JP2000160381A - オゾン水製造装置及びその製造方法 - Google Patents
オゾン水製造装置及びその製造方法Info
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- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 陽極に貴金属を使用しないか、あるいは貴金
属の使用量を減少させた安価なオゾン水製造装置及びそ
の製造方法を提供する。 【解決手段】 水素イオン導電性ポリマー電解質膜１の
一方の膜面に陽極２、他方の膜面に陰極３が設けられ、
陽極２と陰極３の間に直流電圧を印加して、陽極２側に
供給された水を電気分解しオゾン水を得るオゾン水製造
装置において、陽極２の一部または全部に、オゾン発生
触媒機能を有するチタン酸化物を用いた。チタン酸化物
としては、少なくともＴｉ4 Ｏ7 もしくはＴｉ5 Ｏ9 を
含むものが望ましい。チタン酸化物、ルテニウム酸化物
及び鉄酸化物のうち少なくとも１種類の粉末を分散させ
たパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂溶液を、水素イ
オン導電性ポリマー電解質膜の片面に塗布後、乾燥させ
て陽極を形成することにより、溶媒成分が蒸発した後に
形成される多数の細孔を有する陽極を製造する。
属の使用量を減少させた安価なオゾン水製造装置及びそ
の製造方法を提供する。 【解決手段】 水素イオン導電性ポリマー電解質膜１の
一方の膜面に陽極２、他方の膜面に陰極３が設けられ、
陽極２と陰極３の間に直流電圧を印加して、陽極２側に
供給された水を電気分解しオゾン水を得るオゾン水製造
装置において、陽極２の一部または全部に、オゾン発生
触媒機能を有するチタン酸化物を用いた。チタン酸化物
としては、少なくともＴｉ4 Ｏ7 もしくはＴｉ5 Ｏ9 を
含むものが望ましい。チタン酸化物、ルテニウム酸化物
及び鉄酸化物のうち少なくとも１種類の粉末を分散させ
たパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂溶液を、水素イ
オン導電性ポリマー電解質膜の片面に塗布後、乾燥させ
て陽極を形成することにより、溶媒成分が蒸発した後に
形成される多数の細孔を有する陽極を製造する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水電解法を用いた
オゾン水製造装置及びその製造方法に関するものであ
る。
オゾン水製造装置及びその製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、殺菌、漂白等の目的で用いられる
オゾンが溶解している水（以後、オゾン水と称す）を得
る方法として、水中に高濃度気体オゾンを曝気させて、
オゾンを溶解させるオゾン曝気法が一般に知られてい
る。また、その他の方法として、水を電気分解する際に
陽極側に発生するオゾンを、電気分解中の水に直接溶解
させてオゾン水を得る水電解法がある。上記のオゾン曝
気法は、大量のオゾン水を得るのに適しており、現在、
オゾン水製造装置の主流となっているが、高濃度のオゾ
ン水は得られず、しかも装置が大型で取り扱いが煩雑で
あるという欠点がある。一方、水電解法は、装置が小型
で取り扱いも簡易であり、原料となる水が安価で入手し
やすく、消費電力も小さいという利点を有する。
オゾンが溶解している水（以後、オゾン水と称す）を得
る方法として、水中に高濃度気体オゾンを曝気させて、
オゾンを溶解させるオゾン曝気法が一般に知られてい
る。また、その他の方法として、水を電気分解する際に
陽極側に発生するオゾンを、電気分解中の水に直接溶解
させてオゾン水を得る水電解法がある。上記のオゾン曝
気法は、大量のオゾン水を得るのに適しており、現在、
オゾン水製造装置の主流となっているが、高濃度のオゾ
ン水は得られず、しかも装置が大型で取り扱いが煩雑で
あるという欠点がある。一方、水電解法は、装置が小型
で取り扱いも簡易であり、原料となる水が安価で入手し
やすく、消費電力も小さいという利点を有する。
【０００３】図３は、特開平８−１３４６７７号公報で
提示された従来の水電解法を用いたオゾン水製造装置を
示す要部断面図である。図において、１は固体電解質
膜、２２は固体電解質膜１の一面に重ねられた陽極、３
は固体電解質膜１の他面に重ねられた陰極、４は陽極２
２に重ねられたラス網、５は陰極３に重ねられたラス
網、６は陽極２２及びラス網４を覆う陽極ジャケット
で、６ａは陽極側水流入口、６ｂは陽極側水流出口、７
は陰極３及びラス網５を覆う陰極ジャケットで、７ａは
陰極側水流入口、７ｂは陰極側水流出口である。なお、
矢印は、水が流れる方向を示している。固体電解質膜と
しては、例えば、アメリカ du Pont社より Nafion の商
品名で製造販売されている水素イオン導電性のパーフル
オロカーボンスルホン酸膜からなるポリマー電解質膜が
用いられる。水素イオン導電性はこの膜に含水させるこ
とによって発現する。従来のオゾン水製造装置の動作を
説明する。固体電解質膜１の一面と他面とに重ねられた
陽極２２と陰極３の間に直流電圧を印加することによ
り、陽極側水流入口６ａより流入した原料水が電気分解
され、酸素と水素イオンとオゾンを発生し、発生したオ
ゾンは水に溶解してオゾン水となり、酸素と共に陽極側
流出口６ｂより流出する。一方、水素イオンは、固体電
解質膜１を通過して陰極側に移動し、陰極上で電子と結
合して水素となり、気泡となって陰極側水流出口７ｂよ
り流出する。陰極側水流入口７ａから供給される水は、
陰極で生成する水素の気泡と共に系外に流出させる。
提示された従来の水電解法を用いたオゾン水製造装置を
示す要部断面図である。図において、１は固体電解質
膜、２２は固体電解質膜１の一面に重ねられた陽極、３
は固体電解質膜１の他面に重ねられた陰極、４は陽極２
２に重ねられたラス網、５は陰極３に重ねられたラス
網、６は陽極２２及びラス網４を覆う陽極ジャケット
で、６ａは陽極側水流入口、６ｂは陽極側水流出口、７
は陰極３及びラス網５を覆う陰極ジャケットで、７ａは
陰極側水流入口、７ｂは陰極側水流出口である。なお、
矢印は、水が流れる方向を示している。固体電解質膜と
しては、例えば、アメリカ du Pont社より Nafion の商
品名で製造販売されている水素イオン導電性のパーフル
オロカーボンスルホン酸膜からなるポリマー電解質膜が
用いられる。水素イオン導電性はこの膜に含水させるこ
とによって発現する。従来のオゾン水製造装置の動作を
説明する。固体電解質膜１の一面と他面とに重ねられた
陽極２２と陰極３の間に直流電圧を印加することによ
り、陽極側水流入口６ａより流入した原料水が電気分解
され、酸素と水素イオンとオゾンを発生し、発生したオ
ゾンは水に溶解してオゾン水となり、酸素と共に陽極側
流出口６ｂより流出する。一方、水素イオンは、固体電
解質膜１を通過して陰極側に移動し、陰極上で電子と結
合して水素となり、気泡となって陰極側水流出口７ｂよ
り流出する。陰極側水流入口７ａから供給される水は、
陰極で生成する水素の気泡と共に系外に流出させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のオゾン水製造装
置においては、陽極２２の材料としてＡｕ（金）、Ｐｔ
（白金）等の貴金属触媒を用いることは公知であり、前
述の特開平８−１３４６７７号公報では、陽極２２とし
て、Ｐｔの線を編んで構成した金網を使用している。し
かしながら、オゾン発生触媒機能を有する貴金属を陽極
２２として用いたオゾン水製造装置は高価になるという
問題があり、特に、工業的に大量のオゾン水を製造する
際にはその影響が大きい。さらに、陽極２２として使用
する貴金属製の金網を工業的に均質に製作するために
は、ある程度の大きさのものを製作せざるを得ず、小型
のオゾン水製造装置を少量製作する際にも、使用量以上
の金網を製作する必要があり、これも低コスト化を妨げ
る一因となっていた。
置においては、陽極２２の材料としてＡｕ（金）、Ｐｔ
（白金）等の貴金属触媒を用いることは公知であり、前
述の特開平８−１３４６７７号公報では、陽極２２とし
て、Ｐｔの線を編んで構成した金網を使用している。し
かしながら、オゾン発生触媒機能を有する貴金属を陽極
２２として用いたオゾン水製造装置は高価になるという
問題があり、特に、工業的に大量のオゾン水を製造する
際にはその影響が大きい。さらに、陽極２２として使用
する貴金属製の金網を工業的に均質に製作するために
は、ある程度の大きさのものを製作せざるを得ず、小型
のオゾン水製造装置を少量製作する際にも、使用量以上
の金網を製作する必要があり、これも低コスト化を妨げ
る一因となっていた。
【０００５】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、水電解法を用いたオゾン水製造
装置において、陽極に貴金属を使用しない安価なオゾン
水製造装置及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
ためになされたもので、水電解法を用いたオゾン水製造
装置において、陽極に貴金属を使用しない安価なオゾン
水製造装置及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係わるオゾン水
製造装置は、一方の膜面に陽極、他方の膜面に陰極が設
けられた水素イオン導電性ポリマー電解質膜と、陽極と
陰極の間に直流電圧を印加する電源装置と、一端に陽極
側への水流入口、他端にオゾン水流出口を有する陽極側
外容器と、一端に陰極側への水流入口、他端に水素含有
水流出口を有する陰極側外容器を備え、陽極の一部また
は全部に、オゾン発生触媒機能を有するチタン酸化物を
用いたものである。また、チタン酸化物は、少なくとも
Ｔｉ4 Ｏ7 もしくはＴｉ5 Ｏ9 を含むものである。
製造装置は、一方の膜面に陽極、他方の膜面に陰極が設
けられた水素イオン導電性ポリマー電解質膜と、陽極と
陰極の間に直流電圧を印加する電源装置と、一端に陽極
側への水流入口、他端にオゾン水流出口を有する陽極側
外容器と、一端に陰極側への水流入口、他端に水素含有
水流出口を有する陰極側外容器を備え、陽極の一部また
は全部に、オゾン発生触媒機能を有するチタン酸化物を
用いたものである。また、チタン酸化物は、少なくとも
Ｔｉ4 Ｏ7 もしくはＴｉ5 Ｏ9 を含むものである。
【０００７】また、一方の膜面に陽極、他方の膜面に陰
極が設けられた水素イオン導電性ポリマー電解質膜と、
陽極と陰極の間に直流電圧を印加する電源装置と、一端
に陽極側への水流入口、他端にオゾン水流出口を有する
陽極側外容器と、一端に陰極側への水流入口、他端に水
素含有水流出口を有する陰極側外容器を備え、陽極の一
部または全部に、オゾン発生触媒機能を有するルテニウ
ム酸化物を用いたものである。また、ルテニウム酸化物
は、少なくともＲｕＯ2 を含むものである。
極が設けられた水素イオン導電性ポリマー電解質膜と、
陽極と陰極の間に直流電圧を印加する電源装置と、一端
に陽極側への水流入口、他端にオゾン水流出口を有する
陽極側外容器と、一端に陰極側への水流入口、他端に水
素含有水流出口を有する陰極側外容器を備え、陽極の一
部または全部に、オゾン発生触媒機能を有するルテニウ
ム酸化物を用いたものである。また、ルテニウム酸化物
は、少なくともＲｕＯ2 を含むものである。
【０００８】また、一方の膜面に陽極、他方の膜面に陰
極が設けられた水素イオン導電性ポリマー電解質膜と、
陽極と陰極の間に直流電圧を印加する電源装置と、一端
に陽極側への水流入口、他端にオゾン水流出口を有する
陽極側外容器と、一端に陰極側への水流入口、他端に水
素含有水流出口を有する陰極側外容器を備え、陽極の一
部または全部に、オゾン発生触媒機能を有する鉄酸化物
を用いたものである。また、鉄酸化物として、フェライ
トを用いたものである。
極が設けられた水素イオン導電性ポリマー電解質膜と、
陽極と陰極の間に直流電圧を印加する電源装置と、一端
に陽極側への水流入口、他端にオゾン水流出口を有する
陽極側外容器と、一端に陰極側への水流入口、他端に水
素含有水流出口を有する陰極側外容器を備え、陽極の一
部または全部に、オゾン発生触媒機能を有する鉄酸化物
を用いたものである。また、鉄酸化物として、フェライ
トを用いたものである。
【０００９】また、一方の膜面に陽極、他方の膜面に陰
極が設けられた水素イオン導電性ポリマー電解質膜と、
陽極と陰極の間に直流電圧を印加する電源装置と、一端
に陽極側への水流入口、他端にオゾン水流出口を有する
陽極側外容器と、一端に陰極側への水流入口、他端に水
素含有水流出口を有する陰極側外容器を備え、陽極の一
部または全部に、オゾン発生触媒機能を有するチタン酸
化物、ルテニウム酸化物及び鉄酸化物の中から２種類以
上を組み合わせてなる混合物を用いたものである。
極が設けられた水素イオン導電性ポリマー電解質膜と、
陽極と陰極の間に直流電圧を印加する電源装置と、一端
に陽極側への水流入口、他端にオゾン水流出口を有する
陽極側外容器と、一端に陰極側への水流入口、他端に水
素含有水流出口を有する陰極側外容器を備え、陽極の一
部または全部に、オゾン発生触媒機能を有するチタン酸
化物、ルテニウム酸化物及び鉄酸化物の中から２種類以
上を組み合わせてなる混合物を用いたものである。
【００１０】また、本発明に係わるオゾン水製造装置の
製造方法は、水素イオン導電性ポリマー電解質膜の一方
の膜面に陽極、他方の膜面に陰極が設けられ、陽極と陰
極の間に直流電圧を印加して、陽極側に供給された水を
電気分解しオゾン水を得るオゾン水製造装置の製造方法
であって、オゾン発生触媒機能を有するチタン酸化物、
ルテニウム酸化物及び鉄酸化物のうち少なくとも１種類
の粉末を、パーフルオロカーボンスルホン酸の有機溶媒
溶液もしくは有機溶媒と水との混合溶媒溶液中に分散さ
せる工程と、粉末が分散したパーフルオロカーボンスル
ホン酸の有機溶媒溶液もしくは有機溶媒と水との混合溶
媒溶液を水素イオン導電性ポリマー電解質膜の片面に塗
布後、乾燥させ、陽極の一部または全部を形成する工程
を含んで製造するようにしたものである。
製造方法は、水素イオン導電性ポリマー電解質膜の一方
の膜面に陽極、他方の膜面に陰極が設けられ、陽極と陰
極の間に直流電圧を印加して、陽極側に供給された水を
電気分解しオゾン水を得るオゾン水製造装置の製造方法
であって、オゾン発生触媒機能を有するチタン酸化物、
ルテニウム酸化物及び鉄酸化物のうち少なくとも１種類
の粉末を、パーフルオロカーボンスルホン酸の有機溶媒
溶液もしくは有機溶媒と水との混合溶媒溶液中に分散さ
せる工程と、粉末が分散したパーフルオロカーボンスル
ホン酸の有機溶媒溶液もしくは有機溶媒と水との混合溶
媒溶液を水素イオン導電性ポリマー電解質膜の片面に塗
布後、乾燥させ、陽極の一部または全部を形成する工程
を含んで製造するようにしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】実施の形態１．以下に、本発明の
実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、本発明の
実施の形態１であるオゾン水製造装置の電解槽を示す断
面図である。図において、１は水素イオン導電性ポリマ
ー電解質膜であり、一方の膜面に陽極２、他方の膜面に
陰極３が設けられている。４、５はそれぞれ陽極２、陰
極３に重ねて設けられたラス網、６は陽極側外容器であ
る陽極ジャケットで、一端に陽極２側への水流入口であ
る陽極側水流入口６ａ、他端にオゾン水流出口である陽
極側水流出口６ｂを有する。また、７は陰極側外容器で
ある陰極ジャケットで、一端に陰極３側への水流入口で
ある陰極側水流入口７ａ、他端に水素含有水の流出口で
ある陰極側水流出口７ｂを有する。なお、陽極２と陰極
３の間には、電源装置（図示せず）の出力端が接続さ
れ、直流電圧が印加されるように構成されている。ま
た、図中、矢印は、水が流れる方向を示している。本実
施の形態では、陽極２の一部または全部に、オゾン発生
触媒機能を有し、貴金属よりも安価なチタン酸化物を用
いたものである。また、チタン酸化物は、特に限定する
ものではないが、ＴｉＯ2-X なる組成で表されるように
非化学量論組成のもの、例えばＴｉ4 Ｏ7 あるいはＴｉ
5 Ｏ9 で表されるもの、あるいはこれらの混合物が望ま
しい。また、本発明に用いられる水素イオン導電性ポリ
マー電解質膜としては、フッ素系のカチオン交換膜、特
にパーフルオロカーボンを骨格とするカチオン交換膜が
好ましく、この中でも末端基としてスルホン酸基または
カルボン酸基またはスルホン酸基とカルボン酸基の両方
を備えたものが好ましく、さらに、耐酸性特性に重点を
おく場合にはスルホン酸基を備えたものが好ましい。
実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、本発明の
実施の形態１であるオゾン水製造装置の電解槽を示す断
面図である。図において、１は水素イオン導電性ポリマ
ー電解質膜であり、一方の膜面に陽極２、他方の膜面に
陰極３が設けられている。４、５はそれぞれ陽極２、陰
極３に重ねて設けられたラス網、６は陽極側外容器であ
る陽極ジャケットで、一端に陽極２側への水流入口であ
る陽極側水流入口６ａ、他端にオゾン水流出口である陽
極側水流出口６ｂを有する。また、７は陰極側外容器で
ある陰極ジャケットで、一端に陰極３側への水流入口で
ある陰極側水流入口７ａ、他端に水素含有水の流出口で
ある陰極側水流出口７ｂを有する。なお、陽極２と陰極
３の間には、電源装置（図示せず）の出力端が接続さ
れ、直流電圧が印加されるように構成されている。ま
た、図中、矢印は、水が流れる方向を示している。本実
施の形態では、陽極２の一部または全部に、オゾン発生
触媒機能を有し、貴金属よりも安価なチタン酸化物を用
いたものである。また、チタン酸化物は、特に限定する
ものではないが、ＴｉＯ2-X なる組成で表されるように
非化学量論組成のもの、例えばＴｉ4 Ｏ7 あるいはＴｉ
5 Ｏ9 で表されるもの、あるいはこれらの混合物が望ま
しい。また、本発明に用いられる水素イオン導電性ポリ
マー電解質膜としては、フッ素系のカチオン交換膜、特
にパーフルオロカーボンを骨格とするカチオン交換膜が
好ましく、この中でも末端基としてスルホン酸基または
カルボン酸基またはスルホン酸基とカルボン酸基の両方
を備えたものが好ましく、さらに、耐酸性特性に重点を
おく場合にはスルホン酸基を備えたものが好ましい。
【００１２】本実施の形態によるオゾン水製造装置の動
作を説明する。水素イオン導電性ポリマー電解質膜１の
一方と他方の膜面に設けられた陽極２と陰極３の間に直
流電圧を印加することにより、陽極側水流入口６ａより
流入した原料水が電気分解され、酸素と水素イオンとオ
ゾンを発生し、発生したオゾンは水に溶解してオゾン水
となり、酸素と共に陽極側流出口６ｂより流出する。一
方、水素イオンは、水素イオン導電性ポリマー電解質膜
１を通過して陰極側に移動し、陰極上で電子と結合して
水素となり、気泡となって陰極側水流出口７ｂより流出
する。陰極側水流入口７ａから供給される水は、陰極で
生成する水素の気泡と共に系外に流出させる。
作を説明する。水素イオン導電性ポリマー電解質膜１の
一方と他方の膜面に設けられた陽極２と陰極３の間に直
流電圧を印加することにより、陽極側水流入口６ａより
流入した原料水が電気分解され、酸素と水素イオンとオ
ゾンを発生し、発生したオゾンは水に溶解してオゾン水
となり、酸素と共に陽極側流出口６ｂより流出する。一
方、水素イオンは、水素イオン導電性ポリマー電解質膜
１を通過して陰極側に移動し、陰極上で電子と結合して
水素となり、気泡となって陰極側水流出口７ｂより流出
する。陰極側水流入口７ａから供給される水は、陰極で
生成する水素の気泡と共に系外に流出させる。
【００１３】なお、本実施の形態による陽極２及び陰極
３は、水素イオン導電性ポリマー電解質膜１を隙間なく
覆っているのではなく、多数の細孔を有している。これ
は、電極から発生するガスをこの細孔を通して電極背面
（ポリマー電解質膜と接している面の反対側）に速やか
に離脱させるためである。従来例では、陽極２２として
貴金属の金網を用いていたが、必ずしも金網である必要
はない。多数の細孔を有する陽極２及び陰極３は、それ
ぞれ水素イオン導電性ポリマー電解質膜１に対して接触
部と非接触部を有しており、陽極側水流入口６ａ及び陰
極側水流入口７ａより流入した水は、それぞれ陽極２ま
たは陰極３に接触すると共に、細孔によって水素イオン
導電性ポリマー電解質膜１にも直接接触するように構成
されている。
３は、水素イオン導電性ポリマー電解質膜１を隙間なく
覆っているのではなく、多数の細孔を有している。これ
は、電極から発生するガスをこの細孔を通して電極背面
（ポリマー電解質膜と接している面の反対側）に速やか
に離脱させるためである。従来例では、陽極２２として
貴金属の金網を用いていたが、必ずしも金網である必要
はない。多数の細孔を有する陽極２及び陰極３は、それ
ぞれ水素イオン導電性ポリマー電解質膜１に対して接触
部と非接触部を有しており、陽極側水流入口６ａ及び陰
極側水流入口７ａより流入した水は、それぞれ陽極２ま
たは陰極３に接触すると共に、細孔によって水素イオン
導電性ポリマー電解質膜１にも直接接触するように構成
されている。
【００１４】次に、本実施の形態におけるオゾン水製造
装置の製造方法として、多数の細孔を有する陽極２の形
成方法を図２を用いて説明する。まず、陽極２の材料で
あるオゾン発生触媒機能を有するチタン酸化物、例えば
Ｔｉ4 Ｏ7 の粉末を、パーフルオロカーボンスルホン酸
樹脂の有機溶媒溶液もしくは有機溶媒と水の混合溶媒溶
液（例えば Aldrich Chemical 社から市販されている N
afion solution）に均一に分散させる。次に、上記の粉
末が分散したパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂溶液
を、水素イオン導電性ポリマー電解質膜１の片面に積層
させながら塗布する（図２(a) ）。図において、８は、
チタン酸化物の粉末が分散されたパーフルオロカーボン
スルホン酸樹脂溶液の塗布層を示している。その後、こ
れを乾燥させると、溶媒成分が蒸発し、多数の細孔１０
を有する陽極２が形成される（図２(b) ）。図におい
て、９はパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂とチタン
酸化物よりなる混合層、１０は溶媒成分が蒸発した後に
形成される細孔である。本実施の形態によれば、多数の
細孔１０を有する陽極２を、サイズの大小を問わず、容
易且つ均質に製造することが可能である。なお、パーフ
ルオロカーボンスルホン酸樹脂溶液にチタン酸化物を混
合分散させる際、結着剤としてポリテトラフルオロエチ
レンの水懸濁液などを混合することも有効である。
装置の製造方法として、多数の細孔を有する陽極２の形
成方法を図２を用いて説明する。まず、陽極２の材料で
あるオゾン発生触媒機能を有するチタン酸化物、例えば
Ｔｉ4 Ｏ7 の粉末を、パーフルオロカーボンスルホン酸
樹脂の有機溶媒溶液もしくは有機溶媒と水の混合溶媒溶
液（例えば Aldrich Chemical 社から市販されている N
afion solution）に均一に分散させる。次に、上記の粉
末が分散したパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂溶液
を、水素イオン導電性ポリマー電解質膜１の片面に積層
させながら塗布する（図２(a) ）。図において、８は、
チタン酸化物の粉末が分散されたパーフルオロカーボン
スルホン酸樹脂溶液の塗布層を示している。その後、こ
れを乾燥させると、溶媒成分が蒸発し、多数の細孔１０
を有する陽極２が形成される（図２(b) ）。図におい
て、９はパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂とチタン
酸化物よりなる混合層、１０は溶媒成分が蒸発した後に
形成される細孔である。本実施の形態によれば、多数の
細孔１０を有する陽極２を、サイズの大小を問わず、容
易且つ均質に製造することが可能である。なお、パーフ
ルオロカーボンスルホン酸樹脂溶液にチタン酸化物を混
合分散させる際、結着剤としてポリテトラフルオロエチ
レンの水懸濁液などを混合することも有効である。
【００１５】以上のように、本実施の形態によれば、陽
極２の一部または全部に、オゾン発生触媒機能を有する
チタン酸化物を用いることにより、チタン酸化物が十分
な触媒機能を発揮し、高濃度で安定したオゾン水を製造
することができ、オゾン発生触媒機能を有する陽極とし
てＡｕ、Ｐｔ等の貴金属を用いていた従来装置に比べ、
安価なオゾン水製造装置を得ることが可能である。
極２の一部または全部に、オゾン発生触媒機能を有する
チタン酸化物を用いることにより、チタン酸化物が十分
な触媒機能を発揮し、高濃度で安定したオゾン水を製造
することができ、オゾン発生触媒機能を有する陽極とし
てＡｕ、Ｐｔ等の貴金属を用いていた従来装置に比べ、
安価なオゾン水製造装置を得ることが可能である。
【００１６】実施の形態２．本発明の実施の形態２であ
るオゾン水製造装置は、陽極の一部または全部に、白金
よりも酸素過電圧が高く、したがって白金よりもオゾン
発生触媒機能が高いルテニウム酸化物を用いたものであ
る。オゾン発生触媒機能が高いことからルテニウム酸化
物の必要量は白金よりも少なくなり、従来に比べ安価に
陽極が得られる。また、ルテニウム酸化物は、特に限定
するものではないが、少なくともＲｕＯ2 を含むものが
望ましい。なお、本実施の形態によるオゾン水製造装置
の構成及び動作は、上記実施の形態１と同様であるので
説明を省略する。また、本実施の形態における陽極の形
成方法は、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂溶液中
に均一に分散させる陽極２材料として、ルテニウム酸化
物の粉末を用いること以外は、上記実施の形態１と同様
である。本実施の形態においても、ルテニウム酸化物が
十分な触媒機能を発揮し、高濃度で安定したオゾン水を
製造することができ、且つ従来装置よりも安価なオゾン
水製造装置が得られる。
るオゾン水製造装置は、陽極の一部または全部に、白金
よりも酸素過電圧が高く、したがって白金よりもオゾン
発生触媒機能が高いルテニウム酸化物を用いたものであ
る。オゾン発生触媒機能が高いことからルテニウム酸化
物の必要量は白金よりも少なくなり、従来に比べ安価に
陽極が得られる。また、ルテニウム酸化物は、特に限定
するものではないが、少なくともＲｕＯ2 を含むものが
望ましい。なお、本実施の形態によるオゾン水製造装置
の構成及び動作は、上記実施の形態１と同様であるので
説明を省略する。また、本実施の形態における陽極の形
成方法は、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂溶液中
に均一に分散させる陽極２材料として、ルテニウム酸化
物の粉末を用いること以外は、上記実施の形態１と同様
である。本実施の形態においても、ルテニウム酸化物が
十分な触媒機能を発揮し、高濃度で安定したオゾン水を
製造することができ、且つ従来装置よりも安価なオゾン
水製造装置が得られる。
【００１７】実施の形態３．本発明の実施の形態３であ
るオゾン水製造装置は、陽極の一部または全部に、オゾ
ン発生触媒機能を有し、貴金属やチタン酸化物よりも安
価な鉄酸化物、例えばフェライトを用いたものである。
なお、本実施の形態によるオゾン水製造装置の構成及び
動作は、上記実施の形態１と同様であるので説明を省略
する。また、本実施の形態における陽極の形成方法は、
パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂溶液中に均一に分
散させる陽極２材料として、鉄酸化物の粉末を用いるこ
と以外は、上記実施の形態１と同様である。本実施の形
態においても、鉄酸化物が十分な触媒機能を発揮し、高
濃度で安定したオゾン水を製造することができ、且つ従
来装置よりもさらに安価なオゾン水製造装置が得られ
る。
るオゾン水製造装置は、陽極の一部または全部に、オゾ
ン発生触媒機能を有し、貴金属やチタン酸化物よりも安
価な鉄酸化物、例えばフェライトを用いたものである。
なお、本実施の形態によるオゾン水製造装置の構成及び
動作は、上記実施の形態１と同様であるので説明を省略
する。また、本実施の形態における陽極の形成方法は、
パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂溶液中に均一に分
散させる陽極２材料として、鉄酸化物の粉末を用いるこ
と以外は、上記実施の形態１と同様である。本実施の形
態においても、鉄酸化物が十分な触媒機能を発揮し、高
濃度で安定したオゾン水を製造することができ、且つ従
来装置よりもさらに安価なオゾン水製造装置が得られ
る。
【００１８】実施の形態４．本発明の実施の形態４であ
るオゾン水製造装置は、陽極の一部または全部に、オゾ
ン発生触媒機能を有するチタン酸化物、ルテニウム酸化
物及び鉄酸化物の中から２種類以上を組み合わせてなる
混合物を用いたものである。なお、本実施の形態による
オゾン水製造装置の構成及び動作は、上記実施の形態１
と同様であるので説明を省略する。また、本実施の形態
における陽極の形成方法は、パーフルオロカーボンスル
ホン酸樹脂溶液中に均一に分散させる陽極２材料とし
て、チタン酸化物、ルテニウム酸化物及び鉄酸化物の中
から２種類以上の粉末を組み合わせて用いること以外
は、上記実施の形態１と同様である。本実施の形態にお
いても、チタン酸化物、ルテニウム酸化物及び鉄酸化物
の中から２種類以上を組み合わせてなる混合物が十分な
触媒機能を発揮し、高濃度で安定したオゾン水を製造す
ることができ、且つ従来装置よりも安価なオゾン水製造
装置が得られる。
るオゾン水製造装置は、陽極の一部または全部に、オゾ
ン発生触媒機能を有するチタン酸化物、ルテニウム酸化
物及び鉄酸化物の中から２種類以上を組み合わせてなる
混合物を用いたものである。なお、本実施の形態による
オゾン水製造装置の構成及び動作は、上記実施の形態１
と同様であるので説明を省略する。また、本実施の形態
における陽極の形成方法は、パーフルオロカーボンスル
ホン酸樹脂溶液中に均一に分散させる陽極２材料とし
て、チタン酸化物、ルテニウム酸化物及び鉄酸化物の中
から２種類以上の粉末を組み合わせて用いること以外
は、上記実施の形態１と同様である。本実施の形態にお
いても、チタン酸化物、ルテニウム酸化物及び鉄酸化物
の中から２種類以上を組み合わせてなる混合物が十分な
触媒機能を発揮し、高濃度で安定したオゾン水を製造す
ることができ、且つ従来装置よりも安価なオゾン水製造
装置が得られる。
【００１９】
【実施例】実施例１．以下に、本発明によるオゾン水製
造装置の具体的実施例について図１を流用して説明す
る。なお、本実施例におけるオゾン水製造装置の構成及
び動作は、上記実施の形態１と同様であるので説明を省
略する。まず、水素イオン導電性ポリマー電解質膜１と
して、厚さ２ｍｍ、６ｃｍ×６ｃｍのパーフルオロカー
ボン系陽イオン交換膜を用いた。この水素イオン導電性
ポリマー電解質膜１の一方の膜面に、上記実施の形態１
に示した製法で、Ｔｉ4Ｏ7 の粉末を均一に分散させた
パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂溶液を塗布後、乾
燥させ、４．５ｃｍ×４．５ｃｍの陽極２を形成した。
水素イオン導電性ポリマー電解質膜１の他方の膜面に
は、白金メッキを施した４．５ｃｍ×４．５ｃｍのラス
網を陰極３として設けた。直接に水素イオン導電性ポリ
マー電解質膜１と接触しないラス網４、５としては、チ
タン製のものを用いたが、陰極側のラス網５はステンレ
ス製等でも良い。
造装置の具体的実施例について図１を流用して説明す
る。なお、本実施例におけるオゾン水製造装置の構成及
び動作は、上記実施の形態１と同様であるので説明を省
略する。まず、水素イオン導電性ポリマー電解質膜１と
して、厚さ２ｍｍ、６ｃｍ×６ｃｍのパーフルオロカー
ボン系陽イオン交換膜を用いた。この水素イオン導電性
ポリマー電解質膜１の一方の膜面に、上記実施の形態１
に示した製法で、Ｔｉ4Ｏ7 の粉末を均一に分散させた
パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂溶液を塗布後、乾
燥させ、４．５ｃｍ×４．５ｃｍの陽極２を形成した。
水素イオン導電性ポリマー電解質膜１の他方の膜面に
は、白金メッキを施した４．５ｃｍ×４．５ｃｍのラス
網を陰極３として設けた。直接に水素イオン導電性ポリ
マー電解質膜１と接触しないラス網４、５としては、チ
タン製のものを用いたが、陰極側のラス網５はステンレ
ス製等でも良い。
【００２０】同様に、陽極２としてＲｕＯ2 及びフェラ
イトを用いた電解槽をそれぞれ作成し、流体機器や電
源、コントローラ等と組み合わせ、運転を行った。電気
分解の原料水としては、軟水装置を通した水道水を用い
た。本実施例において作成された３種類のオゾン水製造
装置を運転して得られたオゾン水濃度の一例を表１に示
す。
イトを用いた電解槽をそれぞれ作成し、流体機器や電
源、コントローラ等と組み合わせ、運転を行った。電気
分解の原料水としては、軟水装置を通した水道水を用い
た。本実施例において作成された３種類のオゾン水製造
装置を運転して得られたオゾン水濃度の一例を表１に示
す。
【００２１】
【表１】
【００２２】以上のように、本実施例において作成され
たＴｉ4 Ｏ7 、ＲｕＯ2 及びフェライトのいずれの陽極
２を用いたオゾン水製造装置においても、十分に実用可
能な濃度のオゾン水が安定して得られた。さらに、これ
らの電極材料を２種類以上組み合わせてなる混合物を陽
極２として用いた場合にも、同様の効果が期待できる。
たＴｉ4 Ｏ7 、ＲｕＯ2 及びフェライトのいずれの陽極
２を用いたオゾン水製造装置においても、十分に実用可
能な濃度のオゾン水が安定して得られた。さらに、これ
らの電極材料を２種類以上組み合わせてなる混合物を陽
極２として用いた場合にも、同様の効果が期待できる。
【００２３】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、水素イ
オン導電性ポリマー電解質膜の一方の膜面に陽極、他方
の膜面に陰極が設けられ、陽極と陰極の間に直流電圧を
印加して、陽極側に供給された水を電気分解しオゾン水
を得るオゾン水製造装置において、陽極の一部または全
部に、オゾン発生触媒機能を有するチタン酸化物、ルテ
ニウム酸化物及び鉄酸化物のいずれかまたは２種類以上
を組み合わせてなる混合物を用いることにより、高濃度
で安定したオゾン水が得られ、且つ陽極として貴金属を
用いていた従来装置よりも安価なオゾン水製造装置を得
ることが可能である。
オン導電性ポリマー電解質膜の一方の膜面に陽極、他方
の膜面に陰極が設けられ、陽極と陰極の間に直流電圧を
印加して、陽極側に供給された水を電気分解しオゾン水
を得るオゾン水製造装置において、陽極の一部または全
部に、オゾン発生触媒機能を有するチタン酸化物、ルテ
ニウム酸化物及び鉄酸化物のいずれかまたは２種類以上
を組み合わせてなる混合物を用いることにより、高濃度
で安定したオゾン水が得られ、且つ陽極として貴金属を
用いていた従来装置よりも安価なオゾン水製造装置を得
ることが可能である。
【００２４】さらに、本発明によるオゾン水製造装置の
製造方法によれば、オゾン発生触媒機能を有するチタン
酸化物、ルテニウム酸化物及び鉄酸化物のうち少なくと
も１種類の粉末を分散させたパーフルオロカーボンスル
ホン酸樹脂溶液を、水素イオン導電性ポリマー電解質膜
の片面に塗布後、乾燥させることにより、陽極の一部ま
たは全部を形成するようにしたので、溶媒成分が蒸発し
た後に形成される多数の細孔を有する陽極を、サイズの
大小を問わず、容易且つ均質に製造することが可能であ
る。
製造方法によれば、オゾン発生触媒機能を有するチタン
酸化物、ルテニウム酸化物及び鉄酸化物のうち少なくと
も１種類の粉末を分散させたパーフルオロカーボンスル
ホン酸樹脂溶液を、水素イオン導電性ポリマー電解質膜
の片面に塗布後、乾燥させることにより、陽極の一部ま
たは全部を形成するようにしたので、溶媒成分が蒸発し
た後に形成される多数の細孔を有する陽極を、サイズの
大小を問わず、容易且つ均質に製造することが可能であ
る。
【図１】 本発明の実施の形態１であるオゾン水製造装
置の電解槽を示す断面図である。
置の電解槽を示す断面図である。
【図２】 本発明の実施の形態１であるオゾン水製造装
置の陽極の製造方法を示す図である。
置の陽極の製造方法を示す図である。
【図３】 従来のオゾン水製造装置を示す要部断面図で
ある。
ある。
１ 水素イオン導電性ポリマー電解質膜、２、２２ 陽
極、３ 陰極、４、５ ラス網、６ 陽極ジャケット、
６ａ 陽極側水流入口、６ｂ 陽極側水流出口、７ 陰
極ジャケット、７ａ 陰極側水流入口、７ｂ 陰極側水
流出口、８ チタン酸化物の粉末が分散されたパーフル
オロカーボンスルホン酸樹脂溶液の塗布層、９ パーフ
ルオロカーボンスルホン酸樹脂とチタン酸化物よりなる
混合層、１０ 細孔。
極、３ 陰極、４、５ ラス網、６ 陽極ジャケット、
６ａ 陽極側水流入口、６ｂ 陽極側水流出口、７ 陰
極ジャケット、７ａ 陰極側水流入口、７ｂ 陰極側水
流出口、８ チタン酸化物の粉末が分散されたパーフル
オロカーボンスルホン酸樹脂溶液の塗布層、９ パーフ
ルオロカーボンスルホン酸樹脂とチタン酸化物よりなる
混合層、１０ 細孔。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 四元 初男 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 山内 四郎 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 藤田 雄耕 京都府京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町 １番地 日本電池株式会社内 (72)発明者 河村 淳一 京都府京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町 １番地 日本電池株式会社内 (72)発明者 奥田 晋三 京都府京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町 １番地 日本電池株式会社内 Ｆターム(参考） 4K011 AA11 AA15 AA17 AA32 AA50 AA52 BA03 CA04 DA01 4K021 AA01 AA09 AB15 BA02 DB18 DB19 DB31 DB43 DB53 DC07
Claims (8)
- 【請求項１】 一方の膜面に陽極、他方の膜面に陰極が
設けられた水素イオン導電性ポリマー電解質膜、 上記陽極と上記陰極の間に直流電圧を印加する電源装
置、 一端に上記陽極側への水流入口、他端にオゾン水流出口
を有する陽極側外容器、 一端に上記陰極側への水流入口、他端に水素含有水流出
口を有する陰極側外容器を備え、 上記陽極の一部または全部に、オゾン発生触媒機能を有
するチタン酸化物を用いたことを特徴とするオゾン水製
造装置。 - 【請求項２】 チタン酸化物は、少なくともＴｉ4 Ｏ7
もしくはＴｉ5 Ｏ9を含むことを特徴とする請求項１記
載のオゾン水製造装置。 - 【請求項３】 一方の膜面に陽極、他方の膜面に陰極が
設けられた水素イオン導電性ポリマー電解質膜、 上記陽極と上記陰極の間に直流電圧を印加する電源装
置、 一端に上記陽極側への水流入口、他端にオゾン水流出口
を有する陽極側外容器、 一端に上記陰極側への水流入口、他端に水素含有水流出
口を有する陰極側外容器を備え、 上記陽極の一部または全部に、オゾン発生触媒機能を有
するルテニウム酸化物を用いたことを特徴とするオゾン
水製造装置。 - 【請求項４】 ルテニウム酸化物は、少なくともＲｕＯ
2 を含むことを特徴とする請求項３記載のオゾン水製造
装置。 - 【請求項５】 一方の膜面に陽極、他方の膜面に陰極が
設けられた水素イオン導電性ポリマー電解質膜、 上記陽極と上記陰極の間に直流電圧を印加する電源装
置、 一端に上記陽極側への水流入口、他端にオゾン水流出口
を有する陽極側外容器、 一端に上記陰極側への水流入口、他端に水素含有水流出
口を有する陰極側外容器を備え、 上記陽極の一部または全部に、オゾン発生触媒機能を有
する鉄酸化物を用いたことを特徴とするオゾン水製造装
置。 - 【請求項６】 鉄酸化物は、フェライトであることを特
徴とする請求項５記載のオゾン水製造装置。 - 【請求項７】 一方の膜面に陽極、他方の膜面に陰極が
設けられた水素イオン導電性ポリマー電解質膜、 上記陽極と上記陰極の間に直流電圧を印加する電源装
置、 一端に上記陽極側への水流入口、他端にオゾン水流出口
を有する陽極側外容器、 一端に上記陰極側への水流入口、他端に水素含有水流出
口を有する陰極側外容器を備え、 上記陽極の一部または全部に、オゾン発生触媒機能を有
するチタン酸化物、ルテニウム酸化物及び鉄酸化物の中
から２種類以上を組み合わせてなる混合物を用いたこと
を特徴とするオゾン水製造装置。 - 【請求項８】 水素イオン導電性ポリマー電解質膜の一
方の膜面に陽極、他方の膜面に陰極が設けられ、上記陽
極と上記陰極の間に直流電圧を印加して、上記陽極側に
供給された水を電気分解しオゾン水を得るオゾン水製造
装置の製造方法であって、 オゾン発生触媒機能を有するチタン酸化物、ルテニウム
酸化物及び鉄酸化物のうち少なくとも１種類の粉末を、
パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂溶液中に分散させ
る工程、 上記粉末が分散したパーフルオロカーボンスルホン酸樹
脂溶液を上記水素イオン導電性ポリマー電解質膜の片面
に塗布後、乾燥させ、上記陽極の一部または全部を形成
する工程を備えたことを特徴とするオゾン水製造装置の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02905699A JP3647663B2 (ja) | 1998-09-21 | 1999-02-05 | オゾン水製造装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26586998 | 1998-09-21 | ||
| JP10-265869 | 1998-09-21 | ||
| JP02905699A JP3647663B2 (ja) | 1998-09-21 | 1999-02-05 | オゾン水製造装置及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000160381A true JP2000160381A (ja) | 2000-06-13 |
| JP3647663B2 JP3647663B2 (ja) | 2005-05-18 |
Family
ID=26367202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02905699A Expired - Fee Related JP3647663B2 (ja) | 1998-09-21 | 1999-02-05 | オゾン水製造装置及びその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3647663B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003000957A1 (fr) * | 2001-06-21 | 2003-01-03 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Electrode d'electrolyse et procede de fabrication associe, procede d'electrolyse faisant appel a cette electrode et dispositif de production de solution d'electrolyse |
| WO2005024097A1 (ja) * | 2003-09-09 | 2005-03-17 | Kansai Technology Licensing Organization Co., Ltd. | 過酸化水素製造用電極、その製造方法及び過酸化水素の製造方法 |
| WO2010044272A1 (ja) * | 2008-10-17 | 2010-04-22 | 有限会社スプリング | 溶存水素飲料水の製造装置及びその製造方法 |
| CN102899685A (zh) * | 2012-09-12 | 2013-01-30 | 金华市广源环保科技有限公司 | 低压电解式臭氧发生器模块阴阳极催化剂及其制备方法 |
| WO2020078266A1 (zh) * | 2018-10-19 | 2020-04-23 | 胡松 | 一种膜电极电解臭氧发生器及其制备工艺 |
-
1999
- 1999-02-05 JP JP02905699A patent/JP3647663B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003000957A1 (fr) * | 2001-06-21 | 2003-01-03 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Electrode d'electrolyse et procede de fabrication associe, procede d'electrolyse faisant appel a cette electrode et dispositif de production de solution d'electrolyse |
| US7156962B2 (en) | 2001-06-21 | 2007-01-02 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Electrolyzing electrode and production method therefor and electrolysis method using electrolyzing electrode and electrolysis solution producing device |
| WO2005024097A1 (ja) * | 2003-09-09 | 2005-03-17 | Kansai Technology Licensing Organization Co., Ltd. | 過酸化水素製造用電極、その製造方法及び過酸化水素の製造方法 |
| WO2010044272A1 (ja) * | 2008-10-17 | 2010-04-22 | 有限会社スプリング | 溶存水素飲料水の製造装置及びその製造方法 |
| US8518225B2 (en) | 2008-10-17 | 2013-08-27 | Spring Co., Ltd. | Apparatus and method for producing hydrogen-dissolved drinking water |
| CN102899685A (zh) * | 2012-09-12 | 2013-01-30 | 金华市广源环保科技有限公司 | 低压电解式臭氧发生器模块阴阳极催化剂及其制备方法 |
| WO2020078266A1 (zh) * | 2018-10-19 | 2020-04-23 | 胡松 | 一种膜电极电解臭氧发生器及其制备工艺 |
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