JP2013216922A - Ion exchange membrane electrolytic cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、イオン交換膜電解槽(以下、単に「電解槽」とも称する)に関し、詳しくは、イオン交換膜の保護と電解槽の電解性能とを両立させることができるイオン交換膜電解槽に関する。 The present invention relates to an ion exchange membrane electrolytic cell (hereinafter, also simply referred to as “electrolytic cell”), and more particularly to an ion exchange membrane electrolytic cell capable of achieving both protection of the ion exchange membrane and electrolytic performance of the electrolytic cell.
クロルアルカリ電解に使用するイオン交換膜電解槽では、通常、陽極、イオン交換膜および水素発生陰極の三者を密着状態で配置して電解電圧の低下を図っている。しかし、電解面積が数平方メートルにも達する大型の電解槽においては、剛性部材の陽極および陰極を電極室に収容した場合、両電極をイオン交換膜に密着させて電極間隔を所定値に保持することは困難であった。 In an ion exchange membrane electrolytic cell used for chloralkali electrolysis, usually, an anode, an ion exchange membrane, and a hydrogen generation cathode are arranged in close contact with each other in order to lower the electrolysis voltage. However, in a large electrolytic cell with an electrolysis area of several square meters, when the anode and cathode of the rigid member are accommodated in the electrode chamber, the electrodes are kept in close contact with the ion exchange membrane and the electrode spacing is kept at a predetermined value. Was difficult.
電極間距離または電極と電極集電体間の距離を小さくするため、またはほぼ一定値に維持するための手段として、これらに材料として弾性材料を使用する電解槽が知られている。このような電解槽は、電極をイオン交換膜に均一に密着させてイオン交換膜の破損をさけるため、および陽−陰両電極間距離を最小に保つため、少なくとも一方の電極の極間距離方向への移動が自由な構造とし、電極を弾力性部材で押し狭持圧を調節している。この弾性材料としては、金属の細線の織布、不織布、網等の非剛性材料、および板バネ等の剛性材料が知られている。 As a means for reducing the distance between the electrodes or the distance between the electrode and the electrode current collector, or maintaining it at a substantially constant value, an electrolytic cell using an elastic material as a material is known. In order to prevent the ion exchange membrane from being damaged by uniformly bringing the electrode into close contact with the ion exchange membrane, and to keep the distance between the positive and negative electrodes to a minimum, such an electrolytic cell is provided in the interelectrode distance direction. The electrode is pressed by an elastic member to adjust the holding pressure. As this elastic material, non-rigid materials such as metal fine wire woven fabric, non-woven fabric and net, and rigid materials such as leaf springs are known.
しかしながら、これまでの非剛性材料は、電解槽への装着後に、陽極側から過度に押圧された場合に、部分的に変形して電極間距離が不均一になったり、細線がイオン交換膜に突き刺さるといった欠点を有していた。また、板バネ等の剛性材料は、イオン交換膜を傷つけたり、塑性変形が生じて再使用が不可能になるといった欠点を有していた。さらに、食塩電解槽のようなイオン交換膜電解槽では、陽極や陰極をイオン交換膜に密着させて低電圧で運転を継続できることが望ましく、電極をイオン交換膜方向に押圧するための種々の方法が提案されている。 However, conventional non-rigid materials are partially deformed when the electrode is excessively pressed from the anode side after being attached to the electrolytic cell, resulting in non-uniform distance between the electrodes, or fine wires in the ion exchange membrane. It had the disadvantage of being pierced. In addition, rigid materials such as leaf springs have the drawback that the ion exchange membrane is damaged or plastic deformation occurs, making it impossible to reuse. Furthermore, in an ion exchange membrane electrolytic cell such as a salt electrolytic cell, it is desirable that the anode and the cathode be in close contact with the ion exchange membrane and the operation can be continued at a low voltage, and various methods for pressing the electrode toward the ion exchange membrane. Has been proposed.
例えば、特許文献1では、従来用いられていた板バネや金属網状体に代わり、金属製コイル体を陰極と陰極端板の間に装着して陰極を隔膜方向に均一に押圧して各部材を密着させた電解槽が提案されている。また、特許文献2では、特許文献1の改良技術として、金属製コイル体を耐食性フレームに巻回して弾性クッション材を作製し、この弾性クッション材を水素発生陰極と陰極集電板との間に装着して水素発生陰極をイオン交換膜に均一に押圧させたイオン交換膜電解槽が提案されている。 For example, in Patent Document 1, a metal coil body is mounted between a cathode and a cathode end plate instead of a conventionally used leaf spring or metal mesh body, and the cathode is uniformly pressed in the direction of the diaphragm so that the respective members are brought into close contact with each other. An electrolytic cell has been proposed. Moreover, in patent document 2, as an improvement technique of patent document 1, a metal coil body is wound around a corrosion-resistant frame to produce an elastic cushion material, and this elastic cushion material is placed between a hydrogen generating cathode and a cathode current collector plate. There has been proposed an ion exchange membrane electrolytic cell that is mounted and the hydrogen generating cathode is uniformly pressed against the ion exchange membrane.
特許文献1および2で提案されている、金属製コイル体や弾性クッション材が配置された電解槽は、対極から逆圧が加わった場合、逆圧に対して耐性を有しているという特長を有している。しかしながら、その反面、反力が大きいため、イオン交換膜への押し付け圧が強くなり、イオン交換膜にブリスターが発生しやすくなることが懸念される。したがって、イオン交換膜への影響を考慮して金属製コイル体または弾性クッション材の反力は小さい方が好ましい。しかしながら、反力を低下させると逆圧耐性が低くなり、金属製コイル体または弾性クッション材の接触抵抗も上昇してしまい、電解性能の低下を引き起こすことになり、イオン交換膜の保護と電解槽の性能向上を高度に両立させることは困難であった。 The electrolytic cell in which the metal coil body and the elastic cushion material proposed in Patent Documents 1 and 2 are arranged has a feature of being resistant to the reverse pressure when the reverse pressure is applied from the counter electrode. Have. However, on the other hand, since the reaction force is large, the pressing pressure against the ion exchange membrane becomes strong, and there is a concern that blisters are likely to be generated in the ion exchange membrane. Therefore, it is preferable that the reaction force of the metal coil body or the elastic cushion material is small in consideration of the influence on the ion exchange membrane. However, if the reaction force is lowered, the resistance to reverse pressure is lowered, the contact resistance of the metal coil body or the elastic cushion material is also raised, and the electrolytic performance is lowered, and the protection of the ion exchange membrane and the electrolytic cell It was difficult to achieve a high level of performance improvement.
そこで、本発明の目的は、イオン交換膜の保護と電解槽の電解性能とを高度に両立させることができるイオン交換膜電解槽を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an ion exchange membrane electrolytic cell capable of achieving both high protection of the ion exchange membrane and electrolytic performance of the electrolytic cell.
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、下記構成とすることにより、上記課題を解消することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor has found that the above-described problems can be solved by adopting the following configuration, and has completed the present invention.
すなわち、本発明のイオン交換膜電解槽は、イオン交換膜により陽極を収容する陽極室と陰極を収容する陰極室とに区画され、前記陽極室および前記陰極室のうち少なくとも一方に金属製弾性体が配置されてなるイオン交換膜電解槽において、
前記金属製弾性体として、少なくとも2種の金属製弾性体からなることを特徴とするものである。
That is, the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention is partitioned into an anode chamber for accommodating an anode and a cathode chamber for accommodating a cathode by an ion exchange membrane, and at least one of the anode chamber and the cathode chamber is made of a metal elastic body. In an ion exchange membrane electrolytic cell in which
The metal elastic body is composed of at least two types of metal elastic bodies.
本発明のイオン交換膜電解槽においては、前記金属製弾性体が、陰極と陰極集電体間および陽極と陽極集電体間の少なくとも一方に配置されてなり、前記金属製弾性体の反力により電極と前記イオン交換膜とが密着していてもよく、前記金属製弾性体が、陰極と陰極隔壁間および陽極と陽極隔壁間の少なくとも一方に配置されてなり、前記金属製弾性体の反力により電極と前記イオン交換膜とが密着していてもよい。また、本発明のイオン交換膜電解槽においては、前記金属製弾性体は耐食性フレームに巻回されてなる弾性クッション材であることが好ましい。さらに、本発明のイオン交換膜電解槽においては、前記金属製弾性体は、金属製コイル体であることが好ましい。さらにまた、本発明のイオン交換膜電解槽においては、前記少なくとも2種の金属製弾性体のうち少なくとも1種の金属製弾性体に、電極触媒が担持されていることが好ましい。 In the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention, the metal elastic body is arranged between at least one of the cathode and the cathode current collector and between the anode and the anode current collector, and the reaction force of the metal elastic body The electrode and the ion exchange membrane may be in close contact with each other, and the metal elastic body is disposed between at least one of the cathode and the cathode partition wall and between the anode and the anode partition wall. The electrode and the ion exchange membrane may be in close contact with each other by force. Moreover, in the ion exchange membrane electrolytic cell of this invention, it is preferable that the said metal elastic body is an elastic cushion material wound around a corrosion-resistant flame | frame. Furthermore, in the ion exchange membrane electrolytic cell of this invention, it is preferable that the said metal elastic body is a metal coil body. Furthermore, in the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention, it is preferable that an electrode catalyst is supported on at least one metal elastic body among the at least two metal elastic bodies.
本発明のイオン交換膜電解槽によれば、イオン交換膜の保護と電解槽の電解性能とを高度に両立させることができる。 According to the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention, the protection of the ion exchange membrane and the electrolytic performance of the electrolytic cell can be made highly compatible.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明のイオン交換膜電解槽は、イオン交換膜により陽極を収容する陽極室と陰極を収容する陰極室に区画されたものであり、陽極室および陰極室のうち少なくとも一方に金属製弾性体が配置されてなる。例えば、単極式イオン交換膜電解槽において、金属製弾性体が、陰極と陰極集電体間および陽極と陽極集電体間の少なくとも一方に配置されたものや、複極式イオン交換膜電解槽において、金属製弾性体が、陰極と陰極隔壁間および陽極と陽極隔壁間の少なくとも一方に配置されたものを挙げることができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention is partitioned into an anode chamber containing an anode and a cathode chamber containing a cathode by an ion exchange membrane, and a metal elastic body is provided in at least one of the anode chamber and the cathode chamber. It is arranged. For example, in a monopolar ion exchange membrane electrolytic cell, a metal elastic body is disposed between at least one of a cathode and a cathode current collector and between an anode and an anode current collector, or a bipolar ion exchange membrane electrolysis In the tank, the metal elastic body may be disposed between at least one of the cathode and the cathode partition and between the anode and the anode partition.
図1は、本発明の一好適な実施の形態に係る単極式イオン交換膜電解槽の陰極ユニット中の陰極と陰極集電体とを、金属製弾性体を介して電気的接続した例を示す概略平面図である。図示する単極式イオン交換膜電解槽の陰極ユニット10においては、水素発生陰極14と陰極集電体13との間に金属製弾性体15が配置されている。また、図示例においては、陰極ユニット10内には、上下方向を向く1対の導電棒11が立設され、この導電棒11の周囲に陰極液循環通電部材12が設置され、この通電部材12の面に沿って陰極集電体13が電気的に接続されている。本発明のイオン交換膜電解槽においては、この金属製弾性体15は、少なくとも2種の金属製弾性体(図示例においては金属製コイル体15a、15b)からなる。図示例においては、2種の金属製弾性体として、巻き径が大きい金属製コイル体15aと、巻き径が小さい金属製コイル体15bが用いられている。
FIG. 1 shows an example in which a cathode and a cathode current collector in a cathode unit of a monopolar ion exchange membrane electrolytic cell according to a preferred embodiment of the present invention are electrically connected via a metal elastic body. It is a schematic plan view shown. In the
図1においては、巻き径の大きい金属製コイル体15aが陰極集電体13および水素発生陰極14の両方に接するように配置され、巻き径の小さい金属製コイル体15bは水素発生陰極14に接するように配置されているが、本発明においては、かかる形態に制限されるものではない。図2は巻き径の大きい金属製コイル体15aおよび巻き径が小さい金属製コイル体15bの配置例を示す図である。図2(a)は、巻き径の大きい金属製コイル体15aが陰極集電体13および水素発生陰極14の両方に接するように配置され、巻き径が小さい金属製コイル体15bが陰極集電体13に接するように配置されており、(b)は、巻き径の大きい金属製コイル体15aが陰極集電体13および水素発生陰極14の両方に接するように配置され、巻き径の小さい金属製コイル体15bが水素発生陰極14に接するように配置されており、(c)は、巻き径の大きい金属製コイル体15aが陰極集電体13に接するように配置され、巻き径の小さい金属製コイル体15bが水素発生陰極14に接するように配され、かつ、両コイルが重なり合わずに接している。また、(d)は、巻き径の大きい金属製コイル体15aと巻き径が小さい金属製コイル体15bとの位置関係が(c)の場合と逆であり、(e)は、(b)の場合において巻き径の大きい金属製コイル体15aと巻き径が小さい金属製コイル体15bとが部分的に接するように配置され、(f)は、(a)の場合において巻き径の大きい金属製コイル体15aと巻き径が小さい金属製コイル体15bとが部分的に接するように配置されている。
In FIG. 1, the
上述の通り、金属製弾性体は逆圧に対して耐性がある反面、イオン交換膜に対する押し付け圧が強くなってしまうという不具合を有している。本発明においては、少なくとも2種の金属製コイル体15a、15bを用いて、イオン交換膜に対する押し付け圧の低減と逆圧に対する耐性とを両立させている。
As described above, the metal elastic body is resistant to the reverse pressure, but has a problem that the pressing pressure against the ion exchange membrane becomes strong. In the present invention, at least two types of
図3は、図2(a)に示すタイプの金属製コイル体15a、15bに逆圧が加わった場合における、金属製コイル体15a、15bの変形過程を示す図である。図3(a)は、陰極に逆圧が加わっていない状態を示しており、巻き径が大きい金属製コイル体15aが水素発生陰極14を均一に押圧している。図3(b)は、陰極に逆圧が加わった状態を示しており、巻き径の大きい金属製コイル体15aが徐々に圧縮されていく。図3(c)は陰極に対して過度の逆圧が加わった状態を示している。過度の逆圧が加わると、巻き径の大きい金属製コイル体15aは圧縮されてしまうが、巻き径の小さい金属製コイル体15bが水素発生陰極14と接し、これにより逆圧に対する耐性を発揮する。上記効果を良好に得るためには、巻き径の大きい金属製コイル体15aが塑性変形を開始する前に、巻き径の小さい金属製コイル体15bが弾性変形を開始し、かつ、両金属製コイル体15a、15bの逆圧による変形が弾性変形の段階で収束していることが好ましい。なお、金属製コイル体15a、15bの厚みは上記効果を得ることができる範囲で適宜設計すればよい。
FIG. 3 is a diagram showing a deformation process of the
図1においては、金属製弾性体15として、厚みの異なる金属製コイル体15a、15bを例に挙げているが、本発明のイオン交換膜電解槽においては、金属製弾性体は導電性材料からなり、かつ、弾性的性質を有するものであって、柔軟な電極をイオン交換膜に押し付けて給電することができるものであれば、特に制限はない。例えば、金属製コイル体以外の金属製弾性体として、金属細線に波形型付けしたものや、金属製の不織布、金属ワイヤーからなる編物、織物およびこれらの積層体、または三次元的に編んであるか、三次元的に編んだ後これにうねり加工等を施した形状のものを用いてもよい。
In FIG. 1,
なお、図1〜3では2種類の金属製コイル体15a、15bの厚みを変えた場合を例に挙げているが、厚み以外にも、反力の異なる2種の金属製弾性体15であればよい。例えば、反力の異なる金属製弾性体15として、弾性率の異なる金属製コイル体や、金属製不織布を用いてもよい。この場合、金属製不織布の体積密度を調整することにより、反力を調整することができる。すなわち、体積密度が小さい金属不織布が、相対的に反力が小さい金属製弾性体として機能し、体積密度が大きい金属製弾性体が、相対的に反力が大きい金属製弾性体として機能する。なお、金属製弾性体15の反力は、上記効果を得ることができる範囲で適宜設計すればよく、例えば、2種の金属製弾性体の反力の比率を0.5〜0.9程度とすればよい。
1 to 3 exemplify the case where the thicknesses of the two types of
かかる金属製弾性体15の材質としては、例えば、良好な耐食性を示すニッケル、ニッケル合金、ステンレス鋼、または銅等の固有抵抗の小さい金属に良好な耐食性を示すニッケル等をめっき等で被覆して製造した線材等を用いることができる。金属製弾性体15として金属製コイル体15a、15bを用いる場合は、上記線材をロール加工により螺旋コイルに加工したものを用いることができる。得られた線材の断面形状は、イオン交換膜の損傷を防止するという観点から、円、楕円、角部が丸い矩形等であることが好ましい。具体的には、直径0.17mmのニッケル線(NW2201)をロール加工すると、断面形状が約0.05mm×0.5mmの角部が丸い矩形となり、巻き径が約6mmであるコイル線を得ることができる。
The metal
図1においては、金属製コイル体15a、15bはそのまま電解槽内の電極とその集電体間に装着されているが、本発明のイオン交換膜電解槽においては、耐食性フレームに金属製弾性体を巻回して構成した弾性クッション材を用いてもよい。図4は、本発明に係る弾性クッション材中の耐食性フレームの一例の斜視図であり、図5は、本発明に係る弾性クッション材の一例の斜視図であり、図6は、図5のA−A線縦断面図である。
In FIG. 1, the
図4に例示すように、本発明のイオン交換膜電解槽に係る耐食性フレーム103は金属丸棒で長方形の枠101の長手方向の1対の丸棒間に掛け渡された補強杆102から成っている。この金属丸棒としては、例えば、直径約2mmのニッケル製金属丸棒を好適に用いることができる。本発明に係る弾性クッション材104は、耐食性フレーム103の長手方向の1対の丸棒間のほぼ全長に渡って、金属製弾性体(図示例においては、金属製コイル体15a、15b)を巻回することにより、得ることができる(図5参照)。このようにして得られた弾性クッション材104は、金属製コイル体15a、15bが耐食性フレーム103に巻回されているため、耐食性フレーム103の形状のまま保持され、金属製コイル体15a、15bが耐食性フレーム103から離脱することはほとんどなく、金属製コイル体15a、15bを耐食性フレーム103と一体化したものとして取り扱うことができる。金属製コイル体15a、15bを耐食性フレーム103に巻回することにより、以下の利点を得ることができる。
As shown in FIG. 4, the corrosion-
すなわち、金属製コイル体15a、15bは変形率が高いため、取扱い難く、作業員の意図通りに電解槽の所定箇所に設置することが困難になることが多い。さらに容易に変形する(強度が不十分である)ため、一旦電解槽の所定箇所に設置しても電解槽内の電解液や生成ガスにより偏位して各部材の均一密着が困難になることがある。これに対して弾性クッション材104は、例えば、図4に示すように、長方形状の耐食性フレーム4本の枠杆からなる。このうち対向する2本の間に、ほぼ均一密度になるように金属製コイル体15a、15bを巻回すことにより得られる(図5参照)。この弾性クッション材104では、耐食性フレームの左右に通常2層の金属製弾性体15(図示例においては金属製コイル体15a、15b)が積層されるが(図6参照)、金属製コイル体自体が変形し易いため、隣接するコイル同士が櫛歯状に噛み合わされて、見掛け上、1層になっている。このようにして得られた弾性クッション材104は、食器洗浄用の金属タワシのような外観を有している。
That is, since the
金属製弾性体15を使用する弾性クッション材104の組立は、電解槽外の作業であるため、容易に行うことができ、得られた弾性クッション材104は、電解槽組立時に、電解槽内の対象電極と装着の集電体を電気的に接続するように装着するようにすればよい。この装着時にも弾性クッション材104自体は耐食性フレームの強度により組立に支障が出る程には変形しないため、容易に所定箇所に設置できる。本発明においては、これらの金属製弾性体15や弾性クッション材104等は、必ずしも陰極集電体13や水素発生陰極14に溶接等で固定する必要はないが、固定しても構わない。通常、電気は接触通電方式で流すことにする。なお、ここまで、弾性クッション材104に用いる金属製弾性体として金属製コイル体15a、15bを例に用いて説明してきたが、本発明においては、金属製コイル体15a、15b以外にも、金属製不織布等の上記金属製弾性体を用いてもよい。
Since the assembly of the
金属製コイル体15a、15bや金属製コイル体15a、15bを巻回して得られた弾性クッション材104においては、金属製コイル体の径(コイルの見掛け上の直径)は電解槽内に装着されることにより通常10〜70%まで縮んで弾性が生じ、この弾性により陽極と陽極集電体、または陰極と陰極集電体を弾性的に接続して電極への給電が容易になる。線径の小さい金属製コイル体を使用すれば必然的に電極や集電体と弾性クッション材との接触点の数が多くなり、均一接触が可能になる。電解槽に装着された後の弾性クッション材104は、その耐食性フレーム103により形状が保持されるため、塑性変形を受けることがほとんどなく、電解槽の解体−再組立時にもほとんどの場合再使用できる。
In the
本発明のイオン交換膜電解槽においては、金属製弾性体15や、弾性クッション材104を含むイオン交換膜電解槽を組み立てる際には、少なくとも一方の電極とその電極集電体間に弾性クッション材104等を位置させ、その後は通常通りに組立てれば所定の位置に弾性クッション材等が保持されたイオン交換膜電解槽が得られる。
In the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention, when assembling the metal
本発明のイオン交換膜電解槽においては、少なくとも2種の金属製弾性体(図示例においては金属製コイル体15a、15b)のうち少なくとも1種の金属製弾性体に、電極触媒を担持させてもよい。すなわち、金属製弾性体15自身を電極として機能させることにより、図示例における水素発生陰極14を配置する必要がなくなり、部品点数を減らすことができるというメリットを得ることができる。金属製弾性体に電極触媒を担持させるには、金属製弾性体の表面に白金族金属含有層、ラネーニッケル含有層、活性炭含有ニッケル層等の電極触媒物質の被覆を形成すればよく、例えば、金属製弾性体の表面にラネーニッケル触媒をニッケルにより分散メッキを施したり、ヘキサクロロ白金等の貴金属軽金属を筆めっき等のめっき処理を施したり、焼き付けを施すことが挙げられる。
In the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention, an electrode catalyst is supported on at least one metal elastic body of at least two types of metal elastic bodies (in the illustrated example,
次に、本発明の他の好適な実施の形態に係る複極式のイオン交換膜電解槽について説明する。図7は、本発明の他の好適な実施の形態に係る複極式イオン交換膜電解槽ユニットの陰極と陰極隔壁とを、金属製弾性体を介して電気的に接続した例を示す概略平面図である。図示する複極式イオン交換膜電解槽ユニット20内には、接合された陽極隔壁21と陰極隔壁22の陽極側には上下方向を向く4個の陽極保持部材23(図示例においては一体化されている)が帯状接合部24を陽極隔壁21に接合することにより固定され、各陽極保持部材23の中には陽極液循環通路25が確保されている。また、接合隔壁の陰極側には陽極保持部材23に対応する陰極保持部材26が帯状接合部27を陰極隔壁22に接合することにより固定され、各陰極保持部材26の中には陰極液循環通路28が確保されている。陽極保持部材23の中央外側には凸状部29が形成され、この凸状部29を通してエキスパンデッドメタル状の陽極30へ給電を行う。
Next, a bipolar ion exchange membrane electrolytic cell according to another preferred embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a schematic plan view showing an example in which a cathode and a cathode partition of a bipolar ion exchange membrane electrolytic cell unit according to another preferred embodiment of the present invention are electrically connected via a metal elastic body. FIG. In the illustrated bipolar ion exchange membrane
本発明の他の好適な実施の形態に係る複極式イオン交換膜電解槽においては、陰極(水素発生陰極31)と陰極隔壁22との間および陽極30と陽極隔壁21と間の少なくとも一方に、図示例においては、水素発生陰極31と陰極保持部材26との間に金属製弾性体15が配置されてなり、この金属製弾性体15は、少なくとも2種の金属製弾性体(図示例においては金属製コイル体15a、15b)からなる。かかる構成とすることにより、上述の単極式イオン交換膜電解槽と同様の効果を得ることができる。なお、図示例においては、金属製弾性体15が落ち込むのを防止するために、メッシュ32が配置されている。
In the bipolar ion exchange membrane electrolytic cell according to another preferred embodiment of the present invention, at least one between the cathode (hydrogen generating cathode 31) and the
本実施の形態に係る金属製弾性体の詳細については、上述の単極式イオン交換膜電解槽に用いる金属製弾性体15と同様であり、また、金属製弾性体15に代えて上述の弾性クッション材104を用いてもよい。なお、図示例においては、金属製弾性体15と陰極隔壁22の間に、陰極保持部材28が配置されているが、本発明はかかる形態に制限されるものではなく、電極と隔壁との間に金属製弾性体が配置され、この金属製弾性体を介して電気的に接続されていればよい。
The details of the metal elastic body according to the present embodiment are the same as those of the metal
また、本発明の他の好適な実施の形態に係る複極式イオン交換膜電解槽においても、少なくとも2種の金属製弾性体のうち少なくとも1種の金属製弾性体(図示例においては金属製コイル体15a、15b)に、電極触媒が担持されていることが好ましい。すなわち、金属製弾性体自身を電極として機能させることにより、電極、図示例における水素発生陰極31を配置する必要がなくなり、部品点数を減らすことができるというメリットを得ることができる。
Also, in the bipolar ion exchange membrane electrolytic cell according to another preferred embodiment of the present invention, at least one metal elastic body (in the illustrated example, a metal elastic body) is used. It is preferable that an electrode catalyst is supported on the
以上、本発明のイオン交換膜電解槽について、イオン交換膜電解槽が単極式の場合と複極式の場合とに分けて説明してきたが、本発明のイオン交換膜電解槽は、上記構成を満足することのみが重要であり、それ以外の構造については、従来から用いられている構造を適宜用いることができ、特に制限はない。 As described above, the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention has been described separately for the case where the ion exchange membrane electrolytic cell is a monopolar type and the case of a bipolar type, but the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention has the above-described configuration. It is only important to satisfy the above. For other structures, a conventionally used structure can be used as appropriate, and there is no particular limitation.
例えば、陰極集電体の形状は、メッシュ状であっても板状であってもよく、その形状については特に限定されるものではない。また、陰極については、金属製弾性体15または弾性クッション材104により押圧されてイオン交換膜に接触するものであるのであれば特に制限はなく、通常、電解用に用いられるものであれば、いかなるものをも用いることができるが、触媒皮膜が薄くとも高活性であって、かつ、皮膜表面が平滑で、イオン交換膜を機械的に傷つけることのない、Ru−La−Pt系、Ru−Ce系、Pt−Ce系、および、Pt−Ni系からなる群から選択される熱分解型活性陰極が好適である。
For example, the shape of the cathode current collector may be a mesh shape or a plate shape, and the shape is not particularly limited. Further, the cathode is not particularly limited as long as it is pressed by the metal
本発明のイオン交換膜電解槽を使用して食塩電解を行うには、陽極室に食塩水溶液等の電解液を、陰極室に希釈苛性ソーダ水溶液を供給しながら、両極間に通電する。弾性クッション材等が電極として機能する電解槽では、弾性クッション材等の高強度及び強靭性によりこの状態が長期間維持されるため、イオン交換膜等が機械的に損傷したりすることなく、また過度に変形して給電が不十分になることがなく、苛性ソーダ等を高効率で製造できる。 In order to perform salt electrolysis using the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention, current is passed between both electrodes while supplying an electrolyte such as a saline solution to the anode chamber and a dilute caustic soda solution to the cathode chamber. In an electrolytic cell in which an elastic cushion material or the like functions as an electrode, this state is maintained for a long time due to the high strength and toughness of the elastic cushion material or the like, so that the ion exchange membrane or the like is not mechanically damaged. Caustic soda or the like can be manufactured with high efficiency without excessive deformation and insufficient power supply.
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。
<実施例1>
陽極としてペルメレック電極株式会社製の寸法安定性電極を採用し、陰極としてニッケル製マイクロメッシュ基材の活性陰極を採用した。陽極および陰極の反応面サイズはそれぞれ幅110mm、高さ1400mmとした。イオン交換膜は旭硝子株式会社製のFlemionF−8020を用いた。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
<Example 1>
A dimensional stability electrode manufactured by Permerek Electrode Co., Ltd. was adopted as the anode, and an active cathode of nickel micromesh substrate was adopted as the cathode. The reaction surface sizes of the anode and the cathode were 110 mm in width and 1400 mm in height, respectively. As the ion exchange membrane, Flemion F-8020 manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. was used.
また、線径が0.17mmで、引張強度620〜680N/m2のニッケル線(NW2201)をロール加工により約0.5mm幅のコイル線を作製した。得られたコイル線を用いて、反力の小さい金属製コイル体としてコイルの巻き径が6.5mmにした金属製コイル、および相対的に反力の大きい金属製コイル体としてコイルの巻き径4.5mmにした金属製コイル体を作製した。得られた金属製コイル体の反力の比は0.7であった。この金属製コイル体を、直径1.2mmのニッケル丸棒製枠(耐食性フレーム)に巻回して直方体状に形状を整え、概略サイズが厚さ10mm×幅110mm×長さ350mmの弾性クッション材を作製した。この弾性クッション材のコイル線密度は約3g/dm2であった。陰極集電体としてニッケル製エキスパンデッドメタルを用いた。 Further, a coil wire having a width of about 0.5 mm was produced by rolling a nickel wire (NW2201) having a wire diameter of 0.17 mm and a tensile strength of 620 to 680 N / m 2 . Using the obtained coil wire, a metal coil having a coil winding diameter of 6.5 mm as a metal coil body having a small reaction force, and a coil winding diameter 4 as a metal coil body having a relatively large reaction force. A metal coil body having a thickness of 5 mm was produced. The ratio of reaction forces of the obtained metal coil body was 0.7. This metal coil body is wound around a nickel round bar frame (corrosion-resistant frame) with a diameter of 1.2 mm to adjust the shape to a rectangular parallelepiped shape, and an elastic cushion material having an approximate size of 10 mm thickness × 110 mm width × 350 mm length is formed. Produced. The coil linear density of this elastic cushion material was about 3 g / dm 2 . Nickel expanded metal was used as the cathode current collector.
得られた弾性クッション材を、陰極集電体と水素発生陰極間に弾性クッション材に弾性が生じるように挿入し、電流密度4kA/m2で30日間電解を行った。 The obtained elastic cushion material was inserted between the cathode current collector and the hydrogen generating cathode so that the elastic cushion material was elastic, and electrolysis was performed at a current density of 4 kA / m 2 for 30 days.
<実施例2>
巻き径が大きい金属製コイル体と、巻き径が小さい金属製コイル体とを耐食性フレームに巻き付けずに陰極集電体と水素発生陰極間に挿入したこと以外は実施例1と同様の条件で電解を行った。なお、上記金属製コイル体は図2(a)に示す状態とした。
<Example 2>
Electrolysis was carried out under the same conditions as in Example 1, except that a metal coil body having a large winding diameter and a metal coil body having a small winding diameter were inserted between the cathode current collector and the hydrogen generating cathode without being wound around the corrosion-resistant frame. Went. In addition, the said metal coil body was made into the state shown to Fig.2 (a).
<実施例3>
実施例1で作製した弾性クッション材を陰極とし、ヘキサクロロ白金酸水溶液(20g/リットル)を含浸したチタン棒が入ったプラスチックブラシを陽極とした筆めっき法(電流0.5A、1dm2当たりのめっき時間5分)により弾性クッション材を構成する各金属製コイル体のイオン交換膜側表面に白金めっきを行った。得られた白金めっき付き弾性クッション材自体を陰極として、陰極集電体とイオン交換膜の間に挿入した以外は実施例1と同様の条件で電解を行った。
<Example 3>
Brush plating method (plating per current 0.5 A, 1 dm 2 ) using the elastic cushion material produced in Example 1 as a cathode and a plastic brush containing a titanium rod impregnated with an aqueous hexachloroplatinic acid solution (20 g / liter) as an anode Platinum plating was performed on the ion exchange membrane side surface of each metal coil body constituting the elastic cushion material in 5 minutes. The obtained platinum-plated elastic cushion material itself was used as a cathode, and electrolysis was performed under the same conditions as in Example 1 except that it was inserted between the cathode current collector and the ion exchange membrane.
<比較例1>
巻き径の小さい金属製コイル体のみを耐食性フレームに巻き付けて弾性クッション材を作製し、この弾性クッション材を陰極集電体と水素発生陰極との間に設置したこと以外は実施例1と同様の条件で電解を行った。
<Comparative Example 1>
An elastic cushion material is produced by winding only a metal coil body having a small winding diameter around a corrosion-resistant frame, and this elastic cushion material is installed between the cathode current collector and the hydrogen generating cathode. Electrolysis was performed under conditions.
<結果>
実施例1〜3のイオン交換膜電解槽は、運転期間中、電解条件が安定し、高濃度の苛性ソーダが得られた。また、イオン交換膜にはブリスターの発生は見られなかった。一方、比較例1のイオン交換膜電解槽では、運転期間中に電解性能の低下がみられた。
<Result>
In the ion exchange membrane electrolytic cells of Examples 1 to 3, the electrolysis conditions were stable during the operation period, and high-concentration caustic soda was obtained. In addition, no blisters were observed in the ion exchange membrane. On the other hand, in the ion exchange membrane electrolytic cell of Comparative Example 1, a decrease in electrolytic performance was observed during the operation period.
10 単極式イオン交換膜電解槽の陰極ユニット
11 導電棒
12 通電部材
13 陰極集電体
14 水素発生陰極
15 金属製弾性体
15a、15b 金属製コイル体
20 複極式イオン交換膜電解槽ユニット
21 陽極隔壁
22 陰極隔壁
23 陽極保持部材
24 帯状接合体
25 陽極液循環通路
26 陰極保持部材
27 帯状接合部
28 陰極液循環通路
29 凸状部
30 陽極
31 水素発生陰極
32 メッシュ
101 長方形枠
102 補強杆
103 耐食性フレーム
104 弾性クッション材
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記金属製弾性体として、少なくとも2種の金属製弾性体からなることを特徴とするイオン交換膜電解槽。 In an ion exchange membrane electrolytic cell that is partitioned into an anode chamber containing an anode by an ion exchange membrane and a cathode chamber containing a cathode, and a metal elastic body is disposed in at least one of the anode chamber and the cathode chamber,
An ion exchange membrane electrolytic cell comprising at least two kinds of metal elastic bodies as the metal elastic bodies.
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JP2012085826A JP2013216922A (en) | 2012-04-04 | 2012-04-04 | Ion exchange membrane electrolytic cell |
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JP2015151591A (en) * | 2014-02-17 | 2015-08-24 | 東ソー株式会社 | Ion exchange membrane method electrolytic cell |
WO2021206178A1 (en) * | 2020-04-10 | 2021-10-14 | 出光興産株式会社 | Li ION RECOVERY MEMBER AND Li RECOVERY DEVICE USING SAME |
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