JP2005350745A - 電解装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
この発明は、電極への不純物の付着を可及的に防止し、メンテナンスを可及的に不要とすることを課題とするものである。
【解決手段】
この発明の電解装置は、無隔膜式の電解装置において、電極間の電流密度を１ｍＡ／ｍｍ^２以上として構成する。
この発明の電解方法は、無隔膜式の電解装置を用い、電極間の電流密度を１ｍＡ／ｍｍ^２以上として被処理水を連続的に流通させることを特徴とするものであり、被処理水の流速を０．３ｍｍ^３／Ａ・ｓｅｃ（単位電流流速）以上とすることが好ましい。
単位電流流速を高めることにより、Ｃｌ_２が効率よく生成され、Ｃｌ_２濃度の高い次亜塩素酸ナトリウム溶液が得られる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、特に不純物の多い食塩水や海水の電気分解に適した電解装置及び方法に関するものである。

食塩水や海水を無隔膜で電解し次亜塩素酸ナトリウム溶液を得る方法においては、陽極側には主にシリカが、陰極側には水酸化物が析出し、これらが電極の表面に付着することにより、電解効率が低下し、そのまま放置すると電解が停止するという問題点がある。そのために、定期的に電極をメンテナンスする必要がある。
また、被処理水に不純物が多ければ電極への付着も顕著となる。
そのために、効率的な電解を行うためにはより純粋なＮａＣｌ溶液が必要とされ、海水のように不純物の多いものは、処理に不適当とされている。

また、析出する水酸化物等の影響を少なくするために、電極の表面積を大きくする方法を採ることもあるが、所期の効果は認められない。
特開平５−６５６８３号

上記問題点を解決するものとして、海水電解装置の電極の洗浄方法にかかる特開平５−６５６８３号の発明が存在する。
この特許文献の発明は、海水を下方より上方へ流通させて海水を電解する装置において、濃度１０〜１５％の塩酸溶液を電解装置の上方から下方に流通させて電極を洗浄するものである。

この特許文献の発明は、陽極表面に付着したMnO₂が除去できるとされているが、電極への不純物の付着を根本から立つものではなく、定期的なメンテナンスが必要なことに代わりはない。

この発明は、電極への不純物の付着を可及的に防止し、メンテナンスを可及的に不要とすることを課題とするものである。

請求項１の発明は電解装置に関するものであり、無隔膜式の電解装置において、電極間の電流密度を１ｍＡ／ｍｍ^２以上として構成する。
請求項２の発明は電解方法に関するものであり、無隔膜式の電解装置を用い、電極間の電流密度を１ｍＡ／ｍｍ^２以上として被処理水を連続的に流通させることを特徴とする。請求項３の発明は、請求項２の発明において、被処理水として海水を用いるものである。
請求項４の発明は、被処理水の流速を０．３ｍｍ^３／Ａ・ｓｅｃ（単位電流流速）以上としたものである。単位電流流速を高めることにより、Ｃｌ_２が効率よく生成され、Ｃｌ_２濃度の高い次亜塩素酸ナトリウム溶液が得られる。

請求項１の発明は、バッジ式の装置として構成することも、流通式の装置として構成することもできる。また、電極は白金の線材を用いることが好ましいが、材質・形状に限定はない。なお、メッキ品の場合は電流密度を上げることにより、メッキにピンホールが生ずる場合があるので、ムク材の使用が好ましい。
電流密度と、電解電流及び電極面積とは以下の関係である。

そこで、電流密度を高めるためには、電極面積を小さくすることが有効である。
また、この発明の装置並びに方法は、不純物の多いＮａＣｌ溶液や海水の電気分解に好適であるが、これらの用途に限定されるものではない。
請求項４の発明における「単位電流流速」とは、流速（ｍｍ／ｓｅｃ）を電極表面の電流密度（Ａ／ｍｍ^２）で除したものである。

この発明によれば、電極の電流密度を１ｍＡ／ｍｍ^２ 以上としたので、長時間の電解においても電極に析出物がほとんど付着しない。このことは、表１に示すように電極の電流密度を１ｍＡ／ｍｍ^２ 以上の場合、１０００時間の電解後においても、電極間抵抗がほとんど高くならないことからも裏付けられる。
析出物が付着しない理由は、電極における電流密度が高いことにより、電極において水素又は酸素が大きな気泡となり、勢いよく浮上する。そのために電極近傍に上向きの強い流れが発生し、析出物も共に上昇して被処理水と共に装置から排出され、電極への付着が未然に防止されるものと考えられる。
なお、この効果は電極の電流密度を２ｍＡ／ｍｍ^２ 以上としたときに一層顕著である。

実験の結果、電解時間と電極間抵抗の関係は表１のとおりであった。
実験条件は以下の通りである。
ＮａＣｌ濃度（比重）：１．０４（水道水に食塩（純度９９％）を溶解して調整
電解電圧 ：ＤＣ１２Ｖ
電解電流 ：ＤＣ１０Ａ〜
処理水流速 ：１Ｌ／ｍｉｎ
各電極は、電極間抵抗が約１．２Ωになるように電極間距離を調整した

図１は、表１をグラフに表したもの、図２は１０００時間運転後の電解電流密度と電極間抵抗の関係を示すグラフである。
電極間抵抗が２Ωを超えたとき、電極は付着物に覆われ、電解を継続するためには除去が必要な状態であった。そして、電解電流密度が１ｍＡ／ｍｍ^２ の場合には、１０００時間運転後においても電極間抵抗は２Ωを超えることがなく、電解を継続することができた。

また、この発明においては電極の電流密度が高いので、電解液のイオン化が進んでいない電解開始直後であっても、効率よく電解を行うことができ、従来の流通式電解法の欠点を解消することができる。

円筒形の電解槽１の一端に海水の汲み上げポンプに連結したパイプ２と処理水の排出パイプ３を接続する。前記電解槽１内には２つの電極（陽極と陰極）４、５を対向設置してある。前記電極は白金ムクの線材である（図４）。
前記両電極の電流密度は２ｍＡ／ｍｍ^２ 、電解電圧はＤＣ１２Ｖ、電解電流はＤＣ１０Ａに設定する。

上記のように構成された装置に海水を流通させると、海水には不純物が多量に含まれているにもかかわらず、長時間、電極間抵抗が上昇することがなく、電極に析出物が付着することもなく、効率よく電解が継続され、排出側からは次亜塩素酸ナトリウム水溶液が排出される。

上記電解槽において、以下の通りに設定する。
電解槽１の内径・・・・１５０ｍｍ
電解槽１の容積・・・・１７６６２．５ｍｍ^２
電極の直径 ・・・・・・０．５ｍｍ
電極面積・・・・・・・・・・１．４１３ｍｍ^２
電解電流・・・・・・・・・・ＤＣ２０Ｖ
電流密度・・・・・・・・・・１４．２ｍＡ／ｍｍ^２
上記条件とした電解槽に、ＮａＣｌ濃度（比重）：１．０４（水道水に食塩（純度９９％）を溶解して調整した被処理液を、流量４０Ｌ／ｍｉｎ（流速１．１５ｍｍ／ｓｅｃ、単位電流流速２．６５８１ｍｍ^３／Ａ・ｓｅｃ）で通過させると、Ｃｌ_２の単位生成量は１．１５ｇ／Ａｈとなり、極めて効率よく次亜塩素ナトリウム溶液を得ることができた。

表２は、電流密度、単位電流流速を変化させて、Cl_２の単位生成量を測定したものである。２０Ａ時の電流密度はいずれも１４．２ｍＡ／ｍｍ^２ 、１０Ａ時の電流密度はいずれも７．０８ｍＡ／ｍｍ^２ である。
図４は表２をグラフに表したものである。

上記結果から、単位電流流速を大きくする（一般的には流量、流速も大きくなる）ことにより、Ｃｌ２の生成効率は向上することが理解できる。特に、単位電流流速０．３を境に飛躍的に効率がよくなることが分かる。
このような結果となる理由は、流速が速いことにより二次反応が抑制されることにあると考えられる。

この発明は、電極の劣化を未然に防止し、長期間にわたり効率よく電解を継続することができる。また、ＮａＣｌ溶液の電解に用いる場合、被処理液が海水であるなど不純物が多い場合であっても、電極に析出物が付着することなく、ほとんどメンテナンスをせずとも電極が劣化することがないなどの効果が得られるものであり、産業上の利用可能性を有するものである。

電解時間と電極間抵抗の関係を示すグラフ １０００時間運転後の電解電流密度と電極間抵抗の関係を示すグラフ この発明の実施に用いる装置の概略図 単位電流流速とＣｌ_２ 生成量の関係を示すグラフ

符号の説明

１ 電解槽
２ パイプ
３ 排水パイプ
４ 電極

Claims (4)

1. 無隔膜式の電解装置において、電極の電流密度を１ｍＡ／ｍｍ^２以上とした、電解装置
2. 無隔膜式の電解装置を用い、電極間の電流密度を１ｍＡ／ｍｍ^２以上として被処理水を連続的に流通させることを特徴とする、電解方法
3. 被処理水は海水とした、請求項２記載の電解方法
4. 被処理水の流速は、０．３ｍｍ^３／Ａ・ｓｅｃ（単位電流流速）以上とした、請求項２記載の電解方法