JP2010059549A - Pd-CONTAINING COATING FOR LOW CHLORINE OVERVOLTAGE - Google Patents

Pd-CONTAINING COATING FOR LOW CHLORINE OVERVOLTAGE Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode which does not require the high voltage trial period in an early stage used in electrolysis of halogen-containing aqueous solution. <P>SOLUTION: The electrode has a catalyst-coated electrode which composed of a mixture (a) of transition metal oxides comprising one or more oxides of palladium, rhodium and cobalt and a mixture (b) of platinum group metal oxide and valve metal oxide, on an electrode base material which is made of a valve metal such as titanium and has a shape of mesh, sheet or the like. Thereby, the electrode is used for the electrolysis of halogen-containing solution without requiring the high voltage trial period. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

発明の背景
1.発明の分野
本発明は、ハロゲン含有水溶液において用いるための電極およびこの電極上の電極触媒コーティングであって、低い起動電圧と総体的に低い動作電圧をもたらすものを対象とする。
Background of the Invention FIELD OF THE INVENTION The present invention is directed to an electrode for use in a halogen-containing aqueous solution and an electrocatalytic coating on the electrode that provides a low starting voltage and an overall low operating voltage.

2.関連する技術の説明
電気分解のプロセスにおいて用いるための電極として、金属酸化物の層またはコーティングを伴った基材金属すなわちコア金属を有するものが知られている。電極のコア金属は、チタン、タンタル、ジルコニウム、ニオブまたはタングステンなどのバルブ金属であってもよい。コーティングが酸化物の混合物である場合、コアすなわち支持体の酸化物はその混合物に寄与することができる。そのような混合物は、支持体金属の酸化物に加えて、白金、イリジウム、ロジウム、パラジウム、ルテニウムおよびオスミウムなどの金属の少なくとも一つの酸化物を含みうる。そのような電極は当分野で公知であり、一般に「寸法安定性である」と言われている。
2. 2. Description of Related Art Electrodes for use in electrolysis processes are known having a base metal or core metal with a metal oxide layer or coating. The core metal of the electrode may be a valve metal such as titanium, tantalum, zirconium, niobium or tungsten. If the coating is a mixture of oxides, the core or support oxide can contribute to the mixture. Such a mixture may contain at least one oxide of a metal such as platinum, iridium, rhodium, palladium, ruthenium and osmium in addition to the support metal oxide. Such electrodes are known in the art and are generally referred to as “dimensionally stable”.

しかし、塩素または塩素酸塩を生成する環境の下でのこれらのコーティングの固有の欠点は、塩素発生電位に及ぼす有害な影響であり、これは、高い動作電位とアノードを数ヶ月以内にわたって高い電位で動作させる電圧「試行(break-in)」期間の必要性を生じさせる。   However, an inherent disadvantage of these coatings under environments that produce chlorine or chlorates is the detrimental effect on the chlorine generation potential, which is a high operating potential and a high potential within a few months over the anode. Creates the need for a voltage "break-in" period to operate at.

塩素発生電位に関連する不利益を克服する試みは米国特許4,233,340号で扱われていて、そこでは、熱分解して白金属を形成しうる白金化合物を含有する酸化パラジウムをベークしたスラリーを含むコーティングを有する不溶性の電極が提示されている。そのコーティングは99〜5モル%の酸化パラジウムと1〜95モル%の白金属を含有する。米国特許4,443,317号においては、40〜90モル%の酸化パラジウム、0.1〜20モル%の白金、および5〜50モル%の (RuxTi1−x))2からなるコーティングを有する電気分解のための電極についての教示がある。 Attempts to overcome the disadvantages associated with chlorine generation potential are addressed in US Pat. No. 4,233,340, where a coating comprising a palladium oxide baked slurry containing a platinum compound that can be pyrolyzed to form a white metal. An insoluble electrode is presented. The coating contains 99-5 mol% palladium oxide and 1-95 mol% white metal. In U.S. Pat. No. 4,443,317, an electrolysis having a coating consisting of 40-90 mol% palladium oxide, 0.1-20 mol% platinum, and 5-50 mol% (Ru x Ti 1-x )) 2. There are teachings about electrodes for.

米国特許4,233,340号U.S. Patent No. 4,233,340 米国特許44,443,317号U.S. Patent No. 44,443,317

従って、電圧「試行」期間の必要性を解消するとともに総体的に低い動作電位を与えるコーティングを上に有する電極を提供することが有利であろう。さらに、そのような電極とコーティングは、コーティングのポストベークに続く電圧の段階的増大を防止するかあるいは解消するものであることが望ましいであろう。   Accordingly, it would be advantageous to provide an electrode having a coating thereon that eliminates the need for a voltage “trial” period and provides an overall low operating potential. Furthermore, it would be desirable for such electrodes and coatings to prevent or eliminate step-wise increases in voltage following coating post-baking.

発明の概要
電極触媒コーティングを上に有する電極であって、ハロゲン含有溶液の酸化のための電気化学セルにおける電極の動作電位の低下をもたらすものが見いだされた。さらにこのコーティングは、最低のアノード電位を得るために必要な電圧「試行」期間を解消し、またポストベーク工程またはクリープ工程の後に観察されるアノード電位の段階的増大を解消することを可能にする。
SUMMARY OF THE INVENTION It has been found that an electrode having an electrocatalytic coating thereon that results in a reduction in the operating potential of the electrode in an electrochemical cell for the oxidation of halogen-containing solutions. In addition, this coating eliminates the voltage “trial” period necessary to obtain the lowest anode potential and also eliminates the stepwise increase in anode potential observed after the post-bake or creep process. .

発明の説明
本発明によれば、低い動作電位を有する電極触媒コーティングを含む電極であって、電圧「試行」期間の解消をもたらす電極が提供される。本発明の電極は、膜型セル(membrane cell)における塩素やアルカリ金属水酸化物の電気分解による製造と、塩素酸塩や次亜塩素酸塩の電気分解による製造において特に有用である。
DESCRIPTION OF THE INVENTION In accordance with the present invention, an electrode is provided that includes an electrocatalytic coating having a low operating potential, resulting in elimination of the voltage “trial” period. The electrode of the present invention is particularly useful in the production of chlorine and alkali metal hydroxides in membrane cells and in the production of chlorates and hypochlorites by electrolysis.

本発明において用いられる電極は、導電性の支持体の上に電極触媒的に活性な被膜を有する。電極のための金属は、コーティング可能なあらゆる金属として広範囲のものが考えられる。電極触媒コーティングの特定の適用のためには金属はニッケルまたはマンガンなどであってもよいが、しかしそれは最も多くの場合、「被膜形成」金属であろう。「被膜形成金属」とは、電解質の中でアノードとして接続されることによって、このコーティングされたアノードがその後に電解質中にあって動作するときに、下にある金属が電解質によって腐食するのを保護する不動態酸化物被膜を急速に形成する特性を有する金属または合金、すなわち、しばしば「バルブ金属」と呼ばれる金属および合金を意味する。そのようなバルブ金属としては、チタン、タンタル、ジルコニウム、ニオブ、タングステンおよびケイ素、およびこれらの金属のうちの1以上を含む合金、さらにはバルブ金属を含む合金と金属間混合物、セラミックスおよびサーメット(例えば、Ti-Ni、Ti-Co、Ti-FeおよびTi-Cu)がある。より具体的には、等級5のチタンは6.75重量パーセント以下のアルミニウムと4.5重量パーセント以下のバナジウムを含んでいてもよく、等級6のものは6重量パーセント以下のアルミニウムと3重量パーセント以下のスズを、等級7のものは0.25重量パーセント以下のパラジウムを、等級10のものは10〜13重量パーセント好ましくは4.5〜7.5重量パーセントのジルコニウムを含んでいてもよい、というようなことがある。堅牢性、耐食性および入手可能性に関して特に重要なものはチタンである。 The electrode used in the present invention has an electrocatalytically active coating on a conductive support. A wide variety of metals for electrodes can be considered as any metal that can be coated. For certain applications of electrocatalytic coatings, the metal may be nickel or manganese, but it will most often be a “film-forming” metal. "Film forming metal" is connected as an anode in the electrolyte to protect the underlying metal from being corroded by the electrolyte when this coated anode is subsequently operated in the electrolyte Means metals or alloys having the property of rapidly forming passive oxide coatings, ie, metals and alloys often referred to as “valve metals”. Such valve metals include titanium, tantalum, zirconium, niobium, tungsten and silicon, and alloys containing one or more of these metals, as well as alloys containing valve metals and intermetallic mixtures, ceramics and cermets (e.g. Ti-Ni, Ti-Co, Ti-Fe and Ti-Cu). More specifically, grade 5 titanium may contain up to 6.75 weight percent aluminum and up to 4.5 weight percent vanadium, while grade 6 is up to 6 weight percent aluminum and 3 weight percent. The following tin may contain less than 0.25 weight percent palladium for grade 7, and 10-13 weight percent, preferably 4.5 to 7.5 weight percent zirconium for grade 10. There is such a thing. Of particular importance in terms of robustness, corrosion resistance and availability is titanium.

元素状の金属を使用するとき、それは特に、通常に入手できる状態の金属、すなわち少量の不純物を含有する金属を意味する。従って、特に重要な金属すなわちチタンについては、他の成分が合金であるかあるいは合金に加えて不純物であるものを含めて、様々な等級の金属を利用することができる。チタンの等級は、ASTM B 265-79に詳説されたチタン
についての規格仕様の中にもっと具体的に示されている。
When elemental metal is used, it means in particular the metal in the state normally available, ie a metal containing a small amount of impurities. Thus, for a particularly important metal, i.e. titanium, various grades of metal are available, including those in which other components are alloys or are impurities in addition to the alloy. The titanium grade is shown more specifically in the standard specification for titanium detailed in ASTM B 265-79.

チタンまたはその他の被膜形成金属のプレート、ロッド、チューブ、ワイヤまたは編みワイヤおよびエキスパンデッドメッシュを電極基材として用いることができる。導電性のコアの上へのチタンまたはその他の被膜形成金属のクラッド(clad)を用いることもできる。   Titanium or other film-forming metal plates, rods, tubes, wires or braided wires and expanded mesh can be used as electrode substrates. It is also possible to use a clad of titanium or other film forming metal on a conductive core.

選択される金属およびアノードの基材の形態にかかわらず、そのような支持部材の表面は清浄にした表面であるのが有利である。これは、機械的な洗浄を含めて、清浄な金属表面を達成するためのあらゆる公知の処理によって得ることができる。化学的脱脂と電解脱脂のいずれか、あるいはその他の化学的洗浄操作などの通常の洗浄手段も、有利に用いることができる。基材の調製が焼きなましを含み、そして金属が等級1のチタンである場合、チタンを少なくとも約450℃の温度で少なくとも約15分の時間にわたって焼きなましすることができるが、しかし最も多くの場合は、もっと高い焼きなまし温度、例えば600℃〜875℃の温度が有利である。   Regardless of the metal and anode substrate morphology selected, the surface of such a support member is advantageously a cleaned surface. This can be obtained by any known process to achieve a clean metal surface, including mechanical cleaning. Conventional cleaning means such as chemical degreasing and electrolytic degreasing, or other chemical cleaning operations can also be advantageously used. If the substrate preparation includes annealing and the metal is grade 1 titanium, the titanium can be annealed at a temperature of at least about 450 ° C. for a time of at least about 15 minutes, but most often, Higher annealing temperatures, for example temperatures between 600 ° C. and 875 ° C., are advantageous.

清浄にした表面または調製しそして清浄にした表面が得られたら、そして特に(おそらくはバルブ金属の基材の上に)必要な複数のコーティング層を付与するために、基材の表面をさらに処理することによって付着性(例えばバルブ金属への電極触媒コーティング層の付着性)を向上させてもよい。これは、支持体金属の粒界エッチング、金属表面の高速グリットブラスト、ピーニング、研磨、プラズマスプレー、またはこれらの組み合わせ、およびそれに続いての埋め込まれたグリット(粗粒)を除去するための任意の表面処理を含む手段によって達成されるだろう。   Once the cleaned or prepared and cleaned surface has been obtained, the substrate surface is further treated, particularly to provide the necessary multiple coating layers (possibly on the valve metal substrate) Thus, the adhesion (for example, the adhesion of the electrode catalyst coating layer to the valve metal) may be improved. This can be done to remove intergranular etching of the support metal, high-speed grit blasting of the metal surface, peening, polishing, plasma spraying, or combinations thereof, and subsequent embedded grit (coarse grains) It will be achieved by means including surface treatment.

エッチングに対してチタンなどの金属を調製するために、焼きなましなどによって金属を調整し、それによって不純物を結晶粒界へ拡散させるのが最も有用であるかもしれない。すなわち、例えば、等級1のチタンを適当に焼きなましすることによって、結晶粒界での鉄の不純物の濃度が高まるだろう。やはりエッチングの見地から、調整された結晶粒界の冶金学的形態を有する金属表面を有利な結晶粒度と組合わせるのが望ましいかもしれない。再び代表例としてチタンについて言えば、結晶粒の少なくとも相当な量が約3〜約7の範囲内の粒度番号を有するのが有利である。ここで言う粒度番号は、ASTM E 112-84で与えられた指示に従うものである。この条件での有用な金属支持体は、米国特許5,167,788号に開示されている。   To prepare a metal such as titanium for etching, it may be most useful to condition the metal, such as by annealing, thereby diffusing impurities into the grain boundaries. Thus, for example, by properly annealing grade 1 titanium, the concentration of iron impurities at the grain boundaries will increase. Again, from an etching standpoint, it may be desirable to combine a metal surface having a tailored grain boundary metallurgical morphology with an advantageous grain size. Again referring to titanium as a representative example, it is advantageous for at least a substantial amount of the grains to have a grain size number in the range of about 3 to about 7. The particle size numbers referred to here follow the instructions given in ASTM E 112-84. Useful metal supports under these conditions are disclosed in US Pat. No. 5,167,788.

適切に粗くした金属表面は、尖ったグリットを用いる特殊なグリットブラスト、および場合によってそれに続いての表面に埋め込まれたグリットの除去によって得ることができる。通常は角のある粒子を含むグリットは、表面をピーニングすることとは対照的に、金属表面を切除するだろう。そのような目的のために有用なグリットとしては、砂、酸化アルミニウム、鋼、および炭化ケイ素がある。   A suitably roughened metal surface can be obtained by special grit blasting with pointed grit and possibly subsequent removal of grit embedded in the surface. A grit that normally contains cornered particles will ablate the metal surface as opposed to peening the surface. Useful grit for such purposes includes sand, aluminum oxide, steel, and silicon carbide.

グリットブラストに続いてエッチング、あるいは水ブラストなどのその他の処理を用いて、埋め込まれたグリットの除去および/または表面の洗浄を行うことができる。エッチングは十分に活性なエッチング溶液、典型的には酸性溶液を用いて行われるであろう。それにより、おそらくは結晶粒界の強い侵蝕を含めて、表面の粗さおよび/または表面の形態を生じさせる。これらは、塩酸、硫酸、過塩素酸、硝酸、シュウ酸、酒石酸、およびリン酸、さらにはこれらの混合物(例えば王水)によって実施することができる。用いることのできるその他のエッチング液としては、水酸化カリウムと硝酸カリウムの溶液などの苛性アルカリエッチング液がある。エッチングに続いて、エッチングした金属表面をすすぎと乾燥の工程に供することができる。   Grit blasting can be followed by other processes such as etching or water blasting to remove embedded grit and / or clean the surface. Etching will be performed using a sufficiently active etching solution, typically an acidic solution. This results in surface roughness and / or surface morphology, possibly including strong erosion of grain boundaries. These can be carried out with hydrochloric acid, sulfuric acid, perchloric acid, nitric acid, oxalic acid, tartaric acid, and phosphoric acid, as well as mixtures thereof (eg aqua regia). Other etchants that can be used include caustic etchants such as potassium hydroxide and potassium nitrate solutions. Following etching, the etched metal surface can be subjected to a rinsing and drying step.

ここで説明している電極触媒コーティングを有する電極は、実質的に常にアノードとして用いることができるだろう。すなわち、「アノード」という用語は本明細書において電極に言及するときに頻繁に用いられるが、これは単に便宜上のことであり、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。   An electrode having an electrocatalytic coating as described herein could be used almost always as an anode. That is, the term “anode” is frequently used herein when referring to electrodes, but this is merely for convenience and should not be construed as limiting the invention.

適当に粗い金属表面を得るためのプラズマスプレーにおいては、材料は溶融した金属の滴などの粒状の形態で当てられるだろう。このプラズマスプレーにおいて、例えば金属のスプレーに適用されるように、金属は溶融されて、アルゴンや窒素そして場合により少量の水素を含む不活性ガスの中で電気アークを用いて高温に加熱することによって発生したプラズマ流の中でスプレーされる。ここで「プラズマスプレー」という用語を用いるとき、プラズマスプレーが好ましいのではあるが、この用語は電磁流体力学的スプレー、フレームスプレーおよびアークスプレーなどの熱スプレーを一般的に含むことを意味すると理解するべきであり、従ってスプレーは単に「溶融スプレー」または「熱スプレー」と呼んでもよい。   In plasma sprays to obtain a suitably rough metal surface, the material will be applied in granular form, such as molten metal drops. In this plasma spray, for example as applied to metal sprays, the metal is melted and heated to a high temperature using an electric arc in an inert gas containing argon, nitrogen and optionally a small amount of hydrogen. Sprayed in the generated plasma stream. As used herein, the term “plasma spray” is understood to mean that plasma spray is preferred, but the term generally includes thermal sprays such as magnetohydrodynamic sprays, flame sprays and arc sprays. Should therefore be referred to simply as “melt spray” or “thermal spray”.

用いられる粒状材料はバルブ金属またはその酸化物、例えば酸化チタン、酸化タンタルおよび酸化ニオブであってもよい。また、溶融スプレーのチタネート、スピネル、マグネタイト、酸化スズ、酸化鉛、酸化マンガンおよびペロブスカイトも考えられる。また、スプレーされる酸化物には、ニオブやスズやインジウムのイオンなど、イオンの形のドープ剤を含む様々な添加剤が添加されてもよい。   The particulate material used may be a valve metal or an oxide thereof, such as titanium oxide, tantalum oxide and niobium oxide. Also contemplated are melt spray titanates, spinel, magnetite, tin oxide, lead oxide, manganese oxide and perovskite. In addition, various additives including dopants in the form of ions, such as niobium, tin, and indium ions, may be added to the oxide to be sprayed.

このようなプラズマスプレーの適用は、支持体金属の表面のエッチングと組合わせて用いてもよい。あるいは、最初に電極の基材を前述したようにしてグリットブラストによって調製し、これに続いてエッチングを行うか、あるいは行わなくてもよい。   Such plasma spray application may be used in combination with etching of the surface of the support metal. Alternatively, the electrode substrate may first be prepared by grit blasting as described above, followed by or without etching.

上のことから、次に表面を、コーティングする前に予備処理を与える様々な工程、例えば上で説明したバルブ金属酸化物のコーティングのプラズマスプレーに供してもよい、ということが理解されよう。他の予備処理も有効であろう。例えば、表面を水素化処理または窒化処理に供するということが考えられる。電気化学的に活性な材料で被覆する前に、米国特許3,234,110号に記載されているように、支持体を空気中で加熱することによって
、あるいは支持体の陽極酸化によって酸化物層を付与することが提案されている。下地層の上に電気化学的に活性な材料からなる外側層を付着させる様々な提案もなされていて、これは主として保護性で導電性の中間体として提供される。様々な酸化スズをベースとする下地層が米国特許4,272,354号、3,882,002号および3,950,240号に開示されている。不
動態化防止層(antipassivation layer)を有するように表面が調製されてもよいということも考えられる。
From the above, it will be appreciated that the surface may then be subjected to various steps that provide pretreatment prior to coating, such as plasma spraying of the valve metal oxide coating described above. Other pretreatments may be useful. For example, it can be considered that the surface is subjected to hydrogenation or nitriding. Prior to coating with an electrochemically active material, an oxide layer is applied by heating the support in air or by anodic oxidation of the support as described in US Pat. No. 3,234,110. Has been proposed. Various proposals have also been made to deposit an outer layer of electrochemically active material on an underlayer, which is provided primarily as a protective and conductive intermediate. Various underlayers based on tin oxide are disclosed in US Pat. Nos. 4,272,354, 3,882,002, and 3,950,240. It is also conceivable that the surface may be prepared to have an antipassivation layer.

表面の調製(これは上述したような予備処理層を与えることを含んでいてもよい)に続いて、電気化学的に活性なコーティング層を支持体部材に付着させることができる。電気化学的に活性なコーティングの典型例としてしばしば適用されるものは、白金族金属の酸化物、マグネタイト、フェライト、コバルトスピネル、または混合の金属酸化物のコーティングなどの活性な酸化物コーティングから提供されるものである。それらは水溶液のように水をベースとするものであってもよく、あるいは例えばアルコール溶媒を用いるもののように溶液型のものであってもよい。しかし、本発明の電極のためには、好ましいコーティング組成物の溶液の重要な態様は、パラジウム、ロジウムまたはコバルトのうちの1以上を含む遷移金属の酸化物を含有するものであって、この中ではパラジウムが好ましい、ということが見出された。コーティング組成物はPdCl2、RhCl3またはCoCl2および塩酸を含み、あるいはアルコール溶液中にこれらを含むだろう。金属塩はPdCl2・xH2O、RhCl3
・xH2O、およびCoCl2・xH2Oなどの形で用いることができる。便宜上、一般にこれらの形のものをここでは単にPdCl2、RhCl3またはCoCl2と称する。一般に、金属の塩化物はアルコール中で溶解し、そのようなアルコールは例えばイソプロパノールとブタノールのいずれかであり、これらの全てのものには少量の塩酸が添加されているかあるいは添加されておらず、この中ではn-ブタノールが好ましい。
Following surface preparation (which may include providing a pretreatment layer as described above), an electrochemically active coating layer may be applied to the support member. Often applied as typical examples of electrochemically active coatings are provided from active oxide coatings such as platinum group metal oxide, magnetite, ferrite, cobalt spinel, or mixed metal oxide coatings. Is. They may be water-based, such as aqueous solutions, or may be solution-type, such as those using alcohol solvents. However, for the electrodes of the present invention, an important aspect of the preferred coating composition solution is that which contains an oxide of a transition metal comprising one or more of palladium, rhodium or cobalt, of which Has found that palladium is preferred. The coating composition will contain PdCl 2 , RhCl 3 or CoCl 2 and hydrochloric acid, or will contain these in an alcoholic solution. Metal salts are PdCl 2 xH 2 O, RhCl 3
· XH 2 O, and CoCl 2 · xH can be used in the form of such 2 O. For convenience, these forms are generally referred to herein simply as PdCl 2 , RhCl 3 or CoCl 2 . In general, metal chlorides dissolve in alcohols, such alcohols are, for example, either isopropanol or butanol, all of which have little or no added hydrochloric acid, Of these, n-butanol is preferred.

後にさらに説明するが、本発明の各々の態様において、コーティング組成物は、コーティングの全ての白金族金属の酸化物含有量100モル%につき、遷移金属成分を約0.1モル%から約10モル%までの量で含有し、好ましい範囲は約0.4モル%から約6モル%までの範囲であろう。成分は実質的にそれらの酸化物として存在し、金属について言及しているのは便宜上のことであり、特に割合については金属のことを言っている、と理解されるだろう。   As will be described further below, in each embodiment of the present invention, the coating composition comprises from about 0.1 mole percent to about 10 moles of transition metal component per 100 mole percent of the platinum group metal oxide content of the coating. The preferred range would be from about 0.4 mole percent to about 6 mole percent. It will be understood that the components are present substantially as their oxides, and that referring to metals is for convenience only, and that the proportions refer to metals.

本発明のコーティング組成物中のこのような少量の遷移金属成分の使用により、遷移金属成分を含まないコーティングの電位値によっては、ハロゲン含有溶液の電気分解についての動作電位を約10ミリボルト(mV)から約100mVまでの値で低下させるということは、予期せざることであった。前述したように、これまでのコーティングにおいては、酸化パラジウムを、あるいはこれに他の金属を組合わせたものを、40%以上の多くの量で用いてきた。従って、上述したようなもっと単純化したコーティング組成を用いて本発明で開示されたような望ましいコーティング組成物が達成されるということは、予測されなかった。   Due to the use of such a small amount of transition metal component in the coating composition of the present invention, depending on the potential value of the coating without the transition metal component, the operating potential for the electrolysis of the halogen-containing solution is about 10 millivolts (mV). It was unexpected that the voltage was reduced to about 100 mV. As described above, in the past coating, palladium oxide or a combination of this with other metals has been used in a large amount of 40% or more. Thus, it was unexpected that the desired coating composition as disclosed in the present invention could be achieved using a more simplified coating composition as described above.

本発明の第一の態様においては、PCT特許出願No. PCT/US04/14357に記載されているように(これの開示の全体は、ここに参考文献として援用される)、コーティング組成物は、前述したようなPd成分に加えて、酸化ルテニウムを酸化チタンおよび酸化アンチモンまたは酸化スズと組合わせた成分を含有するだろう。場合により、コーティング組成物は酸化イリジウムを含有していてもよいと考えられる。このとき、この第一の態様のコーティング組成物はRuCl3、TiCl3またはSbCl3および塩酸を含むものであり、これらは全て水溶液中にある。第一の態様の電気化学的に活性なコーティングについて、コーティングの配合物は、アルコールをベースとするものとは対照的に、水をベースとするものを用いて調製されるのが好ましい、ということが見出された。 In a first aspect of the invention, as described in PCT Patent Application No. PCT / US04 / 14357 (the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference), the coating composition comprises: In addition to the Pd component as described above, it will contain a component of ruthenium oxide combined with titanium oxide and antimony oxide or tin oxide. In some cases, it is contemplated that the coating composition may contain iridium oxide. At this time, the coating composition of this first embodiment contains RuCl 3 , TiCl 3 or SbCl 3 and hydrochloric acid, all of which are in an aqueous solution. For the electrochemically active coating of the first aspect, the coating formulation is preferably prepared using a water based one as opposed to an alcohol based one. Was found.

第一の態様のコーティング組成物は、コーティングの金属含有量の100モルパーセントにつき、ルテニウム成分を少なくとも約10モルパーセントから約30モルパーセントまで、そして好ましくは約15モルパーセントから約25モルパーセントまでとするのに十分な量で含有するだろう。成分は実質的にそれらの酸化物として存在し、金属について言及しているのは便宜上のことであり、特に割合については金属のことを言っている、と理解されるだろう。   The coating composition of the first embodiment has a ruthenium component of at least about 10 mole percent to about 30 mole percent, and preferably about 15 mole percent to about 25 mole percent per 100 mole percent of the metal content of the coating. It will contain enough to do. It will be understood that the components are present substantially as their oxides, and that referring to metals is for convenience only, and that the proportions refer to metals.

第一の態様のコーティング組成物中にはバルブ金属成分が含まれるだろう。チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、モリブデン、およびタングステンを含めた様々なバルブ金属を用いることができ、チタンが好ましい。溶解した金属の塩が用いられ、そして適当な無機置換基は酸性溶液中に塩化物、ヨウ化物、臭化物、スルフェート、ボレート、カーボネート、アセテート、およびシトレート、例えばTiCl3またはTiCl4を含んでいてもよい。このようなコーティング組成物は、コーティングの金属含有量の100モルパーセントにつき、Ti成分を少なくとも約50モルパーセントから約85モルパーセントまで、そして好ましくは約60モルパーセントから約75モルパーセントまでとするのに十分な量で含有するだろう。 The coating composition of the first embodiment will contain a valve metal component. Various valve metals can be used, including titanium, tantalum, niobium, zirconium, hafnium, vanadium, molybdenum, and tungsten, with titanium being preferred. Dissolved metal salts are used and suitable inorganic substituents may include chlorides, iodides, bromides, sulfates, borates, carbonates, acetates, and citrates such as TiCl 3 or TiCl 4 in acidic solution. Good. Such coating compositions have a Ti component of at least about 50 mole percent to about 85 mole percent, and preferably about 60 mole percent to about 75 mole percent, per 100 mole percent of the metal content of the coating. Will be contained in a sufficient amount.

第一の態様のコーティング組成物が酸化イリジウムを含む場合、適当な先駆物質の置換基はIrCl3またはH2IrCl6を含みうる。酸化イリジウムは、コーティングの金属含有量の100モルパーセントにつき、約1モルパーセントから約25モルパーセントまでの量で存在するだろう。 When the coating composition of the first embodiment includes iridium oxide, suitable precursor substituents may include IrCl 3 or H 2 IrCl 6 . Iridium oxide will be present in an amount from about 1 mole percent to about 25 mole percent per 100 mole percent of the metal content of the coating.

好ましい第一の態様のコーティング組成物は酸化アンチモンを含むだろう。適当な先駆物質の置換基はSbCl3、SbCl5 、またはその他の無機アンチモン塩を含みうる。酸化アンチモンは一般に、コーティングの金属含有量の100モルパーセントにつき、約5モルパーセントから約20モルパーセントまで、そして好ましくは約10モルパーセントから約15モルパーセントまでの量で存在するだろう。 A preferred first embodiment coating composition will comprise antimony oxide. Suitable precursor substituents may include SbCl 3 , SbCl 5 , or other inorganic antimony salts. Antimony oxide will generally be present in an amount from about 5 mole percent to about 20 mole percent, and preferably from about 10 mole percent to about 15 mole percent, per 100 mole percent of the metal content of the coating.

上述したように、第一の態様の電極触媒コーティングは酸化アンチモンの代わりに、あるいは酸化アンチモンに加えて、酸化スズを含みうると考えられる。酸化スズが望ましい成分である場合、適当な先駆物質の置換基はSnCl2、SnSO4 、またはその他の無機スズ塩を含みうる。酸化スズが用いられる場合、それは一般に、コーティングの金属含有量の100モルパーセントにつき、約2モルパーセントから約20モルパーセントまで、そして好ましくは約3モルパーセントから約15モルパーセントまでの量で存在するだろう。 As mentioned above, it is believed that the electrocatalyst coating of the first embodiment can contain tin oxide instead of or in addition to antimony oxide. Where tin oxide is a desirable component, suitable precursor substituents may include SnCl 2 , SnSO 4 , or other inorganic tin salts. When tin oxide is used, it is generally present in an amount from about 2 mole percent to about 20 mole percent, and preferably from about 3 mole percent to about 15 mole percent, per 100 mole percent of the metal content of the coating. right.

第一の態様のコーティング組成物において、ルテニウム対アンチモンまたはスズの比率は一般におよそ2:1からおよそ0.1:1まで、そして好ましくはおよそ1.5:1であり、チタン対アンチモンまたはスズの比率はおよそ19:1から1:1まで、そして好ましくはおよそ5.7:1であろう。選択的なものであるイリジウム成分が用いられる場合、ルテニウム対イリジウムの比率は一般におよそ1:1からおよそ99:1までであろう。   In the coating composition of the first embodiment, the ratio of ruthenium to antimony or tin is generally from about 2: 1 to about 0.1: 1, and preferably about 1.5: 1, with a titanium to antimony or tin ratio. The ratio will be approximately 19: 1 to 1: 1, and preferably approximately 5.7: 1. If an optional iridium component is used, the ruthenium to iridium ratio will generally be from about 1: 1 to about 99: 1.

本発明の第二の態様においては、米国特許出願10/395939号に記載されているように(
これの開示の全体は、ここに参考文献として援用される)、好ましいコーティング組成物の溶液は典型的にRuCl3とIrCl3および塩酸からなるものであり、全てアルコール溶液中にあり、そしてバルブ金属成分の存在を伴っていても、伴っていなくてもよい。クロリリド酸H2IrCl6を用いることも考えられる。RuCl3はRuCl3・xH2Oなどの形で用いてもよく、同様にIrCl3・xH2Oを用いることができると理解されるだろう。便宜上、一般にこれらの形はここでは単にRuCl3およびIrCl3と称されるだろう。一般に、塩化ルテニウムは塩化イリジウムとともにアルコール中で溶解し、そのようなアルコールは例えばイソプロパノールとブタノールのいずれかであり、これらの全てのものには少量の塩酸が添加されているかあるいは添加されておらず、この中ではn-ブタノールが好ましい。
In a second embodiment of the invention, as described in US patent application Ser. No. 10/395939 (
The entire disclosure of which is incorporated herein by reference), preferred coating composition solutions typically consist of RuCl 3 and IrCl 3 and hydrochloric acid, all in alcohol solution, and valve metal With or without the presence of a component. It is also conceivable to use chloridic acid H 2 IrCl 6 . It will be appreciated that RuCl 3 may be used in a form such as RuCl 3 .xH 2 O, and IrCl 3 .xH 2 O can be used as well. For convenience, these forms will generally be referred to herein simply as RuCl 3 and IrCl 3 . In general, ruthenium chloride dissolves in alcohol together with iridium chloride, such alcohol is for example either isopropanol or butanol, and all of these have little or no added hydrochloric acid. Of these, n-butanol is preferred.

このような第二の態様のコーティング組成物は、コーティングの金属含有量の100モルパーセントにつき、ルテニウム金属を少なくとも約5モルパーセントから約50モルパーセントまでとするのに十分なルテニウム成分を含有し、好ましい範囲はルテニウムについて約15モルパーセントから約35モルパーセントまでであろう。成分は実質的にそれらの酸化物として存在し、金属について言及しているのは便宜上のことであり、特に割合については金属のことを言っている、と理解されるだろう。   Such a coating composition of the second embodiment contains sufficient ruthenium component to provide at least about 5 mole percent to about 50 mole percent ruthenium metal per 100 mole percent of the metal content of the coating; A preferred range would be from about 15 mole percent to about 35 mole percent for ruthenium. It will be understood that the components are present substantially as their oxides, and that referring to metals is for convenience only, and that the proportions refer to metals.

第二の態様のコーティング組成物は、100モルパーセントのイリジウム金属とルテニウム金属につき、イリジウム金属を少なくとも約50モルパーセントから約95モルパーセントまでとするのに十分なIr成分を含有し、好ましい範囲は約50モルパーセントから約75モルパーセントまでのイリジウムであろう。このとき、最良のコーティング特性を得るためには、Ru:Irのモル比はおよそ1:1からおよそ1:4までであり、好ましい比率はおよそ1:1.6であろう。   The coating composition of the second embodiment contains sufficient Ir component to provide at least about 50 mole percent to about 95 mole percent iridium metal per 100 mole percent iridium metal and ruthenium metal, with a preferred range being From about 50 mole percent to about 75 mole percent iridium. At this time, in order to obtain the best coating properties, the molar ratio of Ru: Ir will be from about 1: 1 to about 1: 4, with a preferred ratio of about 1: 1.6.

コーティングのさらなる安定化および/またはアノード効率の変更を目的として、場合により第二の態様のコーティング組成物中にバルブ金属成分が含まれていてもよい。本発明の第一の態様に関して上述したように、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、モリブデン、およびタングステンを含めた様々なバルブ金属を用いることができる。バルブ金属成分はアルコール溶媒中のバルブ金属のアルコキシドから形成することができ、このとき酸の存在を伴うか、あるいは伴わない。本発明において用いることが考えられるそのようなバルブ金属のアルコキシドとしては、メトキシド、エトキシド、イソプロポキシドおよびブトキシドがある。例えば、チタンエトキシド、チタンプロポキシド、チタンブトキシド、タンタルエトキシド、タンタルイソプロポキシドまたはタンタルブトキシドが有用であろう。   For the purpose of further stabilizing the coating and / or changing the anode efficiency, a valve metal component may optionally be included in the coating composition of the second embodiment. As described above with respect to the first aspect of the present invention, various valve metals can be used including titanium, tantalum, niobium, zirconium, hafnium, vanadium, molybdenum, and tungsten. The valve metal component can be formed from an alkoxide of the valve metal in an alcohol solvent, with or without the presence of an acid. Such valve metal alkoxides contemplated for use in the present invention include methoxide, ethoxide, isopropoxide and butoxide. For example, titanium ethoxide, titanium propoxide, titanium butoxide, tantalum ethoxide, tantalum isopropoxide or tantalum butoxide would be useful.

第二の態様の組成物中にバルブ金属成分が存在するとき、コーティングは、コーティングの金属含有量の100モルパーセントにつき、約0.1モルパーセントから25モルパーセント以下を含有し、好ましい組成物は約5モルパーセントから約15モルパーセントまでを含有するだろう。   When a valve metal component is present in the composition of the second embodiment, the coating contains from about 0.1 mole percent to 25 mole percent or less per 100 mole percent of the metal content of the coating, with preferred compositions being It will contain from about 5 mole percent to about 15 mole percent.

第三の態様においては、米国特許5,230,780号に記載されているように(これの開示の全体は、ここに参考文献として援用される)、コーティング組成物は、遷移金属成分に加えて、イリジウム、ルテニウム、およびチタンの酸化物の溶液からなるであろう。通常、それぞれの先駆物質成分は金属塩であり、最も多くの場合はハロゲン化物の塩であり、そして好ましくは、経済性と溶液の調製の効率のためには全てが塩化物の塩であろう。しかし、その他の有用な塩としては、ヨウ化物、臭化物、およびヘキサクロロイリジウム酸アンモニウムまたはヘキサクロロルテニウム酸アンモニウムなどのアンモニウムクロロ塩(ammonium chloro salts)がある。金属支持体に塗布されるコーティング組成物は水性のものであり、これは大抵の場合、さらなる液体を混合していない単なる水であろう。好ましくは、無機質の不純物を含まないように、脱イオン水または蒸留水が用いられる。   In a third embodiment, as described in US Pat. No. 5,230,780 (the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference), in addition to the transition metal component, the coating composition comprises iridium, It will consist of a solution of ruthenium and an oxide of titanium. Typically, each precursor component is a metal salt, most often a halide salt, and preferably all chloride salts for economy and efficiency of solution preparation. . However, other useful salts include iodide, bromide, and ammonium chloro salts such as ammonium hexachloroiridate or ammonium hexachlororuthenate. The coating composition applied to the metal support is aqueous, which in most cases will simply be water that is not mixed with further liquid. Preferably, deionized water or distilled water is used so as not to contain inorganic impurities.

この第三の態様の個々の溶液または溶液の組み合わせにおいて、適当な先駆物質の置換基に加えて、ただ一つの例外を除いて大抵の場合は、さらなる溶液成分は存在しないだろう。そのような例外とは実質的に常に、無機酸の存在であろう。例えば、三塩化イリジウムの溶液はさらに強酸を含むことがあり、大抵の場合それは塩酸であり、通常約5〜約20重量パーセントの酸を供給する量で存在するだろう。典型的に、個々の溶液または溶液の組み合わせは1未満のpH、例えば約0.2〜約0.8の範囲内のpHを有するだろう。   In the individual solution or solution combination of this third embodiment, in addition to the appropriate precursor substituents, in most cases there will be no further solution components, with one exception. Such an exception will almost always be the presence of an inorganic acid. For example, a solution of iridium trichloride may further contain a strong acid, often it is hydrochloric acid and will usually be present in an amount to provide about 5 to about 20 weight percent acid. Typically, individual solutions or combinations of solutions will have a pH of less than 1, such as a pH in the range of about 0.2 to about 0.8.

このとき、第三の態様のコーティング組成物は、少なくとも約15モルパーセントで25モルパーセント未満のイリジウム成分、約35から約50モルパーセントまでのルテニウム成分、および少なくとも約30モルパーセントで45モルパーセント未満のチタン成分を含有し、これはこれらの成分の100モルパーセントを基準とするものである。   At this time, the coating composition of the third aspect comprises at least about 15 mole percent and less than 25 mole percent iridium component, from about 35 to about 50 mole percent ruthenium component, and at least about 30 mole percent and less than 45 mole percent. Of titanium components, which are based on 100 mole percent of these components.

最良のコーティング特性を得るためには、最終的なコーティング中の酸化ルテニウム対酸化イリジウムのモル比は、およそ1.5:1を超える値からおよそ3:1までであろう。最終的なコーティングはさらに、イリジウムとルテニウムの酸化物の合計に対する酸化チタンのモル比として、およそ1:1未満の値で、しかし大抵の場合およそ0.5:1を超える値を有するだろう。   In order to obtain the best coating properties, the molar ratio of ruthenium oxide to iridium oxide in the final coating will be greater than about 1.5: 1 to about 3: 1. The final coating will further have a value of less than about 1: 1 as a molar ratio of titanium oxide to the sum of the iridium and ruthenium oxides, but in most cases greater than about 0.5: 1.

本発明の第四の態様において、好ましいコーティング組成物はルテニウム、イリジウムおよびチタンの酸化物を含有するものである。上述したように、適当な先駆物質の成分は、アルコール溶液中にRuCl3、IrCl3 、およびオルトブチルチタネートを含むだろう。このとき、第四の態様のコーティング組成物は、約2から約20モルパーセントまでのイリジウム成分、約10から約30モルパーセントまでのルテニウム成分、および約50から約85モルパーセントまでのチタン成分を含有し、これはコーティング中のこれらの成分の100モルパーセントを基準とするものである。 In the fourth aspect of the present invention, preferred coating compositions contain ruthenium, iridium and titanium oxides. As noted above, suitable precursor components would include RuCl 3 , IrCl 3 , and orthobutyl titanate in an alcohol solution. At this time, the coating composition of the fourth aspect comprises from about 2 to about 20 mole percent iridium component, from about 10 to about 30 mole percent ruthenium component, and from about 50 to about 85 mole percent titanium component. Containing, which is based on 100 mole percent of these ingredients in the coating.

上述の態様のそれぞれにおいては、電気化学的に活性なコーティング層として、混合の金属酸化物コーティングと組合わせて遷移金属の酸化物を含有するコーティング組成物について説明した。本発明の第五の態様においては、パラジウム、ロジウムまたはコバルトのうちの1以上(パラジウムが好ましい)を含む遷移金属からなるトップコート層(上塗り層)を電気化学的に活性なコーティング層からなる中間層の上に塗布することができる、と考えられる。トップコート層はアルコールまたは水の中の遷移金属の稀薄溶液から形成することができ、このとき酸の存在を伴うか、あるいは伴わない。一般に、遷移金属成分は約0.2〜約10g/lの金属の量で存在するだろう。好ましいトップコート層は塩酸中のPdCl2から形成されるだろう。 In each of the above embodiments, a coating composition containing an oxide of a transition metal in combination with a mixed metal oxide coating has been described as an electrochemically active coating layer. In the fifth aspect of the present invention, the top coat layer (overcoat layer) made of a transition metal containing one or more of palladium, rhodium or cobalt (preferably palladium) is used as an intermediate layer made of an electrochemically active coating layer. It is believed that it can be applied over the layer. The topcoat layer can be formed from dilute solutions of transition metals in alcohol or water, with or without the presence of acid. In general, the transition metal component will be present in an amount of metal from about 0.2 to about 10 g / l. A preferred topcoat layer will be formed from PdCl 2 in hydrochloric acid.

上述のコーティング組成物のいずれのものも、金属の支持体に液体のコーティング組成物を塗布するために典型的に用いられるいかなる手段によっても、金属の支持体に塗布することができる。そのような塗布の方法としては、浸漬スピン法および浸漬排出法、ブラシ塗布、ローラーコーティング、および静電スプレーなどのスプレー塗布がある。さらに、スプレー塗布と組合わせた方法、例えば浸漬排出法とスプレー塗布の組合わせを用いることができる。スプレー塗布は、慣用の圧縮ガスの適用と静電スプレーの適用のいずれかによって行うことができる。電気化学的に活性なコーティングを付与するための上述のコーティング組成物を用いるとき、ローラーコーティングの操作が最も実用的であるかもしれない。   Any of the coating compositions described above can be applied to the metal support by any means typically used to apply a liquid coating composition to the metal support. Such application methods include immersion spin methods and immersion discharge methods, brush application, roller coating, and spray application such as electrostatic spraying. Furthermore, a method combined with spray coating, for example, a combination of immersion discharge method and spray coating can be used. Spray application can be done by either conventional compressed gas application or electrostatic spray application. When using the above-described coating composition for applying an electrochemically active coating, roller coating operations may be most practical.

コーティングを塗布する方法のいかんにかかわらず、通常は、コーティングの工程を繰り返すことによって、一回だけのコーティングによって達成されるよりも均一で多くの塗布量が得られる。しかしながら、塗布されるコーティングの量は、約0.1g/m2(平方メートル当りのグラム量)から約20g/m2までの範囲の金属の総量を与えれば十分であり、好ましくは約3g/m2から約12g/m2までの範囲であろう。 Regardless of the manner in which the coating is applied, the coating process is usually repeated, resulting in a more uniform application amount than can be achieved by a single coating. However, the amount of coating applied is sufficient to provide a total amount of metal ranging from about 0.1 g / m 2 (grams per square meter) to about 20 g / m 2 , preferably about 3 g / m 2. It will range from 2 to about 12 g / m 2 .

コーティングの塗布に続いて、塗布した組成物を加熱すると、コーティング組成物中に存在する先駆物質の熱分解によって最終的な混合した酸化物のコーティングが調製されるだろう。これにより、酸化物の金属に基づいて上述した通りのモル比で混合した酸化物を含有する混合酸化物のコーティングが調製される。熱分解のためのこのような加熱は、少なくとも約350℃の温度で少なくとも約3分間行われるだろう。より典型的には、塗布したコーティングは約550℃までのもっと高い温度で約20分以下の時間加熱されるだろう。適当な条件には、空気中または酸素中での加熱が含まれうる。一般に、用いられる加熱方法は、金属支持体上のコーティングを硬化するために用いることのできる方法のいずれでもよい。従って、コンベヤーオーブンを含むオーブンコーティングを用いてもよい。さらに、赤外線硬化法も有効であろう。このような加熱に続いて、そしてコーティング組成物の追加の塗布が行われる場合はこの追加のコーティングの前に、加熱されコーティングされた支持体は通常、少なくとも実質的に周囲温度まで冷却されるだろう。特に、コーティング組成物の全ての塗布が完了した後、ポストベークを用いることができる。コーティングのための典型的なポストベークの条件には、約400℃から約550℃までの温度が含まれてもよい。ベークの時間は約10分から約300分の長さまで変化しうる。   Subsequent to application of the coating, heating the applied composition will prepare the final mixed oxide coating by pyrolysis of the precursor present in the coating composition. This prepares a mixed oxide coating containing the oxide mixed in the molar ratio as described above based on the metal of the oxide. Such heating for pyrolysis will occur at a temperature of at least about 350 ° C. for at least about 3 minutes. More typically, the applied coating will be heated at a higher temperature up to about 550 ° C. for a time of about 20 minutes or less. Suitable conditions may include heating in air or oxygen. In general, the heating method used can be any of the methods that can be used to cure the coating on the metal support. Thus, oven coatings including conveyor ovens may be used. Furthermore, an infrared curing method may be effective. Following such heating, and prior to this additional coating, if an additional application of the coating composition is made, the heated and coated support will typically be at least substantially cooled to ambient temperature. Let's go. In particular, post-baking can be used after all application of the coating composition has been completed. Typical post bake conditions for coating may include temperatures from about 400 ° C. to about 550 ° C. Bake times can vary from about 10 minutes to a length of about 300 minutes.

上述したように、本発明のコーティングは特に、塩素酸塩とアルカリ金属水酸化物の製造のための電気分解プロセスにおけるアノードについて有用である。しかし、これらの電極は、塩素と次亜塩素酸塩の製造など、その他のプロセスにおいても用途が見出されると考えられる。   As mentioned above, the coating of the present invention is particularly useful for anodes in electrolysis processes for the production of chlorates and alkali metal hydroxides. However, these electrodes will find use in other processes such as the production of chlorine and hypochlorite.

実施例1
合金化されていない等級1のチタンからなる平坦なチタンのプレートが、18〜20%塩酸の90〜95℃の溶液中で25分間にわたってエッチングされて、コーティングの塗布のために表面が粗くされた。
Example 1
A flat titanium plate made of unalloyed grade 1 titanium was etched in a 90-95 ° C. solution of 18-20% hydrochloric acid for 25 minutes to roughen the surface for coating application. .

表1に示したコーティング組成物が塗布された。コーティング溶液は、ブタノールまたは水/HCl溶媒のいずれかに、表に示した金属(塩化物の塩として)を添加することによって調製された。全ての塩を溶解させるために混合した後、用意したチタンプレートの個々の試料に溶液が塗布された。コーティングは層状に塗布され、このとき各々のコーティングが別々に塗布され、そして室温で乾燥させ、次いで空気中で表に示した硬化条件で加熱した。最終のコーティングを塗布した後、試料の幾つかのものは、空気中で表のポストベークの欄に示した温度/時間の条件においてさらにベークされた。   The coating composition shown in Table 1 was applied. The coating solution was prepared by adding the metal shown in the table (as chloride salt) to either butanol or water / HCl solvent. After mixing to dissolve all the salts, the solution was applied to individual samples of the prepared titanium plates. The coatings were applied in layers, where each coating was applied separately and dried at room temperature and then heated in air at the curing conditions shown in the table. After applying the final coating, some of the samples were further baked in air at the temperature / time conditions indicated in the post-bake column of the table.

標準電極電位(Standard Electrode Potentials:SEP)(対SCE)が、コーティングされた試料について300gplのNaCl溶液中でセ氏50度において測定された。表1は測定された値を示し、挙げられた全てのコーティングについて配合物中のパラジウムの存在は、ポストベークの操作を行う場合も行わない場合も、SEPの値を低下させることが示されている。   Standard Electrode Potentials (SEP) (vs. SCE) were measured at 50 degrees Celsius in 300 gpl NaCl solution for the coated samples. Table 1 shows the measured values, indicating that the presence of palladium in the formulation for all the coatings listed reduces the value of SEP with and without post-baking operations. Yes.

実施例2
コーティングがなされた製品の三つの試料が、保管してあるものから得られた。コーティングの組成と支持体のタイプを表2に示す。
Example 2
Three samples of the coated product were obtained from what was stored. The composition of the coating and the type of support are shown in Table 2.

表面の全ての汚染物質を除去するために、コーティングした支持体#1〜3はオーブン中で450〜470℃に約5分間加熱された。次いで、試料についてSEPの測定が行われ、その値を表2に示す。データから、試料#1は前もってポストベークされたものであり、従って高いSEPの値を有することに注目されたい。   Coated substrates # 1-3 were heated in an oven to 450-470 ° C. for about 5 minutes to remove all surface contaminants. Next, SEP measurement was performed on the sample, and the value is shown in Table 2. Note from the data that sample # 1 was previously post-baked and therefore has a high SEP value.

18wt%HCl中の0.7g/l Pd(PdCl2として)の溶液が調製され、この溶液からなる一つのコーティングが試料1〜3に塗布されて、試料4〜6が作られた。コーティングは空気乾燥され、そしてコーティングを硬化させるために試料はオーブン中に460〜490℃で3〜6分間置かれた。オーブンから取り出し、そしてそれに続く冷却期間の後、試料について再びSEPの測定が行われた。表2におけるデータは、試料4はもはや高いSEPを有しておらず、この原因は塗布されたパラジウム溶液からなるトップコートにあるとすることができる、ということを示している。 A solution of 0.7 g / l Pd (as PdCl 2 ) in 18 wt% HCl was prepared and one coating consisting of this solution was applied to samples 1-3 to make samples 4-6. The coating was air dried and the sample was placed in an oven at 460-490 ° C. for 3-6 minutes to cure the coating. After removal from the oven and subsequent cooling period, the sample was again measured for SEP. The data in Table 2 shows that Sample 4 no longer has a high SEP, and this can be attributed to the topcoat consisting of the applied palladium solution.

次いで、三つの試料4〜6は470℃において90分間ポストベークされて、試料7〜9が作られ、そして再びSEPが記録された。表2におけるデータは、ポストベーク操作の
後にいずれの試料においてもSEPは増大せず、この原因は塗布されたパラジウム溶液からなるトップコートにあるとすることができる、ということを示している。
The three samples 4-6 were then post-baked at 470 ° C. for 90 minutes, samples 7-9 were made, and the SEP was recorded again. The data in Table 2 shows that the SEP does not increase in any sample after the post-bake operation, which can be attributed to the topcoat consisting of the applied palladium solution.

特許法に従って最良の形態と好ましい態様を示したが、本発明の範囲はそれらに限定されるのではなく、添付した特許請求の範囲によって示されている。
本発明は以下の態様を含む。
[1]
ハロゲン含有溶液の電気分解において用いるための電極を製造するための方法であって、それにより前記電極は前記電気分解を行う間に低い動作電位をもたらすものであり、次の工程:
a)上に中間の電極触媒コーティング層を有するバルブ金属の支持体を用意すること;
b)前記バルブ金属の支持体を本質的にパラジウム、ロジウムまたはコバルトの酸化物の1以上からなる遷移金属酸化物の混合物の溶液からなるトップコート層でコーティングすること、ここで、前記混合物はコーティングの約0.1モル%から約10モル%までの遷移金属酸化物の総含有量を与えるものである;
を含む前記方法。
[2]
前記バルブ金属の支持体はバルブ金属のメッシュ、シート、ブレード、チューブ、有孔プレートまたはワイヤの部材のうちの1以上のものであり、そして前記バルブ金属はチタン、タンタル、アルミニウム、ハフニウム、ニオブ、ジルコニウム、モリブデンまたはタングステン、これらの合金およびこれらの金属間混合物のうちの1以上である、[1]に記載の方法。
[3]
前記バルブ金属の電極基材の表面は粗くした表面であり、そして前記粗くした表面は粒界エッチング、グリットブラスト、ピーニング、研磨またはプラズマスプレーのうちの1以上によって調製される、[2]に記載の方法。
[4]
前記粗くした表面の上に前処理層としてのセラミック酸化物のバリヤー層が定着している、[3]に記載の方法。
[5]
前記中間の電極触媒コーティングは、白金族金属または白金族金属の酸化物、マグネタイト、フェライト、酸化コバルトスピネル、酸化スズ、および酸化アンチモンを含み、そして/またはバルブ金属の少なくとも一つの酸化物と白金族金属の少なくとも一つの酸化物の混合の結晶材料を含み、そして/または二酸化マンガン、二酸化鉛、プラチネート置換基、ニッケル-ニッケル酸化物またはニッケル酸化物とランタン酸化物の混合物のうちの1以上を含む、[3]に記載の方法。
[6]
前記トップコート層の前記遷移金属酸化物は酸化パラジウムであり、そして前記酸化パラジウムは約0.4モル%から約6モル%までの量で存在する、[5]に記載の方法。
[7]
前記方法は前記コーティングを加熱する工程をさらに含み、そして前記加熱は少なくとも約350℃から約550℃までの温度で少なくとも約3分から約20分までの時間にわたってベークすることによるものである、[1]に記載の方法。
[8]
前記電極は、塩素、塩素酸塩または次亜塩素酸塩のうちの1以上の製造のためのプロセスにおけるアノードである、[1]に記載の方法。
[9]
前記電極は前記電気分解を行う間に約10ミリボルトから約100ミリボルトまでの量で動作電位の低下をもたらす、[1]に記載の方法。
[10]
前記中間の電極触媒コーティング層と前記トップコート層は、浸漬スピン法、浸漬排出法、ブラシ塗布、ローラーコーティングおよびスプレー塗布のうちの1以上によって前記バルブ金属の支持体に塗布される、[1]に記載の方法。
[11]
[1]の方法によって製造された電極を含む、ハロゲン含有溶液の電気分解のための電解槽。
[12]
ハロゲン含有溶液の電気分解において用いるための電極であって、前記電極は上に電極触媒コーティングを有していて、前記電極は、
バルブ金属の電極基材と、
前記バルブ金属の電極基材の上の電気化学的に活性なコーティングからなるコーティング層を含み、前記コーティングは、
a)コーティングの約0.1モルパーセントから約10モルパーセントまでの遷移金属酸化物の総含有量になる、本質的にパラジウム、ロジウムまたはコバルトの酸化物の1以上からなる遷移金属酸化物の混合物、
b)白金族金属酸化物の混合物と25モルパーセント以下の量で選択的に含まれるバルブ金属酸化物、このとき前記白金族金属酸化物の混合物は本質的にルテニウムとイリジウムの酸化物の1以上からなり、その比率は、コーティング中に存在する金属の100モルパーセントにつき、約5モルパーセントから約50モルパーセントまでのルテニウムと約50モルパーセントから約95モルパーセントまでのイリジウムとなる比率である、
を含み、
前記電気化学的に活性なコーティングは前記セルにおいて低い動作電位をもたらすものである、前記電極。
[13]
前記バルブ金属の電極基材はバルブ金属のメッシュ、シート、ブレード、チューブ、有孔プレートまたはワイヤの部材である、[12]に記載の電極。
[14]
前記バルブ金属の電極基材はチタン、タンタル、アルミニウム、ハフニウム、ニオブ、ジルコニウム、モリブデンまたはタングステン、これらの合金およびこれらの金属間混合物のうちの1以上である、[13]に記載の電極。
[15]
前記バルブ金属の電極基材の表面は粗くした表面であり、そして前記表面は粒界エッチング、グリットブラスト、ピーニング、研磨または熱スプレーのうちの1以上によって粗くされている、[14]に記載の電極。
[16]
前記粗くした表面の上に前処理層としてのセラミック酸化物のバリヤー層が定着している、[15]に記載の電極。
[17]
前記電極触媒コーティングは前記バルブ金属酸化物を含む、[14]に記載の電極。
[18]
前記バルブ金属酸化物は酸化チタン、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化スズのうちの1以上であり、そして前記バルブ金属酸化物は約0.1モルパーセントから約25モルパーセントまでの量で存在する、[17]に記載の電極。
[19]
酸化ルテニウム対酸化イリジウムのモル比はおよそ1:1からおよそ1:4までである、[15]に記載の電極。
[20]
前記白金族金属酸化物と前記バルブ金属酸化物のモル比はおよそ4:1からおよそ1:4までの範囲内である、[16]に記載の電極。
[21]
前記電極触媒コーティングの上にバルブ金属酸化物のコーティングまたは酸化スズのコーティング、またはこれらの混合物を含む少なくとも一つのトップコート層が定着している、[20]に記載の電極。
[22]
前記バルブ金属酸化物のトップコート層は、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、モリブデン、アルミニウム、ハフニウム、またはタングステンからなる群から選択される酸化物を含む、[21]に記載の電極。
[23]
前記トップコート層はSb、F、Cl、Mo、W、Ta、Ru、Ir、Pt、Rh、Pd、またはInおよびこれらの酸化物のうちの1以上をドープした酸化スズのコーティング層であり、そして前記ドープ剤は約0.1%から約20%までの範囲の量である、[21]に記載の電極。
[24]
前記遷移金属酸化物は酸化パラジウムであり、そして前記酸化パラジウムは約0.4モル%から約6モル%までの量で存在する、[12]に記載の電極。
[25]
前記コーティングはさらに、コーティングの金属含有量の100モルパーセントにつき、酸化イリジウムを約1モルパーセントから約25モルパーセントまでの量で含み、そしてルテニウム金属対イリジウムの比率はおよそ1:1からおよそ99:1までである、[12]に記載の電極。
[26]
ハロゲン含有溶液の電気分解のための電極触媒プロセスにおいて用いるためのバルブ金属支持体からなる電極であって、前記バルブ金属支持体は上に電極触媒表面コーティングを有していて、前記コーティングは本質的に、パラジウム、ロジウムまたはコバルトのうちの1以上の遷移金属の酸化物の混合物に酸化ルテニウム、酸化チタン、および酸化スズまたは酸化アンチモンの1以上を組合わせたものからなり、前記混合物は、コーティング中の金属含有量の100モルパーセントにつき、少なくとも約0.1モルパーセントから約10モルパーセントまでの前記遷移金属酸化物、少なくとも約10モルパーセントから約30モルパーセントまでのルテニウム、および少なくとも約50モルパーセントから約85モルパーセントまでのチタンを与え、これにより前記電極触媒コーティングは前記セルにおいて低い動作電位をもたらすものである、前記電極。
[27]
前記バルブ金属支持体はチタン、タンタル、ジルコニウム、ニオブ、タングステン、アルミニウム、これらの合金および金属間混合物のうちの1以上であり、そして前記支持体はメッシュ、シート、ブレード、チューブ、有孔プレートまたはワイヤの形態になっている、[26]に記載の電極。
[28]
前記バルブ金属支持体の表面は粗くした表面であり、そして前記表面は粒界エッチング、グリットブラスト、ピーニング、研磨、または熱スプレーのうちの1以上によって粗くされている、[27]に記載の電極。
[29]
コーティングの金属含有量の100モルパーセントにつき、前記酸化ルテニウムは約10モルパーセントから約25モルパーセントまでの量で存在し、そして前記チタンは約60モルパーセントから約75モルパーセントまでの量で存在する、[28]に記載の電極。
[30]
前記コーティングは、コーティングの金属含有量の100モルパーセントにつき、約5モルパーセントから約20モルパーセントまでの酸化アンチモンを含む、[26]に記載の電極。
[31]
前記コーティングは、コーティングの金属含有量の100モルパーセントにつき、約2モルパーセントから約20モルパーセントまでの酸化スズを含む、[26]に記載の電極。
[32]
前記コーティングは、コーティングの金属含有量の100モルパーセントにつき、約10モルパーセントから約15モルパーセントまでの酸化アンチモンと約2モルパーセントから約15モルパーセントまでの酸化スズを含む、[26]に記載の電極。
[33]
ルテニウム金属対アンチモンまたはスズの比率はおよそ2:1からおよそ0.1:1までであり、そしてチタン対アンチモンまたはスズの比率はおよそ19:1からおよそ1:1までである、[26]に記載の電極。
[34]
前記コーティングは水をベースとするコーティングである、[26]に記載の電極。
[35]
前記コーティングはさらに、コーティングの金属含有量の100モルパーセントにつき、酸化イリジウムを約1モルパーセントから約25モルパーセントまでの量で含み、そしてルテニウム金属対イリジウムの比率はおよそ1:1からおよそ99:1までである、[26]に記載の電極。
[36]
前記電極は前記電気分解を行う間に約10ミリボルトから約100ミリボルトまでの量で動作電位の低下をもたらす、[26]に記載の電極。
[37]
[26]の方法によって製造された電極を含む、クロロ-アルカリ溶液の電気分解のための電解槽。
[38]
ハロゲン含有溶液の電気分解において用いるための電極であって、前記電極は上に電極触媒表面コーティングを有するバルブ金属支持体を含み、前記表面コーティングは本質的に、パラジウム、ロジウムまたはコバルトのうちの1以上の遷移金属の酸化物の混合物に酸化ルテニウム、酸化イリジウムおよび酸化チタンを組合わせたものからなり、前記混合物は、コーティング中に存在する酸化物の100モルパーセントにつき、少なくとも約0.1モルパーセントから約10モルパーセントまでの前記遷移金属酸化物、少なくとも約15モルパーセントで25モルパーセント未満の酸化イリジウム、約35モルパーセントから約50モルパーセントまでの酸化ルテニウム、および少なくとも約30モルパーセントで45モルパーセント未満の酸化チタンを与え、これによりコーティングは1:1未満の酸化チタン対イリジウムとルテニウムの酸化物の合計のモル比を有し、また酸化ルテニウム対酸化イリジウムのモル比は1.5:1より大きく3:1までであり、これにより前記電極触媒コーティングは前記セルにおいて低い動作電位をもたらすものである、前記電極。
[39]
前記バルブ金属支持体はチタン、タンタル、ジルコニウム、ニオブ、タングステン、アルミニウム、これらの合金および金属間混合物のうちの1以上であり、そして前記支持体はメッシュ、シート、ブレード、チューブ、有孔プレートまたはワイヤの形態になっている、[37]に記載の電極。
[40]
前記バルブ金属支持体の表面は粗くした表面であり、そして前記表面は粒界エッチング、グリットブラスト、ピーニング、研磨、または熱スプレーのうちの1以上によって粗くされている、[38]に記載の電極。
[41]
前記遷移金属酸化物は酸化パラジウムであり、そして前記酸化パラジウムは約0.4モル%から約6モル%までの量で存在する、[37]に記載の電極。
[42]
前記表面コーティングは、少なくとも約350℃から約550℃までの温度で少なくとも約3分から約20分までの時間にわたってベークすることによって加熱される、[38]に記載の方法。
[43]
[38]の方法によって製造された電極を含む、ハロゲン含有溶液の電気分解のための電解槽。
[44]
前記動作電位は約10ミリボルトから約100ミリボルトまでの量で低下する、[38]に記載の方法。
[45]
ハロゲン含有溶液の電気分解において用いるための電極であって、前記電極は上に電極触媒表面コーティングを有するバルブ金属支持体を含み、前記表面コーティングは本質的に、パラジウム、ロジウムまたはコバルトのうちの1以上の遷移金属の酸化物の混合物に酸化ルテニウム、酸化イリジウムおよび酸化チタンを組合わせたものからなり、前記混合物は、少なくとも約0.1モルパーセントから約10モルパーセントまでの前記遷移金属酸化物、約10モルパーセントから約30モルパーセントまでのルテニウム、約2モルパーセントから約20モルパーセントまでのイリジウム、および約50モルパーセントから約85モルパーセントまでのチタンを与え、これにより前記電極触媒コーティングは前記セルにおいて低い動作電位をもたらすものである、前記電極。
[46]
前記バルブ金属支持体はチタン、タンタル、ジルコニウム、ニオブ、タングステン、アルミニウム、これらの合金および金属間混合物のうちの1以上であり、そして前記支持体はメッシュ、シート、ブレード、チューブ、有孔プレートまたはワイヤの形態になっている、[45]に記載の電極。
[47]
前記バルブ金属支持体の表面は粗くした表面であり、そして前記表面は粒界エッチング、グリットブラスト、ピーニング、研磨、または熱スプレーのうちの1以上によって粗くされている、[46]に記載の電極。
[48]
前記遷移金属酸化物は酸化パラジウムであり、そして前記酸化パラジウムは約0.4モル%から約6モル%までの量で存在する、[45]に記載の電極。
[49]
前記表面コーティングは、少なくとも約350℃から約550℃までの温度で少なくとも約3分から約20分までの時間にわたってベークすることによって加熱される、[47]に記載の方法。
[50]
[45]の方法によって製造された電極を含む、ハロゲン含有溶液の電気分解のための電解槽。
[51]
前記動作電位は約10ミリボルトから約100ミリボルトまでの量で低下する、[45]に記載の方法。
While the best mode and preferred embodiments have been shown according to the patent law, the scope of the invention is not limited thereto but is indicated by the appended claims.
The present invention includes the following aspects.
[1]
A method for producing an electrode for use in electrolysis of a halogen-containing solution, whereby the electrode provides a low operating potential during the electrolysis, the following steps:
a) providing a valve metal support having an intermediate electrocatalyst coating layer thereon;
b) coating the valve metal support with a topcoat layer consisting essentially of a solution of a mixture of transition metal oxides consisting of one or more of palladium, rhodium or cobalt oxides, wherein the mixture is a coating Giving a total transition metal oxide content of from about 0.1 mol% to about 10 mol%;
Including said method.
[2]
The valve metal support is one or more of a valve metal mesh, sheet, blade, tube, perforated plate or wire member, and the valve metal is titanium, tantalum, aluminum, hafnium, niobium, The method according to [1], wherein the method is one or more of zirconium, molybdenum or tungsten, alloys thereof, and intermetallic mixtures thereof.
[3]
The surface of the valve metal electrode substrate is a roughened surface, and the roughened surface is prepared by one or more of grain boundary etching, grit blasting, peening, polishing or plasma spraying. the method of.
[4]
The method according to [3], wherein a barrier layer of ceramic oxide as a pretreatment layer is fixed on the roughened surface.
[5]
The intermediate electrocatalyst coating includes a platinum group metal or platinum group metal oxide, magnetite, ferrite, cobalt oxide spinel, tin oxide, and antimony oxide, and / or at least one oxide of the valve metal and the platinum group. A crystalline material of a mixture of at least one oxide of metal and / or one or more of manganese dioxide, lead dioxide, platinate substituents, nickel-nickel oxide or a mixture of nickel oxide and lanthanum oxide The method according to [3].
[6]
The method of [5], wherein the transition metal oxide of the topcoat layer is palladium oxide and the palladium oxide is present in an amount from about 0.4 mol% to about 6 mol%.
[7]
The method further comprises heating the coating, and the heating is by baking at a temperature of at least about 350 ° C. to about 550 ° C. for a time of at least about 3 minutes to about 20 minutes, [1 ] Method.
[8]
The method according to [1], wherein the electrode is an anode in a process for the production of one or more of chlorine, chlorate or hypochlorite.
[9]
The method of [1], wherein the electrode provides a reduction in operating potential in an amount from about 10 millivolts to about 100 millivolts during the electrolysis.
[10]
The intermediate electrocatalyst coating layer and the topcoat layer are applied to the valve metal support by one or more of immersion spin method, immersion discharge method, brush coating, roller coating and spray coating. [1] The method described in 1.
[11]
An electrolytic cell for electrolysis of a halogen-containing solution, comprising an electrode produced by the method of [1].
[12]
An electrode for use in electrolysis of a halogen-containing solution, the electrode having an electrocatalytic coating thereon, the electrode comprising:
A valve metal electrode substrate;
Comprising a coating layer comprising an electrochemically active coating on the valve metal electrode substrate, the coating comprising:
a) a mixture of transition metal oxides consisting essentially of one or more of palladium, rhodium or cobalt oxides, resulting in a total transition metal oxide content of from about 0.1 mole percent to about 10 mole percent of the coating. ,
b) a valve metal oxide selectively included in a platinum group metal oxide mixture in an amount up to 25 mole percent, wherein the platinum group metal oxide mixture is essentially one or more of ruthenium and iridium oxides. The ratio is about 5 mole percent to about 50 mole percent ruthenium and about 50 mole percent to about 95 mole percent iridium per 100 mole percent of the metal present in the coating.
Including
The electrode, wherein the electrochemically active coating provides a low operating potential in the cell.
[13]
The electrode according to [12], wherein the valve metal electrode base material is a valve metal mesh, sheet, blade, tube, perforated plate, or wire member.
[14]
The electrode substrate according to [13], wherein the valve metal electrode base material is one or more of titanium, tantalum, aluminum, hafnium, niobium, zirconium, molybdenum or tungsten, alloys thereof, and mixtures of these metals.
[15]
[14] The surface of the valve metal electrode substrate is a roughened surface, and the surface is roughened by one or more of grain boundary etching, grit blasting, peening, polishing or thermal spraying. electrode.
[16]
The electrode according to [15], wherein a ceramic oxide barrier layer as a pretreatment layer is fixed on the roughened surface.
[17]
The electrode according to [14], wherein the electrocatalyst coating includes the valve metal oxide.
[18]
The valve metal oxide is one or more of titanium oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, niobium oxide, hafnium oxide, tin oxide, and the valve metal oxide is from about 0.1 mole percent to about 25 mole percent. The electrode according to [17], which is present in an amount of
[19]
The electrode of [15], wherein the molar ratio of ruthenium oxide to iridium oxide is from about 1: 1 to about 1: 4.
[20]
The electrode according to [16], wherein the molar ratio of the platinum group metal oxide to the valve metal oxide is in the range of about 4: 1 to about 1: 4.
[21]
The electrode according to [20], wherein at least one topcoat layer comprising a valve metal oxide coating, a tin oxide coating, or a mixture thereof is fixed on the electrocatalyst coating.
[22]
The electrode according to [21], wherein the top coat layer of the valve metal oxide includes an oxide selected from the group consisting of titanium, tantalum, niobium, zirconium, molybdenum, aluminum, hafnium, or tungsten.
[23]
The topcoat layer is a tin oxide coating layer doped with Sb, F, Cl, Mo, W, Ta, Ru, Ir, Pt, Rh, Pd, or In and one or more of these oxides, The electrode according to [21], wherein the dopant is in an amount ranging from about 0.1% to about 20%.
[24]
The electrode of [12], wherein the transition metal oxide is palladium oxide, and the palladium oxide is present in an amount from about 0.4 mol% to about 6 mol%.
[25]
The coating further comprises iridium oxide in an amount from about 1 mole percent to about 25 mole percent per 100 mole percent of the metal content of the coating, and the ruthenium metal to iridium ratio is from about 1: 1 to about 99: The electrode according to [12], which is up to 1.
[26]
An electrode comprising a valve metal support for use in an electrocatalytic process for the electrolysis of halogen-containing solutions, the valve metal support having an electrocatalytic surface coating thereon, the coating essentially And a mixture of one or more transition metal oxides of palladium, rhodium or cobalt with one or more of ruthenium oxide, titanium oxide, and tin oxide or antimony oxide, the mixture being coated At least about 0.1 mole percent to about 10 mole percent of the transition metal oxide, at least about 10 mole percent to about 30 mole percent ruthenium, and at least about 50 mole percent per 100 mole percent of the metal content of Up to about 85 mole percent titanium The electrode, whereby the electrocatalytic coating provides a low operating potential in the cell.
[27]
The valve metal support is one or more of titanium, tantalum, zirconium, niobium, tungsten, aluminum, alloys thereof and intermetallic mixtures, and the support is a mesh, sheet, blade, tube, perforated plate or The electrode according to [26], which is in the form of a wire.
[28]
The electrode according to [27], wherein the surface of the valve metal support is a roughened surface, and the surface is roughened by one or more of grain boundary etching, grit blasting, peening, polishing, or thermal spraying. .
[29]
For every 100 mole percent of the metal content of the coating, the ruthenium oxide is present in an amount from about 10 mole percent to about 25 mole percent, and the titanium is present in an amount from about 60 mole percent to about 75 mole percent. The electrode according to [28].
[30]
The electrode of [26], wherein the coating comprises from about 5 mole percent to about 20 mole percent of antimony oxide per 100 mole percent of the metal content of the coating.
[31]
The electrode of [26], wherein the coating comprises from about 2 mole percent to about 20 mole percent tin oxide per 100 mole percent of the metal content of the coating.
[32]
The coating according to [26], wherein the coating comprises from about 10 mole percent to about 15 mole percent antimony oxide and from about 2 mole percent to about 15 mole percent tin oxide per 100 mole percent of the metal content of the coating. Electrodes.
[33]
The ratio of ruthenium metal to antimony or tin is from about 2: 1 to about 0.1: 1 and the ratio of titanium to antimony or tin is from about 19: 1 to about 1: 1, [26] The electrode as described.
[34]
The electrode according to [26], wherein the coating is a water-based coating.
[35]
The coating further comprises iridium oxide in an amount from about 1 mole percent to about 25 mole percent per 100 mole percent of the metal content of the coating, and the ruthenium metal to iridium ratio is from about 1: 1 to about 99: The electrode according to [26], which is up to 1.
[36]
The electrode of [26], wherein the electrode provides a reduction in operating potential in an amount from about 10 millivolts to about 100 millivolts during the electrolysis.
[37]
An electrolytic cell for electrolysis of a chloro-alkali solution, comprising an electrode produced by the method of [26].
[38]
An electrode for use in electrolysis of a halogen-containing solution, said electrode comprising a valve metal support having an electrocatalytic surface coating thereon, said surface coating consisting essentially of one of palladium, rhodium or cobalt. A mixture of the above transition metal oxides in combination with ruthenium oxide, iridium oxide and titanium oxide, said mixture being at least about 0.1 mole percent per 100 mole percent of oxide present in the coating. Up to about 10 mole percent of the transition metal oxide, at least about 15 mole percent to less than 25 mole percent iridium oxide, from about 35 mole percent to about 50 mole percent ruthenium oxide, and at least about 30 mole percent to 45 moles Less than percent acid The coating has a titanium oxide to iridium and ruthenium oxide molar ratio of less than 1: 1, and the molar ratio of ruthenium oxide to iridium oxide is greater than 1.5: 1 3 The electrode, wherein the electrode catalyst coating provides a low operating potential in the cell.
[39]
The valve metal support is one or more of titanium, tantalum, zirconium, niobium, tungsten, aluminum, alloys thereof and intermetallic mixtures, and the support is a mesh, sheet, blade, tube, perforated plate or The electrode of [37], which is in the form of a wire.
[40]
The electrode according to [38], wherein the surface of the valve metal support is a roughened surface, and the surface is roughened by one or more of grain boundary etching, grit blasting, peening, polishing, or thermal spraying. .
[41]
The electrode of [37], wherein the transition metal oxide is palladium oxide and the palladium oxide is present in an amount from about 0.4 mol% to about 6 mol%.
[42]
The method of [38], wherein the surface coating is heated by baking at a temperature of at least about 350 ° C. to about 550 ° C. for a time of at least about 3 minutes to about 20 minutes.
[43]
An electrolytic cell for electrolysis of a halogen-containing solution, comprising an electrode produced by the method of [38].
[44]
The method of [38], wherein the operating potential is reduced in an amount from about 10 millivolts to about 100 millivolts.
[45]
An electrode for use in electrolysis of a halogen-containing solution, said electrode comprising a valve metal support having an electrocatalytic surface coating thereon, said surface coating consisting essentially of one of palladium, rhodium or cobalt. A mixture of the above transition metal oxides in combination with ruthenium oxide, iridium oxide and titanium oxide, the mixture comprising at least about 0.1 mole percent to about 10 mole percent of the transition metal oxide; From about 10 mole percent to about 30 mole percent ruthenium, from about 2 mole percent to about 20 mole percent iridium, and from about 50 mole percent to about 85 mole percent titanium, whereby the electrocatalytic coating is The cell has a low operating potential The electrode.
[46]
The valve metal support is one or more of titanium, tantalum, zirconium, niobium, tungsten, aluminum, alloys thereof and intermetallic mixtures, and the support is a mesh, sheet, blade, tube, perforated plate or The electrode according to [45], which is in the form of a wire.
[47]
The electrode according to [46], wherein the surface of the valve metal support is a roughened surface, and the surface is roughened by one or more of grain boundary etching, grit blasting, peening, polishing, or thermal spraying. .
[48]
The electrode of [45], wherein the transition metal oxide is palladium oxide and the palladium oxide is present in an amount from about 0.4 mol% to about 6 mol%.
[49]
The method of [47], wherein the surface coating is heated by baking at a temperature of at least about 350 ° C. to about 550 ° C. for a time of at least about 3 minutes to about 20 minutes.
[50]
An electrolytic cell for electrolysis of a halogen-containing solution, comprising an electrode produced by the method of [45].
[51]
The method of [45], wherein the operating potential is reduced in an amount from about 10 millivolts to about 100 millivolts.

Claims (29)

ハロゲン含有溶液の電気分解において用いるための電極であって、前記電極は上に電極触媒コーティングを有していて、前記電極は、
バルブ金属の電極基材と、
前記バルブ金属の電極基材の上の電気化学的に活性なコーティングからなるコーティング層を含み、前記コーティングは、
a)コーティングの約0.1モルパーセントから約10モルパーセントまでの遷移金属酸化物の総含有量になる、本質的にパラジウム、ロジウムまたはコバルトの酸化物の1以上からなる遷移金属酸化物の混合物、
b)白金族金属酸化物の混合物と25モルパーセント以下の量で選択的に含まれるバルブ金属酸化物、ここで前記白金族金属酸化物の混合物は本質的にルテニウムとイリジウムの酸化物の1以上からなり、その比率は、コーティング中に存在する金属の100モルパーセントにつき、約5モルパーセントから約50モルパーセントまでのルテニウムと約50モルパーセントから約95モルパーセントまでのイリジウムとなる比率である、
を含み、
前記電気化学的に活性なコーティングは前記セルにおいて低い動作電位をもたらすものである、前記電極。
An electrode for use in electrolysis of a halogen-containing solution, the electrode having an electrocatalytic coating thereon, the electrode comprising:
A valve metal electrode substrate;
Comprising a coating layer comprising an electrochemically active coating on the valve metal electrode substrate, the coating comprising:
a) a mixture of transition metal oxides consisting essentially of one or more of palladium, rhodium or cobalt oxides, resulting in a total transition metal oxide content of from about 0.1 mole percent to about 10 mole percent of the coating. ,
b) a valve metal oxide selectively included in a platinum group metal oxide mixture in an amount up to 25 mole percent, wherein the platinum group metal oxide mixture is essentially one or more of ruthenium and iridium oxides. The ratio is about 5 mole percent to about 50 mole percent ruthenium and about 50 mole percent to about 95 mole percent iridium per 100 mole percent of the metal present in the coating.
Including
The electrode, wherein the electrochemically active coating provides a low operating potential in the cell.
前記バルブ金属の電極基材はバルブ金属のメッシュ、シート、ブレード、チューブ、有孔プレートまたはワイヤの部材であり、そして前記バルブ金属の電極基材はチタン、タンタル、アルミニウム、ハフニウム、ニオブ、ジルコニウム、モリブデンまたはタングステン、これらの合金およびこれらの金属間混合物のうちの1以上である、請求項1に記載の電極。   The valve metal electrode substrate is a member of valve metal mesh, sheet, blade, tube, perforated plate or wire, and the valve metal electrode substrate is titanium, tantalum, aluminum, hafnium, niobium, zirconium, The electrode of claim 1, wherein the electrode is one or more of molybdenum or tungsten, alloys thereof, and intermetallic mixtures thereof. 前記バルブ金属の電極基材の表面は粗くした表面であり、そして前記表面は粒界エッチング、グリットブラスト、ピーニング、研磨または熱スプレーのうちの1以上によって粗くされている、請求項2に記載の電極。   The surface of the valve metal electrode substrate is a roughened surface, and the surface is roughened by one or more of grain boundary etching, grit blasting, peening, polishing or thermal spraying. electrode. 前記粗くした表面の上に前処理層としてのセラミック酸化物のバリヤー層が定着している、請求項3に記載の電極。   4. The electrode according to claim 3, wherein a barrier layer of ceramic oxide as a pretreatment layer is fixed on the roughened surface. 前記電極触媒コーティングは前記バルブ金属酸化物を含む、請求項2に記載の電極。   The electrode of claim 2, wherein the electrocatalytic coating comprises the valve metal oxide. 前記バルブ金属酸化物は酸化チタン、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化スズのうちの1以上であり、そして前記バルブ金属酸化物は約0.1モルパーセントから約25モルパーセントまでの量で存在する、請求項5に記載の電極。   The valve metal oxide is one or more of titanium oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, niobium oxide, hafnium oxide, tin oxide, and the valve metal oxide is from about 0.1 mole percent to about 25 mole percent. The electrode of claim 5, wherein the electrode is present in an amount of 酸化ルテニウム対酸化イリジウムのモル比はおよそ1:1からおよそ1:4までである、請求項3に記載の電極。   4. The electrode of claim 3, wherein the molar ratio of ruthenium oxide to iridium oxide is from about 1: 1 to about 1: 4. 前記白金族金属酸化物と前記バルブ金属酸化物のモル比はおよそ4:1からおよそ1:4までの範囲内である、請求項4に記載の電極。   The electrode of claim 4, wherein the molar ratio of the platinum group metal oxide to the valve metal oxide is in the range of approximately 4: 1 to approximately 1: 4. 前記電極触媒コーティングの上にバルブ金属酸化物のコーティングまたは酸化スズのコーティング、またはこれらの混合物を含む少なくとも一つのトップコート層が定着している、請求項8に記載の電極。   9. The electrode of claim 8, wherein at least one topcoat layer comprising a valve metal oxide coating, a tin oxide coating, or a mixture thereof is fixed on the electrocatalyst coating. 前記遷移金属酸化物は酸化パラジウムであり、そして前記酸化パラジウムは約0.1モル%から約8モル%までの量で存在する、請求項1に記載の電極。   The electrode of claim 1, wherein the transition metal oxide is palladium oxide and the palladium oxide is present in an amount from about 0.1 mol% to about 8 mol%. 前記コーティングはさらに、コーティングの金属含有量の100モルパーセントにつき、酸化イリジウムを約1モルパーセントから約25モルパーセントまでの量で含み、そしてルテニウム金属対イリジウムの比率はおよそ1:1からおよそ99:1までである、請求項1に記載の電極。   The coating further comprises iridium oxide in an amount from about 1 mole percent to about 25 mole percent per 100 mole percent of the metal content of the coating, and the ruthenium metal to iridium ratio is from about 1: 1 to about 99: The electrode according to claim 1, wherein the number is 1. ハロゲン含有溶液の電気分解のための電極触媒プロセスにおいて用いるためのバルブ金属支持体からなる電極であって、前記バルブ金属支持体は上に電極触媒表面コーティングを有していて、前記コーティングは本質的に、パラジウム、ロジウムまたはコバルトのうちの1以上の遷移金属の酸化物の混合物に酸化ルテニウム、酸化チタン、および酸化スズまたは酸化アンチモンの1以上を組合わせたものからなり、前記混合物は、コーティング中の金属含有量の100モルパーセントにつき、少なくとも約0.1モルパーセントから約10モルパーセントまでの前記遷移金属酸化物、少なくとも約10モルパーセントから約30モルパーセントまでのルテニウム、および少なくとも約50モルパーセントから約85モルパーセントまでのチタンを与え、これにより前記電極触媒コーティングは前記セルにおいて低い動作電位をもたらすものである、前記電極。   An electrode comprising a valve metal support for use in an electrocatalytic process for the electrolysis of halogen-containing solutions, the valve metal support having an electrocatalytic surface coating thereon, the coating essentially And a mixture of one or more transition metal oxides of palladium, rhodium or cobalt with one or more of ruthenium oxide, titanium oxide, and tin oxide or antimony oxide, the mixture being coated At least about 0.1 mole percent to about 10 mole percent of the transition metal oxide, at least about 10 mole percent to about 30 mole percent ruthenium, and at least about 50 mole percent per 100 mole percent of the metal content of Up to about 85 mole percent titanium The electrode, whereby the electrocatalytic coating provides a low operating potential in the cell. コーティングの金属含有量の100モルパーセントにつき、前記酸化ルテニウムは約10モルパーセントから約25モルパーセントまでの量で存在し、そして前記チタンは約60モルパーセントから約75モルパーセントまでの量で存在する、請求項12に記載の電極。   For every 100 mole percent of the metal content of the coating, the ruthenium oxide is present in an amount from about 10 mole percent to about 25 mole percent, and the titanium is present in an amount from about 60 mole percent to about 75 mole percent. The electrode according to claim 12. 前記コーティングは、コーティングの金属含有量の100モルパーセントにつき、約5モルパーセントから約20モルパーセントまでの酸化アンチモンを含む、請求項12に記載の電極。   13. The electrode of claim 12, wherein the coating comprises from about 5 mole percent to about 20 mole percent antimony oxide per 100 mole percent of the metal content of the coating. 前記コーティングは、コーティングの金属含有量の100モルパーセントにつき、約2モルパーセントから約20モルパーセントまでの酸化スズを含む、請求項12に記載の電極。   The electrode of claim 12, wherein the coating comprises from about 2 mole percent to about 20 mole percent tin oxide per 100 mole percent of the metal content of the coating. 前記コーティングは、コーティングの金属含有量の100モルパーセントにつき、約10モルパーセントから約15モルパーセントまでの酸化アンチモンと約2モルパーセントから約15モルパーセントまでの酸化スズを含む、請求項12に記載の電極。   13. The coating of claim 12, wherein the coating comprises from about 10 mole percent to about 15 mole percent antimony oxide and from about 2 mole percent to about 15 mole percent tin oxide per 100 mole percent of the metal content of the coating. Electrodes. ルテニウム金属対アンチモンまたはスズの比率はおよそ2:1からおよそ0.1:1までであり、そしてチタン対アンチモンまたはスズの比率はおよそ19:1からおよそ1:1までである、請求項12に記載の電極。   The ratio of ruthenium metal to antimony or tin is from about 2: 1 to about 0.1: 1 and the ratio of titanium to antimony or tin is from about 19: 1 to about 1: 1. The electrode as described. 前記コーティングは水をベースとするコーティングである、請求項12に記載の電極。   13. An electrode according to claim 12, wherein the coating is a water based coating. 前記コーティングはさらに、コーティングの金属含有量の100モルパーセントにつき、酸化イリジウムを約1モルパーセントから約25モルパーセントまでの量で含み、そしてルテニウム金属対イリジウムの比率はおよそ1:1からおよそ99:1までである、請求項12に記載の電極。   The coating further comprises iridium oxide in an amount from about 1 mole percent to about 25 mole percent per 100 mole percent of the metal content of the coating, and the ruthenium metal to iridium ratio is from about 1: 1 to about 99: The electrode according to claim 12, wherein the number is 1. 前記電極は前記電気分解を行う間に約10ミリボルトから約100ミリボルトまでの量で動作電位の低下をもたらす、請求項12に記載の電極。   The electrode of claim 12, wherein the electrode provides a reduction in operating potential in an amount from about 10 millivolts to about 100 millivolts during the electrolysis. 請求項12の電極を含む、クロロ-アルカリ溶液の電気分解のための電解槽。   An electrolytic cell for electrolysis of a chloro-alkali solution comprising the electrode of claim 12. ハロゲン含有溶液の電気分解において用いるための電極であって、前記電極は上に電極触媒表面コーティングを有するバルブ金属支持体を含み、前記表面コーティングは本質的に、パラジウム、ロジウムまたはコバルトのうちの1以上の遷移金属の酸化物の混合物に酸化ルテニウム、酸化イリジウムおよび酸化チタンを組合わせたものからなり、前記混合物は、コーティング中に存在する酸化物の100モルパーセントにつき、少なくとも約0.1モルパーセントから約10モルパーセントまでの前記遷移金属酸化物、少なくとも約15モルパーセントで25モルパーセント未満の酸化イリジウム、約35モルパーセントから約50モルパーセントまでの酸化ルテニウム、および少なくとも約30モルパーセントで45モルパーセント未満の酸化チタンを与え、これによりコーティングは1:1未満の酸化チタン対イリジウムとルテニウムの酸化物の合計のモル比を有し、また酸化ルテニウム対酸化イリジウムのモル比は1.5:1より大きく3:1までであり、これにより前記電極触媒コーティングは前記セルにおいて低い動作電位をもたらすものである、前記電極。   An electrode for use in electrolysis of a halogen-containing solution, said electrode comprising a valve metal support having an electrocatalytic surface coating thereon, said surface coating consisting essentially of one of palladium, rhodium or cobalt. A mixture of the above transition metal oxides in combination with ruthenium oxide, iridium oxide and titanium oxide, said mixture being at least about 0.1 mole percent per 100 mole percent of oxide present in the coating. Up to about 10 mole percent of the transition metal oxide, at least about 15 mole percent to less than 25 mole percent iridium oxide, from about 35 mole percent to about 50 mole percent ruthenium oxide, and at least about 30 mole percent to 45 moles Less than percent acid The coating has a titanium oxide to iridium and ruthenium oxide molar ratio of less than 1: 1, and the molar ratio of ruthenium oxide to iridium oxide is greater than 1.5: 1 3 The electrode, wherein the electrode catalyst coating provides a low operating potential in the cell. 前記遷移金属酸化物は酸化パラジウムであり、そして前記酸化パラジウムは約0.1モル%から約8モル%までの量で存在する、請求項22に記載の電極。   23. The electrode of claim 22, wherein the transition metal oxide is palladium oxide and the palladium oxide is present in an amount from about 0.1 mol% to about 8 mol%. 請求項22の電極を含む、ハロゲン含有溶液の電気分解のための電解槽。   23. An electrolytic cell for electrolysis of a halogen-containing solution comprising the electrode of claim 22. 前記動作電位は約10ミリボルトから約100ミリボルトまでの量で低下する、請求項22に記載の電極。   23. The electrode of claim 22, wherein the operating potential is reduced in an amount from about 10 millivolts to about 100 millivolts. ハロゲン含有溶液の電気分解において用いるための電極であって、前記電極は上に電極触媒表面コーティングを有するバルブ金属支持体を含み、前記表面コーティングは本質的に、パラジウム、ロジウムまたはコバルトのうちの1以上の遷移金属の酸化物の混合物に酸化ルテニウム、酸化イリジウムおよび酸化チタンを組合わせたものからなり、前記混合物は、少なくとも約0.1モルパーセントから約10モルパーセントまでの前記遷移金属酸化物、約10モルパーセントから約30モルパーセントまでのルテニウム、約2モルパーセントから約20モルパーセントまでのイリジウム、および約50モルパーセントから約85モルパーセントまでのチタンを与え、これにより前記電極触媒コーティングは前記セルにおいて低い動作電位をもたらすものである、前記電極。   An electrode for use in electrolysis of a halogen-containing solution, said electrode comprising a valve metal support having an electrocatalytic surface coating thereon, said surface coating consisting essentially of one of palladium, rhodium or cobalt. A mixture of the above transition metal oxides in combination with ruthenium oxide, iridium oxide and titanium oxide, the mixture comprising at least about 0.1 mole percent to about 10 mole percent of the transition metal oxide; From about 10 mole percent to about 30 mole percent ruthenium, from about 2 mole percent to about 20 mole percent iridium, and from about 50 mole percent to about 85 mole percent titanium, whereby the electrocatalytic coating is The cell has a low operating potential The electrode. 前記遷移金属酸化物は酸化パラジウムであり、そして前記酸化パラジウムは約0.1モル%から約8モル%までの量で存在する、請求項26に記載の電極。   27. The electrode of claim 26, wherein the transition metal oxide is palladium oxide and the palladium oxide is present in an amount from about 0.1 mol% to about 8 mol%. 請求項26の電極を含む、ハロゲン含有溶液の電気分解のための電解槽。   27. An electrolytic cell for electrolysis of a halogen-containing solution comprising the electrode of claim 26. 前記動作電位は約10ミリボルトから約100ミリボルトまでの量で低下する、請求項26に記載の電極。   27. The electrode of claim 26, wherein the operating potential is reduced in an amount from about 10 millivolts to about 100 millivolts.
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