JP2013095922A - 過塩素酸塩製造装置、および、過塩素酸塩製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】不純物となるアルカリ金属イオンを極めて低減させた過塩素酸塩を製造する。
【解決手段】過塩素酸塩製造装置１００は、塩素酸イオンとナトリウムイオンを含む水溶液が収容されるとともに陽極３２２が設けられるアノード槽２２０と、Ｈ_２Ｏが収容されるとともに陰極３３２が設けられるカソード槽２３０とが陽イオン交換膜２４０で仕切られている電解槽２１０と、陽極３２２および陰極３３２に電圧を印加するための直流安定化電源２６０と、電解酸化によりアノード槽２２０において生成したアノード溶液（２次アノード溶液ＡＳ２）に塩基性化合物を導入して、当該アノード溶液のｐＨを、７．０を上回る値にする塩基性化合物導入部４００と、ｐＨが７．０を上回る値となったアルカリ性のアノード溶液に二酸化炭素を導入する二酸化炭素導入部４５０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、過塩素酸塩製造装置、および、過塩素酸塩製造方法に関する。

従来、過塩素酸塩を工業的に製造する方法として、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液に電圧を印加して電気分解（電解酸化）を行うことにより塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ_３）を合成し、得られた塩素酸ナトリウム水溶液を更に電解酸化することにより、過塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ_４）を合成する方法が知られている（例えば、非特許文献１）。従来の方法では、過塩素酸ナトリウム以外の過塩素酸塩の製造に際し、上記方法で得られた過塩素酸ナトリウムに例えば硫酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４）を添加することで、複分解反応により過塩素酸アンモニウム（ＮＨ_４ＣｌＯ_４）を合成することができる。

また、陽極が設けられているアノード槽と陰極が設けられているカソード槽とを陽イオン交換膜で仕切った電解槽を用い、塩化ナトリウム水溶液もしくは塩素酸ナトリウム水溶液をアノード槽に収容し、一方、カソード槽には純水を収容して電気分解を行うことにより、過塩素酸ナトリウムを経由せずに過塩素酸ナトリウム以外の過塩素酸塩（以下、単に過塩素酸塩と称する）を製造する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

具体的に説明すると、特許文献１の技術では、アノード槽において、塩化ナトリウム水溶液の電解酸化により塩素（Ｃｌ_２）を合成した後、塩素と水の平衡反応により次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）を合成し、更に合成した次亜塩素酸を電解酸化することにより亜塩素酸（ＨＣｌＯ_２）、塩素酸（ＨＣｌＯ_３）を経て過塩素酸（ＨＣｌＯ_４）を合成する。また、アノード槽において塩素酸ナトリウム水溶液を電解酸化する場合には、過塩素酸を合成する。

そして、上記電解酸化後の過塩素酸を主成分とするｐＨが２．３以下の強酸性のアノード溶液に、炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）、炭酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）、炭酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＣＯ_３）の炭酸塩、または、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）の水酸化物、もしくは、アンモニア水、アンモニアガスを添加することで、中和反応により過塩素酸カリウム（ＫＣｌＯ_４）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ_４）、過塩素酸アンモニウムを始めとする過塩素酸塩を合成することができる。

なお、特許文献１の技術では、陽極が設けられているアノード槽と陰極が設けられているカソード槽とを陽イオン交換膜で仕切った電解槽を用いていることから、アノード槽に設けられた陽極において合成された次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸が、カソード槽に設けられた陰極において還元されてしまう事態を回避することができる。従って、特許文献１の技術を用いることにより、非特許文献１に記載されている方法において必要とされていた水溶液への還元防止剤（重クロム酸ナトリウム）の添加が不要となる。更に、特許文献１の技術では、目的物である過塩素酸塩を副生成物が水となる中和反応により合成する。従って、特許文献１の技術では、非特許文献１の技術で必要とされる、目的物である過塩素酸塩と複分解反応により生じる副生成物の結晶とを分離する分離工程が不要となる。

国際公開番号第２０１０／１０９９２２号

社団法人火薬学会、プロペラント専門部会編「プロペラントハンドブック」２００５年５月１２日発行

しかし、上述した特許文献１の技術では、電気分解においてアノード溶液に含まれるナトリウムイオン（Ｎａ^＋）の全てがカソード槽に移動するわけではない。従って、電解酸化後の過塩素酸を主成分とするｐＨが２．３以下の強酸性のアノード溶液には、ナトリウムイオンが残留する。ここで、上記アノード溶液中のナトリウムイオンの多くは、過塩素酸塩を結晶化する際の晶析工程において、濾液中に残存する。しかし、上記アノード溶液中のナトリウムイオンの一部は、不純物として、目的物である過塩素酸塩に混入することがある。例えば、目的物として過塩素酸アンモニウムを合成する場合、アンモニウムイオンの置換原子として過塩素酸アンモニウム結晶中に取り込まれる場合がある。また、過塩素酸アンモニウム結晶の表面に付着する場合もある。

このように、塩化ナトリウム水溶液、もしくは塩素酸ナトリウム水溶液を原材料とする特許文献１の技術を利用して電気分解を行った場合、ナトリウムイオンが電解酸化後のアノード溶液に残留する。その結果、目的物である過塩素酸塩の純度の低下を引き起こすことがある。従って、目的物である過塩素酸塩を結晶化する際、上記電解酸化後の過塩素酸を主成分とするｐＨが２．３以下のアノード水溶液中のナトリウムイオンを低減することが希求されている。

そこで本発明は、このような課題に鑑み、上記ナトリウムイオンが残存する電解酸化後の過塩素酸を主成分とするｐＨが２．３以下の強酸性のアノード溶液中に残存するナトリウムイオンを炭酸塩として沈殿、除去することにより、当該アノード溶液におけるナトリウムイオンの濃度を低減することが可能な過塩素酸塩製造装置および過塩素酸塩製造方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の過塩素酸塩製造装置は、塩化物イオン、次亜塩素酸イオン、亜塩素酸イオン、もしくは、塩素酸イオンから選択される少なくとも１のイオン、および、アルカリ金属イオンを含む水溶液が収容されるとともに陽極が設けられているアノード槽と、Ｈ_２Ｏが収容されるとともに陰極が設けられているカソード槽とが陽イオン交換膜で仕切られている電解槽と、陽極および陰極に電圧を印加するための直流安定化電源と、電解酸化によりアノード槽において生成した過塩素酸を主成分とするｐＨが２.３以下の強酸性のアノード溶液に塩基性化合物を導入して、当該アノード溶液のｐＨを７．０を上回る値にする塩基性化合物導入部と、ｐＨが７．０を上回る値となったアルカリ性のアノード溶液に二酸化炭素を導入する二酸化炭素導入部と、を備えたことを特徴とする。

上記アノード溶液中の炭酸塩の溶解度を下げることを目的に、上記塩基性化合物導入部は、塩基性化合物を導入してアノード溶液のｐＨを１２．０以上にするとなお良い。

上記塩基性化合物は、炭酸塩、水酸化物、もしくは、アンモニアから選択される化合物であると良い。

上記塩基性化合物は、炭酸アンモニウム（ＮＨ_４ＣＯ_３）、炭酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）、炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、アンモニア水（ＮＨ_４ＯＨ）、もしくはアンモニア（ＮＨ_３）から選択される化合物であるとなお良い。

上記課題を解決するために、本発明の過塩素酸塩製造方法は、塩化物イオン、次亜塩素酸イオン、亜塩素酸イオン、もしくは、塩素酸イオンから選択される少なくとも１のイオン、および、アルカリ金属イオンを含む水溶液が収容されるとともに陽極が設けられているアノード槽と、Ｈ_２Ｏが収容されるとともに陰極が設けられているカソード槽とが陽イオン交換膜で仕切られている電解槽と、陽極および陰極に電圧を印加するための直流安定化電源と、を用いた過塩素酸塩製造方法であって、直流安定化電源を用いて陽極および陰極に電圧を印加する電解工程と、電解酸化によりアノード槽において生成した過塩素酸を主成分とするｐＨが２．３以下の強酸性のアノード溶液に、塩基性化合物を導入して、当該アノード溶液のｐＨを７.０を上回る値にするアルカリ化の工程と、ｐＨが７.０を上回る値となったアルカリ性のアノード溶液に二酸化炭素を導入する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、電解酸化後の過塩素酸を主成分とするｐＨが２．３以下の強酸性のアノード溶液に塩基性化合物を添加して当該水溶液をアルカリ化した後、当該溶液に二酸化炭素（ＣＯ_２）を導入することでアルカリ金属イオンを炭酸塩として沈殿、除去することが可能となる。これにより、上記電解酸化後の過塩素酸を主成分とする強酸性のアノード溶液中に残存するアルカリ金属イオン濃度が低減するため、高純度の過塩素酸塩を製造することが可能となる。

実施形態にかかる過塩素酸塩製造装置の概略的な構成を説明するための説明図である。 １次電解ユニットの具体的な構成を説明するための説明図である。 次亜塩素酸の存在形態とｐＨの関係を示す図である。 ２次電解ユニットの具体的な構成を説明するための説明図である。 実施形態にかかる過塩素酸塩製造方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。 過塩素酸塩製造方法の各ステップにおけるバルブの状態を説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

強い酸化力を有する過塩素酸塩は様々な分野で利用されている。例えば、過塩素酸アンモニウムは固体燃料ロケット推進薬の酸化剤として、また、過塩素酸カリウムはエアバッグ用の着火薬の酸化剤として、利用されている。

過塩素酸塩を含む最終合成物には、少量ではあるものの不純物が含まれている。このような不純物には、原材料となる塩化ナトリウムや塩素酸ナトリウムに由来するナトリウム塩が含まれる。

例えば、原材料に塩化ナトリウムを用いて過塩素酸アンモニウムを合成する場合、不純物として塩化ナトリウム、次亜塩素酸ナトリウム、塩素酸ナトリウム、そして過塩素酸ナトリウムが含まれることがある。そして、この最終合成物を固体燃料ロケット推進薬の酸化剤として利用した場合、不純物として過塩素酸アンモニウム中に混入した上記ナトリウム塩により、固体燃料ロケットを構成するノズルの熱分解が促進される。従って、過塩素酸アンモニウム中のナトリウム塩の含有率が高い場合、当該ナトリウム塩の含有量が低い場合と比較して、ノズルの板厚を厚くする必要がある。

そこで、本実施形態では、不純物として当該目的物に含有しうる原材料由来のアルカリ金属イオンを炭酸塩として沈殿、除去することにより、目的物である過塩素酸塩の純度を向上させることが可能な過塩素酸塩製造装置および過塩素酸塩製造方法について説明する。

（過塩素酸塩製造装置１００）
図１は、本実施形態にかかる過塩素酸塩製造装置１００の概略的な構成を説明するための説明図である。図１に示すように、過塩素酸塩製造装置１００は、１次電解ユニット２００と、２次電解ユニット３００と、塩基性化合物導入部４００と、二酸化炭素導入部４５０と、反応槽４９０と、晶析槽４９２とを含む。図１ではガス（気体）の流れを破線の矢印で示し、液体の流れを実線の矢印で示し、そして固体の流れを一点鎖線の矢印で示した。一例として、ここでは、原材料として安価かつ容易に入手できる塩化ナトリウムを用い、目的物として過塩素酸アンモニウムを合成する場合を例に挙げて説明する。

（１次電解ユニット２００）
図２は、１次電解ユニット２００の具体的な構成を説明するための説明図である。図２に示すように、１次電解ユニット２００は、電解槽２１０と、アノード溶液貯留部２５０と、カソード溶液貯留部２５２と、直流安定化電源２６０とを含む。

電解槽２１０は、アノード槽２２０とカソード槽２３０とで構成され、アノード槽２２０とカソード槽２３０は陽イオン交換膜２４０で仕切られている。電解槽２１０における１次アノード溶液（陽極側溶液）のｐＨは、電解酸化により、最終的に２．３〜５．０の酸性となる。一方、電解槽２１０におけるカソード溶液（陰極側溶液）のｐＨは、還元によりアルカリ性となる。ここで、上記カソード溶液のｐＨは、後述のカソード溶液貯留部２５２に導入するＨ_２Ｏの量に依存し、一般的には１２．０以上の強アルカリ性となる。従って、電解槽２１０の本体や配管の継ぎ手は、化学薬品に対する安定性に優れたもの、例えばテフロン（登録商標）や塩化ビニル、ガラスで構成すると良い。

アノード槽２２０には、後述するアノード溶液貯留部２５０から配管２５０ｂを通じて、塩化ナトリウム水溶液（ＮａＣｌ（ａｑ））を供給する。また、アノード槽２２０には、塩化ナトリウム水溶液が収容されるとともに、陽極２２２を設ける。

陽極２２２は、アノード槽２２０における塩化物イオン（Ｃｌ⁻）の電解酸化反応を促進する触媒を被覆したエキスパンドメタルからなる。具体的には、基体となるチタンエキスパンドメタルの表面を、焼成法により酸素ガスの発生を抑制する触媒で被覆した陽極２２２を用いる。酸素ガスの発生を抑制する効果を有する触媒としては、例えば、酸化イリジウムと白金、または、酸化イリジウムと酸化ルテニウムと白金、または、酸化タンタルと白金が挙げられる。

カソード槽２３０には、後述するカソード溶液貯留部２５２から配管２５２ｂを通じてＨ_２Ｏを供給する。またカソード槽２３０には、Ｈ_２Ｏが収容されるとともに陰極２３２を設ける。

陰極２３２は、例えば、エキスパンドメタル、またはその表面を触媒で被覆したエキスパンドメタルからなる。具体的には、ニッケルエキスパンドメタルや、電解メッキ法により白金を被覆したチタンエキスパンドメタルを陰極２３２として用いる。

陽イオン交換膜２４０は、電解槽２１０内で陽極２２２と陰極２３２との間に、実質的にギャップ無しで挟みこまれている。陽イオン交換膜２４０をこのように構成することで、電解槽２１０はゼロギャップ型の電解セルとなる。陽イオン交換膜２４０は、陽イオンを通過させ、陰イオンは通過させないという特性を有する膜である。陽イオン交換膜２４０としては、例えば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、Ａｃｉｐｌｅｘ（登録商標）、Ｆｌｅｍｉｏｎ（登録商標）を用いることができる。

アノード溶液貯留部２５０には、導入管２５０ａを通じて、不図示のアノード原料源から塩化ナトリウム水溶液を導入する。なお、アノード溶液貯留部２５０に導入する水溶液は、ナトリウムイオンと、塩化物イオン、次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ⁻）、もしくは、亜塩素酸イオン（ＣｌＯ_２ ⁻）から選択される少なくとも１のイオンとが含まれていれば良く、塩化ナトリウム水溶液に限定されない。

また、アノード溶液貯留部２５０は、配管２５０ｂ、２５０ｃによって、アノード槽２２０と連通している。配管２５０ｂは、アノード槽２２０の下部側壁とアノード溶液貯留部２５０の下部側壁とを連通する管であり、配管２５０ｃは、アノード槽２２０の天面部とアノード溶液貯留部２５０の側壁とを連通する管である。

塩化ナトリウム水溶液および１次アノード溶液ＡＳ１の流れについて説明する。アノード溶液貯留部２５０に導入した塩化ナトリウム水溶液は、配管２５０ｂを通じて、アノード槽２２０に供給される。そして、後述する直流安定化電源２６０を用いて陽極２２２および陰極２３２に電圧を印加することにより、アノード槽２２０において塩化ナトリウム水溶液中の塩化物イオンを酸化し、１次アノード溶液ＡＳ１を生成する。１次アノード溶液ＡＳ１は、配管２５０ｃを通じて再びアノード溶液貯留部２５０に導かれる。以後、１次アノード溶液ＡＳ１は、上記の循環を繰り返すことにより、次亜塩素酸、亜塩素酸を経て塩素酸を主成分とする水溶液となる。

また、アノード溶液貯留部２５０には、アノード溶液ＡＳ１のｐＨを調整するための化合物（例えば、水酸化ナトリウム）、または、アノード溶液ＡＳ１のｐＨを調整するための水溶液（例えば、水酸化ナトリウム水溶液）を導入するための導入管２５０ｄを設ける。アノード溶液貯留部２５０およびアノード槽２２０に収容される１次アノード溶液ＡＳ１は、電解酸化によりｐＨ１程度の強酸性の水溶液となる。従って、１次アノード溶液ＡＳ１のｐＨが低下することにより生じる塩素ガス、もしくは二酸化塩素（ＣｌＯ_２）ガスの発生を防止することを目的として、上記化合物、もしくは上記水溶液を、導入管２５０ｄを通じてアノード溶液貯留部２５０へ導入する。その結果、１次アノード溶液ＡＳ１は、最終的にｐＨ２．３〜５．０の酸性の水溶液となる。更に、アノード溶液貯留部２５０の天面部には、塩化ナトリウム水溶液の電解酸化時に陽極２２２において発生し得る酸素（Ｏ_２）やオゾン（Ｏ_３）を外部に排出するための排出管２５０ｅを設ける。

更に、アノード溶液貯留部２５０は、ＡＳ１送出管２５６ａ、バルブ２５８ａを通じて、後述する２次電解ユニット３００のアノード槽と連通している。このＡＳ１送出管２５６ａは、アノード溶液貯留部２５０の下部であって、アノード槽２２０が接続される下部側壁と対向する下部側壁に接続している。

カソード溶液貯留部２５２には、導入管２５２ａを通じて、不図示のカソード原料源からＨ_２Ｏ（例えば、純水）を導入する。ここで、カソード溶液貯留部２５２に導入するＨ_２Ｏは、純水であっても、水溶液であっても良い。

また、カソード溶液貯留部２５２は、配管２５２ｂ、２５２ｃによって、カソード槽２３０と連通している。配管２５２ｂは、カソード槽２３０の下部側壁とカソード溶液貯留部２５２の下部側壁とを連通する管であり、配管２５２ｃは、カソード槽２３０の天面部とカソード溶液貯留部２５２の側壁とを連通する管である。

ここで、Ｈ_２Ｏおよびカソード溶液ＣＳの流れについて説明する。カソード溶液貯留部２５２に導入したＨ_２Ｏは、配管２５２ｂを通じて、カソード槽２３０に供給される。そして、直流安定化電源２６０を用いて陽極２２２および陰極２３２に電圧を印加することにより、陽極２２２で発生したプロトン（Ｈ^＋）やアノード溶液中のナトリウムイオンが陽イオン交換膜２４０を介してアノード槽２２０からカソード槽２３０へ移動し、陰極２３２において水素（Ｈ_２）、および水酸化ナトリウムに還元する。ここで、上記水素は、排出管２５２ｅから外部へと排出される。一方、水酸化ナトリウムは、水に溶解して水酸化ナトリウム水溶液となり、配管２５２ｃを通じて再びカソード溶液貯留部２５２に導かれる。以後、カソード溶液ＣＳは、上記の循環を繰り返す。

更に、カソード溶液貯留部２５２には、ＣＳ送出管２５６ｂおよびバルブ２５８ｂを設ける。ＣＳ送出管２５６ｂは、カソード溶液貯留部２５２の下部であって、カソード槽２３０が接続される下部側壁と対向する下部側壁に接続している。

直流安定化電源２６０を用いることにより、アノード槽２２０に塩化ナトリウム水溶液または１次アノード溶液ＡＳ１が収容されるとともに、カソード槽２３０にＨ_２Ｏまたはカソード溶液ＣＳが収容された状態で、陽極２２２および陰極２３２に電圧を印加する。

その結果、陽極２２２において、下記の反応式（１）に示す反応が進行する。
２Ｃｌ⁻ → Ｃｌ_２ ＋ ２ｅ⁻
…反応式（１）

また、電圧の印加条件やアノード溶液中の塩化物イオンの濃度、アノード溶液の液温に応じて、反応式（２）や反応式（３）に示す反応が進行する場合もある。
２Ｈ_２Ｏ → Ｏ_２ ＋ ４Ｈ^＋ ＋ ４ｅ⁻
…反応式（２）
３Ｈ_２Ｏ → Ｏ_３ ＋ ６Ｈ^＋ ＋ ６ｅ⁻
…反応式（３）

反応式（１）に示す反応が進行することで発生した塩素により、下記の反応式（４）、反応式（５）に示す平衡反応が進行する。

…反応式（４）

…反応式（５）

上記反応式（４）、反応式（５）に示す平衡反応は、アノード溶液のｐＨに依存する。このため、次亜塩素酸が効率よく生成するように、導入管２５０ｄからアノード溶液貯留部２５０（アノード槽２２０）へアノード溶液ＡＳ１のｐＨを調整するための化合物、またはアノード溶液ＡＳ１のｐＨを調整するための水溶液を導入する。

図３は、次亜塩素酸の存在形態とｐＨの関係を示す図である。図３に示すように、溶液のｐＨが５.０のとき、溶存物質は次亜塩素酸として存在し、塩素および次亜塩素酸イオンは存在しない。つまり上記反応式（４）の左辺から右辺へと反応が進行する。

ここで溶液のｐＨを５.０から上げていくと（溶液をアルカリ性にすると）、次亜塩素酸の存在比率は徐々に低下し、次亜塩素酸イオンの存在比率が徐々に上昇する。つまり反応式（５）の左辺から右辺の反応が進行する。一方溶液のｐＨを５.０から下げていくと（溶液をより酸性にすると）、次亜塩素酸の存在比率は徐々に低下し、塩素の存在比率が徐々に上昇する。つまり反応式（４）の右辺から左辺へと反応が進行する。

ここでは、アノード槽２２０における塩素ガスの発生防止を目的に、１次アノード溶液ＡＳ１がｐＨ５.０以上となるようにする。具体的には、導入管２５０ｄからアノード溶液貯留部２５０（アノード槽２２０）へアノード溶液ＡＳ１のｐＨを調整するための化合物、またはアノード溶液ＡＳ１のｐＨを調整するための水溶液を導入することにより、１次アノード液ＡＳ１のｐＨを制御する。

続いて、塩化ナトリウム水溶液の電解酸化により生成した次亜塩素酸を電解酸化すると、下記の反応式（６）に示す反応が進行する。
ＨＣｌＯ ＋ Ｈ_２Ｏ → ＨＣｌＯ_２ ＋ ２Ｈ^＋ ＋ ２ｅ⁻
…反応式（６）

ここでは、アノード槽２２０における二酸化塩素ガスの発生防止を目的に、１次アノード溶液ＡＳ１がｐＨ２．３以上となるようにする。具体的には、導入管２５０ｄからアノード溶液貯留部２５０（アノード槽２２０）へアノード溶液ＡＳ１のｐＨを調整するための化合物、またはアノード溶液ＡＳ１のｐＨを調整するための水溶液を導入することにより、１次アノード液ＡＳ１のｐＨを制御する。

そして、反応式（６）で生成された亜塩素酸を更に電解酸化することにより、下記反応式（７）に示す塩素酸の合成反応が進行する。
ＨＣｌＯ_２ ＋ Ｈ_２Ｏ → ＨＣｌＯ_３ ＋ ２Ｈ^＋ ＋ ２ｅ⁻
…反応式（７）

このように、直流安定化電源２６０を用いて陽極２２２および陰極２３２に電圧を印加することで、アノード槽２２０では、上記反応式（１）から反応式（７）に示す反応が進行する。そして、１次電解においてアノード液ＡＳ１のｐＨを制御することにより、目的物である塩素酸を高い収率で合成することができる。

なお、アノード槽２２０で生成され得る酸素ガスおよびオゾンガス（反応式（２）、反応式（３）参照）は、配管２５０ｃを通じてアノード溶液貯留部２５０に導かれる。そして、酸素ガスおよびオゾンガスは、アノード溶液貯留部２５０の天面部に設けられた配管２５０ｅを通じて、順次外部へ排気される。このように、アノード槽２２０で生じた酸素ガスおよびオゾンガスが順次外部へ排気されるため、アノード槽２２０内が負圧になる。このため、アノード槽２２０の下部から配管２５０ｂを通じてアノード溶液貯留部２５０から１次アノード溶液ＡＳ１が順次導入される。従って、１次アノード溶液ＡＳ１は、ポンプ等の駆動機構を利用せずとも、アノード槽２２０とアノード溶液貯留部２５０との間で循環することができる。

一方、１次アノード溶液ＡＳ１に含まれるナトリウムイオンは、陽極２２２および陰極２３２間の電位差によって陽イオン交換膜２４０を通過し、アノード槽２２０からカソード槽２３０へ移動する。その結果、陰極２３２において、下記の反応式（８）、反応式（９）に示す反応が進行する。
２Ｈ^＋ ＋ ２ｅ⁻ → Ｈ_２
…反応式（８）
２Ｎａ^＋ ＋ ２Ｈ_２Ｏ ＋ ２ｅ⁻ → ２ＮａＯＨ ＋ Ｈ_２
…反応式（９）

なお、カソード槽２３０で生成した水素ガスは、配管２５２ｃを通じてカソード溶液貯留部２５２に導かれる。そして、カソード溶液貯留部２５２の天面部に設けられた配管２５２ｅを通じて、水素ガスは順次外部へと排気される。従って、上述した１次アノード溶液ＡＳ１が循環する機構と同様に、カソード槽２３０およびカソード溶液貯留部２５２においても、カソード槽２３０の下部から配管２５２ｂを通じてカソード溶液貯留部２５２からカソード溶液ＣＳが順次導入される。従って、カソード溶液ＣＳは、ポンプ等の駆動機構を利用せずとも、カソード槽２３０とカソード溶液貯留部２５２との間で循環することができる。

上記の反応式（７）に示したとおり、アノード槽２２０において１次アノード溶液ＡＳ１中の亜塩素酸が塩素酸に転化した後、不図示の制御装置によってバルブ２５８ａが閉状態から開状態に移行する。その結果、当該１次アノード溶液ＡＳ１は、ＡＳ１送出管２５６ａを通じてアノード溶液貯留部２５０から２次電解ユニット３００のアノード槽へ送出される。一方、不図示の制御装置によってバルブ２５８ｂが閉状態から開状態に移行する。その結果、カソード溶液ＣＳは、ＣＳ送出管２５６ｂを通じてカソード溶液貯留部２５２から外部へ排出される。

（２次電解ユニット３００）
図４は、２次電解ユニット３００の具体的な構成を説明するための説明図である。図４に示すように、２次電解ユニット３００は、電解槽２１０と、アノード溶液貯留部３５０と、カソード溶液貯留部２５２と、直流安定化電源２６０とを含む。なお、上述した１次電解ユニット２００と実質的に機能が等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

電解槽２１０は、１次電解ユニット２００と同様に、アノード槽２２０とカソード槽２３０とを含み、アノード槽２２０とカソード槽２３０とは陽イオン交換膜２４０で仕切られている。

アノード槽２２０には、後述するアノード溶液貯留部３５０から配管３５０ｂを通じて、１次電解ユニット２００において生成した１次アノード溶液ＡＳ１を導入する。また、アノード槽２２０には、１次アノード溶液ＡＳ１が収容されるとともに、陽極３２２を設ける。

陽極３２２としては、アノード槽２２０における塩素酸の電解酸化反応を促進する触媒を被覆したエキスパンドメタルを用いる。具体的には、基体となるチタンエキスパンドメタルの表面を白金で被覆した陽極３２２を用いる。

カソード槽２３０は、カソード溶液貯留部２５２から配管２５２ｂを通じてＨ_２Ｏ（例えば純水）を導入する。ここでも、カソード溶液貯留部２５２に導入するＨ_２Ｏは、純水であっても、水溶液であっても良い。またカソード槽２３０には、Ｈ_２Ｏが収容されるとともに陰極３３２を設ける。

陰極３３２は、例えば、エキスパンドメタル、またはその表面を触媒で被覆したエキスパンドメタルからなる。具体的には、ニッケルエキスパンドメタル、ＳＵＳ３１６エキスパンドメタルや、電解メッキ法により白金を被覆したチタンエキスパンドメタルを陰極３３２として用いる。

陽イオン交換膜２４０は、２次電解ユニット３００においても、電解槽２１０内で陽極３２２と陰極３３２との間に実質的にギャップ無しで挟みこまれている。陽イオン交換膜２４０をこのように構成することで、電解槽２１０はゼロギャップ型の電解セルとなる。

アノード溶液貯留部３５０には、ＡＳ１送出管２５６ａを通じて、１次電解ユニット２００のアノード溶液貯留部２５０から送出した１次アノード溶液ＡＳ１を導入する。上述したように塩素酸を主成分とする１次アノード溶液ＡＳ１には、ナトリウムイオンや塩酸が含まれている。

また、アノード溶液貯留部３５０は、配管３５０ｂ、３５０ｃによって、アノード槽２２０と連通している。配管３５０ｂは、アノード槽２２０の下部側壁とアノード溶液貯留部３５０の下部側壁とを連通する管であり、配管３５０ｃは、アノード槽２２０の天面部とアノード溶液貯留部３５０の側壁とを連通する管である。

ここで、１次アノード溶液ＡＳ１および２次アノード溶液ＡＳ２の流れについて説明する。アノード溶液貯留部３５０に導入した１次アノード溶液ＡＳ１は、配管３５０ｂを通じて、アノード槽２２０に供給される。そして、直流安定化電源２６０を用いて陽極３２２および陰極３３２に電圧を印加することにより、アノード槽２２０において１次アノード溶液ＡＳ１の塩素酸が酸化し、２次アノード溶液ＡＳ２を生成する。生成した２次アノード溶液ＡＳ２は、配管３５０ｃを通じて再びアノード溶液貯留部３５０に導かれる。以後、２次アノード溶液ＡＳ２は、上記の循環を繰り返す。

また、アノード溶液貯留部３５０の天面部には、電解酸化が進行するに従って、陽極３２２で生成した酸素やオゾンを外部に排出するための排出管３５０ｅを設ける。

更に、アノード溶液貯留部３５０は、ＡＳ２送出管３５６ａを通じて、後述する反応槽４９０と連通している。ＡＳ２送出管３５６ａは、アノード溶液貯留部３５０の下部であって、アノード槽２２０が接続される下部側壁と対向する下部側壁に接続している。

直流安定化電源２６０を用いることにより、アノード槽２２０に１次アノード溶液ＡＳ１または２次アノード溶液ＡＳ２が収容されるとともに、カソード槽２３０にＨ_２Ｏまたはカソード溶液ＣＳが収容された状態で、陽極３２２および陰極３３２に電圧を印加する。

その結果、陽極３２２では、下記の反応式（１０）から反応式（１２）に示す反応が進行する。
ＨＣｌＯ_３ ＋ Ｈ_２Ｏ → ＨＣｌＯ_４ ＋ ２Ｈ^＋ ＋ ２ｅ⁻
…反応式（１０）
２Ｈ_２Ｏ → Ｏ_２ ＋ ４Ｈ^＋ ＋ ４ｅ⁻
…反応式（１１）
３Ｈ_２Ｏ → Ｏ_３ ＋ ６Ｈ^＋ ＋ ６ｅ⁻
…反応式（１２）

このように、直流安定化電源２６０を用いて陽極３２２および陰極３３２に電圧を印加することにより、アノード槽２２０では、上記反応式（１０）から反応式（１２）に示す反応が進行する。これにより、過塩素酸を合成する。なお、副生成物としては、酸素ガスとオゾンガスとが生成され得る。

２次アノード溶液ＡＳ２に含まれるナトリウムイオンは、陽極３２２および陰極３３２間の電位差によって陽イオン交換膜２４０を通過し、アノード槽２２０からカソード槽２３０へ移動する。その結果、陰極３３２においては、１次電解ユニット２００における陰極２３２と同様に、上記の反応式（８）、反応式（９）に示す反応が進行する。

なお、アノード槽２２０で生成され得る酸素ガスおよびオゾンガスは、配管３５０ｃを通じてアノード溶液貯留部３５０に導かれる。そして、酸素ガスおよびオゾンガスは、アノード溶液貯留部３５０の天面部に設けられた配管３５０ｅを通じて、順次外部へ排気される。従って、上述したアノード溶液貯留部２５０と同様に、アノード槽２２０の下部から配管３５０ｂを通じてアノード溶液貯留部３５０から２次アノード溶液ＡＳ２が順次導入される。つまり、２次アノード溶液ＡＳ２は、ポンプ等の駆動機構を利用せずとも、アノード槽２２０とアノード溶液貯留部３５０との間で循環することができる。

アノード槽２２０において、２次アノード溶液ＡＳ２中の過塩素酸の含有率が目的とする所定値になると、不図示の制御装置によってバルブ３５８ａおよびバルブ２５８ｂが閉状態から開状態に移行する。その結果、当該２次アノード溶液ＡＳ２はＡＳ２送出管３５６ａを通じてアノード溶液貯留部３５０から反応槽４９０へ送出される。一方、カソード溶液ＣＳは、ＣＳ送出管２５６ｂを通じてカソード溶液貯留部２５２から外部へ排出される。なお、２次アノード溶液ＡＳ２中の過塩素酸の含有率は、電解時間に対する塩素酸から過塩素酸への転化率と電解時間に応じて比例する消費電力の関係から決定する。

消費電力に対する過塩素酸の生成率が最も高くなるように電解時間を決定した場合、２次アノード溶液ＡＳ２の塩素酸を過塩素酸へと完全に転化することはできない。また、２次アノード溶液ＡＳ２に含まれているナトリウムイオンは、カソード溶液ＣＳに完全には移動しない。一般的には、数％から１０％程度のナトリウムイオンが２次電解工程後の２次アノード溶液ＡＳに含まれている。そこで、２次電解工程後の２次アノード溶液ＡＳ２に含まれているナトリウムイオン濃度の低減を目的とした処理を、反応槽４９０において実施する。以下、本実施形態に特徴的な、塩基性化合物導入部４００、二酸化炭素導入部４５０、反応槽４９０、晶析槽４９２について、図１を用いて説明する。

（塩基性化合物導入部４００、二酸化炭素導入部４５０、反応槽４９０、晶析槽４９２）
図１に戻って説明すると、塩基性化合物導入部４００は、塩基性化合物を貯蔵する塩基性化合物貯蔵部４１０と、バルブ４２０と、導入管４２２とを含む。

塩基性化合物貯蔵部４１０は、バルブ４２０、導入管４２２を通じて、反応槽４９０と連通している。また、塩基性化合物貯蔵部４１０には、炭酸塩、水酸化物、もしくは、アンモニアを貯蔵する。具体的には、塩基性化合物貯蔵部４１０には、炭酸アンモニウム、炭酸リチウム、炭酸カリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム、アンモニア水、もしくはアンモニアから選択される化合物を貯蔵する。

なお、塩基性化合物貯蔵部４１０が貯蔵する塩基性化合物、すなわち、反応槽４９０に導入する塩基性化合物は、目的とする過塩素酸塩に応じて選定すると良い。例えば、目的とする過塩素酸塩が過塩素酸アンモニウムである場合、アンモニア、もしくはアンモニア水を選定し、目的とする過塩素酸塩が過塩素酸カリウムである場合、炭酸カリウム、または、水酸化カリウムを選定すると良い。ここでは、塩基性化合物貯蔵部４１０にアンモニアガスが貯蔵される例について説明する。

二酸化炭素導入部４５０は、二酸化炭素を貯蔵する二酸化炭素貯蔵部４６０と、バルブ４７０と、導入管４７２とを含む。二酸化炭素貯蔵部４６０は、バルブ４７０、導入管４７２を通じて、反応槽４９０と連通している。また、二酸化炭素貯蔵部４６０には、二酸化炭素（炭酸ガス）を貯蔵する。

反応槽４９０には、ＡＳ２送出管３５６ａから２次アノード溶液ＡＳ２を導入するとともに、塩基性化合物貯蔵部４１０から、バルブ４２０、導入管４２２を通じてアンモニアガスを導入する。ここで、２次アノード溶液ＡＳ２のｐＨが７．０を上回る値になるまで、好ましくは１２．０以上になるまで、塩基性化合物貯蔵部４１０から反応槽４９０へアンモニアガスを導入する。

その結果、下記反応式（１３）、および、反応式（１４）に示す反応が進行し、アンモニア水と併せて、過塩素酸アンモニウムが生成する。
ＮＨ_３ ＋ Ｈ_２Ｏ → ＮＨ_４ ^＋ ＋ ＯＨ⁻
…反応式（１３）
ＣｌＯ_４ ⁻ ＋ ＮＨ_４ ^＋ → ＮＨ_４ＣｌＯ_４
…反応式（１４）

続いて、反応槽４９０には、二酸化炭素貯蔵部４６０から、バルブ４７０、導入管４７２を通じて二酸化炭素を導入する。その結果、反応槽４９０において、下記反応式（１５）、および、反応式（１６）に示す平衡反応が進行する。

…反応式（１５）

…反応式（１６）
上述したように、塩基性化合物導入部４００によって、２次アノード溶液ＡＳ２のｐＨが７．０を上回る値、すなわち、溶液をアルカリ性にした状態で二酸化炭素を導入した場合、上記反応式（１５）の左辺から右辺への反応が進行し、炭酸水素イオン（ＨＣＯ_３ ⁻）と炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２−）が生成する。

そして、下記反応式（１７）または反応式（１８）に示す反応が進行して、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ_３）、または炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）が生成する。
ＨＣＯ_３ ⁻ ＋ Ｎａ^＋ → ＮａＨＣＯ_３
…反応式（１７）
ＣＯ_３ ^２− ＋ ２Ｎａ^＋ → Ｎａ_２ＣＯ_３
…反応式（１８）
更に、上記反応式（１５）から反応式（１８）に示す反応とともに、下記反応式（１９）、反応式（２０）に示す反応が進行して、炭酸水素アンモニウム（ＮＨ_４ＨＣＯ_３）、または炭酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＣＯ_３）が生成する。
ＨＣＯ_３ ⁻ ＋ ＮＨ_４ ^＋ → ＮＨ_４ＨＣＯ_３
…反応式（１９）
ＣＯ_３ ^２− ＋ ２ＮＨ_４ ^＋ → （ＮＨ_４）_２ＣＯ_３
…反応式（２０）
ここで、水溶液中における炭酸水素ナトリウム、および炭酸ナトリウムの溶解度は、ｐＨが増大するに従って減少する。従って、２次アノード溶液ＡＳ２中に残存するナトリウムイオンを炭酸水素ナトリウムもしくは炭酸ナトリウムの沈殿物として除去できる程度にまで、２次アノード溶液ＡＳ２にアンモニアを導入すると良い。

このように、反応槽４９０に２次アノード溶液ＡＳ２とともに塩基性化合物を添加して、２次アノード溶液ＡＳ２のｐＨを７.０を上回る値、望ましくはｐＨが１２．０を十分に上回る値とした後、更に二酸化炭素を導入することにより、２次アノード溶液ＡＳ２に含まれるナトリウムイオンを炭酸水素ナトリウム、もしくは炭酸ナトリウムの沈殿物として除去する。これにより、反応槽４９０に収容された水溶液中におけるナトリウムイオンの濃度を著しく低減し、目的物である過塩素酸塩の純度を向上することが可能となる。

晶析槽４９２は、バルブ４９０ａ、導入管４９０ｂを通じて、反応槽４９０と連通している。上記反応式（１７）から反応式（１８）に示す反応によって生じた沈殿物をろ過により取り除いた後、蒸発・濃縮し、反応槽４９０からバルブ４９０ａ、導入管４９０ｂを通じて晶析槽４９２へ、過塩素酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウムを含む水溶液（以下、反応後水溶液と称する）を導入する。

晶析槽４９２において、濃縮した反応後水溶液を冷却することにより、過塩素酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウムを晶析させる（冷却晶析法）。そして、晶析した過塩素酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウムには、脱水処理と乾燥処理が施される。乾燥処理において、過塩素酸アンモニウムが分解しない程度の温度、かつ炭酸水素アンモニウム、および炭酸アンモニウムが分解する温度（例えば、８０℃程度）まで加熱すると、下記反応式（２１）および反応式（２２）に示す反応が進行する。
ＮＨ_４ＨＣＯ_３ → ＣＯ_２ ＋ ＮＨ_３ ＋ Ｈ_２Ｏ
…反応式（２１）
（ＮＨ_４）_２ＣＯ_３ → ＣＯ_２ ＋ ２ＮＨ_３ ＋ Ｈ_２Ｏ
…反応式（２２）
従って、乾燥工程における処理温度を工夫することにより、不純物となる炭酸水素アンモニウム、および炭酸アンモニウムを除去することができる。

最終的に、過塩素酸アンモニウムの結晶を分級し、過塩素酸アンモニウムの結晶の粒径を揃える。

以上説明したように、本実施形態にかかる過塩素酸塩製造装置１００によれば、ナトリウムイオンを含む水溶液を用いて電解酸化を行うことによって生成された過塩素酸を含むアノード溶液（２次アノード溶液ＡＳ２）に塩基性化合物を添加して、アノード溶液のｐＨを７．０を上回る値とする。そして、ｐＨが７．０を上回ったアノード溶液に、更に、二酸化炭素を導入することで、アノード溶液に含まれるナトリウムイオンを炭酸水素ナトリウムもしくは炭酸ナトリウムとして沈殿させて、アノード溶液からナトリウムイオンを除去することができる。これにより、不純物としてのナトリウム塩の含有量を著しく低減することができ、目的物である過塩素酸アンモニウムの純度を向上させることが可能となる。

（過塩素酸塩製造方法）
続いて、上述した過塩素酸塩製造装置１００を用いた過塩素酸塩製造方法について説明する。図５は、本実施形態にかかる過塩素酸塩製造方法の処理の流れを説明するためのフローチャートであり、図６は、過塩素酸塩製造方法の各ステップにおけるバルブの状態を説明するための説明図である。なお、本実施形態における過塩素酸塩製造方法において、ユーザによる停止指示があったときには、そのときに遂行している処理を停止する。また、過塩素酸塩製造方法は、下記のすべての工程（ステップ、処理）が終了してから、１次電解ユニット２００に塩化ナトリウム水溶液およびＨ_２Ｏを導入しても良いし、１次電解ユニット２００に順次、塩化ナトリウム水溶液およびＨ_２Ｏを導入することで、並行かつ連続的に各工程を遂行しても良い。

まず、不図示の制御装置は、バルブ１０２、１０４、１０６、２５４ａ、２５４ｂ、２５８ａ、２５８ｂ、３５８ａ、４２０、４７０、４９０ａを閉状態にしておく。

制御装置がバルブ１０２を開状態にすると、１次電解ユニット２００のアノード槽２２０、および、アノード溶液貯留部２５０に塩化ナトリウム水溶液が収容される（Ｓ５００）。また、制御装置がバルブ２５４ａを開状態にすると、カソード槽２３０、および、カソード溶液貯留部２５２にＨ_２Ｏが収容される（Ｓ５０２）。続いて、制御装置がバルブ１０２、２５４ａを閉状態にするとともに、直流安定化電源２６０を用いて１次電解ユニット２００の陽極２２２および陰極２３２に電圧を印加する（Ｓ５０４）。その結果、１次電解ユニット２００において電気分解が開始し、アノード槽２２０において上記反応式（１）から反応式（７）に示す酸化反応が進行する。また、カソード槽２３０において上記反応式（８）および反応式（９）に示す還元反応が進行する。

そして、反応式（７）に示す１次アノード溶液ＡＳ１中の亜塩素酸が塩素酸に転化したか否かを判定する（Ｓ５０６）。亜塩素酸が塩素酸に転化していないのであれば（Ｓ５０６におけるＮＯ）、直流安定化電源２６０を用いた電極（陽極２２２および陰極２３２）への電圧の印加を維持する。

一方、１次アノード溶液ＡＳ１中の亜塩素酸が塩素酸に転化した場合（Ｓ５０６におけるＹＥＳ）、直流安定化電源２６０を用いた陽極２２２および陰極２３２への電圧の印加を停止して、１次電解ユニット２００における１次電解を終了する（Ｓ５０８）。

続いて、制御装置は、バルブ２５８ａを開状態にして、１次電解ユニット２００において生成した１次アノード溶液ＡＳ１を２次電解ユニット３００のアノード溶液貯留部３５０（アノード槽２２０）に導入する。また制御装置は、バルブ２５４ｂを開状態にして、２次電解ユニット３００のカソード溶液貯留部２５２（カソード槽２３０）にＨ_２Ｏを導入する（Ｓ５１０）。

制御装置がバルブ２５８ａ、２５４ｂを閉状態にするとともに、直流安定化電源２６０を用いることにより２次電解ユニット３００の陽極３２２および陰極３３２に電圧を印加する（Ｓ５１２）。その結果、２次電解ユニット３００において電気分解が開始し、アノード槽２２０において上記反応式（１０）から反応式（１２）の酸化反応が進行する。また、カソード槽２３０において上記反応式（８）および反応式（９）の還元反応が進行する。

電解時間に対する塩素酸から過塩素酸への転化率と電解時間に応じて比例する消費電力の関係から決定した電解時間が経過したか否かを判定する（Ｓ５１４）。決定した電解時間が経過していないのであれば（Ｓ５１４におけるＮＯ）、直流安定化電源２６０を用いた電極（陽極２２２および陰極２３２）への電圧の印加を維持する。

一方、決定した電解時間の経過した場合（Ｓ５１４におけるＹＥＳ）、直流安定化電源２６０を用いた陽極３２２および陰極３３２への電圧の印加を停止して、２次電解ユニット３００における２次電解を終了する（Ｓ５１６）。

続いて、制御装置は、バルブ３５８ａを開状態にして、２次電解ユニット３００において生成した２次アノード溶液ＡＳ２を反応槽４９０へ送出する。また制御装置は、バルブ２５８ｂを開状態にして、１次電解ユニット２００のカソード槽２３０、および、２次電解ユニット３００のカソード槽２３０において生成したカソード溶液ＣＳを外部へ排出する（Ｓ５１８）。

制御装置は、バルブ３５８ａを閉状態にするとともに、炭酸水素ナトリウム、および炭酸ナトリウムの溶解度を下げることを目的として、バルブ４２０を開状態にして、２次アノード溶液ＡＳ２のｐＨが７．０を上回る値となるまで塩基性化合物貯蔵部４１０から反応槽４９０へアンモニアガスを導入する。そして、２次アノード溶液ＡＳ２のｐＨが７．０を上回る値となるとバルブ４２０を閉状態にする（Ｓ５２０）。その結果、反応槽４９０において、上記反応式（１３）、および、反応式（１４）に示す反応を進行させて、過塩素酸アンモニウムを含む水溶液を生成する。

続いて、制御装置は、バルブ４７０を開状態にする。そして、二酸化炭素貯蔵部４６０から反応槽４９０へ二酸化炭素を導入することにより、反応式（１５）から反応式（２０）に示す反応を進行させる（Ｓ５２２）。そして、反応式（１７）、および反応式（１８）に示す反応によって生じた炭酸水素ナトリウム、もしくは、炭酸ナトリウムの沈殿物をろ過により取り除き、バルブ１０４を開状態にして反応槽４９０から取り出す。続いてバルブ１０４を閉状態にした後、炭酸水素ナトリウム、もしくは、炭酸ナトリウムの沈殿物が取り除かれた過塩素酸アンモニウムを含む水溶液を蒸発・濃縮する（Ｓ５２４）。

制御装置は、バルブ４９０ａを開状態にして、蒸発・濃縮工程（Ｓ５２４）で濃縮された過塩素酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウムを含む水溶液（反応後水溶液）を、反応槽４９０から晶析槽４９２へ導入する（Ｓ５２６）。そして、制御装置は、バルブ４９０ａを開状態にする。続いて、晶析槽４９２において、反応後水溶液を冷却して、過塩素酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウムを晶析させる。

そして、制御装置は、バルブ１０６を開状態にして、晶析した過塩素酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウムを取り出し、脱水処理を施して、更に乾燥処理を施す。かかる乾燥処理において、８０℃程度に加熱すると、上記反応式（２１）、反応式（２２）に示す反応が進行し、炭酸水素アンモニウム、および、炭酸アンモニウムが分解される。続いて、分級処理を施し、過塩素酸アンモニウムの結晶の粒径を揃える（Ｓ５２８）。

その後、制御装置は、バルブ１０６、２５８ｂ、４７０を閉状態にして、当該過塩素酸製造方法を終了する。

以上説明したように、過塩素酸塩製造方法によっても、電解酸化によって生成した過塩素酸を含むアノード溶液（２次アノード溶液ＡＳ２）に、塩基性化合物を添加して、アノード溶液のｐＨを７.０を上回る値とし、更に二酸化炭素を導入する。その結果、アノード溶液に含まれるナトリウムイオンを炭酸水素ナトリウムもしくは炭酸ナトリウムとして沈殿させて、アノード溶液からナトリウムイオンを除去することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態では、１次電解ユニット２００のアノード槽２２０に収容する溶液として、塩化ナトリウム水溶液を例に挙げて説明した。しかし、電解酸化することで、塩素酸を生成することが可能な溶液であれば、原材料や目的物に限定はない。例えば、塩化カリウム（ＫＣｌ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）等の他のアルカリ金属の塩化物を原材料として用いることもできる。また、塩化物の水溶液に限らず、次亜塩素酸イオン、亜塩素酸イオン、および塩素酸イオンの群から選択される少なくとも１のイオン、および、アルカリ金属イオンを含む水溶液であっても良い。

また、上述した実施形態では、電解槽２１０としてゼロギャップ型の電解セルを例に挙げて説明した。しかし、陽イオン交換膜２４０と陽極２２２、３２２を離隔させ、陽イオン交換膜２４０と陰極２３２、３３２とを離隔させた電解槽であっても良い。

更に、上述した実施形態では、１次電解と２次電解と電解の工程を別々の２つの電解槽を用いて行う例について説明した。しかし、電解に用いる電解槽について限定はない。例えば、１つの電解槽で過塩素酸の生成を行っても良い。また、３つ以上の電解槽を用いて過塩素酸の生成を行っても良い。

また、アノード溶液貯留部２５０、３５０の下部に１次アノード溶液ＡＳ１、または、２次アノード溶液ＡＳ２を加熱するための加熱部を設けても良い。こうすることで、陽極２２２、３２２表面において生成する生成物の生成効率を向上させることができる。この場合、アノード槽２２０の側壁に、１次アノード溶液ＡＳ１、または、２次アノード溶液ＡＳ２の水温を計測する温度測定部を設けると良い。そして、温度測定部が計測した温度に基づいて、アノード槽２２０に収容する１次アノード溶液ＡＳ１、または、２次アノード溶液ＡＳ２が、陽極２２２、３２２表面において効率よく生成物を生成する所定の温度を維持するように、加熱部の出力を制御すると良い。

同様に、カソード溶液貯留部２５２の下部にカソード溶液ＣＳを加熱するための加熱部を設けても良い。その結果、陰極２３２、３３２表面において生成する生成物の生成効率を向上させることができる。この場合も、カソード槽２３０の側壁に、カソード溶液ＣＳの水温を計測する温度測定部を設けると良い。そして、温度測定部が計測した温度に基づいて、カソード槽２３０に収容するカソード溶液ＣＳが、陰極２３２、３３２表面において効率よく生成物を生成する所定の温度を維持するように、加熱部の出力を制御すると良い。

また、過塩素酸塩製造装置１００において示した位置以外にバルブや、ポンプを設けても良い。

なお、本明細書の過塩素酸塩製造方法の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでも良い。

本発明は、過塩素酸塩製造装置、および、過塩素酸塩製造方法に関する。

１００ …過塩素酸塩製造装置
２００ …１次電解ユニット
２１０ …電解槽
２２０ …アノード槽
２２２、３２２ …陽極
２３０ …カソード槽
２３２、３３２ …陰極
２４０ …陽イオン交換膜
２６０ …直流安定化電源
３００ …２次電解ユニット
４００ …塩基性化合物導入部
４１０ …塩基性化合物貯蔵部
４５０ …二酸化炭素導入部
４６０ …二酸化炭素貯蔵部
４９０ …反応槽
４９２ …晶析槽

Claims (5)

1. 塩化物イオン、次亜塩素酸イオン、亜塩素酸イオン、もしくは、塩素酸イオンから選択される少なくとも１のイオン、および、アルカリ金属イオンを含む水溶液が収容されるとともに陽極が設けられているアノード槽と、Ｈ_２Ｏが収容されるとともに陰極が設けられているカソード槽とが陽イオン交換膜で仕切られている電解槽と、
   前記陽極および前記陰極に電圧を印加するための直流安定化電源と、
   電解酸化により前記アノード槽において生成したアノード溶液に塩基性化合物を導入して、当該アノード溶液のｐＨを７．０を上回る値にする塩基性化合物導入部と、
   ｐＨが７．０を上回る値となったアルカリ性の前記アノード溶液に二酸化炭素を導入する二酸化炭素導入部と、
   を備えたことを特徴とする過塩素酸塩製造装置。
2. 前記塩基性化合物導入部は、前記塩基性化合物を導入してアノード溶液のｐＨを１２．０以上にすることを特徴とする請求項１に記載の過塩素酸塩製造装置。
3. 前記塩基性化合物は、炭酸塩、水酸化物、アンモニアから選択される化合物であることを特徴とする請求項１または２に記載の過塩素酸塩製造装置。
4. 前記塩基性化合物は、炭酸アンモニウム、炭酸リチウム、炭酸カリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム、アンモニア水、もしくはアンモニアから選択される化合物であることを特徴とする請求項１または２に記載の過塩素酸塩製造装置。
5. 塩化物イオン、次亜塩素酸イオン、亜塩素酸イオン、もしくは、塩素酸イオンから選択される少なくとも１のイオン、および、アルカリ金属イオンを含む水溶液が収容されるとともに陽極が設けられているアノード槽と、Ｈ_２Ｏが収容されるとともに陰極が設けられているカソード槽とが陽イオン交換膜で仕切られている電解槽と、前記陽極および前記陰極に電圧を印加するための直流安定化電源と、を用いた過塩素酸塩製造方法であって、
   前記直流安定化電源を用いて前記陽極および前記陰極に電圧を印加する電解工程と、
   電解酸化により前記アノード槽において生成したアノード溶液に、塩基性化合物を導入して、当該アノード溶液のｐＨを、７．０を上回る値にするアルカリ化の工程と、
   ｐＨが７．０を上回る値となったアルカリ性の前記アノード溶液に二酸化炭素を導入する工程と、
   を含むことを特徴とする過塩素酸塩製造方法。

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