JP2003003286A - ペルオキシ二硫酸アンモニウムの製造方法 - Google Patents
ペルオキシ二硫酸アンモニウムの製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 陰極で発生する水素ガスによる悪影響が無い
かきわめて少ないペルオキシ二硫酸アンモニウムの製造
方法を提供する。 【解決手段】 隔膜により陽極室と陰極室に区画された
電解槽を用い、少なくともアンモニウムイオン及び硫酸
イオンを含有する水溶液を陽極室に供給し、電気分解に
よりペルオキシ二硫酸アンモニウムを製造する方法にお
いて、陰極としてガス拡散電極を使用する。
かきわめて少ないペルオキシ二硫酸アンモニウムの製造
方法を提供する。 【解決手段】 隔膜により陽極室と陰極室に区画された
電解槽を用い、少なくともアンモニウムイオン及び硫酸
イオンを含有する水溶液を陽極室に供給し、電気分解に
よりペルオキシ二硫酸アンモニウムを製造する方法にお
いて、陰極としてガス拡散電極を使用する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プリント基板工業
の銅基板処理剤、写真用薬剤、酸化剤、高分子樹脂合成
用反応触媒等に用いられる工業薬品であるペルオキシ二
硫酸アンモニウムの製造方法に関するものである。特
に、本発明は、低電圧で且つ製造工程の単純化されたペ
ルオキシ二硫酸アンモニウムの製造方法に関するもので
ある。
の銅基板処理剤、写真用薬剤、酸化剤、高分子樹脂合成
用反応触媒等に用いられる工業薬品であるペルオキシ二
硫酸アンモニウムの製造方法に関するものである。特
に、本発明は、低電圧で且つ製造工程の単純化されたペ
ルオキシ二硫酸アンモニウムの製造方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】ペルオキシ二硫酸アンモニウム｛（ＮＨ
４）２Ｓ２Ｏ８｝の製造方法は、特開昭５５−３４７０
０号公報などに記載され、工業的には硫酸水素アンモニ
ウム溶液又は若干の硫酸を含んだ硫酸アンモニウム溶液
に少量の添加剤を加えた溶液を陽極液とし、硫酸溶液又
は硫酸と硫酸アンモニウムの混合溶液を陰極液として、
陽極の電解酸化反応により製造されている。陽極液に硫
酸アンモニウム溶液を用いた場合、陽極反応は（１）式
で表される。 （陽極） ２ＳＯ４ ２− → Ｓ２Ｏ８ ２− ＋ ２ｅ− （１ ） このとき陽極では（２）式の水の電解反応である副反応
が起き、陽極における電流効率低下の要因となってい
る。 （副反応） ２Ｈ２Ｏ → Ｏ２ ＋ ４Ｈ＋ ＋ ４ｅ− （２） 電位的には（２）式の反応の方が起こりやすいため、
（２）式の反応を抑制し、目的とする（１）式の電流効
率を高めるため、酸素過電圧の高い平滑白金等の陽極
を用いる、添加剤を加える、電流密度を高くする、
陽極液中の硫酸イオン濃度を高く維持する、などの方
法が用いられている。
４）２Ｓ２Ｏ８｝の製造方法は、特開昭５５−３４７０
０号公報などに記載され、工業的には硫酸水素アンモニ
ウム溶液又は若干の硫酸を含んだ硫酸アンモニウム溶液
に少量の添加剤を加えた溶液を陽極液とし、硫酸溶液又
は硫酸と硫酸アンモニウムの混合溶液を陰極液として、
陽極の電解酸化反応により製造されている。陽極液に硫
酸アンモニウム溶液を用いた場合、陽極反応は（１）式
で表される。 （陽極） ２ＳＯ４ ２− → Ｓ２Ｏ８ ２− ＋ ２ｅ− （１ ） このとき陽極では（２）式の水の電解反応である副反応
が起き、陽極における電流効率低下の要因となってい
る。 （副反応） ２Ｈ２Ｏ → Ｏ２ ＋ ４Ｈ＋ ＋ ４ｅ− （２） 電位的には（２）式の反応の方が起こりやすいため、
（２）式の反応を抑制し、目的とする（１）式の電流効
率を高めるため、酸素過電圧の高い平滑白金等の陽極
を用いる、添加剤を加える、電流密度を高くする、
陽極液中の硫酸イオン濃度を高く維持する、などの方
法が用いられている。
【０００３】また、陽極液と陰極液は多孔質磁性隔膜等
の隔膜で分離して、陽極で生成したＳ２Ｏ８ ２−が陰極
側に拡散し（３）式で消費されるのをできるだけ防いで
いる。 （副反応） Ｓ２Ｏ８ ２− ＋ ２ｅ− → ２ＳＯ４ ２− （３） 陽極で生成したＳ２Ｏ８ ２−は、陽極側の液循環系にお
いて溶解度差を利用して冷却分離し、製品である（ＮＨ
４）２Ｓ２Ｏ８として系外に取り出されている。一方、
陰極には鉛や黒鉛が用いられ、ここでの反応は（４）式
の水素発生反応である。 （陰極） ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ− → Ｈ２ （４）
の隔膜で分離して、陽極で生成したＳ２Ｏ８ ２−が陰極
側に拡散し（３）式で消費されるのをできるだけ防いで
いる。 （副反応） Ｓ２Ｏ８ ２− ＋ ２ｅ− → ２ＳＯ４ ２− （３） 陽極で生成したＳ２Ｏ８ ２−は、陽極側の液循環系にお
いて溶解度差を利用して冷却分離し、製品である（ＮＨ
４）２Ｓ２Ｏ８として系外に取り出されている。一方、
陰極には鉛や黒鉛が用いられ、ここでの反応は（４）式
の水素発生反応である。 （陰極） ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ− → Ｈ２ （４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来のペルオキシ二硫酸アンモニウムの製造における陰
極反応は、陽極の対極として液中の電荷移動のためのも
のであり、陰極で発生する水素ガスにより、陰極液の
液抵抗を増大させ電解電圧を上昇させる、電極表面に
滞在し電解液の置換を妨げる、気液分離操作が必要で
あり設備が複雑となる、等の問題点のあるものであっ
た。従って、本発明の目的は、陰極で発生する水素ガス
による悪影響が無いか極めて少なく、低電圧で効率的に
ペルオキシ二硫酸アンモニウムを製造する方法を提供す
ることにある。
従来のペルオキシ二硫酸アンモニウムの製造における陰
極反応は、陽極の対極として液中の電荷移動のためのも
のであり、陰極で発生する水素ガスにより、陰極液の
液抵抗を増大させ電解電圧を上昇させる、電極表面に
滞在し電解液の置換を妨げる、気液分離操作が必要で
あり設備が複雑となる、等の問題点のあるものであっ
た。従って、本発明の目的は、陰極で発生する水素ガス
による悪影響が無いか極めて少なく、低電圧で効率的に
ペルオキシ二硫酸アンモニウムを製造する方法を提供す
ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来技術
の問題点に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、ペルオキシ二
硫酸を電解製造するにあたり、ガス拡散電極を陰極に用
いれば、陰極液中での水素ガスによる悪影響を抑制で
き、電解電圧を低減できることを見出し、本発明を完成
するに至った。
の問題点に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、ペルオキシ二
硫酸を電解製造するにあたり、ガス拡散電極を陰極に用
いれば、陰極液中での水素ガスによる悪影響を抑制で
き、電解電圧を低減できることを見出し、本発明を完成
するに至った。
【０００６】即ち、本発明は、隔膜により陽極室と陰極
室に区画された電解槽を用い、少なくともアンモニウム
イオン及び硫酸イオンを含有する水溶液を陽極室に供給
し、電気分解によりペルオキシ二硫酸アンモニウムを製
造する方法において、陰極としてガス拡散電極を使用す
ることを特徴とするペルオキシ二硫酸アンモニウムの製
造方法であり、好ましくは、陰極としてのガス拡散電極
のガス拡散層に酸素ガスを供給する上記のペルオキシ二
硫酸アンモニウムの製造方法であり、より好ましくは、
ガス拡散電極がポリ四フッ化エチレンとカーボンブラッ
クと白金若しくは銀から構成されるガス拡散電極である
上記ペルオキシ二硫酸アンモニウムの製造方法である。
室に区画された電解槽を用い、少なくともアンモニウム
イオン及び硫酸イオンを含有する水溶液を陽極室に供給
し、電気分解によりペルオキシ二硫酸アンモニウムを製
造する方法において、陰極としてガス拡散電極を使用す
ることを特徴とするペルオキシ二硫酸アンモニウムの製
造方法であり、好ましくは、陰極としてのガス拡散電極
のガス拡散層に酸素ガスを供給する上記のペルオキシ二
硫酸アンモニウムの製造方法であり、より好ましくは、
ガス拡散電極がポリ四フッ化エチレンとカーボンブラッ
クと白金若しくは銀から構成されるガス拡散電極である
上記ペルオキシ二硫酸アンモニウムの製造方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して更に本発明を
説明する。本発明は、上記の通りアンモニウムイオン及
び硫酸イオンを含有する水溶液を、隔膜により陽極室と
陰極室に区画された電解槽を用いて電気分解するもので
あって、陰極としてガス拡散電極を用いるものである。
説明する。本発明は、上記の通りアンモニウムイオン及
び硫酸イオンを含有する水溶液を、隔膜により陽極室と
陰極室に区画された電解槽を用いて電気分解するもので
あって、陰極としてガス拡散電極を用いるものである。
【０００８】図１は本発明に使用する電解槽の一例のフ
ィルタープレス型電解槽を示す模式図である。電解槽は
隔膜１によって陽極室２と陰極室３に仕切られている。
陰極室３には陰極としてガス拡散電極４が設置され、こ
のガス拡散電極４によって陰極室３は更に陰極液室６と
ガス室７に区画されている。即ち電解槽は隔膜１とガス
拡散電極４によって三室に区画されている。本発明に使
用される隔膜としては特に限定されず、通常の隔膜式電
解槽に使用される隔膜が使用でき、例えばイオン交換
膜、磁性隔膜、多孔質高分子膜等が使用される。
ィルタープレス型電解槽を示す模式図である。電解槽は
隔膜１によって陽極室２と陰極室３に仕切られている。
陰極室３には陰極としてガス拡散電極４が設置され、こ
のガス拡散電極４によって陰極室３は更に陰極液室６と
ガス室７に区画されている。即ち電解槽は隔膜１とガス
拡散電極４によって三室に区画されている。本発明に使
用される隔膜としては特に限定されず、通常の隔膜式電
解槽に使用される隔膜が使用でき、例えばイオン交換
膜、磁性隔膜、多孔質高分子膜等が使用される。
【０００９】陽極室２には陽極５が設置され、陽極液が
通液されている。陽極としては、特に限定されず、通常
の電解に使用される陽極が使用でき、例えば、白金、二
酸化鉛、酸化イリジウム、酸化ルテニウム等の電極材料
をそのまま、若しくはこれらの電極材料をチタニウム材
等の支持材で支持した電極等が使用される。陽極液は、
少なくともアンモニウムイオン及び硫酸イオンを含有す
る水溶液であり、例えば硫酸を加えた硫酸アンモニウム
水溶液を用いることができる。また、陽極液には添加剤
としてチオシアン酸アンモニウム、グアニジン類など公
知の電流効率向上剤を、本発明の目的を阻害しない範囲
内で添加することができる。
通液されている。陽極としては、特に限定されず、通常
の電解に使用される陽極が使用でき、例えば、白金、二
酸化鉛、酸化イリジウム、酸化ルテニウム等の電極材料
をそのまま、若しくはこれらの電極材料をチタニウム材
等の支持材で支持した電極等が使用される。陽極液は、
少なくともアンモニウムイオン及び硫酸イオンを含有す
る水溶液であり、例えば硫酸を加えた硫酸アンモニウム
水溶液を用いることができる。また、陽極液には添加剤
としてチオシアン酸アンモニウム、グアニジン類など公
知の電流効率向上剤を、本発明の目的を阻害しない範囲
内で添加することができる。
【００１０】陽極室に陽極液を通液した状態で電解する
ことにより上記の（１）式の反応が陽極上で起こり、陽
極液中にペルオキシ二硫酸イオン（Ｓ２Ｏ８ ２−）が生
成する。ペルオキシ二硫酸イオンの生成した陽極液は、
従来技術と同様に陽極液の循環系（図示せず）に送られ
溶解度差を利用して冷却分離するなど常法によりペルオ
キシ二硫酸アンモニウムとして系外に取り出される。
ことにより上記の（１）式の反応が陽極上で起こり、陽
極液中にペルオキシ二硫酸イオン（Ｓ２Ｏ８ ２−）が生
成する。ペルオキシ二硫酸イオンの生成した陽極液は、
従来技術と同様に陽極液の循環系（図示せず）に送られ
溶解度差を利用して冷却分離するなど常法によりペルオ
キシ二硫酸アンモニウムとして系外に取り出される。
【００１１】陰極液は電解質水溶液であればよく、特に
限定されないが、電解の進行に伴い陽極液から陰極液へ
のアンモニウムイオンの移動があり、陽極側へアンモニ
ウムイオンを戻す観点から、硫酸水溶液または硫酸アン
モニウムを含んだ硫酸水溶液を使用するのが効率的で好
ましい。尚、陰極液も図１に示すように、陽極液と同様
に循環系（図示せず）に送られる。
限定されないが、電解の進行に伴い陽極液から陰極液へ
のアンモニウムイオンの移動があり、陽極側へアンモニ
ウムイオンを戻す観点から、硫酸水溶液または硫酸アン
モニウムを含んだ硫酸水溶液を使用するのが効率的で好
ましい。尚、陰極液も図１に示すように、陽極液と同様
に循環系（図示せず）に送られる。
【００１２】陰極として用いるガス拡散電極としては、
通常のガス拡散電極、例えば従来燃料電池用として用い
られているガス拡散電極を使用することができる。好ま
しいガス拡散電極の一例として、カーボンブラック（カ
ーボン粉末）とポリ四フッ化エチレンを混合しシート状
に成形した電極基体に銀若しくは白金等の触媒を担持さ
せたガス拡散電極を例示することができるが、同様の機
能を有するものであれば他のガス拡散電極であっても何
ら差し支えない。
通常のガス拡散電極、例えば従来燃料電池用として用い
られているガス拡散電極を使用することができる。好ま
しいガス拡散電極の一例として、カーボンブラック（カ
ーボン粉末）とポリ四フッ化エチレンを混合しシート状
に成形した電極基体に銀若しくは白金等の触媒を担持さ
せたガス拡散電極を例示することができるが、同様の機
能を有するものであれば他のガス拡散電極であっても何
ら差し支えない。
【００１３】一般に、ガス拡散電極は反応部（反応層）
とガス拡散部（ガス拡散層）を有しており、通常は板状
の形態として電極室（本発明の場合は陰極室）をガス拡
散電極を境にガス室と陰極液室に二分して、ガス拡散電
極の反応層側の面（反応面）を陰極液室の陰極液に接触
させ、一方のガス拡散層の面（ガス拡散面）をガス室へ
露出させ開放系とするなどの構成で利用されることが多
く、本発明でもこのような一般的なガス拡散電極を用い
ることが好ましい。図１はこのようなガス拡散電極の使
用方法に従って電解槽を隔膜とガス拡散電極によって三
室に区画して行う三室法用の電解槽の典型例である。こ
の場合陰極液室に上記の陰極液を通液し、ガス室には酸
素ガス若しくは高酸素濃度空気を供給した状態で電解す
ることにより、（５）式の反応（酸性条件下）が起こ
る。 （陰極） Ｏ２ ＋ ４Ｈ＋ ＋ ４ｅ− → ２Ｈ２Ｏ （５） このような（５）式の反応を起こすことにより、水素ガ
スが発生する（４）式の反応を抑制することができる。
また、（５）式の電解電位は（４）式の電解電位よりも
低いため、電解電圧を低減できるものである。
とガス拡散部（ガス拡散層）を有しており、通常は板状
の形態として電極室（本発明の場合は陰極室）をガス拡
散電極を境にガス室と陰極液室に二分して、ガス拡散電
極の反応層側の面（反応面）を陰極液室の陰極液に接触
させ、一方のガス拡散層の面（ガス拡散面）をガス室へ
露出させ開放系とするなどの構成で利用されることが多
く、本発明でもこのような一般的なガス拡散電極を用い
ることが好ましい。図１はこのようなガス拡散電極の使
用方法に従って電解槽を隔膜とガス拡散電極によって三
室に区画して行う三室法用の電解槽の典型例である。こ
の場合陰極液室に上記の陰極液を通液し、ガス室には酸
素ガス若しくは高酸素濃度空気を供給した状態で電解す
ることにより、（５）式の反応（酸性条件下）が起こ
る。 （陰極） Ｏ２ ＋ ４Ｈ＋ ＋ ４ｅ− → ２Ｈ２Ｏ （５） このような（５）式の反応を起こすことにより、水素ガ
スが発生する（４）式の反応を抑制することができる。
また、（５）式の電解電位は（４）式の電解電位よりも
低いため、電解電圧を低減できるものである。
【００１４】以上のように、本発明においては、ガス拡
散電極を用い、三室法にて電解することにより、従来法
に比して、水素ガスによる悪影響が無いか極めて少な
く、且つ、低い電解電圧で電解を行うことができるた
め、必要とする電力量も少ないという顕著な効果が得ら
れる。尚、循環系へ送られた陰極液は、所望により硫酸
アンモニウム（水溶液）として（必要なら成分濃度調整
をして）陽極へ送ることができ、その他は硫酸を追加す
るなどの濃度調整をして陰極室へ還元される。
散電極を用い、三室法にて電解することにより、従来法
に比して、水素ガスによる悪影響が無いか極めて少な
く、且つ、低い電解電圧で電解を行うことができるた
め、必要とする電力量も少ないという顕著な効果が得ら
れる。尚、循環系へ送られた陰極液は、所望により硫酸
アンモニウム（水溶液）として（必要なら成分濃度調整
をして）陽極へ送ることができ、その他は硫酸を追加す
るなどの濃度調整をして陰極室へ還元される。
【００１５】また、本発明の方法において、ガス拡散電
極上では、上記のように酸素の関与する（５）式の反応
が（４）式の反応に優先して起こるので、通電量（ガス
拡散電極に供給され反応に関与可能な電気量）に見合う
以上の酸素（酸素ガスの消費量は、酸素ガスがガス拡散
電極を透過してしまうような圧力未満の状態において
は、ガス室の圧力と酸素濃度に略比例するので、ガス室
圧力と酸素濃度を適宜調整することでその消費量を調整
できる。例えばガス室圧力約１２０ｋＰａの条件ではガ
ス室中の酸素の６０〜９０％が消費される。）がガス拡
散電極に供給された場合には（４）式の反応は起こら
ず、（５）式の反応のみが起こるが、酸素量がそれ未満
であると（４）式の反応と（５）式の反応が同時に起こ
り、全く酸素が供給されないと（４）式の反応のみが起
こる。
極上では、上記のように酸素の関与する（５）式の反応
が（４）式の反応に優先して起こるので、通電量（ガス
拡散電極に供給され反応に関与可能な電気量）に見合う
以上の酸素（酸素ガスの消費量は、酸素ガスがガス拡散
電極を透過してしまうような圧力未満の状態において
は、ガス室の圧力と酸素濃度に略比例するので、ガス室
圧力と酸素濃度を適宜調整することでその消費量を調整
できる。例えばガス室圧力約１２０ｋＰａの条件ではガ
ス室中の酸素の６０〜９０％が消費される。）がガス拡
散電極に供給された場合には（４）式の反応は起こら
ず、（５）式の反応のみが起こるが、酸素量がそれ未満
であると（４）式の反応と（５）式の反応が同時に起こ
り、全く酸素が供給されないと（４）式の反応のみが起
こる。
【００１６】本発明の方法では、ガス室に酸素ガス若し
くは高酸素濃度空気を供給することが好ましいが、これ
を供給しない状態、即ち、（４）式の反応と（５）式の
反応が同時に、又は（４）式の反応のみが起こる場合で
あっても、水素ガスによる悪影響はかなり排除できる。
くは高酸素濃度空気を供給することが好ましいが、これ
を供給しない状態、即ち、（４）式の反応と（５）式の
反応が同時に、又は（４）式の反応のみが起こる場合で
あっても、水素ガスによる悪影響はかなり排除できる。
【００１７】即ち、ガス拡散電極上で（４）式の反応に
より水素ガスが発生しても、発生した水素ガスは、直ち
にガス拡散層を通してガス室に排気されるので、陰極液
の液抵抗を増大させることは無く、陰極表面での電解質
の置換を妨げることも無く、また、元々ガス拡散電極自
体が気液分離を行う構造であるため、電解槽での気液分
離操作も不要である。このため、酸素が十分供給された
場合に比べれば電解電圧が高い（（４）式と（５）式の
反応が同時に起こる場合では電解電圧の差はより少なく
なる）が、従来技術に比較すれば、水素ガスによる悪影
響が大幅に排除され、より優れた効果が得られるのであ
る。
より水素ガスが発生しても、発生した水素ガスは、直ち
にガス拡散層を通してガス室に排気されるので、陰極液
の液抵抗を増大させることは無く、陰極表面での電解質
の置換を妨げることも無く、また、元々ガス拡散電極自
体が気液分離を行う構造であるため、電解槽での気液分
離操作も不要である。このため、酸素が十分供給された
場合に比べれば電解電圧が高い（（４）式と（５）式の
反応が同時に起こる場合では電解電圧の差はより少なく
なる）が、従来技術に比較すれば、水素ガスによる悪影
響が大幅に排除され、より優れた効果が得られるのであ
る。
【００１８】従って、本発明においては、三室法を用い
ること及び十分な酸素ガス若しくは高酸素濃度空気を供
給することがより好ましい結果をもたらすが、これらを
必須の要件とせずとも、従来技術に比べれば、より優れ
た効果を得ることができるのである。
ること及び十分な酸素ガス若しくは高酸素濃度空気を供
給することがより好ましい結果をもたらすが、これらを
必須の要件とせずとも、従来技術に比べれば、より優れ
た効果を得ることができるのである。
【００１９】酸素ガス（高酸素濃度空気を包含する、以
下同じ）の供給は、電解に要する電圧（セル電圧）は低
く抑えることができ、電力原単位の低下と、高電解電流
密度の選択による高生産量をもたらす点で好ましく、全
体としては、酸素ガスを用いない場合に比し、より優れ
た効果を得ることができる。本発明において高酸素濃度
空気とは空気より酸素濃度が高い空気をいい、通常酸素
濃度が５０％以上、好ましくは８０％以上の空気が用い
られる。
下同じ）の供給は、電解に要する電圧（セル電圧）は低
く抑えることができ、電力原単位の低下と、高電解電流
密度の選択による高生産量をもたらす点で好ましく、全
体としては、酸素ガスを用いない場合に比し、より優れ
た効果を得ることができる。本発明において高酸素濃度
空気とは空気より酸素濃度が高い空気をいい、通常酸素
濃度が５０％以上、好ましくは８０％以上の空気が用い
られる。
【００２０】上記のように本発明においては、三室法に
よる構成は好ましい態様ではあるが必須ではない。換言
すれば、本発明の方法では、一般的なガス拡散電極の使
用方法に従わず、ガス拡散電極を陰極液中に浸す二室法
を採用することもできる。図２はこの二室法用の電解槽
の典型例を示す。
よる構成は好ましい態様ではあるが必須ではない。換言
すれば、本発明の方法では、一般的なガス拡散電極の使
用方法に従わず、ガス拡散電極を陰極液中に浸す二室法
を採用することもできる。図２はこの二室法用の電解槽
の典型例を示す。
【００２１】二室法の場合には、陰極液の通液時に、酸
素ガスを陰極室に供給（バブリング）し陰極としてのガ
ス拡散電極のガス拡散層に酸素ガス若しくは高酸素濃度
空気の気泡を十分接触させることで三室法の場合と同様
に（４）式の反応を抑制する効果を得ることができるの
で好ましい。
素ガスを陰極室に供給（バブリング）し陰極としてのガ
ス拡散電極のガス拡散層に酸素ガス若しくは高酸素濃度
空気の気泡を十分接触させることで三室法の場合と同様
に（４）式の反応を抑制する効果を得ることができるの
で好ましい。
【００２２】二室法の場合に、酸素ガスを十分に用いず
（または全く用いず）（４）式の反応によって水素ガス
が発生しても、三室法の場合と同様に水素ガスはガス拡
散層から陰極液中に放出されるため、従来法に比べれば
水素ガスによる悪影響が少なく、従って従来法に比べれ
ば優れた効果を示すのである。但し、酸素ガス若しくは
高酸素濃度空気のバブリングによる液抵抗の点、及び陰
極液の気液分離の点などから、本発明においては三室法
の構成を用いることが好ましいといえる。
（または全く用いず）（４）式の反応によって水素ガス
が発生しても、三室法の場合と同様に水素ガスはガス拡
散層から陰極液中に放出されるため、従来法に比べれば
水素ガスによる悪影響が少なく、従って従来法に比べれ
ば優れた効果を示すのである。但し、酸素ガス若しくは
高酸素濃度空気のバブリングによる液抵抗の点、及び陰
極液の気液分離の点などから、本発明においては三室法
の構成を用いることが好ましいといえる。
【００２３】二室法における陽極及び陽極液に関して
は、上記三室法における場合と同様である。また、二室
法における陰極液は、陰極室への供給に際して酸素ガス
導入手段により酸素ガスを混合し、必要に応じて気液分
離する以外は上記三室法における場合と同様である。
は、上記三室法における場合と同様である。また、二室
法における陰極液は、陰極室への供給に際して酸素ガス
導入手段により酸素ガスを混合し、必要に応じて気液分
離する以外は上記三室法における場合と同様である。
【００２４】
【実施例】実施例１
概略図１のような三室型の電解槽を用いた。隔膜１とし
てはポリ四フッ化エチレン鎖を骨格としたフッ素系陽イ
オン交換膜（接液部面積０．５ｄｍ２）を用いた。陽極
５としてはチタニウムエキスパンド材に５５メッシュの
白金金網を張り合わせたもの（有効表面積０．５ｄ
ｍ２）を用いた。陰極４としてガス拡散電極を取り付け
て陰極室３を陰極液室６とガス室７に区画した。ガス拡
散電極は以下のようなスペックのものである。 ・ 反応層： 親水性カーボンブラック＋ポリ四フッ化
エチレン＋白金触媒＋疎水性カーボンブラック、厚さ１
２５μｍ ・ ガス拡散層： 疎水性カーボンブラック＋ポリ四フ
ッ化エチレン、厚さ８５０μｍ ・ 有効表面積：０．５ｄｍ２
てはポリ四フッ化エチレン鎖を骨格としたフッ素系陽イ
オン交換膜（接液部面積０．５ｄｍ２）を用いた。陽極
５としてはチタニウムエキスパンド材に５５メッシュの
白金金網を張り合わせたもの（有効表面積０．５ｄ
ｍ２）を用いた。陰極４としてガス拡散電極を取り付け
て陰極室３を陰極液室６とガス室７に区画した。ガス拡
散電極は以下のようなスペックのものである。 ・ 反応層： 親水性カーボンブラック＋ポリ四フッ化
エチレン＋白金触媒＋疎水性カーボンブラック、厚さ１
２５μｍ ・ ガス拡散層： 疎水性カーボンブラック＋ポリ四フ
ッ化エチレン、厚さ８５０μｍ ・ 有効表面積：０．５ｄｍ２
【００２５】陽極室２に硫酸１ｗｔ％、硫酸アンモニウ
ム２８ｗｔ％、ペルオキシ二硫酸アンモニウム１６ｗｔ
％、及びチオシアン酸アンモニウムを０．５ｇ／Ｌ含有
した混合液を陽極液として循環供給し、又陰極液として
３０ｗｔ％の硫酸水溶液を循環供給し、ガス室に酸素濃
度９８％の高酸素濃度空気を２０Ｌ／Ｈで供給しつつ、
３０℃にて電解を行った。電流密度を２０、４０、６
０、８０、１００Ａ／ｄｍ２に保ち、それぞれ３５ＡＨ
の電気量の電解を行ったところ、表１に示す結果を得
た。
ム２８ｗｔ％、ペルオキシ二硫酸アンモニウム１６ｗｔ
％、及びチオシアン酸アンモニウムを０．５ｇ／Ｌ含有
した混合液を陽極液として循環供給し、又陰極液として
３０ｗｔ％の硫酸水溶液を循環供給し、ガス室に酸素濃
度９８％の高酸素濃度空気を２０Ｌ／Ｈで供給しつつ、
３０℃にて電解を行った。電流密度を２０、４０、６
０、８０、１００Ａ／ｄｍ２に保ち、それぞれ３５ＡＨ
の電気量の電解を行ったところ、表１に示す結果を得
た。
【００２６】尚、陽極液にペルオキシ二硫酸アンモニウ
ムを添加したのは、逐次的にペルオキシ二硫酸アンモニ
ウムを生産することを想定し、最初のペルオキシ二硫酸
アンモニウムを系外に取り出した後、取り出しきれない
ペルオキシ二硫酸アンモニウムが陽極液中に残存するこ
とになるが、通常はペルオキシ二硫酸アンモニウムを残
存させたまま、新たな陽極液を追加導入して次の電解反
応を行うものであるので、定常的な電解を再現するため
にペルオキシ二硫酸アンモニウムを添加したものであ
る。
ムを添加したのは、逐次的にペルオキシ二硫酸アンモニ
ウムを生産することを想定し、最初のペルオキシ二硫酸
アンモニウムを系外に取り出した後、取り出しきれない
ペルオキシ二硫酸アンモニウムが陽極液中に残存するこ
とになるが、通常はペルオキシ二硫酸アンモニウムを残
存させたまま、新たな陽極液を追加導入して次の電解反
応を行うものであるので、定常的な電解を再現するため
にペルオキシ二硫酸アンモニウムを添加したものであ
る。
【００２７】
【表１】
【００２８】表１から明らかなとおり、本発明によれば
水素ガスの発生による悪影響がないためセル電圧が低
く、少ない電力原単位で効率的にペルオキシ二硫酸アン
モニウムを得ることができる。また、高い電流密度を採
用すると使用する電力は増えるが総生産量を増やすこと
ができるので工業的にはできるだけ高電流密度での生産
が好ましいものであるが、一般に電流密度を上げるとセ
ル電圧も上昇して電力原単位が急速に悪化してしまうの
に対し、表１の通り本発明によればセル電圧が低く抑え
られるので、電流密度の増加率に比べてセル電圧の上昇
割合が少なく、従って電力原単位の悪化も低く抑えられ
ている。従って、本発明によれば、工業的な生産の際に
使用する生産装置やその用役関係などの周辺条件も含め
て、電解にあたっての条件を定めるに当たり、より高い
電流密度を選択することができることが解る。
水素ガスの発生による悪影響がないためセル電圧が低
く、少ない電力原単位で効率的にペルオキシ二硫酸アン
モニウムを得ることができる。また、高い電流密度を採
用すると使用する電力は増えるが総生産量を増やすこと
ができるので工業的にはできるだけ高電流密度での生産
が好ましいものであるが、一般に電流密度を上げるとセ
ル電圧も上昇して電力原単位が急速に悪化してしまうの
に対し、表１の通り本発明によればセル電圧が低く抑え
られるので、電流密度の増加率に比べてセル電圧の上昇
割合が少なく、従って電力原単位の悪化も低く抑えられ
ている。従って、本発明によれば、工業的な生産の際に
使用する生産装置やその用役関係などの周辺条件も含め
て、電解にあたっての条件を定めるに当たり、より高い
電流密度を選択することができることが解る。
【００２９】実施例２
実施例１において、陰極液としては３０ｗｔ％の硫酸水
溶液のみとし、ガス室には酸素ガスを供給せず陰極から
発生した水素ガスをガス室から排出するのみとし、他の
条件は実施例１と同様で電解を行ったところ、表２に示
す結果を得た。
溶液のみとし、ガス室には酸素ガスを供給せず陰極から
発生した水素ガスをガス室から排出するのみとし、他の
条件は実施例１と同様で電解を行ったところ、表２に示
す結果を得た。
【００３０】
【表２】
【００３１】本実施例の場合、酸素ガスを供給していな
いので、実施例１に比べ若干セル電圧が高く電力原単位
が高いが、それでも、本発明の効果により水素ガスの発
生による悪影響がないため比較的セル電圧が低く、少な
い電力原単位で効率的にペルオキシ二硫酸アンモニウム
を得ることができる。また実施例１の場合と同様に、よ
り高い電流密度を選択することができることが解る。
いので、実施例１に比べ若干セル電圧が高く電力原単位
が高いが、それでも、本発明の効果により水素ガスの発
生による悪影響がないため比較的セル電圧が低く、少な
い電力原単位で効率的にペルオキシ二硫酸アンモニウム
を得ることができる。また実施例１の場合と同様に、よ
り高い電流密度を選択することができることが解る。
【００３２】比較例
実施例２において、陰極をガス拡散電極の代わりに陽極
と同様の白金金網を取り付け、他の条件は実施例１と同
様で実験を行ったところ、表３に示す結果を得た。
と同様の白金金網を取り付け、他の条件は実施例１と同
様で実験を行ったところ、表３に示す結果を得た。
【００３３】
【表３】
【００３４】比較例では、陰極から水素ガスが発生した
ためその悪影響により、セル電圧が高く、電力原単位の
高いものとなった。また、セル電圧の高さのため電流密
度もあまり高くすることはできないことが解る。
ためその悪影響により、セル電圧が高く、電力原単位の
高いものとなった。また、セル電圧の高さのため電流密
度もあまり高くすることはできないことが解る。
【００３５】
【発明の効果】本発明により、陰極で発生する水素ガス
による悪影響が無いか極めて少ないペルオキシ二硫酸ア
ンモニウムの製造方法が提供される。即ち、陰極液中の
水素ガスの発生が抑制できるため、セル電圧を低くする
ことができ、このため高い電流密度での操業が可能とな
り、高い生産性を得ることが可能となる。また、電解時
に酸素ガスを供給することにより、よりセル電圧を低減
でき、電力原単位を小さくし生産性をより向上すること
ができる。
による悪影響が無いか極めて少ないペルオキシ二硫酸ア
ンモニウムの製造方法が提供される。即ち、陰極液中の
水素ガスの発生が抑制できるため、セル電圧を低くする
ことができ、このため高い電流密度での操業が可能とな
り、高い生産性を得ることが可能となる。また、電解時
に酸素ガスを供給することにより、よりセル電圧を低減
でき、電力原単位を小さくし生産性をより向上すること
ができる。
【図１】三室法に使用する電解槽の一例を示す模式図。
【図２】二室法に使用する電解槽の別の一例を示す模式
図。
図。
１ 隔膜
２ 陽極室
３ 陰極室
４ 陰極（ガス拡散電極）
５ 陽極
６ 陰極液室
７ ガス室
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4K011 AA12 AA23 AA31 AA68 BA03
BA07 CA04 DA10
4K021 AB15 BA01 BA04 DB01 DB05
DB06 DB12 DB13 DB16 DB18
DB31 DC11
Claims (3)
- 【請求項１】 隔膜により陽極室と陰極室に区画された
電解槽を用い、少なくともアンモニウムイオン及び硫酸
イオンを含有する水溶液を陽極室に供給し、電気分解に
よりペルオキシ二硫酸アンモニウムを製造する方法にお
いて、陰極としてガス拡散電極を使用することを特徴と
するペルオキシ二硫酸アンモニウムの製造方法。 - 【請求項２】 陰極としてのガス拡散電極のガス拡散層
に酸素ガス若しくは高酸素濃度空気を供給することを特
徴とする請求項１に記載のペルオキシ二硫酸アンモニウ
ムの製造方法。 - 【請求項３】 ガス拡散電極が、ポリ四フッ化エチレン
とカーボンブラックと白金若しくは銀から構成されるガ
ス拡散電極である請求項1又は請求項２に記載のペルオ
キシ二硫酸アンモニウムの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002073757A JP2003003286A (ja) | 2001-04-18 | 2002-03-18 | ペルオキシ二硫酸アンモニウムの製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001-119176 | 2001-04-18 | ||
| JP2001119176 | 2001-04-18 | ||
| JP2002073757A JP2003003286A (ja) | 2001-04-18 | 2002-03-18 | ペルオキシ二硫酸アンモニウムの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003003286A true JP2003003286A (ja) | 2003-01-08 |
Family
ID=26613752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002073757A Pending JP2003003286A (ja) | 2001-04-18 | 2002-03-18 | ペルオキシ二硫酸アンモニウムの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003003286A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013231240A (ja) * | 2013-08-19 | 2013-11-14 | Ihi Corp | 過塩素酸塩の製造方法及び製造装置 |
-
2002
- 2002-03-18 JP JP2002073757A patent/JP2003003286A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013231240A (ja) * | 2013-08-19 | 2013-11-14 | Ihi Corp | 過塩素酸塩の製造方法及び製造装置 |
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