JP2002531704A

JP2002531704A - 電気分解装置、水溶液の精製方法及び化学物質の合成方法

Info

Publication number: JP2002531704A
Application number: JP2000586638A
Authority: JP
Inventors: ザッピ，ギラーモ・ダニエル; ウェインバーグ，ノーマン・エル
Original assignee: ザッピ・ウォーター・ピューリフィケーション・システムズ・インコーポレーテッド
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1999-12-06
Publication date: 2002-09-24
Also published as: OA11806A; NO20012804L; TR200101659T2; IS5954A; AU767548B2; MXPA01005705A; HUP0104664A2; AP2001002197A0; EP1150921A1; SK7672001A3; CN1329576A; EE200100303A; WO2000034184A1; CA2355346C; EP1150921A4; TW490444B; NO20012804D0; BR9915992A; PL348151A1; CA2355346A1

Abstract

(57)【要約】地下水や、製紙工場、食品加工プラント、繊維工場などの製造産業工場からの排水などの汚染水媒体の電気精製は、改良されたより経済的な開放形状電解槽（10）設計により、容易に精製され、脱色され、滅菌される。この電解槽は、互いに電気的に接触している複数の導電性多孔性要素を含む電極（18,20）を備える。セル（10）は、分割されていても、分割されていなくてもよく、単極構成又は複極構成に連結されていてもよい。非常に狭いキャピラリィギャップ電極（18,20）と接続されている場合には、特に、比較的低い導電性の溶液を処理する場合により経済的操作が保証される。新規なセル設計（10）は、さらに、次亜塩素塩漂白や他の酸素処理種（oxygenated species）など、有機物及び無機物の双方の化学物質の電気分解に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、概して、水溶液の精製及び有用な化学製品の調製に関し、特に、電
気化学方法及び飲料水、産業排水及び汚染地下水の電気精製並びに有用な製品、
例えば、有機化学物質及び無機化学物質などの電気化学的合成（電気合成）の両
者にとってより効率的で経済的で安全な電気分解装置に関する。

【０００２】

【発明の背景】

排水は、人口が増加していて水の供給が制限されている都市や街における有用
な供給源である。制限された清浄な水の供給での規制を緩和することに加えて、
排水の再利用は、流や湖が受け取る汚水排出を減少させることによって、流や湖
の品質を改良することができる。農耕地灌漑（crop and landscape irrigation
）、涵養量（ground water recharge）、又はレクレーション目的に、排水を再
生・再利用することもできる。

【０００３】飲用に適する水の供給は、生活のもう一つの基本である。天然に入手可能な水
の品質は、場所によって異なり、バクテリア、真菌（fungi）、胞子類（spores
）及びクリプトスポリジウム（crypto sporidum）様の他の生物などの微生物；
塩類、重金属イオン、有機物、及びこれらの汚染物の組合せを除去することが必
要であることが多い。

【０００４】過去数年に亘り、産業排水の浄化（decontamination）、地下水の精製及び安
全に飲用できるようにするための都市供給水の処理のための多くの第一、第二及
び第三の方法が用いられている。これらの方法は、主として、機械的・生物学的
方法、例えば、粉砕（comminution）、沈殿（sedimentation）、汚泥生物分解（
sludge digestion）、活性汚泥濾過（activated sludge filtration）、生物学
的酸化（biological oxidation）、窒素固定（nitrification）などの組合せを
含む。物理的・化学的方法もまた広範囲に用いられており、少数の例を挙げれば
、例えば、化学活性剤による凝集及び凝固、沈殿（precipitation）、濾過、塩
素処理、オゾン処理、フェントン（Fenton）試薬処理、逆浸透、UV殺菌などがあ
る。

【０００５】消費用の都市供給水を含む産業排水及び地下水の浄化のための多数の電気化学
技術が提案されている。人口が増加する一方で、水及び汚水処理における電気化
学の役割は、これまで、前述の生物学的方法及び化学的方法に比べて、小さなも
のであった。幾つかの例において、初期投資コスト及びエネルギー消費に関して
より経済的である代替技術が知見されている。従来の電気化学方法は、初期投資
コスト及び運転コストの両面において、塩素殺菌、オゾン処理、凝集などのさら
に伝統的な方法に対して、コスト的に競合しないことが非常に多かった。

【０００６】従来の電気化学方法は、導電率調節剤として支持電解質の導入を必要とするが
、このことは運転コストを増加させ、副生成物の廃棄に関するさらなる問題を生
じさせるものである。幾つかの例における電気化学方法は、汚染物質濃度を政府
規制で許可されているレベルまで減少させることによる溶液処理において、効果
的ではなかった。これまで、このような電気化学方法は、有機汚染物質のほぼ完
全な無機化を安定に達成することに対して、十分な信頼性を欠くことが多く、並
びに政府規則に従う産業排水からの十分な脱色能力を欠くことが多かった。

【０００７】従来の電気化学技術に関する上述の欠点にもかかわらず、電気化学は水溶液の
浄化における主要な技術として、非常に好ましいと考えられている。したがって
、飲用に適するようにする都市供給水の浄化を含む多量の産業排水、汚水流及び
汚染地下水をより経済的に処理するためのより効率的でより安全な電気化学セル
構造及び方法に対するニーズがある。かような電気化学セル構造は、化学製品の
電気分解においても有用である。

【０００８】

【発明の概要】

本発明は、水性溶液、特に、有機物及びある種の無機化合物などの代表群から
のものを含む広範囲な化学汚染物質及び生物汚染物質で汚染された排水を含む汚
水流の改良された電気精製手段に関する。代表的な感応性無機汚染物質としては
、アンモニア、ヒドラジン、硫化物、亜硫酸塩、亜硝酸塩、硝酸塩、亜リン酸塩
、金属イオンなどを挙げることができる。有機汚染物質としては、有機金属化合
物；繊維工場からの染料；食品加工プラントからの炭水化物、脂肪及びたんぱく
様物質；汚水流、たとえば、リグニン及び他の色体（color bodies）を含むパル
プ・製紙工場からの黒液など；病原性微生物、すなわち、バクテリア、真菌、か
び類、胞子類、嚢胞類、原生動物門、ウィルスなどの感染性物質を含む一般的な
タイプの水質汚染物質；酸素要求廃棄物などを挙げることができる。

【０００９】本発明の方法によって成功裡に処理されるであろうすべての潜在的な汚染物質
を名付けることによって特別に区別することは実用的ではないが、特許請求の範
囲に記載されている言葉、主として「汚染水性電解質溶液」及びこのバリエーシ
ョンは、有機物、無機物、金属イオン又は生物にかかわらず、すべての考えられ
る汚染物質を包含するものであることを理解されたい。

【００１０】電気精製方法及び本発明を実施するための装置は、低くは<1ppmで高くは>300,
000ppmの濃度範囲で存在する１種以上の有機汚染物質、有害金属イオンを含むあ
る種の無機汚染物質及び生物的汚染物質を含むほとんどすべての水溶液を効率的
に精製する能力において、特に注目すべきものである。

【００１１】ほとんどの場合において、電気は、汚染物質の組成における所望の化学変化を
達成するためにのみ必要とされる。生水の導電率は、改良されたセル設計の運転
に十分である。よって、汚染物／汚染物質の所望の浄化を達成するために、処理
中の汚染水溶液の導電率を変えるべく、汚染水溶液中に添加剤を添加することは
、要求されず、必ずしも望ましいものでもない。有利なことに、ほとんどの例に
おいて、固体副生成物は、電気精製反応において、コストのかかる廃棄問題を生
じさせるほどには生成されない。本発明の改良された電気化学方法は、伝統的な
非電気化学方法、例えば塩素殺菌、オゾン処理及び凝集に競合できるコストで、
完全な又はほぼ完全な脱色；たとえ混合汚染物質が存在する場合でも、有機汚染
物質の完全な無機化及び生物汚染物質の総合的な撲滅を達成することができるの
で、政府規制に合致するか又は政府規制を越えるものである。

【００１２】したがって、本発明の主要な目的は、電解槽ゾーンに位置づけられた電極とし
て、少なくとも１個のアノードと、少なくとも１個のカソードと、を備える電解
槽を提供することにある。電極は、好ましくは、セル電圧及びIR損失を最小化す
ることができる電極間ギャップを与えるだけでなく、追加の支持電解質すなわち
電流キャリアの必要なしに導電率を達成するために十分に近接した状態で離間さ
れている。電解質溶液を電極間ギャップを貫通して分配させるため、電解質溶液
を電極に直接供給するための手段が設けられる。電解槽ゾーン中の電解質溶液の
滞留時間を調節するための手段が設けられる。電解槽が、電気精製に用いられる
場合には、直接手段によって及び／又はセル中に滞留中に汚染物質のより有害で
ない物質への化学的変化によって、汚染物質の変化が電気化学的に生じるに十分
な時間間隔で、電解質は電解槽ゾーン内に残る。電解槽ゾーンから下降する処理
済みの電解質溶液を集めるための追加の手段が設けられる。本発明の電解槽が「
開放形状（open configuration）」を有することも重要である。

【００１３】本発明の電解槽に加えて、実用的で効率的な運転のために、さらなる手段、揚
水手段又は重力によって汚染水性電解質溶液をセルに直接的に供給する手段；汚
染水性電解質溶液の前処理手段、例えば、曝気手段、pH調節手段、加熱手段、大
粒子の濾過手段；後処理手段、例えば、pH調節・冷却又は飲用水用途用に残りを
殺菌するための塩素殺菌手段を具備する。加えて、本発明は、自動コンピュータ
補助処理制御のため、pHセンサ、UV・可視光線センサ、微生物汚染物質用センサ
、温度センサなど、センサ及びマイクロプロセッサによるインラインモニタリン
グを意図する。

【００１４】本発明のさらなる目的は、水溶液の精製システムを提供することにある。この
システムは、以下のものを備える。 (i)電解槽ゾーン内に位置づけられた電極として、少なくとも１個のアノードと
、少なくとも１個のカソードと、を備える電解槽。この電極は、十分に近接した
状態で、互いに離間していて、セル電圧及びIR損失を最少にすることができる電
極間ギャップを与える。さらに、汚染水性電解質溶液を電解槽ゾーン内の電極に
直接供給する導管手段を含む。電解槽は、開放形状により特徴づけられる。 (ii)上記(i)の導管手段を介して、汚染水性電解質溶液の電極に直接至るフロー
を調節するための制御バルブ手段。 (iii)導管手段を介して、汚染水性電解質溶液を揚水する手段を含む。ついで、
(iv)電解槽にDC電力供給を与えるための整流器手段を含む。

【００１５】精製システムはさらに、センサ手段、及びセンサ手段からのインプットを受信
し、電流密度、汚染水溶液の電解槽に至る流速、汚染水性電解質溶液の温度及び
pHからなる群から選択される少なくとも１の運転状態を制御するためのアウトプ
ットを与えるコンピュータ化された手段を含む。任意の成分は、電気化学的に生
成された気体状副生成物をさらに取り扱うための排出手段；濾過、pH調節及び温
度調節からなる群より選択される汚染水性電解質溶液の前処理手段；を含む。

【００１６】先に議論したように、本発明の電気化学セルは、その「開放形状」が特に新規
である。本明細書及び特許請求の範囲から明らかなように、「開放形状」なる表
現又はそのバリエーションは、処理済み・浄化水性電解質溶液及び気体すなわち
揮発性副生成物のリーク又は排出を制御するに適する電気化学セル設計として規
定される。上記の規定はさらに、電解質を電極に供給するための従来の間接手段
を利用する従来の閉鎖型電気化学セル及びタンクタイプセル設計を排除又は除く
ことを意図する。例えば、閉鎖フロータイプ電気化学セルは、複数の機械加工さ
れたセルフレーム及び射出成形されたセルフレームから組み立てられることが多
い。これらのセルフレームは、典型的には、圧力下で、一緒に結合されて、ガス
ケットやＯリングなどでシールされた非リーク型スタックになされ、セルからの
電解質のリークを避ける。このタイプのシールされた電気化学セルは、典型的に
は閉鎖プレート・フレームタイプセルに見いだされる。セルをシールし、電解質
及び気体の環境中へのリークを回避するために、非常にぴったりと合う公差が、
セル構成成分に求められる。したがって、かような電気化学セルの初期投資コス
ト、閉鎖プレート・フレームタイプセルの分解からの損傷したセルフレーム及び
ガスケッティング（gasketing）の交換コストを含む改装コストは、高い。

【００１７】本発明の電気化学セルの形状が「開放」であって、シールされていないので、
水性電解質溶液及び気体状副生成物のリークを制御することができ、ガスケット
、Oリングその他のシーリング装置を含むシールされたセル設計を排除できる。
代わりに、セル構成成分パーツは、必要な場合には、例えばクランプ、ボルト、
タイ、ストラップ、又は一緒にスナップすることによって相互作用する嵌合具を
含む種々の機械的手段によって、近接した状態で一緒に保持される。結果として
、本発明の新規な開放セルコンセプトによって、初期セルコスト、リニューアル
コスト及び維持コストを最小化することができる。

【００１８】本発明の開放形状セルにおいて、例えば、電解質が非常に狭い電極間のギャッ
プ又は空隙を介して流れることによって汚染溶液が電極に接触するなど、電極面
に対して中心に位置づけられていてよいフィーダーから、電解質を直接、電解槽
ゾーン内の電極に供給する。この間中、水溶液中の汚染物質は、電極において、
より危険性の少ない物質に直接変換するか、及び／又は化学酸化剤又は還元剤、
例えば塩素、漂白剤すなわち次亜塩素酸など；水素、酸素又は反応性酸素種（sp
ecies）、オゾン、過酸化物例えば過酸化水素、水酸基、などの自己生成を介し
て、より毒性の少ない物質、二酸化炭素、硫酸、水素、酸素及び窒素などに化学
的に変化する。幾つかの例において、処理中の溶液内の汚染物質の組成的メイク
アップに依存して、塩化ナトリウム、鉄塩又は他の触媒塩などのある種の塩を、
低濃度で、セル内での処理前又は処理中に、溶液に添加することが望ましい。例
えば、これを用いて、幾らかの活性塩素を発生させて、処理水中の消毒剤の残さ
レベルを与え、あるいは第一鉄を生成させて、添加された又は電気的に発生した
過酸化水素によってフェントン（Fenton）試薬の形成を促進する。

【００１９】電解質は、通常、正の圧力下で、直接、電極スタックに供給されるので、電気
分解中に発生した水素及び酸素などの気体は、気泡の絶縁性ブランケット又はポ
ケットを形成することによって、電極表面上に全く蓄積しにくい。電極の気体ブ
ラインドは、電気の流れに対するより大きな内部抵抗を発生させ、結果的に、よ
り高いセル電圧及びより大きな電力消費を生じさせる。しかし、セルへの電解質
の直接的な流れで、本発明による電極間ギャップにおける溶液の動的なフローは
、ガスブランケッティングを最小化し、よってセル電圧を最小化する。

【００２０】揚水又は重力利用供給法によりセルに流入する水溶液は、入手可能な電極間ギ
ャップ全体を貫通して（over and through）滝のように流れ、セルの電解槽ゾー
ンを出る際に、リザーバ内に下方向に下降するか、又は後処理のために、例えば
、自然水路等に排出される。対比して、電気分解により発生した不溶性気体は、
セルから上方向に環境中に排気されるか又は必要に応じて、捕集又は更なる処理
のために、後ガス捕集装置すなわち換気フードに吸引されてもよい。

【００２１】本明細書に記載されているような直接供給「開放形状」電気化学セルは、好ま
しくは従来のセルハウジング又はタンクを排除するために設けられる（詳細は後
述する）が、本明細書及び特許請求の範囲における「開放形状」なる表現は、上
述の規定に加えて、直接供給電極が開放タンク又は開放セルハウジングの内部領
域に配設されている電気化学セル設計をも含むことを意図する。開放タンク電気
化学セルの代表的な例は、排水流を消毒する連続システムにおいて用いられる米
国特許第4,179,347（Krauseら）により開示されている。セルタンクは、開放頂
部と、底壁と、側壁とタンク内部に位置づけられている離間した電極と、を有す
る。タンク内に位置づけられている電極に直接、汚染水溶液を供給することに代
えて、Krauseらによれば、電解質を最初にタンクの第一端部に供給し、ここで内
部バッフルが、排水中に流れを発生させ、この流れを平行な電極を貫通して及び
平行な電極の間で上下方向に循環させる。よって、本発明において、圧力下で、
隣接するアノードとカソードとの間の電極間ギャップを貫通させるように、電極
スタックまで、電解質を直接、運ぶこととは異なり、Krauseらの開放タンクセル
における電解質は、水溶液が残っているタンクの下部領域に電極を位置づけるこ
とによるフラッディング効果を介して、間接的に電極と接触する。この受動的な
フラッディング効果は、特に低濃度で存在する汚染物質の効果的な破壊のために
必要な物質移動状態を達成するためには、充分ではない。したがって、電気分解
反応の気体状副生成物は、しばしば、電極表面上の気泡のブランケットの拡散と
いう結果をもたらす。これは、より高い内部抵抗ゆえに、高いセル電圧及びより
大きな電力消費を発生させる。

【００２２】したがって、本発明の目的のためには、本明細書及び特許請求の範囲に記載さ
れている「開放形状」なる表現は、電極スタックが開放タンク／ハウジングの内
部に位置づけられていて、電極に汚染水溶液を直接供給する手段を含む開放タン
クタイプ電気化学セルを含むことをも意図している。直接供給によって、ハウジ
ングは、フラッディング効果により間接的に電極に受動的に接触するであろう汚
染水溶液用のリザーバとしては作用しない。

【００２３】本発明の目的のために、「開放形状」なる表現は、オペレータに対する障害の
可能性を最小化するために組み込まれた飛沫よけ、シールド及びケージなどの安
全装置が電気化学セル及び精製システムに隣接して位置づけられ得ることをも意
図することを理解されたい。よって、例えば小さな部屋内部での本発明の電解槽
又は水精製システム全体の閉じこめ（confinement）もまた、本明細書及び特許
請求の範囲に記載されている「開放形状」に含まれることが意図されている。

【００２４】電気化学セル設計の他のタイプは、Beckらの米国特許4,048,047に開示されて
いる。Beckらのセル設計は、スペーサにより離間されて0.05〜2.0mmの範囲の電
極間ギャップを与える円形電極板の複極スタックを含む。液体電解質は、直接電
極板に供給され、パイプラインを介して、電極スタック内の中央開口内に、次い
で、外方向に供給されるので、スタックの外側を下方に流れる。しかし、電極ス
タックは、カバーフードを有する結合（conjoint）閉鎖型ハウジング内に置かれ
て、気体状反応物質、蒸気又は反応生成物の損失を回避する。ゆえに、Beckらの
閉鎖形状セルは、本発明による「開放形状」セルの基準に合致しない。

【００２５】本発明の改良された非常に経済的な電気化学セル設計の「開放形状」は、バッ
チ又は連続にかかわらず、プレート・フレームタイプセル及び慣用のタンクタイ
プセルを含む従来の閉鎖型セル設計並びに慣用の部分的に開いているタンクタイ
プセル設計の排除に基づくものであることを指摘してきたが、本明細書及び特許
請求の範囲にある「開放形状」なる表現が、ある場合にはセル電極に隣接して位
置づけられており、他の場合には垂直縁部に隣接して位置づけられている種々の
インサート、バリア、パーティション、バッフルなどで変形されてもよい電気化
学セルを意図することをも理解されたい。かような変形は、異なる電解質循環及
び方向の効果を有し、滞留／保持時間を増加し、したがって、滞留時間及びセル
からの電解質の排出速度に影響し得る。それにもかかわらず、部分的に開放して
いるかような変形電気化学セルは、電極自身が実質的にアクセス可能なままであ
る場合には、「開放形状」の意味に包摂される。特許請求の範囲にある「開放形
状」の規定に含まれる実質的にアクセス可能な状態のままである電極を有する変
形電気化学セルの代表例は、変形されたいわゆる「スイスロールセル（Swiss ro
ll cell）」設計、例えば、互いに重複していて、同心的にロールアップされて
いる電極に対する閉鎖型管状閉じこめが取り除かれて、「開放形状スイスロール
セル」を形成する設計を含む。

【００２６】本発明の別の目的は、多くの従来の水精製システムに対して投資コスト及び電
力消費の両面において経済的に競合でき、濃度が変化しても（数ppm未満〜数千p
pmまで）水性媒体中の広範囲な化学汚染物質及び生物汚染物質の両者を効果的に
処理するために用いることができる、より効率的な電気化学セル設計を提供する
ことにある。本発明の電気化学装置及び方法は、連続プロセスを介して、化学プ
ラント、繊維プラント、製紙工場、食品加工プラントなどの製造工場からの多量
の産業排水を処理するに容易に適するものとして、かような顕著に改良された経
済性を有する。

【００２７】非常に経済的な開放形状によって、特に、狭いキャピラリ電極間ギャップを有
する電極を具備する単極電気化学セルとして構成される場合には、より低いセル
電圧及びより高い電流密度が達成される。一般に、電極間のギャップの幅は、汚
染水溶液に添加される余分な支持電解質（supporting electrolytes）すなわち
電流キャリアなしに、電導率を達成するために充分に狭い。ゆえに、支持電流キ
ャリアとして汚染水性電解質溶液に支持電解質を添加する必要性を回避できる。

【００２８】よって、本発明の更なる目的は、改良されたより経済的で安全な連続、半連続
又はバッチ式の汚染水溶液の電気精製方法を提供することにある。この方法は、
以下の工程を含む。 (i)電解槽ゾーン内に位置づけられている電極として、少なくとも１のアノード
と、少なくとも１のカソードとを含む電気化学セルを準備する。電極は、セル電
圧及びIR損失を最小化することができる電極間ギャップを提供するように互いに
十分に近接した状態で離間されている。電解槽ゾーン内には、電極に汚染水溶液
を直接供給するための手段が設けられている。電気分解中に、汚染物質を変化さ
せるため、電解槽ゾーン中での電解質溶液の滞留時間を調節するための手段が設
けられている。電解槽は、上述の「開放形状」によって特徴付けられる。 (ii)電解槽の電解槽ゾーン内に、汚染水性電解質溶液を直接供給する。 (iii)電解槽の電極を横断して、電圧を印加して、水性電解質溶液中の汚染物質
を変化、好ましくは破壊する。

【００２９】一般に、この方法は、電解槽から、精製された電解質溶液を回収する工程を含
むことを理解されたい。しかし、本発明は、例えば、精製された水溶液の流域へ
の直接的な放流、場合によっては他の後処理段階への直接的な搬送をも意図する
。

【００３０】上述のように、この方法は、単極構成又は複極構成のいずれであってもよい開
放形状電解槽内で実施される。本明細書に規定されているように、開放形状ゆえ
に、本発明の電気化学セルは、単極設計として、容易に構成することができる。
このことは、低いセル電圧を維持しながら、比較的低い導電率を有する汚染水溶
液を電気分解する際には、より高い電流密度が望ましいので、特に有利である。
同様に、本発明の改良された電気化学セルは、特に、大きな設備に対しては、複
極構成を有するものでもよく、母線及び整流器コストを最小化する。

【００３１】典型的には、単極開放セル設計において、電気的な結合は、各電極に作られる
。一方、複極構成においては、電気的な結合は、端部電極に作られる。しかし、
多くの用途において、特に、実験室スケールの電気化学セルから、パイロットス
ケールへ、最終的には市販サイズの開放セルへのスケールアップにおいて、電極
表面積を増加すること要求される。セルのスケールアップ中に、本発明の方法を
実施するためのより効果的なセル設計を達成し、その上、投資コスト及び運転コ
ストを最小化することができれば、有利であろう。

【００３２】したがって、本発明のさらに別の目的は、本発明の開放電解槽コンセプトの別
のより経済的な実施形態を提供することにある。ここで、多数個の多孔性電極の
面は、互いに隣接して位置づけられていて、垂直平面内に又はスタックの形態で
互いに水平に重ね合わされて配列されている。通常はメッシュ又はスクリーンで
ある多孔性電極は、互いに電気的に接触していて、各電極スタックは、そこに電
圧を導入するための単一のフィーダー電極を必要とする。よって、これらの代表
的な形態に電極を配列することによって、さもなければ必要とされる電源への外
部の電気接点の数を増加することなく、効果的な電極表面積を大幅に増加するこ
とができる。電極接接続を層状にすることによって、コストを最小化でき、一方
で、電極購入における投資を節約することもできる。他の利点としては、開放セ
ル構成での改良された運転効率、セル電圧の低下の結果として電力消費の減少及
び運転コストの減少を挙げることができる。

【００３３】したがって、本発明は、電解槽が、電解槽ゾーン内に位置づけられた電極とし
て、少なくとも１のアノードと、少なくとも１のカソードとを含む「開放セル」
構成の実施形態を意図する。少なくとも１個の電極は、互いに電気的に接続して
いて互いに隣接して位置づけられている複数の導電性多孔性要素を含む。電解槽
ゾーン内の電極に水性電解質溶液を直接供給するための手段、及び電解槽ゾーン
内での電解質溶液の滞留時間を調節する手段が設けられている。

【００３４】別例として、複数の導電性多孔性要素からなる電極を、固体非多孔性導電性電
極要素と組み合わせてもよい。さらに、以下の工程を含む汚染水溶液の電気精製方法も含まれる。 (i)電解槽ゾーン内に位置づけられた電極として少なくとも１のアノードと少な
くとも１のカソードとを有する開放形状電解質セルを準備する。少なくとも１個
の電極は、互いに電気的に接続していて互いに隣接して位置づけられている複数
の導電性多孔性要素、例えばメッシュ又はスクリーンを含む。電解槽ゾーン内の
電極に汚染水性電解質溶液を直接供給する手段も設けられている。さらに、汚染
水性電解質溶液中の汚染物質を変化させるために、電解槽ゾーン内での水性電解
質溶液の滞留時間を調節する手段も設けられている。 (ii)上記(ｉ)の電解槽に、汚染水性電解質溶液を導入する。 (iii)電解槽の電極を横断して電圧を印加して、水性電解質溶液中の電解質中で
の汚染物質を変化させる。

【００３５】本発明の改良された電気精製方法は、さらに、金属イオンで汚染された水溶液
の処理をも意図する。金属イオンは、メッキ浴溶出液、金属剥離浴、殺生物剤配
合物及び塗料からの毒性物質であることが多く、錯化剤、界面活性剤又は還元剤
により封鎖され得る。本発明の電気精製方法は、錯化剤、界面活性剤又は還元剤
を破壊して、有害な金属を解離させ、電解槽中でのさらなる処理、あるいは、例
えば溶液から金属を析出（plating out）させるための金属回収セルに移す。

【００３６】本明細書に開示された電解槽は、汚染溶液の電気精製に主として有用であるが
、本発明の「開放」セル構成は、他の有用な用途においても容易に用いることが
できる。代表的な例としては、ヨウ素塩及び過ヨウ素塩、二酸化塩素、過硫酸塩
、及びカルボン酸の電気分解のKolbe方法又は活性オレフィン類の電気的水素二
量化（electrohydrodimerization）による二量体などの無機化合物及び有機化合
物の電気化学合成、水素と酸素を形成する水の電気分解など、を挙げることがで
きる。

【００３７】したがって、本発明のさらなる主要な目的は、以下の工程を含む有用な生成物
の製造における電気合成方法を提供することにある。（ｉ）電解槽ゾーン内に位置づけられた電極として少なくとも１のアノードと少
なくとも１のカソードとを具備する電解槽を準備する。少なくとも１個の電極は
、互いに電気的に接続していて互いに隣接して位置づけられている複数の導電性
多孔性要素、例えばメッシュ又はスクリーンを含む。電解槽ゾーン内の電極に電
解質溶液を直接供給する手段も設けられている。さらに、電解槽ゾーン内での電
解質溶液の滞留時間を調節する手段も設けられている。（ii）上記（ｉ）の電解槽に、無機塩、例えば漂白をする場合にはアルカリ金属
塩化物の水溶液、過ヨウ素酸を作る場合にはヨウ素塩、酸性水溶液などの電気的
活性物質の溶液などを含む電解質を導入する。（iii）電解槽の電極を横断して電圧を印加して、電解質溶液を電気分解して、
有用な化学製品を形成する。

【００３８】本発明のこの実施形態は、有用な製品の電気合成方法を含む。ここで、電解槽
は、多孔性ダイアフラム又は選択透過膜を具備する。

【００３９】

【好ましい実施形態の記述】

最初に、図１を参照すると、上述のように、入口22を通過する汚染水12により
示される汚染水溶液の精製用の電気化学セル10が示されている。汚染水12は、酸
素及び水素16等の電気分解反応の気体状副生成物を大気中に解放するべく完全に
開いている形状で示されているセル10の電解槽ゾーン14内で処理される。幾つか
の例において、電気分解反応中に発生した潜在的に危険な気体を大気中に排出さ
せないように収集することが望ましいであろう。例えば、塩素は、塩水又は海水
を含む水性汚水流の電気分解中に、アノードにて発生し得る。かような気体は、
例えば、電気化学セル10に隣接して位置づけられた従来の設計の真空フード装置
（図示せず）によって、回収することができる。

【００４０】電解槽ゾーン14は、図１及び図４において水平方向にあるように示されている
電極スタック17を含む。電極スタック17は、少なくとも１個のカソード18と、少
なくとも１個のアノード20と、を備える。アノード20は、例えば、電極、スペー
サ及びセパレータのアセンブリ（用いられる場合には）を組み立てられた電極ス
タック17に保持させるための端部プレート21としても作用し得る。電極間に位置
づけられた非導電性電極スペーサ23は、隣接するアノード及びカソードの間に所
望の電極間ギャップ又は空隙を与える。図面中、図１及び図４は、カソード18の
両側にアノードを有する中央の１個のカソードだけを示すが、例えば、構造的に
安定なアセンブリ内に構成成分を維持するためにスタック及び端部プレートを貫
通するボルト手段25で、数個のアノード、スペーサ、カソードなどを交互に重ね
て、電極スタックを形成してもよいことを理解されたい。

【００４１】端部プレート、電極及びスペーサは、概して矩形幾何学形状を有するものでも
よい。しかし、少数の例を挙げれば、四角形、球形又は円形を含む任意の数の潜
在的な別の幾何学的形状及び寸法も本発明の範囲内にある。汚染水性電解質溶液
は、供給ライン22を介して、電解槽ゾーン14内の電極に、直接供給される。供給
ライン22は、アノード／端部プレート21に対して中央に位置づけられて示されて
いる。固体で平面的であってもよい電極は、好ましくは、メッシュ／スクリーン
タイプの物質である。こうして、電極スタックに流入する水性電解質溶液を電極
と直接接触させ、この際に（in so doing）スタック内で個々の電極表面の面を
それぞれの周縁に向かって放射方向に横断して流す。加えて、流入する溶液は、
通常は、軸方向又は電極の面の長手方向軸に直角に流れるので、汚染水溶液は、
同時に、電極スタックの上方及び電極スタックを貫通して、噴水様効果で滝のよ
うに流れ、プロセス中での電極表面との接触を最大にする。電解槽ゾーン14から
流出する精製水24（汚染物質がないか又は実質的にない）を開放タンク26に収集
してもよいし、あるいは、自然水域などに移すために、排出ライン（図示せず）
に注いでもよい。

【００４２】電解槽ゾーンへの汚染水溶液の直接供給は、図１〜４に示されているように、
電極スタックに対して中心で行われる必要はないことを理解されたい。別の直接
供給ルートは、汚染水溶液が電極スタックの底部から供給されるように、あるい
は電極の平面に対して斜め又は鈍角の位置で供給されるように、供給ポイントを
逆転させたルートを含む。加えて、直接供給流入ポイントは、電極の平面の縁部
と軸方向にあってもよく、汚染溶液は電極スタックの周縁まで運ばれる。

【００４３】電解槽ゾーン14内での汚染水溶液の滞留時間を調節する利便な手段及び電解槽
ゾーン14からの浄化された精製水24のリークを調節する利便な手段は、バルブ28
及び／又は慣用の設計の揚水手段（図示せず）を介するものでもよい。電極スタ
ックに直接流入する汚染水の流速及び浄化された水としてスタックから流出する
流速は、標準設計の手動又は自動流制御バルブ28によって調節されてもよい。流
速（L/min）を調節して、処理済み溶液が電解槽ゾーンから流出する時間によっ
て、効果的に汚染物質を破壊するために十分とする。本開示の利益を有する当業
者は、本発明の電気化学セルの性能が別の手段、例えば電解槽ゾーン内での溶液
の経路を増加する手段で、最適化されてもよいことをも認めるであろう。例えば
、バッフルを組み込むことで、電解槽ゾーン内での溶液の残留時間を増加させる
ことができる。別の手段としては、電解槽ゾーン内での滞留時間を減少させるた
め、電極の表面積を拡大するものでもよい。実際、該当分野の電気化学者は、セ
ルの性能をより高い電流密度によっても増加できることをも認めるであろう。

【００４４】セルの幾何学形状及び単極構成と複極構成の双方を利便に用いることができる
ことから、実際には、平坦なシート、メッシュの形態の金属；他の物質のフォー
ム、例えばグラファイト、ガラス質炭素、網状ガラス質炭素及び微粒子状炭素な
どの任意の電極材料を用いることができる。これは、さらに、電極物質の組合せ
、例えば、適当な絶縁材料又は導電性材料によって分離されている２層の金属層
を含む二層要素などをも含む。

【００４５】有用なアノードの代表例としては、貴金属アノード、寸法安定性アノード、カ
ーボン、ガラス質炭素、及びグラファイト含有アノード、ドープドダイヤモンド
アノード、亜化学量論的（substoichiometric）酸化チタン含有アノード及び酸
化亜鉛含有アノードとして一般に知られているアノードを挙げることができる。
より特定の代表例としては、白金被覆チタン貴金属アノード；商標DSA-O₂で入手
可能なアノード、及び他のアノード、例えば、Electrosynthesis Co,, Inc.,（
ニューヨーク州ランカスター：Lancaster, New York）から入手可能なフェルト
、フォーム、スクリーンなどの大表面積タイプのアノードを挙げることができる
。他のアノード材料は、チタン上の酸化ルテニウム、チタン上の白金イリジウム
、チタン上の酸化イリジウム、銀金属上の酸化銀、チタン上の酸化スズ、ニッケ
ル上の酸化ニッケル（III）、金、亜化学量論的（substoichiometric）酸化チタ
ン、特にいわゆるMagneli相酸化チタン（ｘが約1.67〜約1.9の範囲にある式TiOx
を有する）を挙げることができる。Substoichiometric酸化チタンの好ましい種
類は、Ti₄O₇である。Magneli相酸化チタン及びその製造方法は、本明細書に参照
として組み込まれている米国特許第4,422,917（Hayfield）に記載されている。
それらは、また、登録商標Ebonexとして市販されている。PbO₂、RuO₂、IrO₂、Sn
O₂、Ag₂O、Ti₄O₇等の電気触媒金属酸化物がアノードとして用いられる場合には
、種々のカチオン又はアニオンによるかような酸化物のドーピングが、さらに電
気触媒酸化挙動、安定性、又は本発明の浄化反応の導電性を高めることが見いだ
されている。適当なアノード材料の選択は、コスト、処理中の溶液内でのアノー
ド材料の安定性及び高い効率を達成するための電気触媒特性等のファクターを考
慮することによってなされる。

【００４６】適当なカソード材料としては、金属、例えば、鉛、銀、スチール、ニッケル、
銅、プラチナ、亜鉛、スズなど、並びに炭素、グラファイト、Ebonex（商標）、
種々の合金などを挙げることができる。気体拡散電極もまた、本発明の方法に有
用である。この点に関して、これらは、酸素又は空気を有効量の過酸化物に変換
する際、水素発生を最小化する際及び／又はセル電圧を低下させる際に、カソー
ドとして用いることもできる。アノードであろうとカソードであろうと電極材料
は、小表面積又は大表面積のいずれかで、電気触媒で被覆されていてもよい。よ
り大きな表面積の電極、例えば、エキスパンデットメタルスクリーン、金属又は
グラファイトビーズ、カーボンフェルト、又は網状ガラス質炭素などは、水性電
解質中に低濃度で毒性又は危険な物質が存在する場合に、これらの物質のより高
い破壊効率を達成するに特に有用である。

【００４７】特定のアノード及びカソード材料は、コスト、安定性及び電気触媒特性に基づ
いて選択される。例えば、電気化学の当業者は、塩化物の塩素への変換；水のオ
ゾン、水酸基又は他の反応性酸素種への変換；例えば鉄含有金属アノードを緩や
かに溶解することを用いる電気化学的に発生したフェントン（Fenton）試薬を介
して酸素又は空気の過酸化水素又は水酸基への変換；及び硝酸塩の窒素への接触
還元又は有機ハロゲン化合物のハロゲン化鉄及びより毒性の低い有機部分への接
触還元に望ましい電極材料を選択することを認めるであろう。

【００４８】電気触媒アノード及びカソードの選択は、電極材料が汚染物質の対（paired）
破壊のために選択され得る汚染物質の錯体混合物を含む水溶液の処理する際に、
特に重要となる。例えば、有機物、微生物及び硝酸塩汚染物質で汚染された水性
流を、微生物の破壊及び有機物の酸化のためのニオブ上の白金又はEbonexなど反
応性酸素種発生アノードを有する対（paired）破壊方法を用いて、同一の電気化
学セル中で同時に処理してもよい。加えて、同一のセルは硝酸塩の分解のために
設計された鉛その他の電気触媒カソード物質を具備するものでもよい。

【００４９】上述したように、非導電性スペーサ23は、隣接するアノード及びカソード間に
所望の電極間ギャップすなわち空隙を与える。ポリプロピレン及びポリエチレン
などポリオレフィン類などのポリマー材料から製造された非導電性で、絶縁性の
多孔性メッシュスクリーンであるスペーサ23の厚さは、電極間ギャップの幅を決
定する。あるいは、セルのイオン導電性を効果的に増すことができるイオン性ポ
リマースペーサを用いて、セル電圧及び運転コストをさらに減少させるようにな
すこともできる。カチオン交換樹脂ビーズ及びアニオン交換樹脂ビーズなどの適
当な寸法のイオン交換樹脂を電極間ギャップ内に動かないように保持する。

【００５０】ほとんどの用途のためには、電極間ギャップは、電極の短絡を避けるため、ほ
ぼ０〜約2mmの範囲にある。特に、この非常に小さなキャピラリサイズギャップ
は、１mm未満、0.1〜＜1.0mmの範囲にあることが好ましい。非常に小さな電極間
ギャップは、電流が比較的非導電性の媒体を通過するようにさせる。例えば、有
機化合物で汚染された水などの場合である。よって、本発明では、水性媒体のイ
オン導電率を増加させるために、任意の電流キャリア無機塩類を添加することな
く、溶液内の汚染物質を分解することが可能となる。さらに、非常に狭い電極間
ギャップは、少ない電力消費及び低い運転コストに転嫁される低いセル電圧の重
要な利点を与える。ゆえに、本発明の開放形状電気化学セル及び非常に狭い電極
間ギャップの組合せによって、低い初期投資コスト、並びに低い運転コストの双
方を提供する。この達成は、本発明による飲用水の精製、及び排水の精製などの
多量用途の場合に特に重要である。

【００５１】図２は、本発明の更なる実施形態を示し、ここで、電解槽ゾーン30は開放形状
である。電解質32は、垂直方向にある電極スタック34に直接供給される。結果と
して、処理済み水溶液36は、電極スタック34の頂部周縁及び底部周縁の双方から
主として流出するように示されている。これは、例えば、さらにバッフルを用い
ることで、処理中の溶液の滞留時間を調整するように変えられてもよい。精製水
は、電解槽ゾーン30下方の容器38に集められる。

【００５２】図３は、本発明の第３の実施形態を示し、ここで、電解槽ゾーン40は、上述の
ように、開放ハウジング／タンク44の内部に位置づけられている電極スタック41
を含む。ハウジング44は、頂部で開放されていて、例えば水素及び酸素などの電
気分解反応の気体状副生成物を大気中に容易に排出し、又はフード（図示せず）
などの適当な装置の補助で集めるようになされている。水性汚染電解質溶液46は
、タンクに運ばれた溶液の浸入の結果として電極が溶液を間接的に受け取る他の
タンクセルとは異なり、開放ハウジング44内に位置づけられている電極スタック
41に直接供給される。重力の結果として滝のように下降する精製水48は、ハウジ
ング44の内部の底部に集められて、排出される。

【００５３】本発明の開放形状電気化学セルの重要な利点は、単極構成又は複極構成のいず
れにも容易に適合する能力を備える点にある。この点に関して、図５は、単極開
放形状電気化学セルを示す。図５の単極セルにおいて、アノード52、54及び56は
、この場合、共通の「外部」供給ラインとしての母線58を介して、それぞれ電流
供給として電気コネクタを必要とする。同様に、カソード60及び62はそれぞれ、
共通の母線64を介して示されている電気接続を必要とする。さらに、各電極の両
面が同じ極性を有する活性であることも、単極セル設計の特徴である。

【００５４】一般的に、自治体用の水精製は多量用途であるから、電力消費を最小化するた
めには、潜在的なセル電圧を最低にすることが基本である。本発明の非常に狭い
電極間ギャップとの組合せにおける開放形状単極セル設計は、初期投資コストを
低減するだけでなく、低い内部抵抗、低いセル電圧及び高い電流密度ゆえに運転
コストをも低減する。この組合せは、本発明の実施形態に従って、電流キャリア
としての追加の無機塩なしに、比較的低い導電性の汚染水性媒体、例えば非極性
有機溶剤で汚染された水溶液などを処理する際に、特に望ましい。

【００５５】本発明の非常に狭い電極間ギャップを有する開放形状、単極、リーク制御型電
気化学セルは、Beckらの米国特許第4,048,047のセルに鑑みて、非常に特異なも
のである。Beckらの電気化学セルの閉鎖形状は、各電極の外部電気接点に関連す
る高い電流密度で単極接続を達成することが非常に困難でコスト高である。対比
して、本発明の開放形状電気化学セルでは、セルが単極設計であるか複極設計で
あるかにかかわらず、個々の電極に対する電気接点は容易である。ゆえに、Beck
らの閉鎖複極電気化学セル形状は、本発明の改良された電気化学セル又は他の大
容量の水精製プロセスに用いられている非電気化学的技術と経済的・コスト的に
競合しない。

【００５６】すでに示したように、非常に狭いキャピラリ電極間ギャップを有する本発明の
開放形状リーク制御型電気化学セルは、さらに、複極構成に対しても容易に適合
し得る。図６は、本発明による開放形状複極セル70を示す。この複極セル70は、
２個の端部電極／端部プレート76及び78を貫通するただ２個の「外部」電気接点
72及び74を必要とする。複極セルの各内部電極80、82及び84は、両側に異なる極
性を有する。複極セルは、電極スタックの各セル中で同じ電流を効率的に利用す
る際に非常に経済的であり得るが、本発明の一つの重要な側面は、非常に狭い電
極間ギャップを用いて比較的非導電性の媒体に電流を通過させることによって、
溶液を処理することにある。すなわち、汚染水溶液は、生水の導電率にほぼ等し
いような比較的低い導電率を有するものでもよい。かような溶液を効率的に処理
するために、より高い電流密度で運転することが望ましい。本発明の単極セル形
状は、所望の低いセル電圧及び高い電流密度で運転することが可能である。特に
説明するものではないが、DC電源、AC電源、パルス電源及びバッテリ電源などを
含む標準的な電力源を本発明の電解槽に利用することを理解されたい。

【００５７】本発明はさらに、汚染水性電解質溶液用の分配手段、例えば、多数の開口又は
ポアを有する１本の長いパイプ81、又は汚染水性電解質供給物入口から電解槽ゾ
ーン内の電極スタックの深さに亘って延在するフィーダーチューブなど、を有す
る開放形状電気化学セルをも意図する。これは、電極要素に対するより均一な溶
液流を与える。多数の電極要素を含むスタックに対して特に有用で、十分な気孔
率、直径及び長さのこれらのプラスチック材料又金属の多孔性チューブは、開放
形状の単極、複極及び例えばスイスロールセル（Swiss roll cell）に適用可能
である。電極要素を有する深いセルスタックに対しては、１本の多孔性フィーダ
ーチューブよりもそれぞれ大きな表面積が与えられ、供給物入口導管と一緒に操
作される。

【００５８】本発明の開放形状、複極タイプ、リーク制御型電気化学セルは、上述のものよ
りも高いイオン導電率を有する水溶液の精製に最も効率的に用いることができ、
低い電流密度で経済的な運転を可能とする。各例において、本発明の電気化学セ
ルの開放形状は、セルが単極設計であっても複極設計であっても、電気的接続を
容易にする。

【００５９】最も望ましくは、水精製などの大容量用途は、経済的に魅力あるものとするた
めに、低い投資コスト及び運転コストを必要とする。本発明者らは、正確な機械
加工成分、ガスケッティング、コスト高の膜及びセルセパレータの必要性を排除
することで、投資コストを大幅に削減できることを見いだした。狭い電極間ギャ
ップによるより低いセル電圧及びセル膜及びセパレータの排除、すなわち分割さ
れていない電気化学セルによる低いIRにより、低い運転コストを達成できる。し
かしながら、より小さな電極間ギャップは、さらに、有機媒体、例えば種々の電
極や絶縁材料などを含む低濃度の支持電解質を含む有機媒体中での本発明のセル
の運転を可能とする。かような用途の多くは、本発明の開放セル形状を容易に適
用できるが、陽極液と陰極液とを分けるセル仕切、例えば、膜又はセルセパレー
タなどを用いる。本発明の電気化学セルにとって有用なプロセスの例としては、
電気化学的合成における中間反応を挙げることができる。ここで、膜又はセパレ
ータの目的は、カソードで発生したアノード種の還元及び／又はアノードで発生
したカソード種の酸化を防止することにある。

【００６０】図７は、中央のカソード96を有するアノード／端部プレート92及び94と、電極
間に位置づけられているカチオン交換膜98及び100を有する開放形状電気化学セ
ル90の代表例を示す。膜98及び100は、膜の中央にある開口102を通過して溶液を
流しながら、セル内での陽極液と陰極液との混合を防止する。

【００６１】ダイアフラム又はセパレータを用いる電気化学セルのこれらの実施形態は、好
ましくは、イオン交換膜を具備するが、多孔性ダイアフラムタイプセパレータを
用いてもよい。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニリデン−ジフルオライ
ド、ポリビニルクロライド、ポリテトラフルオロ−エチレン（PTFE）、ポリマー
−アスベスト混合物などの微孔性薄膜に基づく広範囲の不活性材料が市販されて
おり、多孔性ダイアフラム又はセパレータとして有用である。

【００６２】有用なカチオン型及びアニオン型選択透過膜が、RAI Research Corp.、Hauppa
uge、ＮＹ、商標Raiporeとして；E.I. DuPont、徳山曹達、旭硝子など多くの製
造者及び供給者から市販されている。一般的に、フッ化物であるこれらの膜は、
全体的に安定であるので、最も好ましい。選択透過イオン交換膜の特に有用な種
類は、過フルオロ硫酸膜類であり、例えば、E.I.DuPontからNafion（登録商標）
として販売されている。本発明はさらに、固体ポリマー電解質複合物に形成され
た膜及び電極を意図する。すなわち、アノード又はカソードのいずれか又は双方
である電極の少なくとも１個の電極をイオン交換膜に結合して一体成分を形成す
る。

【００６３】既に議論した本発明の実施形態は、電極スタック、例えば図１及び図２の17及
び34に言及するが、かような電極スタックは、個々に、狭い電極間ギャップによ
って互いに離間された単一のアノード要素及び単一のカソード要素を含む。図４
は、外部電気接点19を有する単一の板状スクリーン要素からなるカソード18を具
備する代表的な電極スタックを分解図で示す。カソード18の各側上の非導電性多
孔性スクリーン23は、カソード要素を隣接する端部アノード20から離間させる所
望の電極間ギャップを与える。図４は、端部アノード20間に位置づけられた単一
のカソードスクリーンを有する電極スタックを示すが、本発明の大容量の市販品
セル及び半市販品パイロットスケールのセルは、通常、単極構成である場合には
、それぞれ外部の電気接点を有する多数個の交互になされたアノード及びカソー
ドを具備するセルスタックを有することを理解されたい。

【００６４】しかし、大きな電極表面積を必要とする本発明の電解槽のスケールアップバー
ションは、図８及び図９に示すように、別々の多孔性電極要素を複数個スタック
することによって、より経済的にこの結果を達成することができる。導電性多孔
性要素、例えばメッシュ又はスクリーンからなる多数個の電極要素は、単極（図
８）又は複極（図９）のいずれの開放セル形状においても、互いに隣接し且つ互
いに電気的に接続して、位置づけられる。

【００６５】開放セル実施形態のアノード及びカソードのいずれか一方又は双方が、多数個
の電極要素設計であってもよい。すなわち、多数個の電極要素からなるアノード
スタックは、電気的に接続した状態に一緒に保持され、単一の電極要素からなる
カソードに隣接して位置づけられてもよく、その逆であってもよい。このことは
、図８に最もよく示されている。すなわち、多孔性カソードとして示されている
が非多孔性板電極であってもよい単一の要素のカソード108の間に位置づけられ
た多数個の多孔性アノード要素106を有する端部プレート105間に保持された単極
開放セル104からなる。アノード106は、多孔性非導電性スペーサ107によって、
カソード108から離間されている。有利なことであるが、アノードスタック106は
、互いに接触している同一スタックの一方の側の電圧を他方の電極要素に移動さ
せるために、単一の「フィーダー」電極110のみを必要とする。この態様で電極
要素をスタックすることによって、さもなければ必要とされる電源113に対する
外部電気接点112の数を増加することなく、有効な電極表面を大幅に増加させる
ことができる。このことは、外部電気コネクタに対するコスト及び電極に対する
投資コストを最小にするだけでなく、運転効率を改良し、結果として、低いセル
電圧及び電力消費の減少を生じさせ、運転コストを削減する。

【００６６】電極の導電性多孔性要素は、例えば金属又は炭素から製造することができ、穿
孔金属板、溶接ワイヤークロス、織物状ワイヤークロス、エキスパンデッドメタ
ル、カーボンフェルト、織物状カーボンクロス、編目状ガラス質カーボン、スポ
ンジ状特性を有するニッケルフォーム等の金属フォームなどを含む形態でもよい
。市販されている穿孔金属板の代表例は、均一で正確なサイズの複数のホールパ
ターンを有する低炭素鋼及びマイクロエッチングタイプ316ステンレススチール
シートである。溶接ワイヤークロスは、タイプ304ステンレススチールクロス及
びステンレススチールニットワイヤメッシュを含む。ワイヤークロスは、金属ワ
イヤから形成された織物状でも溶接材料でもよく、種々のメッシュサイズで入手
可能である。さらに、タイプ304ステンレススチールグレードも入手可能である
。エクスパンデッドメタルは、スリット入り又は延伸された板からなる。板／シ
ートは、軽量で、さらに、開口のダイヤモンドトラスパターンゆえに強度がある
。これらは、一般的に、カーボンスチール及びタイプ304ステンレススチールか
ら製造される。

【００６７】本発明は、酸化／還元の組合せ効果を達成するために、例えば、単一のセル中
での電極要素として用いる異なる多孔性材料の組合せを意図する。電極の導電性
多孔性要素の孔密度は、1〜約500メッシュ／インチ（mesh/linear inch）の範囲
であってもよい。導電性多孔性要素は、さらに、約10〜約90％の範囲の孔面積を
有するものでもよい。ある要素、例えばフォーム等は、1〜100ポア／インチ（po
res/lineal inch）の範囲の多孔度及び5〜約85％の範囲の密度を有するものでも
よい。電極要素は、スタックの全ての膜を通過する電気接触を確実にするために
、近接して電気的に接触した状態に単純にスタックされていても、又は一緒に及
び適当なフィーダー電極に溶接されていてもよい。

【００６８】図９もまた、図８と同様の開放電解槽設計114を示すが、中間の電極スタック1
16の全てが複数の多孔性電極要素からなる複極構成で示されている。各電極スタ
ックの個々の要素は、同一のスタックの他の部材と電気接触している。電力は、
端部プレートアノード118を介して、セルに送られる。スタック116は、多孔性ス
ペーサ120によって、互いに離間されている。

【００６９】「フィーダー」電極と共に用いられても又は「フィーダー」電極なしに用いら
れてもよい電極要素の最適な数は、各多孔性電極要素の厚さ、処理中の溶液の導
電率及び全体的に最適なセル設計を含む多数の変数によって決まる。フィーダ電
極（図８）に加えて、電極要素の数は、1〜100個の範囲，特に1〜10電極要素の
範囲であってもよい。「フィーダー」電極は、個々の電極要素と同じ構成材料で
あっても、異なるものであってもよいが、電気分解条件下で安定であり、電気導
電性であることを条件とする。

【００７０】溶液精製において、本発明は、低電導率の媒体の処理を提供する。しかし、ア
ルカリ金属塩などの非常に低濃度の不活性可溶性塩、例えば僅かな例を挙げると
、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、リン酸ナト
リウム又はリン酸カリウムなどを添加することが必要であってもよい。安定な第
４アンモニウム塩を用いることもできる。上述したように、適当なサイズのイオ
ン交換樹脂ビーズを電極間の空隙に挿入して、導電率を増加することもできる。
これは、セル電圧及び総運転コストをさらに減少させる。

【００７１】セルに流入する汚染溶液は、氷点近くからほぼ沸点までの温度範囲にあっても
よく、特に約4℃〜約90℃の範囲にあってもよい。より高い温度は、セル電圧を
低下させること及び汚染物質破壊を増加させることにおいて有益である。かよう
なより高い温度は、必要であれば、特に引用水の精製など、溶液の導電率が低い
場合には、流入溶液を予熱すること、電極を加熱すること又はセル内でIR加熱す
る（through IR heating in the cell）ことによって達成される。セル電圧及び
セル内での滞留時間を適当に調節することで、上述の範囲の有益な温度は可能で
ある。

【００７２】分割されていないセルとして本発明の好ましい実施形態では、汚染水溶液の精
製のために、種々の有用なアノード及びカソード種を電解分解中に発生させるこ
とができ、汚染物質の化学分解及び水溶液の精製を補助する。かような種は、酸
素、オゾン、過酸化水素、水酸基及び他の反応性酸素種を含む。プロセスに有用
であるが、あまり好ましくない種は、塩水又は海水の電気分解による塩素又は塩
化水素（漂白剤）を含む。任意の特定の作用機序を保持することを望むものでは
ないが、有毒有機物及び微生物で汚染された水溶液の浄化、脱色及び滅菌処理の
プロセスにおける成功のために、上述のいくつかのプロセスが同時に生じてもよ
い。制限するものではないが、これらのプロセスは、アノードにおける汚染物質
の直接酸化；カソードにおける直接還元による汚染物の破壊；アノードにおける
酸素生成物の微小気泡による供給流への酸素供給；酸素及び水素の微小気泡によ
る供給流中の揮発性物質の脱ガス化（degasification）；セル中でのIR加熱（IR
heating in the cell）；開放セルから流出する水流の曝気などを含む。

【００７３】広範囲な化合物、微生物及び他の危険物質、例えば上述の様な金属イオンなど
は、本明細書に記載されているプロセスを用いる本発明の開放セル形状内で連続
的に破壊されるか又は除去される。代表例は、脂肪族アルコール、フェノール、
窒化芳香族化合物、ハロゲン化芳香族化合物等を含む。ウィルスの破壊を含む殺
菌によって、色の減少又は色の完全な排除もまた達成し得る。

【００７４】水溶液中には、メッキ浴溶出液、金属剥離浴、殺生物剤配合物、塗料などにお
けるイオン形態での有毒金属を含む多種類の金属塩があり、これらは、イオン交
換又は他の従来の化学的又は電気化学的手段によっては取り除くこと又は回収す
ることが困難である。かような金属としては、白金、銀及び金などの貴金属、並
びに銅、ニッケル、コバルト及びスズなどの非貴金属などを挙げることができる
。これらの金属の水路放出最大許容レベルに関する政府規制は、厳しくなってき
ている。これらの溶解した金属溶液は、典型的には、錯化剤、界面活性剤、還元
剤、及び他の同様の物質など存在するかもしれない他の化合物ゆえに、しばしば
、処理することが困難である。

【００７５】したがって、本発明は、上述の方法を用いる本明細書に開示されている開放電
解槽内で処理することによる有害金属イオンで汚染された水溶液の電気精製をも
意図する。これは、開放セルのカソードにおける金属還元による溶液の浄化、並
びにメッキ浴溶出液、金属剥離浴、殺生物剤配合物、塗料及び他の汚染された産
業用水溶液からの金属イオンの処理を含む。ここで、金属は、例えば、種々の錯
化剤、界面活性剤又は還元剤で封鎖されている。錯化剤を含む溶液成分は、最初
に電気化学的に破壊されて、溶液からの金属の回収／除去を非常に容易にする。
代表的な錯化剤は、シアナイド類、フェリシアナイド類、チオサルフェート類、
イミド類、ヒドロキシカルボン酸類、酒石酸、クエン酸及び乳酸などを含む。こ
の方法は、セル中で還元するために、又は除去／回収のために、イオン化金属を
効果的に解離させる。あるいは、部分的に処理された水溶液を開放セルの外側で
、Renovare International製造のRenocell（商標）などの金属回収電解槽内での
電気分解によって、イオン交換、塩基による沈殿、などの方法を用いて、さらに
処理してもよい。この後者の方法は、金属を大きな表面積のカソード上に析出さ
せるものである。

【００７６】以下の特定の実施例は、本発明の種々の実施形態を説明する。しかし、単に説
明の目的であり、本発明の範囲を制限するものではない。

【００７７】

【実施例１】開放形状単極電気化学セルに、直径12.065cmで厚さ0.95cmの316ステンレスス
チール端部プレートを含む電極スタックを取り付けた。端部プレートをカソード
として連結した。7.8×7.8開口／cm、ワイヤ直径0.046cm、開口幅0.081cm及び開
口面積41%の316ステンレススチールメッシュからなる中央のカソードをさらに、
スタック中に組み入れた。アノードをBlake Vincent Metals Corp.（Rhode Isla
nd）製造の白金被覆ニオブ電極２個からなるものとした。ニオブ基体の両側上に
被覆されたアノードは厚さ635μmであり、厚さ約0.051cmで0.159cmのダイヤモン
ド形状の隙間を有するメッシュに拡幅したものである。隣接する電極間に位置づ
けたスペーサは、8.27×8.27開口／cm（linear cm）、スレッド直径0.0398cm、
開口0.084cm及び開口面積46%を有するMcMaster-Carr（Cleveland, Ohio）から供
給されたポリプロピレンメッシュから製造されたものである。電極間ギャップは
、ポリプロピレンメッシュの厚さで測定して、約0.04cmであった。図１に対応黄
する電気化学セルの概略は、フードを除いて割愛した。ガラス製収集タンクとセ
ルとの間の水溶液の再循環は、AC-3C-MD March遠心ポンプにより、流速約１L/mi
nで行った。Sorensen DCR 60-45B電源を用いて、セルを横断する必要な電圧降下
を発生させた。

【００７８】被験溶液は、生水１L中フェノール１ｇの含有量として調製した。溶液をセル
に貫通循環させて、25Aの定電流を通した。最初、清浄であった溶液は、処理プ
ロセスに共した後２〜３分後に赤色に変色したが、これはキノンタイプ中間体の
存在を示すと考えられる。初期セル電圧35Vは速やかに８〜９Ｖに低下し、安定
した溶液の温度は約56〜58℃であった。試料を、定期的に有機体炭素（TOC）分
析に共した。その結果、図１０に示すように、TOCの減少は、おそらくフェノー
ルが完全に酸化されて、二酸化炭素となり、気体として溶液から排除されたため
であることを示す。

【００７９】

【実施例２】繊維流出液中での色の減少を示すため、繊維染料Remazol（商標）Black B(Hoe
chst Celanese) 0.1gと、界面活性剤Tergitol（商標）15-S-5（Union Carbide）
と、NaCl 1gとを含む生水で溶液１Lを調製した。

【００８０】被験溶液の組成は、繊維染色プロセスで生じる典型的な流出液と同様であり、
非常に低濃度のRemazol Blackが溶液に非常に強い着色を与える。Remazol Black
は、繊維染料を処理することが特に困難である。これまで、Remazol Blackを処
理するために他の方法、例えば、オゾン化又は次亜塩素酸による漂白などが用い
られているが、満足する色の減少は達成されていない。

【００８１】上記Remazol black含有溶液を実施例１で設定した単極セル内で、25Aの定電流
で電気分解した。セル電圧は、25V以上で、溶液の温度は52℃に達した。溶液の
最初の色はダークブルーであった。電気分解後10分で、溶液の色はピンクに変色
し、30分後にはほぼ無色であった。

【００８２】

【実施例３】地下水の浄化を示すために、さらに実験を行った。フミン酸は典型的な地下水
の汚染物質であり、野菜類の分解によって発生する。フミン酸含有水は低濃度で
も非常に強い色を示し、色の排除は困難である。

【００８３】溶液の電気導電性を増加させるための任意の添加剤を加えずに、フミン酸のナ
トリウム塩（Aldrich）30ppmを含む生水中ダークブラウンの溶液を調製した。溶
液を、１個のアノード及び２個のカソードだけを具備する以外は実施例１で用い
たと同じ単極電気化学セル中で再循環させた。10Ａの定電流を2.5時間、通した
。セル電圧は、24〜25Ｖで、温度は58℃に達した。実験の終了時に溶液は完全に
清浄であり、フミン酸の効果的な分解を示した。

【００８４】

【実施例４】食品加工プラントからの流出液の殺菌及び化学的酸素要求量（COD）減少にお
ける本発明の電解槽及び方法の有効性を示すために、さらに実験を行った。

【００８５】総アノード面積を6cm²とした以外は、実施例１で用いたと同じ単極開放電気化
学セルを用いて、Maxican malt製造会社からの排水250mLを処理した。目的は、C
ODの減少、色の部分的又は全体的な減少、微生物及び臭いの排除であった。

【００８６】電流1Aを150分、通したところ、初期セル電圧22Ｖが17.5Ｖに降下し、溶液の
温度は44℃に達した。結果を以下の表に示す。

【００８７】

【表１】

【００８８】

【実施例５】１回通過型（single-pass）構成での色の除去における本発明の電解槽及び方
法の有効性を示すために、さらに実験を行った。

【００８９】生水中に、メチルバイオレット染料15ppmを含むダークピンクの溶液を実施例
１で用いたと同じ単極開放電気化学セル中で、流速250mL/minで循環させた。目
的は、色の総合的な減少を達成することであった。

【００９０】電流25Ａを通したところ、セル電圧は25Ｖで、溶液の温度は65℃に達した。セルを１回通過させた後。清浄な溶液が得られた。

【００９１】

【実施例６】この実験は、化学物質、この例においては次亜塩素酸ナトリウムの電気合成に
おける開放形状電気化学セルの有用性を示すために行った。

【００９２】実施例１の電気化学セルのアノードをEltech Systyems製造のDSA（登録商標）
などの接触塩素発生アノードで置換した。1Lあたり塩化ナトリウム10gを含む塩
水溶液を電解槽ゾーンに導入し、塩素がアノードで発生し、水酸化ナトリウムが
カソードで発生した。塩素及び苛性ソーダをセル中で反応させて、次亜塩素酸ナ
トリウム漂白剤の希釈水溶液を作った。

【００９３】

【実施例７】互いに隣接して電気的に接続する状態に位置づけられた複数の導電性多孔性要
素を具備する電極を用いる開放セル形状を示すために、図８に示す単極セル構成
を用いて実験を行った。セルには、1インチあたり10ストランドのPt/Nb織物状ア
ノードを設けた。２枚のPt/Nbスクリーンを電気的に接続した状態で、フィーダ
ー電極としての第３のPt/Nbスクリーンの上にスタックさせ、第３のPt/Nbスクリ
ーンをDC電源のプラス極に接続した。カソード要素は、DC電源のマイナス極に接
続された１枚のニッケルスクリーンである。

【００９４】処理すべき電解質は、ニッケル塩60g、次亜リン酸ナトリウム25gを含み、COD2
0,000ppmの60℃の水性無電解ニッケルメッキ溶出液に１Lに添加された塩化ナト
リウム5gからなる。55mA/cm²、セル電圧5.5Vで、溶出液のCODが初期値の約10％
に低下するまで、電気分解を行った。次いで、溶出液を、大きな表面積のカーボ
ンアノードを含む電気化学セル中で処理して、溶液中の残存ニッケルの大部分を
析出させた。

【００９５】これは、無電解メッキ浴溶出液中での錯化剤の破壊及びメッキ手段によって回
収するための金属イオンの解離を示す。本発明を種々の実施形態に沿って記述したが、これらは単に説明を意図するも
のである。したがって、上述の詳細な説明から、当業者には、多くの変形例、変
更及びバリエーションが明らかであり、これらの変形例はすべて本発明の範囲に
含まれるものである。

【図面の簡単な説明】

本発明及びその特徴をさらに理解するために、添付図面を参照する。

【図１】図１は、本発明の直接供給、開放形状、リーク制御型電気化学セルの第１の実
施形態を示す側面立面図であり、電極は、水収集容器の上方に、水平方向に、位
置づけられている。

【図２】図２は、電極が垂直方向にある点を除いて、図１の電気化学セルの側面立面図
である。

【図３】図３は、本発明の直接供給、開放形状、リーク制御型電気化学セルの第２の実
施形態の側面立面図であり、電極は、開放セルハウジングの内部に位置づけられ
ている。

【図４】図４は、図１の電極セルスタックの分解図である。

【図５】図５は、単極構成に連結された本発明の電極スタックの側面立面図である。

【図６】図６は、複極構成に連結された本発明の電極スタックの側面立面図である。

【図７】図７は、セパレータで区画化された電極スタックの立面図である。

【図８】図８は、単極構成に連結された複数の多孔性電極スタックを有する開放電気化
学セルの側面立面図である。

【図９】図９は、複極構成に連結された複数の多孔性電極スタックを有する開放電気化
学セルの側面立面図である。

【図１０】図１０は、実施例１において実施した、本発明の方法に従って浄化されたフェ
ノール水溶液の電気精製の結果を示す。

【手続補正書】

【提出日】平成１３年６月８日（２００１．６．８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者ウェインバーグ，ノーマン・エルアメリカ合衆国ニューヨーク州14051，イースト・アムハースト，チェイスウッド・レイン 95 Ｆターム(参考） 4D061 DA01 DA03 DA08 DB01 DB19 DC12 DC14 DC15 DC17 DC19 DC20 EA02 EB01 EB04 EB14 EB19 EB20 EB27 EB28 EB29 EB30 EB35 EB37 EB39 ED12 ED13 FA01 FA10 FA11 FA13 GA07 GA09 GC12 GC20 4K021 BA02 BB02 BB03 DB16 DB53

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】開放形状により特徴付けられる電解槽であって、電解槽ゾーン
内に位置づけられた電極として、少なくとも１個のアノード及び少なくとも１個
のカソードを具備し；上記電極は、セル電圧及びIR損失を最小にする電極間ギャ
ップを与えるように互いに充分に近接した状態に離間されていて；上記電解槽ゾ
ーン内の電極に電解質溶液を直接供給するための手段と、上記電解槽ゾーン内で
の上記電解質溶液の滞留時間を調節する手段と、を具備することを特徴とする電
解槽。
【請求項２】請求項１に記載の電解槽であって、前記開放形状は、前記電解
槽ゾーンからの電解質溶液及び／又は気体状副生成物のリーク制御によって特徴
づけられる電解槽。
【請求項３】請求項１に記載の電解槽であって、汚染水溶液処理用電気精製
セルとして特徴づけられる電解槽。
【請求項４】請求項１に記載の電解槽であって、有機又は無機化学物質の精
製用電解槽として特徴づけられる電解槽。
【請求項５】請求項１に記載の電解槽であって、電極は、単極構成又は複極
構成として連結されていることを特徴とする電解槽。
【請求項６】請求項５に記載の電解槽であって、電極の少なくとも１個は、
互いに電気的に接続した状態で隣接して位置づけられている複数の導電性多孔性
要素を含むことを特徴とする電解槽。
【請求項７】請求項６に記載の電解槽であって、電極の導電性多孔性要素は
、金属又はカーボンからなることを特徴とする電解槽。
【請求項８】請求項６に記載の電解槽であって、電極の導電性多孔性要素は
、穿孔金属、溶接ワイヤークロス、織物状ワイヤークロス、エキスパンデッドメ
タル、カーボンフェルト、織物状カーボンクロス、編目状ガラス質カーボン（re
ticulated vitreous carbon）及び金属フォームからなる群から独立に選択され
る材料からなることを特徴とする電解槽。
【請求項９】請求項６に記載の電解槽であって、複数の導電性多孔性要素を
含む電極は、フィーダー電極と、フィーダー電極と電気的に接続状態にある1〜1
00個の追加の導電性多孔性要素と、により特徴づけられる電解槽。
【請求項１０】請求項１に記載の電解槽であって、滞留時間を調節する手段
は、揚水手段、制御バルブ手段、又は揚水手段と制御バルブ手段との組合せによ
り特徴づけられる電解槽。
【請求項１１】請求項１に記載の電解槽であって、前記電極の上方で電解質
溶液を均一に分配する手段により特徴づけられる電解槽。
【請求項１２】請求項１に記載の電解槽であって、アノードは、反応性酸素
種を発生させる電気触媒として特徴づけられる電解槽。
【請求項１３】請求項１２に記載の電解槽であって、電気触媒アノードは、
貴金属、酸化スズ、二酸化鉛、亜化学量論（substoichiometric）酸化チタン及
びドープドダイヤモンドからなる群より選択される構成の材料により特徴づけら
れる電解槽。
【請求項１４】請求項１に記載の電解槽であって、カソードは、硝酸塩分解
用の電気触媒として特徴づけられる電解槽。
【請求項１５】請求項１に記載の電解槽であって、カソードは、酸素の水又
は過酸化物への還元に適する気体拡散カソードとして特徴づけられる電解槽。
【請求項１６】請求項１の電解槽であって、非分割型電気化学セルとして特
徴づけられる電解槽。
【請求項１７】請求項１に記載の電解槽であって、陽極室と陰極室とを形成
するため、アノードとカソードの間のセル仕切の存在により特徴づけられる電解
槽。
【請求項１８】請求項１に記載の電解槽であって、pH、紫外線（UV）、可視
光線伝導率（visible light conductivity）、水素及び塩素からなる群から選択
される少なくとも１のセンサにより特徴づけられる電解槽。
【請求項１９】請求項１に記載の電解槽であって、DC電源、AC電源、パルス
電源及びバッテリ電源からなる群より選択される少なくとも１の電源により特徴
づけられる電解槽。
【請求項２０】請求項１に記載の電解槽であって、センサ手段と、上記セン
サ手段からの入力を受信して、電流密度、電解槽への電解質溶液の流速、温度及
び電解質pHからなる群より選択される電解槽中の少なくとも１種の運転状態を制
御するための出力を与えるコンピュータ化された手段と、により特徴づけられる
電解槽。
【請求項２１】汚染水溶液の電気精製方法であって、（ｉ）開放形状で、電解槽ゾーン内に位置づけられる電極として少なくとも１個
のアノードと少なくとも１個のカソードとを具備し、上記電極はセル電圧及びIR
損失を最小化する電極間ギャップを与えるように十分に近接した状態で離間され
ていて、；電解槽ゾーン内の電極に汚染電解質溶液を直接供給する手段と、電解
質溶液中の汚染物質を変化させるため電解槽ゾーン内での電解質溶液の滞留時間
を調節する手段とを備える電気化学セルを準備する工程と、（ｉｉ）上記（ｉ）の電解槽に、汚染水性電解質溶液を導入する工程と、（ｉｉｉ）電解槽の電極を横断して電圧を印加して、汚染水溶液を電気分解して
、汚染水溶液中の汚染物質を変化させる工程と、を備えることを特徴とする方法。
【請求項２２】請求項２１に記載の電気精製方法であって、開放形状電解槽
は、電解質溶液及び／又は気体状副生成物のリーク制御により特徴づけられる方
法。
【請求項２３】請求項２１に記載の電気精製方法であって、電解槽の電極は
、単極構成又は複極構成に連結されていることを特徴とする方法。
【請求項２４】請求項２３に記載の電気精製方法であって、電解槽の少なく
とも１個の電極は、互いに電気的に接続した状態で隣接して位置づけられている
複数の導電性多孔性要素を含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】請求項２１に記載の電気精製方法であって、電極に直接供給
される水性電解質溶液は、有機化合物、無機化合物、微生物、ウィルス、金属イ
オン及びこれらの混合物からなる群より選択される汚染物質を含むことを特徴と
する方法。
【請求項２６】請求項２１に記載の電気精製方法であって、水性電解質溶液
は、バクテリア、胞子、包嚢、原生動物、カビ及びこれらの混合物からなる群よ
り選択される微生物を含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】請求項２１に記載の電気精製方法であって、電解槽に導入さ
れる水性電解質溶液は、染料その他の着色性汚染物質を含み、電解槽から回収さ
れる変化後の水性電解質溶液は、実質的に無色であることを特徴とする方法。
【請求項２８】請求項２１に記載の電気精製方法であって、電気分解は、水
性電解質溶液に、汚染物質の破壊を確実にするために十分な量で電流キャリアを
導入して行われることを特徴とする方法。
【請求項２９】請求項２８に記載の電気精製方法であって、電流キャリアは
、酸、酸性塩及び酸性化合物からなる群より選択される酸性物質又はアルカリ性
物質であることを特徴とする方法。
【請求項３０】請求項２１に記載の電気精製方法であって、汚染水性電解質
溶液に、精製された溶液中に活性ハロゲン残さを与えるに十分な塩を添加する工
程を含むことを特徴とする方法。
【請求項３１】請求項２１に記載の電気精製方法であって、電解槽に導入さ
れた水性電解質溶液は、金属イオンで汚染されていることを特徴とする方法。
【請求項３２】請求項３１に記載の電気精製方法であって、金属イオンは、
メッキ浴溶出液、金属剥離浴、殺生物剤配合物及び塗料からなる群より選択され
る有毒金属であり、この有毒金属は、錯化剤、界面活性剤又は還元剤により封鎖
されていることを特徴とする方法。
【請求項３３】請求項３２に記載の電気精製方法であって、錯化剤、界面活
性剤又は還元剤は、電解槽中で変化して、電解槽中での更なる処理又は金属回収
セルへの搬送のために金属イオンを解離させることを特徴とする方法。
【請求項３４】化学物質の電気合成方法であって、（ｉ）開放形状で、電解槽ゾーン内に位置づけられた電極として少なくとも１個
のアノード及び少なくとも１個のカソードと、電解槽ゾーン中の電極に電解質溶
液を直接供給する手段と、電解槽ゾーン内での電解質溶液の滞留時間を調節する
手段とを備える電解槽を準備する工程と、（ｉｉ）上記（ｉ）の電解槽に、電気的活性物質の溶液を含む電解質を導入する
工程と、（ｉｉｉ）電解槽の電極を横断して電圧を印加して、電解質を電気分解して、有
用な生成物を形成する工程と、を備えることを特徴とする方法。
【請求項３５】請求項３４に記載の電気合成方法であって、電極は、単極構
成又は複極構成に接続されていることを特徴とする方法。
【請求項３６】請求項３５に記載の電気合成方法であって、電極の少なくと
も１個は、互いに電気的に接続した状態で隣接して位置づけられている複数の導
電性多孔性要素を含むことを特徴とする方法。
【請求項３７】請求項３６に記載の電気合成方法であって、電極の導電性多
孔性要素は、金属又はカーボンからなることを特徴とする方法。
【請求項３８】請求項３４に記載の電気合成方法であって、電解質は、塩又
は酸の水溶液を含むことを特徴とする方法。
【請求項３９】請求項３４に記載の電気合成方法であって、有用な生成物は
、無機化合物又は有機化合物であることを特徴とする方法。
【請求項４０】請求項３４に記載の電気合成方法であって、（ｉ）の電解槽
は、多孔性ダイアフラム又は選択透過性膜を含むことを特徴とする方法。