度より１℃低い）について、本発明の製造条件を満たさない条件で製造した。結果を表２に示す。参考例７、９のモノリスについては骨格表面での粒子生成はなかった。また、参考例８では単離した生成物は透明であり、多孔構造が崩壊、消失していた。
【０１１４】
（モノリスカチオン交換体の製造）
参考例８を除き、上記の方法で製造した有機多孔質体を、参考例６と同様の方法でクロロ硫酸と反応させ、モノリスカチオン交換体を製造した。その結果を表２に示す。得られたモノリスカチオン交換体のイオン交換帯長さは２３〜２６ｍｍであり、参考例１〜５と比較して大きな値であった。
【実施例１】
【０１１５】
図１７は、濃縮室から脱塩室に移動する炭酸成分量を測定するための試験セルを示す概略構成図である。図１７に示すように、アニオン交換樹脂５６が充填された陰極室５８と、カチオン交換樹脂６０が充填された陽極室６２との間に、アニオン交換膜６４及び第一カチオン交換膜６６で区画された室にアニオン交換樹脂５６が充填され、アニオン交換樹脂５６と第一カチオン交換膜６６との間にモノリス状有機多孔質カチオン交換体５４を配置した濃縮室６８、第一カチオン交換膜６６及び第二カチオン交換膜７０で区画された室にカチオン交換樹脂６０が充填された脱塩室７２とを有する試験セル３を準備し、以下の条件で濃縮室６８から脱塩室７２に移動する炭酸成分量を測定した。実施例１では、脱塩室７２及び電極室（５８，６２）に超純水を通水させると共に、濃縮室６８にＮａＨＣＯ３溶液（炭酸イオン濃度３０ｍｇ−ＣａＣＯ３／Ｌ）を通水させた。
【０１１６】
＜使用したイオン交換体＞
モノリス状有機多孔質カチオン交換体：参考例４の複合モノリスカチオン交換体
カチオン交換樹脂：ロームアンドハース社製、アンバーライトＩＲＡ４０２ＢＬ
アニオン交換樹脂：ロームアンドハース社製、アンバーライトＩＲＡ４０２ＢＬ
第一カチオン交換膜、第二カチオン交換膜：株式会社アストム製、Ｃ６６−１０Ｆ
アニオン交換膜：株式会社アストム製、ＡＨＡ
＜ＥＤＩサイズ＞
試験セル：縦１０ｃｍ×幅１０ｃｍ×厚さ８ｍｍ
＜流量条件＞
超純水、ＮａＨＣＯ３溶液、ＣＯ２含有溶液：８０００ｍｌ／ｈｒ
＜電流条件＞
定電流：０．５Ａ／ｄｍ２
【実施例２】
【０１１７】
ＮａＨＣＯ３溶液に代えて、ＣＯ２含有溶液（炭酸イオン濃度３０ｍｇ−ＣａＣＯ３／Ｌ）を用いた以外は、実施例１と同様の条件で行った。
【０１１８】
比較例１
濃縮室６８のアニオン交換樹脂５６と第一カチオン交換膜６６との間に複合モノリスカチオン交換体５４を配置していないこと以外は、実施例１と同様の条件で行った。
【０１１９】
比較例２
濃縮室６８のアニオン交換樹脂５６と第一カチオン交換膜６６との間に複合モノリスカチオン交換体５４を配置していないこと以外は、実施例２と同様の条件で行った。
【０１２０】
実施例１、２及び比較例１、２の脱塩室から排出される処理水（超純水）中の炭酸量を測定した。具体的には、アルテナ社製のＴＯＣ計（Ａ−１０００）にて処理水中の無機炭素（ＩＣ）を測定し、これを炭酸として、処理水中の炭酸量を測定した。比較例１及び比較例２の脱塩室から排出される処理水には、８４００μｇ−ＣａＣＯ３／ｈｒ、９０００μｇ−ＣａＣＯ３／ｈｒの炭酸成分が含まれていた。一方、実施例１及び２の脱塩室から排出される処理水には、３００μｇ−ＣａＣＯ３／ｈｒ、３４０μｇ−ＣａＣＯ３／ｈｒの炭酸成分が含まれていたが、比較例１及び比較例２より炭酸成分の量が大幅に抑えられた。すなわち、濃縮室のアニオン交換樹脂とカチオン交換膜との間に複合モノリスカチオン交換体を配置することによって、濃縮室の炭酸成分がカチオン交換膜を介して脱塩室に移動することを抑制できることを確認した。
【０１２１】
【表１】
【０１２２】
【表２】
【符号の説明】
【０１２３】
１，２ 電気式脱イオン水製造装置、３ 試験セル、１０，６６，７０ カチオン交換膜、１２ 中間イオン交換膜、１４，６４ アニオン交換膜、１６ａ，１６ｂ，６８ 濃縮室、１８ 混合体、２０，２２，３２ アニオン交換体、２３ モノリス状有機多孔質カチオン交換体、２４ 陰極、２５ 枠体、２６ 陽極、２８，３０，５８，６２ 電極室、３４，４６ カチオン交換体、３６ 第一流入ライン、３８ 第一流出ライン、４０ 第二流入ライン、４２ 第二流出ライン、４８ 濃縮水流入ライン、５０ 濃縮水流出ライン、５４ モノリス状有機多孔質カチオン交換体、５６ アニオン交換樹脂、６０ カチオン交換樹脂、７２，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ 脱塩室、ｄ１，ｄ３，ｄ５ 第一小脱塩室、ｄ２，ｄ４，ｄ６ 第二小脱塩室
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体、液晶、製薬、食品工業等の各種産業、民生用ないし研究施設等において利用される電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水の製造方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
脱イオン水を製造する方法として、従来からイオン交換樹脂に被処理水を通して脱イオンを行う方法が知られている。しかし、この方法では、イオン交換樹脂がイオンで飽和されたときに、通常薬剤によって再生を行う。このような再生処理は、処理操作上の不利であり、このような点を解消するため、薬剤による再生が不要な電気式脱イオン法による脱イオン水製造方法が確立され、実用化に至っている。
【０００３】
このような脱塩処理を行う電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ）においては、陽極と陰との間に、一側のカチオン交換膜と他側のアニオン交換膜とで区画され、イオン交換体が充填された脱塩室と、カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室とが配置される。通常、脱塩室及び濃縮室は複数組配置される。そして、電気式脱イオン水製造装置によって脱イオン水を製造する場合、陽極と陰極間に直流電流を流した状態で、イオン交換体が充填された脱塩室内に被処理水を、濃縮室に濃縮水を通水させることによって、被処理水中のイオンを濃縮水中に移動させ、脱イオン水を得る。
【０００４】
ここで、脱塩室に流入させる被処理水中の硬度が高い場合、例えば、水道水または水道水をＲＯ膜処理した水を被処理水として用いると、濃縮室のアニオン交換膜面に硬度スケールが発生しやすい。すなわち、被処理水中に炭酸成分と硬度成分が含まれていると、電気式脱イオン水製造装置の濃縮室に移動したカルシウムイオンやマグネシウムイオンが濃縮室のアニオン交換膜面で炭酸イオン等と結合し、炭酸カルシウムや炭酸マグネシウム等の硬度スケールを生じやすい。
【０００５】
特許文献１には、濃縮室のアニオン交換膜側に特定構造のアニオン交換体を配置する電気式脱イオン水製造装置が提案されている。この特許文献１の装置によれば、ＯＨイオンの濃縮液への拡散希釈が、多孔性アニオン交換体表面より促進され、多孔性アニオン交換体表面におけるＯＨイオン濃度の速やかな低減が図られる。他方、硬度成分イオンは、多孔性アニオン交換体の内部に侵入し難くなり、ＯＨイオンと硬度成分イオンとが接触し反応する機会が低減されるため、硬度成分の析出や蓄積が抑制される。
【０００６】
しかし、被処理水中の炭酸（遊離炭酸、重炭酸イオン、炭酸イオンの総称）が脱塩室から陽極側のアニオン交換膜を介して濃縮室へ移動すると、（詳細は後述するが）濃縮室内のアニオン交換体はＨＣＯ３形となる。そして、ＨＣＯ３形のアニオン交換体に電流が流れると、ＨＣＯ３−（及びＣＯ３２−）が電場によってカチオン交換膜近傍まで引き寄せられるが、カチオン交換膜を透過することはできず、カチオン交換膜近傍で濃縮される。また、水素イオンがカチオン交換膜を透過してくるため、カチオン交換膜付近のｐＨは低くなる。そうすると、水と炭酸ガス（ＣＯ２）が発生し、カチオン交換膜近傍に高濃度炭酸ガス含有水溶液層が形成される。そして、炭酸ガスは、拡散によってカチオン交換膜１０を透過して脱塩室へ移動（逆拡散）してしまう。すなわち、一旦被処理水中から除去された炭酸が、炭酸ガスとして被処理水中に再度溶解される、いわゆる炭酸の逆拡散が発生し、脱塩室から排出される処理水が炭酸成分で汚染される。
【０００７】
特許文献２では、濃縮室に充填されたアニオン交換樹脂とカチオン交換膜との間に強塩基性アニオン基を有さない水透過性体を設けることにより、炭酸の逆拡散の発生を抑制する電気式脱イオン水製造装置が提案されている。この特許文献２の装置によれば、ＨＣＯ３−等が水透過性体でブロックされ、カチオン交換膜近傍にまで拡散することを防止して、炭酸の逆拡散を防止することができる。
【０００８】
また、特許文献３には、濃縮室にアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂を充填することにより、炭酸の逆拡散の発生を抑制する電気式脱イオン水製造装置が提案されている。この特許文献３の装置によれば、カチオンおよびアニオンの両方が濃縮室内で移動可能になり、炭酸の逆拡散を比較的小さくして、かつスケールの発生も少なくできる。
【０００９】
なお、出願人は、先に濃縮室のアニオン交換体とカチオン交換膜の間に、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なり合った部分に開口部を有する連続気泡構造のモノリス状有機多孔質カチオン交換体を配置したＥＤＩを提案している（特願２００７−３１８１２５号）。
【００１０】
しかしながら、特願２００７−３１８１２５号に記載の有機多孔質陽イオン交換体は、断面積中の骨格部の面積が、単位断面積当たり３〜５０％の範囲と記載されているものの、全細孔容積５ｍｌ／ｇ以下の細孔容積の小さなモノリスについては、油中水滴型エマルジョン中の水滴の量を少なくする必要があるため共通の開口は小さくなり、実質的に開口の平均径２０μｍ以上のものは製造できない。また、特願２００７−３１８１２５号に記載のモノリスの連続気泡構造を形成する骨格表面には突起状物が観察されていない。このため、本発明で使用する有機多孔質陽イオン交換体と特願２００７−３１８１２５号に記載の有機多孔質陽イオン交換体とはその構造を違える。なお、特願２００７−３１８１２５号に記載の有機多孔質陽イオン交換体の製造方法の詳細は、特開２００２−３０６９７６号にも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−２２５０７８号公報
【特許文献２】特開２００４−３５８４４０号公報
【特許文献３】特開２００４−３４００４号公報
【特許文献４】特開２００９−６２５１２号公報
【特許文献５】特開２００９−６７９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の目的は、上記と異なる構成で炭酸の逆拡散の発生を抑制し、高水質の脱イオン水を得ることができる電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、陽極と陰極との間に、一側のカチオン交換膜と他側のアニオン交換膜とで区画され、イオン交換体が充填された脱塩室と、前記カチオン交換膜、前記アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に設けられ、アニオン交換体が充填された濃縮室とを配置する電気式脱イオン水製造装置であって、前記濃縮室のアニオン交換体と前記カチオン交換膜との間に、連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体と、該有機多孔質体の骨格表面に固着する直径４〜４０μｍの多数の粒子体又は該有機多孔質体の骨格表面上に形成される大きさが４〜４０μｍの多数の突起体との複合構造体であって、水湿潤状態で孔の平均直径１０〜１５０μｍ、全細孔容積０．５〜５ｍｌ／ｇであり、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量０．２ｍｇ当量/ｍｌ以上であるモノリス状有機多孔質カチオン交換体を配置することを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。
【００１４】
また、本発明は、陽極と陰極との間に、一側のカチオン交換膜と他側のアニオン交換膜とで区画され、イオン交換体が充填された脱塩室と、前記カチオン交換膜、前記アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に設けられ、アニオン交換体が充填された濃縮室と、を配置する電気式脱イオン水製造装置を利用して脱イオン水を製造する脱イオン水の製造方法であって、前記濃縮室のアニオン交換体と前記カチオン交換膜との間に、連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体と、該有機多孔質体の骨格表面に固着する直径４〜４０μｍの多数の粒子体又は該有機多孔質体の骨格表面上に形成される大きさが４〜４０μｍの多数の突起体との複合構造体であって、水湿潤状態で孔の平均直径１０〜１５０μｍ、全細孔容積０．５〜５ｍｌ／ｇであり、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量０．２ｍｇ当量/ｍｌ以上であるモノリス状有機多孔質カチオン交換体を配置することを特徴とする脱イオン水の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、炭酸の逆拡散の発生を抑制し、高水質の脱イオン水を得ることができる。また、本発明は、モノリス状有機多孔質カチオン交換体の強度を高くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】参考例１で得られたモノリスの倍率１００のＳＥＭ画像である。
【図２】参考例１で得られたモノリスの倍率３００のＳＥＭ画像である。
【図３】参考例１で得られたモノリスの倍率３０００のＳＥＭ画像である。
【図４】参考例１で得られたモノリスカチオン交換体の表面における硫黄原子の分布状態を示したＥＰＭＡ画像である。
【図５】参考例１で得られたモノリスカチオン交換体の断面（厚み）方向における硫黄原子の分布状態を示したＥＰＭＡ画像である。
【図６】参考例２で得られたモノリスの倍率１００のＳＥＭ画像である。
【図７】参考例２で得られたモノリスの倍率６００のＳＥＭ画像である。
【図８】参考例２で得られたモノリスの倍率３０００のＳＥＭ画像である。
【図９】参考例３で得られたモノリスの倍率６００のＳＥＭ画像である。
【図１０】参考例３で得られたモノリスの倍率３０００のＳＥＭ画像である。
【図１１】参考例４で得られたモノリスの倍率３０００のＳＥＭ画像である。
【図１２】参考例５で得られたモノリスの倍率１００のＳＥＭ画像である。
【図１３】参考例５で得られたモノリスの倍率３０００のＳＥＭ画像である。
【図１４】本実施の形態に係る電気式脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図１５】本実施の形態に係る濃縮室の構成の一例を示す分解斜視図である。
【図１６】本発明の他の実施の形態に係る電気式脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図１７】濃縮室から脱塩室に移動する炭酸成分量を測定するための試験セルを示す概略構成図である。
【図１８】突起体の模式的な断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態における電気式脱イオン水製造装置は、陽極と陰極との間に、一側のカチオン交換膜と他側のアニオン交換膜とで区画され、イオン交換体が充填された脱塩室と、前記カチオン交換膜、前記アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に設けられ、アニオン交換体が充填された濃縮室とが配置される。ここで、本実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の脱塩室は、上記構成を有するものであれば、単一の脱塩室であっても、例えば、当該カチオン交換膜と当該アニオン交換膜との間に位置する中間イオン交換膜により２つの小脱塩室に区画された脱塩室であって、被処理水が２つの小脱塩室を順次流れるように構成されたものであってもよい。この２つの小脱塩室に区画された脱塩室を用いると、被処理水の脱塩処理を効率よく行うことが可能になる。
【００１８】
以下に、カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に位置する中間イオン交換膜により２つの小脱塩室に区画された脱塩室を一例として説明する。
【００１９】
図１４は、本実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の概略構成図である。電気式脱イオン水製造装置１には、カチオン交換膜１０と、中間イオン交換膜１２と、アニオン交換膜１４とが互いに離間して交互に配置され、中間イオン交換膜１２とアニオン交換膜１４とで区画される第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５及びカチオン交換膜１０と中間イオン交換膜１２とで区画される第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６が形成されている。第一小脱塩室ｄ１と第二小脱塩室ｄ２とで脱塩室Ｄ１、第一小脱塩室ｄ３と第二小脱塩室ｄ４とで脱塩室Ｄ２、第一小脱塩室ｄ５と第二小脱塩室ｄ６とで脱塩室Ｄ３を形成する。また、脱塩室Ｄ１とＤ２、Ｄ２とＤ３のそれぞれの間に位置するアニオン交換膜１４とカチオン交換膜１０とで形成される部分は、濃縮水を流すための濃縮室１６（１６ａ、１６ｂ）とする。これを順次に併設して図１４中、左より脱塩室Ｄ１、濃縮室１６ａ、脱塩室Ｄ２、濃縮室１６ｂ、脱塩室Ｄ３が形成される。なお、図１４の脱塩室及び濃縮室の数は、被処理水の処理流量などにより適宜決定され、上記に限定されない。また、濃縮室は、必要に応じて脱塩室と後述する電極室との間に設けることもできる。
【００２０】
図１４に示す第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５には、アニオン交換体２０が充填され、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６には、アニオン交換体及びカチオン交換体の混合イオン交換体１８（以下、単に「混合体１８」とも言う。）が充填されている。なお、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５及び第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、６に充填されるイオン交換体は、上記に限定されるものではなく、脱塩処理の目的に応じて適宜選択すればよい。
【００２１】
上記実施の形態における中間イオン交換膜１２はアニオン交換膜であるが、特に制限されるものではない。
【００２２】
濃縮室１６ａ、１６ｂには、アニオン交換体２２が充填されている。濃縮室１６ａ、１６ｂにアニオン交換体２２を充填することで、濃縮室１６ａ、１６ｂのカチオン交換膜１０面に炭酸が拡散して、カチオン交換膜１０面に硬度スケールが発生するのを防止でき、また高伝導度のアニオン交換体２２が存在することで印加電圧を低電圧化することができる。
【００２３】
また、濃縮室１６ａ、１６ｂには、アニオン交換体２２とカチオン交換膜１０との間に、モノリス状有機多孔質カチオン交換体２３が配置されている。モノリス状有機多孔質カチオン交換体２３には、マクロポア及び開口部により濃縮室の流路が形成されるか、あるいは共連続構造の空孔により濃縮室の流路が形成されている。
【００２４】
図１５は、本実施の形態における濃縮室の構成の一例を示す分解斜視図である。図１５に示すように、濃縮室１６ａ、１６ｂには、脱塩室Ｄ１、Ｄ２のアニオン交換膜１４と別の脱塩室Ｄ２、Ｄ３のカチオン交換膜１０との間に枠体２５が配置され、枠体２５のくり抜かれた部分に、アニオン交換体２２が充填されている。また、枠体２５とカチオン交換膜１０との間にモノリス状有機多孔質カチオン交換体２３が配置されている。枠体２５とアニオン交換膜１４、枠体２５とモノリス状有機多孔質カチオン交換体２３、モノリス状有機多孔質カチオン交換体２３とカチオン交換膜１０はそれぞれ封着されている。また、本実施の形態では、枠体２５とカチオン交換膜１０との間に別の枠体を配置し、当該枠体のくり抜かれた部分にモノリス状有機多孔質カチオン交換体２３が配置されていてもよい。なお、イオン交換膜は通常比較的柔らかいものであるため、アニオン交換膜１４と枠体２５との封着時には、アニオン交換膜１４が湾曲して、枠体２５のくり抜かれた部分に充填されたアニオン交換体２２の充填層が不均一となりやすい。これを防止するため、枠体２５の空間部に複数のリブ（不図示）が縦設されてもよい。また、図では省略するが、枠体２５に濃縮水の流入口及び流出口が付設されている。
【００２５】
脱塩室Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３も上記同様に枠体を用いて、枠体のくり抜かれた部分にイオン交換体が充填される構成であることが好ましい。すなわち、カチオン交換膜１０及び中間イオン交換膜１２との間、中間イオン交換膜１２とアニオン交換膜１４との間に枠体が配置され、各枠体のくり抜かれた部分にイオン交換体が充填される。また各枠体とカチオン交換膜１０、中間イオン交換膜１２、アニオン交換膜１４とは、封着される。
【００２６】
両端の脱塩室Ｄ１、Ｄ３の両外側と両電極（陰極２４、陽極２６）との間の空間をそれぞれ電極室２８、３０として、ここに電極水（本実施の形態例では濃縮水）が通水される。なお、電極室２８、３０には、必要に応じてカチオン交換体、アニオン交換体等が充填されてもよい。図１４の例では、電極室２８にアニオン交換体３２が、電極室３０にカチオン交換体３４が配設されているが、これに限らない。
【００２７】
図１４の電気式脱イオン水製造装置１において、被処理水が流入するための第一流入ライン３６が、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５の入口にそれぞれ接続され、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５の出口からの被処理水が流出するための第一流出ライン３８が、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６の入口へ被処理水が流入するための第二流入ライン４０に接続されている。処理水が流出するための第二流出ライン４２が、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６の出口にそれぞれ接続されている。上記構成によって、被処理水は、まず、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５に供給され、脱塩処理される。そして、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５を通過した被処理水が、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６に供給され、さらに脱塩処理されて処理水として排出される。なお、被処理水の通水経路は、上記に制限されるものではなく、例えば、混合体１８が充填された第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６からアニオン交換体２０が充填された第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５へ被処理水が通水されてもよい。
【００２８】
また、濃縮水流入ライン４８は、濃縮室１６ａ、１６ｂの入口にそれぞれ接続され、濃縮水流出ライン５０は、濃縮室１６ａ、１６ｂの出口にそれぞれ接続されている。電極水流入ラインは、濃縮水流入ライン４８と同一のラインとし、電極室２８、３０の入口にそれぞれ接続され、電極水流出ラインは、濃縮水流出ライン５０と同一のラインとし、電極室２８、３０の出口にそれぞれ接続されている。本実施の形態例において、電極水流入ライン及び濃縮水流入ライン４８、電極水流出ライン及び濃縮水流出ライン５０をそれぞれ同一のラインとしているが、異なるラインとしてもよい。また、濃縮水及び電極水として流入させる溶液を同じものとして通水させているが、これに限られず、濃縮水及び電極水を異なる溶液としてもよい。
【００２９】
また、本実施の形態例では、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５に流入する被処理水の流れ方向及び第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６に流入する被処理水の流れ方向は共に下降方向であり、濃縮水の流れ方向はその逆の上昇方向であるが、これに制限されない。
【００３０】
本実施の形態における電気式脱イオン水製造装置１によって、脱イオン水を製造する場合の運転方法の一例を以下に説明する。まず、陰極２４と陽極２６間に直流電流を流した状態で、第一流入ライン３６から被処理水を流入させると共に、濃縮水流入ライン４８から濃縮水を流入させる。第一流入ライン３６から流入した被処理水は、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５を流れ、アニオン交換体２０の充填層を通過する際に炭酸（遊離炭酸、重炭酸イオン、炭酸イオン）、シリカ等のアニオンが除去される。更に、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５の第一流出ライン３８を通った被処理水は、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６の第二流入ライン４０を流れ、混合体１８の充填層を通過する際にカチオン及びアニオンが除去され、処理水（脱イオン水）が第二流出ライン４２から得られる。また、濃縮水流入ライン４８から流入した濃縮水は、各濃縮室１６ａ、１６ｂを流れ、カチオン交換膜１０及びアニオン交換膜１４を介して移動してくるイオンを受取り、イオンを濃縮した濃縮水として濃縮水流出ライン５０から流出される。さらに、濃縮水流入ライン４８（電極水流入ライン）から流入した電極水は、濃縮水流出ライン５０（電極水流出ライン）から流出される。上述の運転によって、被処理水中の不純物イオンが除去された処理水（脱イオン水）が得られる。
【００３１】
先に流入する第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５のアニオン交換体２０にて捕捉される炭酸（遊離炭酸、重炭酸イオン、炭酸イオン）は、水酸化物イオンやアニオン交換体２０に捕捉された他のアニオン成分と共に陽極側のアニオン交換膜１４を通過し、濃縮室１６ａ、１６ｂへと移動する。濃縮室１６ａ、１６ｂのアニオン交換体２２は、移動してきた炭酸によりＨＣＯ３形のアニオン交換体となる。仮に、本実施形態とは異なり、濃縮室１６ａ、１６ｂ内のアニオン交換体２２とカチオン交換膜１０との間にモノリス状有機多孔質カチオン交換体２３が配置されていない状態で、ＨＣＯ３形のアニオン交換体に電流が流れると、ＨＣＯ３−（及びＣＯ３２−）は電場によってカチオン交換膜１０近傍まで引き寄せられるが、カチオン交換膜１０を透過することはできず、カチオン交換膜１０近傍で濃縮される。これによって、カチオン交換膜１０を隔てて濃縮室１６ａ、１６ｂ（濃厚側）と第一小脱塩室ｄ３、ｄ５（希薄側）との間にＨＣＯ３−（及びＣＯ３２−）の急な濃度勾配が発生する。また、カチオン交換膜１０からは水素イオンが透過してくるため、濃縮室１６ａ、１６ｂのカチオン交換膜１０近傍のｐＨは低くなる。そうすると、水と炭酸ガス（ＣＯ２）が発生し、カチオン交換膜１０近傍に高濃度炭酸ガス含有水溶液層が形成され、炭酸ガスは、拡散によってカチオン交換膜１０を透過して第二小脱塩室ｄ４，ｄ６へ移動（逆拡散）してしまう。これにより第二小脱塩室ｄ４，ｄ６から排出される最終処理水が炭酸で汚染されることになる。
【００３２】
これに対し、本実施の形態例では、濃縮室１６ａ、１６ｂ内のアニオン交換体２２とカチオン交換膜１０との間にモノリス状有機多孔質カチオン交換体２３が配置されているため、濃縮室１６ａ、１６ｂ内のアニオン交換体２２はカチオン交換膜１０と接触していない。したがって、高濃度炭酸ガス含有水溶液層は、カチオン交換膜１０から離れて、主にアニオン交換体２２と接するモノリス状有機多孔質カチオン交換体２３表面又は内部に形成される。また、モノリス状有機多孔質カチオン交換体２３のマクロポアと開口部あるいは空孔部は、濃縮水が通過する流路であるため、モノリス状有機多孔質カチオン交換体２３表面又は内部の炭酸ガスは、カチオン交換膜１０に接する前に濃縮水と共に濃縮室１６ａ、１６ｂから流出される。また、モノリス状有機多孔質カチオン交換体２３表面又は内部の炭酸ガスが、カチオン交換膜１０に到達したとしても、モノリス状有機多孔質カチオン交換体２３内で希薄化（低濃度化）されているため、カチオン交換膜１０を透過する炭酸ガスの量は大きく低減される。
【００３３】
また、本実施の形態例のモノリス状有機多孔質カチオン交換体２３は、イオン交換基（カチオン交換基）が分散しているため、イオン交換基のないモノリス状の有機多孔質体を濃縮室１６ａ、１６ｂ内のアニオン交換体２２とカチオン交換膜１０との間に配置するものより、電気式脱イオン水製造装置１の電気抵抗を低くすることができる。また、モノリス状有機多孔質カチオン交換体２３は、その他のメッシュ状物、不織布、織布等の多孔質カチオン交換体よりも充填率が高いため、その他のメッシュ状物、不織布、織布等の多孔質カチオン交換体を配置するよりも、電気式脱イオン水製造装置１の電気抵抗を低くすることができる。
【００３４】
また、被処理水を第一小脱塩室に充填されたアニオン交換体から第二小脱塩室に充填された混合体（アニオン交換体及びカチオン交換体）の順で接触させる構成では、炭酸の逆拡散現象が起こると、最終処理の第二小脱塩室に炭酸が移動するため、処理水が炭酸で汚染され易い。しかし、上記モノリス状有機多孔質カチオン交換体を濃縮室のアニオン交換体とカチオン交換体との間に配置することにより、炭酸の逆拡散現象が抑制されるため、このような構成でも最終処理水の炭酸汚染を防止することができる。また、脱塩室に充填された混合体によって、アニオン及びカチオンの両方のイオン除去が行え、高品位の脱イオン水を得ることができる。
【００３５】
本発明の電気式脱イオン水製造装置の濃縮室のアニオン交換体とカチオン交換膜との間に設置されるのは、複合構造のモノリス状有機多孔質カチオン交換体である。本明細書中、「モノリス状有機多孔質体」を単に「複合モノリス」と、「モノリス状有機多孔質カチオン交換体」又は「モノリス状有機多孔質イオン交換体」を単に「複合モノリスイオン交換体」と、「モノリス状の有機多孔質中間体」を単に「モノリス中間体」とも言う。
【００３６】
＜複合モノリスイオン交換体の説明＞
複合モノリスイオン交換体は、複合モノリスにイオン交換基を導入することで得られるものであり、連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体と、該有機多孔質体の骨格表面に固着する直径４〜４０μｍの多数の粒子体との複合構造体であるか、又は連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体と、該有機多孔質体の骨格表面上に形成される大きさが４〜４０μｍの多数の突起体との複合構造体であって、水湿潤状態で孔の平均直径１０〜１５０μｍ、全細孔容積０．５〜５ｍｌ／ｇであり、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量０．２ｍｇ当量/ｍｌ以上であり、イオン交換基が該複合構造体中に均一に分布している。なお、本明細書中、「粒子体」及び「突起体」を併せて「粒子体等」と言うことがある。
【００３７】
有機多孔質体の連続骨格相と連続空孔相（乾燥体）は、ＳＥＭ画像により観察することができる。有機多孔質体の基本構造としては、連続マクロポア構造及び共連続構造が挙げられる。有機多孔質体の骨格相は、柱状の連続体、凹状の壁面の連続体あるいはこれらの複合体として表れるもので、粒子状や突起状とは明らかに相違する形状のものである。
【００３８】
有機多孔質体の好ましい構造としては、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が水湿潤状態で平均直径３０〜１５０μｍの開口となる連続マクロポア構造体（以下、「第１の有機多孔質イオン交換体」とも言う。）及び水湿潤状態で平均の太さが１〜６０μｍの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に平均直径が水湿潤状態で１０〜１００μｍの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体（以下、「第２の有機多孔質イオン交換体」とも言う。）が挙げられる。
【００３９】
第１の有機多孔質イオン交換体の場合、有機多孔質体は、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が水湿潤状態で平均直径３０〜１５０μｍの開口（メソポア）となる連続マクロポア構造体である。複合モノリスイオン交換体の開口の平均直径は、モノリスにイオン交換基を導入する際、複合モノリス全体が膨潤するため、乾燥状態の複合モノリスの開口の平均直径よりも大となる。開口の平均直径が３０μｍ未満であると、濃縮水の圧力損失が高くなり、モノリスイオン交換体内で発生した炭酸ガスを濃縮水とともに、排水させることが困難となる場合がある。また、開口の平均直径が大き過ぎると、流体とモノリスイオン交換体との接触が不十分となり、その結果、イオン交換特性が低下してしまうため好ましくない。
【００４０】
なお、本発明では、乾燥状態のモノリス中間体の開口の平均直径、乾燥状態の複合モノリスの空孔又は開口の平均直径及び乾燥状態の複合モノリスイオン交換体の空孔又は開口の平均直径は、水銀圧入法により測定される値である。また、本発明の有機多孔質イオン交換体において、水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の空孔又は開口の平均直径は、乾燥状態の複合モノリスイオン交換体の空孔又は開口の平均直径に、膨潤率を乗じて算出される値である。具体的には、水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の直径がｘ１（ｍｍ）であり、その水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体を乾燥させ、得られる乾燥状態の複合モノリスイオン交換体の直径がｙ１（ｍｍ）であり、この乾燥状態の複合モノリスイオン交換体を水銀圧入法により測定したときの空孔又は開口の平均直径がｚ１（μｍ）であったとすると、水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の空孔又は開口の平均直径（μｍ）は、次式「水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の空孔又は開口の平均直径（μｍ）＝ｚ１×（ｘ１／ｙ１）」で算出される。また、イオン交換基導入前の乾燥状態の複合モノリスの空孔又は開口の平均直径、及びその乾燥状態の複合モノリスにイオン交換基導入したときの乾燥状態の複合モノリスに対する水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の膨潤率がわかる場合は、乾燥状態の複合モノリスの空孔又は開口の平均直径に、膨潤率を乗じて、複合モノリスイオン交換体の空孔の水湿潤状態の平均直径を算出することもできる。
【００４１】
第２の有機多孔質体イオン交換体の場合、有機多孔質体は、水湿潤状態で平均直径が１〜６０μｍの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に平均直径が水湿潤状態で１０〜１００μｍの三次元的に連続した空孔を有する共連続構造である。三次元的に連続した空孔の直径が１０μｍ未満であると、濃縮液透過時の圧力損失が高くなり、モノリスイオン交換体内で発生した炭酸ガスを濃縮水と共に、排水させることが困難となる場合があり好ましくなく、１００μｍを超えると、強度が低下する場合や、充填率が低くなり電気式脱イオン水製造装置の電気抵抗が高くなる場合がある。
【００４２】
上記共連続構造の空孔の水湿潤状態での平均直径は、公知の水銀圧入法で測定した乾燥状態の複合モノリスイオン交換体の空孔の平均直径に、膨潤率を乗じて算出される値である。具体的には、水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の直径がｘ２（ｍｍ）であり、その水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体を乾燥させ、得られる乾燥状態の複合モノリスイオン交換体の直径がｙ２（ｍｍ）であり、この乾燥状態の複合モノリスイオン交換体を水銀圧入法により測定したときの空孔の平均直径がｚ２（μｍ）であったとすると、複合モノリスイオン交換体の空孔の水湿潤状態での平均直径（μｍ）は、次式「複合モノリスイオン交換体の空孔の水湿潤状態の平均直径（μｍ）＝ｚ２×（ｘ２／ｙ２）」で算出される。また、イオン交換基導入前の乾燥状態の複合モノリスの空孔の平均直径、及びその乾燥状態の複合モノリスにイオン交換基導入したときの乾燥状態の複合モノリスに対する水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の膨潤率がわかる場合は、乾燥状態の複合モノリスの空孔の平均直径に、膨潤率を乗じて、複合モノリスイオン交換体の空孔の水湿潤状態の平均直径を算出することもできる。また、上記共連続構造体の骨格の水湿潤状態での平均太さは、乾燥状態の複合モノリスイオン交換体のＳＥＭ観察を少なくとも３回行い、得られた画像中の骨格の太さを測定し、その平均値に、膨潤率を乗じて算出される値である。具体的には、水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の直径がｘ３（ｍｍ）であり、その水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体を乾燥させ、得られる乾燥状態の複合モノリスイオン交換体の直径がｙ３（ｍｍ）であり、この乾燥状態の複合モノリスイオン交換体のＳＥＭ観察を少なくとも３回行い、得られた画像中の骨格の太さを測定し、その平均値がｚ３（μｍ）であったとすると、複合モノリスイオン交換体の連続構造体の骨格の水湿潤状態での平均太さ（μｍ）は、次式「複合モノリスイオン交換体の連続構造体の骨格の水湿潤状態の平均太さ（μｍ）＝ｚ３×（ｘ３／ｙ３）」で算出される。また、イオン交換基導入前の乾燥状態の複合モノリスの骨格の平均太さ、及びその乾燥状態の複合モノリスにイオン交換基導入したときの乾燥状態の複合モノリスに対する水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の膨潤率がわかる場合は、乾燥状態の複合モノリスの骨格の平均太さに、膨潤率を乗じて、複合モノリスイオン交換体の骨格の水湿潤状態の平均太さを算出することもできる。なお、共連続構造を形成する骨格は棒状であり円形断面形状であるが、楕円断面形状等異径断面のものが含まれていてもよい。この場合の太さは短径と長径の平均である。
【００４３】
また、三次元的に連続した骨格の平均直径が１μｍ未満であると、体積当りのイオン交換容量が低下してしまうため好ましくなく、６０μｍを超えると、イオン交換特性の均一性が失われるため好ましくない。
【００４４】
複合モノリスイオン交換体の水湿潤状態での孔の平均直径の好ましい値は１０〜１２０μｍである。複合モノリスイオン交換体を構成する有機多孔質体が第１の有機多孔質体の場合、複合モノリスイオン交換体の孔径の好ましい値は３０〜１２０μｍ、複合モノリスイオン交換体を構成する有機多孔質体が第２の有機多孔質体の場合、複合モノリスイオン交換体の孔径の好ましい値は１０〜９０μｍである。
【００４５】
本発明に係る複合モノリスイオン交換体において、水湿潤状態での粒子体の直径及び突起体の大きさは、４〜４０μｍ、好ましくは４〜３０μｍ、特に好ましくは４〜２０μｍである。なお、本発明において、粒子体及び突起体は、共に骨格表面に突起状に観察されるものであり、粒状に観察されるものを粒子体と称し、粒状とは言えない突起状のものを突起体と称する。図１８に、突起体の模式的な断面図を示す。図１８中の（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、骨格表面６１から突き出している突起状のものが突起体６２であり、突起体６２には、（Ａ）に示す突起体６２ａのように粒状に近い形状のもの、（Ｂ）に示す突起体６２ｂのように半球状のもの、（Ｃ）に示す突起体６２ｃのように骨格表面の盛り上がりのようなもの等が挙げられる。また、他には、突起体６１には、（Ｄ）に示す突起体６２ｄのように、骨格表面６１の平面方向よりも、骨格表面６１に対して垂直方向の方が長い形状のものや、（Ｅ）に示す突起体６２ｅのように、複数の方向に突起した形状のものもある。また、突起体の大きさは、ＳＥＭ観察したときのＳＥＭ画像で判断され、個々の突起体のＳＥＭ画像での幅が最も大きくなる部分の長さを指す。
【００４６】
本発明に係る複合モノリスイオン交換体において、全粒子体等中、水湿潤状態で４〜４０μｍの粒子体等が占める割合は７０％以上、好ましくは８０％以上である。なお、全粒子体等中の水湿潤状態で４〜４０μｍの粒子体等が占める割合は、全粒子体等の個数に占める水湿潤状態で４〜４０μｍの粒子体等の個数割合を指す。また、骨格相の表面は全粒子体等により４０％以上、好ましくは５０％以上被覆されている。なお、粒子体等による骨格層の表面の被覆割合は、ＳＥＭにより表面観察にしたときのＳＥＭ画像上の面積割合、つまり、表面を平面視したときの面積割合を指す。壁面や骨格を被覆している粒子の大きさが上記範囲を逸脱すると、流体と複合モノリスイオン交換体の骨格表面及び骨格内部との接触効率を改善する効果が小さくなってしまうため好ましくない。なお、全粒子体等とは、水湿潤状態で４〜４０μｍの粒子体等以外の大きさの範囲の粒子体及び突起体も全て含めた、骨格層の表面に形成されている全ての粒子体及び突起体を指す。
【００４７】
上記複合モノリスイオン交換体の骨格表面に付着した粒子体等の水湿潤状態での直径又は大きさは、乾燥状態の複合モノリスイオン交換体のＳＥＭ画像の観察により得られる粒子体等の直径又は大きさに、乾燥状態から湿潤状態となった際の膨潤率を乗じて算出した値、又はイオン交換基導入前の乾燥状態の複合モノリスのＳＥＭ画像の観察により得られる粒子体等の直径又は大きさに、イオン交換基導入前後の膨潤率を乗じて算出した値である。具体的には、水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の直径がｘ４（ｍｍ）であり、その水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体を乾燥させ、得られる乾燥状態の複合モノリスイオン交換体の直径がｙ４（ｍｍ）であり、この乾燥状態の複合モノリスイオン交換体をＳＥＭ観察したときのＳＥＭ画像中の粒子体等の直径又は大きさがｚ４（μｍ）であったとすると、水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の粒子体等の直径又は大きさ（μｍ）は、次式「水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の粒子体等の直径又は大きさ（μｍ）＝ｚ４×（ｘ４／ｙ４）」で算出される。そして、乾燥状態の複合モノリスイオン交換体のＳＥＭ画像中に観察される全ての粒子体等の直径又は大きさを測定して、その値を基に、１視野のＳＥＭ画像中の全粒子体等の水湿潤状態での直径又は大きさを算出する。この乾燥状態の複合モノリスイオン交換体のＳＥＭ観察を少なくとも３回行い、全視野において、ＳＥＭ画像中の全粒子体等の水湿潤状態での直径又は大きさを算出して、直径又は大きさが４〜４０μｍにある粒子体等が観察されるか否かを確認し、全視野において確認された場合、複合モノリスイオン交換体の骨格表面上に、直径又は大きさが水湿潤状態で４〜４０μｍにある粒子体が形成されていると判断する。また、上記に従って１視野毎にＳＥＭ画像中の全粒子体等の水湿潤状態での直径又は大きさを算出し、各視野毎に、全粒子体等に占める水湿潤状態で４〜４０μｍの粒子体等の割合を求め、全視野において、全粒子体等中の水湿潤状態で４〜４０μｍの粒子体等が占める割合が７０％以上であった場合には、複合モノリスイオン交換体の骨格表面に形成されている全粒子体等中、水湿潤状態で４〜４０μｍの粒子体等が占める割合は７０％以上であると判断する。また、上記に従って１視野毎にＳＥＭ画像中の全粒子体等による骨格層の表面の被覆割合を求め、全視野において、全粒子体等による骨格層の表面の被覆割合が４０％以上であった場合には、複合モノリスイオン交換体の骨格層の表面が全粒子体等により被覆されている割合が４０％以上であると判断する。また、イオン交換基導入前の乾燥状態の複合モノリスの粒子体等の直径又は大きさと、その乾燥状態のモノリスにイオン交換基導入したときの乾燥状態の複合モノリスに対する水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の膨潤率とがわかる場合は、乾燥状態の複合モノリスの粒子体等の直径又は大きさに、膨潤率を乗じて、水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の粒子体等の直径又は大きさを算出して、上記と同様にして、水湿潤状態の複合モノリスイオン交換体の粒子体等の直径又は大きさ、全粒子体等中、水湿潤状態で４〜４０μｍの粒子体等が占める割合、粒子体等による骨格層の表面の被覆割合を求めることもできる。
【００４８】
粒子体等による骨格相表面の被覆率が４０％未満であると、流体と複合モノリスイオン交換体の骨格内部及び骨格表面との接触効率を改善する効果が小さくなり、イオン交換挙動の均一性が損なわれてしまうため好ましくない。上記粒子体等による被覆率の測定方法としては、モノリス（乾燥体）のＳＥＭ画像による画像解析方法が挙げられる。
【００４９】
また、複合モノリスイオン交換体の全細孔容積は、複合モノリスの全細孔容積と同様である。すなわち、複合モノリスにイオン交換基を導入することで膨潤し開口径が大きくなっても、骨格相が太るため全細孔容積はほとんど変化しない。全細孔容積が０．５ｍｌ／ｇ未満であると、モノリス内を流れる濃縮水の圧力損失が高くなり、モノリスイオン交換体内で発生した炭酸ガスを濃縮水と共に排水させることが困難となる場合がある。一方、全細孔容積が５ｍｌ／ｇを超えると、モノリスイオン交換体の強度低下、電気式脱イオン水製造装置の電気抵抗の増加が生じるため好ましくない。なお、複合モノリス（モノリス中間体、複合モノリス、複合モノリスイオン交換体）の全細孔容積は、乾燥状態でも、水湿潤状態でも、同じである。
【００５０】
なお、複合モノリスイオン交換体に水を透過させた際の圧力損失は、複合モノリスに水を透過させた際の圧力損失と同様である。
【００５１】
本発明の複合モノリスイオン交換体は、水湿潤状態での体積当りのカチオン交換容量が０．２ｍｇ当量/ｍｌ以上、好ましくは０．３〜１．８ｍｇ当量／ｍｌのイオン交換容量を有する。体積当りのカチオン交換容量が０．２ｍｇ当量／ｍｌ未満であると、導電性が低下し、電気抵抗が増大してしまうため好ましくない。なお、本発明の複合モノリスイオン交換体の乾燥状態における重量当りのイオン交換容量は特に限定されないが、イオン交換基が複合モノリスの骨格表面及び骨格内部にまで均一に導入しているため、３〜５ｍｇ当量/ｇである。なお、イオン交換基が骨格の表面のみに導入された有機多孔質体のイオン交換容量は、有機多孔質体やイオン交換基の種類により一概には決定できないものの、せいぜい５００μｇ当量/ｇである。
【００５２】
本発明の複合モノリスに導入するイオン交換基としては、スルホン酸基、カルボン酸基、イミノ二酢酸基、リン酸基、リン酸エステル基等のカチオン交換基が挙げられる。
【００５３】
本発明の複合モノリスイオン交換体において、導入されたイオン交換基は、複合モノリスの骨格の表面のみならず、骨格相内部にまで均一に分布している。ここで言う「イオン交換基が均一に分布している」とは、イオン交換基の分布が少なくともμｍオーダーで骨格相の表面および骨格相の内部に均一に分布していることを指す。イオン交換基の分布状況は、ＥＰＭＡ等を用いることで、比較的簡単に確認することができる。また、イオン交換基が、複合モノリスの表面のみならず、骨格相の内部にまで均一に分布していると、表面と内部の物理的性質及び化学的性質を均一にできるため、膨潤及び収縮に対する耐久性が向上する。
【００５４】
本発明の複合モノリスイオン交換体は、その厚みが１ｍｍ以上であり、膜状の多孔質体とは区別される。厚みが１ｍｍ未満であると、多孔質体一枚当りのイオン交換容量が極端に低下してしまうため好ましくない。該複合モノリスイオン交換体の厚みは、好適には３ｍｍ〜１０００ｍｍである。また、本発明の複合モノリスイオン交換体は、骨格の基本構造が連続空孔構造であるため、機械的強度が高い。
【００５５】
本発明の複合モノリスイオン交換体は、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、一分子中に少なくとも２個以上のビニル基を有する第１架橋剤、界面活性剤及び水の混合物を撹拌することにより油中水滴型エマルジョンを調製し、次いで油中水滴型エマルジョンを重合させて全細孔容積が５〜３０ｍｌ/ｇの連続マクロポア構造のモノリス状の有機多孔質中間体を得るＩ工程、ビニルモノマー、一分子中に少なくとも２個以上のビニル基を有する第２架橋剤、ビニルモノマーや第２架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒及び重合開始剤からなる混合物を調製するＩＩ工程、ＩＩ工程で得られた混合物を静置下、且つ該Ｉ工程で得られたモノリス状の有機多孔質中間体の存在下で重合を行うＩＩＩ工程、ＩＩＩ工程で得られたモノリス状有機多孔質体にイオン交換基を導入するＩＶ工程、を行い、モノリス状有機多孔質体を製造する際に、下記（１）〜（５）：
（１）ＩＩＩ工程における重合温度が、重合開始剤の１０時間半減温度より、少なくとも５℃低い温度である；
（２）ＩＩ工程で用いる第２架橋剤のモル％が、Ｉ工程で用いる第１架橋剤のモル％の２倍以上である；
（３）ＩＩ工程で用いるビニルモノマーが、Ｉ工程で用いた油溶性モノマーとは異なる構造のビニルモノマーである；
（４）ＩＩ工程で用いる有機溶媒が、分子量２００以上のポリエーテルである；
（５）ＩＩ工程で用いるビニルモノマーの濃度が、ＩＩ工程の混合物中、３０重量％以下である；の条件のうち、少なくとも一つを満たす条件下でＩＩ工程又はＩＩＩ工程を行うことにより得られる。
【００５６】
（モノリス中間体の製造方法）
本発明のモノリスの製造方法において、Ｉ工程は、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、一分子中に少なくとも２個以上のビニル基を有する第１架橋剤、界面活性剤及び水の混合物を撹拌することにより油中水滴型エマルジョンを調製し、次いで油中水滴型エマルジョンを重合させて全細孔容積が５〜３０ｍｌ/ｇの連続マクロポア構造のモノリス中間体を得る工程である。このモノリス中間体を得るＩ工程は、特開２００２−３０６９７６号公報記載の方法に準拠して行なえばよい。
【００５７】
イオン交換基を含まない油溶性モノマーとしては、例えば、カルボン酸基、スルホン酸基、四級アンモニウム基等のイオン交換基を含まず、水に対する溶解性が低く、親油性のモノマーが挙げられる。これらモノマーの好適なものとしては、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ジビニルベンゼン、エチレン、プロピレン、イソブテン、ブタジエン、エチレングリコールジメタクリレート等が挙げられる。これらモノマーは、１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００５８】
一分子中に少なくとも２個以上のビニル基を有する第１架橋剤としては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル、エチレングリコールジメタクリレート等が挙げられる。これら架橋剤は、１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。好ましい第１架橋剤は、機械的強度の高さから、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル等の芳香族ポリビニル化合物である。第１架橋剤の使用量は、ビニルモノマーと第１架橋剤の合計量に対して０．３〜１０モル％、特に０．３〜５モル％、更に０．３〜３モル％であることが好ましい。第１架橋剤の使用量が０．３モル％未満であると、モノリスの機械的強度が不足するため好ましくない。一方、１０モル％を越えると、モノリスの脆化が進行して柔軟性が失われる、イオン交換基の導入量が減少してしまうといった問題点が生じるため好ましくない。
【００５９】
界面活性剤は、イオン交換基を含まない油溶性モノマーと水とを混合した際に、油中水滴型（Ｗ／Ｏ）エマルジョンを形成できるものであれば特に制限はなく、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート等の非イオン界面活性剤；オレイン酸カリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、スルホコハク酸ジオクチルナトリウム等の陰イオン界面活性剤；ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド等の陽イオン界面活性剤；ラウリルジメチルベタイン等の両性界面活性剤を用いることができる。これら界面活性剤は１種単独又は２種類以上を組み合わせて使用することができる。なお、油中水滴型エマルジョンとは、油相が連続相となり、その中に水滴が分散しているエマルジョンを言う。上記界面活性剤の添加量としては、油溶性モノマーの種類および目的とするエマルジョン粒子（マクロポア）の大きさによって大幅に変動するため一概には言えないが、油溶性モノマーと界面活性剤の合計量に対して約２〜７０％の範囲で選択することができる。
【００６０】
また、Ｉ工程では、油中水滴型エマルジョン形成の際、必要に応じて重合開始剤を使用してもよい。重合開始剤は、熱及び光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は水溶性であっても油溶性であってもよく、例えば、２，２’-アゾビス（イソブチロニトリル）、２，２’-アゾビス（２，４-ジメチルバレロニトリル）、２，２’-アゾビス（２−メチルブチロニトリル）、２，２’-アゾビス（４-メトキシ-２，４-ジメチルバレロニトリル）、２，２’-アゾビスイソ酪酸ジメチル、４，４’-アゾビス（４-シアノ吉草酸）、１，１’-アゾビス（シクロヘキサン-1-カルボニトリル）、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素−塩化第一鉄、過硫酸ナトリウム−酸性亜硫酸ナトリウム等が挙げられる。
【００６１】
イオン交換基を含まない油溶性モノマー、第１架橋剤、界面活性剤、水及び重合開始剤とを混合し、油中水滴型エマルジョンを形成させる際の混合方法としては、特に制限はなく、各成分を一括して一度に混合する方法、油溶性モノマー、第１架橋剤、界面活性剤及び油溶性重合開始剤である油溶性成分と、水や水溶性重合開始剤である水溶性成分とを別々に均一溶解させた後、それぞれの成分を混合する方法などが使用できる。エマルジョンを形成させるための混合装置についても特に制限はなく、通常のミキサーやホモジナイザー、高圧ホモジナイザー等を用いることができ、目的のエマルジョン粒径を得るのに適切な装置を選択すればよい。また、混合条件についても特に制限はなく、目的のエマルジョン粒径を得ることができる攪拌回転数や攪拌時間を、任意に設定することができる。
【００６２】
Ｉ工程で得られるモノリス中間体は、連続マクロポア構造を有する。これを重合系に共存させると、そのモノリス中間体の構造を鋳型として連続マクロポア構造の骨格相の表面に粒子体等が形成したり、共連続構造の骨格相の表面に粒子体等が形成したりする。また、モノリス中間体は、架橋構造を有する有機ポリマー材料である。該ポリマー材料の架橋密度は特に限定されないが、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、０．３〜１０モル％、好ましくは０．３〜５モル％の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。架橋構造単位が０．３モル％未満であると、機械的強度が不足するため好ましくない。一方、１０モル％を越えると、多孔質体の脆化が進行し、柔軟性が失われるため好ましくない。
【００６３】
モノリス中間体の全細孔容積は、５〜３０ｍｌ／ｇ、好適には６〜２８ｍｌ／ｇである。全細孔容積が小さ過ぎると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの全細孔容積が小さくなりすぎ、流体透過時の圧力損失が大きくなるため好ましくない。一方、全細孔容積が大き過ぎると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの構造が不均一になりやすく、場合によっては構造崩壊を引き起こすため好ましくない。モノリス中間体の全細孔容積を上記数値範囲とするには、モノマーと水の比（重量）を、概ね１：５〜１：３５とすればよい。
【００６４】
このモノマーと水との比を、概ね１：５〜１：２０とすれば、モノリス中間体の全細孔容積が５〜１６ｍｌ/ｇの連続マクロポア構造のものが得られ、ＩＩＩ工程を経て得られる複合モノリスの有機多孔質体が第１の有機多孔質体のものが得られる。また、該配合比率を、概ね１：２０〜１：３５とすれば、モノリス中間体の全細孔容積が１６ｍｌ/ｇを超え、３０ｍｌ/ｇ以下の連続マクロポア構造のものが得られ、ＩＩＩ工程を経て得られる複合モノリスの有機多孔質体が第２の有機多孔質体のものが得られる。
【００６５】
また、モノリス中間体は、マクロポアとマクロポアの重なり部分である開口（メソポア）の平均直径が乾燥状態で２０〜１００μｍである。開口の平均直径が２０μｍ未満であると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの開口径が小さくなり、通水過時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。一方、１００μｍを超えると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの開口径が大きくなりすぎ、水の流路が均一に形成されにくくなるため好ましくない。モノリス中間体は、マクロポアの大きさや開口の径が揃った均一構造のものが好適であるが、これに限定されず、均一構造中、均一なマクロポアの大きさよりも大きな不均一なマクロポアが点在するものであってもよい。
【００６６】
（複合モノリスの製造方法）
ＩＩ工程は、ビニルモノマー、一分子中に少なくとも２個以上のビニル基を有する第２架橋剤、ビニルモノマーや第２架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒及び重合開始剤からなる混合物を調製する工程である。なお、Ｉ工程とＩＩ工程の順序はなく、Ｉ工程後にＩＩ工程を行ってもよく、ＩＩ工程後にＩ工程を行ってもよい。
【００６７】
ＩＩ工程で用いられるビニルモノマーとしては、分子中に重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒に対する溶解性が高い親油性のビニルモノマーであれば、特に制限はない。これらビニルモノマーの具体例としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン等の芳香族ビニルモノマー；エチレン、プロピレン、１-ブテン、イソブテン等のα-オレフィン；ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等のジエン系モノマー；塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン、テトラフルオロエチレン等のハロゲン化オレフィン；アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル系モノマー；酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル；アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸２-エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸グリシジル等の（メタ）アクリル系モノマーが挙げられる。これらモノマーは、１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。本発明で好適に用いられるビニルモノマーは、スチレン、ビニルベンジルクロライド等の芳香族ビニルモノマーである。
【００６８】
これらビニルモノマーの添加量は、重合時に共存させるモノリス中間体に対して、重量で３〜４０倍、好ましくは４〜３０倍である。ビニルモノマー添加量が多孔質体に対して３倍未満であると、生成したモノリスの骨格に粒子体を形成できず、イオン交換基導入後の体積当りのイオン交換容量が小さくなってしまうため好ましくない。一方、ビニルモノマー添加量が４０倍を超えると、開口径が小さくなり、流体透過時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。
【００６９】
ＩＩ工程で用いられる第２架橋剤は、分子中に少なくとも２個の重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒への溶解性が高いものが好適に用いられる。第２架橋剤の具体例としては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル、エチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ブタンジオールジアクリレート等が挙げられる。これら第２架橋剤は、１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。好ましい第２架橋剤は、機械的強度の高さと加水分解に対する安定性から、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル等の芳香族ポリビニル化合物である。第２架橋剤の使用量は、ビニルモノマーと第２架橋剤の合計量に対して０．３〜２０モル％、特に０．３〜１０モル％であることが好ましい。架橋剤使用量が０．３モル％未満であると、モノリスの機械的強度が不足するため好ましくない。一方、２０モル％を越えると、モノリスの脆化が進行して柔軟性が失われる、イオン交換基の導入量が減少してしまうといった問題点が生じるため好ましくない。
【００７０】
ＩＩ工程で用いられる有機溶媒は、ビニルモノマーや第２架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒、言い換えると、ビニルモノマーが重合して生成するポリマーに対する貧溶媒である。該有機溶媒は、ビニルモノマーの種類によって大きく異なるため一般的な具体例を列挙することは困難であるが、例えば、ビニルモノマーがスチレンの場合、有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、オクタノール、2-エチルヘキサノール、デカノール、ドデカノール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール等のアルコール類；ジエチルエーテル、ブチルセロソルブ、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等の鎖状（ポリ）エーテル類；ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、デカン、ドデカン等の鎖状飽和炭化水素類；酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸セロソルブ、プロピオン酸エチル等のエステル類が挙げられる。また、ジオキサンやＴＨＦ、トルエンのようにポリスチレンの良溶媒であっても、上記貧溶媒と共に用いられ、その使用量が少ない場合には、有機溶媒として使用することができる。これら有機溶媒の使用量は、上記ビニルモノマーの濃度が５〜８０重量％となるように用いることが好ましい。有機溶媒使用量が上記範囲から逸脱してビニルモノマー濃度が５重量％未満となると、重合速度が低下してしまうため好ましくない。一方、ビニルモノマー濃度が８０重量％を超えると、重合が暴走する恐れがあるため好ましくない。
【００７１】
重合開始剤としては、熱及び光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は油溶性であるほうが好ましい。本発明で用いられる重合開始剤の具体例としては、２，２’-アゾビス（イソブチロニトリル）、２，２’-アゾビス（２，４-ジメチルバレロニトリル）、２，２’-アゾビス（２−メチルブチロニトリル）、２，２’-アゾビス（４-メトキシ-２，４-ジメチルバレロニトリル）、２，２’-アゾビスイソ酪酸ジメチル、４，４’-アゾビス（４-シアノ吉草酸）、１，１’-アゾビス（シクロヘキサン-1-カルボニトリル）、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、テトラメチルチウラムジスルフィド等が挙げられる。重合開始剤の使用量は、モノマーの種類や重合温度等によって大きく変動するが、ビニルモノマーと第２架橋剤の合計量に対して、約０．０１〜５％の範囲で使用することができる。
【００７２】
ＩＩＩ工程は、ＩＩ工程で得られた混合物を静置下、且つ該Ｉ工程で得られたモノリス中間体の存在下、重合を行い、複合モノリスを得る工程である。ＩＩＩ工程で用いるモノリス中間体は、本発明の斬新な構造を有するモノリスを創出する上で、極めて重要な役割を担っている。特表平７−５０１１４０号等に開示されているように、モノリス中間体不存在下でビニルモノマーと第２架橋剤を特定の有機溶媒中で静置重合させると、粒子凝集型のモノリス状有機多孔質体が得られる。それに対して、本発明のように上記重合系に連続マクロポア構造のモノリス中間体を存在させると、重合後のモノリスの構造は劇的に変化し、粒子凝集構造は消失し、上述の特定の骨格構造を有するモノリスが得られる。
【００７３】
反応容器の内容積は、モノリス中間体を反応容器中に存在させる大きさのものであれば特に制限されず、反応容器内にモノリス中間体を載置した際、平面視でモノリスの周りに隙間ができるもの、反応容器内にモノリス中間体が隙間無く入るもののいずれであってもよい。このうち、重合後のモノリスが容器内壁から押圧を受けることなく、反応容器内に隙間無く入るものが、モノリスに歪が生じることもなく、反応原料などの無駄がなく効率的である。なお、反応容器の内容積が大きく、重合後のモノリスの周りに隙間が存在する場合であっても、ビニルモノマーや架橋剤は、モノリス中間体に吸着、分配されるため、反応容器内の隙間部分に粒子凝集構造物が生成することはない。
【００７４】
ＩＩＩ工程において、反応容器中、モノリス中間体は混合物（溶液）で含浸された状態に置かれる。ＩＩ工程で得られた混合物とモノリス中間体の配合比は、前述の如く、モノリス中間体に対して、ビニルモノマーの添加量が重量で３〜４０倍、好ましくは４〜３０倍となるように配合するのが好適である。これにより、適度な開口径を有しつつ、特定の骨格を有するモノリスを得ることができる。反応容器中、混合物中のビニルモノマーと架橋剤は、静置されたモノリス中間体の骨格に吸着、分配しされ、モノリス中間体の骨格内で重合が進行する。
【００７５】
重合条件は、モノマーの種類、開始剤の種類により様々な条件が選択できる。例えば、開始剤として２，２’-アゾビス（イソブチロニトリル）、２，２’-アゾビス（２，４-ジメチルバレロニトリル）、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル等を用いたときには、不活性雰囲気下の密封容器内において、２０〜１００℃で１〜４８時間加熱重合させればよい。加熱重合により、モノリス中間体の骨格に吸着、分配したビニルモノマーと架橋剤が該骨格内で重合し、該特定の骨格構造を形成させる。重合終了後、内容物を取り出し、未反応ビニルモノマーと有機溶媒の除去を目的に、アセトン等の溶剤で抽出して特定骨格構造のモノリスを得る。
【００７６】
上述の複合モノリスを製造する際に、下記（１）〜（５）の条件のうち、少なくとも一つを満たす条件下でＩＩ工程又はＩＩＩ工程行うと、本発明の特徴的な構造である、骨格表面に粒子体等が形成された複合モノリスを製造することができる。
【００７７】
（１）ＩＩＩ工程における重合温度が、重合開始剤の１０時間半減温度より、少なくとも５℃低い温度である。
（２）ＩＩ工程で用いる第２架橋剤のモル％が、Ｉ工程で用いる第１架橋剤のモル％の２倍以上である。
（３）ＩＩ工程で用いるビニルモノマーが、Ｉ工程で用いた油溶性モノマーとは異なる構造のビニルモノマーである。
（４）ＩＩ工程で用いる有機溶媒が、分子量２００以上のポリエーテルである。
（５）ＩＩ工程で用いるビニルモノマーの濃度が、ＩＩ工程の混合物中、３０重量％以下である。
【００７８】
（上記（１）の説明）
１０時間半減温度は重合開始剤の特性値であり、使用する重合開始剤が決まれば１０時間半減温度を知ることができる。また、所望の１０時間半減温度があれば、それに該当する重合開始剤を選択することができる。ＩＩＩ工程において、重合温度を低下させることで、重合速度が低下し、骨格相の表面に粒子体等を形成させることができる。その理由は、モノリス中間体の骨格相の内部でのモノマー濃度低下が緩やかとなり、液相部からモノリス中間体へのモノマー分配速度が低下するため、余剰のモノマーがモノリス中間体の骨格層の表面近傍で濃縮され、その場で重合したためと考えられる。
【００７９】
重合温度の好ましいものは、用いる重合開始剤の１０時間半減温度より少なくとも１０℃低い温度である。重合温度の下限値は特に限定されないが、温度が低下するほど重合速度が低下し、重合時間が実用上許容できないほど長くなってしまうため、重合温度を１０時間半減温度に対して５〜２０℃低い範囲に設定することが好ましい。
【００８０】
（（２）の説明）
ＩＩ工程で用いる第２架橋剤のモル％を、Ｉ工程で用いる第１架橋剤のモル％の２倍以上に設定して重合すると、本発明の複合モノリスが得られる。その理由は、モノリス中間体と含浸重合によって生成したポリマーとの相溶性が低下し相分離が進行するため、含浸重合によって生成したポリマーはモノリス中間体の骨格相の表面近傍に排除され、骨格相表面に粒子体等の凹凸を形成したものと考えられる。なお、架橋剤のモル％は、架橋密度モル％であって、ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対する架橋剤量（モル％）を言う。
【００８１】
ＩＩ工程で用いる第２架橋剤モル％の上限は特に制限されないが、第２架橋剤モル％が著しく大きくなると、重合後のモノリスにクラックが発生する、モノリスの脆化が進行して柔軟性が失われる、イオン交換基の導入量が減少してしまうといった問題点が生じるため好ましくない。好ましい第２架橋剤モル％の倍数は２倍〜１０倍である。一方、Ｉ工程で用いる第１架橋剤モル％をＩＩ工程で用いられる第２架橋剤モル％に対して２倍以上に設定しても、骨格相表面への粒子体等の形成は起こらず、本発明の複合モノリスは得られない。
【００８２】
（（３）の説明）
ＩＩ工程で用いるビニルモノマーが、Ｉ工程で用いた油溶性モノマーとは異なる構造のビニルモノマーであると、本発明の複合モノリスが得られる。例えば、スチレンとビニルベンジルクロライドのように、ビニルモノマーの構造が僅かでも異なると、骨格相表面に粒子体等が形成された複合モノリスが生成する。一般に、僅かでも構造が異なる二種類のモノマーから得られる二種類のホモポリマーは互いに相溶しない。したがって、Ｉ工程で用いたモノリス中間体形成に用いたモノマーとは異なる構造のモノマー、すなわち、Ｉ工程で用いたモノリス中間体形成に用いたモノマー以外のモノマーをＩＩ工程で用いてＩＩＩ工程で重合を行うと、ＩＩ工程で用いたモノマーはモノリス中間体に均一に分配や含浸がされるものの、重合が進行してポリマーが生成すると、生成したポリマーはモノリス中間体とは相溶しないため、相分離が進行し、生成したポリマーはモノリス中間体の骨格相の表面近傍に排除され、骨格相の表面に粒子体等の凹凸を形成したものと考えられる。
【００８３】
（（４）の説明）
ＩＩ工程で用いる有機溶媒が、分子量２００以上のポリエーテルであると、本発明の複合モノリスが得られる。ポリエーテルはモノリス中間体との親和性が比較的高く、特に低分子量の環状ポリエーテルはポリスチレンの良溶媒、低分子量の鎖状ポリエーテルは良溶媒ではないがかなりの親和性を有している。しかし、ポリエーテルの分子量が大きくなると、モノリス中間体との親和性は劇的に低下し、モノリス中間体とほとんど親和性を示さなくなる。このような親和性に乏しい溶媒を有機溶媒に用いると、モノマーのモノリス中間体の骨格内部への拡散が阻害され、その結果、モノマーはモノリス中間体の骨格の表面近傍のみで重合するため、骨格相表面に粒子体等が形成され骨格表面に凹凸を形成したものと考えられる。
【００８４】
ポリエーテルの分子量は、２００以上であれば上限に特に制約はないが、あまりに高分子量であると、ＩＩ工程で調製される混合物の粘度が高くなり、モノリス中間体内部への含浸が困難になるため好ましくない。好ましいポリエーテルの分子量は２００〜１０００００、特に好ましくは２００〜１００００である。また、ポリエーテルの末端構造は、未修飾の水酸基であっても、メチル基やエチル基等のアルキル基でエーテル化されていてもよいし、酢酸、オレイン酸、ラウリン酸、ステアリン酸等でエステル化されていてもよい。
【００８５】
（（５）の説明）
ＩＩ工程で用いるビニルモノマーの濃度が、ＩＩ工程中の混合物中、３０重量％以下であると、本発明の複合モノリスが得られる。ＩＩ工程でモノマー濃度を低下させることで、重合速度が低下し、前記（１）と同様の理由で、骨格相表面に粒子体等が形成でき、骨格相表面に凹凸を形成されることができる。モノマー濃度の下限値は特に限定されないが、モノマー濃度が低下するほど重合速度が低下し、重合時間が実用上許容できないほど長くなってしまうため、モノマー濃度は１０〜３０重量％に設定することが好ましい。
【００８６】
ＩＩＩ工程で得られた複合モノリスは、連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体と、該有機多孔質体の骨格表面に固着する多数の粒子体又は該有機多孔質体の骨格表面上に形成される多数の突起体との複合構造体である。有機多孔質体の連続骨格相と連続空孔相は、ＳＥＭ画像により観察することができる。有機多孔質体の基本構造は、連続マクロポア構造か、共連続構造である。
【００８７】
複合モノリスにおける連続マクロポア構造は、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が乾燥状態での平均直径２０〜１００μｍの開口となるものであり、複合モノリスにおける共連続構造体は、平均の太さが乾燥状態で０．８〜４０μｍの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に乾燥で平均直径が８〜８０μｍの三次元的に連続した空孔とからなるものである。
【００８８】
ＩＶ工程は、ＩＩＩ工程で得られた複合モノリスにイオン交換基を導入する工程である。この導入方法によれば、得られる複合モノリスイオン交換体の多孔構造を厳密にコントロールできる。
【００８９】
上記複合モノリスにイオン交換基を導入する方法としては、特に制限はなく、高分子反応やグラフト重合等の公知の方法を用いることができる。例えば、スルホン酸基を導入する方法としては、複合モノリスがスチレン-ジビニルベンゼン共重合体等であればクロロ硫酸や濃硫酸、発煙硫酸を用いてスルホン化する方法；複合モノリスに均一にラジカル開始基や連鎖移動基を骨格表面及び骨格内部に導入し、スチレンスルホン酸ナトリウムやアクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸をグラフト重合する方法；同様にグリシジルメタクリレートをグラフト重合した後、官能基変換によりスルホン酸基を導入する方法等が挙げられる。これらスルホン酸基を導入する方法においては、クロロ硫酸を用いてスチレン-ジビニルベンゼン共重合体にスルホン酸基を導入する方法が、イオン交換基を均一かつ定量的に導入できる点で好ましい。なお、導入するイオン交換基としては、カルボン酸基、イミノ二酢酸基、スルホン酸基、リン酸基、リン酸エステル基等のカチオン交換基が挙げられる。
【００９０】
上記電気式脱イオン水製造装置では、被処理水を第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５に充填されたアニオン交換体２０から接触させる構成を例示している。本実施の形態例では、脱塩室に充填されたイオン交換体の通水順序及び脱塩室に充填されるイオン交換体等は特に制限されるものではないが、下記に第一小脱塩室にカチオン交換体を充填し、第二小脱塩室にアニオン交換体を充填し、被処理水をカチオン交換体からアニオン交換体の順で接触させる電気式脱イオン水製造装置について説明する。
【００９１】
図１６は、本発明の他の実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の概略構成図である。図１６に示す第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５は、カチオン交換膜１０と中間イオン交換膜１２とで区画され、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６は、中間イオン交換膜１２とアニオン交換膜１４とで区画されている。また、図１６に示す第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５には、カチオン交換体４６が充填され、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６には、アニオン交換体２０が充填されている。また、本実施形態において、中間イオン交換膜１２は、アニオン交換膜であるが、アニオン交換膜に制限されるものではない。また、濃縮室１６ａ、１６ｂ及び電極室２８、３０は、図１４の電気式脱イオン水製造装置１と同様の構成であるため説明を省略する。
【００９２】
図１６の電気式脱イオン水製造装置２において、被処理水が流入するための第一流入ライン３６が、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５の入口にそれぞれ接続され、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５の出口からの被処理水が流出するための第一流出ライン３８が、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６の入口へ被処理水が流入するための第二流入ライン４０に接続されている。処理水が流出するための第二流出ライン４２が、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６の出口にそれぞれ接続されている。上記構成によって、被処理水は、まず、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５に供給され、脱塩処理される。そして、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５を通過した被処理水が、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６に供給され、さらに脱塩処理されて処理水として排出される。また、濃縮水流入ライン４８、濃縮水流出ライン５０等の構成は、図１４の電気式脱イオン水製造装置１と同様の構成であるため説明を省略する。
【００９３】
本実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置２によって脱イオン水を製造する場合の運転方法の一例を以下に説明する。まず、陰極２４と陽極２６間に直流電流を流した状態で、第一流入ライン３６から被処理水を流入させると共に、濃縮水流入ライン４８から濃縮水を流入させる。第一流入ライン３６から流入した被処理水は、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５を流れ、カチオン交換体４６の充填層を通過する際にカチオンが除去される。更に、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５の第一流出ライン３８を通った被処理水は、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６の第二流入ライン４０を通って、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６を流れ、アニオン交換体２０の充填層を通過する際に炭酸（遊離炭酸、重炭酸イオン、炭酸イオン）、シリカ等のアニオンが除去され、処理水（脱イオン水）が第二流出ライン４２から得られる。また、濃縮水流入ライン４８から流入した濃縮水は、各濃縮室１６ａ、１６ｂを流れ、カチオン交換膜１０及びアニオン交換膜１４を介して移動してくるイオンを受取り、イオンを濃縮した濃縮水として濃縮水流出ライン５０から流出される。さらに濃縮水流入ライン４８（電極水流入ライン）から流入した電極水は、濃縮水流出ライン５０（電極水流出ライン）から流出される。
【００９４】
第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６のアニオン交換体２０にて捕捉される炭酸（遊離炭酸、重炭酸イオン、炭酸イオン）は、水酸化物イオンやアニオン交換体２０に捕捉された他のアニオン成分と共に陽極側のアニオン交換膜１４を通過し、濃縮室１６ａ、１６ｂへと移動する。本実施形態では、濃縮室１６ａ、１６ｂ内のアニオン交換体２２とカチオン交換膜１０との間にモノリス状有機多孔質カチオン交換体２３が配置されているため、上記でも説明したように高濃度炭酸ガス含有水溶液層は、アニオン交換体２２と接するモノリス状有機多孔質カチオン交換体２３表面又は内部で発生し、炭酸ガスは、カチオン交換膜１０に接する前に濃縮水と共に濃縮室１６ａ，１６ｂから流出される。また、炭酸ガスが、カチオン交換膜１０に到達したとしても、モノリス状有機多孔質カチオン交換体２３内で希薄化（低濃度化）されているため、カチオン交換膜１０を透過する炭酸の量は大きく低減される。したがって、炭酸ガスがカチオン交換膜１０を介して第一小脱塩室ｄ３、ｄ５へ移動し、被処理水中に逆拡散することを抑制することができる。
【００９５】
本実施の形態例において、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５または第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６の厚さは特に制限されないが、第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５の厚さを０．８〜６００ｍｍ、好ましくは２〜１００ｍｍ、第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６の厚さを０．８〜６００ｍｍ、好ましくは６〜１００ｍｍとすれば、低い電気抵抗及び高い電流効率が得られる点で好適である。第一小脱塩室ｄ１、ｄ３、ｄ５の厚さが０．８ｍｍ未満では滞留時間を充分に確保できず、水質が悪化しやすい。また、６００ｍｍを越えると電気抵抗が大きすぎて装置の安定運転に支障を来しやすくなる。また、同様に第二小脱塩室ｄ２、ｄ４、ｄ６の厚さが０．８ｍｍ未満では滞留時間を充分に確保できず、水質が悪化しやすい。また、６００ｍｍを越えると電流効率の上昇に比べて電気抵抗の上昇が顕著となりやすい。
【００９６】
アニオン交換体（２０、３２）、カチオン交換体（３４、４６）として用いられるイオン交換体としては、イオン交換樹脂、イオン交換繊維などイオン交換機能を有する物質であればいずれでもよく、また、それらを組み合わせたものであってもよい。
【００９７】
濃縮室１６ａ、１６ｂに充填されるアニオン交換体２２としては、例えば強塩基性アニオン交換体が挙げられる。また、アニオン交換体の形態としては、アニオン交換樹脂、アニオン交換繊維及び特開２００２−３０６９７６号公報記載の有機多孔質アニオン交換体等が挙げられる。強塩基性アニオン交換体は一部に弱塩基性アニオン交換基が含まれていてもよい。アニオン交換樹脂は、遊離炭酸濃度が低くても反応が十分におき、スケール発生を抑制できるという利点を有する。また、アニオン交換樹脂の粒径が均一であると、濃縮室の差圧が低くなる点で好ましい。
【００９８】
濃縮室１６ａ、１６ｂの厚さとしては、特に制限されるものではないが、０．５ｍｍ〜６０ｍｍが好ましく、特に１ｍｍ〜１０ｍｍが好ましい。０．５ｍｍ未満であると、たとえアニオン交換体２２を充填してもスケール発生抑制効果が得られにくくなり、通水差圧も上昇しやすい。一方、６０ｍｍを越えると、電気抵抗が高くなり、消費電力が増大しやすくなる。
【００９９】
なお、電気式脱イオン水製造装置において、処理量（ＳＶ、ＬＶ）、通電量、その他運転条件は、被処理水の性状などに応じて適宜設定することができる。
【０１００】
本実施の形態例において、処理対象となる被処理水としては特に制限はないが、炭酸成分を多く含む被処理水であっても、最終処理水の炭酸汚染を防止することができる。炭酸成分を多く含む被処理水としては、例えば水道水または水道水をＲＯ膜等で処理した水等が挙げられる。国内の水道水では通常炭酸成分の他に硬度成分が含まれるが、本実施形態によれば、濃縮室１６ａ、１６ｂへアニオン交換体２２が充填されているため、濃縮室１６ａ、１６ｂに移動したＣａ２＋イオンやＭｇ２＋イオンが濃縮室１６ａ、１６ｂのアニオン交換膜１４面で炭酸イオン（ＣＯ３２−）と結合して硬度スケールを生じることはほとんどなく、濃縮室１６ａ、１６ｂにおいて流路閉塞などが起こることもほとんどない。
【０１０１】
（実施例）
次に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
【０１０２】
参考例１
（Ｉ工程；モノリス中間体の製造）
スチレン９．２８ｇ、ジビニルベンゼン０．１９ｇ、ソルビタンモノオレエート（以下ＳＭＯと略す）０．５０ｇおよび２,２’-アゾビス（イソブチロニトリル）０．２６ｇを混合し、均一に溶解させた。次に，当該スチレン/ジビニルベンゼン/ＳＭＯ/２,２’-アゾビス（イソブチロニトリル）混合物を１８０ｇの純水に添加し、遊星式撹拌装置である真空撹拌脱泡ミキサー（イーエムイー社製）を用いて５〜２０℃の温度範囲において減圧下撹拌して、油中水滴型エマルションを得た。このエマルションを反応容器に速やかに移し、密封後静置下で６０℃、２４時間重合させた。重合終了後、内容物を取り出し、イソプロパノールで抽出した後、減圧乾燥して、連続マクロポア構造を有するモノリス中間体を製造した。水銀圧入法により測定した該モノリス中間体のマクロポアとマクロポアが重なる部分の開口（メソポア）の平均直径は４０μｍ、全細孔容積は１５．８ｍｌ／ｇであった。
【０１０３】
（複合モノリスの製造）
次いで、スチレン３６．０ｇ、ジビニルベンゼン４．０ｇ、１-デカノール６０ｇ、２,２’-アゾビス（２,４-ジメチルバレロニトリル）０．４ｇを混合し、均一に溶解させた（ＩＩ工程）。重合開始剤として用いた２,２’-アゾビス（２,４-ジメチルバレロニトリル）の１０時間半減温度は、５１℃であった。モノリス中間体の架橋密度１．３モル％に対して、ＩＩ工程で用いたスチレンとジビニルベンゼンの合計量に対するジビニルベンゼンの使用量は６．６モル％であり、架橋密度比は５．１倍であった。次に上記モノリス中間体を外径７０ｍｍ、厚さ約２０ｍｍの円盤状に切断して、３．２ｇ分取した。分取したモノリス中間体を内径７３ｍｍの反応容器に入れ、当該スチレン/ジビニルベンゼン/１-デカノール/２,２’-アゾビス（２,４-ジメチルバレロニトリル）混合物に浸漬させ、減圧チャンバー中で脱泡した後、反応容器を密封し、静置下６０℃で２４時間重合させた。重合終了後、厚さ約３０ｍｍのモノリス状の内容物を取り出し、アセトンでソックスレー抽出した後、８５℃で一夜減圧乾燥した（ＩＩＩ工程）。
【０１０４】
このようにして得られたスチレン/ジビニルベンゼン共重合体よりなる複合モノリス（乾燥体）の内部構造を、ＳＥＭにより観察した結果を図１〜図３に示す。図１〜図３のＳＥＭ画像は、倍率が異なるものであり、モノリスを任意の位置で切断して得た切断面の任意の位置における画像である。図１〜図３から明らかなように、当該複合モノリスは連続マクロポア構造を有しており、連続マクロポア構造体を構成する骨格相の表面は、平均粒子径４μｍの粒子体で被覆され、粒子被覆率は８０％であった。また、粒径３〜５μｍの粒子体が全体の粒子体に占める割合は９０％であった。
【０１０５】
また、水銀圧入法により測定した当該複合モノリスの開口の平均直径は１６μｍ、全細孔容積は２．３ｍｌ/ｇであった。その結果を表１及び表２にまとめて示す。表１中、仕込み欄は左から順に、ＩＩ工程で用いたビニルモノマー、架橋剤、有機溶媒、Ｉ工程で得られたモノリス中間体を示す。また、粒子体等は粒子で示した。
【０１０６】
（複合モノリスカチオン交換体の製造）
上記の方法で製造した複合モノリスを、外径７０ｍｍ、厚み約１５ｍｍの円盤状に切断した。モノリスの重量は１９．６ｇであった。これにジクロロメタン１５００ｍｌを加え、３５℃で１時間加熱した後、１０℃以下まで冷却し、クロロ硫酸９８．９ｇを徐々に加え、昇温して３５℃で２４時間反応させた。その後、メタノールを加え、残存するクロロ硫酸をクエンチした後、メタノールで洗浄してジクロロメタンを除き、更に純水で洗浄して複合モノリスカチオン交換体を得た。
【０１０７】
得られたカチオン交換体の反応前後の膨潤率は１．３倍であり、体積当りのイオン交換容量は、水湿潤状態で１．１１ｍｇ当量/ｍｌであった。水湿潤状態での有機多孔質イオン交換体の開口の平均直径を、有機多孔質体の値と水湿潤状態のカチオン交換体の膨潤率から見積もったところ２１μｍであり、同様の方法で求めた被覆粒子の平均粒径は５μｍであった。なお、全粒子体等による骨格表面の粒子被覆率は８０％、全細孔容積は２．３ｍｌ/ｇであった。また、粒径４〜７μｍの粒子体が全体の粒子体に占める割合は９０％であった。また、水を透過させた際の圧力損失の指標である差圧係数は、０．０５７ＭＰａ/ｍ・ＬＶであり、実用上要求される圧力損失と比較して、それを下回る低い圧力損失であった。更に、イオン交換帯長さは９ｍｍであり、著しく短い値を示した。結果を表２にまとめて示す。
【０１０８】
次に、複合モノリスカチオン交換体中のスルホン酸基の分布状態を確認するため、ＥＰＭＡにより硫黄原子の分布状態を観察した。その結果を図４及び図５に示す。図４及び図５共に、左右の写真はそれぞれ対応している。図４は硫黄原子のカチオン交換体の表面における分布状態を示したものであり、図５は硫黄原子のカチオン交換体の断面（厚み）方向における分布状態を示したものである。図４及び図５より、スルホン酸基はカチオン交換体の骨格表面及び骨格内部（断面方向）にそれぞれ均一に導入されていることがわかる。
【０１０９】
参考例２〜５
（複合モノリスの製造）
ビニルモノマーの使用量、架橋剤の使用量、有機溶媒の種類と使用量、ＩＩＩ工程で重合時に共存させるモノリス中間体の多孔構造、架橋密度と使用量及び重合温度を表１に示す配合量に変更した以外は、参考例１と同様の方法でモノリスを製造した。その結果を表１及び表２に示す。また、複合モノリス（乾燥体）の内部構造を、ＳＥＭにより観察した結果を図６〜図１３に示す。図６〜図８は参考例２、図９及び図１０は参考例３、図１１は参考例４、図１２及び図１３は参考例５のものである。なお、参考例２については架橋密度比（２．５倍）、参考例３については有機溶媒の種類（ＰＥＧ；分子量４００）、参考例４についてはビニルモノマー濃度（２８．０％）、参考例５については重合温度（４０℃；重合開始剤の１０時間半減温度より１１℃低い）について、本発明の製造条件を満たす条件で製造した。図６〜図１３から参考例３〜５の複合モノリスの骨格表面に付着しているものは粒子体というよりは突起体であった。突起体の「粒子平均径」は突起体の大きさ（最大径）の平均径である。図６〜図１３及び表２から、参考例２〜６のモノリス骨格表面に付着している粒子の平均径は３〜８μｍ、全粒子体等による骨格表面の粒子被覆率は５０〜９５％であった。また、参考例２が粒径３〜６μｍの粒子体が全体の粒子体に占める割合は８０％、参考例３が粒径３〜１０μｍの突起体が全体の粒子体に占める割合は８０％、参考例４が粒径３〜５μｍの粒子体が全体の粒子体に占める割合は９０％、参考例５が粒径３〜７μｍの粒子体が全体の粒子体に占める割合は９０％であった。
【０１１０】
（複合モノリスカチオン交換体の製造）
上記の方法で製造した複合モノリスを、それぞれ参考例１と同様の方法でクロロ硫酸と反応させ、複合モノリスカチオン交換体を製造した。その結果を表２に示す。参考例２〜５における複合モノリスカチオン交換体の連続細孔の平均直径は２１〜５２μｍであり、骨格表面に付着している粒子体等の平均径は５〜１３μｍ、全粒子体等による骨格表面の粒子被覆率も５０〜９５％と高く、差圧係数も０．０１０〜０．０５７ＭＰａ/ｍ・ＬＶと小さい上に、イオン交換帯長さも８〜１２ｍｍと著しく小さな値であった。また、粒径５〜１０μｍの粒子体が全体の粒子体に占める割合は９０％であった。
【０１１１】
参考例６
（モノリスの製造）
ビニルモノマーの使用量、架橋剤の使用量、有機溶媒の種類と使用量、ＩＩＩ工程で重合時に共存させるモノリス中間体の使用量を表１に示す配合量に変更した以外は、実施例１と同様の方法でモノリスを製造した。その結果を表１及び表２に示す。なお、不図示のＳＥＭ写真から骨格表面には粒子体や突起体の形成は全く認められなかった。表１及び表２から、本発明の特定の製造条件と逸脱する条件、すなわち、上記（１）〜（５）の要件から逸脱した条件下でモノリスを製造すると、モノリス骨格表面での粒子生成が認められないことがわかる。
【０１１２】
（モノリスカチオン交換体の製造）
上記の方法で製造したモノリスを、参考例１と同様の方法でクロロ硫酸と反応させ、モノリスカチオン交換体を製造した。結果を表２に示す。得られたモノリスカチオン交換体のイオン交換帯長さは２６ｍｍであり、参考例１〜５と比較して大きな値であった。
【０１１３】
参考例７〜９
（モノリスの製造）
ビニルモノマーの使用量、架橋剤の使用量、有機溶媒の種類と使用量、ＩＩＩ工程で重合時に共存させるモノリス中間体の多孔構造、架橋密度および使用量を表１に示す配合量に変更した以外は、参考例１と同様の方法でモノリスを製造した。その結果を表１及び表２に示す。なお、参考例７については架橋密度比（０．２倍）、参考例８については有機溶媒の種類（２-（２-メトキシエトキシ）エタノール；分子量１２０）、参考例９については重合温度（５０℃；重合開始剤の１０時間半減温度より１℃低い）について、本発明の製造条件を満たさない条件で製造した。結果を表２に示す。参考例７、９のモノリスについては骨格表面での粒子生成はなかった。また、参考例８では単離した生成物は透明であり、多孔構造が崩壊、消失していた。
【０１１４】
（モノリスカチオン交換体の製造）
参考例８を除き、上記の方法で製造した有機多孔質体を、参考例６と同様の方法でクロロ硫酸と反応させ、モノリスカチオン交換体を製造した。その結果を表２に示す。得られたモノリスカチオン交換体のイオン交換帯長さは２３〜２６ｍｍであり、参考例１〜５と比較して大きな値であった。
【実施例１】
【０１１５】
図１７は、濃縮室から脱塩室に移動する炭酸成分量を測定するための試験セルを示す概略構成図である。図１７に示すように、アニオン交換樹脂５６が充填された陰極室５８と、カチオン交換樹脂６０が充填された陽極室６２との間に、アニオン交換膜６４及び第一カチオン交換膜６６で区画された室にアニオン交換樹脂５６が充填され、アニオン交換樹脂５６と第一カチオン交換膜６６との間にモノリス状有機多孔質カチオン交換体５４を配置した濃縮室６８、第一カチオン交換膜６６及び第二カチオン交換膜７０で区画された室にカチオン交換樹脂６０が充填された脱塩室７２とを有する試験セル３を準備し、以下の条件で濃縮室６８から脱塩室７２に移動する炭酸成分量を測定した。実施例１では、脱塩室７２及び電極室（５８，６２）に超純水を通水させると共に、濃縮室６８にＮａＨＣＯ３溶液（炭酸イオン濃度３０ｍｇ−ＣａＣＯ３／Ｌ）を通水させた。
【０１１６】
＜使用したイオン交換体＞
モノリス状有機多孔質カチオン交換体：参考例４の複合モノリスカチオン交換体
カチオン交換樹脂：ロームアンドハース社製、アンバーライトＩＲＡ４０２ＢＬ
アニオン交換樹脂：ロームアンドハース社製、アンバーライトＩＲＡ４０２ＢＬ
第一カチオン交換膜、第二カチオン交換膜：株式会社アストム製、Ｃ６６−１０Ｆ
アニオン交換膜：株式会社アストム製、ＡＨＡ
＜ＥＤＩサイズ＞
試験セル：縦１０ｃｍ×幅１０ｃｍ×厚さ８ｍｍ
＜流量条件＞
超純水、ＮａＨＣＯ３溶液、ＣＯ２含有溶液：８０００ｍｌ／ｈｒ
＜電流条件＞
定電流：０．５Ａ／ｄｍ２
【実施例２】
【０１１７】
ＮａＨＣＯ３溶液に代えて、ＣＯ２含有溶液（炭酸イオン濃度３０ｍｇ−ＣａＣＯ３／Ｌ）を用いた以外は、実施例１と同様の条件で行った。
【０１１８】
比較例１
濃縮室６８のアニオン交換樹脂５６と第一カチオン交換膜６６との間に複合モノリスカチオン交換体５４を配置していないこと以外は、実施例１と同様の条件で行った。
【０１１９】
比較例２
濃縮室６８のアニオン交換樹脂５６と第一カチオン交換膜６６との間に複合モノリスカチオン交換体５４を配置していないこと以外は、実施例２と同様の条件で行った。
【０１２０】
実施例１、２及び比較例１、２の脱塩室から排出される処理水（超純水）中の炭酸量を測定した。具体的には、アルテナ社製のＴＯＣ計（Ａ−１０００）にて処理水中の無機炭素（ＩＣ）を測定し、これを炭酸として、処理水中の炭酸量を測定した。比較例１及び比較例２の脱塩室から排出される処理水には、８４００μｇ−ＣａＣＯ３／ｈｒ、９０００μｇ−ＣａＣＯ３／ｈｒの炭酸成分が含まれていた。一方、実施例１及び２の脱塩室から排出される処理水には、３００μｇ−ＣａＣＯ３／ｈｒ、３４０μｇ−ＣａＣＯ３／ｈｒの炭酸成分が含まれていたが、比較例１及び比較例２より炭酸成分の量が大幅に抑えられた。すなわち、濃縮室のアニオン交換樹脂とカチオン交換膜との間に複合モノリスカチオン交換体を配置することによって、濃縮室の炭酸成分がカチオン交換膜を介して脱塩室に移動することを抑制できることを確認した。
【０１２１】
【表１】
【０１２２】
【表２】
【符号の説明】
【０１２３】
１，２ 電気式脱イオン水製造装置、３ 試験セル、１０，６６，７０ カチオン交換膜、１２ 中間イオン交換膜、１４，６４ アニオン交換膜、１６ａ，１６ｂ，６８ 濃縮室、１８ 混合体、２０，２２，３２ アニオン交換体、２３ モノリス状有機多孔質カチオン交換体、２４ 陰極、２５ 枠体、２６ 陽極、２８，３０，５８，６２ 電極室、３４，４６ カチオン交換体、３６ 第一流入ライン、３８ 第一流出ライン、４０ 第二流入ライン、４２ 第二流出ライン、４８ 濃縮水流入ライン、５０ 濃縮水流出ライン、５４ モノリス状有機多孔質カチオン交換体、５６ アニオン交換樹脂、６０ カチオン交換樹脂、７２，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ 脱塩室、ｄ１，ｄ３，ｄ５ 第一小脱塩室、ｄ２，ｄ４，ｄ６ 第二小脱塩室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極との間に、一側のカチオン交換膜と他側のアニオン交換膜とで区画され、イオン交換体が充填された脱塩室と、前記カチオン交換膜、前記アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に設けられ、アニオン交換体が充填された濃縮室とを配置する電気式脱イオン水製造装置であって、
前記濃縮室のアニオン交換体と前記カチオン交換膜との間に、連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体と、該有機多孔質体の骨格表面に固着する直径４〜４０μｍの多数の粒子体又は該有機多孔質体の骨格表面上に形成される大きさが４〜４０μｍの多数の突起体との複合構造体であって、水湿潤状態で孔の平均直径１０〜１５０μｍ、全細孔容積０．５〜５ｍｌ／ｇであり、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量０．２ｍｇ当量/ｍｌ以上であるモノリス状有機多孔質カチオン交換体を配置することを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２】
前記有機多孔質体が、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が水湿潤状態で平均直径３０〜１５０μｍの開口となる連続マクロポア構造体であることを特徴とする請求項１記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項３】
前記有機多孔質体が、水湿潤状態で平均の太さが１〜６０μｍの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に平均直径が水湿潤状態で１０〜１００μｍの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であることを特徴とする請求項１記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項４】
陽極と陰極との間に、一側のカチオン交換膜と他側のアニオン交換膜とで区画され、イオン交換体が充填された脱塩室と、前記カチオン交換膜、前記アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に設けられ、アニオン交換体が充填された濃縮室と、を配置する電気式脱イオン水製造装置を利用して脱イオン水を製造する脱イオン水の製造方法であって、前記濃縮室のアニオン交換体と前記カチオン交換膜との間に、連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体と、該有機多孔質体の骨格表面に固着する直径４〜４０μｍの多数の粒子体又は該有機多孔質体の骨格表面上に形成される大きさが４〜４０μｍの多数の突起体との複合構造体であって、水湿潤状態で孔の平均直径１０〜１５０μｍ、全細孔容積０．５〜５ｍｌ／ｇであり、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量０．２ｍｇ当量/ｍｌ以上であるモノリス状有機多孔質カチオン交換体を配置することを特徴とする脱イオン水の製造方法。
【請求項５】
前記有機多孔質体が、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が水湿潤状態で平均直径３０〜１５０μｍの開口となる連続マクロポア構造体であることを特徴とする請求項４記載の脱イオン水の製造方法。
【請求項６】
前記有機多孔質体が、水湿潤状態で平均の太さが１〜６０μｍの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に平均直径が水湿潤状態で１０〜１００μｍの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であることを特徴とする請求項４に記載の脱イオン水の製造方法。
【請求項１】
陽極と陰極との間に、一側のカチオン交換膜と他側のアニオン交換膜とで区画され、イオン交換体が充填された脱塩室と、前記カチオン交換膜、前記アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に設けられ、アニオン交換体が充填された濃縮室とを配置する電気式脱イオン水製造装置であって、
前記濃縮室のアニオン交換体と前記カチオン交換膜との間に、連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体と、該有機多孔質体の骨格表面に固着する直径４〜４０μｍの多数の粒子体又は該有機多孔質体の骨格表面上に形成される大きさが４〜４０μｍの多数の突起体との複合構造体であって、水湿潤状態で孔の平均直径１０〜１５０μｍ、全細孔容積０．５〜５ｍｌ／ｇであり、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量０．２ｍｇ当量/ｍｌ以上であるモノリス状有機多孔質カチオン交換体を配置することを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２】
前記有機多孔質体が、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が水湿潤状態で平均直径３０〜１５０μｍの開口となる連続マクロポア構造体であることを特徴とする請求項１記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項３】
前記有機多孔質体が、水湿潤状態で平均の太さが１〜６０μｍの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に平均直径が水湿潤状態で１０〜１００μｍの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であることを特徴とする請求項１記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項４】
陽極と陰極との間に、一側のカチオン交換膜と他側のアニオン交換膜とで区画され、イオン交換体が充填された脱塩室と、前記カチオン交換膜、前記アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に設けられ、アニオン交換体が充填された濃縮室と、を配置する電気式脱イオン水製造装置を利用して脱イオン水を製造する脱イオン水の製造方法であって、前記濃縮室のアニオン交換体と前記カチオン交換膜との間に、連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体と、該有機多孔質体の骨格表面に固着する直径４〜４０μｍの多数の粒子体又は該有機多孔質体の骨格表面上に形成される大きさが４〜４０μｍの多数の突起体との複合構造体であって、水湿潤状態で孔の平均直径１０〜１５０μｍ、全細孔容積０．５〜５ｍｌ／ｇであり、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量０．２ｍｇ当量/ｍｌ以上であるモノリス状有機多孔質カチオン交換体を配置することを特徴とする脱イオン水の製造方法。
【請求項５】
前記有機多孔質体が、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が水湿潤状態で平均直径３０〜１５０μｍの開口となる連続マクロポア構造体であることを特徴とする請求項４記載の脱イオン水の製造方法。
【請求項６】
前記有機多孔質体が、水湿潤状態で平均の太さが１〜６０μｍの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に平均直径が水湿潤状態で１０〜１００μｍの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であることを特徴とする請求項４に記載の脱イオン水の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２６４３４７（Ｐ２０１０−２６４３４７Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１５９７０（Ｐ２００９−１１５９７０）
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【Ｆターム（参考）】
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