JP2018154909A - Method for producing diaphragm and method for producing electrode unit using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、電解に用いる隔膜の製造方法およびそれを用いた電極ユニットの製造方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a method of manufacturing a diaphragm used for electrolysis and a method of manufacturing an electrode unit using the same.
アルカリイオン水、オゾン水または次亜塩素酸水などを生成する電解装置として、3室型の電解槽を有する電解装置が用いられている。3室型の電解槽は、ナフィオン等の陽イオン交換膜および四級アンモニウム塩や四級ホスホニウム塩等を有する陰イオン交換膜によって、電解槽が陽極室、中間室および陰極室と3室に区切られる。陽極室および陰極室には、貫通した多孔構造を有する陽極および陰極がそれぞれ配置されている。 As an electrolytic device that generates alkaline ionized water, ozone water, hypochlorous acid water, or the like, an electrolytic device having a three-chamber electrolytic cell is used. The three-chamber type electrolytic cell is divided into three chambers, an anode chamber, an intermediate chamber, and a cathode chamber, by a cation exchange membrane such as Nafion and an anion exchange membrane having a quaternary ammonium salt or a quaternary phosphonium salt. It is done. In the anode chamber and the cathode chamber, an anode and a cathode having a penetrated porous structure are arranged, respectively.
このような電解装置では、例えば、中間室に食塩水を流し、左右の陰極室および陽極室に水を流して、中間室の食塩水を陰極および陽極で電解することにより、陽極室で発生した塩素ガスから次亜塩素酸水を生成するとともに、陰極室で水酸化ナトリウム水を生成する。生成した次亜塩素酸水は殺菌消毒水として、水酸化ナトリウム水は洗浄水として活用される。 In such an electrolyzer, for example, salt solution is flowed in the intermediate chamber, water is flowed in the left and right cathode chambers and the anode chamber, and the salt solution in the intermediate chamber is electrolyzed at the cathode and anode, thereby generating in the anode chamber. Hypochlorous acid water is generated from chlorine gas, and sodium hydroxide water is generated in the cathode chamber. The produced hypochlorous acid water is used as sterilizing / disinfecting water, and sodium hydroxide water is used as washing water.
このような3室型電解槽では陰イオン交換膜は塩素や次亜塩素酸により劣化しやすいために、パンチング等で作製した多孔陽極と陰イオン交換膜の間に、オーバーラップや切り込みを入れた不織布を挿入して塩素による劣化を低減させる技術があった。また、多数の穴の開いた電極に穴をふさがないように多孔膜を配置することは知られている。 In such a three-chamber electrolytic cell, the anion exchange membrane is easily deteriorated by chlorine or hypochlorous acid, so that an overlap or a cut is made between the porous anode prepared by punching or the like and the anion exchange membrane. There was a technology to reduce deterioration due to chlorine by inserting a non-woven fabric. It is also known to arrange a porous film so as not to block a hole in an electrode having a large number of holes.
しかしながら、上記の構造では非常に長期間の運転によって電解槽の劣化は避けられなかった。 However, in the above structure, deterioration of the electrolytic cell is inevitable due to a very long operation.
本発明が解決しようとする課題は、高効率で長寿命の隔膜の製造方法および電極ユニットの製造方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a highly efficient and long-life diaphragm and a method for producing an electrode unit.
実施形態によれば、フッ素原子を含有する多孔質膜をアルミナ水和物粒子の含水アルコール分散液に浸漬する工程と、
前記多孔質膜を前記分散液から取り出す工程と、
前記分散液で被覆された前記多孔質膜を加熱し、前記多孔質膜表面にアルミナ水和物層を形成する工程と、
前記アルミナ水和物層が形成された前記多孔質膜を酸性水溶液に浸漬する工程とを有する隔膜の製造方法が提供される。
According to the embodiment, the step of immersing the porous film containing fluorine atoms in a hydrous alcohol dispersion of alumina hydrate particles;
Removing the porous membrane from the dispersion;
Heating the porous membrane coated with the dispersion to form an alumina hydrate layer on the surface of the porous membrane;
And a step of immersing the porous membrane in which the alumina hydrate layer is formed in an acidic aqueous solution.
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。 In addition, the same code | symbol shall be attached | subjected to a common structure through embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted. In addition, each drawing is a schematic diagram for promoting the embodiment and its understanding, and its shape, dimensions, ratio, etc. are different from the actual device, but these are considered in consideration of the following description and known techniques. The design can be changed as appropriate.
(第1の実施形態)
図1に、第1の実施形態にかかる隔膜の製造方法を表すフロー図を示す。
(First embodiment)
FIG. 1 is a flowchart showing a method for manufacturing a diaphragm according to the first embodiment.
図1に示すように、実施形態にかかる隔膜の製造方法は、フッ素原子を含有する多孔質膜をアルミナ水和物粒子の含水アルコール分散液に浸漬する工程(BL11)と、多孔質膜を分散液から取り出す工程(BL12)と、分散液で被覆された多孔質膜を加熱し、多孔質膜表面にアルミナ水和物層を形成する工程(BL13)と、アルミナ水和物層が形成された多孔質膜を酸性水溶液に浸漬する工程(BL14)を有する。
BL11では、疎水性の多孔質膜を、含水アルコールで分散された疎水性を有するアルミナ水和物粒子に接触する。アルミナ水和物粒子の含水アルコール分散液は、分散性が良好でゲル化しにくいため、取り扱いが容易である。BL12では、疎水性の多孔質膜表面に、疎水性を有するアルミナ水和物粒子の含水アルコール分散液の塗布層を形成する。BL13では、加熱により、塗布層中のアルミナ水和物粒子が融合して、剥がれにくいアルミナ水和物被覆層となる。BL14では、アルミナ水和物粒子の疎水基が外れて親水性となり、安定化する。第1実施形態にかかるアルミナ水和物が被覆されたフッ素原子を含有する多孔質隔膜が得られる。
As shown in FIG. 1, the method for manufacturing a diaphragm according to the embodiment includes a step (BL11) of immersing a porous membrane containing fluorine atoms in a hydrous alcohol dispersion of alumina hydrate particles, and dispersing the porous membrane. A step of removing from the liquid (BL12), a step of heating the porous membrane coated with the dispersion to form an alumina hydrate layer on the surface of the porous membrane (BL13), and an alumina hydrate layer were formed A step (BL14) of immersing the porous membrane in an acidic aqueous solution;
In BL11, the hydrophobic porous membrane is brought into contact with the alumina hydrate particles having hydrophobicity dispersed with hydrous alcohol. A hydrous alcohol dispersion of alumina hydrate particles is easy to handle because it has good dispersibility and is difficult to gel. In BL12, a coating layer of a hydrous alcohol dispersion of hydrophobic alumina hydrate particles is formed on the surface of a hydrophobic porous membrane. In BL13, the alumina hydrate particles in the coating layer are fused to form an alumina hydrate coating layer that hardly peels off. In BL14, the hydrophobic group of the alumina hydrate particles is removed to become hydrophilic and stabilized. A porous membrane containing fluorine atoms coated with alumina hydrate according to the first embodiment is obtained.
実施形態にかかる方法を用いると、疎水性の多孔質膜にアルミナ水和物を簡便に均一に被覆することが可能となり、親水化も容易である。これにより、塩素イオンの透過性を向上し、ナトリウムイオンの透過抑制が可能である。このため、実施形態によれば、効率よく電解が可能であり、高寿命で多孔質隔膜が得られる。 When the method according to the embodiment is used, it becomes possible to easily and uniformly coat a hydrophobic porous membrane with alumina hydrate, and it is easy to make it hydrophilic. Thereby, the permeability | transmittance of a chlorine ion can be improved and permeation | transmission suppression of a sodium ion is possible. For this reason, according to the embodiment, electrolysis can be efficiently performed, and a porous diaphragm can be obtained with a long lifetime.
実施形態に使用される多孔質膜とは、複数の貫通孔を有する膜であり、貫通しない開口を有することも可能である。 The porous membrane used in the embodiment is a membrane having a plurality of through holes, and may have an opening that does not penetrate.
実施形態に使用される含水アルコール分散液は、例えば、アルミナ水和物粒子ゲルを、アルコール溶液あるいはアルコール水溶液に分散することにより得られる。含水アルコール分散液の水分量は、例えば、0.1%〜80%にすることができる。 The hydrous alcohol dispersion used in the embodiment can be obtained, for example, by dispersing alumina hydrate particle gel in an alcohol solution or an alcohol aqueous solution. The water content of the hydrous alcohol dispersion can be, for example, 0.1% to 80%.
アルミナ水和物として、ベーマイトもしくは擬ベーマイトを用いることができる。また、アルミナ水和物粒子を疎水性基で被覆することができる。
アルミナ水和物は、組成式Al2O3・(H2O)x (x=1〜2)で表すことができる。
Boehmite or pseudoboehmite can be used as the alumina hydrate. In addition, the alumina hydrate particles can be coated with a hydrophobic group.
Alumina hydrate can be represented by the composition formula Al 2 O 3. (H 2 O) x (x = 1 to 2).
好ましくは、x=1〜1.5であり、さらに好ましくはx=1〜1.3である。xが1に近いほどベーマイトの比率は大きくなる。 Preferably, x = 1 to 1.5, and more preferably x = 1 to 1.3. The closer x is to 1, the greater the ratio of boehmite.
組成はアルミニウムの含有量を元素分析で測定してAl2O3としての量を決めることができる。 The composition can be determined as the amount of Al 2 O 3 by measuring the aluminum content by elemental analysis.
具体的には、多孔質膜の一部を塩酸と硝酸の混合溶液中で煮沸してアルミニウムを完全に溶解させる。ICP−AES(Inductively Coupled Plasma− Atomic Emission Spectrometry:高周波誘導結合プラズマ発光分光分析)でアルミニウム含有量を定量する。次に、多孔質膜の一部を室温真空下において弱く吸着している水分を除く。次に、熱分析装置で130〜1000℃で脱離する水の量を分析し、質量分析装置やガスクロマト装置で測定することによりxの値を決定することができる。 Specifically, a part of the porous membrane is boiled in a mixed solution of hydrochloric acid and nitric acid to completely dissolve aluminum. The aluminum content is quantified by ICP-AES (Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry). Next, the moisture that weakly adsorbs a part of the porous membrane under vacuum at room temperature is removed. Next, the value of x can be determined by analyzing the amount of water desorbed at 130 to 1000 ° C. with a thermal analyzer and measuring with a mass spectrometer or gas chromatograph.
熱水もしくは水蒸気で加熱する工程を有することができる。70℃以上の熱水で処理するとベーマイトが主となりやすい。より好ましくは、80℃以上であり、さらに好ましくは、100℃以上である。100℃を超える場合は加圧して行うことができる。ベーマイト微粒子には擬ベーマイト微粒子も含まれる。擬ベーマイトはベーマイトより水和量が多く、加熱により容易にベーマイトとなる。加熱は80℃以上300℃以下が好ましく、より好ましくは120℃以上、さらに好ましくは150℃以上である。 A step of heating with hot water or steam can be included. When treated with hot water of 70 ° C. or higher, boehmite tends to be the main. More preferably, it is 80 degreeC or more, More preferably, it is 100 degreeC or more. When exceeding 100 degreeC, it can pressurize and can carry out. The boehmite fine particles include pseudo boehmite fine particles. Pseudoboehmite has a higher hydration amount than boehmite and easily becomes boehmite by heating. Heating is preferably 80 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, more preferably 120 ° C. or higher, and further preferably 150 ° C. or higher.
実施形態にかかる隔膜の製造方法において、多孔質膜をプラズマ処理、電子線処理もしくはUVオゾン処理を行うことにより、予め表面処理することができる。これらの処理により多孔質膜の表面には水酸基やカルボキシル基などの親水性基が導入されアルミナ水和物被覆層との結合が強くなり、よりはがれにくくなる。 In the method of manufacturing a diaphragm according to the embodiment, the porous film can be surface-treated in advance by performing plasma treatment, electron beam treatment, or UV ozone treatment. By these treatments, hydrophilic groups such as hydroxyl groups and carboxyl groups are introduced on the surface of the porous membrane, and the bond with the alumina hydrate coating layer is strengthened and is more difficult to peel off.
酸性水溶液として、0.1重量%から10重量%の塩酸を使用することができる。
酸性水溶液が0.1重量%未満であると、疎水性基の脱離に時間がかかる傾向があり、10重量%を超えると、処理時間が飽和する傾向がある。
As the acidic aqueous solution, 0.1% by weight to 10% by weight of hydrochloric acid can be used.
When the acidic aqueous solution is less than 0.1% by weight, it tends to take time for elimination of the hydrophobic group, and when it exceeds 10% by weight, the treatment time tends to be saturated.
多孔質膜としてポリビニリデンジフルオルライドもしくはポリテロラフルオロエチレンを用いることができる。これらは化学的にも安定であり、また多孔質膜を形成しやすい。 Polyvinylidene difluoride or polyterafluoroethylene can be used as the porous membrane. These are chemically stable and easily form a porous film.
空気中に取り出す工程として引き上げ法を用いることができる。引き上げ法を用いると、両面が同様にコートできることから、より均一な塗布が可能となる。 A pulling-up method can be used as the step of taking out into the air. When the pulling method is used, both surfaces can be coated in the same manner, so that more uniform application is possible.
多孔質膜の平均孔径は、100nmから300nmにすることができる。平均孔径が100nmより小さいとアルミナ水和物で被覆した時にイオンの透過量が小さすぎる傾向があり、300nmより大きいとイオンの透過量が大きすぎる傾向がある。
アルミナ水和物の一次粒子の長径は10nmから100nmにすることができる。 長径が10nmより小さいと多孔質膜への被覆が不十分になる傾向があり、100nmより大きいとイオン透過率が大きすぎる他、剥がれやすい傾向がある。
The average pore diameter of the porous membrane can be from 100 nm to 300 nm. If the average pore size is smaller than 100 nm, the amount of ion permeation tends to be too small when coated with alumina hydrate, and if it is larger than 300 nm, the amount of ion permeation tends to be too large.
The major axis of the primary particles of alumina hydrate can be 10 nm to 100 nm. If the major axis is smaller than 10 nm, the coating on the porous membrane tends to be insufficient. If the major axis is larger than 100 nm, the ion permeability tends to be too large and it tends to peel off.
加熱する工程が130℃以上にすることができる。加熱温度は基材に制限されるが130℃以上であればアルミナ水和物間の結合が強くなり剥がれにくくなる。好ましくは150℃以上でさらに好ましくは200℃以上である。加熱温度の上限は、300℃にすることができる。300℃を超えると、脱水が進みすぎて膜が脆くなる傾向がある。 The heating step can be performed at 130 ° C. or higher. The heating temperature is limited to the base material, but if it is 130 ° C. or higher, the bonds between the alumina hydrates become strong and are difficult to peel off. Preferably it is 150 degreeC or more, More preferably, it is 200 degreeC or more. The upper limit of the heating temperature can be 300 ° C. When it exceeds 300 ° C., dehydration proceeds too much and the film tends to become brittle.
多孔質膜を酸性水溶液に浸漬する工程(BL14)の後、3重量%以上の濃度を有する塩化ナトリウム水溶液に浸漬した後、乾燥させる工程をさらに設けることができる。 After the step of immersing the porous membrane in an acidic aqueous solution (BL14), a step of immersing in a sodium chloride aqueous solution having a concentration of 3% by weight or more and then drying can be further provided.
BL14において親水化したアルミナ水和物が被覆されたフッ素原子を含有する多孔質隔膜に塩化ナトリウムを含浸させることにより、電解運転時の立ち上がりを早くすることができる。 By impregnating sodium chloride into the porous diaphragm containing fluorine atoms coated with the hydrated alumina hydrate in BL14, the start-up during the electrolysis operation can be accelerated.
濃度3重量%未満では膜に残る塩化ナトリウムの量が少なく、装置の立ち上がりが遅くなる傾向がある。より好ましくは10重量%以上であり、さらに好ましくは15重量%以上であるが20重量%を超えると多孔質隔膜表面についた塩化ナトリウムが剥がれやすくなり、ハンドリングが難しくなる傾向がある。 If the concentration is less than 3% by weight, the amount of sodium chloride remaining in the membrane is small, and the start-up of the apparatus tends to be slow. More preferably, it is 10% by weight or more, and further preferably 15% by weight or more. However, when it exceeds 20% by weight, sodium chloride attached to the surface of the porous diaphragm tends to be peeled off and handling tends to be difficult.
アルミナ水和物被覆層の表面での膜厚は、0.1〜10μmにすることができる。0.1μmより小さいとイオン透過性に対する効果が少なくなる傾向があり、10μmより大きいと膜が剥がれやすくなる傾向がある。より好ましくは1〜8μmであり、さらに好ましくは2〜6μmである。 The film thickness on the surface of the alumina hydrate coating layer can be 0.1 to 10 μm. If it is smaller than 0.1 μm, the effect on the ion permeability tends to be reduced, and if it is larger than 10 μm, the film tends to be peeled off. More preferably, it is 1-8 micrometers, More preferably, it is 2-6 micrometers.
多孔質隔膜の膜厚は10〜200μmにすることができる。膜厚が10μmより薄いと、膜の機械的強度が弱くなり破膜しやすくなる傾向がある。200μmより厚いとイオン透過性が小さくなり、電解効率が低下する傾向がある。膜厚は、好ましくは30〜150μmであり、さらに好ましくは40〜120μmである。 The film thickness of the porous diaphragm can be 10 to 200 μm. When the film thickness is thinner than 10 μm, the mechanical strength of the film tends to be weak and the film tends to break. When it is thicker than 200 μm, the ion permeability tends to be small, and the electrolytic efficiency tends to decrease. The film thickness is preferably 30 to 150 μm, more preferably 40 to 120 μm.
(第2の実施形態)
図2に、実施形態に用いられる電極ユニットの構成の一例を表す概略図を示す。
(Second Embodiment)
In FIG. 2, the schematic showing an example of a structure of the electrode unit used for embodiment is shown.
図示するように、実施形態にかかる電極ユニット20は、複数の開口と貫通孔を含む多孔構造を有する多孔電極基板21と、対向電極22とを有し、その間に配置された多孔質隔膜23を有する。対向電極22側の隔膜24および電解質保持部25をさらに設けることができる。
As illustrated, the
図3に、第2の実施形態にかかる電極ユニットの製造方法の一例を表す図を示す。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing an electrode unit according to the second embodiment.
図示するように、第2の実施形態にかかる電極ユニットの製造方法は、アルミナ水和物が被覆されたフッ素原子を含有する多孔質膜を親水化し、多孔質隔膜を形成する工程(BL31)と、多孔質隔膜が水分を含んだ状態で、複数の貫通孔を有する多孔電極基板と対向電極との間に配置し、電極ユニットを組み立てる工程(BL32)とを有する。 As shown in the figure, the electrode unit manufacturing method according to the second embodiment includes a step of hydrophilizing a porous membrane containing fluorine atoms coated with alumina hydrate to form a porous diaphragm (BL31). And a step (BL32) of assembling an electrode unit by disposing the porous diaphragm between a porous electrode substrate having a plurality of through holes and a counter electrode in a state containing moisture.
アルミナ水和物が被覆されたフッ素原子を含有する多孔質隔膜を酸性水溶液に浸漬して親水化する工程は、例えば、第1の実施形態にかかる隔膜の製造方法と同様に、フッ素原子を含有する多孔質膜をアルミナ水和物粒子の含水アルコール分散液に浸漬する工程、多孔質膜を分散液から取り出す工程、分散液で被覆された多孔質膜を加熱して、多孔質膜表面にアルミナ水和物層を形成する工程、及び多孔質膜を酸性水溶液に浸漬する工程を含む。好ましくは、多孔質膜を酸性水溶液に浸漬する工程の後、多孔質膜を洗浄して酸性水溶液を除去する工程をさらに含むことができる。 The step of hydrophilizing the porous membrane containing fluorine atoms coated with alumina hydrate by immersing it in an acidic aqueous solution contains, for example, fluorine atoms, as in the method for producing a membrane according to the first embodiment. The step of immersing the porous membrane in a hydrous alcohol dispersion of alumina hydrate particles, the step of removing the porous membrane from the dispersion, heating the porous membrane coated with the dispersion, and the surface of the porous membrane with alumina A step of forming a hydrate layer, and a step of immersing the porous membrane in an acidic aqueous solution. Preferably, after the step of immersing the porous membrane in the acidic aqueous solution, the method may further include a step of washing the porous membrane to remove the acidic aqueous solution.
BL31では、アルミナ水和物被覆と、フッ素原子を含む多孔質膜を酸性水溶液に浸漬して、親水化して多孔質隔膜を得ることができる。 In BL31, a porous membrane can be obtained by immersing an alumina hydrate coating and a porous membrane containing fluorine atoms in an acidic aqueous solution to make it hydrophilic.
BL32では、親水化された多孔質隔膜を水分を含んだまま電極ユニットに組み込むことにより、初期運転立ち上げ時間を短くすることができる。 In BL32, the initial operation start-up time can be shortened by incorporating the hydrophilic porous membrane into the electrode unit while containing moisture.
実施形態によれば、アルミナ水和物が被覆されたフッ素原子を含有する多孔質隔膜を用いることにより、効率よく電解が可能であり、高寿命な電極ユニットが得られる。 According to the embodiment, by using a porous diaphragm containing fluorine atoms coated with alumina hydrate, electrolysis can be efficiently performed and an electrode unit having a long life can be obtained.
酸性水溶液としては、0.1重量%から10重量%の塩酸、硝酸、及び硫酸等を使用することができる。 As the acidic aqueous solution, 0.1 wt% to 10 wt% hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid and the like can be used.
多孔質膜の洗浄には、例えば、水、食塩水を使用することができる。 For example, water or saline can be used for cleaning the porous membrane.
多孔電極基板の基材としてはチタン、クロム、アルミニウム、ステンレスやその合金等を用いることができる。好ましくはチタンやステンレスを使用することができる。 As the base material of the porous electrode substrate, titanium, chromium, aluminum, stainless steel or an alloy thereof can be used. Preferably, titanium or stainless steel can be used.
多孔電極基板の電極表面には触媒層を形成することができる。多孔電極基板を陽極に用いる場合には、触媒として、白金等の貴金属触媒や酸化イリジウム等の酸化物触媒を使用することができる。多孔電極基板に適用される触媒の単位面積当たりの量が電極の両面で異なることも可能である。これにより副反応等を抑制することができる。 A catalyst layer can be formed on the electrode surface of the porous electrode substrate. When a porous electrode substrate is used for the anode, a noble metal catalyst such as platinum or an oxide catalyst such as iridium oxide can be used as the catalyst. It is also possible that the amount per unit area of the catalyst applied to the porous electrode substrate is different on both sides of the electrode. Thereby, a side reaction etc. can be suppressed.
基材は、0.01μm〜3μmの平面粗さを有することができる。 The substrate can have a planar roughness of 0.01 μm to 3 μm.
0.01μm未満では電極の実質の表面積が減少する傾向がある。3μmを超えると、電極の凸部に多孔質膜に対する応力が集中しやすくなる傾向がある。 If it is less than 0.01 μm, the substantial surface area of the electrode tends to decrease. If it exceeds 3 μm, stress on the porous film tends to concentrate on the convex portion of the electrode.
電極の貫通孔は端が丸い長方形や円、楕円もしくは角が丸いひし形を有することができる。端が丸いと多孔質膜との接触において荷重の不均一性を低減することができる。開口面積を大きくする場合には、端が丸い長方形を用いることができる。一方、開口面積を小さくする場合には円を用いることができる。 The through hole of the electrode may have a rectangular shape with a round end, a circle, an ellipse, or a rhombus with rounded corners. If the ends are round, the load non-uniformity can be reduced in contact with the porous membrane. When the opening area is increased, a rectangle having a rounded end can be used. On the other hand, a circle can be used to reduce the opening area.
多孔電極基板の開口部には外側が広くなるテーパーや曲面を形成することができる。開口部には外側が広くなるテーパーや曲面が形成されることにより、多孔質隔膜と穴部との接触角が鈍角になり、多孔質隔膜への応力集中が低減する傾向がある。開口数密度は多孔質隔膜側が大きい方が物質の拡散が良好となる傾向がある。 The opening of the porous electrode substrate can be formed with a taper or curved surface whose outside is widened. By forming a taper or curved surface whose outside is widened in the opening, the contact angle between the porous diaphragm and the hole becomes obtuse, and the stress concentration on the porous diaphragm tends to be reduced. As the numerical aperture density is larger on the porous diaphragm side, the material diffusion tends to be better.
(第3の実施形態)
図4に、第3の実施形態にかかる電極ユニットの製造方法の一例を表す図を示す。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing an electrode unit according to the third embodiment.
第3の実施形態にかかる電極ユニットの製造方法は、アルミナ水和物で被覆され、塩化ナトリウムが含浸された、フッ素原子を含有する多孔質隔膜を、複数の貫通孔を有する多孔電極基板と、対向電極との間に配置し、電極ユニットを組み立てる工程(BL41)、及びこの電極ユニットを組み込み電解水生成装置を組み立てる工程(BL42)、電極ユニットの予備運転を行う工程(BL43)を含む。 A method for producing an electrode unit according to a third embodiment includes a porous diaphragm containing fluorine atoms, coated with alumina hydrate and impregnated with sodium chloride, a porous electrode substrate having a plurality of through holes, It includes a step (BL41) of assembling an electrode unit by arranging it between the counter electrodes, a step of assembling this electrode unit to assemble an electrolyzed water generating device (BL42), and a step of performing a preliminary operation of the electrode unit (BL43).
実施形態に使用されるアルミナ水和物粒子で被覆され、塩化ナトリウムが含有されたフッ素原子を含有する多孔質隔膜を形成する方法は、例えば、第1の実施形態にかかる隔膜の製造方法と同様に、フッ素原子を含有する多孔質膜をアルミナ水和物粒子の含水アルコール分散液に浸漬する工程、多孔質膜を前記分散液から取り出す工程、分散液で被覆された前記多孔質膜を加熱し、多孔質膜表面にアルミナ水和物層を形成する工程、アルミナ水和物層が形成された多孔質膜を酸性水溶液に浸漬して親水化する工程を含み、さらに、親水化された多孔質膜を3重量%以上の濃度を有する塩化ナトリウム水溶液に浸漬し、乾燥させる工程を含む。 The method of forming a porous membrane containing fluorine atoms coated with alumina hydrate particles used in the embodiment and containing sodium chloride is the same as, for example, the manufacturing method of the membrane according to the first embodiment. In addition, a step of immersing a porous film containing fluorine atoms in a hydrous alcohol dispersion of alumina hydrate particles, a step of removing the porous film from the dispersion, and heating the porous film coated with the dispersion Including a step of forming an alumina hydrate layer on the surface of the porous membrane, a step of hydrophilizing the porous membrane formed with the alumina hydrate layer by immersing the porous membrane in an acidic aqueous solution. A step of immersing the membrane in a sodium chloride aqueous solution having a concentration of 3% by weight or more and drying the membrane is included.
BL41では、電極ユニットに、塩化ナトリウム、及びアルミナ水和物被覆を有し、フッ素原子を含有する多孔質隔膜を電極ユニットに組み込むことができる。 In BL41, the electrode unit has a sodium chloride and alumina hydrate coating, and a porous diaphragm containing fluorine atoms can be incorporated into the electrode unit.
また、BL42では、塩化ナトリウム、及びアルミナ水和物被覆を有し、フッ素原子を含有する多孔質隔膜を電解水生成装置に組み入れることができる。 In BL42, a porous diaphragm containing sodium chloride and alumina hydrate coating and containing fluorine atoms can be incorporated into the electrolyzed water generating apparatus.
さらに、BL43において、電極ユニットの予備運転を行うことにより、多孔質隔膜中に電解質を存在させることができ、次回からの運転開始を速くすることができる。また電極ユニットを取りはずして別の電解水生成装置に組み込むことができ、この場合にも長時間の予備運転は必要がなくなる。 Furthermore, by performing preliminary operation of the electrode unit at BL43, the electrolyte can be present in the porous diaphragm, and the start of operation from the next time can be accelerated. Further, the electrode unit can be removed and incorporated in another electrolyzed water generating apparatus, and in this case, a long-time preliminary operation is not necessary.
このように、実施形態によれば、効率よく電解が可能であり、高寿命な電極ユニットが得られる。 Thus, according to the embodiment, electrolysis can be efficiently performed and an electrode unit having a long life can be obtained.
図5は、第1実施形態にかかる隔膜、第2実施形態及び第3実施形態にかかる電極ユニットを適用可能な電解水生成装置の構成の一例を模式的に表す断面図である。 FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a configuration of an electrolyzed water generating apparatus to which the diaphragm according to the first embodiment and the electrode units according to the second and third embodiments can be applied.
電解水生成装置50は、3室型の電解槽508および電極ユニット507を備えている。電解槽508は、偏平な矩形箱状に形成され、その内部は、隔壁509および電極ユニット507により、陽極室510と陰極室511と、電極間に形成された中間室506との3室に仕切られている。
The electrolyzed
電極ユニット507は、陽極室510内に位置する第1電極503と、陰極室511内に位置し、所定の複数の貫通孔を有する第2電極(対向電極)504と、第1電極503の第2電極側の表面上に第1多孔質隔膜(電解質膜)501を有する。第2電極504の第1電極側表面に第2多孔質隔膜502を設けることができる。第1電極503および第2電極504は、隙間をおいて互いに平行に対向し、これらの多孔質隔膜501、502間に、電解液を保持する中間室(電解液室)506を形成している。中間室506内に、電解液を保持する図示しない保持体を設けても良い。第1電極503および第2電極504は、絶縁性を有する複数の図示しないブリッジにより、互いに連結してもよい。
The
電解水生成装置50は、電極ユニット507の第1および第2電極503、504に電圧を印加するための電源514、およびこれを制御する制御装置513を備えている。電源514と第1および第2電極503、504との間に電流計516、電圧計515を備えることができる。電流計516、電圧計515を制御装置513と接続することができる。
The electrolyzed
陽極室510、陰極室511には液体の流路を設けることができる。中間室506に塩化物イオンを含む電解質溶液を導入するラインL1、ラインL1に接続された電解質溶液タンク517、給水源から陽極室510および陰極室511に水を供給するラインL3、陽極室510から酸性電解水を取り出すラインL4、及び陰極室511からアルカリ性電解水を取り出すラインL5をさらに設けることができる。また、中間室506から塩化物イオンを含む余剰の電解質溶液を回収して電解質溶液タンク517に循環するためのラインL2を設けてもよいし、ラインL2の代わりに、塩化物イオンを含む電解質溶液を排出するためのラインを設けることができる。水質センサーとして酸性電解水を取り出すラインL4には導電率センサー518を、アルカリ性電解水を取り出すラインL5にはpHセンサー519を各々取り付けることができる。
A liquid channel can be provided in the
第1多孔質隔膜(電解質膜)501として、第1実施形態にかかる多孔性隔膜を使用することができる。あるいは、電極ユニット507として、第2または第3の実施形態にかかる電極ユニットを使用することができる。
As the first porous membrane (electrolyte membrane) 501, the porous membrane according to the first embodiment can be used. Alternatively, as the
(実施例1)
図2に示す隔膜20と同様の隔膜を作製する。
Example 1
A diaphragm similar to the
まず、膜厚が100μmで、平均孔径が200nmのポリビニリデンフルオライド多孔質膜を用意する。10〜50nmの粒径(平均粒径20nm)を有し、表面をシランカップリング剤で疎水化したアルミナ水和物粒子(擬ベーマイト)使用し、10重量%の含水エタノール分散液(エタノール95%)を調製する。上記多孔質膜を得られた分散液に浸漬後、取り出して、大気中で130℃で5分加熱する。 First, a polyvinylidene fluoride porous film having a film thickness of 100 μm and an average pore diameter of 200 nm is prepared. Alumina hydrate particles (pseudo boehmite) having a particle size of 10 to 50 nm (average particle size of 20 nm) and having a surface hydrophobized with a silane coupling agent are used, and a 10% by weight aqueous ethanol dispersion (ethanol 95% ) Is prepared. The porous membrane is immersed in the obtained dispersion, taken out, and heated in air at 130 ° C. for 5 minutes.
次に、大気中で沸騰した水中に5分浸漬した後取り出し、大気中で100℃で乾燥する。 Next, it is taken out after being immersed in water boiled in the air for 5 minutes and dried at 100 ° C. in the air.
次に、1重量%塩酸中に10分浸漬した後、水洗いすることにより、表面にアルミナ水和物層が形成された親水性の多孔質隔膜を作製する。 Next, it is immersed in 1% by weight hydrochloric acid for 10 minutes and then washed with water to produce a hydrophilic porous membrane having an alumina hydrate layer formed on the surface.
(実施例2)
図2で示す電極ユニットと同様の電極ユニットを作製する。
(Example 2)
An electrode unit similar to the electrode unit shown in FIG. 2 is produced.
電極基材は、0.5mmの平坦なチタン製であり、2mm径の孔を3mmピッチで千鳥にパンチングで作製する。この電極を10重量%シュウ酸水溶液中1時間80℃で処理する。 The electrode base material is made of 0.5 mm flat titanium, and holes of 2 mm diameter are produced by punching in a staggered manner at a pitch of 3 mm. This electrode is treated at 80 ° C. for 1 hour in a 10 wt% aqueous oxalic acid solution.
塩化イリジウム(IrCl3・nH2O)に1−ブタノールを、Ir濃度が0.25Mになるように加えて調整した触媒溶液を、電極基材の小さい開口の面に塗布した後、乾燥と焼成をする。この場合、乾燥は80℃で10分間行ない、焼成は450℃で10分間行なう。触媒溶液の塗布と乾燥と焼成を5回繰り返して酸化イリジウム触媒を作製した電極基材を、反応電極面積が3cm×4cmに切り出して、それを多孔性電極基板(陽極)とする。 After applying a catalyst solution prepared by adding 1-butanol to iridium chloride (IrCl 3 .nH 2 O) so that the Ir concentration becomes 0.25 M on the surface of the small opening of the electrode substrate, drying and firing do. In this case, drying is performed at 80 ° C. for 10 minutes, and baking is performed at 450 ° C. for 10 minutes. The electrode base material on which the iridium oxide catalyst is produced by repeating the application, drying and firing of the catalyst solution five times is cut into a reaction electrode area of 3 cm × 4 cm, and this is used as a porous electrode substrate (anode).
上記酸化イリジウムを塗布する代わりに白金をスパッタすること以外は上記多孔性電極基板と同様にして対向電極(陰極)を作成する。対向電極側の多孔質膜としてイオン交換膜であるナフィオン(登録商標)117を用いる。 A counter electrode (cathode) is prepared in the same manner as the porous electrode substrate except that platinum is sputtered instead of applying the iridium oxide. Nafion (registered trademark) 117, which is an ion exchange membrane, is used as the porous membrane on the counter electrode side.
実施例1と同様の多孔質隔膜およびナフィオン117膜を共に含水した状態で、両電極と電解液を保持する構造として、厚み5mmの多孔質ポリスチレンを用い、二つの多孔質膜とこれらをシリコーンシール剤およびネジを用いて重ねて電極ユニット507(20)とする。 As a structure for holding both electrodes and the electrolyte solution in a state where both the porous diaphragm and the Nafion 117 membrane similar to those of Example 1 are contained, 5 mm thick porous polystyrene is used, and two porous membranes and these are sealed with silicone. An electrode unit 507 (20) is formed by overlapping with an agent and a screw.
この電極ユニット507を用いて図5で示す電解装置50を作製する。
Using this
ストレート流路が形成された塩ビ製の陽極室510と陰極室511、多孔質ポリスチレンに飽和食塩水を供給するための容器517を電極ユニット507に接続する。制御装置513、電源514、電圧計515、電流計516を設置し、陽極室510および陰極室511に水道水を給するための配管L3と図示しないポンプ、多孔質ポリスチレンに飽和食塩水を循環供給するための飽和食塩水だめ517と配管L1、及び図示しないポンプを設置する。
A
この電解装置50を用いて、電極ユニットが乾かないうちに電圧8Vで電解を行い、陽極側では次亜塩素酸水を陰極側では水酸化ナトリウム水を製造する。電解の初期効率は84%である。次亜塩素酸水へのナトリウムイオンの混入は約80ppmである。運転を停止し電解装置50内の液体を抜いて1週間乾燥させる。その後再び運転すると10分以内に効率は85%になり1000時間の連続運転後でも効率は82%と安定である。
Using the
(実施例3)
膜厚が60μmで平均孔径が100nmのポリテトラフルオロエチレン多孔質膜を用い、実施例1と同様に表面がシランカップリング剤で疎水化したアルミナ水和物粒子(擬ベーマイト)の含水エタノール分散液に浸漬した後取り出し、大気中で250℃で5分加熱する。
(Example 3)
A hydrous ethanol dispersion of alumina hydrate particles (pseudoboehmite) using a polytetrafluoroethylene porous membrane having a film thickness of 60 μm and an average pore size of 100 nm and having a surface hydrophobized with a silane coupling agent in the same manner as in Example 1. After being dipped in, it is taken out and heated in the atmosphere at 250 ° C. for 5 minutes.
次に、大気中で沸騰した水中に5分浸漬した後取り出し、大気中で100℃で乾燥する。 Next, it is taken out after being immersed in water boiled in the air for 5 minutes and dried at 100 ° C. in the air.
次に、5重量%塩酸中に20分浸漬した後水洗いし、表面にアルミナ水和物層が形成された親水性の多孔質隔膜を作製する。 Next, it is immersed in 5% by weight hydrochloric acid for 20 minutes and then washed with water to produce a hydrophilic porous membrane having an alumina hydrate layer formed on the surface.
実施例2と同様にして電解装置を作製する。 An electrolysis apparatus is produced in the same manner as in Example 2.
この電解装置を用いて、電極ユニットが乾かないうちに電圧8Vで電解を行い、陽極側では次亜塩素酸水を陰極側では水酸化ナトリウム水を製造する。 Using this electrolyzer, electrolysis is performed at a voltage of 8 V before the electrode unit is dried, and hypochlorous acid water is produced on the anode side and sodium hydroxide water is produced on the cathode side.
電解の初期効率は80%である。次亜塩素酸水へのナトリウムイオンの混入は約50ppmである。 The initial efficiency of electrolysis is 80%. Mixing of sodium ions into hypochlorous acid water is about 50 ppm.
運転を停止し液体を抜いて1週間乾燥させた。 The operation was stopped and the liquid was drained and dried for one week.
その後再び運転すると10分以内に効率は80%になり1000時間の連続運転後でも効率は79%と安定である。 After that, when the operation is resumed, the efficiency becomes 80% within 10 minutes, and the efficiency is stable at 79% even after 1000 hours of continuous operation.
(実施例4)
実施例1と同様の多孔質隔膜を水洗後、乾かすことなく15重量%塩化ナトリウム水溶液に浸漬し、大気中に取り出し、そのまま乾燥することにより表面や孔内部に塩化ナトリウムが含有された多孔質隔膜を二つ作製する。
Example 4
A porous membrane similar to that in Example 1 was washed with water, immersed in a 15% by weight sodium chloride aqueous solution without drying, taken out into the atmosphere, and dried as it was, so that the surface and pores contained sodium chloride inside. Make two.
電極は実施例2と同様にして作製する。両電極と電解液を保持する構造として、厚み5mmの多孔質ポリスチレンを用い、乾燥状態で二つの多孔質膜を多孔質ポリスチレンの両側に配置し、シリコーンシール剤およびネジを用いて重ねて電極ユニットとする。 The electrode is produced in the same manner as in Example 2. As a structure for holding both electrodes and the electrolyte solution, a porous polystyrene having a thickness of 5 mm is used, two porous films are arranged on both sides of the porous polystyrene in a dry state, and overlapped with a silicone sealant and a screw to form an electrode unit. And
乾いた状態の電極ユニットを用いることを除いては実施例2と同様にして電解装置を作製する。電圧8Vで電極ユニットの予備電解を行い、徐々に電流が増大し30分ほどで定常になる。陽極側では次亜塩素酸水を陰極側では水酸化ナトリウム水を製造する。 An electrolysis apparatus is produced in the same manner as in Example 2 except that a dry electrode unit is used. Preliminary electrolysis of the electrode unit is performed at a voltage of 8 V, and the current gradually increases and becomes steady in about 30 minutes. Hypochlorous acid water is produced on the anode side and sodium hydroxide water is produced on the cathode side.
電解の初期効率は78%である。次亜塩素酸水へのナトリウムイオンの混入は約80ppmである。 The initial efficiency of electrolysis is 78%. Mixing of sodium ions into hypochlorous acid water is about 80 ppm.
運転を停止し液体を抜いて1週間乾燥させた。 The operation was stopped and the liquid was drained and dried for one week.
その後再び運転すると10分以内に効率は79%になり1000時間の連続運転後でも効率は78%と安定である。 After that, when the operation is resumed, the efficiency becomes 79% within 10 minutes, and the efficiency is stable at 78% even after 1000 hours of continuous operation.
(実施例5)
膜厚が100μmで、平均孔径が300nmのポリビニリデンフルオライド多孔質膜を用意する。アルミナ水和物微粒子(擬ベーマイト)(粒径50〜100nm)を用い、30重量%含水のエタノール水溶液で15重量%分散液を調製する。この多孔質膜を得られた分散液に浸漬し、大気中に取り出し、大気中で130℃で5分加熱する。これを2回繰り返す。
(Example 5)
A polyvinylidene fluoride porous membrane having a thickness of 100 μm and an average pore size of 300 nm is prepared. Using alumina hydrate fine particles (pseudo boehmite) (particle size 50-100 nm), a 15 wt% dispersion is prepared with a 30 wt% water-containing ethanol aqueous solution. This porous film is immersed in the obtained dispersion, taken out into the air, and heated in air at 130 ° C. for 5 minutes. Repeat this twice.
次に、大気中で沸騰した水中に5分浸漬した後取り出し、大気中で100℃で乾燥する。 Next, it is taken out after being immersed in water boiled in the air for 5 minutes and dried at 100 ° C. in the air.
次に、1重量%塩酸中に10分浸漬した後水洗いし、表面にアルミナ水和物層が形成された親水性の多孔質隔膜を作製する。 Next, it is immersed in 1% by weight hydrochloric acid for 10 minutes and then washed with water to produce a hydrophilic porous membrane having an alumina hydrate layer formed on the surface.
実施例2と同様にして電解装置を作製する。 An electrolysis apparatus is produced in the same manner as in Example 2.
この電解装置を用いて、電極ユニットが乾かないうちに電圧8Vで電解を行い、陽極側では次亜塩素酸水を、陰極側では水酸化ナトリウム水を製造する。 Using this electrolyzer, electrolysis is performed at a voltage of 8 V before the electrode unit is dried, and hypochlorous acid water is produced on the anode side and sodium hydroxide water is produced on the cathode side.
電解の初期効率は85%である。次亜塩素酸水へのナトリウムイオンの混入は約100ppmである。 The initial efficiency of electrolysis is 85%. The mixing of sodium ions into hypochlorous acid water is about 100 ppm.
運転を停止し液体を抜いて1週間乾燥させた。 The operation was stopped and the liquid was drained and dried for one week.
その後再び運転すると10分以内に効率は84%になり1000時間の連続運転後でも効率は84%と安定である。 After that, when the operation is resumed, the efficiency becomes 84% within 10 minutes, and the efficiency is stable at 84% even after 1000 hours of continuous operation.
(実施例6)
膜厚が50μmで、平均孔径が80nmのポリビニリデンフルオライド多孔質膜を用意する。アルミナ水和物微粒子(擬ベーマイト)(粒径10〜30nm)を用い、30重量%含水のエタノール水溶液で10重量%分散液を調製する。大気中に取り出し、大気中で130℃で5分加熱する。これを2回繰り返す。
(Example 6)
A polyvinylidene fluoride porous membrane having a thickness of 50 μm and an average pore size of 80 nm is prepared. Using alumina fine hydrate particles (pseudo boehmite) (particle size 10-30 nm), a 10 wt% dispersion is prepared with a 30 wt% water-containing ethanol aqueous solution. Remove to atmosphere and heat in air at 130 ° C. for 5 minutes. Repeat this twice.
次に、大気中で沸騰した水中に5分浸漬した後取り出し、大気中で100℃で乾燥する。 Next, it is taken out after being immersed in water boiled in the air for 5 minutes and dried at 100 ° C. in the air.
次に、1重量%塩酸中に10分浸漬した後水洗いし、表面にアルミナ水和物層が形成された親水性の多孔質隔膜を作製する。 Next, it is immersed in 1% by weight hydrochloric acid for 10 minutes and then washed with water to produce a hydrophilic porous membrane having an alumina hydrate layer formed on the surface.
実施例2と同様にして電解装置を作製する。 An electrolysis apparatus is produced in the same manner as in Example 2.
この電解装置を用いて、電極ユニットが乾かないうちに電圧8Vで電解を行い、陽極側では次亜塩素酸水を陰極側では水酸化ナトリウム水を製造する。 Using this electrolyzer, electrolysis is performed at a voltage of 8 V before the electrode unit is dried, and hypochlorous acid water is produced on the anode side and sodium hydroxide water is produced on the cathode side.
電解の初期効率は75%である。次亜塩素酸水へのナトリウムイオンの混入は約10ppmである。 The initial efficiency of electrolysis is 75%. The mixing of sodium ions into hypochlorous acid water is about 10 ppm.
運転を停止し液体を抜いて1週間乾燥させた。 The operation was stopped and the liquid was drained and dried for one week.
その後再び運転すると10分以内に効率は75%になり1000時間の連続運転後でも効率は73%と安定である。 Thereafter, when the operation is performed again, the efficiency becomes 75% within 10 minutes, and the efficiency is stable at 73% even after 1000 hours of continuous operation.
(実施例7)
大気中で沸騰した水中に5分浸漬する代わりに、130℃の水蒸気中に10分間さらすことを除いては実施例1と同様にして多孔質隔膜を作製する。
(Example 7)
A porous diaphragm is prepared in the same manner as in Example 1 except that it is exposed to water vapor at 130 ° C. for 10 minutes instead of being immersed in water boiled in the air for 5 minutes.
実施例2と同様にして電解装置を作製する。 An electrolysis apparatus is produced in the same manner as in Example 2.
この電解装置を用いて、電極ユニットが乾かないうちに電圧8Vで電解を行い、陽極側では次亜塩素酸水を陰極側では水酸化ナトリウム水を製造する。 Using this electrolyzer, electrolysis is performed at a voltage of 8 V before the electrode unit is dried, and hypochlorous acid water is produced on the anode side and sodium hydroxide water is produced on the cathode side.
電解の初期効率は83%である。次亜塩素酸水へのナトリウムイオンの混入は約80ppmである。 The initial efficiency of electrolysis is 83%. Mixing of sodium ions into hypochlorous acid water is about 80 ppm.
運転を停止し液体を抜いて1週間乾燥させた。 The operation was stopped and the liquid was drained and dried for one week.
その後、再び運転すると10分以内に効率は83%になり1000時間の連続運転後でも効率は82%と安定である。 After that, when it is operated again, the efficiency becomes 83% within 10 minutes, and the efficiency is stable at 82% even after 1000 hours of continuous operation.
(実施例8)
膜厚が120μmで、平均孔径が330nmのポリビニリデンジフルオライド多孔質膜を用いることを除いては実施例1と同様にして、多孔質隔膜を作製する。
(Example 8)
A porous diaphragm is produced in the same manner as in Example 1 except that a polyvinylidene difluoride porous membrane having a thickness of 120 μm and an average pore size of 330 nm is used.
実施例2と同様にして電解装置を作製する。 An electrolysis apparatus is produced in the same manner as in Example 2.
この電解装置を用いて、電極ユニットが乾かないうちに電圧8Vで電解を行い、陽極側では次亜塩素酸水を陰極側では水酸化ナトリウム水を製造する。 Using this electrolyzer, electrolysis is performed at a voltage of 8 V before the electrode unit is dried, and hypochlorous acid water is produced on the anode side and sodium hydroxide water is produced on the cathode side.
電解の初期効率は80%である。次亜塩素酸水へのナトリウムイオンの混入は約120ppmである。 The initial efficiency of electrolysis is 80%. The mixing of sodium ions into the hypochlorous acid water is about 120 ppm.
運転を停止し液体を抜いて1週間乾燥させた。その後再び運転すると10分以内に効率は80%になり1000時間の連続運転後でも効率は81%と安定である。 The operation was stopped and the liquid was drained and dried for one week. Thereafter, when the operation is performed again, the efficiency becomes 80% within 10 minutes, and the efficiency is stable at 81% even after 1000 hours of continuous operation.
(実施例9)
大気中で沸騰した水中に5分浸漬しないことを除いては実施例2と同様にして電極ユニットおよび電解装置を作製する。
Example 9
An electrode unit and an electrolysis device are produced in the same manner as in Example 2 except that it is not immersed in water boiled in the atmosphere for 5 minutes.
電解の初期効率は80%である。次亜塩素酸水へのナトリウムイオンの混入は約70ppmである。 The initial efficiency of electrolysis is 80%. The mixing of sodium ions into hypochlorous acid water is about 70 ppm.
運転を停止し液体を抜いて1週間乾燥させた。 The operation was stopped and the liquid was drained and dried for one week.
その後再び運転すると10分以内に効率は80%になり1000時間の連続運転後でも効率は75%と比較的安定である。 Thereafter, when the operation is resumed, the efficiency becomes 80% within 10 minutes, and the efficiency is relatively stable at 75% even after 1000 hours of continuous operation.
(実施例10)
大気中で沸騰した水中に浸漬する代わりに60℃の水に浸漬することを除いては実施例2と同様にして電極ユニットおよび電解装置を作製する。
(Example 10)
An electrode unit and an electrolysis device are produced in the same manner as in Example 2 except that it is immersed in water at 60 ° C. instead of being immersed in water boiled in the atmosphere.
電解の初期効率は81%である。次亜塩素酸水へのナトリウムイオンの混入は約80ppmである。 The initial efficiency of electrolysis is 81%. Mixing of sodium ions into hypochlorous acid water is about 80 ppm.
運転を停止し液体を抜いて1週間乾燥させた。 The operation was stopped and the liquid was drained and dried for one week.
その後再び運転すると10分以内に効率は80%になり1000時間の連続運転後でも効率は76%と比較的安定である。 Thereafter, when the operation is resumed, the efficiency becomes 80% within 10 minutes, and the efficiency is relatively stable at 76% even after 1000 hours of continuous operation.
(比較例1)
平均孔径が200nmのポリビニリデンフルオライド多孔質膜をアルミナ水和物による処理を行なわず、エタノール浸漬、水洗いすることを除いては実施例2と同様にして電極ユニットおよび電解装置を作製する。初期電解効率は80%と高いが、次亜塩素酸水にナトリウムイオンが1000ppm以上と高濃度に混入する。
(Comparative Example 1)
An electrode unit and an electrolytic device are produced in the same manner as in Example 2 except that a polyvinylidene fluoride porous membrane having an average pore size of 200 nm is not treated with alumina hydrate but is immersed in ethanol and washed with water. Although the initial electrolysis efficiency is as high as 80%, sodium ions are mixed into hypochlorous acid water at a high concentration of 1000 ppm or more.
(比較例2)
大気中130℃で加熱しないことを除いては実施例2と同様にして電極ユニットおよび電解装置を作製する。初期電解効率は83%と高いが、アルミナ水和物が剥離しやすく1000時間の連続運転後で効率は50%と低下する。
(Comparative Example 2)
An electrode unit and an electrolysis device are produced in the same manner as in Example 2 except that heating is not performed at 130 ° C. in the atmosphere. The initial electrolysis efficiency is as high as 83%, but the alumina hydrate tends to peel off, and the efficiency decreases to 50% after 1000 hours of continuous operation.
(比較例3)
塩酸による処理を行わないことを除いては実施例2と同様にして電極ユニットおよび電解装置を作製しようとしても、多孔質隔膜を含水することが困難である。
(Comparative Example 3)
Except for not performing the treatment with hydrochloric acid, even if an electrode unit and an electrolysis apparatus are produced in the same manner as in Example 2, it is difficult to hydrate the porous diaphragm.
(比較例4)
アルコールを含有しない水分散のアルミナ水和物微粒子を用いるとポリテトラフルオロエチレン多孔質膜が水分散液に濡れにくく多孔質膜の内部はアルミナ水和物コートができない。
(Comparative Example 4)
If water-dispersed alumina hydrate fine particles not containing alcohol are used, the polytetrafluoroethylene porous membrane is difficult to wet with the aqueous dispersion and the inside of the porous membrane cannot be coated with alumina hydrate.
(比較例5)
塩酸による処理を行わないことを除いては実施例2と同様にして電極ユニットおよび電解装置を作製しようとしても、多孔性隔膜を含水することが困難である。
(Comparative Example 5)
Except for not performing the treatment with hydrochloric acid, even if an electrode unit and an electrolysis apparatus are produced in the same manner as in Example 2, it is difficult to hydrate the porous diaphragm.
(比較例6)
15重量%塩化ナトリウム水溶液に浸漬しないことを除いては実施例4と同様にして電解装置を作製する。この電解装置を用いて、電圧8Vで予備電解を行い、徐々に電流が増大するが定常になるまで2時間以上かかる。
(Comparative Example 6)
An electrolytic device is fabricated in the same manner as in Example 4 except that it is not immersed in a 15 wt% sodium chloride aqueous solution. Using this electrolyzer, preliminary electrolysis is performed at a voltage of 8 V, and the current gradually increases, but it takes 2 hours or more to become steady.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
20…電極ユニット、21…多孔電極基板、22…対向電極、23…多孔質隔膜、24…対向電極側の隔膜、25…電解質保持手段、50…電解装置、501…アルミナ水和物を含む多孔質膜隔膜、502…第2の多孔質、503…第1電極、504…第2電極、507…電極ユニット、508…電解槽、509…隔壁、510…陽極室、511…陰極室、513…制御装置、514…電源、515…電圧計、516…電流計、517…塩水槽、518…導電率センサー、516…pHセンサー、
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記多孔質膜を前記分散液から取り出す工程と、
前記分散液で被覆された前記多孔質膜を加熱し、前記多孔質膜表面にアルミナ水和物層を形成する工程と、
前記アルミナ水和物層が形成された前記多孔質膜を酸性水溶液に浸漬する工程とを有する隔膜の製造方法。 Immersing a porous film containing fluorine atoms in a hydrous alcohol dispersion of alumina hydrate particles;
Removing the porous membrane from the dispersion;
Heating the porous membrane coated with the dispersion to form an alumina hydrate layer on the surface of the porous membrane;
Immersing the porous membrane on which the alumina hydrate layer is formed in an acidic aqueous solution.
前記多孔質隔膜を、水分を含んだ状態で、複数の貫通孔を有する多孔電極基板と、対向電極との間に配置し、電極ユニットを組み立てる工程を含む電極ユニットの製造方法。 Hydrophilizing a porous membrane containing fluorine atoms coated with alumina hydrate to form a porous membrane;
A method of manufacturing an electrode unit, comprising the step of assembling an electrode unit by disposing the porous diaphragm between a porous electrode substrate having a plurality of through holes and a counter electrode in a state containing moisture.
フッ素原子を含有する多孔質膜をアルミナ水和物粒子の含水アルコール分散液に浸漬する工程、
前記多孔質膜を前記分散液から取り出す工程、
前記分散液で被覆された前記多孔質膜を加熱し、前記多孔質膜表面にアルミナ水和物層を形成する工程、
前記アルミナ水和物層が形成された多孔質膜を酸性水溶液に浸漬する工程、及び
前記多孔質膜を洗浄して前記酸性水溶液を除去する工程を含む請求項12に記載の電極ユニットの製造方法。 The step of hydrophilizing a porous membrane containing fluorine atoms coated with alumina hydrate to form a porous membrane,
Immersing a porous film containing fluorine atoms in a hydrous alcohol dispersion of alumina hydrate particles,
Removing the porous membrane from the dispersion;
Heating the porous membrane coated with the dispersion to form an alumina hydrate layer on the porous membrane surface;
The method for producing an electrode unit according to claim 12, comprising a step of immersing the porous membrane in which the alumina hydrate layer is formed in an acidic aqueous solution, and a step of washing the porous membrane to remove the acidic aqueous solution. .
フッ素原子を含有する多孔質膜をアルミナ水和物粒子の含水アルコール分散液に浸漬する工程、
前記多孔質膜を前記分散液から取り出す工程、
前記分散液で被覆された前記多孔質膜を加熱し、前記多孔質膜表面にアルミナ水和物層を形成する工程、
前記アルミナ水和物層が形成された多孔質膜を酸性水溶液に浸漬して親水化し、多孔質隔膜を形成する工程、及び
前記多孔質隔膜を塩化ナトリウム水溶液に浸漬し、乾燥させる工程を含む請求項14に記載の電極ユニットの製造方法。 Formation of a porous membrane containing fluorine atoms, coated with alumina hydrate and impregnated with sodium chloride,
Immersing a porous film containing fluorine atoms in a hydrous alcohol dispersion of alumina hydrate particles,
Removing the porous membrane from the dispersion;
Heating the porous membrane coated with the dispersion to form an alumina hydrate layer on the porous membrane surface;
A step of immersing the porous membrane formed with the alumina hydrate layer in an acidic aqueous solution to make it hydrophilic to form a porous membrane, and a step of immersing the porous membrane in an aqueous sodium chloride solution and drying it. Item 15. A method for producing an electrode unit according to Item 14.
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