JP2017088952A - Ion exchange membrane electrolytic tank - Google Patents

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Manabu Nagase
学 長瀬
聡 羽多野
Satoshi Hatano
聡 羽多野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion exchange membrane electrolytic tank, with an anode having a two layer structure, capable of efficiently performing an electrolytic operation under pressure lower than that of the conventional anode having one layer structure.SOLUTION: In an ion exchange membrane electrolytic tank comprising: an anode 20 having a conductive substrate having an opening and a catalyst layer provided on the conductive substrate; a cathode 30; and an ion exchange membrane I arranged therebetween, the anode 20 has the first anode 21 arranged at the side of the anode chamber and one or more layer of the second anodes 22 laminated in a state of being conducted to the first anode 21, in the second anodes 22, the opening ratio of the conductive substrate is 40 to 55%, and the opening ratio of the conductive substrate in the first anode 21 is being below the opening ratio of the conductive substrate in the second anode(s) 22.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、開口を有する導電性基体とその導電性基体上に設けられる触媒層とを有する陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配置されるイオン交換膜と、を備えるイオン交換膜電解槽に関する。本発明は、イオン交換膜電解槽を新たに製造する場合だけでなく、既設のイオン交換膜電解槽の陽極を再活性化する場合にも有効な技術である。   The present invention relates to an ion comprising an anode having a conductive substrate having an opening and a catalyst layer provided on the conductive substrate, a cathode, and an ion exchange membrane disposed between the anode and the cathode. The present invention relates to an exchange membrane electrolytic cell. The present invention is effective not only when newly producing an ion exchange membrane electrolytic cell, but also when reactivating the anode of an existing ion exchange membrane electrolytic cell.

この種のイオン交換膜電解槽は、イオン交換膜で区画された、陽極を装着した陽極室枠と、陰極が装着された陰極室枠から主に構成されており、例えば、当該電解槽の陽極室に食塩水が送液され、陰極室に純水が送液された状態で直流電流を流した場合に於いて、陽極表面で塩素ガスが発生し、陰極表面で水素ガスが発生すると同時に、陰極室内でかせいソーダが生産される。   This type of ion exchange membrane electrolytic cell is mainly composed of an anode chamber frame with an anode and a cathode chamber frame with a cathode, which are partitioned by an ion exchange membrane. In the case where a direct current is passed in a state where saline is sent to the chamber and pure water is sent to the cathode chamber, chlorine gas is generated on the anode surface and hydrogen gas is generated on the cathode surface. Soda is produced in the cathode chamber.

イオン交換膜電解槽において、陽極室枠に装着された陽極は、チタンまたはチタンを主成分とする合金からなる導電性基体を使用し、当該導電性基体上に触媒の活性機能を有する貴金属が担持されている。しかし、電解操作の継続に伴い、当該貴金属は徐々に減耗または消失し、本来有する触媒活性の機能が低下する。触媒活性の機能が低下することにより、電解が困難となり、末期では電解不能となるため、商業用電解槽に於いては、直流電源装置の仕様能力を超えてしまうので、予防保全の観点からも陽極の定期的な更新は必須となる。また、陰極についても、陽極と同様に、電気エネルギー消費量の削減の観点から、数年あるいは十数年周期で、更新作業が行われる。   In an ion exchange membrane electrolytic cell, the anode mounted on the anode chamber frame uses a conductive substrate made of titanium or an alloy containing titanium as a main component, and a noble metal having a catalytic activity function is supported on the conductive substrate. Has been. However, with the continuation of the electrolysis operation, the noble metal gradually wears or disappears, and the inherent catalytic activity function is reduced. Decreasing the function of the catalytic activity makes it difficult to perform electrolysis and makes electrolysis impossible at the end of the period. Therefore, in commercial electrolyzers, the specification capacity of the DC power supply device is exceeded. Periodic renewal of the anode is essential. In addition, as with the anode, the cathode is also renewed every several years or several decades from the viewpoint of reducing electric energy consumption.

このような電極の更新作業を行う代わりに、古い電極をそのまま利用する技術として、下記の特許文献1には、電極触媒を被覆した不溶性電極の活性が低下した際に、新しい電極を既設の電極に溶接して再活性化する方法において、ロール掛け等により平坦化したものであり、既設の電極のメッシュの短径より小さい短径を有するエキスパンデッドメタル(「エキスパンドメタル」とも言う)を新しい電極として使用する方法が提案されている。この方法によると、メッシュの短径がより小さいエキスパンドメタルが上側に積層された二層構造の陽極となる。   As a technique for using an old electrode as it is instead of performing such an electrode renewal operation, Patent Document 1 below discloses that a new electrode is installed when the activity of an insoluble electrode coated with an electrode catalyst is reduced. In the method of reactivation by welding, the expanded metal (also referred to as “expanded metal”), which has been flattened by rolling, etc., has a minor axis smaller than the minor axis of the existing electrode mesh A method for use as an electrode has been proposed. According to this method, an anode having a two-layer structure in which expanded metal having a smaller minor axis of the mesh is laminated on the upper side is obtained.

特開平4−32594号公報JP-A-4-32594

しかしながら、エキスパンドメタルは、通常、開口率が40%未満であり、特許文献1のように、ロール掛け等により平坦化したエキスパンドメタルでは、更に開口率が低下すると考えられる。また、エキスパンドメタルは、メッシュの短径が小さいほど、開口率も小さくなる傾向があるため、特許文献1において、新しいエキスパンドメタルの方が、既設のエキスパンドメタルより開口率が小さいと考えられる。   However, the expanded metal usually has an opening ratio of less than 40%, and it is considered that the expanded metal is further reduced in the expanded metal flattened by rolling or the like as in Patent Document 1. In addition, since the expanded metal tends to have a smaller opening ratio as the minor axis of the mesh is smaller, in Patent Document 1, it is considered that the new expanded metal has a smaller opening ratio than the existing expanded metal.

しかし、本発明者らの検討によると、特許文献1のように、新しく積層する陽極の開口率がある範囲より小さく、かつ既設の陽極より開口率が小さい場合、積層された陽極としての機能が不十分になることが判明した。   However, according to the study by the present inventors, as in Patent Document 1, when the aperture ratio of a newly laminated anode is smaller than a certain range and the aperture ratio is smaller than that of an existing anode, the function as a laminated anode is achieved. It turned out to be insufficient.

そこで、本発明の目的は、二層構造の陽極として、従来の一層構造の陽極より低電圧で効率良く電解操作を行う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。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an ion-exchange membrane electrolytic cell capable of performing an electrolysis operation efficiently at a lower voltage than a conventional single-layered anode as a two-layered anode.

また、本発明の別の目的は、再活性化された陽極として、従来の再活性化された二層構造の陽極より低電圧で効率良く電解操作を行う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。   Another object of the present invention is to provide an ion exchange membrane electrolytic cell capable of performing an electrolysis operation efficiently at a lower voltage than a conventional reactivated two-layer anode as a reactivated anode. There is to do.

上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。
即ち、本発明のイオン交換膜電解槽は、開口を有する導電性基体とその導電性基体上に設けられる触媒層とを有する陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配置されるイオン交換膜と、を備えるイオン交換膜電解槽において、前記陽極は、陽極室の側に配置される第一陽極と、その第一陽極に導通した状態で積層された一層以上の第二陽極とを有し、前記第二陽極は、導電性基体の開口率が40〜55%であり、前記第一陽極の導電性基体の開口率が、前記第二陽極の導電性基体の開口率未満であることを特徴とする。
The above object can be achieved by the present invention as described below.
That is, the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention is disposed between an anode having a conductive substrate having an opening and a catalyst layer provided on the conductive substrate, a cathode, and the anode and the cathode. In the ion exchange membrane electrolytic cell comprising an ion exchange membrane, the anode includes a first anode disposed on the anode chamber side, and one or more second anodes stacked in a conductive state with the first anode. The second anode has an opening ratio of the conductive substrate of 40 to 55%, and the opening ratio of the conductive substrate of the first anode is less than the opening ratio of the conductive substrate of the second anode. It is characterized by being.

本発明のイオン交換膜電解槽によると、第二陽極の導電性基体が開口率40%以上であり、しかもこれが第一陽極の導電性基体の開口率より大きいため、第一陽極の機能を余り損なうことなく、触媒の活性な有効面積が増大し、塩素発生過電圧が著しく低減されると考えられる。また、塩素ガス等の発生に伴うガスの離脱着性が改善されたため、電解槽内の通液性が向上し、ガス抵抗による電圧損失が改善し、電極反応の効率が向上すると考えられる。その結果、従来の一層構造の陽極より低電圧で効率良く電解操作を行うことができるようになる。   According to the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention, since the conductive substrate of the second anode has an aperture ratio of 40% or more and is larger than the aperture ratio of the conductive substrate of the first anode, the function of the first anode is not much. Without loss, it is believed that the active effective area of the catalyst increases and the chlorine generation overvoltage is significantly reduced. In addition, since the gas detachability due to the generation of chlorine gas or the like has been improved, the liquid permeability in the electrolytic cell is improved, the voltage loss due to the gas resistance is improved, and the efficiency of the electrode reaction is considered to be improved. As a result, the electrolysis operation can be performed efficiently at a lower voltage than the conventional single-layered anode.

また、本発明のイオン交換膜電解槽は、前記第一陽極の触媒層が新設時より劣化している場合にも有効であり、その場合、前記第二陽極が、新設された陽極となる。このように、本発明は、既設の劣化した陽極に対しても、新設された第二陽極において、発生ガスを電解液中に分離・拡散させながら、電極反応を効率よく行うことができる。その結果、再活性化された陽極として、従来の再活性化された二層構造の陽極より低電圧で効率良く電解操作を行うことができるイオン交換膜電解槽を提供することができる。さらには、更新時の第一陽極の取り外し作業費用および新規の陽極製作費用と取り付け費用、取り付けに必要な基体のゆがみ修正作業費用等が発生しないため、改造程度の手間で安価に製作加工することができ、この点からも経済性に優れる。   Further, the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention is also effective when the catalyst layer of the first anode is deteriorated from the time of the new installation, in which case the second anode becomes the newly installed anode. As described above, according to the present invention, the electrode reaction can be efficiently performed while separating and diffusing the generated gas in the electrolytic solution in the newly installed second anode even with respect to the existing degraded anode. As a result, it is possible to provide an ion exchange membrane electrolytic cell capable of performing an electrolysis operation efficiently at a lower voltage than a conventional reactivated anode having a two-layer structure as a reactivated anode. In addition, the cost of removing the first anode at the time of renewal, the cost of manufacturing and installing a new anode, and the cost of correcting the distortion of the base necessary for installation, etc. do not occur. From this point, it is also economical.

上記において、前記第二陽極の導電性基体は、厚みが0.1mm〜1.2mmであるエキスパンドメタル、パンチングメタル、又は平織メッシュ(「平織金網」とも言う)の何れかであり、前記第一陽極の導電性基体は、厚みが0.5mm〜2.0mmであるエキスパンドメタル、パンチングメタル、又は平織メッシュの何れかであることが好ましい。このような厚みと形状を有する第一陽極と第二陽極の組合せによって、上記の作用効果をより効果的に奏することができる。   In the above, the conductive substrate of the second anode is any one of an expanded metal, a punching metal, or a plain weave mesh (also referred to as “plain weave wire mesh”) having a thickness of 0.1 mm to 1.2 mm. The conductive substrate of the anode is preferably any one of expanded metal, punched metal, or plain woven mesh having a thickness of 0.5 mm to 2.0 mm. With the combination of the first anode and the second anode having such a thickness and shape, the above-described effects can be achieved more effectively.

また、前記第二陽極の触媒層は、白金、イリジウム、ロジウム、パラジウム、及びルテニウムから成る群から選ばれた少なくとも1種の白金族金属またはその酸化物を含み、前記触媒層の厚みが0.1〜50μmであることが好ましい。第二陽極の触媒層の材料と厚みをこのように設定することで、特に食塩水を用いて陽極で塩素ガスを発生させる場合に、より効率良く電極反応を行うことができる。   The catalyst layer of the second anode includes at least one platinum group metal selected from the group consisting of platinum, iridium, rhodium, palladium, and ruthenium or an oxide thereof, and the catalyst layer has a thickness of 0. It is preferable that it is 1-50 micrometers. By setting the material and thickness of the catalyst layer of the second anode in this manner, the electrode reaction can be performed more efficiently, particularly when chlorine gas is generated at the anode using saline.

特に、前記第二陽極の導電性基体は、厚みが0.1mm〜1.2mmの平織メッシュであることが好ましい。平織メッシュを用いることが適当な厚みで所望の開口率が得られると共に、エキスパンドメタルと比較して、発生した塩素ガスが陽極表面で瞬時に脱着するため、塩素ガス発生を効率良く行うことができる。   In particular, the conductive substrate of the second anode is preferably a plain woven mesh having a thickness of 0.1 mm to 1.2 mm. The use of plain woven mesh provides a desired aperture ratio with an appropriate thickness, and the generated chlorine gas is instantaneously desorbed on the anode surface compared to expanded metal, so that chlorine gas can be generated efficiently. .

更に、前記第二陽極の触媒層は、表面粗さが0.5〜70μmであることが好ましい。陰極側からの加圧により、第二陽極は通常、イオン交換膜に接触しているが、第二陽極をこのような表面粗さとすることが、電解液の通液性と発生ガスの分離・拡散性を確保することで、より効率良く電極反応を行うことができる。   Furthermore, the catalyst layer of the second anode preferably has a surface roughness of 0.5 to 70 μm. Due to the pressure from the cathode side, the second anode is usually in contact with the ion exchange membrane, but the surface roughness of the second anode is such that the electrolyte permeability and separation of generated gas. By ensuring the diffusibility, the electrode reaction can be performed more efficiently.

本発明のイオン交換膜電解槽は、単極式又は複極式の電解槽の何れの方式にも適用することができる。   The ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention can be applied to any system of a monopolar type or a bipolar type electrolytic cell.

本発明のイオン交換膜電解槽に用いられる電極ユニットの一例の概略構造を示す縦断面図The longitudinal cross-sectional view which shows schematic structure of an example of the electrode unit used for the ion exchange membrane electrolytic cell of this invention 図1中のA―A線矢視断面図1 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 本発明のイオン交換膜電解槽に用いられる電極ユニットの他の例の要部を示す縦断面図The longitudinal cross-sectional view which shows the principal part of the other example of the electrode unit used for the ion exchange membrane electrolytic cell of this invention 本発明のイオン交換膜電解槽に用いられる弾性体の構造を示す斜視図The perspective view which shows the structure of the elastic body used for the ion exchange membrane electrolytic cell of this invention

(イオン交換膜電解槽の構造)
本発明のイオン交換膜電解槽は、例えば図1〜図2に示すように、陽極20と、陰極30と、それらの間に配置されるイオン交換膜Iと、を備えており、電極ユニットUにより、陽極20を有する陽極室20A、および陰極30を有する陰極室30Aを構成することができる。図示した例では、槽内(図示省略)に所定数の電極ユニットUが同一極性で縦列的に配置され、隣接するユニットU―U間にイオン交換膜Iが配置されることにより複極式電解槽を形成している。なお、単極式電解槽の場合、1つの電極ユニットUの両側に、陽極20又は陰極30の何れかが形成され、それぞれの電極ユニットUがイオン交換膜Iを介して交互に配置されることで単極式電解槽を形成される。つまり、本発明のイオン交換膜電解槽は、単極式又は複極式の電解槽の何れの方式にも適用することができる。このような電解槽の構造は、「ソーダ技術ハンドブック2009」(日本ソーダ工業化2009年6月30日発行)の195頁から218頁に記載されている。
(Structure of ion exchange membrane electrolytic cell)
The ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention includes, for example, an anode 20, a cathode 30, and an ion exchange membrane I disposed therebetween, as shown in FIGS. Thus, the anode chamber 20A having the anode 20 and the cathode chamber 30A having the cathode 30 can be configured. In the illustrated example, a predetermined number of electrode units U are arranged in tandem with the same polarity in a tank (not shown), and an ion exchange membrane I is arranged between adjacent units U-U, thereby performing bipolar electrolysis. A tank is formed. In the case of a monopolar electrolytic cell, either the anode 20 or the cathode 30 is formed on both sides of one electrode unit U, and the electrode units U are alternately arranged via the ion exchange membrane I. In this way, a monopolar electrolytic cell is formed. That is, the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention can be applied to any system of a monopolar type or a bipolar type electrolytic cell. The structure of such an electrolytic cell is described on pages 195 to 218 of “Soda Technical Handbook 2009” (issued on June 30, 2009 by Nippon Soda Industrialization).

図1〜図2に示すように、個々の電極ユニットUは、例えば、縦列方向に直角で垂直な隔壁11の一方の側に剛構造の陽極20を支持して、他方の側に陰極30を支持する電極支持フレーム10を備えている。   As shown in FIGS. 1 to 2, each electrode unit U has, for example, a rigid structure anode 20 supported on one side of a partition wall 11 perpendicular to the column direction and a cathode 30 on the other side. An electrode support frame 10 for supporting is provided.

陽極20の支持のために、垂直な隔壁11の一方の表面に、横方向に所定間隔で配置された垂直な複数の縦リブ12が取り付けられており、それらの先端に陽極20が取り付けられている。陽極20とその背後の隔壁11との間が陽極室20Aであり、陽極室20Aにおいて電解液が横方向で自由に流通するよう、個々の縦リブ12には、複数の貫通孔12aが設けられている。   In order to support the anode 20, a plurality of vertical vertical ribs 12 arranged at predetermined intervals in the lateral direction are attached to one surface of the vertical partition wall 11, and the anode 20 is attached to the tip thereof. Yes. Between the anode 20 and the partition wall 11 behind it is an anode chamber 20A, and each vertical rib 12 is provided with a plurality of through holes 12a so that the electrolyte can freely flow in the lateral direction in the anode chamber 20A. ing.

同様に、電極支持フレーム10の垂直な隔壁11の他方の表面には、横方向に所定間隔で配置された垂直な複数の縦リブ13が取り付けられており、それらの先端に陰極構造体(陰極30)が取り付けられている。陰極構造体(陰極30)とその背後の隔壁11との間が陰極室30Aであり、陰極室30Aにおいて電解液が横方向で自由に流通するよう、個々の縦リブ13には、複数の貫通孔13aが設けられている。   Similarly, on the other surface of the vertical partition wall 11 of the electrode support frame 10, a plurality of vertical vertical ribs 13 arranged at predetermined intervals in the lateral direction are attached, and a cathode structure (cathode) is attached to the tip thereof. 30) is attached. A space between the cathode structure (cathode 30) and the partition wall 11 behind it is a cathode chamber 30A. In the cathode chamber 30A, each vertical rib 13 has a plurality of penetrating holes so that the electrolyte can freely flow in the lateral direction. A hole 13a is provided.

本発明のイオン交換膜電解槽では、例えば図1〜図2に示すように、陽極20は、陽極室20Aの側に配置される第一陽極21と、その第一陽極21に積層された一層以上の第二陽極22とを有する。図示した例では、第二陽極22が一層の場合を示しているが、第二陽極22は、二層又は三層以上で構成されていてもよい。第二陽極22が二層以上で構成される場合、各々の第二陽極22は同一でも異なっていてもよい。また、各々の第二陽極22が異なっている場合、第一陽極21に積層される陽極について、導電性基体の開口率が40〜55%であり、第一陽極21の導電性基体の開口率より大きいことが好ましい。   In the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention, for example, as shown in FIGS. 1 to 2, the anode 20 includes a first anode 21 disposed on the anode chamber 20 </ b> A side and a single layer laminated on the first anode 21. The second anode 22 is included. In the illustrated example, the case where the second anode 22 is a single layer is shown, but the second anode 22 may be composed of two layers or three or more layers. When the second anode 22 is composed of two or more layers, each second anode 22 may be the same or different. Moreover, when each 2nd anode 22 is different, about the anode laminated | stacked on the 1st anode 21, the aperture ratio of an electroconductive base | substrate is 40 to 55%, and the aperture ratio of the electroconductive base | substrate of the 1st anode 21 is. Larger is preferred.

積層された第二陽極22は、第一陽極21に対して導通した状態で積層されていればよいが、単に積層配置して両陽極を接触させる方法よりも、TIG溶接またはスポット溶接により固定する方が、導通状態の安定性、機械的強度の観点から好ましい。   The laminated second anode 22 may be laminated in a conductive state with respect to the first anode 21, but is fixed by TIG welding or spot welding rather than simply placing the two anodes in contact with each other. Is more preferable from the viewpoint of the stability of the conduction state and the mechanical strength.

本発明において、陽極20と陰極30がイオン交換膜Iで区画された極間距離の調整は、例えば次のように行われる。陽極室枠(図示省略)に第一陽極21を装着する場合に、当該陽極室枠のイオン交換膜Iと接する面に対して垂直な方向に、所定の高さ(例えば1.5mm程度)だけ高くなるように段差を設ける。一方、陰極室枠(図示省略)に陰極30を装着する場合、当該室枠のイオン交換膜と接する面に平滑になるような位置とする。   In the present invention, the adjustment of the interelectrode distance in which the anode 20 and the cathode 30 are partitioned by the ion exchange membrane I is performed, for example, as follows. When the first anode 21 is attached to an anode chamber frame (not shown), the anode chamber frame is only a predetermined height (for example, about 1.5 mm) in a direction perpendicular to the surface of the anode chamber frame in contact with the ion exchange membrane I. A step is provided to be higher. On the other hand, when the cathode 30 is mounted on a cathode chamber frame (not shown), the position is set so as to be smooth on the surface of the chamber frame in contact with the ion exchange membrane.

イオン交換膜Iと、陽極室枠および陰極室枠との間には、それぞれガスケット等のシール材を介在させて、電極ユニットUを設置する。その際、イオン交換膜Iと第一陽極21との間のガスケットを所定の厚み(例えば2mm)とし、同様にイオン交換膜Iと陰極30と間のガスケットを所定の厚み(例えば2mm)とすることで、第一陽極21と陰極30がイオン交換膜Iで区画された極間距離の調整を行うことができる。また、第一陽極21上に第二陽極22が積層されることで、第二陽極22の厚み分だけ、極間距離が狭まる。   Between the ion exchange membrane I and the anode chamber frame and the cathode chamber frame, an electrode unit U is installed with a sealing material such as a gasket interposed therebetween. At that time, the gasket between the ion exchange membrane I and the first anode 21 has a predetermined thickness (for example, 2 mm), and similarly the gasket between the ion exchange membrane I and the cathode 30 has a predetermined thickness (for example, 2 mm). Thus, the distance between the electrodes in which the first anode 21 and the cathode 30 are partitioned by the ion exchange membrane I can be adjusted. In addition, since the second anode 22 is laminated on the first anode 21, the distance between the electrodes is reduced by the thickness of the second anode 22.

なお、図1〜図2に示すように、陰極30側からの加圧により、第二陽極22は通常、イオン交換膜Iに接触してため、極間距離からイオン交換膜Iの厚みを引いた距離が、陰極30とイオン交換膜Iとの距離となる。本実施形態では、陰極30とイオン交換膜Iとの間に空間(ギャップ)を有する例を示したが、本発明では、当該ギャップが実質的に存在しないゼロギャップ構造のイオン交換膜電解槽であってもよい(図3参照)。その場合、後述するような弾性体32を用いて、陰極30をイオン交換膜Iに圧接させる構造とするのが好ましい。   In addition, as shown in FIGS. 1-2, since the 2nd anode 22 normally contacts the ion exchange membrane I by the pressurization from the cathode 30 side, the thickness of the ion exchange membrane I is subtracted from the distance between electrodes. This distance is the distance between the cathode 30 and the ion exchange membrane I. In the present embodiment, an example in which a space (gap) is provided between the cathode 30 and the ion exchange membrane I is shown. However, in the present invention, an ion exchange membrane electrolytic cell having a zero gap structure in which the gap does not substantially exist. It may be present (see FIG. 3). In that case, it is preferable to use a structure in which the cathode 30 is pressed against the ion exchange membrane I using an elastic body 32 as will be described later.

本発明では、第一陽極21の触媒層が新設時より劣化したものに対して、第二陽極22を新設することも可能である。その場合、第一陽極21の触媒層は、新設時より劣化しており、第二陽極22は、新設された陽極となる。   In the present invention, it is possible to newly provide the second anode 22 with respect to the catalyst layer of the first anode 21 that has deteriorated from the time of the new installation. In that case, the catalyst layer of the first anode 21 has deteriorated from the time of the new installation, and the second anode 22 becomes the newly installed anode.

つまり、本発明によると、イオン交換膜電解槽に於いて、第一陽極21の触媒の活性機能が低下して、電解継続が困難となる前に、第一陽極21を取り外すことなく、陽極室枠内の触媒の活性機能が再活性化され、また、塩素発生を伴う電解工程に適した陽極寿命の延命化が図られ、且つ電気エネルギー消費量を低減させることが可能となる。   In other words, according to the present invention, in the ion exchange membrane electrolytic cell, the anode anode chamber can be removed without removing the first anode 21 before the active function of the catalyst of the first anode 21 is reduced and it is difficult to continue the electrolysis. The active function of the catalyst in the frame is reactivated, the life of the anode suitable for the electrolysis process accompanied by chlorine generation is extended, and the electric energy consumption can be reduced.

(イオン交換膜)
イオン交換膜としては、食塩電解槽等に用いられるものが、いずれも使用可能であり、例えば、塩素に耐久性を持つパーフルオロスルフォン酸樹脂、パーフルオロカルボン酸樹脂などを使用することができる。これらのイオン交換膜については、「ソーダ技術ハンドブック2009」(日本ソーダ工業化2009年6月30日発行)に詳細に記載されている。
(Ion exchange membrane)
As the ion exchange membrane, any one used in a salt electrolytic cell or the like can be used. For example, perfluorosulfonic acid resin, perfluorocarboxylic acid resin having durability against chlorine can be used. These ion exchange membranes are described in detail in “Soda Technical Handbook 2009” (issued on June 30, 2009 by Japan Soda Industrialization).

なお、イオン交換膜の厚みとしては、イオン透過性と耐久性の観点から、50〜300μmが好ましい。   In addition, as thickness of an ion exchange membrane, 50-300 micrometers is preferable from a viewpoint of ion permeability and durability.

(第一陽極)
第一陽極は、開口を有する導電性基体とその導電性基体上に設けられる触媒層とを有している。
(First anode)
The first anode has a conductive substrate having an opening and a catalyst layer provided on the conductive substrate.

第一陽極に用いられる導電性基体は、チタンまたはチタン合金として、日本工業規格(JIS規格)により定められた1種、2種、3種、4種の各種工業用純チタンや、ニッケルルテニウム、タンタル、パラジウム、タングステン等を添加して耐食性を向上させたチタン合金、アルミニウム、バナジウム、モリブデン、スズ、鉄、クロム、ニオブ等を添加したチタン合金を一例として挙げることができる。   The conductive substrate used for the first anode is titanium, titanium alloy, 1 type, 2 types, 3 types, 4 types of various industrial pure titaniums defined by the Japanese Industrial Standards (JIS Standard), nickel ruthenium, As an example, a titanium alloy added with tantalum, palladium, tungsten, or the like to improve corrosion resistance, or a titanium alloy added with aluminum, vanadium, molybdenum, tin, iron, chromium, niobium, or the like can be given.

当該導電性基体としては、耐食性の観点からチタン製エキスパンドメタルまたはチタン製パンチングメタルが望ましく、経済性及び剛構造の観点からチタン製エキスパンドメタルが特に望ましい。これらの導電性基体に於ける開口率は機械的強度と電解液の通液性の両立という性質を考慮して25〜50%であることが望ましいが、本発明においては、前記第一陽極の導電性基体の開口率が、前記第二陽極の導電性基体の開口率より小さいものを使用する。   As the conductive substrate, a titanium expanded metal or a titanium punching metal is desirable from the viewpoint of corrosion resistance, and a titanium expanded metal is particularly desirable from the viewpoint of economy and a rigid structure. The open area ratio in these conductive substrates is preferably 25 to 50% in consideration of the compatibility between mechanical strength and electrolyte permeability, but in the present invention, A conductive substrate having an aperture ratio smaller than that of the second anode conductive substrate is used.

当該導電性基体をアルカリ、有機溶剤で洗浄した後、一般的に公知の表面処理法である機械的処理や化学的処理を行ってもよい。当該導電性基体のような機械的表面処理法としては、導電性基体表面に数ミクロンから数十ミクロンの緻密な凹凸を形成させるブラスト処理法があり、当該ブラスト処理法として、アルミナ、スチールショット、スチールグリッド等を研削材として用い、導電性基体表面に圧縮エアにより投射する方法等がある。   After the conductive substrate is washed with an alkali or organic solvent, mechanical treatment or chemical treatment, which is a generally known surface treatment method, may be performed. As a mechanical surface treatment method such as the conductive substrate, there is a blast treatment method for forming dense irregularities of several microns to several tens of microns on the surface of the conductive substrate. As the blast treatment method, alumina, steel shot, There is a method of using a steel grid or the like as an abrasive and projecting the surface of a conductive substrate with compressed air.

また、当該導電性基体の化学的表面処理の方法としては、シュウ酸、硝酸、硫酸、塩酸、フッ酸等の浴中で化学エッチング処理を行う方法がある。これらの方法では、エッチング液の温度が20〜90℃の範囲内の流動浴または静止浴中に、5分〜6時間の範囲内で浸漬させることにより、導電性基体表面の化学的な溶解が可能となり、数ミクロンから数十ミクロンの緻密な凹凸を形成させることができる。   As a method for chemical surface treatment of the conductive substrate, there is a method of performing chemical etching treatment in a bath of oxalic acid, nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, hydrofluoric acid or the like. In these methods, the chemical dissolution of the surface of the conductive substrate can be achieved by immersing it in a fluid bath or a static bath in the range of 20 to 90 ° C. for 5 minutes to 6 hours. It becomes possible to form dense irregularities of several microns to several tens of microns.

当該導電性基体の表面に被覆される触媒層に含まれる、塩素発生の活性機能を有する活性物質としては、イリジウム、ルテニウム、白金、パラジウム等の白金族金属とチタン、タンタル、ニオブ、タングステン、ジルコニウム等のバルブ金属及び錫からなる群より選ばれた1種類以上の金属酸化物との混合酸化物が好適である。代表的な例としては、イリジウム−ルテニウム−チタン混合酸化物、イリジウム−ルテニウム−白金−チタン混合酸化物を挙げることができる。また、白金金属及びルテニウム−チタン酸化物も用いることができる。   The active material having an active function of generating chlorine contained in the catalyst layer coated on the surface of the conductive substrate includes platinum group metals such as iridium, ruthenium, platinum, and palladium, and titanium, tantalum, niobium, tungsten, and zirconium. A mixed oxide with at least one metal oxide selected from the group consisting of valve metals such as tin and the like is preferred. Typical examples include iridium-ruthenium-titanium mixed oxide and iridium-ruthenium-platinum-titanium mixed oxide. Platinum metal and ruthenium-titanium oxide can also be used.

前述の通り、導電性基体の機械的処理や化学的処理を、単一または両処理を併合して行い、塩素発生の活性機能を有する金属または混合酸化物(これらを触媒層とも言う)が付与された第一陽極を用いることができる。   As described above, mechanical treatment and chemical treatment of conductive substrates are performed by single or combined treatment, and metals or mixed oxides (also referred to as catalyst layers) having an active function of generating chlorine are added. The first anode can be used.

触媒層を含めた第一陽極の厚みは、機械的強度と経済性の両立という観点から0.5〜2.0mmが望ましく、第一陽極の導電性基体の厚みは0.5mm〜2.0mmであることが好ましい。すなわち、導電性基体の厚みが薄すぎると、機械的強度が低下し、表面を粗面化する際に変形し、歪みを生じる。その結果、イオン交換膜と陽極との間に隙間が生じ、電解電圧が大きくなる。また、操業時の電解圧力によって変形を生じる可能性があることからも好ましくない。反対に、導電性基体の厚みが厚すぎる場合は、原材料のコストが上がり、経済性の観点から好ましくない。   The thickness of the first anode including the catalyst layer is preferably 0.5 to 2.0 mm from the viewpoint of achieving both mechanical strength and economy, and the thickness of the conductive substrate of the first anode is 0.5 mm to 2.0 mm. It is preferable that That is, if the thickness of the conductive substrate is too thin, the mechanical strength is lowered, and the surface is roughened to cause deformation and distortion. As a result, a gap is generated between the ion exchange membrane and the anode, and the electrolysis voltage increases. Further, it is not preferable because deformation may occur due to electrolytic pressure during operation. On the other hand, when the thickness of the conductive substrate is too thick, the cost of the raw material increases, which is not preferable from the viewpoint of economy.

塩素発生の触媒機能を付与するために、第一陽極表面に於ける凹凸高低差の最大値は、電解液の通液性確保とイオン交換膜保護を両立させるという観点から5〜70μmが好ましく、10〜40μmがより好ましい。導電性基体の表面に触媒層を付与するために、機械的処理法や化学的処理法による粗面化処理方法を行うが、これによる表面の凹凸が触媒層の凹凸に反映されるため、特に意図しなくても5〜70μmの範囲内に収まることは、特許文献(特開2013−104090)に記述した通りである。   In order to provide a catalyst function of chlorine generation, the maximum uneven height difference on the surface of the first anode is preferably 5 to 70 μm from the viewpoint of achieving both electrolyte permeability and ion exchange membrane protection. 10-40 micrometers is more preferable. In order to apply the catalyst layer to the surface of the conductive substrate, a roughening treatment method is performed by a mechanical treatment method or a chemical treatment method, and the unevenness of the surface due to this is reflected in the unevenness of the catalyst layer. It is as described in the patent document (Japanese Patent Laid-Open No. 2013-104090) that it falls within the range of 5 to 70 μm even if not intended.

(第二陽極)
第二陽極は、開口を有する導電性基体とその導電性基体上に設けられる触媒層とを有している。第二陽極の導電性基体の開口率は、40〜55%であり、機械的強度と電解液の通液性の両立という観点から、開口率42〜50%がより好ましい。また、第二陽極の導電性基体の開口率は、前記第一陽極の導電性基体の開口率より大きいものである。
(Second anode)
The second anode has a conductive substrate having an opening and a catalyst layer provided on the conductive substrate. The aperture ratio of the conductive substrate of the second anode is 40 to 55%, and an aperture ratio of 42 to 50% is more preferable from the viewpoint of achieving both mechanical strength and electrolyte permeability. The aperture ratio of the conductive substrate of the second anode is larger than the aperture ratio of the conductive substrate of the first anode.

第二陽極に用いられる導電性基体は、前述の第一陽極で記載したように、チタンまたはチタン合金として、日本工業規格(JIS規格)により定められた1種、2種、3種、4種の各種工業用純チタンや、ニッケルルテニウム、タンタル、パラジウム、タングステン等を添加して耐食性を向上させたチタン合金、アルミニウム、バナジウム、モリブデン、スズ、鉄、クロム、ニオブ等を添加したチタン合金を一例として挙げることができる。   As described in the above-mentioned first anode, the conductive substrate used for the second anode is one, two, three, or four types defined by Japanese Industrial Standards (JIS standard) as titanium or a titanium alloy. Examples of various industrial pure titanium, titanium alloys with improved corrosion resistance by adding nickel ruthenium, tantalum, palladium, tungsten, etc., and titanium alloys with added aluminum, vanadium, molybdenum, tin, iron, chromium, niobium, etc. Can be mentioned.

当該導電性基体としては、耐食性の観点からチタン製エキスパンドメタル、チタニウム製パンチングメタルまたはチタン製平織メッシュが望ましく、経済性及び柔構造と剛構造を兼ね備えている観点、また、発生した塩素ガスが陽極表面で瞬時に脱着するため、塩素ガス発生を効率良く行うことができるから、平織メッシュが特に望ましい。   The conductive substrate is preferably a titanium expanded metal, a titanium punched metal or a titanium plain woven mesh from the viewpoint of corrosion resistance, and is economical and has a flexible structure and a rigid structure, and the generated chlorine gas is an anode. A plain weave mesh is particularly desirable because chlorine gas can be generated efficiently because it is instantaneously desorbed on the surface.

当該導電性基体の表面処理法としては、前述の第一陽極と同様に機械的処理または化学的処理方法があり、処理方法は前述の通りとする。導電性基体の機械的処理や化学的処理を、単一または両処理を併合して行い、塩素発生の触媒機能を有する金属または混合酸化物が付与された第二陽極を用いることができる。   As the surface treatment method of the conductive substrate, there is a mechanical treatment or a chemical treatment method as in the case of the first anode, and the treatment method is as described above. The second anode provided with a metal or mixed oxide having a catalytic function for generating chlorine can be used by performing mechanical treatment or chemical treatment on the conductive substrate, or a single treatment or a combination of both treatments.

当該導電性基体の表面に被覆される触媒層に含まれる、塩素発生の活性機能を有する活性物質としては、前述の第一陽極と同様に、イリジウム、ルテニウム、白金、パラジウム等の白金族金属とチタン、タンタル、ニオブ、タングステン、ジルコニウム等のバルブ金属及び錫からなる群より選ばれた1種類以上の金属酸化物との混合酸化物が好適である。代表的な例としては、イリジウム−ルテニウム−チタン混合酸化物、イリジウム−ルテニウム−白金−チタン混合酸化物を挙げることができる。また、白金金属及びルテニウム−チタン酸化物も用いることができる。   As the active material having an active function of generating chlorine, which is contained in the catalyst layer coated on the surface of the conductive substrate, as with the first anode described above, platinum group metals such as iridium, ruthenium, platinum, and palladium are used. A mixed oxide of one or more metal oxides selected from the group consisting of valve metals such as titanium, tantalum, niobium, tungsten, and zirconium and tin is preferable. Typical examples include iridium-ruthenium-titanium mixed oxide and iridium-ruthenium-platinum-titanium mixed oxide. Platinum metal and ruthenium-titanium oxide can also be used.

触媒層を含めたチタン製エキスパンドメタル、チタニウム製パンチングメタルまたはチタン製平織メッシュの第二陽極の厚みは、1.5mm以下で電圧低減の効果が得られるが、機械的強度と経済性の両立という観点から0.1〜1.2mmが望ましく、好ましくは0.2〜0.8mmがよい。チタン製平織メッシュを用いた場合、線径が0.1〜0.6mmで、線径と線径の間隔が1インチあたり20〜60個の開口部を有する、所謂20〜60メッシュである導電性基体を用い、好ましくは、線径が0.2〜0.4mmであり、30〜50メッシュが良い。導電性基体の厚み及び線径が薄すぎると、機械的強度が低下し、表面を粗面化する際に変形し、歪みを生じる。その結果、イオン交換膜と第二陽極との間に隙間が生じ、電解電圧が大きくなる。また、操業時の電解圧力によって変形を生じる可能性があることからも好ましくない。反対に、導電性基体の厚みが厚すぎる場合は、原材料のコストが上がり、経済性の観点から好ましくない。   The thickness of the second anode of the titanium expanded metal including the catalyst layer, the titanium punching metal or the titanium plain woven mesh is 1.5 mm or less, and the effect of reducing the voltage can be obtained. From the viewpoint, 0.1 to 1.2 mm is desirable, and preferably 0.2 to 0.8 mm. When a titanium plain woven mesh is used, the wire diameter is 0.1 to 0.6 mm, and the distance between the wire diameters is 20 to 60 meshes per inch. Preferably, the wire diameter is 0.2 to 0.4 mm, and 30 to 50 mesh is good. When the thickness and the wire diameter of the conductive substrate are too thin, the mechanical strength is lowered, and the surface is roughened to cause deformation and distortion. As a result, a gap is generated between the ion exchange membrane and the second anode, and the electrolysis voltage increases. Further, it is not preferable because deformation may occur due to electrolytic pressure during operation. On the other hand, when the thickness of the conductive substrate is too thick, the cost of the raw material increases, which is not preferable from the viewpoint of economy.

塩素発生の活性機能を付与するために、第二陽極表面に於ける凹凸高低差の最大値は、前述の第一陽極と同様に、電解液の通液性確保とイオン交換膜保護を両立させるという観点から2〜70μmが好ましく、2〜40μmがより好ましい。導電性基体の表面に触媒層を付与するために、機械的処理法や化学的処理法による粗面化処理方法を行うが、これによる表面の凹凸が触媒層の凹凸に反映されるため、特に意図しなくても2〜70μmの範囲内に収まることは、特許文献(特開2013−104090)に記述した通りである。その結果、第二陽極の触媒層の表面粗さは0.5〜70μmであることが好ましく、5〜50μmがより好ましい。   In order to provide an active function of chlorine generation, the maximum unevenness height difference on the surface of the second anode, as with the first anode described above, ensures both electrolyte permeability and ion exchange membrane protection. From the viewpoint, 2 to 70 μm is preferable, and 2 to 40 μm is more preferable. In order to apply the catalyst layer to the surface of the conductive substrate, a roughening treatment method is performed by a mechanical treatment method or a chemical treatment method, and the unevenness of the surface due to this is reflected in the unevenness of the catalyst layer. It is as described in the patent document (Japanese Patent Laid-Open No. 2013-104090) that it falls within the range of 2 to 70 μm without intention. As a result, the surface roughness of the catalyst layer of the second anode is preferably 0.5 to 70 μm, more preferably 5 to 50 μm.

第二陽極の触媒層の厚みは、触媒層の耐久性、コストの観点から、0.1〜50μmであることが好ましく、1〜30μmがより好ましい。さらに、1〜20μmが最も好ましい。   The thickness of the catalyst layer of the second anode is preferably 0.1 to 50 μm and more preferably 1 to 30 μm from the viewpoint of durability and cost of the catalyst layer. Furthermore, 1-20 micrometers is the most preferable.

(陰極)
前記陰極室枠に装着される陰極は、開口を有する導電性基体とその導電性基体上に設けられる触媒層とを有している。陰極の導電性基体としては、ニッケル、ステンレス、銅等が挙げられるが、耐食性等の観点からニッケル製エキスパンドメタル、ニッケル製パンチドメタル、ニッケル製ファインメッシュまたはニッケル製平織メッシュが望ましく、経済性及びイオン交換膜へのダメージを軽減させる等の観点から、柔構造であるニッケル製ファインメッシュ、ニッケル製平織メッシュが特に望ましい。
(cathode)
The cathode mounted on the cathode chamber frame has a conductive substrate having an opening and a catalyst layer provided on the conductive substrate. Examples of the conductive substrate of the cathode include nickel, stainless steel, copper, etc., but from the viewpoint of corrosion resistance, nickel expanded metal, nickel punched metal, nickel fine mesh, or nickel plain woven mesh is desirable, economical and From the standpoint of reducing damage to the ion exchange membrane, a nickel fine mesh and a nickel plain weave mesh are particularly desirable.

当該陰極の導電性基体の開口率としては、機械的強度及び通液性等の経済性及び剛構造の観点から25〜75%であることが望ましく、触媒層を含む陰極の厚みは機械的強度と経済性の両立という観点から0.01〜0.5mmが望ましく、触媒層の厚みは、1〜30μmであることが好ましい。また、ニッケル製平織メッシュを用いる場合、線径が0.1〜0.4mmで、線径と線径の間隔が1インチあたり20〜60個の開口部を有する、所謂20〜60メッシュで、好ましくは、線径が0.2〜0.3であり、20〜50メッシュが良い。   The aperture ratio of the conductive substrate of the cathode is preferably 25 to 75% from the viewpoint of economic strength such as mechanical strength and liquid permeability and a rigid structure, and the thickness of the cathode including the catalyst layer is mechanical strength. From the standpoint of achieving both economy and economy, 0.01 to 0.5 mm is desirable, and the thickness of the catalyst layer is preferably 1 to 30 μm. Further, when using a nickel plain woven mesh, the wire diameter is 0.1 to 0.4 mm, and the distance between the wire diameters is 20 to 60 meshes per inch, so-called 20 to 60 mesh, Preferably, the wire diameter is 0.2 to 0.3, and 20 to 50 mesh is good.

陰極の触媒層に含まれる活物質としては、白金、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、銅、銀、コバルト及び鉛等の金属又はそれらの酸化物の使用が好ましい。   As the active material contained in the catalyst layer of the cathode, it is preferable to use metals such as platinum, palladium, ruthenium, iridium, copper, silver, cobalt and lead, or oxides thereof.

一方、ゼロギャップ構造のイオン交換膜電解槽を構成する場合、陰極30を、図3に示すような陰極構造体とするのが好ましい。この陰極構造体は、第一陰極31と弾性体32と第二陰極33とを含むものである。   On the other hand, when configuring an ion exchange membrane electrolytic cell having a zero gap structure, the cathode 30 is preferably a cathode structure as shown in FIG. The cathode structure includes a first cathode 31, an elastic body 32, and a second cathode 33.

(第一陰極)
陰極室枠に装着される第一陰極の導電性基体としては、ニッケル、ステンレス、銅等が挙げられるが、耐食性等の観点からニッケル製エキスパンドメタル、ニッケル製パンチドメタルまたはニッケル製ファインメッシュが望ましく、経済性及びイオン交換膜へのダメージを軽減させる剛構造の観点から、剛構造であるニッケル製エキスパンドメタル、ニッケル製パンチドメタルが特に望ましい。これらの導電性基体に於ける開口率は、機械的強度及び通液性等の経済性及び剛構造の観点から25〜75%であることが望ましく、触媒層を含む陰極の厚みは機械的強度と経済性の両立という観点から0.7〜2.0mmが望ましい。
(First cathode)
Examples of the conductive substrate of the first cathode mounted on the cathode chamber frame include nickel, stainless steel, copper, etc., but from the viewpoint of corrosion resistance, nickel expanded metal, nickel punched metal, or nickel fine mesh is desirable. From the viewpoint of economic efficiency and a rigid structure that reduces damage to the ion exchange membrane, nickel expanded metal and nickel punched metal, which are rigid structures, are particularly desirable. The aperture ratio in these conductive substrates is preferably 25 to 75% from the viewpoint of economic strength such as mechanical strength and liquid permeability and a rigid structure, and the thickness of the cathode including the catalyst layer is mechanical strength. And 0.7 to 2.0 mm are desirable from the viewpoint of achieving both economy and economy.

(弾性体)
第一陰極と弾性体の取り付けには、接合点或いは接触状態が初期設定位置からの変化または取り付け時に於ける当該弾性体の変形、電解槽操業時による陽極室内のガス圧変動に伴う逆圧作用により、弾性体の反発力が低下しないように、0.05〜0.5mmの導電性を有する平板基体(以下、固定体とする)を第一陰極の空隙間に装着して固定させるのが好ましい。この場合、第一陰極と弾性体の間には、平板基体が介在することになる。
(Elastic body)
For attachment of the first cathode and elastic body, the junction or contact state changes from the initial setting position, deformation of the elastic body at the time of attachment, and back pressure action due to gas pressure fluctuations during operation of the electrolytic cell In order to prevent the repulsive force of the elastic body from being reduced, a flat substrate (hereinafter referred to as a fixed body) having a conductivity of 0.05 to 0.5 mm is mounted and fixed between the gaps of the first cathode. preferable. In this case, a flat substrate is interposed between the first cathode and the elastic body.

図3に示すように、陰極構造体(陰極30)における弾性体32としては、導電性の金属細線を錯綜させてマット状とした導電性クッションマット又はばね形状の弾性体32が好ましい。なぜなら、柔軟性が高く経済性が良好なためである。弾性体32の材質としては陰極の材質と同じニッケルが好ましい。導電性クッションマットの線径は通常0.05〜0.3mmであり、好ましくは0.07〜0.2mmであり、更に好ましくは0.1〜0.15mmである。   As shown in FIG. 3, the elastic body 32 in the cathode structure (cathode 30) is preferably a conductive cushion mat or a spring-shaped elastic body 32 in which conductive fine metal wires are mixed to form a mat shape. This is because it is highly flexible and economical. As the material of the elastic body 32, the same nickel as the material of the cathode is preferable. The wire diameter of the conductive cushion mat is usually 0.05 to 0.3 mm, preferably 0.07 to 0.2 mm, and more preferably 0.1 to 0.15 mm.

導電性クッションマットのかさ密度は0.2〜2kg/m2 が好ましく、厚みとしては負荷を受けない状態で5〜10mm、電極ユニット連結後、イオン交換膜に密着した状態で4〜8mmが好ましい。なぜなら、ある程度の機械的強度を有していないと、陰極から陽極へのイオン交換膜の押し付け圧を確保できないからである。 The bulk density of the conductive cushion mat is preferably 0.2 to 2 kg / m 2 , and the thickness is preferably 5 to 10 mm in a state where it is not subjected to a load, and 4 to 8 mm in a state of being in close contact with the ion exchange membrane after the electrode unit is connected. . This is because the pressing pressure of the ion exchange membrane from the cathode to the anode cannot be secured unless it has a certain mechanical strength.

ばね形状の弾性体32としては、好ましくは、圧縮前のばね高さが1.5mm〜6mmであり、その後、ばね高さが1.0〜2.5mm均一的に圧縮された場合でも、圧縮された距離以上に復元されるものが好ましい。弾性体32の弾性反発力が7〜15kPaであることが好ましい。   As the spring-shaped elastic body 32, the spring height before compression is preferably 1.5 mm to 6 mm, and after that, even when the spring height is uniformly compressed to 1.0 to 2.5 mm, compression is performed. What is restored more than the set distance is preferable. The elastic repulsion force of the elastic body 32 is preferably 7 to 15 kPa.

ばね形状の弾性体32としては、例えば図4に示すように、縦長方向に延びる平滑な固定部41と、横方向に固定部41から延びて凹凸状に形成される弾性部42とを備えるものが挙げられる。弾性体32の固定部41は、孔部41aを利用して、固定部材により背板31に取り付けることができる。また、凹凸状に形成される弾性部42は、波状または1辺以上が1度以上に折り曲げられた形状であり、図示した例では、ベース支持部42aが背板31に支持され、陰極支持部42bが活性陰極33を支持する構造を有する。図4において、弾性部42は、固定部41の両側の対称な位置に設けられているが、弾性部42を両側の非対称な位置(例えば交互の位置)に設けることも可能である。   As the spring-shaped elastic body 32, for example, as shown in FIG. 4, a smooth fixing portion 41 extending in the longitudinal direction and an elastic portion 42 extending from the fixing portion 41 in the lateral direction and formed in an uneven shape are provided. Is mentioned. The fixing portion 41 of the elastic body 32 can be attached to the back plate 31 by a fixing member using the hole 41a. In addition, the elastic portion 42 formed in a concavo-convex shape has a wave shape or a shape in which one or more sides are bent at least once. In the illustrated example, the base support portion 42a is supported by the back plate 31, and the cathode support portion. 42 b has a structure for supporting the active cathode 33. In FIG. 4, the elastic part 42 is provided at a symmetrical position on both sides of the fixed part 41, but the elastic part 42 may be provided at an asymmetrical position (for example, an alternating position) on both sides.

ばね形状の弾性体32としては、例えば、基材厚みが0.02〜0.3mmであり、縦長方向に平滑な固定部41の幅が5〜30mmであり、弾性部42の凹凸形状の周期が10mm以上であり、凹凸形状により形成される空隙部の幅が2〜20mmである。このような弾性体32としては、好ましくは、基材厚みは0.20mm、固定部41の幅が10mm、弾性部42の凹凸形状の周期が10mmで、空隙部の幅が8mmである形状である。   As the spring-shaped elastic body 32, for example, the base material thickness is 0.02 to 0.3 mm, the width of the fixing portion 41 smooth in the longitudinal direction is 5 to 30 mm, and the period of the concavo-convex shape of the elastic portion 42 is. Is 10 mm or more, and the width of the gap formed by the concavo-convex shape is 2 to 20 mm. The elastic body 32 preferably has a shape in which the substrate thickness is 0.20 mm, the width of the fixing portion 41 is 10 mm, the period of the uneven shape of the elastic portion 42 is 10 mm, and the width of the gap portion is 8 mm. is there.

(第二陰極)
前記弾性体上に配置される第二陰極の導電性基体としては、第一陰極と同様に、ニッケル、ステンレス、銅等が挙げられるが、耐食性等の観点からニッケル製エキスパンドメタル、ニッケル製パンチドメタル、ニッケル製ファインメッシュまたはニッケル製平織メッシュが望ましく、経済性及びイオン交換膜へのダメージを軽減させる等の観点から、柔構造であるニッケル製ファインメッシュ、ニッケル製平織メッシュが特に望ましい。機械的強度及び通液性等の経済性及び剛構造の観点から25〜75%であることが望ましく、触媒層を含む陰極の厚みは機械的強度と経済性の両立という観点から0.01〜0.5mmが望ましく、触媒層の厚みは、1.0〜20μmであることが好ましい。また、ニッケル製平織メッシュを用いる場合、線径が0.1〜0.4mmで、線径と線径の間隔が1インチあたり20〜60個の開口部を有する、所謂20〜60メッシュで、好ましくは、線径が0.2〜0.3mmであり、30〜50メッシュが良い。
(Second cathode)
Examples of the conductive substrate of the second cathode disposed on the elastic body include nickel, stainless steel, copper, etc., as in the case of the first cathode. From the viewpoint of corrosion resistance, etc., nickel expanded metal, nickel punched Metal, nickel fine mesh or nickel plain weave mesh is desirable, and nickel fine mesh and nickel plain weave mesh which are flexible structures are particularly desirable from the viewpoint of economy and reducing damage to the ion exchange membrane. The thickness of the cathode including the catalyst layer is preferably from 25 to 75% from the viewpoint of economic strength such as mechanical strength and liquid permeability and a rigid structure, and the thickness of the cathode including the catalyst layer is 0.01 to 0.5 mm is desirable, and the thickness of the catalyst layer is preferably 1.0 to 20 μm. Further, when using a nickel plain woven mesh, the wire diameter is 0.1 to 0.4 mm, and the distance between the wire diameters is 20 to 60 meshes per inch, so-called 20 to 60 mesh, Preferably, the wire diameter is 0.2 to 0.3 mm, and 30 to 50 mesh is good.

前述のように、第一陽極上に第二陽極を配置し、イオン交換膜と離間した第一陰極との間に、弾性体が配置された状態で第二陰極を配置し、当該第二陰極を前記イオン交換膜に均一且つ均圧に密着させることで、従来の第一陽極と第一陰極とから成るイオン交換膜電解槽に比べて、第一陽極の更新作業を低減し、且つ陽極の延命化が図られ、電気エネルギー消費量を低減させることが可能となる。   As described above, the second anode is disposed on the first anode, the second cathode is disposed in a state where the elastic body is disposed between the ion exchange membrane and the separated first cathode, and the second cathode Is adhered to the ion exchange membrane uniformly and at a uniform pressure, so that the renewal work of the first anode is reduced as compared with the conventional ion exchange membrane electrolytic cell composed of the first anode and the first cathode, and the anode It is possible to extend the life and reduce the electric energy consumption.

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明を更に具体的に説明するが、本発明は実施例に何ら限定されるものではない。第一陽極上に第二陽極を積層し取り付けた場合の効果について、以下の通り第一陽極のみの場合と比較して、電解性能試験を実施した。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated further more concretely, this invention is not limited to an Example at all. About the effect at the time of laminating and attaching the 2nd anode on the 1st anode, compared with the case of only the 1st anode as follows, an electrolysis performance test was carried out.

なお、導電性基体の開口率については、導電性基体を平面に投影したものについて、開口の面積を全体の面積で除して百分率を求めた。   In addition, about the aperture ratio of the electroconductive base | substrate, the percentage was calculated | required by dividing the area of an opening by the whole area about what projected the electroconductive base | substrate on the plane.

(比較例1)
電解性能試験には、電解面積が100×100mmであるイオン交換膜電解槽を用いた。第一陽極の導電性基体は、開口率が31%のチタン製エキスパンドメタルの導電性基体であり、開口部のSW長さ3.5mm、LW長さ6.0mmで、当該厚みが1.0mmである。当該導電性基体に対して、表面を#180のアルミナブラスト処理し、その後10%の90℃のシュウ酸浴中で、3.5時間エッチング処理した。エッチング後に於ける、導電性基体の表面平均粗度は、30μmであった。このように粗面化された導電性基体の表面に白金族金属(Ir,Ru、以下同じ)を含む酸性溶液を塗布し、100℃で10分間の乾燥処理を行った後、500℃で20分間の焼成処理を行った。この塗布−乾燥のプロセスを繰り返して、導電性基体の表面に塩素発生の活性機能を有する触媒層の厚みが約15μmとなる陽極を作製した。この陽極の触媒層の表面の凹凸高さの最大値は、エッチング後の平均粗度と同じ30μmであった。尚、この時の塩素発生過電圧は、200g/L塩化ナトリウム、85度、電解電流密度が4kA/mに於いて、40mVであることを事前に確認した。
(Comparative Example 1)
For the electrolytic performance test, an ion exchange membrane electrolytic cell having an electrolysis area of 100 × 100 mm was used. The conductive substrate of the first anode is a titanium expanded metal conductive substrate with an opening ratio of 31%, the SW length of the opening is 3.5 mm, the LW length is 6.0 mm, and the thickness is 1.0 mm. It is. The surface of the conductive substrate was treated with # 180 alumina blast, and then etched in a 10% 90 ° C. oxalic acid bath for 3.5 hours. The average surface roughness of the conductive substrate after etching was 30 μm. An acidic solution containing a platinum group metal (Ir, Ru, the same shall apply hereinafter) is applied to the surface of the conductive substrate thus roughened, followed by drying at 100 ° C. for 10 minutes, and then at 20 ° C. for 20 minutes. A calcination treatment for a minute was performed. This coating-drying process was repeated to produce an anode in which the thickness of the catalyst layer having an active function of generating chlorine was about 15 μm on the surface of the conductive substrate. The maximum height of the unevenness on the surface of the catalyst layer of the anode was 30 μm, which is the same as the average roughness after etching. The chlorine generation overvoltage at this time was confirmed in advance to be 40 mV at 200 g / L sodium chloride, 85 degrees, and the electrolysis current density of 4 kA / m 2 .

第一陰極の導電性基体は、開口率が38%のニッケル製エキスパンドメタルの開口部のSW長さ5.0mm、LW長さ10.0mmで、当該厚みが1.0mmである。10%の50℃塩酸浴中で、4時間エッチング処理した。エッチング後に於ける、導電性基体の表面平均粗度は、10μmであった。このようにして粗面化された導電性基体の表面に白金族金属を含む酸性溶液を塗布し、100℃で10分間の乾燥処理を行った後、400℃で10分間の焼成処理を行った。この塗布と乾燥の工程を繰り返して、導電性基体表面に水素発生の活性機能を有する触媒層の厚みが約10μmとなる第一陰極を作製した。当該第一陰極の触媒層の表面の凹凸高さの最大値は、エッチング後の平均粗度と同じ10μmであった。尚、この時の水素発生過電圧は、32%水酸化ナトリウム、85℃、電解電流密度が4kA/mに於いて、80mVであることを事前に確認した。 The conductive substrate of the first cathode has a SW length of 5.0 mm, an LW length of 10.0 mm, and a thickness of 1.0 mm at the opening of the expanded metal made of nickel having an aperture ratio of 38%. Etching was performed in a 10% 50 ° C. hydrochloric acid bath for 4 hours. The average surface roughness of the conductive substrate after etching was 10 μm. An acidic solution containing a platinum group metal was applied to the surface of the conductive substrate thus roughened, dried at 100 ° C. for 10 minutes, and then fired at 400 ° C. for 10 minutes. . This coating and drying process was repeated to produce a first cathode in which the thickness of the catalyst layer having an active function of generating hydrogen was about 10 μm on the surface of the conductive substrate. The maximum height of the irregularities on the surface of the catalyst layer of the first cathode was 10 μm, which is the same as the average roughness after etching. The hydrogen generation overvoltage at this time was confirmed in advance to be 80 mV at 32% sodium hydroxide, 85 ° C., and the electrolysis current density of 4 kA / m 2 .

第一陽極と第一陰極がイオン交換膜で区画された極間距離の調整は、次のように行った。陽極室枠に第一陽極を装着する場合に、当該陽極室枠のイオン交換膜と接する面に対して垂直な方法に、1.5mm高くなるように段差を設けた。一方、陰極室枠に第一陰極を装着する場合は、当該室枠のイオン交換膜と接する面に平滑になるような位置とした。イオン交換膜は、旭硝子(株)製F8020SPイオン交換膜を使用し、イオン交換膜−第一陽極間のガスケットを2mmとし、同様にイオン交換膜−第一陰極間のガスケットを2mmとした。つまり、第一陽極と第一陰極の極間は、理論上、2.5mmの距離であるが、イオン交換膜で区画されているため、その距離は、2mmから2.5mmmの範囲内と推定される。また、表1、表2に電解性能試験の詳細事項を記載する。   Adjustment of the distance between the electrodes in which the first anode and the first cathode were partitioned by the ion exchange membrane was performed as follows. When the first anode was attached to the anode chamber frame, a step was provided so as to be 1.5 mm higher in a method perpendicular to the surface of the anode chamber frame in contact with the ion exchange membrane. On the other hand, when the first cathode was mounted on the cathode chamber frame, the position was made smooth on the surface of the chamber frame in contact with the ion exchange membrane. As the ion exchange membrane, F8020SP ion exchange membrane manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. was used, and the gasket between the ion exchange membrane and the first anode was 2 mm, and the gasket between the ion exchange membrane and the first cathode was similarly 2 mm. In other words, the distance between the first anode and the first cathode is theoretically a distance of 2.5 mm, but the distance is estimated to be in the range of 2 mm to 2.5 mm because it is partitioned by the ion exchange membrane. Is done. Tables 1 and 2 describe the details of the electrolytic performance test.

前述のように設置したイオン交換膜電解槽は、陽極室に電解液として280g/Lの食塩水、陰極室に31%の水酸化ナトリウム(かせいソーダ)を供給し、液温85℃、電解電流密度4kA/mの条件で電解試験を行った。また、表3に電解性能試験条件を記載する。 The ion exchange membrane electrolytic cell installed as described above supplies 280 g / L of saline as an electrolytic solution to the anode chamber and 31% sodium hydroxide (kei soda) to the cathode chamber. The electrolysis test was performed under conditions of a density of 4 kA / m 2 . Table 3 lists the electrolytic performance test conditions.

比較試験開始から槽電圧(電解電圧)の初期値は3.350V、180日後の値は3.490Vに上昇した。   From the start of the comparative test, the initial value of the cell voltage (electrolytic voltage) increased to 3.350 V, and the value after 180 days increased to 3.490 V.

(比較例2)
第一陽極は、実商業槽に於いて、連続稼働年数が、4kA/mで20年間使用した陽極を使用した。当該陽極の導電性基体は、開口率が31%のチタン製エキスパンドメタルであり、開口部のSW長さ3.5mm、LW長さ6.0mmで、当該厚みが1.0mmである。尚、この時の塩素発生過電圧は、200g/L NaCl、85℃、電解電流密度が4kA/mに於いて、70mVであることを事前に確認した。それ以外は、比較例1と同様である。
(Comparative Example 2)
As the first anode, an anode used for 20 years in an actual commercial tank at a continuous operation time of 4 kA / m 2 was used. The conductive substrate of the anode is a titanium expanded metal having an aperture ratio of 31%, the SW length of the opening is 3.5 mm, the LW length is 6.0 mm, and the thickness is 1.0 mm. The chlorine generation overvoltage at this time was confirmed in advance to be 70 mV at 200 g / L NaCl at 85 ° C. and an electrolytic current density of 4 kA / m 2 . The rest is the same as Comparative Example 1.

比較試験開始から槽電圧(電解電圧)の初期値は3.370V、180日後の値は3.510Vに上昇した。   From the start of the comparative test, the initial value of the cell voltage (electrolytic voltage) increased to 3.370 V, and the value after 180 days increased to 3.510 V.

(比較例3)
比較例1と同様の第一陽極上に設ける第二陽極用の導電性基体として、開口率が31%のチタン製エキスパンドメタルの導電性基体であり、開口部のSW長さ5.0mm、LW長さ10.0mmで、当該厚みが1.5mmであるものを準備した。当該導電性基体に対して、表面を#180のアルミナブラスト処理し、その後10%の90℃のシュウ酸浴中で、3.5時間エッチング処理した。エッチング後に於ける、導電性基体の表面平均粗度は、30μmであった。導電性基体の表面に白金族金属を含み塩素発生の活性機能を有する触媒層の厚みが約15μmとなる第二陽極を作製し、第一陽極上にTi溶接により積層して取り付けた陽極室枠を準備した。尚、この時の第二陽極のみの塩素発生過電圧は、200g/L NaCl、85度、電解電流密度が4kA/mに於いて、40mVであることを事前に確認した。それ以外は、比較例1と同様である。
(Comparative Example 3)
The conductive substrate for the second anode provided on the first anode similar to Comparative Example 1 is a titanium expanded metal conductive substrate with an aperture ratio of 31%, and the SW length of the opening is 5.0 mm, LW A sample having a length of 10.0 mm and a thickness of 1.5 mm was prepared. The surface of the conductive substrate was treated with # 180 alumina blast, and then etched in a 10% 90 ° C. oxalic acid bath for 3.5 hours. The average surface roughness of the conductive substrate after etching was 30 μm. An anode chamber frame in which a second anode in which the thickness of a catalyst layer containing a platinum group metal and having an active function of generating chlorine is about 15 μm is prepared on the surface of a conductive substrate, and is laminated and attached on the first anode by Ti welding. Prepared. It was confirmed in advance that the chlorine generation overvoltage of only the second anode at this time was 40 mV at 200 g / L NaCl, 85 degrees, and the electrolysis current density of 4 kA / m 2 . The rest is the same as Comparative Example 1.

試験開始から槽電圧(電解電圧)の初期値は3.330V、180日後の値は3.470Vに上昇した。   The initial value of the cell voltage (electrolysis voltage) from the start of the test was 3.330 V, and the value after 180 days was increased to 3.470 V.

(比較例4)
比較例1とは異なり、第一陽極には、線径が0.35mmで厚みが0.7mmであり、線径と線径の間隔が1インチあたりに20個の開口部を有する、所謂20メッシュである平織金網からなる開口率50%の導電性基体を用い、白金族金属を含み塩素発生の活性機能を有する触媒層の厚みが約10μmとなるように作製した。尚、この時の第一陽極のみの塩素発生過電圧は、200g/L NaCl、85度、電解電流密度が4kA/mに於いて、30mVであることを事前に確認した。
(Comparative Example 4)
Unlike Comparative Example 1, the first anode has a wire diameter of 0.35 mm and a thickness of 0.7 mm, and the interval between the wire diameters and the wire diameter has 20 openings per inch, so-called 20 Using a conductive substrate made of a plain woven wire mesh as a mesh and having an aperture ratio of 50%, the catalyst layer containing a platinum group metal and having an active function of generating chlorine was prepared to have a thickness of about 10 μm. The chlorine generation overvoltage of only the first anode at this time was confirmed in advance to be 30 mV at 200 g / L NaCl, 85 degrees, and the electrolysis current density of 4 kA / m 2 .

また、第二陽極には、開口率が31%のチタン製エキスパンドメタルの導電性基体であり、開口部のSW長さ3.5mm、LW長さ6.0mmで、当該厚みが1.0mmである導電性基体を用い、白金族金属を含み塩素発生の活性機能を有する触媒層の厚みが約15μmとなるように作製した。尚、この時の第二陽極のみの塩素発生過電圧は、200g/L NaCl、85度、電解電流密度が4kA/mに於いて、40mVであることを事前に確認した。第一陽極上に、第二陽極を、スポット溶接により積層して取り付けた陽極室枠を準備した。それ以外は、比較例1と同様である。 The second anode is an expanded metal conductive base made of titanium having an opening ratio of 31%. The SW length of the opening is 3.5 mm, the LW length is 6.0 mm, and the thickness is 1.0 mm. Using a certain conductive substrate, a catalyst layer containing a platinum group metal and having an active function of generating chlorine was prepared so as to have a thickness of about 15 μm. It was confirmed in advance that the chlorine generation overvoltage of only the second anode at this time was 40 mV at 200 g / L NaCl, 85 degrees, and the electrolysis current density of 4 kA / m 2 . On the first anode, an anode chamber frame was prepared in which the second anode was laminated and attached by spot welding. The rest is the same as Comparative Example 1.

比較試験開始から槽電圧(電解電圧)の初期値は3.340V、180日後の値は3.480Vに上昇した。   From the start of the comparative test, the initial value of the cell voltage (electrolysis voltage) increased to 3.340V, and the value after 180 days increased to 3.480V.

(比較例5)
比較例1とは異なり、第一陽極には、線径が0.25mmで厚みが0.7mmであり、線径と線径の間隔が1インチあたりに30個の開口部を有する、所謂30メッシュである平織金網からなる開口率50%の導電性基体を用い、白金族金属を含み塩素発生の活性機能を有する触媒層の厚みが約10μmとなるように作製した。尚、この時の第一陽極のみの塩素発生過電圧は、200g/L NaCl、85度、電解電流密度が4kA/mに於いて、30mVであることを事前に確認した。
(Comparative Example 5)
Unlike Comparative Example 1, the first anode has a wire diameter of 0.25 mm and a thickness of 0.7 mm, and the interval between the wire diameters and the wire diameter has 30 openings per inch, so-called 30. Using a conductive substrate made of a plain woven wire mesh as a mesh and having an aperture ratio of 50%, the catalyst layer containing a platinum group metal and having an active function of generating chlorine was prepared to have a thickness of about 10 μm. The chlorine generation overvoltage of only the first anode at this time was confirmed in advance to be 30 mV at 200 g / L NaCl, 85 degrees, and the electrolysis current density of 4 kA / m 2 .

また、第二陽極には、線径が0.6mmで厚みが1.2mmであり、線径と線径の間隔が1インチあたりに10個の開口部を有する、所謂10メッシュである開口率59%の平織金網からなる導電性基体を用い、白金族金属を含み塩素発生の活性機能を有する触媒層の厚みが約10μmとなるように作製した。尚、この時の第二陽極のみの塩素発生過電圧は、200g/L NaCl、85度、電解電流密度が4kA/mに於いて、30mVであることを事前に確認した。第一陽極上に、第二陽極を、スポット溶接により積層して取り付けた陽極室枠を準備した。それ以外は、比較例1と同様である。 Further, the second anode has a wire diameter of 0.6 mm and a thickness of 1.2 mm, and the distance between the wire diameter and the wire diameter is 10 so that the opening ratio is 10 mesh per inch. Using a conductive substrate made of 59% plain weave wire mesh, a catalyst layer containing a platinum group metal and having an active function of generating chlorine was prepared to have a thickness of about 10 μm. The chlorine generation overvoltage of only the second anode at this time was confirmed in advance to be 30 mV at 200 g / L NaCl, 85 degrees, and the electrolysis current density of 4 kA / m 2 . On the first anode, an anode chamber frame was prepared in which the second anode was laminated and attached by spot welding. The rest is the same as Comparative Example 1.

比較試験開始から槽電圧(電解電圧)の初期値は3.340V、180日後の値は3.480Vに上昇した。   From the start of the comparative test, the initial value of the cell voltage (electrolysis voltage) increased to 3.340V, and the value after 180 days increased to 3.480V.

(実施例1)
比較例1と同じ第一陽極上に、線径が0.35mmで厚みが0.7mmであり、線径と線径の間隔が1インチあたりに20個の開口部を有する、所謂20メッシュである平織金網(開口率50%)からなる導電性基体を用い、白金族金属を含み塩素発生の活性機能を有する触媒層の厚みが約10μmとなる第二陽極を作製し、スポット溶接により積層して取り付けた陽極室枠を準備した。尚、この時の第二陽極のみの塩素発生過電圧は、200g/L NaCl、85度、電解電流密度が4kA/mに於いて、30mVであることを事前に確認した。それ以外は、比較例1と同様である。
Example 1
On the same first anode as Comparative Example 1, the wire diameter is 0.35 mm, the thickness is 0.7 mm, and the distance between the wire diameters is 20 so that there are 20 openings per inch. Using a conductive base made of a plain weave wire mesh (opening ratio 50%), a second anode having a thickness of about 10 μm of a catalyst layer containing a platinum group metal and having an active function of generating chlorine is produced and laminated by spot welding. The anode chamber frame attached was prepared. The chlorine generation overvoltage of only the second anode at this time was confirmed in advance to be 30 mV at 200 g / L NaCl, 85 degrees, and the electrolysis current density of 4 kA / m 2 . The rest is the same as Comparative Example 1.

比較試験開始から槽電圧(電解電圧)の初期値は3.260V、180日後の値は3.400Vに上昇した。   From the start of the comparative test, the initial value of the cell voltage (electrolytic voltage) increased to 3.260 V, and the value after 180 days increased to 3.400 V.

(実施例2)
実施例1の第一陽極に対して、線径が0.20mmで厚みが0.40mmであり、線径と線径の間隔が1インチあたりに40個の開口部を有する、所謂40メッシュである平織金網(開口率47%)からなる導電性基体を用い、白金族金属を含み塩素発生の活性機能を有する触媒層の厚みが約10μmとなる第二陽極を作製し、スポット溶接により積層して取り付けた陽極室枠を準備した。尚、この時の第二陽極のみの塩素発生過電圧は、200g/L NaCl、85度、電解電流密度が4kA/mに於いて、30mVであることを事前に確認した。それ以外は、実施例1と同様である。
(Example 2)
With respect to the first anode of Example 1, the wire diameter is 0.20 mm, the thickness is 0.40 mm, and the distance between the wire diameters is 40 so-called 40 meshes per inch. Using a conductive substrate made of a plain weave wire mesh (opening ratio 47%), a second anode having a thickness of about 10 μm of a catalyst layer containing a platinum group metal and having an active function of generating chlorine is produced and laminated by spot welding. The anode chamber frame attached was prepared. The chlorine generation overvoltage of only the second anode at this time was confirmed in advance to be 30 mV at 200 g / L NaCl, 85 degrees, and the electrolysis current density of 4 kA / m 2 . The rest is the same as in the first embodiment.

比較試験開始から槽電圧(電解電圧)の初期値は3.260V、180日後の値は3.400Vに上昇した。   From the start of the comparative test, the initial value of the cell voltage (electrolytic voltage) increased to 3.260 V, and the value after 180 days increased to 3.400 V.

(実施例3)
実施例1の第一陽極に対して、線径が0.15mmで厚みが0.30mmであり、線径と線径の間隔が1インチあたりに60個の開口部を有する、所謂60メッシュである平織金網(開口率42%)からなる導電性基体を用い、白金族金属を含み塩素発生の活性機能を有する触媒層の厚みが約10μmとなる第二陽極を作製し、スポット溶接により積層して取り付けた陽極室枠を準備した。尚、この時の第二陽極のみの塩素発生過電圧は、200g/L NaCl、85度、電解電流密度が4kA/mに於いて、30mVであることを事前に確認した。それ以外は、実施例1と同様である。
(Example 3)
With respect to the first anode of Example 1, the wire diameter is 0.15 mm, the thickness is 0.30 mm, and the interval between the wire diameters is 60 so-called 60 meshes per inch. Using a conductive base made of a plain weave wire mesh (aperture ratio 42%), a second anode having a platinum layer metal-containing catalyst layer having an active function of generating chlorine and having a thickness of about 10 μm is prepared and laminated by spot welding. The anode chamber frame attached was prepared. The chlorine generation overvoltage of only the second anode at this time was confirmed in advance to be 30 mV at 200 g / L NaCl, 85 degrees, and the electrolysis current density of 4 kA / m 2 . The rest is the same as in the first embodiment.

比較試験開始から槽電圧(電解電圧)の初期値は3.260V、180日後の値は3.400Vに上昇した。   From the start of the comparative test, the initial value of the cell voltage (electrolytic voltage) increased to 3.260 V, and the value after 180 days increased to 3.400 V.

(実施例4)
実施例1において、第一陰極上に、新たな陰極を積層するために、線径が0.15mmで、線径と線径の間隔が1インチあたりに40個の開口部を有する、所謂40メッシュであるニッケル製平織金網(開口率55%)の導電性基体を用いた。10%の50℃塩酸浴中で、4時間エッチング処理した。エッチング後の基体表面平均粗度は、15μmであった。こうして粗面化された導電性基体の表面に白金族金属を含む酸性溶液を塗布し、100℃で10分間の乾燥処理を行った後、400℃で10分間の焼成処理を行った。この塗布−乾燥のプロセスを繰り返して、導電性基体表面に水素発生の触媒機能を有する触媒層の厚みが約10μmとなる第二陰極を作製した。当該第二陰極の触媒層の表面の凹凸高さの最大値は、エッチング後の平均粗度と同じ10μmであった。白金族金属焼成を施した。尚、この時の第二陰極のみの水素発生過電圧は、32%水酸化ナトリウム、85度、電解電流密度が4kA/mに於いて、70mVであることを事前に確認した。第一陰極と第一陰極との間には、導電性の弾性体(形状:図4参照、厚み0.1mm、弾性反発力10kPa)を介在させ、水素発生の触媒機能を持たせたものを配置した状態で、前記イオン交換膜に均一に密着させるようなイオン交換膜電解槽を準備した。
Example 4
In Example 1, in order to laminate a new cathode on the first cathode, the wire diameter is 0.15 mm, and the distance between the wire diameters is 40 openings per inch, so-called 40. A conductive base of nickel plain woven wire mesh (opening ratio 55%) as a mesh was used. Etching was performed in a 10% 50 ° C. hydrochloric acid bath for 4 hours. The substrate surface average roughness after the etching was 15 μm. An acidic solution containing a platinum group metal was applied to the surface of the conductive substrate thus roughened, dried at 100 ° C. for 10 minutes, and then fired at 400 ° C. for 10 minutes. This coating-drying process was repeated to produce a second cathode in which the thickness of the catalyst layer having a catalytic function for hydrogen generation was about 10 μm on the surface of the conductive substrate. The maximum height of the irregularities on the surface of the catalyst layer of the second cathode was 10 μm, which is the same as the average roughness after etching. Platinum group metal firing was performed. It was confirmed beforehand that the hydrogen generation overvoltage of only the second cathode at this time was 70 mV at 32% sodium hydroxide, 85 degrees, and the electrolysis current density at 4 kA / m 2 . A conductive elastic body (shape: see FIG. 4, thickness 0.1 mm, elastic repulsive force 10 kPa) is interposed between the first cathode and the first cathode, and has a catalytic function for hydrogen generation. An ion exchange membrane electrolytic cell was prepared in such a manner that the ion exchange membrane was uniformly adhered to the ion exchange membrane in the arranged state.

比較試験開始から槽電圧(電解電圧)の初期値は3.080V、180日後の値は3.180Vに上昇した。   From the start of the comparative test, the initial value of the cell voltage (electrolytic voltage) increased to 3.080 V, and the value after 180 days increased to 3.180 V.

以上の結果を、電解条件と共に、表1〜表3にまとめた。

Figure 2017088952
The above results are summarized in Tables 1 to 3 together with the electrolysis conditions.
Figure 2017088952

Figure 2017088952
Figure 2017088952

Figure 2017088952
Figure 2017088952

U 電極ユニット
I イオン交換膜
10 電極支持フレーム
11 隔壁
12、13 縦リブ
12a、13a 貫通孔
20 陽極
20A 陽極室
21 第一陽極
22 第二陽極
30 陰極
30A 陰極室
31 第一陰極
32 弾性体
33 第二陰極
U electrode unit I ion exchange membrane 10 electrode support frame 11 partition 12, 13 vertical rib 12a, 13a through hole 20 anode 20A anode chamber 21 first anode 22 second anode 30 cathode 30A cathode chamber 31 first cathode 32 elastic body 33 first Two cathodes

Claims (7)

開口を有する導電性基体とその導電性基体上に設けられる触媒層とを有する陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配置されるイオン交換膜と、を備えるイオン交換膜電解槽において、
前記陽極は、陽極室の側に配置される第一陽極と、その第一陽極に導通した状態で積層された一層以上の第二陽極とを有し、
前記第二陽極は、導電性基体の開口率が40〜55%であり、
前記第一陽極の導電性基体の開口率が、前記第二陽極の導電性基体の開口率未満であることを特徴とするイオン交換膜電解槽。
An ion exchange membrane electrolytic cell comprising an anode having a conductive substrate having an opening and a catalyst layer provided on the conductive substrate, a cathode, and an ion exchange membrane disposed between the anode and the cathode In
The anode has a first anode disposed on the anode chamber side, and one or more second anodes laminated in a conductive state with the first anode,
The second anode has an opening ratio of the conductive substrate of 40 to 55%,
An ion exchange membrane electrolytic cell, wherein an opening ratio of the conductive substrate of the first anode is less than an opening ratio of the conductive substrate of the second anode.
前記第一陽極の触媒層は、新設時より劣化しており、前記第二陽極は、新設された陽極である請求項1に記載のイオン交換膜電解槽。   2. The ion exchange membrane electrolytic cell according to claim 1, wherein the catalyst layer of the first anode is deteriorated from the time of newly installed, and the second anode is a newly installed anode. 前記第二陽極の導電性基体は、厚みが0.1mm〜1.2mmであるエキスパンドメタル、パンチングメタル、又は平織メッシュの何れかであり、
前記第一陽極の導電性基体は、厚みが0.5mm〜2.0mmであるエキスパンドメタル、パンチングメタル、又は平織メッシュの何れかである、請求項1または2に記載のイオン交換膜電解槽。
The conductive substrate of the second anode is either an expanded metal having a thickness of 0.1 mm to 1.2 mm, a punching metal, or a plain woven mesh,
3. The ion exchange membrane electrolytic cell according to claim 1, wherein the conductive substrate of the first anode is any one of an expanded metal, a punching metal, or a plain woven mesh having a thickness of 0.5 mm to 2.0 mm.
前記第二陽極の触媒層は、白金、イリジウム、ロジウム、パラジウム、及びルテニウムから成る群から選ばれた少なくとも1種の白金族金属またはその酸化物を含み、前記触媒層の厚みが0.1〜50μmである請求項1〜3いずれかに記載のイオン交換膜電解槽。   The catalyst layer of the second anode includes at least one platinum group metal selected from the group consisting of platinum, iridium, rhodium, palladium, and ruthenium or an oxide thereof, and the catalyst layer has a thickness of 0.1 to 0.1. The ion exchange membrane electrolytic cell according to any one of claims 1 to 3, which is 50 µm. 前記第二陽極の導電性基体は、厚みが0.1mm〜1.2mmの平織メッシュである請求項1〜4いずれかに記載のイオン交換膜電解槽。   The ion exchange membrane electrolytic cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the conductive substrate of the second anode is a plain woven mesh having a thickness of 0.1 mm to 1.2 mm. 前記第二陽極の触媒層は、表面粗さが0.5〜70μmである請求項1〜5いずれかに記載のイオン交換膜電解槽。   The ion exchange membrane electrolytic cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the catalyst layer of the second anode has a surface roughness of 0.5 to 70 µm. 単極式又は複極式の電解槽である請求項1〜6いずれかに記載のイオン交換膜電解槽。   The ion exchange membrane electrolytic cell according to any one of claims 1 to 6, which is a monopolar or bipolar electrolytic cell.
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