JP2017522457A - Catalyst coating and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

本発明は、塩酸の電解槽のような高浸食性の電気分解雰囲気において運転するのに好適な、バルブ金属、例えばチタンの表面の触媒被覆に関する。被覆は、電極の触媒活性化として、例えば塩素のアノード発生のため、或いは液体の停滞を起こしやすい電解槽のフランジ及び他の部材の隙間腐食からの保護のために用いることができる。【選択図】なしThe present invention relates to a catalytic coating on the surface of a valve metal, such as titanium, which is suitable for operation in a highly erosive electrolysis atmosphere such as a hydrochloric acid electrolytic cell. The coating can be used as a catalyst activation of the electrode, for example for the generation of chlorine anodes or to protect against crevice corrosion of electrolytic cell flanges and other components that are prone to liquid stagnation. [Selection figure] None

Description

本発明は、高浸食性の電気分解雰囲気中、例えば塩酸電解槽中において用いるのに好適なバルブ金属物品の触媒被覆に関する。   The present invention relates to a catalyst coating of a valve metal article suitable for use in a highly erodible electrolysis atmosphere, for example, in a hydrochloric acid electrolytic cell.

塩酸の電気分解は、塩素を用いる全ての主要工業プロセスの通常的な副生成物である塩酸の現在関心が高まっている電気化学的プロセスであり、新しい概念のプラントの製造能力の増加は相当量の酸の形成を伴い、それを市場に供することは大きな困難性を示す。通常はイオン交換膜によって分離されている2区画電解槽内で行われる酸の電気分解は、アノード区画において塩素の形成をもたらし、これは上流に再循環して無視しうる環境影響の実質的に閉じられたサイクルを与えることができる。アノード区画の構成材料は、好適な電気伝導性を維持しながら、酸性、湿潤塩素、及びアノード分極が組合わさった浸食性の雰囲気に耐えることができなければならない。かかる目的のためには、チタン、ニオブ、及びジルコニウムのようなバルブ金属が好ましく用いられ、場合によっては合金化したチタンがコスト及び機械加工の容易性の理由で最も通常的な例である。例えば、ニッケル、クロム、及び少量の貴金属、例えばルテニウム及びパラジウムを含むチタン合金、例えばKobe Steelから販売されているAKOT(登録商標)合金が広範に使用されている。その上で塩素のアノード放出が行われるアノードは、例えば通常は塩素のアノード放出の過電圧を低下させることができるチタン及びルテニウムの酸化物の混合物から構成される好適な触媒で被覆したチタン合金基材のようなバルブ金属物品から構成される。また、同じタイプの被覆は、塩素の放出には直接関与しないアノード区画の幾つかの構成要素を、特に電解液停滞を起こしやすい間隙領域に関して腐食から保護するためにも用いられている。十分な電解液の再生が行われないと、実際にはバルブ金属の保護を担う不動態化層の局所的不連続性が引き起こされて、これにより腐食現象がもたらされる可能性があり、これは小さい領域により多く局所化されるとより危険である。間隙が定められやすい領域の例は、アノード及びカソード区画の両方の周縁フランジによって与えられ、通常はこの上にシールガスケットが取り付けられる。工業的実施において遭遇する最も好都合な場合においては、ルテニウム及びチタンの酸化物をベースとする触媒配合物で被覆されているチタン合金によって、アノード構造体の不活性化及び/又はフランジ領域におけるセル部材の漏れを引き起こす腐食の問題が起こる前に、24〜48か月の範囲の塩酸電気分解プラントにおける連続運転を確保することができる。工業的な塩酸電気分解プロセスの競争力を向上させるためには、これらの構成要素の有用寿命を更に増加させる必要がある。   Hydrochloric acid electrolysis is an electrochemical process of current interest for hydrochloric acid, which is a common by-product of all major industrial processes using chlorine, and a significant increase in production capacity for the new concept plant With the formation of acid, it is very difficult to put it on the market. Acid electrolysis, usually performed in a two-compartment electrolyzer separated by an ion exchange membrane, results in the formation of chlorine in the anode compartment, which is essentially a recycle of upstream and negligible environmental impact. A closed cycle can be given. The material of the anode compartment must be able to withstand an erodible atmosphere combined with acidic, wet chlorine, and anode polarization while maintaining suitable electrical conductivity. For such purposes, valve metals such as titanium, niobium and zirconium are preferably used, and in some cases alloyed titanium is the most common example for reasons of cost and ease of machining. For example, titanium alloys containing nickel, chromium, and small amounts of noble metals such as ruthenium and palladium, such as AKOT® alloys sold by Kobe Steel, are widely used. The anode on which the anodic release of chlorine takes place is, for example, a titanium alloy substrate coated with a suitable catalyst, usually composed of a mixture of titanium and ruthenium oxides, which can reduce the anodic release of chlorine. It is comprised from the valve metal articles like. The same type of coating has also been used to protect some components of the anode compartment that are not directly involved in chlorine release from corrosion, particularly with respect to gap regions that are prone to electrolyte stagnation. Insufficient electrolyte regeneration can actually cause local discontinuities in the passivation layer responsible for protecting the valve metal, which can lead to corrosion phenomena, It is more dangerous to be localized more in a small area. An example of a region where the gap is likely to be defined is given by the peripheral flanges of both the anode and cathode compartments, on which a seal gasket is usually mounted. In the most convenient case encountered in industrial practice, a titanium alloy coated with a catalyst formulation based on ruthenium and titanium oxides deactivates the anode structure and / or cell member in the flange region. Continuous operation in a hydrochloric acid electrolysis plant in the range of 24 to 48 months can be ensured before the corrosion problem that causes leakage of water occurs. In order to improve the competitiveness of industrial hydrochloric acid electrolysis processes, it is necessary to further increase the useful life of these components.

本発明の種々の形態を添付の特許請求の範囲において示す。   Various aspects of the invention are set out in the accompanying claims.

一形態においては、本発明は、チタンフリーの触媒層を含み、2つの相、即ちRuOを場合によってはSnOとの固溶体で含むテトラゴナルジテトラゴナルジピラミダル(tetragonal ditetragonal dipyramidal)結晶相と混合されているTaのアモルファス相の混合物から構成される、バルブ金属表面の被覆に関する。本発明者らは、実際に、チタンフリーの被覆は酸性溶液中における塩化物攻撃に対してより抵抗性であることを観察した。これは、恐らくは、酸化チタン(その機能は、二酸化ルテニウムと組み合わさって膜形成成分として機能することである)が、他のものよりも実質的により脆弱なアナターゼTiO相を含む結晶相の混合物として存在するためである。本発明者らはまた、アモルファス相中のタンタル及びルテニウムの酸化物の混合物は、チタンを完全に含まない場合であっても、この問題を決定的に解決するのには寄与しないことも観察した。しかしながら、被覆が、ルチルに類似した典型的結晶形(即ち、テトラゴナルジテトラゴナルジピラミダルのRuO)、及び基本的にアモルファス相のTaの混合物から形成されている場合には、酸攻撃に対する被覆の安定性は大きく増加する。更なる有利性として、アノード塩素放出に寄与する被覆の過電圧が驚くべきことに減少する。一態様においては、Taのアモルファス相と結晶相の間の重量比は0.25〜4の間であり、これは本発明の機能の最も良好な範囲を規定する。一態様においては、テトラゴナルジテトラゴナルジピラミダル結晶相中のRuO成分は、SnO(スズ石)によって部分的に置き換えられている。スズ及びルテニウムの2つの二酸化物(そのテトラゴナルジテトラゴナルジピラミダル結晶形は最も安定であることが分かっている)は、任意の重量比で固溶体を形成することができる。一態様においては、被覆のテトラゴナルジテトラゴナルジピラミダル結晶相におけるRu/Snの重量比は0.5〜2の範囲であり、これは基材の保護及び被覆の触媒活性の観点で最も良好な結果を与える。一態様においては、被覆は2つの別個の触媒層を含み、上記に記載した1つは、酸化ルテニウムのより高い含量を有するそれに被覆される最外層に結合するバルブ金属基材と直接接触する。これは、例えばその外表面が電解液と直接接触するアノード構造体の触媒活性化のために被覆が用いられる場合に必要なように、一方では基材表面における保護機能、他方では最外層の触媒及び伝導特性を増大させる有利性を与えることができる。一態様においては、内部の触媒層は0.25〜2.5の間の範囲のアモルファスTa相/RuO含有結晶相(場合によってはSnOを含む)の重量比を有し、外側の触媒層は、3〜5の間のRu/Taの重量比でRuOのテトラゴナルジテトラゴナルジピラミダル結晶相と混合されているTaのアモルファス相から構成される。一態様においては、上記に記載した被覆(1回又は2回の被覆)と基材の間に、チタン及びタンタルの酸化物の混合物から構成される更なる保護予備層が介在する。これは、チタン及びタンタルの酸化物の混合物の適度の電気伝導性に由来する抵抗の不利益を犠牲にして、触媒層の基材への固定を向上させる有利性を与えることができる。しかしながらかかる抵抗の不利益の大きさは、予備層が好適に制限された厚さを有するならば大きく制限することができる。0.6〜4g/mのチタン及びタンタルの酸化物の合計の装填量は、20g/mの全酸化物を含む触媒層と組み合わせる予備層のために好適な値である。 In one form, the present invention includes a titanium-free catalyst layer and includes two phases, a tetragonal ditetragonal dipyramidal crystal phase, optionally containing RuO 2 in solid solution with SnO 2 , and It relates to a coating on the valve metal surface, which is composed of a mixture of mixed Ta 2 O 5 amorphous phases. We have actually observed that titanium-free coatings are more resistant to chloride attack in acidic solutions. This is probably a mixture of crystalline phases containing titanium oxide (its function is to function as a film-forming component in combination with ruthenium dioxide) but includes anatase TiO 2 phase that is substantially more fragile than the others. Because it exists as. The inventors have also observed that a mixture of tantalum and ruthenium oxides in the amorphous phase does not contribute decisively to solve this problem, even when completely free of titanium. . However, if the coating is formed from a typical crystal form similar to rutile (ie, tetragonal ditetragonal dipyramidal RuO 2 ), and a mixture of essentially amorphous phase Ta 2 O 5 , The stability of the coating against acid attack is greatly increased. As a further advantage, the overvoltage of the coating contributing to anodic chlorine release is surprisingly reduced. In one embodiment, the weight ratio between the amorphous phase and the crystalline phase of Ta 2 O 5 is between 0.25 to 4, which defines the best range of features of the present invention. In one aspect, the RuO 2 component in the tetragonal ditetragonal dipyramidal crystal phase is partially replaced by SnO 2 (stannite). Two dioxides, tin and ruthenium, whose tetragonal ditetragonal dipyramidal crystal form has been found to be most stable, can form solid solutions in any weight ratio. In one embodiment, the Ru / Sn weight ratio in the tetragonal ditetragonal dipyramidal crystalline phase of the coating is in the range of 0.5-2, which is best in terms of substrate protection and coating catalytic activity. Give a good result. In one aspect, the coating includes two separate catalyst layers, one described above is in direct contact with a valve metal substrate that binds to the outermost layer coated thereon having a higher content of ruthenium oxide. This is necessary, for example, when the coating is used for catalytic activation of the anode structure whose outer surface is in direct contact with the electrolyte, on the one hand the protective function on the substrate surface, on the other hand the catalyst in the outermost layer And the advantage of increasing the conduction properties. In one aspect, the inner catalyst layer has a weight ratio of amorphous Ta 2 O 5 phase / RuO 2 containing crystalline phase (optionally including SnO 2 ) in the range between 0.25 and 2.5; The outer catalyst layer is composed of an amorphous phase of Ta 2 O 5 mixed with a tetragonal ditetragonal dipyramidal crystal phase of RuO 2 with a Ru / Ta weight ratio between 3 and 5. In one embodiment, a further protective preliminary layer composed of a mixture of titanium and tantalum oxides is interposed between the coating described above (one or two coatings) and the substrate. This can provide the advantage of improving the anchoring of the catalyst layer to the substrate at the expense of resistance penalty due to the moderate electrical conductivity of the titanium and tantalum oxide mixture. However, the magnitude of such resistance penalty can be greatly limited if the pre-layer has a suitably limited thickness. A total loading of 0.6-4 g / m 2 of titanium and tantalum oxide is a suitable value for a pre-layer combined with a catalyst layer containing 20 g / m 2 of total oxide.

他の形態においては、本発明は、場合によっては、チタン及びタンタルの化合物、例えばTiOCl、TiCl、及びTaClの溶液を1回以上の被覆でバルブ金属基材に施して、次にそれぞれの被覆の後に熱分解を行い;第1の触媒層が得られるまで、タンタル、ルテニウム、及び場合によってはスズの化合物の溶液を1回以上の被覆で施して、次にそれぞれの被覆の後に熱分解を行い;場合によっては、第2の触媒層が得られるまで、タンタル及びルテニウムの化合物の溶液を第1の触媒層の上に施して、次にそれぞれの被覆の後に熱分解を行う;ことを含む、上記に記載の被覆の製造方法に関する。一態様においては、その後の熱分解を考慮して施されるルテニウム及びスズの化合物はヒドロキシアセトクロリド錯体であり、これは、塩酸又は他の前駆体と比べてより均一な組成を有するより規則的で緻密な層を得る有利性を与えることができる。それぞれの被覆の後の熱分解工程は、選択される前駆体化合物に応じて350〜600℃の間で行うことができる。塩化タンタル、並びにルテニウム及び場合によってはスズのヒドロキシアセトクロリド錯体から構成される前駆体の混合物の分解の場合には、熱分解は例えば450〜550℃の間で行うことができる。 In another form, the present invention optionally applies a solution of titanium and tantalum compounds such as TiOCl 2 , TiCl 3 , and TaCl 5 to the valve metal substrate in one or more coatings, and then each After the coating, thermal decomposition is performed; a solution of the compound of tantalum, ruthenium, and possibly tin is applied in one or more coatings until the first catalyst layer is obtained, and then the heat is applied after each coating. Performing decomposition; in some cases, a solution of the tantalum and ruthenium compound is applied over the first catalyst layer until a second catalyst layer is obtained, followed by thermal decomposition after each coating; And a method for producing the coating as described above. In one aspect, the ruthenium and tin compounds applied in view of subsequent pyrolysis are hydroxyacetochloride complexes, which are more regular with a more uniform composition compared to hydrochloric acid or other precursors. The advantage of obtaining a dense layer can be given. The pyrolysis step after each coating can be performed between 350-600 ° C. depending on the precursor compound selected. In the case of decomposition of a mixture of precursors composed of tantalum chloride and a hydroxyacetochloride complex of ruthenium and possibly tin, the thermal decomposition can be carried out, for example, between 450 and 550 ° C.

以下の実施例は本発明の特定の態様を示すために含めるものであり、その実施可能性は特許請求されている値の範囲内で概ね立証された。以下の実施例において開示する組成及び技術は本発明の実施において良好に機能することが本発明者らによって発見された組成及び技術を表していることが当業者によって認識されるが、当業者は、本開示を考慮すれば、発明の範囲から逸脱することなく、開示されている具体的な態様において多くの変更を行って、なお同様又は類似の結果を得ることができることを認識する。   The following examples are included to demonstrate particular embodiments of the invention, and their feasibility has been generally demonstrated within the scope of the claimed values. It will be appreciated by those skilled in the art that the compositions and techniques disclosed in the following examples represent compositions and techniques that have been discovered by the inventors to function well in the practice of the present invention. In view of the present disclosure, it will be appreciated that many changes may be made in the particular embodiments disclosed and still obtain similar or similar results without departing from the scope of the invention.

実施例1:
厚さ1mmのAKOT(登録商標)チタン合金メッシュを超音波浴中でアセトンによって脱脂し、沸点温度の20%HCl中で15分間エッチングした。続いて電極試料を製造するために、メッシュを10cm×10cmの寸法の複数の片に切断した。
Example 1:
A 1 mm thick AKOT® titanium alloy mesh was degreased with acetone in an ultrasonic bath and etched in 20% HCl at boiling temperature for 15 minutes. Subsequently, in order to produce an electrode sample, the mesh was cut into a plurality of pieces having dimensions of 10 cm × 10 cm.

10重量%塩酸中において150g/LのTiOCl及び50g/LのTaClを混合することによって、保護予備層を製造するための前駆体の溶液を得た。
10重量%塩酸中において、20重量%のRuCl及び50g/LのTaClを種々の割合で混合することによって、触媒溶液の第1の組を得た。
By mixing 150 g / L TiOCl 2 and 50 g / L TaCl 5 in 10% by weight hydrochloric acid, a solution of the precursor for producing the protective pre-layer was obtained.
A first set of catalyst solutions was obtained by mixing 20 wt% RuCl 3 and 50 g / L TaCl 5 in various proportions in 10 wt% hydrochloric acid.

対応する塩化物を10体積%酢酸水溶液中に溶解し、溶媒を蒸発させ、更に2回10%酢酸水溶液を加えた後に溶媒を蒸発させ、最後に生成物を再び10%酢酸水溶液中に溶解して規定の濃度を得ることによって、Ru(0.9M)及びSn(1.65M)のヒドロキシアセトクロリド錯体の溶液を得た。   The corresponding chloride is dissolved in 10% by volume aqueous acetic acid, the solvent is evaporated, the solvent is evaporated after two more additions of 10% aqueous acetic acid and finally the product is again dissolved in 10% aqueous acetic acid. By obtaining the prescribed concentration, a solution of Ru (0.9 M) and Sn (1.65 M) hydroxyacetochloride complex was obtained.

Ru及びSnのヒドロキシアセトクロリド錯体を種々の割合にしたがって混合することによって、触媒溶液の第2の組を得た。
次の手順によって、異なる配合の電極試料を得た。
A second set of catalyst solutions was obtained by mixing the hydroxyacetochloride complexes of Ru and Sn according to various proportions.
The following procedure yielded electrode samples with different formulations.

・約1g/mの装填量でタンタル及びチタンの酸化物の被覆が得られるまで、TiOCl及びTaCl前駆体を含む溶液を2回の被覆でブラシ塗布し、次にそれぞれの被覆の後に50℃において5分間乾燥し、515℃において5分間熱分解処理することによって、保護予備層をチタンメッシュから切り出した試料に施した。 Brush the solution containing the TiOCl 2 and TaCl 5 precursors in two coats until a tantalum and titanium oxide coating is obtained at a loading of about 1 g / m 2 , and then after each coating The protective preliminary layer was applied to the sample cut from the titanium mesh by drying at 50 ° C. for 5 minutes and pyrolyzing at 515 ° C. for 5 minutes.

・第1又は第2の組の触媒溶液を選択的に施すことによって、上記の試料の保護予備層の上に種々の配合の触媒層を施した。第1の組の触媒溶液は、約20g/mの全ルテニウム装填量でタンタル及びルテニウムの酸化物の被覆が得られるまで、8〜10回の被覆でブラシ塗布し、次にそれぞれの被覆の後に50℃における乾燥に10分間、500℃における熱分解処理に5分間かけることによって施した。熱分解プロセスの終了時において、引き続いて、その後のXRD分析によって実証されるように、アモルファス酸化タンタル相と混合されている結晶質のテトラゴナルジテトラゴナルジピラミダル二酸化ルテニウム相が得られるまで、電極を500℃において2時間の熱サイクルにかけた。かくして得られた電極の幾つかの試料を、表1においてRuTaタイプとして示す。第2の組の触媒溶液は、約20g/mの全ルテニウム装填量でタンタル、スズ、及びルテニウムの酸化物の被覆が得られるまで、8〜10回の被覆でブラシ塗布し、次にそれぞれの被覆の後に60℃における乾燥に10分間、500℃における熱分解処理に5分間かけることによって施した。この場合においても、熱分解プロセスの終了時において、引き続いて、その後のXRD分析によって実証されるように、酸化タンタルのアモルファス相と混合されている結晶質のテトラゴナルジテトラゴナルジピラミダル相の二酸化ルテニウムと二酸化スズの固溶体が得られるまで、電極を500℃において2時間の熱サイクルにかけた。かくして得られた電極の幾つかの試料を、表1においてRuTaSnタイプとして示す。
・第1又は第2の組の触媒溶液を選択的に施すことによって、2つの層から構成される触媒被覆を備える他の電極試料を得た。第1の組の触媒溶液は、ルテニウム及びタンタルの酸化物の第1の被覆が得られるまで、6〜7回の被覆でブラシ塗布し、次にそれぞれの被覆の後に50℃における乾燥に5分間、500℃における熱分解処理に5分間かけることによって施し;次に、4に等しいRu/Taの重量比を有する第1のタイプの溶液を、約20g/mの全ルテニウム装填量が得られるまで、2回の被覆でブラシ塗布し、それぞれの被覆の後に同じ乾燥及び熱分解サイクルにかけることによって施した。熱分解プロセスの終了時において、引き続いて、その後のXRD分析によって実証されるように、酸化タンタルのアモルファス相と混合されている二酸化ルテニウムの結晶質のテトラゴナルジテトラゴナルジピラミダル相が得られるまで、電極を500℃において2時間の熱サイクルにかけた。かくして得られた電極の幾つかの試料を、表1においてRuTa−TOPタイプとして示す。第2の組の触媒溶液は、タンタル、スズ、及びルテニウムの酸化物の被覆が得られるまで、6〜7回の被覆でブラシ塗布し、次にそれぞれの被覆の後に60℃における乾燥に5分間、500℃における熱分解処理に10分間かけることによって施し;約20g/mの全ルテニウム装填量で2層の触媒被覆が得られるまで、4に等しいRu/Taの重量比を有する第1のタイプの溶液を2回の被覆でブラシ塗布し、それぞれの被覆の後に50℃における乾燥に5分間、500℃における熱分解処理に10分間かけることによって得られたルテニウム及びタンタルの酸化物の被覆をその上に被覆した。熱分解プロセスの終了時において、引き続いて、その後のXRDによって実証されるように、内層において酸化タンタルのアモルファス相と混合されたテトラゴナルジテトラゴナルジピラミダル結晶相の二酸化ルテニウム及び二酸化スズ、並びに外層において酸化タンタルのアモルファス相と混合されたテトラゴナルジテトラゴナルジピラミダル二酸化ルテニウム結晶相の固溶体が得られるまで、電極を500℃において2時間の熱サイクルにかけた。かくして得られた電極の幾つかの試料を、表1においてRuTaSn−TOPタイプとして示す。
-By selectively applying the first or second set of catalyst solutions, variously formulated catalyst layers were applied over the protective pre-layer of the sample. The first set of catalyst solutions was brushed with 8-10 coatings until a tantalum and ruthenium oxide coating was obtained with a total ruthenium loading of about 20 g / m 2 , and then each coating Later, it was applied by drying at 50 ° C. for 10 minutes and thermal decomposition at 500 ° C. for 5 minutes. At the end of the pyrolysis process, the electrodes are subsequently obtained until a crystalline tetragonal ditetragonal dipyramidal ruthenium dioxide phase is obtained that is mixed with an amorphous tantalum oxide phase, as demonstrated by subsequent XRD analysis. Was subjected to a 2 hour thermal cycle at 500 ° C. Several samples of the electrodes thus obtained are shown in Table 1 as RuTa type. The second set of catalyst solutions is brushed with 8-10 coatings until a tantalum, tin, and ruthenium oxide coating is obtained with a total ruthenium loading of about 20 g / m 2 , and then each The coating was performed by drying at 60 ° C. for 10 minutes and thermal decomposition at 500 ° C. for 5 minutes. Again, at the end of the pyrolysis process, the crystalline tetragonal ditetragonal dipyramidal phase dioxide subsequently mixed with the amorphous phase of tantalum oxide as demonstrated by subsequent XRD analysis. The electrode was subjected to a 2 hour thermal cycle at 500 ° C. until a solid solution of ruthenium and tin dioxide was obtained. Several samples of the electrodes thus obtained are shown in Table 1 as RuTaSn type.
Another electrode sample with a catalyst coating composed of two layers was obtained by selectively applying a first or second set of catalyst solutions. The first set of catalyst solutions is brushed with 6-7 coatings until a first coating of ruthenium and tantalum oxide is obtained, and then 5 minutes to dry at 50 ° C. after each coating. Applying a pyrolysis treatment at 500 ° C. for 5 minutes; then a first type solution having a Ru / Ta weight ratio equal to 4 is obtained with a total ruthenium loading of about 20 g / m 2 Up to 2 coats were applied by brushing and subjected to the same drying and pyrolysis cycle after each coating. At the end of the pyrolysis process, until a crystalline tetragonal ditetragonal dipyramidal phase of ruthenium dioxide mixed with an amorphous phase of tantalum oxide is subsequently obtained, as demonstrated by subsequent XRD analysis. The electrode was subjected to a 2 hour thermal cycle at 500 ° C. Several samples of the electrodes thus obtained are shown in Table 1 as RuTa-TOP types. The second set of catalyst solutions was brushed with 6-7 coatings until a tantalum, tin, and ruthenium oxide coating was obtained, and then each coating was dried at 60 ° C. for 5 minutes. A first having a weight ratio of Ru / Ta equal to 4 until a two layer catalyst coating is obtained with a total ruthenium loading of about 20 g / m 2 . Ruthenium and tantalum oxide coatings obtained by brushing a solution of the type in two coatings and subjecting each coating to drying at 50 ° C. for 5 minutes and thermal decomposition at 500 ° C. for 10 minutes. It was coated on it. At the end of the pyrolysis process, the tetragonal ditetragonal dipyramidal crystalline phase ruthenium and tin dioxide mixed with the amorphous phase of tantalum oxide in the inner layer, as evidenced by subsequent XRD, and the outer layer The electrode was subjected to a 2 hour thermal cycle at 500 ° C. until a solid solution of tetragonal ditetragonal dipyramidal ruthenium dioxide crystal phase mixed with an amorphous phase of tantalum oxide was obtained. Several samples of the electrodes thus obtained are shown in Table 1 as RuTaSn-TOP types.

Figure 2017522457
Figure 2017522457

比較例1:
厚さ1mmのAKOT(登録商標)チタン合金メッシュを超音波浴中でアセトンによって脱脂し、沸点温度の20%HCl中で15分間エッチングした。続いて電極試料を製造するために、メッシュを10cm×10cmの寸法の複数の片に切断した。
Comparative Example 1:
A 1 mm thick AKOT® titanium alloy mesh was degreased with acetone in an ultrasonic bath and etched in 20% HCl at boiling temperature for 15 minutes. Subsequently, in order to produce an electrode sample, the mesh was cut into a plurality of pieces having dimensions of 10 cm × 10 cm.

10%塩酸中において150g/LのTiOCl及び50g/LのTaClを混合することによって、保護予備層を製造するための前駆体の溶液を得た。
10%塩酸中において、20重量%のRuCl及び150g/LのTiOClを種々の割合にしたがって混合することによって、触媒溶液の組を得た。
By mixing 150 g / L TiOCl 2 and 50 g / L TaCl 5 in 10% hydrochloric acid, a solution of the precursor for producing the protective pre-layer was obtained.
A set of catalyst solutions was obtained by mixing 20% by weight RuCl 3 and 150 g / L TiOCl 2 in various proportions in 10% hydrochloric acid.

・実施例1の場合と同じようにしてチタンメッシュから切り出した試料に保護予備層を施した。
・約20g/mの全ルテニウム装填量でルテニウム及びチタンの酸化物の被覆が得られるまで、上記の触媒溶液を8〜10回の被覆でブラシ塗布し、次にそれぞれの被覆の後に50℃における乾燥に5分間、500℃における熱分解処理に5分間かけることによって、種々の配合の触媒溶液を上記の試料の保護予備層の上に施した。熱分解プロセスの終了時において、引き続いて電極を500℃において2時間の熱サイクルにかけた。かくして得られた幾つかの試料を表2においてRuTiタイプとして示す。
A protective preliminary layer was applied to the sample cut out from the titanium mesh in the same manner as in Example 1.
• Brush the catalyst solution with 8-10 coatings until a ruthenium and titanium oxide coating is obtained with a total ruthenium loading of about 20 g / m 2 , then 50 ° C. after each coating Various formulations of the catalyst solution were applied over the protective pre-layer of the above sample by subjecting to 5 minutes of drying at 500 ° C. and 5 minutes of thermal decomposition at 500 ° C. At the end of the pyrolysis process, the electrode was subsequently subjected to a 2 hour thermal cycle at 500 ° C. Some samples thus obtained are shown in Table 2 as RuTi type.

Figure 2017522457
Figure 2017522457

実施例2:
表中に示す電極試料を、15重量%のHCl中、60℃の温度において、3kA/mの電流密度で、塩素のアノード発生下における標準電位の試験にかけた。得られた電位データを表3に報告する(SEP)。表はまた、20重量%のHCl中、60℃の温度において、対電極としてジルコニウムカソードを用いて、6kA/mの電流密度で、塩素のアノード発生下における不活性化までの運転時間で表す、加速寿命試験の関連するデータも示す。電極の不活性化は、セルにおける初期値に対する1Vの増加によって規定される。
Example 2:
The electrode samples shown in the table were subjected to a standard potential test under anodic generation of chlorine at a current density of 3 kA / m 2 in 15 wt% HCl at a temperature of 60 ° C. The resulting potential data is reported in Table 3 (SEP). The table also represents the operating time to deactivation under anodic generation of chlorine at a current density of 6 kA / m 2 in 20 wt% HCl at a temperature of 60 ° C. with a zirconium cathode as counter electrode. Also shows relevant data for accelerated life testing. Electrode inactivation is defined by an increase of 1V relative to the initial value in the cell.

Figure 2017522457
Figure 2017522457

実施例3:
電極試料2、6、及びC2の同じ試料を、塩素を生成させるための電解槽のフランジ又は他の閉塞区域上で起こる可能性がある隙間腐食条件をシミュレートする腐食試験にかけた。試料の第1の組は、電解液停滞条件をシミュレートするために、既知の体積の20重量%のHCl中に窒素流下45℃において浸漬し;第2(対照)の組は、不動態化を維持するために、同じ体積の20重量%のHCl中に酸素流下40℃において浸漬した。両方の場合において、24時間の経過中に基材から放出されたクロム及びニッケルの濃度を検出したところ、試料2及び6に関しては、その体積のHCl中の両方の金属の濃度は2mg/L未満であり、一方、試料C2は、酸素流下において2mg/LのCr及び4mg/LのNiより僅かに高い濃度を示し、これは窒素流下では有意に増加した(ニッケルに関して6.5mg/Lまで)。
Example 3:
The same samples of electrode samples 2, 6, and C2 were subjected to a corrosion test that simulates crevice corrosion conditions that may occur on the flange or other closed area of the cell to produce chlorine. The first set of samples is immersed in a known volume of 20 wt% HCl at 45 ° C. under nitrogen flow to simulate electrolyte stagnation conditions; the second (control) set is passivated. Was maintained in an equal volume of 20 wt% HCl at 40 ° C. under a stream of oxygen. In both cases, the concentrations of chromium and nickel released from the substrate over the course of 24 hours were detected, and for samples 2 and 6, the concentration of both metals in that volume of HCl was less than 2 mg / L. On the other hand, sample C2 showed slightly higher concentrations than 2 mg / L Cr and 4 mg / L Ni under oxygen flow, which was significantly increased under nitrogen flow (up to 6.5 mg / L for nickel). .

試料の他の組を用いて試験を繰り返して、本発明の配合物に関して耐腐食性が有意に増加したことを確認した。
上記の記載は発明を限定するものとは意図しておらず、これらはその範囲から逸脱することなく異なる態様にしたがって用いることができ、その範囲は専ら添付の特許請求の範囲によって規定される。
The test was repeated with other sets of samples to confirm that the corrosion resistance was significantly increased for the formulations of the present invention.
The above description is not intended to limit the invention, which can be used in accordance with different embodiments without departing from the scope thereof, the scope of which is defined solely by the appended claims.

本出願の明細書及び特許請求の範囲の全体にわたって、「含む」という用語、並びに「含み」及び「包含する」のようなその変形は、他の部材、成分、又は更なるプロセス工程の存在を排除することは意図しない。文献、行為、材料、装置、物品などの議論は、単に本発明の状況を与える目的で本明細書中に含めるものである。これらの事項のいずれか又は全部が従来技術の基礎の一部を形成していたか、或いは本出願のそれぞれの請求項の優先日の前に本発明に関係する分野における通常の一般的知識であったことは示唆も明示もされない。   Throughout the specification and claims of this application, the term “comprising” and variations thereof such as “comprising” and “including” shall include the presence of other members, components, or additional process steps. It is not intended to be excluded. Discussion of documents, acts, materials, devices, articles, etc. is included herein solely for the purpose of providing a context for the present invention. Any or all of these matters form part of the basis of the prior art or are common general knowledge in the field relevant to the present invention prior to the priority date of each claim of this application. It is neither suggested nor stated.

Claims (10)

バルブ金属表面のための被覆であって、RuO又はRuOとSnOの固溶体のいずれかからなるテトラゴナルジテトラゴナルジピラミダル結晶相と混合されているTaのアモルファス相を含むチタンフリーの第1の触媒層を含む、前記被覆。 Titanium comprising an amorphous phase of Ta 2 O 5 coated with a tetragonal ditetragonal dipyramidal crystal phase consisting of either RuO 2 or a solid solution of RuO 2 and SnO 2 for a coating on a valve metal surface Said coating comprising a free first catalyst layer. 前記結晶相に対する前記アモルファス相の重量比が0.25〜4の範囲である、請求項1に記載の被覆。   The coating of claim 1 wherein the weight ratio of the amorphous phase to the crystalline phase is in the range of 0.25-4. 前記結晶相中におけるSnに対するRuの重量比が0.5〜2の範囲である、請求項1又は2に記載の被覆。   The coating according to claim 1 or 2, wherein the weight ratio of Ru to Sn in the crystalline phase is in the range of 0.5-2. 前記第1の触媒層に外部から施された第2の触媒層を含み、前記第1の触媒層は0.25〜2.5の範囲の前記結晶相に対する前記アモルファス相の重量比を有し、前記第2の触媒層は、3〜5の範囲のTaに対するRuの重量比でRuOのテトラゴナルジテトラゴナルジピラミダル結晶相と混合されたTaのアモルファス相からなる、請求項1〜3のいずれかに記載の被覆。 The first catalyst layer includes a second catalyst layer applied from the outside, and the first catalyst layer has a weight ratio of the amorphous phase to the crystal phase in the range of 0.25 to 2.5. The second catalyst layer comprises an amorphous phase of Ta 2 O 5 mixed with a tetragonal ditetragonal dipyramidal crystal phase of RuO 2 at a weight ratio of Ru to Ta in the range of 3-5. The coating according to any one of 1 to 3. 前記バルブ金属表面と前記第1の触媒層の間に介在しているチタン及びタンタルの酸化物の混合物からなる保護予備層を含む、請求項1〜4のいずれかに記載の被覆。   The coating according to any one of claims 1 to 4, further comprising a protective pre-layer comprising a mixture of titanium and tantalum oxide interposed between the valve metal surface and the first catalyst layer. チタン又はチタン合金の基材に施されている、請求項1〜5のいずれかに記載の被覆。   The coating according to any one of claims 1 to 5, which is applied to a titanium or titanium alloy substrate. 前記基材が塩素生成電解槽のアノード基材又はフランジである、請求項6に記載の被覆。   The coating of claim 6, wherein the substrate is an anode substrate or flange of a chlorine producing electrolyzer. 前記電解槽が塩酸電解槽である、請求項7に記載の被覆。   The coating according to claim 7, wherein the electrolytic cell is a hydrochloric acid electrolytic cell. 請求項1〜8のいずれかに記載の被覆の製造方法であって、
次の同時又は逐次工程:
・場合によっては、チタン及びタンタルの化合物の溶液を1回以上の被覆でバルブ金属基材に施して、次にそれぞれの被覆の後に熱分解を行う工程;
・第1の触媒層が得られるまで、タンタル、ルテニウム、及び場合によってはスズの化合物の溶液を1回以上の被覆で施して、次にそれぞれの被覆の後に熱分解を行う工程;
・場合によっては、第2の触媒層が得られるまで、タンタル及びルテニウムの化合物の溶液を1回以上の被覆で前記第1の触媒層に施して、次にそれぞれの被覆の後に熱分解を行う工程;
を含む、前記被覆の製造方法。
A method for producing the coating according to any one of claims 1 to 8,
Next simultaneous or sequential process:
-Optionally applying a solution of a compound of titanium and tantalum to the valve metal substrate in one or more coatings, followed by pyrolysis after each coating;
Applying a solution of a compound of tantalum, ruthenium, and possibly tin, in one or more coatings until a first catalyst layer is obtained, followed by pyrolysis after each coating;
In some cases, a solution of the tantalum and ruthenium compound is applied to the first catalyst layer in one or more coatings, and then pyrolyzed after each coating, until a second catalyst layer is obtained. Process;
A method for producing the coating, comprising:
前記ルテニウム及びスズの化合物がヒドロキシアセトクロリド錯体である、請求項9に記載の方法。   The method of claim 9, wherein the ruthenium and tin compound is a hydroxyacetochloride complex.
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