JP2003293178A

JP2003293178A - 水処理薬剤の製造法

Info

Publication number: JP2003293178A
Application number: JP2002102207A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Higohashi; 弘喜肥後橋; Hirokatsu Shimizu; 宏勝清水; Ryuichi Otogawa; 隆一音川
Original assignee: Daiso Co Ltd
Current assignee: Osaka Soda Co Ltd
Priority date: 2002-04-04
Filing date: 2002-04-04
Publication date: 2003-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】イオン交換膜を用いたオンサイト方式の電解
槽において、陽極液の循環工程や食塩水の精製装置を必
要とせず、Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋などの濃度１．０〜１
０．０ｐｐｍの範囲において長期にわたり高い電流効率
で有効塩素濃度２〜６重量％の次亜塩素酸アルカリ溶液
を製造することができる、水処理薬剤の製造法を提供す
る。【解決手段】隔膜式電解槽にて有効塩素濃度２〜６重
量％の次亜塩素酸アルカリを含む水処理剤を製造する。
使用する陽極が金属チタンまたはその合金からなる導電
性基材上に白金族金属またはその酸化物を含む電極活性
物質からなる被覆層を被着してなる。使用するイオン交
換膜は交換基としてスルホン酸基のみを有する。得られ
る塩化アルカリ溶液中の不純物Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋の濃
度は１．０〜１０．０ｐｐｍ、好ましくは１．０〜３．
０ｐｐｍの範囲にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は次亜塩素酸アルカリを含
む水処理剤の製造法に関し、より詳しくは、水処理施設
に近接して塩化アルカリ電解槽を設け、次亜塩素酸アル
カリ溶液を生成させ、処理すべき水にこれを直接供給す
るオンサイト方式による水処理用薬剤の製造法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、上水道でも下水道でも水の減菌に
は通常塩素処理法が用いられているが、その塩素源とし
ては高圧での塩素ガスの液化により得られボンベに充填
された液体塩素、あるいは次亜塩素酸ソーダが使用され
ている。高圧ボンベの取り扱いはボンベ自体の重量が相
当あり、しかも内容物が高圧でかつ有毒であるので、そ
の取り扱いには熟練した専門家を必要とする。また、次
亜塩素酸ソーダ溶液の場合もこれを一定濃度の水溶液と
して製造工場より使用個所へ運搬し、使用に適した濃度
および添加量に調整するため、多くの手間や付帯設備が
必要である。更に次亜塩素酸ソーダ製品の濃度は通常１
２％程度であり、このような水溶液を運搬することは多
量の水を運ぶことになり不経済でもある。それ故、最近
では水処理施設に近接して小型の隔膜式塩化アルカリ電
解槽を設備して飽和食塩水を電解して陽極室より塩素ガ
スを、陰極室より苛性ソーダ溶液をそれぞれ生成し、別
に設けた反応室で塩素と苛性ソーダを反応させて次亜塩
素酸ソーダ溶液を得る方法が行われつつある。このオン
サイト方式によれば、通電量を調節することにより生産
量を調節しうる上に、上述のような多量の水を運ぶ無駄
も省ける。このようなオンサイト方式の小型隔膜式電
解槽では、隔膜として合成樹脂製のものを用いて陽極液
を陰極液( 苛性アルカリ液）と混合し、陽極室で発生す
る塩素ガスを電解槽に付設した反応室で陰極液に添加し
て次亜塩素酸アルカリ溶液を製造し、これをそのまま水
処理用薬剤として使用する方法が一般的である( 特公昭
５７−５３４３６号、特開昭５７−９４５７９号) 。

【０００３】しかしこの形式の電解槽では製造される次
亜塩素酸アルカリ溶液中の有効塩素濃度が１重量％以下
であれば好適な高電流効率を維持しうるが、有効塩素濃
度を３〜４重量％に上げ塩水の分解率を高めようとする
と、電流効率が大幅に低下する欠点がある。また隔膜と
して陽イオン交換膜を使用して陰極液中の苛性アルカリ
濃度を高め、これを塩素ガスと反応させて次亜塩素酸ア
ルカリ溶液を製造する方式は、電解後の陽極液を塩化ア
ルカリで再飽和させ電解槽へ循環させる工程を必要とす
る。さらに電解に用いる食塩水にはＣａ^２＋、Ｍｇ^２＋
などの不純物が１〜１０ｐｐｍ含まれているため、イオ
ン交換膜が短時間で使用不能に陥るという問題があっ
た。これを解決するために食塩水精製装置を付設するこ
とによりこれらの濃度を数十ｐｐｂ〜０．１ｐｐｍ程度
まで低下させる必要があった。その結果、電解設備が大
型化しかつ作業工程が煩雑となり、これを水処理施設に
近接して設けるには問題が多い。また隔膜としてアスベ
スト隔膜を使用する方式は、陽極液を循環させない利点
はあるが、陽イオン交換膜法に比較して相対的に電流効
率が低く、かつアスベスト隔膜の耐用年数が短いという
難点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
に鑑み、イオン交換膜を用いたオンサイト方式の電解槽
において、陽極液の循環工程や食塩水の精製装置を必要
とせず、Ｃａ^２＋、Ｍｇ ^２＋などの濃度１．０〜１０．
０ｐｐｍの範囲において長期にわたり高い電流効率で有
効塩素濃度２〜６重量％の次亜塩素酸アルカリ溶液を製
造することができる、水処理薬剤の製造法を提供するこ
とを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、陽イオン交換
膜により陽極室と陰極室に仕切られてなる隔膜式電解槽
にて、陽極室に塩化アルカリ溶液、陰極室に水を供給し
ながら塩化アルカリの分解率５０〜７０％で電解を行
い、上記電解槽から陽極液、陰極液および塩素ガスを反
応槽へ導いて反応させ、有効塩素濃度２〜６重量％の次
亜塩素酸アルカリを含む水処理剤を製造する方法におい
て、使用する陽極が金属チタンまたはその合金からなる
導電性基材上に白金族金属またはその酸化物を含む電極
活性物質からなる被覆層を被着してなり、使用するイオ
ン交換膜が交換基としてスルホン酸基のみを有し、得ら
れる塩化アルカリ溶液中の不純物Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋の
濃度が１．０〜１０．０ｐｐｍ、好ましくは１．０〜
３．０ｐｐｍの範囲にあることを特徴とする水処理薬剤
の製造法である。

【０００６】陽極の被覆層を構成する電極活性物質は、
好ましくは、白金族金属またはその酸化物に加えてさら
にバルブ金属酸化物を含む。電極活性物質は、酸化イリ
ジウムを電極活性物質中の全金属量中金属イリジウムと
して１０〜７０重量％、酸化ルテニウムを電極活性物質
中の全金属量中金属ルテニウムとして５〜５０重量％、
白金を電極活性物質中の全金属量中白金金属として５〜
５０重量％、および／または、バルブ金属酸化物を電極
活性物質中の全金属量中バルブ金属として２０〜６０重
量％含むものであってよい。バルブ金属酸化物は酸化チ
タンであってよい。

【０００７】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明を図面に基づいて
詳しく説明する。

【０００８】電解槽(1) は垂直の陽イオン交換膜(2) に
より陽極室(5) と陰極室(6) に仕切られ、陽極室(5) に
は陽極(3) が、陰極室(6) には陰極(4) がいずれも垂直
に配置されている。塩化アルカリ溶液は導管(7) より塩
素ガス分離器(8) を経て陽極室(5) の下部に導入され
る。注加用水は導管(9) より水素ガス分離器(10)を経て
陰極室(6) の下部に導入される。電解後、陽極液は発生
塩素ガスのガスリフト効果により塩素ガス分離器(8) に
循環され、ここで分離された塩素ガスは導管(11)によ
り、陽極液は導管(12)によりいずれも反応槽(13)に導か
れる。他方、陰極室(6) において生成した苛性アルカリ
溶液（陰極液）は発生水素ガスのガスリフト効果により
水素ガス分離器(10)に循環され、ここで分離された水素
ガスは導管(16)より取り出され、陰極液は導管(14)によ
り反応槽(13)に導かれる。反応槽(13)においては、塩素
ガス、陽極液および陰極液が反応して所定濃度の次亜塩
素酸アルカリ溶液が生成され、水処理薬剤として導管(1
5)より取り出される。

【０００９】本発明方法において塩化アルカリ分解率が
５０％未満であると塩化アルカリの利用率が悪く、逆に
７０％を超えると電解電圧が上昇して好ましくない。ま
た生成する次亜塩素酸アルカリ溶液の有効塩素濃度を２
〜６重量％、好ましくは３〜５重量％に保つには、陰極
液の苛性アルカリ濃度を３〜１２重量％、好ましくは
４．５〜９重量％に保つ必要がある。この場合、電流効
率は８５〜９５％程度の高い値を示す。苛性アルカリ濃
度が上記範囲より低い場合は電解電圧が上昇し、逆に上
記範囲より高い場合は電流効率が低下する。電流密度は
１０〜５０Ａ／ｄｍ^２で運転される。本発明における
有効塩素濃度は、一般的によう素滴定法（例えばＫＩ水
溶液と反応して生成するＩ_２の量からＣｌ_２量を算出
する）により求められる。

【００１０】本発明に使用される陽極の材質は金属チタ
ンまたはその合金からなる導電性基材上に白金族金属ま
たはその酸化物を含む電極活性物質からなる被覆層を被
着することにより構成されている。

【００１１】白金族金属としてはたとえば白金等を用い
ることができる。被覆層中の白金量は好ましくは５〜５
０重量％、より好ましくは１０〜４０重量％である。白
金量がこの範囲より少ないと電極が耐久性に劣り、この
範囲より多いとコストの面で不利である。

【００１２】白金族金属酸化物としては、酸化イリジウ
ムが特に好ましい。被覆層中の酸化イリジウム量は電極
活性物質中の全金属量中金属イリジウム換算で好ましく
は１０〜７０重量％、より好ましくは２０〜６５重量％
である。イリジウム量がこの範囲より少ないと電極が耐
久性に劣り、この範囲より多いとコストの面で不利とな
る。それ以外の白金族金属酸化物としてたとえば酸化ル
テニウムを用いることができる。被覆層中の酸化ルテニ
ウム量は電極活性物質中の全金属量中金属ルテニウム換
算で好ましくは５〜５０重量％、より好ましくは１０〜
４０重量％である。ルテニウム量がこの範囲より少ない
と電極が耐久性に劣る上に電解電圧が上昇して電力の浪
費となり、この範囲より多いとコストの面で不利であ
る。

【００１３】電解活性物質は好ましくはさらにバルブ金
属の酸化物を含む。バルブ金属はチタン、タンタル、ニ
オブ、もしくはこれらの合金であってよい。被覆層中の
バルブ金属酸化物量は、電極活性物質中の全金属量中バ
ルブ金属換算で好ましくは２０〜６０重量％、より好ま
しくは２５〜５０重量％である。バルブ金属量がこの範
囲よりも少ないと白金族金属酸化物の密着力が低下し、
電極寿命が短くなり、この範囲よりも多いと白金族金属
またはその酸化物の量が少なくなるため、電極の寿命が
短くなる。

【００１４】電極活物質被覆層の材料としては、白金属
金属、白金属金属の酸化物、およびバブル金属の酸化物
から選ばれた２種以上を用いるのが好ましい。

【００１５】供給される塩化アルカリ溶液中のＣ
ａ^２＋、Ｍｇ^２＋などの濃度は１．０〜１０．０ｐｐｍ
の範囲であり、かつ使用するイオン交換膜は、交換基が
スルホン酸基のみにより構成されたものである必要があ
る。イオン交換膜が交換基としてスルホン酸基以外に、
たとえばカルボン酸基などを含んでいる場合、食塩水に
含まれる１．０〜１０．０ｐｐｍという高濃度の不純物
Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋などの影響で短時間で使用不能に陥
るため、このようなイオン交換膜は本発明に使用できな
い。

【００１６】

【実施例１】つぎに、本発明の実施例を挙げるが、本発
明はこれに限定されるものではない。

【００１７】図面に示される装置を使用し、次亜塩素酸
ソーダ溶液を連続的に製造した。電解槽はチタンおよび
ステンレス製のフィルタープレス型であり、反応槽は約
２０Ｌのチタンおよびポリ塩化ビニル製であり、陽イオ
ン交換膜としてナフィオン３２４（デュポン社製品の商
品名）を使用した。また陽極はメッシュ状のチタンに酸
化イリジウム、白金、酸化ルテニウムおよび酸化チタン
を混合物として担持させたものであり、その比率は金属
換算でイリジウム２０％、白金２０％、ルテニウム１０
％、チタン５０％である。（３５０×５００ｍｍ有効面
積１７．５ｄｍ ^２）陰極はＳＵＳ３１６製である。以下
に示すような電解条件にて電解を行った。

【００１８】電解条件電解電流３５０Ａ陽極電流密度２０Ａ／ｄｍ^２陽極室への供給食塩濃度２８０〜３００ｇ／Ｌ陽極室への供給食塩液流量３．２〜３．４Ｌ／ｈｒ陰極室への注加水量４．０〜９．０Ｌ／ｈｒ陰極室の苛性ソーダ濃度４．５〜９．０重量％電解時間１５０００時間

【００１９】また、陽極室への食塩水流量、陰極室への
注加水量を上記の範囲で調節することにより、次亜塩素
酸ソーダ溶液の生産量を７〜１３Ｌ／ｈｒの範囲で変化
させた。この間、食塩分解率６１〜７０％、電解電圧
４．５〜５．０Ｖ、電流効率８５〜９５％、有効塩素濃
度３〜５重量％の範囲を保持した。

【００２０】

【実施例２】陽極としてメッシュ状のチタンに白金と酸
化ルテニウムを混合物として担持させ、これらの比率が
金属換算で白金５０％、ルテニウム５０％である以外
は、実施例１と同様にして次亜塩素酸ソーダ溶液を連続
的に製造した。実施例１と同様の性能が得られた。

【００２１】

【実施例３】陽極としてメッシュ状のチタンに酸化イリ
ジウム、白金および酸化チタンを混合物として担持さ
せ、これらの比率が金属換算でイリジウム６０％、白金
１０％、酸化チタン３０％である以外は、実施例１と同
様にして次亜塩素酸ソーダ溶液を連続的に製造した。実
施例１と同様の性能が得られた。

【００２２】

【発明の効果】本発明方法により下記の効果が発揮され
る。

【００２３】本発明における電解方法では、陰極室にお
ける苛性アルカリ濃度が従来の場合（約３０重量％）よ
りはるかに低く約７重量％であるので、該濃度の高い場
合に起こりやすい陰極液の陽極室へのバックマイグレー
ション現象の恐れがなく、高い電流効率を維持しうる。

【００２４】本発明方法においては、上記のように高い
電解効率で製造される苛性アルカリ溶液を陰極液と反応
させ、得られた反応液をそのまま水処理薬剤として使用
するので、従来のイオン交換膜電解のごとく電解後の塩
素を含む陽極液を塩化アルカリで再飽和させ電解槽へ循
環させる工程を必要とせず、工程の簡易化が図られ、か
つ環境汚染防止に有効である。

【００２５】隔膜としてカルボン酸基とスルホン酸基の
複合膜を使用するイオン交換膜電解法においては、溶液
中のカルシウム、マグネシウムなどの不純物により、イ
オン交換膜が使用不能になるなどの問題があるため、使
用する塩水を高度に精製する必要があるが、本発明では
イオン交換膜としてスルホン酸基のみを有するものを用
いるため、塩水の高度の精製を必要とせず、処理設備の
簡素化が図られる。

【００２６】請求項３記載の発明方法では、陽極は、酸
化イリジウムを金属イリジウムとして１０〜７０重量％
含む電極活性物質からなる被覆層で覆われているので、
電極の長寿命化が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図面は本発明方法を例示するフローシートであ
る。

【符号の説明】

(1) ：電解槽 (2) ：陽イオン交換膜 (3) ：陽極 (4) ：陰極 (7) ：供給塩化アルカリ溶液導管 (8) ：塩素ガス分離機 (9) ：注加用水導管 (10)：水素ガス分離器 (11)：塩素ガス導管 (12)：陽極液導管 (13)：反応槽 (14)：陰極液導管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０２Ｆ 1/50 ５３１Ｃ０２Ｆ 1/50 ５３１Ｐ５４０５４０Ｂ５５０５５０Ｄ５５０Ｌ５６０５６０Ｄ５６０ＦＣ２５Ｂ 11/10 Ｃ２５Ｂ 11/10 Ｃ 13/08 ３０２ 13/08 ３０２ (72)発明者音川隆一大阪府大阪市西区江戸堀１丁目10番８号ダイソー株式会社内Ｆターム(参考） 4D061 DA10 DB10 EA02 EB13 EB19 EB30 EB31 EB33 EB39 GC01 GC05 4K011 AA21 AA31 AA32 AA34 DA02 4K021 AB07 BA03 DB01 DB05 DB18 DB21 DB31 DC07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陽イオン交換膜により陽極室と陰極室に
仕切られてなる隔膜式電解槽にて、陽極室に塩化アルカ
リ溶液、陰極室に水を供給しながら塩化アルカリの分解
率５０〜７０％で電解を行い、上記電解槽から陽極液、
陰極液および塩素ガスを反応槽へ導いて反応させ、有効
塩素濃度２〜６重量％の次亜塩素酸アルカリを含む水処
理剤を製造する方法において、使用する陽極が金属チタンまたはその合金からなる導電
性基材上に白金族金属またはその酸化物を含む電極活性
物質からなる被覆層を被着してなり、使用するイオン交
換膜は交換基としてスルホン酸基のみを有し、得られる
塩化アルカリ溶液中の不純物Ｃａ^２＋およびＭｇ^２＋の
濃度が１．０〜１０．０ｐｐｍの範囲にあることを特徴
とする水処理薬剤の製造法。
【請求項２】電極活性物質がさらにバルブ金属酸化物
を含むことを特徴とする請求項１記載の水処理薬剤の製
造法。
【請求項３】電極活性物質が酸化イリジウムを電極活
性物質中の全金属量中金属イリジウムとして１０〜７０
重量％含む請求項１または２記載の水処理薬剤の製造
法。
【請求項４】電極活性物質が酸化ルテニウムを電極活
性物質中の全金属量中金属ルテニウムとして５〜５０重
量％含む請求項１または２記載の水処理薬剤の製造法。
【請求項５】電極活性物質が白金を電極活性物質中の
全金属量中白金金属として５〜５０重量％含む請求項１
または２記載の水処理薬剤の製造法。
【請求項６】電極活性物質がバルブ金属酸化物を電極
活性物質中の全金属量中バルブ金属として２０〜６０重
量％含む請求項１または２記載の水処理薬剤の製造法。
【請求項７】バルブ金属酸化物が酸化チタンである請
求項６記載の水処理薬剤の製造法。