JP2019119930A - Chlorine generating electrode - Google Patents

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Abstract

To provide an electrode for electrolysis that: electrolyzes a saline solution with its saline concentration of 100-10000 ppm while repeatedly switching the polarity of an anode and a cathode at a prescribed current density; can suppress the electrochemical exhaustion and dropout of an electrode catalyst layer when generating chlorine; and has high chlorine generation efficiency characteristics.SOLUTION: An electrode for electrolysis is an electrode for generating chlorine in which an electrode catalyst layer is arranged on an electrode substrate composed of titanium or titanium alloy through an intermediate layer, and a saline solution with its saline concentration of 100-10000 ppm is electrolyzed while repeatedly switching the polarity of an anode and a cathode at a prescribed current density. The electrode catalyst layer comprises, in metal conversion, an iridium oxide of between 3 mol% and 10 mol%, a tantalum oxide of 20 mol% or more to less than 35 mol%, and a platinum of between 55 mol% and 77 mol%.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、食塩濃度100〜10000ppmの食塩水中で陽極として使用し殺菌能力の高い電解水を生成せしめるのに有用な電解用電極に関し、さらに詳しくは、極性を切替える条件下において、安定かつ高い塩素発生効率特性を有している電解用電極に関する。   The present invention relates to an electrolytic electrode useful as an anode in a salt solution having a salt concentration of 100 to 10,000 ppm to generate a highly sterilizing electrolytic water, more specifically, stable and high chlorine under conditions of polarity switching. The present invention relates to an electrode for electrolysis having generation efficiency characteristics.

食塩濃度が数百から数千ppmの食塩水を電解して、殺菌水を生成する装置では、添加した食塩を有効活用するために塩素発生効率のより高い電極が強く要望されている。例えば、酸性の殺菌水を連続的に得るため、水道水を直接電解する場合と異なり(例えば、切り替え時間3分毎)、極性切替を30分以上と長くすることが行われている。   In an apparatus that produces a bactericidal water by electrolyzing a saline solution having a salt concentration of several hundred to several thousand ppm, there is a strong demand for an electrode with higher chlorine generation efficiency in order to effectively utilize the added salt. For example, unlike in the case of direct electrolysis of tap water (e.g., every 3 minutes of switching time), the polarity switching is extended to 30 minutes or longer in order to obtain acidic sterile water continuously.

酸化チタン層を有するチタン又はチタン基合金電極基体に、多孔性白金被覆層と、白金被覆層上に担持せしめられた酸化イリジウム30〜65モル%、酸化タンタル10〜40モル%及び白金25〜60モル%の複合体である電極触媒層とからなる海水電解用電極が提案されている(特許文献1参照)。この提案の電極は、塩素発生効率が高く、酸洗時の卑なる電位環境下でも安定であるという利点があるものの、陽極と陰極の極性を切替えての使用を繰り返し行なう環境では寿命が十分ではないという問題がある。   A porous platinum coating layer and 30 to 65 mol% of iridium oxide, 10 to 40 mol% of tantalum oxide, and 25 to 60 platinum of platinum oxide supported on a titanium or titanium base alloy electrode substrate having a titanium oxide layer An electrode for seawater electrolysis comprising an electrode catalyst layer which is a composite of mol% has been proposed (see Patent Document 1). Although the proposed electrode has the advantage of high chlorine generation efficiency and stability even in the potential environment where acid pickling occurs, it has a sufficient life in an environment where the polarity switching of the anode and the cathode is repeated. There is a problem of not being.

また、陽極に酸素発生を伴う海水の電解、金属箔製造、回収等の電解における陽極として使用する電解用電極が提案されている(特許文献2参照)。この提案の電極の中間層は、分散被覆白金と混合金属酸化物又は単一金属酸化物とから構成される中間層であり、電極の外層は、酸化イリジウム5〜94モル%と、白金1〜30モル%と、酸化ニオブ、酸化タンタル及び酸化ジルコニウムより選ばれる少なくとも1種の金属酸化物5〜94モル%からなる混合金属酸化物から構成される外層である。この提案の電極は、卑なる電位環境下でも安定であるという利点があるものの、陽極と陰極の極性を切替えての使用を繰り返し行なう環境では寿命が十分ではないという問題がある。   In addition, an electrode for electrolysis used as an anode in electrolysis such as electrolysis of seawater accompanied by oxygen generation at the anode, production of metal foil, and recovery has been proposed (see Patent Document 2). The intermediate layer of this proposed electrode is an intermediate layer composed of dispersion-coated platinum and a mixed metal oxide or a single metal oxide, and the outer layer of the electrode contains 5-94 mol% of iridium oxide and It is an outer layer composed of a mixed metal oxide consisting of 30 mol% and 5 to 94 mol% of at least one metal oxide selected from niobium oxide, tantalum oxide and zirconium oxide. Although the proposed electrode has the advantage of being stable even in a higher potential environment, there is a problem that the life is not sufficient in an environment in which the polarity switching of the anode and the cathode is repeated.

また、 飲料水としてのアルカリイオン水が得られ、塩素発生の少ない飲料水電解用電極として、導電性基体上に、金属換算で白金30〜99モル%、タンタル1〜70モル%を含有する白金金属と酸化タンタルとの被覆層、あるいは、さらにその被覆層に金属換算でイリジウム40モル%以下を加えた飲料水電解用電極が提案されている(特許文献3参照)。   In addition, alkaline ionized water as drinking water is obtained, and platinum containing 30 to 99 mol% of platinum and 1 to 70 mol% of tantalum in terms of metal on a conductive substrate as an electrode for drinking water electrolysis with little generation of chlorine An electrode for drinking water electrolysis has been proposed in which a coating layer of metal and tantalum oxide, or further, 40 mol% or less of iridium in terms of metal is added to the coating layer (see Patent Document 3).

特開平08-170187公報Japanese Patent Application Publication No. 08-170187 特開平2-200790公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-200790 特開平06−158378公報Japanese Patent Application Publication No. 06-158378

以上のようにPtIrTa系の電極では塩素濃度の高い領域(海水)と塩素濃度の低い領域(水道水)用の電極はあったが、その中間の濃度領域で塩素発生用として使用する電極は開示されていない。
食塩濃度が数百から数千ppmの食塩水を電解して、殺菌水を生成する装置では、例えば、酸性の殺菌水を連続的に得るため、水道水を直接電解する場合と異なり(例えば、切り替え時間3分毎)、極性切替を30分以上と長くすることが行われている。添加した食塩を有効活用するために塩素発生効率のより高い電極が強く要望されている。
本発明の目的は、所定の電流密度で陽極と陰極の極性切替えを繰返しながら食塩濃度が100〜10000ppmの食塩水を電解し、塩素を生成するに際し、電極触媒層の電気化学的消耗・脱落が抑制でき、且つ、高い塩素発生効率特性を有する電解用電極を提供することである。
As described above, there were electrodes for the area with high chlorine concentration (seawater) and the area with low chlorine concentration (tap water) in the PtIrTa-based electrode, but the electrode used for chlorine generation in the middle concentration area is disclosed It has not been.
An apparatus that produces a sterile water by electrolyzing a saline solution having a salt concentration of several hundred to several thousand ppm differs from the case where tap water is directly electrolyzed, for example, because acid sterile water is continuously obtained (for example, The switching time is increased every three minutes) and the polarity switching to 30 minutes or more. There is a strong demand for an electrode with a higher chlorine generation efficiency in order to make effective use of the added salt.
The object of the present invention is to electrolyze a saline solution having a salt concentration of 100 to 10000 ppm while repeating polarity switching of the anode and the cathode at a predetermined current density to produce chlorine, electrochemical consumption / dropping of the electrode catalyst layer It is providing an electrode for electrolysis which can be suppressed and has high chlorine generation efficiency characteristics.

本発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意検討した結果、食塩を添加した水を同一極性で電解する時間を長くする電解条件下で、中間層上に形成した酸化イリジウム、酸化タンタルおよび白金からなる電極触媒層において所定のタンタル濃度(20モル%以上〜35モル%未満)添加により電気化学的消耗・膜脱落が抑制でき、且つ、高い塩素発生効率特性を有することを見いだし、本発明を完成するにいたった。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors found that iridium oxide, tantalum oxide, and iridium oxide formed on the intermediate layer under electrolytic conditions that prolong the time for electrolysis of water added with sodium chloride with the same polarity. The present inventors have found that addition of a predetermined tantalum concentration (20 mol% or more and less than 35 mol%) in an electrode catalyst layer made of platinum can suppress electrochemical consumption and film detachment and has high chlorine generation efficiency characteristics. To complete.

かくして、本発明によれば、チタン又はチタン合金よりなる電極基体上に中間層を介して電極触媒層を設けてなり、所定の電流密度で陽極と陰極の極性切替えを繰返しながら食塩濃度が100〜10000ppmの食塩水を電解し、塩素を生成するための電極であって、前記電極触媒層が、金属換算で、酸化イリジウム3モル%以上〜10モル%以下、酸化タンタル20モル%以上〜35モル%未満および白金55モル%以上〜77モル%以下からなる、ことを特徴とする電解用電極が提供される。   Thus, according to the present invention, the electrode catalyst layer is provided on the electrode substrate made of titanium or titanium alloy via the intermediate layer, and the salt concentration is 100 to 100 while repeating the polarity switching of the anode and the cathode at a predetermined current density. It is an electrode for electrolyzing 10000 ppm saline and generating chlorine, and the electrode catalyst layer is 3 mol% or more and 10 mol% or less of iridium oxide, 20 mol% or more and 35 mol% of tantalum oxide in metal conversion. An electrode for electrolysis is provided, characterized in that the electrode is composed of less than 10% and 55% by mole to 75% by mole of platinum.

中間層は、見掛密度が8〜19g/cm3の範囲内にある多孔性白金被覆層とすることができる。また、中間層は、基体表面が部分的に露出する程度に10〜80%の被覆率で分散被覆された白金と、少なくとも基体表面の露出部分を被覆する酸化イリジウム3〜30モル%および酸化タンタル70〜97モル%の混合金属酸化物とからなる中間層とすることができる。 The intermediate layer can be a porous platinum coating with an apparent density in the range of 8 to 19 g / cm 3 . In addition, the intermediate layer is platinum coated at a coverage of 10 to 80% to the extent that the substrate surface is partially exposed, and 3 to 30% by mole of iridium oxide and tantalum oxide covering at least the exposed portion of the substrate surface. The intermediate layer can be made of 70 to 97 mol% of the mixed metal oxide.

本発明の電極は、所定の電流密度で陽極と陰極の極性切替えを繰り返しながら食塩濃度が100〜10000ppmの食塩水を電解し、塩素を生成するに際し、高い塩素発生効率特性を有する電解用電極を提供できる。   The electrode according to the present invention is an electrode for electrolysis which has high chlorine generation efficiency characteristics when producing a chlorine by electrolyzing a saline solution having a salt concentration of 100 to 10000 ppm while repeating polarity switching of the anode and the cathode at a predetermined current density. Can be provided.

以下、本発明の電極及びその製造法についてさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the electrode of the present invention and the method for producing the same will be described in more detail.

〈電極基体〉
本発明において使用される電極基体の材質としては、チタンまたはチタン基合金が挙げられる。チタン基合金としては、チタンを主体とする耐食性のある導電性の合金が使用され、例えば、Ti−Ta−Nb、Ti−Pd、Ti−Zr、Ti−Al等の組合わせからなる、通常電極材料として使用されているTi基合金が挙げられる。これらの電極材料は板状、有孔板状、棒状、網板状等の所望形状に加工して電極基材として用いることができる。
<Electrode substrate>
As a material of the electrode base used in the present invention, titanium or a titanium base alloy may be mentioned. As a titanium-based alloy, a corrosion-resistant conductive alloy mainly composed of titanium is used, and for example, a common electrode comprising a combination of Ti-Ta-Nb, Ti-Pd, Ti-Zr, Ti-Al, etc. Examples include Ti-based alloys used as materials. These electrode materials can be processed into desired shapes, such as plate shape, perforated plate shape, rod shape, mesh plate shape, etc., and can be used as an electrode base material.

〈電極基体の前処理〉
上記の如き電極基体には、通常行われているように、予め前処理をするのが望ましい。そのような前処理の好適具体例としては以下に述べるものが挙げられる。先ず、前述したチタン又はチタン基合金よりなる電極基体(以下「チタン基体」ということがある)表面を常法に従い、例えばアルコール、アセトン等で洗浄し及び/又はアルカリ溶液中での電解により脱脂した後、フッ化水素濃度が1〜20重量%のフッ化水素酸又はフッ化水素酸と硝酸、硫酸等の他の酸との混酸で処理することにより、チタン基体表面の酸化膜を除去するとともにチタン結晶粒界単位の粗面化を行う。該酸処理は、チタン基体の表面状態に応じて常温ないし約40℃の温度において数分間ないし十数分間行うことができる。なお、粗面化を十分行なうためにブラスト処理を併用してもよい。
Pretreatment of electrode substrate
It is desirable to pre-treat the electrode substrate as described above, as is commonly done. Preferred specific examples of such pretreatment include those described below. First, the surface of an electrode substrate (hereinafter sometimes referred to as "titanium substrate") made of titanium or a titanium-based alloy described above was cleaned in a usual manner, for example, with alcohol, acetone or the like and / or degreased by electrolysis in an alkaline solution. Then, the oxide film on the surface of the titanium substrate is removed by treatment with hydrofluoric acid having a hydrogen fluoride concentration of 1 to 20% by weight or a mixed acid of hydrofluoric acid and other acids such as nitric acid and sulfuric acid. Roughening of titanium grain boundary units is performed. The acid treatment can be carried out at a temperature of normal temperature to about 40 ° C. for several minutes to several tens minutes depending on the surface condition of the titanium substrate. In addition, in order to fully perform roughening, you may use a blast process together.

〈水素化チタン化処理〉
このように酸処理されたチタン基体表面を濃硫酸と接触させて、該チタン結晶粒界内部表面を突起状に細かく粗面化するとともに該チタン基体表面に水素化チタンの薄い層を形成する。使用する濃硫酸は一般に40〜80重量%、好ましくは50〜60重量%の濃度のものが適当であり、この濃硫酸には必要により、処理の安定化を図る目的で少量の硫酸ナトリウム、その他の硫酸塩等を添加してもよい。該濃硫酸との接触は通常チタン基体を濃硫酸の浴中に浸漬することにより行うことができ、その際の浴温は一般に約100〜約150℃、好ましくは約110〜約130℃の範囲内の温度とすることができ、また浸漬時間は通常約0.5〜約10分間、好ましくは約1〜約3分間で十分である。この硫酸処理により、チタン結晶粒界内部表面を突起状に細かく粗面化するとともに、チタン基体の表面にごく薄い水素化チタンの被膜を形成させることができる。硫酸処理されたチタン基体は硫酸浴から取り出し、好ましくは窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中で急冷してチタン基体の表面温度を約60℃以下に低下させる。この急冷には洗浄も兼ねて大量の冷水を用いるのが適当である。
Hydrotitanation treatment
The surface of the acid-treated titanium substrate is brought into contact with concentrated sulfuric acid to finely roughen the inner surface of the titanium crystal grain boundary in a projecting manner and to form a thin layer of titanium hydride on the surface of the titanium substrate. The concentration of concentrated sulfuric acid to be used is generally 40 to 80% by weight, preferably 50 to 60% by weight. If necessary, a small amount of sodium sulfate or the like may be used to stabilize the treatment. And the like may be added. The contact with the concentrated sulfuric acid can generally be carried out by immersing the titanium substrate in a bath of concentrated sulfuric acid, wherein the bath temperature is generally in the range of about 100 to about 150 ° C, preferably about 110 to about 130 ° C. And the immersion time is usually about 0.5 to about 10 minutes, preferably about 1 to about 3 minutes. By this sulfuric acid treatment, the inner surface of the titanium crystal grain boundary can be finely roughened in the form of projections, and an extremely thin film of titanium hydride can be formed on the surface of the titanium base. The sulfuric acid treated titanium substrate is removed from the sulfuric acid bath and quenched preferably in an inert gas atmosphere such as nitrogen, argon or the like to reduce the surface temperature of the titanium substrate to about 60 ° C. or less. For this quenching, it is appropriate to use a large amount of cold water as well as washing.

このようにしてごく薄い水素化チタンの被膜層を表面に形成せしめたチタン基体は、希フッ化水素酸又は希フッ化物水溶液(例えば、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム等の水溶液)中で浸漬処理して該水素化チタン被膜を生長させ、該被膜の均一化及び安定化を図る。ここで使用しうる希フッ化水素酸又は希フッ化物水溶液中のフッ化水素の濃度は、一般に0.05〜3重量%、好ましくは0.3〜1重量%の範囲内とすることができ、また、これらの溶液による浸漬処理の際の温度は、一般に10〜40℃、好ましくは20〜30℃の範囲とすることができる。該処理はチタン基体表面に、通常0.5〜10ミクロン、好ましくは1〜3ミクロンの厚さの水素化チタンの均一被膜が形成されるまで行うことができる。この水素化チタン(TiHy、ここでyは1.5〜2の数である)は水素化の程度に応じて灰褐色から黒褐色を呈するので、上記範囲の厚さの水素化チタン被膜の生成は、経験的に該基体表面の色調の変化を標準色源との明度対比によってコントロールすることができる。   Thus, the titanium base on which the very thin coating layer of titanium hydride is formed on the surface is subjected to immersion treatment in a dilute hydrofluoric acid or dilute fluoride aqueous solution (for example, an aqueous solution such as sodium fluoride or potassium fluoride). The titanium hydride film is grown to make the film uniform and stable. The concentration of hydrogen fluoride in dilute hydrofluoric acid or dilute fluoride aqueous solution that can be used here can be generally in the range of 0.05 to 3 wt%, preferably 0.3 to 1 wt%. Moreover, the temperature at the time of immersion treatment with these solutions can be generally in the range of 10 to 40 ° C., preferably 20 to 30 ° C. The treatment can be carried out until a uniform coating of titanium hydride, typically 0.5 to 10 microns, preferably 1 to 3 microns thick, is formed on the titanium substrate surface. Since this titanium hydride (TiHy, where y is a number from 1.5 to 2) exhibits grayish brown to blackish brown depending on the degree of hydrogenation, the formation of a titanium hydride film having a thickness in the above range is Empirically, the change of the color tone of the substrate surface can be controlled by the brightness contrast with the standard color source.

〈中間層(多孔性白金被覆層)の形成〉
このようにしてチタン基体表面を粗面化するとともに水素化チタンの被膜を形成したチタン基体は、適時水洗等の処理を行った後、その表面に多孔性白金被覆層を形成する。この多孔性白金被覆層の形成は通常電気めっき法により行うことができる。この電気めっき法に使用しうるめっき浴の組成としては、たとえばHPtCl、(NH4)PtCl、KPtCl、Pt(NH)(NO)等の白金化合物を、硫酸溶液(pH1〜3)又はアンモニア水溶液に、白金換算で2〜20g/l、特に5〜10g/lの濃度になるように溶解し、さらに必要に応じて浴の安定化のために硫酸ナトリウム(酸性浴の場合)、亜硫酸ナトリウム、硫酸ナトリウム(アルカリ性浴の場合)等を少量添加した酸性又はアルカリ性のめっき浴が挙げられる。
<Formation of intermediate layer (porous platinum coating layer)>
The titanium substrate having the titanium substrate surface roughened and the titanium hydride film formed thereon as described above is subjected to appropriate processing such as washing with water, and then a porous platinum coating layer is formed on the surface. The formation of the porous platinum coating layer can usually be carried out by electroplating. The composition of the plating bath that can be used for this electroplating method is, for example, a platinum compound such as H 2 PtCl 6 , (NH 4) 2 PtCl 6 , K 2 PtCl 6 , Pt (NH 3 ) 2 (NO 2 ) 2 Dissolved in sulfuric acid solution (pH 1 to 3) or aqueous ammonia solution to a concentration of 2 to 20 g / l, especially 5 to 10 g / l in terms of platinum, and sodium sulfate for stabilization of the bath if necessary. An acid or alkaline plating bath to which a small amount of sodium sulfite, sodium sulfate (in the case of an alkaline bath), etc. is added (in the case of an acid bath) may be mentioned.

かかる組成のめっき浴を用いての白金電気めっきは、チタン基体表面に形成された水素化チタン被膜の分解をできるだけ抑制するため、所謂ストライクめっき等の高速めっき法を用い約30〜約60℃の範囲内の比較的低温で行うのが望ましい。この電気めっきにより、チタン基体の水素化チタン被膜上に物理的密着強度の優れた多孔性の白金被覆層を形成せしめることができる。その際の白金被覆層の見掛密度は8〜19g/cm3、好ましくは12〜18g/cmの範囲内にあるのが適当である。該多孔性白金被覆層の見掛け密度が8g/cmより小さいと白金の結合強度が低下して剥離しやすくなり、反対に19g/cmを越えると後述する熱分解で得られる白金と酸化イリジウムの安定な担持が困難となる。該多孔性白金被覆層の見掛密度のコントロールは、例えばチタンの前処理条件、白金めっき浴の浴組成及び/又はめっき条件(電流密度や電流波形等)を経験的に調節することによって行うことができる。なお、より多孔性の高い白金被覆層を得たい場合には、多孔性の白金被覆層を形成した後、更に化学的もしくは電気化学的方法によって多孔性を高めることができる。 Platinum electroplating using a plating bath of this composition uses high-speed plating such as so-called strike plating to reduce decomposition of the titanium hydride film formed on the surface of the titanium substrate as much as possible. It is desirable to operate at a relatively low temperature within the range. This electroplating can form a porous platinum coating layer with excellent physical adhesion strength on the titanium hydride coating of the titanium substrate. The apparent density of the platinum coating layer at that time is suitably in the range of 8 to 19 g / cm 3 , preferably 12 to 18 g / cm 3 . When the apparent density of the porous platinum coating layer is less than 8 g / cm 3 , the bonding strength of platinum is reduced to facilitate peeling, while when it exceeds 19 g / cm 3 , platinum and iridium oxide obtained by thermal decomposition described later Stable loading of Control of the apparent density of the porous platinum coating layer is performed, for example, by empirically adjusting the pretreatment conditions of titanium, the bath composition of the platinum plating bath and / or the plating conditions (current density, current waveform, etc.) Can. When it is desired to obtain a more porous platinum covering layer, after forming the porous platinum covering layer, the porosity can be further enhanced by a chemical or electrochemical method.

また、上記白金の電気めっきは上記基体上への白金の被膜量が通常少なくとも0.2mg/cm以上となるまで継続する。白金の被膜量が0.2mg/cmより少ないと、後述する焼成処理に際して水素化チタン被膜部の酸化が進み過ぎて導電性が低下する傾向がみられる。白金の被膜量の上限は特に制限されないが、必要以上に多くしてもそれに伴うだけの効果は得られず、劫って不経済となるので、通常は5mg/cm以下の被膜量で十分である。白金の好適な被膜量は1〜3mg/cmの範囲内である。ここで、多孔性白金被覆層における白金の被覆量は、ケイ光X線分析法を用い次の如くして求めた量である。すなわち、前述した如く前処理したチタン基体上に前記の方法で種々の厚さに白金めっき量を湿式分析法及びケイ光X線分析法により定量し、両方法による分析値をグラフにプロットして標準検量線を作成しておき、次いで実際の試料をケイ光X線分析にかけてその分析値及び標準検量線から白金の被覆量を求める。また、白金被覆量の密度(δ(g/cm))は、上記の如くして求めた白金の被覆量(w(g/cm))と試料の断面顕微鏡観察で求めた白金被覆層の厚さ(t (cm))からδ=w/tによって求めたものである。 Further, the electroplating of platinum is continued until the amount of platinum coating on the substrate is usually at least 0.2 mg / cm 2 or more. When the platinum coating amount is less than 0.2 mg / cm 2 , the titanium hydride coating portion tends to be excessively oxidized at the time of the baking treatment described later, and the conductivity tends to be lowered. The upper limit of the coating amount of platinum is not particularly limited, but even if it is increased more than necessary, the effect accompanying it is not obtained and thus it becomes uneconomical, so a coating amount of 5 mg / cm 2 or less is usually sufficient It is. The preferred coating amount of platinum is in the range of 1 to 3 mg / cm 2 . Here, the amount of platinum coated on the porous platinum coating layer is an amount determined as follows using fluorescent X-ray analysis. That is, the amount of platinum plating is determined by wet analysis and fluorescent X-ray analysis to various thicknesses by the above method on the titanium substrate pretreated as described above, and the analysis values by both methods are plotted on a graph. A standard calibration curve is prepared, and then the actual sample is subjected to fluorescent X-ray analysis to determine the platinum coverage from the analysis value and the standard calibration curve. Also, the density of the platinum coverage (δ (g / cm 3 )) was determined by the platinum coverage (w (g / cm 2 )) determined as described above and the platinum coverage obtained by cross-sectional microscopic observation of the sample. The thickness (t 2 (cm 2)) of the above is obtained by δ = w / t.

〈酸化チタンの形成〉
多孔性白金被膜層を設けたチタン基体は、次いで必要により、大気中で焼成する。この焼成により、該白金被覆層の下の水素化チタンの被膜の層を熱分解して、該層中の水素化チタンを実質的にほとんどチタン金属に戻し、さらに少なくとも白金被覆層の多孔部分であって白金で被覆されていない部分のチタンを低酸化状態の酸化チタンに変えることができる。この焼成は一般に約300〜約600℃、好ましくは約300〜約400℃の温度で10分〜4時間程度加熱することにより行うことができる。これによりチタン基体表面にごく薄い導電性の酸化チタンが形成される。この酸化チタンの厚さは一般に100〜1,000オングストローム、好ましくは200〜600オングストロームの範囲内にあるのが好適であり、また、酸化チタンの組成はTiOx としてxが一般に1<x<2、特に1.9<x<2の範囲にあるのが望ましい。また別法として、白金の分散被覆を行ったチタン基体は、上記の如き焼成処理を行わずに直接次の工程に付してもよい。この場合には、次工程での熱分解処理時にチタン基体表面の水素化チタンの被膜の層は、チタン金属及び低酸化状態の酸化チタンに変換される。このようにして、多孔性白金被覆層とチタン界面との高い密着強度を維持し、更に電気伝導性のある酸化チタン(不働態化膜)が形成され化学的強度をも高めることができる。
<Formation of titanium oxide>
The titanium substrate provided with the porous platinum coating layer is then calcined in the air, if necessary. This firing pyrolyzes the layer of titanium hydride coating under the platinum coating layer to substantially convert the titanium hydride in the layer back to titanium metal, and at least in the porous portion of the platinum coating layer. It is possible to convert the titanium which is not covered with platinum to titanium oxide in a low oxidation state. This calcination can be generally carried out by heating at a temperature of about 300 to about 600 ° C., preferably about 300 to about 400 ° C. for about 10 minutes to 4 hours. As a result, a very thin conductive titanium oxide is formed on the surface of the titanium substrate. The thickness of the titanium oxide is generally in the range of 100 to 1,000 angstroms, preferably 200 to 600 angstroms, and the composition of titanium oxide is TiOx and x is generally 1 <x <2, In particular, it is desirable to be in the range of 1.9 <x <2. Alternatively, the titanium substrate on which the dispersion coating of platinum has been applied may be directly subjected to the next step without the above-mentioned baking treatment. In this case, the layer of titanium hydride coating on the surface of the titanium substrate is converted to titanium metal and titanium oxide in a low oxidation state during the thermal decomposition treatment in the next step. In this manner, high adhesion strength between the porous platinum coating layer and the titanium interface can be maintained, and further, titanium oxide (passivated film) having electrical conductivity can be formed to enhance chemical strength.

上記した中間層(多孔性白金被覆層)の代わりに以下の中間層を設けることもできる。すなわち、中間層は、基体表面が部分的に露出する程度に10〜80%の被覆率で分散被覆された白金と、少なくとも基体表面の露出部分を被覆する酸化イリジウム3〜30モル%および酸化タンタル70〜97モル%の混合金属酸化物とからなる中間層とすることができる。具体的には、先ず分散被覆された白金を形成し、その上に酸化イリジウムおよび酸化タンタルの混合金属酸化物を設ける。   The following intermediate layers may be provided instead of the above-mentioned intermediate layers (porous platinum coating layer). That is, the intermediate layer comprises platinum dispersedly coated at a coverage of 10 to 80% to the extent that the substrate surface is partially exposed, and 3 to 30 mol% of iridium oxide and tantalum oxide covering at least the exposed portion of the substrate surface. The intermediate layer can be made of 70 to 97 mol% of the mixed metal oxide. Specifically, first, dispersion-coated platinum is formed, and a mixed metal oxide of iridium oxide and tantalum oxide is provided thereon.

〈分散被覆された白金の形成〉
分散被覆された白金の形成にあたっては、上述した「多孔性白金被覆層の形成」にて説明したものと同じ浴組成のめっき浴を用いる。チタン基体表面に形成された水素化チタン被膜の分解をできるだけ抑制するため、所謂ストライクめっき等の高速めっき法を用い約30〜約60℃の範囲内の比較的低温で行うのが望ましい。
Formation of dispersion coated platinum
In the formation of the dispersion-coated platinum, a plating bath having the same bath composition as that described above in "Formation of Porous Platinum Coating Layer" is used. In order to suppress decomposition of the titanium hydride film formed on the surface of the titanium substrate as much as possible, it is desirable to carry out at a relatively low temperature within the range of about 30 to about 60 ° C. using high speed plating method such as so-called strike plating.

その際の白金の分散状態のコントロールは、例えばメツキ条件(電流密度や電流波形等)を経験的に調整することによって行なうことができる。この電気メツキによりチタン基体の水素化チタン被膜上に分散被覆した白金を形成せしめることができる。 かくして、チタン基体上にその基体表面が部分的に露出する程度に分散被覆された白金を析出せしめる。その分散被覆の状態は、5000倍の電子顕微鏡で観察すると、白金がチタン基体表面上に、点状、線状、網目状に分散していることがわかる。白金の析出量としては、一般0.01〜2mg/cm、好ましくは0.02〜0.5mg/cmとすることができる。白金の析出量があまりにも少ないと得られる電極と耐久性に劣り、また反対にあまりも多過ぎると得られる電極は卑な電位環境下で不安定となる。 The control of the dispersion state of platinum at that time can be performed, for example, by empirically adjusting the plating conditions (current density, current waveform, etc.). This electroplating can form platinum dispersedly coated on a titanium hydride coating of a titanium substrate. Thus, the dispersion-coated platinum is deposited on the titanium substrate to such an extent that the substrate surface is partially exposed. The observation of the state of the dispersion coating with a 5000 × electron microscope shows that platinum is dispersed in the form of dots, lines and networks on the surface of the titanium substrate. The deposition amount of platinum can be generally 0.01 to 2 mg / cm 2 , preferably 0.02 to 0.5 mg / cm 2 . If the amount of platinum deposited is too small, the resulting electrode will be inferior in durability to the electrode obtained, and if too large, on the other hand, the electrode obtained will be unstable under a low potential environment.

白金の分散被覆の程度は、被覆率で表わして、10〜80%の範囲内とするのが適当である。本明細書において白金の「被覆率」は、白金を分散被覆したチタンを基体表面を例えば40,000倍の電子顕微鏡写真にとり、その写真よりチタン基体表面1μm当りの白金の被覆面積を測定し下記式により算出される値をいう。
被覆率(%)=(写真平面での白金被覆面積)/(写真平面でのチタン基体表面積)×100
The degree of dispersion coating of platinum, expressed in coverage, is suitably in the range of 10 to 80%. In the present specification, the "coverage" of platinum is obtained by taking titanium dispersedly coated with platinum on the surface of a substrate, for example, at 40,000 times, and measuring the coverage of platinum per 1 μm 2 of titanium substrate surface from the photograph. It means the value calculated by the following formula.
Coverage (%) = (platinum coverage area at the photo plane) / (titanium substrate surface area at the photo plane) × 100

〈酸化チタン層の形成〉
このようにして白金を分散被覆したチタン基体は次いで大気中で焼成することにより、水素化チタンの皮膜の層を熱分解して該層中の水素化チタンの実質的に殆んどをチタン金属に戻し、さらに少なくとも白金が分散被覆されていない部分のチタンを低酸化状態の酸化チタンに変える。この焼成は一般に約300〜約600℃、好ましくは約300〜約400℃の温度で10分〜4時間程度加熱することにより行なうことができる。
これによりチタン基体表面にごく薄い導電性の酸化チタンが形成される。この酸化チタンの厚さは一般に100〜1,000Å、好ましくは200〜600Åの範囲内にあるのが好適であり、また酸化チタンの組成はTiOxとしてxが一般に1≦x<2、特に1.9<x<2の範囲にあるのが望ましい。
また別法として、白金の分散被覆を行なったチタン基体は、上記の如き焼成処理を行わずに直接次の工程に付してもよい。この場合には、次工程での熱分解処理時にチタン基体表面の水素化チタンの皮膜の層は、チタン金属及び低酸化状態の酸化チタンに変換される。
<Formation of titanium oxide layer>
The titanium substrate coated with platinum in this manner is then calcined in the air to thermally decompose the layer of the titanium hydride film to make substantially all titanium hydride in the layer titanium metal. Further, at least a portion of titanium not dispersedly coated with platinum is converted to titanium oxide in a low oxidation state. This calcination can be generally carried out by heating at a temperature of about 300 to about 600 ° C., preferably about 300 to about 400 ° C., for about 10 minutes to 4 hours.
As a result, a very thin conductive titanium oxide is formed on the surface of the titanium substrate. The thickness of the titanium oxide is generally in the range of 100 to 1,000 Å, preferably 200 to 600 Å, and the composition of the titanium oxide as TiO x is generally 1 ≦ x <2, especially 1.9 <x It is desirable to be in the range of <2.
Alternatively, the titanium base on which the dispersion coating of platinum is applied may be directly subjected to the next step without the above-mentioned baking treatment. In this case, the layer of titanium hydride film on the surface of the titanium substrate is converted to titanium metal and titanium oxide in a low oxidation state during the thermal decomposition treatment in the next step.

〈中間酸化物の形成〉
しかる後、白金が分散被覆されたチタン基体表面は、少なくとも基体表面の未被覆部分(露出部分)を、3〜30モル%の酸化イリジウムと70〜97モル%の酸化タンタル、好ましくは5〜15モル%の酸化イリジウムと85〜95モル%の酸化タンタルからなる混合酸化物(以下、中間酸化物ということがある)で被覆する。
<Formation of intermediate oxide>
Thereafter, the surface of the titanium substrate on which the platinum is dispersed is coated on at least the uncoated portion (exposed portion) of the substrate surface, 3 to 30% by mole of iridium oxide and 70 to 97% by mole of tantalum oxide, preferably 5 to 15 A mixed oxide (hereinafter sometimes referred to as an intermediate oxide) consisting of mol% of iridium oxide and 85 to 95 mol% of tantalum oxide is coated.

この中間酸化物は、得られる電極の耐食性を向上させるのに役立つものであり、その被覆量(金属換算)は、一般に0.5〜10.0g・m-2、好ましくは1.0〜5.0g・m-2の範囲内とすることができる。 This intermediate oxide is useful for improving the corrosion resistance of the obtained electrode, and the coating amount (in terms of metal) is generally 0.5 to 10.0 g · m −2 , preferably 1.0 to 5 It can be in the range of .0 gm -2 .

上記組成の中間酸化物による被覆は、具体的には、例えば、以下に述べるようにして行うことができる。   Specifically, the coating with the intermediate oxide of the above composition can be performed, for example, as described below.

前述の如く白金が分散被覆されたチタン基体上に、イリジウム化合物とタンタル化合物を含む溶媒溶液、好ましくは低級アルコール溶液を塗布した後乾燥することにより、イリジウム化合物とタンタル化合物を付着せしめる。ここで使用しうるイリジウム化合物及びタンタル化合物としては、後述する焼成条件下で熱分解してそれぞれ酸化イリジウム及び酸化タンタルに転化しうる、低級アルコール溶媒に可溶性の化合物が包含され、具体的に、イリジウム化合物としては、例えば、塩化イリジウム酸、塩化イリジウム、塩化イリジウム酸カリウム等が例示され、また、タンタル化合物としては、例えば、塩化タンタル、タンタルエトキシド等が挙げられる。   As described above, the iridium compound and the tantalum compound are attached by applying and drying a solvent solution containing an iridium compound and a tantalum compound, preferably a lower alcohol solution, on a titanium substrate on which platinum is dispersed and coated. Examples of iridium compounds and tantalum compounds that can be used herein include compounds soluble in lower alcohol solvents that can be thermally decomposed under conditions of calcination described later and converted to iridium oxide and tantalum oxide, respectively. Examples of the compound include, for example, iridium chloride, iridium chloride, potassium iridium chloride and the like, and examples of the tantalum compound include, for example, tantalum chloride and tantalum ethoxide.

一方、これらのイリジウム化合物及びタンタル化合物を溶解しうる低級アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール等又はこれらの混合物が挙げられる。   On the other hand, as lower alcohols which can dissolve these iridium compounds and tantalum compounds, there may be mentioned, for example, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol and the like, or mixtures thereof.

上記溶液中におけるイリジウム化合物とタンタル化合物の割合は、Ir/Taの金属換算モル比で、通常3/97〜30/70、好ましくは5/95〜15/85の範囲内とすることができる。   The ratio of the iridium compound to the tantalum compound in the solution can be in the range of 3/97 to 30/70, preferably 5/95 to 15/85, in terms of the metal conversion molar ratio of Ir / Ta.

該溶液によるチタン基体上の前処理された面もしくはチタン基体上の酸化チタン面の塗布は、例えば、吹き付け法、ハケ塗り法、浸漬法等により行うことができ、このようにしてイリジウム化合物及びタンタル化合物の低級アルコール溶液が塗布されたチタン基体は、一般に、約20〜約100℃の範囲内の比較的低温で乾燥させた後、酸化性雰囲気中、通常大気中で焼成する。以上に述べた処理は、被覆量が前記の範囲内に達するまで繰り返して行うことができる。   The coating of the pretreated surface on the titanium substrate or the titanium oxide surface on the titanium substrate with the solution can be carried out by, for example, a spraying method, a brush coating method, an immersion method, etc., and in this way iridium compounds and tantalum The titanium substrate to which the lower alcohol solution of the compound is applied is generally dried at a relatively low temperature in the range of about 20 to about 100 ° C. and then fired in an oxidizing atmosphere, usually in the air. The treatment described above can be repeated until the amount of coating reaches the above range.

該焼成は、例えば、電気炉、ガス炉、赤外線炉などの適当な加熱炉中で、通常約450〜約600℃、好ましくは約450〜約550℃の範囲内の温度に加熱することによって行うことができる。その際の加熱時間は焼成すべき基体の大きさ等に応じて大体5分〜2時間程度とすることができる。この焼成によりイリジウム化合物及びタンタル化合物はそれぞれ酸化イリジウム及び酸化タンタルに変わり、中間酸化物を形成する。   The firing is performed, for example, by heating to a temperature usually in the range of about 450 to about 600 ° C., preferably about 450 to about 550 ° C., in a suitable heating furnace such as an electric furnace, a gas furnace or an infrared furnace. be able to. The heating time at that time can be approximately 5 minutes to 2 hours depending on the size of the substrate to be fired and the like. By this firing, the iridium compound and the tantalum compound are respectively changed to iridium oxide and tantalum oxide to form an intermediate oxide.

以上のようにして白金が分散被覆されたチタン基体上に耐食性及び電気伝導性を有する中間酸化物層を形成することができ、電極の耐久性を高めることができる。   As described above, the intermediate oxide layer having corrosion resistance and electrical conductivity can be formed on the titanium base on which platinum is dispersed and coated, and the durability of the electrode can be enhanced.

〈電極触媒層の形成〉
しかる後、このように焼成された白金被覆チタン基体の多孔性白金被覆面に、あるいは中間酸化物層上に、白金化合物、イリジウム化合物及びタンタル化合物を含む溶液を浸透させ、乾燥した後焼成して、酸化イリジウム−酸化タンタル−白金からなる層を形成せしめる。
<Formation of electrode catalyst layer>
Thereafter, a solution containing a platinum compound, an iridium compound and a tantalum compound is infiltrated onto the porous platinum-coated surface of the platinum-coated titanium substrate thus fired or onto the intermediate oxide layer, dried and fired. A layer of iridium oxide-tantalum oxide-platinum is formed.

ここで使用する白金化合物、イリジウム化合物及びタンタル化合物は、以下に述べる条件下で分解してそれぞれ白金及び酸化イリジウム及び酸化タンタルに転化しうる化合物であり、白金化合物としては、ジニトロジアンミン白金、塩化白金酸、塩化白金等が例示され、特にジニトロジアンミン白金が好適である。また、イリジウム化合物としては、例えば、塩化イリジウム酸、塩化イリジウム、塩化イリジウムカリ等が挙げられ、特に塩化イリジウム酸が好適である。さらに、タンタル化合物としては、例えば、塩化タンタル、タンタルエトキシド等が挙げられる。   The platinum compound, iridium compound and tantalum compound used herein are compounds which can be decomposed into platinum and iridium oxide and tantalum oxide respectively under the conditions described below, and as the platinum compound, dinitrodiammine platinum and platinum chloride Examples thereof include acids, platinum chloride and the like, and dinitrodiammine platinum is particularly preferable. Further, as the iridium compound, for example, iridium chloride chloride, iridium chloride, potassium iridium chloride and the like can be mentioned, and in particular, chloride chloride iridium acid is preferable. Furthermore, as a tantalum compound, a tantalum chloride, a tantalum ethoxide etc. are mentioned, for example.

一方、これら白金化合物、イリジウム化合物及びタンタル化合物を溶解するための溶媒としては、低級アルコールが好適であり、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール又はこれらの混合物等が有利に用いられる。なお、ジニトロジアンミン白金は、低級アルコールに直接溶解しないので、はじめに硝酸水溶液に溶解し、白金金属換算で250〜450g/lの濃度に調整した後、低級アルコールに溶解するのが好ましい。   On the other hand, lower alcohols are suitable as solvents for dissolving these platinum compounds, iridium compounds and tantalum compounds, and for example, methanol, ethanol, propanol, butanol or a mixture thereof is advantageously used. In addition, since dinitro diammine platinum is not directly dissolved in lower alcohol, it is preferable to dissolve first in nitric acid aqueous solution, adjust to a concentration of 250 to 450 g / l in terms of platinum metal, and then dissolve in lower alcohol.

低級アルコール溶液中における白金化合物、イリジウム化合物及びタンタル化合物の合計の金属濃度は、一般に20〜200g/l、好ましくは40〜150g/lの範囲内とすることができる。該金属濃度が20g/lより低いと触媒担持効率が悪くなり、また200g/lを越えると触媒が凝集しやすくなり、触媒活性、担持強度、担持量の不均一性等の問題が生ずる。   The total metal concentration of the platinum compound, the iridium compound and the tantalum compound in the lower alcohol solution can be generally in the range of 20 to 200 g / l, preferably 40 to 150 g / l. When the metal concentration is less than 20 g / l, the catalyst loading efficiency is deteriorated, and when it exceeds 200 g / l, the catalyst is easily aggregated, and problems such as catalyst activity, loading strength, non-uniform loading amount, etc. occur.

また、白金化合物、イリジウム化合物及びタンタル化合物の相対的使用割合は、それぞれ金属Pt、金属Ir及び金属Taに換算して、白金化合物は55モル%以上〜77モル%以下、イリジウム化合物は3モル%以上〜10モル%以下、タンタル化合物は20モル%以上〜35モル%未満とする。   The relative proportions of the platinum compound, the iridium compound and the tantalum compound are 55 mol% or more and 77 mol% or less of the platinum compound and 3 mol% of the iridium compound, respectively, in terms of metal Pt, metal Ir and metal Ta The above amount is 10 mol% or less, and the tantalum compound is 20 mol% or more and less than 35 mol%.

多孔性白金被覆層、あるいは中間酸化物層上に該溶液を含浸させた基体は、必要により約20〜約150℃の範囲内の温度で乾燥させた後、酸素含有ガス雰囲気中、例えば空気中で焼成する。焼成は、例えば電気炉、ガス炉、赤外線炉等の適当な加熱炉中で、一般に約450〜約650℃、好ましくは約500〜約600℃の範囲内の温度に加熱することによって行うことができる。加熱時間は、焼成すべき基体の大きさに応じて、大体3分〜30分間程度とすることができる。この焼成により、多孔性白金被覆層の表面(孔の内部及び/又は外面)に酸化イリジウム−酸化タンタル−白金からなる層を形成担持させることができる。   The porous platinum coating layer or the substrate impregnated with the solution on the intermediate oxide layer is optionally dried at a temperature in the range of about 20 to about 150 ° C., and then in an oxygen-containing gas atmosphere, for example, in air. Baking at. Firing is generally carried out by heating to a temperature generally within the range of about 450 ° C. to about 650 ° C., preferably about 500 ° C. to about 600 ° C., in a suitable furnace such as an electric furnace, gas furnace, infrared furnace and the like. it can. The heating time can be about 3 minutes to 30 minutes depending on the size of the substrate to be fired. By this baking, a layer of iridium oxide-tantalum oxide-platinum can be formed and supported on the surface (inside and / or outside of the pores) of the porous platinum coating layer.

そして、1回の担持操作で充分量の酸化イリジウム−酸化タンタル−白金からなる層を形成担持することができない場合には、以上に述べた溶液の浸透−(乾燥)−焼成の工程を所望の回数繰り返し行うことができる。   Then, if a layer consisting of a sufficient amount of iridium oxide-tantalum oxide-platinum can not be formed and supported by one carrying operation, the above-mentioned process of permeation- (drying) -baking of the solution is desired. It can be repeated many times.

多孔性白金被覆層、あるいは中間酸化物層上に担持せしめられる酸化イリジウム−酸化タンタル−白金からなる層(電極触媒層/複合体)における各成分の割合は、それぞれ金属Pt、金属Ir及び金属Taに換算して、白金55モル%以上〜77モル%以下、酸化イリジウムは3モル%以上〜10モル%以下、酸化タンタルは20モル%以上〜35モル%未満とする。   The proportions of the respective components in the porous platinum coating layer or the layer consisting of iridium oxide-tantalum oxide-platinum supported on the intermediate oxide layer (electrode catalyst layer / composite) are respectively metal Pt, metal Ir and metal Ta In terms of platinum, 55 mol% or more and 77 mol% or less of platinum, 3 mol% or more and 10 mol% or less of iridium oxide, and 20 mol% or more and less than 35 mol% of tantalum oxide.

多孔性白金被覆層、あるいは中間酸化物層上に担持せしめられる酸化イリジウム−酸化タンタル−白金からなる層(電極触媒層/複合体)における各成分の割合は、それぞれ金属Pt、金属Ir及び金属Taに換算して、白金は55モル%以上〜66モル%以下、酸化イリジウムは3モル%以上〜10モル%以下、酸化タンタルは31モル%以上〜35モル%未満が好ましい。   The proportions of the respective components in the porous platinum coating layer or the layer consisting of iridium oxide-tantalum oxide-platinum supported on the intermediate oxide layer (electrode catalyst layer / composite) are respectively metal Pt, metal Ir and metal Ta In terms of platinum, platinum is preferably 55 to 66 mol%, iridium oxide is preferably 3 to 10 mol%, and tantalum oxide is preferably 31 to 35 mol%.

本願の条件では、複合体中の酸化タンタルの金属換算での割合が20モル%未満、または、35モル%を超えると電極の塩素発生効率が低くなる。タンタルが20モル%未満では白金・酸化イリジウム・酸化タンタルの複合作用が弱まり、タンタルが35モル%を超える場合には、タンタルが、白金・イリジウムの働きを抑制するためであると考えられる。複合体中の白金の金属換算での割合が55モル%未満、または、77モル%を超えると電極の塩素発生効率が低くなる。白金・酸化イリジウム・酸化タンタルの複合作用が弱まるためと考えられる。 Under the conditions of the present application, when the proportion of tantalum oxide in the composite in terms of metal is less than 20 mol% or more than 35 mol%, the chlorine generation efficiency of the electrode becomes low. It is considered that if the content of tantalum is less than 20 mol%, the combined action of platinum, iridium oxide and tantalum oxide is weakened, and if the content of tantalum exceeds 35 mol%, tantalum suppresses the function of platinum and iridium. When the proportion of platinum in the complex in terms of metal is less than 55 mol%, or more than 77 mol%, the chlorine generation efficiency of the electrode becomes low. It is considered that the combined action of platinum, iridium oxide and tantalum oxide is weakened.

このようにして、「電極触媒層(外層)/中間層/基体」から構成される電極を製造することができる。   In this way, an electrode composed of “electrode catalyst layer (outer layer) / intermediate layer / substrate” can be manufactured.

次に実施例により、本発明の電極の製造法及び特性についてさらに具体的に説明する。   Next, the production method and characteristics of the electrode of the present invention will be more specifically described by way of examples.

実施例1、2、3、比較例2、3、4
チタン基体として、JIS1種チタン板素材(t0.5mm×100mm×100mm)をアセトンに浸漬させ10分間超音波洗浄して脱脂した後、20℃の8重量%弗化水素酸水溶液中で2分間処理し、次いで、120℃の60重量%硫酸水溶液中で3分間処理した。
次いでチタン基体を硫酸水溶液から取りだし、窒素雰囲気中で冷水を噴霧し急冷した。更に20℃の0.3重量%弗化水素酸水溶液中に2分間浸漬した後水洗した。
Examples 1, 2, 3 and Comparative Examples 2, 3, 4
As a titanium substrate, JIS Class 1 titanium plate material (t 0.5 mm x 100 mm x 100 mm) is immersed in acetone, ultrasonically cleaned for 10 minutes, degreased, and then treated for 2 minutes in an aqueous solution of 20 wt. And then treated for 3 minutes in a 60% by weight aqueous sulfuric acid solution at 120.degree.
The titanium substrate was then removed from the aqueous sulfuric acid solution and quenched by spraying cold water in a nitrogen atmosphere. Further, it was immersed in an aqueous solution of 0.3% by weight hydrofluoric acid at 20 ° C. for 2 minutes and then washed with water.

水洗後ジニトロジアンミン白金を硫酸溶液に溶解して白金含有量5g/l、pH≒2、50℃に調整した状態の白金めっき浴中で、30mA/cmで約6分間のめっきを行って、見掛密度16g/cmで電着量が1.7mg/cmの多孔性の白金被覆層をチタン基体上に形成した。 After washing with water, plating is carried out for about 6 minutes at 30 mA / cm 2 in a platinum plating bath in which dinitrodiammine platinum is dissolved in a sulfuric acid solution to adjust the platinum content to 5 g / l, pH ≒ 2, 50 ° C. A porous platinum coating layer having an apparent density of 16 g / cm 3 and an electrodeposition amount of 1.7 mg / cm 2 was formed on the titanium substrate.

次に、イリジウム濃度100g/Lに調整した塩化イリジウム酸のブタノール溶液と、タンタル濃度200g/Lに調整したタンタルエトキシドのブタノール溶液と、白金濃度70g/Lに調整した塩化白金酸のブタノール溶液を、Ir−Ta−Ptの金属換算の組成比が表1に示すモル%になるようにそれぞれ秤量し、各金属成分の金属換算値を足した合計濃度が75g/Lになるようにブタノールにて希釈し、表1に示す金属換算の組成比で電極触媒層塗布溶液を作製した。塗布溶液をピペットで250μl秤量し、それをチタン基体に塗布し、ピンセットを用いてチタン基体を傾けて、溶液をチタン基体全面に塗り拡げた後、室温で乾燥し、さらに530℃の大気中で10分間焼成した。この塗布・乾燥・焼成を4回繰り返し、実施例1、2、3、比較例2、3、4の電極を作製した。   Next, a butanol chloride solution of iridium chloride adjusted to an iridium concentration of 100 g / L, a butanol solution of tantalum ethoxide adjusted to a tantalum concentration of 200 g / L, and a butanol solution of chloroplatinic acid adjusted to a platinum concentration of 70 g / L And Ir-Ta-Pt were weighed so that the composition ratio in metal conversion shown in Table 1 would be as shown in Table 1, and the total concentration obtained by adding the metal conversion value of each metal component was 75 g / L with butanol It diluted and the electrode catalyst layer coating solution was produced by the composition ratio of metal conversion shown in Table 1. Pipette 250 μl of the application solution, weigh it on a titanium substrate, tilt the titanium substrate using tweezers, spread the solution on the entire surface of the titanium substrate, dry at room temperature, and then in the air at 530 ° C. Baking for 10 minutes. The application, drying, and firing were repeated four times to fabricate electrodes of Examples 1, 2, 3 and Comparative Examples 2, 3, 4.

比較例1
チタン基体として、JIS1種チタン板素材(t0.5mm×100mm×100mm)をアセトンに浸漬させ10分間超音波洗浄して脱脂した後、20℃の8重量%弗化水素酸水溶液中で2分間処理し、次いで、120℃の60重量%硫酸水溶液中で3分間処理した。
次いでチタン基体を硫酸水溶液から取りだし、窒素雰囲気中で冷水を噴霧し急冷した。更に20℃の0.3重量%弗化水素酸水溶液中に2分間浸漬した後水洗した。
Comparative Example 1
As a titanium substrate, JIS Class 1 titanium plate material (t 0.5 mm x 100 mm x 100 mm) is immersed in acetone, ultrasonically cleaned for 10 minutes, degreased, and then treated for 2 minutes in an aqueous solution of 20 wt. And then treated for 3 minutes in a 60% by weight aqueous sulfuric acid solution at 120.degree.
The titanium substrate was then removed from the aqueous sulfuric acid solution and quenched by spraying cold water in a nitrogen atmosphere. Further, it was immersed in an aqueous solution of 0.3% by weight hydrofluoric acid at 20 ° C. for 2 minutes and then washed with water.

水洗後ジニトロジアンミン白金を硫酸溶液に溶解して白金含有量5g/l、pH≒2、50℃に調整した状態の白金めっき浴中で、30mA/cmで約6分間のめっきを行い、見掛密度16g/cmで電着量が1.7mg/cmの多孔性の白金被覆層(中間層)をチタン基体上に形成し、15mA/cmで、電着量が9.0mg/cmの白金触媒層を形成した。 After washing with water, the dinitrodiammine platinum is dissolved in a sulfuric acid solution and plated at 30 mA / cm 2 for about 6 minutes in a platinum plating bath adjusted to a platinum content of 5 g / l, pHpH2, 50 ° C. A porous platinum coating layer (intermediate layer) with an electrodeposition amount of 1.7 mg / cm 2 and an applied density of 16 g / cm 3 was formed on a titanium substrate, and an electrodeposition amount of 9.0 mg / cm 2 was obtained at 15 mA / cm 2. A platinum catalyst layer of cm 2 was formed.

作製した実施例並びに比較例の電極を用いて、以下の様に、塩素発生効率を評価した。電解液には、塩化物イオンが1000ppmのNaClの水溶液500mlを用いた。電極間距離5mm、電流密度2.0A/dmの定電流制御にて30分間電解し、電解した液から5ml採取しヨウ素法により塩素発生量を求めた。求めた塩素発生量と理論塩素発生量から塩素発生効率を算出した。 The chlorine generation efficiency was evaluated as follows using the electrode of the produced Example and comparative example. As an electrolyte, 500 ml of an aqueous solution of NaCl with 1000 ppm of chloride ion was used. Electrolysis was carried out for 30 minutes under constant current control with an electrode distance of 5 mm and a current density of 2.0 A / dm 2 , 5 ml was collected from the electrolyzed solution, and the chlorine generation amount was determined by the iodine method. The chlorine generation efficiency was calculated from the determined chlorine generation amount and the theoretical chlorine generation amount.

作製した実施例並びに比較例の電極を用いて、以下の様に、寿命を評価した。電極を試料面積0.01dm(10mm×10mm)として、25℃の塩化物イオンが1000ppmのNaCl水溶液中にて、2.0A/dmで30分間毎に極性切替しながら電解する電解試験を行った。電解試験により、塩素発生効率が初期の50%になった時の極性切替回数を求め、極性切替回数が6000回以上となったものを○、2000〜6000回となったものを△、2000回以下を×とした。耐久寿命3000時間の場合、寿命に達するまでの極性切替回数は6000回である。

Figure 2019119930
The lifetime was evaluated as follows using the electrode of the produced Example and comparative example. An electrolysis test is performed in which an electrode is made into a sample area of 0.01 dm 2 (10 mm × 10 mm), and chloride ions in 25 ° C. in 1000 ppm NaCl aqueous solution are electrolyzed while switching polarity every 30 minutes at 2.0 A / dm 2 went. Determine the number of polarity switching when the chlorine generation efficiency reaches 50% of the initial value by electrolysis test, and ○ for which the number of polarity switching is 6,000 times or more, 、 for 2000 to 6000 times The following is indicated as x. In the case of a durable life of 3000 hours, the number of polarity switchings to reach the life is 6,000 times.
Figure 2019119930

得られた実施例、比較例のデータを表1に示す。   Data of the obtained Examples and Comparative Examples are shown in Table 1.

実施例1、2、3は、塩素発生効率が61%、59%、56%という高い値を示し、且つ、耐久性判定は○となった。一方、比較例1、2、3、4では塩素発生効率が3%、47%、43%、43%という値を示した。   In Examples 1, 2 and 3, the chlorine generation efficiency was as high as 61%, 59% and 56%, and the durability judgment was ○. On the other hand, in Comparative Examples 1, 2, 3 and 4, the chlorine generation efficiency showed values of 3%, 47%, 43% and 43%.

以上の結果より、金属換算で、酸化イリジウム3モル%以上〜10モル%以下、酸化タンタル20モル%以上〜35モル%未満および白金55モル%以上〜77モル%以下からなる電極触媒層を備える電極は良好な特性を示すことがわかる。   From the above results, it is provided with an electrode catalyst layer comprising 3 mol% or more and 10 mol% or less of iridium oxide, 20 mol% or more and less than 35 mol% tantalum oxide and 55 mol% or more and 77 mol% or less of platinum. It can be seen that the electrode exhibits good characteristics.

Claims (1)

チタン又はチタン合金よりなる電極基体上に中間層を介して電極触媒層を設けてなり、食塩濃度100〜10000ppmの食塩水を所定の電流密度で陽極と陰極の極性切替えを繰返しながら電解し、塩素を生成するための電極であって、
前記電極触媒層が、金属換算で、酸化イリジウム3モル%以上〜10モル%以下、酸化タンタル20モル%以上〜35モル%未満および白金55モル%以上〜77モル%以下からなる、
ことを特徴とする電解用電極。
An electrode catalyst layer is provided on an electrode substrate made of titanium or a titanium alloy via an intermediate layer, and a saline solution having a salt concentration of 100 to 10000 ppm is electrolyzed while repeatedly switching the polarity of the anode and the cathode at a predetermined current density. An electrode for producing
The electrode catalyst layer is composed of 3 mol% or more and 10 mol% or less of iridium oxide, 20 mol% or more and less than 35 mol% of tantalum oxide, and 55 mol% or more and 77 mol% or less of platinum in metal conversion.
An electrode for electrolysis characterized by
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