JP2019214777A - Apparatus for producing chlorous acid-containing aqueous liquid - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、亜塩素酸を含む水性液体の製造装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for producing an aqueous liquid containing chlorite.
亜塩素酸の水溶液は、殺菌その他の用途に使用されている。しかし、亜塩素酸水溶液は不安定であり、長期の保存が難しい場合がある。そのため、亜塩素酸塩から亜塩素酸水溶液を簡単に製造することができれば、亜塩素酸水溶液を長期に保存する必要がないため、便利である。亜塩素酸水溶液を得る方法として、亜塩素酸ナトリウムのナトリウムイオンをイオン交換樹脂を用いてイオン交換する方法が提案されている(特許文献1)。 Aqueous solutions of chlorous acid are used for sterilization and other uses. However, aqueous chlorite solutions are unstable and may be difficult to store for long periods. Therefore, if an aqueous chlorite solution can be easily produced from chlorite, it is not necessary to store the aqueous chlorite solution for a long time, which is convenient. As a method for obtaining an aqueous chlorite solution, a method has been proposed in which sodium ions of sodium chlorite are ion-exchanged using an ion-exchange resin (Patent Document 1).
しかし、イオン交換樹脂を用いる方法では、イオン交換樹脂の再生のために濃い酸を使用したりする必要があるため、非常に不便で再生コストも高い。 However, in the method using an ion exchange resin, it is necessary to use a concentrated acid for the regeneration of the ion exchange resin, which is very inconvenient and the regeneration cost is high.
以上の状況において、本発明の目的の1つは、亜塩素酸を含む水性液体を亜塩素酸塩から容易に製造できる装置を提供することである。 In the above situation, one of the objects of the present invention is to provide an apparatus capable of easily producing an aqueous liquid containing chlorite from chlorite.
本発明の一実施形態による製造装置は、亜塩素酸を含む水性液体を電気分解を利用して製造する製造装置であって、陽極、陰極、前記陽極および前記陰極が配置された槽、陽イオン交換膜、ならびに、隔膜を含み、前記槽は、中間槽と、中間槽を挟むように配置された陽極槽および陰極槽とに仕切られており、前記陽極槽と前記中間槽とは前記陽イオン交換膜によって仕切られており、前記中間槽と前記陰極槽とは前記隔膜によって仕切られており、前記陽極槽には前記陽極が配置されており、前記陰極槽には前記陰極が配置されており、前記陽極槽には電解質の水溶液が配置され、前記陰極槽には亜塩素酸塩の水溶液が配置され、前記中間槽には水性液体が配置される。 A manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention is a manufacturing apparatus that manufactures an aqueous liquid containing chlorite using electrolysis, and includes an anode, a cathode, a tank in which the anode and the cathode are arranged, and a cation. Exchange membrane, and, including a diaphragm, the tank is partitioned into an intermediate tank, an anode tank and a cathode tank arranged so as to sandwich the intermediate tank, the anode tank and the intermediate tank are the cations Are separated by an exchange membrane, the intermediate cell and the cathode cell are separated by the diaphragm, the anode cell is provided with the anode, and the cathode cell is provided with the cathode. An aqueous solution of an electrolyte is disposed in the anode cell, an aqueous solution of chlorite is disposed in the cathode cell, and an aqueous liquid is disposed in the intermediate cell.
本発明の他の一実施形態による製造装置は、亜塩素酸を含む水性液体を電気分解を利用して製造する製造装置であって、陽極、陰極、前記陽極および前記陰極が配置された槽、ならびに、陽イオン交換膜を含み、前記槽は、前記陽イオン交換膜によって陽極槽と陰極槽とに仕切られており、前記陽極槽には前記陽極が配置されており、前記陰極槽には前記陰極が配置されており、前記陽極槽には電解質の水溶液が配置され、前記陰極槽には亜塩素酸塩の水溶液が配置され、前記陰極は電気分解時に陽イオンを吸着する電極である。 A manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention is a manufacturing apparatus that manufactures an aqueous liquid containing chlorite using electrolysis, and includes an anode, a cathode, a tank in which the anode and the cathode are arranged, And a cation exchange membrane, wherein the tank is partitioned into an anode tank and a cathode tank by the cation exchange membrane, the anode is disposed in the anode tank, and the cathode is A cathode is arranged, an aqueous solution of an electrolyte is arranged in the anode bath, an aqueous solution of chlorite is arranged in the cathode bath, and the cathode is an electrode for adsorbing cations during electrolysis.
本発明によれば、亜塩素酸を含む水性液体を容易に製造できる。 According to the present invention, an aqueous liquid containing chlorite can be easily produced.
本発明の実施の形態について以下に説明する。なお、以下の説明では、本発明の実施形態について例を挙げて説明するが、本発明は以下で説明する例に限定されない。以下の説明において特定の数値や特定の材料を例示する場合があるが、本発明はそれらの例示に限定されない。 An embodiment of the present invention will be described below. In the following description, embodiments of the present invention will be described by way of examples, but the present invention is not limited to the examples described below. In the following description, specific numerical values and specific materials may be exemplified, but the present invention is not limited to these examples.
(亜塩素酸を含む水性液体を製造するための第1の製造装置)
亜塩素酸(HClO2)を含む水性液体を電気分解を利用して製造するための第1の製造装置について、以下に説明する。この第1の製造装置を、以下では、「装置(E1)」と記載する場合がある。
(First Production Apparatus for Producing Aqueous Liquid Containing Chlorous Acid)
A first production apparatus for producing an aqueous liquid containing chlorite (HClO 2 ) using electrolysis will be described below. Hereinafter, the first manufacturing apparatus may be referred to as “apparatus (E1)”.
この明細書において「水性液体」とは水を含む液体を意味し、典型的には溶媒が水である液体を意味する。すなわち、亜塩素酸を含む水性液体の典型的な一例は、亜塩素酸を含む水溶液である。以下では、亜塩素酸を含む水性液体を「亜塩素酸水溶液」と記載する場合がある。なお、亜塩素酸の少なくとも一部は、水溶液中において解離して平衡状態を保っていると考えられる。 As used herein, "aqueous liquid" means a liquid containing water, typically a liquid in which the solvent is water. That is, a typical example of the aqueous liquid containing chlorous acid is an aqueous solution containing chlorous acid. Hereinafter, the aqueous liquid containing chlorous acid may be referred to as “aqueous chlorous acid solution”. It is considered that at least a part of the chlorous acid is dissociated in the aqueous solution to keep the equilibrium state.
装置(E1)は、陽極、陰極、陽極および陰極が配置された槽、陽イオン交換膜、ならびに、隔膜を含む。当該槽は、中間槽と、中間槽を挟むように配置された陽極槽および陰極槽とに仕切られている。陽極槽と中間槽とは陽イオン交換膜によって仕切られている。中間槽と陰極槽とは隔膜によって仕切られている。陽極槽には陽極が配置されている。陰極槽には陰極が配置されている。陽極槽には、電解質の水溶液が配置される。陰極槽には、亜塩素酸塩の水溶液が配置される。中間槽には、水性液体が配置される。なお、本発明の効果が得られる限り、陰極槽に配置される亜塩素酸塩の水溶液には、亜塩素酸塩以外の溶質が溶解されていてもよい。亜塩素酸塩以外の溶質の一例として、次亜塩素酸塩を用いてもよい。 The apparatus (E1) includes an anode, a cathode, a vessel in which the anode and the cathode are arranged, a cation exchange membrane, and a diaphragm. The tank is partitioned into an intermediate tank and an anode tank and a cathode tank arranged so as to sandwich the intermediate tank. The anode tank and the intermediate tank are separated by a cation exchange membrane. The intermediate cell and the cathode cell are separated by a diaphragm. An anode is arranged in the anode tank. A cathode is arranged in the cathode cell. An aqueous solution of an electrolyte is disposed in the anode tank. An aqueous solution of chlorite is placed in the cathode cell. The aqueous liquid is arranged in the intermediate tank. Note that a solute other than chlorite may be dissolved in the aqueous solution of chlorite as long as the effects of the present invention can be obtained. Hypochlorite may be used as an example of a solute other than chlorite.
装置(E1)において、陽極および陰極はそれぞれ、電気分解時に水の電気分解によってガスが生成される電極であってもよい。そのような電極を、以下では、「ガス生成電極」と記載する場合がある。ガス生成電極は、表面に白金が存在する電極であってもよい。すなわち、陽極および陰極はそれぞれ、表面に白金が存在する電極であってもよい。 In the device (E1), each of the anode and the cathode may be an electrode that generates a gas by electrolysis of water during electrolysis. Such an electrode may be referred to below as a “gas generating electrode”. The gas generating electrode may be an electrode having platinum on the surface. That is, the anode and the cathode may be electrodes each having platinum on the surface.
表面に白金が存在する電極の例には、表面を白金コートされた金属電極が含まれ、たとえば、表面を白金コートされたチタン電極が含まれる。 Examples of the electrode having platinum on the surface include a metal electrode with a platinum coating on the surface, for example, a titanium electrode with a platinum coating on the surface.
装置(E1)において、陽極がガス生成電極であり、陰極が電気分解時に陽イオンを吸着する電極であってもよい。たとえば、陽極は表面に白金が存在する電極であり、陰極は電気分解時に陽イオンを吸着する電極であってもよい。電気分解時に陽イオンを吸着する電極を、以下では、「陽イオン吸着電極」と記載する場合がある。 In the apparatus (E1), the anode may be a gas generating electrode, and the cathode may be an electrode that adsorbs cations during electrolysis. For example, the anode may be an electrode having platinum on the surface, and the cathode may be an electrode which adsorbs cations during electrolysis. Hereinafter, an electrode that adsorbs cations during electrolysis may be referred to as a “cation adsorption electrode”.
陽イオン吸着電極は、電圧印加によって陽イオンを吸着する電極である。陽イオン吸着電極の例には、活性炭を含む電極が含まれる。活性炭を含む電極に特に限定はなく、公知の活性炭電極や、活性炭不織布を用いてもよい。これらの陽イオン吸着電極は、可逆的にイオンを吸着するため、吸着したイオンを放出させることができる。 The cation adsorption electrode is an electrode that adsorbs cations by applying a voltage. Examples of the cation adsorption electrode include an electrode containing activated carbon. The electrode containing activated carbon is not particularly limited, and a known activated carbon electrode or an activated carbon nonwoven fabric may be used. Since these cation adsorption electrodes adsorb ions reversibly, they can release the adsorbed ions.
陽極および陰極の形状に特に限定はない。電気分解の効率の観点から、2次元状に広がる電極を用いてもよい。たとえば、平板状の電極や、メッシュ状の電極を用いてもよい。 The shapes of the anode and the cathode are not particularly limited. From the viewpoint of the efficiency of electrolysis, an electrode spreading two-dimensionally may be used. For example, a plate-like electrode or a mesh-like electrode may be used.
陽イオン交換膜は、陰イオンの透過を抑制する一方で陽イオンを透過させる膜である。陽イオン交換膜に特に限定はなく、公知の陽イオン交換膜を用いることができる。陽イオン交換膜には、装置(E1)の電気分解の環境下(亜塩素酸などが存在する環境下)で安定に存在する膜を用いることが好ましい。陽イオン交換膜の例には、フッ素樹脂系のイオン交換膜(たとえば、スルホン酸基を有するフッ素系高分子膜)が含まれる。 The cation exchange membrane is a membrane that allows the permeation of cations while suppressing the permeation of anions. The cation exchange membrane is not particularly limited, and a known cation exchange membrane can be used. As the cation exchange membrane, it is preferable to use a membrane which is stably present in an environment of electrolysis of the apparatus (E1) (in an environment where chlorite or the like is present). Examples of the cation exchange membrane include a fluororesin-based ion exchange membrane (for example, a fluoropolymer membrane having a sulfonic acid group).
隔膜は、陽イオンおよび陰イオンを透過させる膜である。さらに、隔膜は、液体を通過させる一方で液体の通過をある程度抑制する膜である。そのような膜の例には、親水性で、細孔を有するセパレータのような膜が含まれる。隔膜には、装置(E1)の電気分解の環境下で安定に存在する膜を用いることが好ましい。 The diaphragm is a membrane that allows cations and anions to permeate. Further, the diaphragm is a membrane that allows the passage of liquid while suppressing the passage of liquid to some extent. Examples of such membranes include hydrophilic, porous membranes, such as separators. As the diaphragm, it is preferable to use a membrane that is stably present in the environment of the electrolysis of the device (E1).
槽は、槽内に配置される液体を安定に保持できるものであればよく、電解槽に一般的に用いられる槽を適用できる。 The tank may be any one that can stably hold the liquid arranged in the tank, and a tank generally used for an electrolytic tank can be applied.
装置(E1)および後述する装置(E2)は、通常、陽極と陰極との間に直流電圧を印加するための直流電源を含む。直流電源に特に限定はなく、コンセントからの交流電圧を直流電圧に変換して供給するAC−DCコンバータなどであってもよい。電気分解時に印加される電圧は、後述する電気分解反応(または、電気分解反応および陽イオンの吸着)が生じる電圧である。 The device (E1) and the device (E2) described below usually include a DC power supply for applying a DC voltage between the anode and the cathode. The DC power supply is not particularly limited, and may be an AC-DC converter that converts an AC voltage from an outlet into a DC voltage and supplies the DC voltage. The voltage applied at the time of electrolysis is a voltage at which an electrolysis reaction (or electrolysis reaction and cation adsorption) described later occurs.
装置(E1)では、中間槽の水性液体が通液式で流れている状態で電気分解が行われてもよい。あるいは、中間槽の水性液体が流れていない状態(バッチ式)で電気分解が行われてもよい。 In the device (E1), the electrolysis may be performed in a state where the aqueous liquid in the intermediate tank is flowing in a flow-through manner. Alternatively, the electrolysis may be performed in a state where the aqueous liquid in the intermediate tank is not flowing (batch type).
装置(E1)および後述する装置(E2)において、陽極槽の水溶液が通液式で流れている状態で電気分解が行われていてもよく、陰極槽の水溶液が通液式で流れている状態で電気分解が行われていてもよい。 In the device (E1) and the device (E2) to be described later, the electrolysis may be performed in a state where the aqueous solution in the anode tank is flowing in a flowing manner, and the state in which the aqueous solution in the cathode tank is flowing in a flowing manner. Electrolysis may be performed.
陽極槽に配置される水溶液の電解質を、以下では、「電解質(L)」と記載する場合がある。電解質(L)の水溶液を陽極槽に配置することによって、電気分解が容易になる。 Hereinafter, the electrolyte of the aqueous solution arranged in the anode tank may be referred to as “electrolyte (L)”. By disposing an aqueous solution of the electrolyte (L) in the anode tank, electrolysis is facilitated.
電解質(L)は、溶解によって水素イオンを放出するものであることが好ましい。そのため、電解質(L)は、酸および酸性塩から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、酸であってもよいし、酸性塩であってもよいし、両者の混合物であってもよい。中間槽に存在する金属陽イオン(たとえばアルカリ金属イオン)を少なくする場合、電解質(L)は金属陽イオンを含まないことが好ましい。その場合、電解質(L)は酸であることが好ましい。電解質(L)として用いられる酸を、以下では「酸(A)」と記載する場合がある。酸(A)の例には、リン酸、希硫酸、ホウ酸などが含まれる。酸性塩の例には、これらの酸の水素イオンの一部を金属陽イオン(たとえばアルカリ金属イオン)に置換したものが含まれる。酸性塩は、リン酸や硫酸の水素イオンの一部をアルカリ金属イオン(ナトリウムイオンまたはカリウムイオン)に置換したものであってもよい。 The electrolyte (L) preferably releases hydrogen ions upon dissolution. Therefore, the electrolyte (L) is preferably at least one selected from acids and acid salts, and may be an acid, an acid salt, or a mixture of both. When reducing the amount of metal cations (eg, alkali metal ions) present in the intermediate tank, the electrolyte (L) preferably does not contain metal cations. In that case, the electrolyte (L) is preferably an acid. Hereinafter, the acid used as the electrolyte (L) may be described as “acid (A)”. Examples of the acid (A) include phosphoric acid, dilute sulfuric acid, boric acid and the like. Examples of the acid salt include those in which a part of the hydrogen ion of these acids is replaced with a metal cation (for example, an alkali metal ion). The acidic salt may be one obtained by substituting a part of hydrogen ions of phosphoric acid or sulfuric acid with an alkali metal ion (sodium ion or potassium ion).
電解質(L)(たとえば上述した酸(A)および酸性塩)を構成する陰イオンは、水が電気分解される電位にある陽極において電気分解されにくい陰イオンであることが好ましい。そのような陰イオンの例には、リン酸イオン(PO4 3-)や硫酸イオン(SO4 2-)が含まれる。すなわち、酸(A)の好ましい一例である酸(A1)は、リン酸および硫酸から選ばれる少なくとも1種の酸である。陰イオンが塩化物イオン(Cl-)である場合、電気分解によって塩素ガスが生成する場合があるため、環境の点からは塩化物イオンを含まない電解質(L)を用いることが好ましい。 The anion constituting the electrolyte (L) (for example, the acid (A) and the acid salt described above) is preferably an anion that is not easily electrolyzed at an anode at a potential at which water is electrolyzed. Examples of such anions include phosphate ions (PO 4 3− ) and sulfate ions (SO 4 2− ). That is, the acid (A1), which is a preferred example of the acid (A), is at least one acid selected from phosphoric acid and sulfuric acid. When the anion is chloride ion (Cl − ), chlorine gas may be generated by electrolysis. Therefore, it is preferable to use an electrolyte (L) containing no chloride ion from an environmental point of view.
陽極槽に配置される水溶液に金属陽イオンを存在させることによって、その一部を中間槽に移動させることが可能である。それによって、中間槽のpHを調整することも可能である。たとえば、陽極槽内の金属陽イオン濃度を調整することによって、電気分解によって得られる亜塩素酸を含む水性液体のpHが、2.1〜9の範囲になるようにしてもよい。pHを当該範囲に調整することによって、液体の安定性を高めることができる場合がある。 By allowing the metal cation to be present in the aqueous solution disposed in the anode tank, a part thereof can be moved to the intermediate tank. Thereby, it is also possible to adjust the pH of the intermediate tank. For example, the pH of the aqueous liquid containing chlorite obtained by electrolysis may be in the range of 2.1 to 9 by adjusting the metal cation concentration in the anode tank. Adjusting the pH to the range may improve the stability of the liquid in some cases.
陽イオン交換膜に対して透過性が低い金属陽イオンを含む電解質(L)を用いてもよい。たとえば、水素イオンに比べて陽イオン交換膜の透過性が低い金属陽イオンを含む電解質(L)を用いてもよい。その場合、当該金属陽イオンの透過性が低い陽イオン交換膜を選択して用いてもよい。 An electrolyte (L) containing a metal cation having low permeability to the cation exchange membrane may be used. For example, an electrolyte (L) containing a metal cation whose permeability of the cation exchange membrane is lower than that of hydrogen ions may be used. In that case, a cation exchange membrane having low permeability of the metal cation may be selected and used.
電解質(L)の水溶液の濃度に特に限定はなく、所望の亜塩素酸の水性液体が得られる濃度であればよい。電解質(L)としてリン酸を用いる場合、たとえば、pH1程度のリン酸水溶液を用いてもよい。 The concentration of the aqueous solution of the electrolyte (L) is not particularly limited as long as a desired aqueous liquid of chlorous acid can be obtained. When phosphoric acid is used as the electrolyte (L), for example, a phosphoric acid aqueous solution having a pH of about 1 may be used.
陰極槽に配置される水溶液の溶質である亜塩素酸塩は、亜塩素酸イオン(ClO2 -)と、水素イオン以外の陽イオン(たとえば金属陽イオン)とによって構成される塩である。亜塩素酸塩は、亜塩素酸ナトリウムおよび亜塩素酸カリウムから選ばれる少なくとも1種であってもよい。すなわち、亜塩素酸塩は、亜塩素酸ナトリウムであってもよいし、亜塩素酸カリウムであってもよいし、両者の混合物であってもよい。その場合、陽極槽に配置される水溶液の電解質(L)として、上述した好ましい酸(A1)を用いてもよい。亜塩素酸塩の溶解によって生成する陽イオンは、電気分解時に陰極側に引き寄せられるため、電気分解時において中間槽には実質的に移動しない。 Chlorite, which is a solute of the aqueous solution placed in the cathode cell, is a salt composed of chlorite ions (ClO 2 − ) and cations other than hydrogen ions (eg, metal cations). The chlorite may be at least one selected from sodium chlorite and potassium chlorite. That is, the chlorite may be sodium chlorite, potassium chlorite, or a mixture of both. In that case, the above-mentioned preferred acid (A1) may be used as the electrolyte (L) of the aqueous solution disposed in the anode tank. Cations generated by dissolution of chlorite are attracted to the cathode side during electrolysis, and thus do not substantially move to the intermediate tank during electrolysis.
亜塩素酸塩の水溶液の濃度に特に限定はなく、所望の亜塩素酸の水性液体が得られる濃度であればよい。亜塩素酸塩として亜塩素酸ナトリウムや亜塩素酸カリウムを用いる場合、たとえば、それらの濃度が1000ppm〜4000ppm(質量ppm)の範囲にある水溶液を用いてもよい。 The concentration of the aqueous solution of chlorite is not particularly limited as long as a desired aqueous liquid of chlorite is obtained. When sodium chlorite or potassium chlorite is used as the chlorite, for example, an aqueous solution having a concentration in the range of 1000 ppm to 4000 ppm (mass ppm) may be used.
中間槽に配置される水性液体は、水を含む液体であり、何らかの水溶液であってもよいし、一般的な水(たとえば水道水など)であってもよい。 The aqueous liquid disposed in the intermediate tank is a liquid containing water, and may be any aqueous solution or general water (for example, tap water).
(亜塩素酸を含む水性液体を製造するための第1の方法)
亜塩素酸を含む水性液体を電気分解を利用して製造する第1の方法について、以下に説明する。この第1の製造方法を、以下では、「製造方法(M1)」と記載する場合がある。製造方法(M1)は、装置(E1)を用いて実施してもよい。装置(E1)で説明した事項について、製造方法(M1)に適用してもよい。同様に、製造方法(M1)で説明した事項について、装置(E1)に適用してもよい。
(First Method for Producing Aqueous Liquid Containing Chlorous Acid)
The first method for producing an aqueous liquid containing chlorite using electrolysis will be described below. Hereinafter, this first manufacturing method may be referred to as “manufacturing method (M1)”. The manufacturing method (M1) may be performed using the device (E1). The items described in the apparatus (E1) may be applied to the manufacturing method (M1). Similarly, the items described in the manufacturing method (M1) may be applied to the device (E1).
製造方法(M1)は、以下の工程(i)および(ii)を含む。工程(i)では、装置(E1)で説明した陽極槽、中間槽、および陰極槽のそれぞれに、上述した液体を配置する。上述したように、陽極槽には陽極が配置されており、陰極槽には陰極が配置されている。 The production method (M1) includes the following steps (i) and (ii). In the step (i), the above-described liquid is disposed in each of the anode tank, the intermediate tank, and the cathode tank described in the apparatus (E1). As described above, the anode is provided with the anode, and the cathode is provided with the cathode.
工程(ii)では、陽極と陰極との間に直流電圧を印加する。このとき、電圧印加(電気分解)によって、陽極において酸素ガス(酸素分子)および水素イオンが生成されるように電圧を印加する。陰極がガス生成電極である場合、電圧印加によって、陰極では、水素ガス(水素分子)および水酸化物イオンが生成される。一方、陰極が陽イオン吸着電極である場合、電圧印加によって、陰極には、亜塩素酸塩を構成する陽イオンが吸着される。工程(ii)の電圧印加によって、中間槽の水性液体における亜塩素酸の濃度が上昇する。
このようにして、亜塩素酸を含む水性液体が製造される。
In the step (ii), a DC voltage is applied between the anode and the cathode. At this time, a voltage is applied so that oxygen gas (oxygen molecules) and hydrogen ions are generated at the anode by voltage application (electrolysis). When the cathode is a gas generation electrode, hydrogen gas (hydrogen molecules) and hydroxide ions are generated at the cathode by voltage application. On the other hand, when the cathode is a cation adsorption electrode, cations constituting chlorite are adsorbed on the cathode by voltage application. By the voltage application in step (ii), the concentration of chlorous acid in the aqueous liquid in the intermediate tank increases.
In this way, an aqueous liquid containing chlorous acid is produced.
(亜塩素酸を含む水性液体を製造するための第2の製造装置)
亜塩素酸を含む水性液体を電気分解を利用して製造するための第2の製造装置について、以下に説明する。この第2の製造装置を、以下では「装置(E2)」と記載する場合がある。
(Second production device for producing aqueous liquid containing chlorous acid)
A second production apparatus for producing an aqueous liquid containing chlorite using electrolysis will be described below. Hereinafter, the second manufacturing apparatus may be referred to as “apparatus (E2)”.
装置(E2)は、陽極、陰極、陽極および陰極が配置された槽、ならびに、陽イオン交換膜を含む。槽は、陽イオン交換膜によって陽極槽と陰極槽とに仕切られている。陽極槽には陽極が配置されている。陰極槽には陰極が配置されている。陽極槽には電解質(L)の水溶液が配置される。陰極槽には亜塩素酸塩の水溶液が配置される。陰極は、電気分解時に陽イオンを吸着する電極である。 The apparatus (E2) includes an anode, a cathode, a vessel in which the anode and the cathode are arranged, and a cation exchange membrane. The cell is divided into an anode cell and a cathode cell by a cation exchange membrane. An anode is arranged in the anode tank. A cathode is arranged in the cathode cell. An aqueous solution of the electrolyte (L) is disposed in the anode tank. An aqueous solution of chlorite is placed in the cathode cell. The cathode is an electrode that adsorbs cations during electrolysis.
陽極には、上述したガス生成電極を用いることができる。陰極には、上述した陽イオン吸着電極を用いることができる。陽イオン交換膜には、上述した陽イオン交換膜を用いることができる。槽は、槽内に配置される液体を安定に保持できるものであればよく、電解槽に一般的に用いられる槽を適用できる。 The gas generating electrode described above can be used for the anode. The above-mentioned cation adsorption electrode can be used for the cathode. As the cation exchange membrane, the above-described cation exchange membrane can be used. The tank may be any one that can stably hold the liquid arranged in the tank, and a tank generally used for an electrolytic tank can be applied.
装置(E2)は、陽イオン交換膜と陰極との間に配置された第3の電極をさらに含んでもよい。電気分解中の少なくとも一時において、当該第3の電極の電位を、水素イオンが還元されて水素分子となる電位とすることによって、陰極に吸着される水素イオンの量を減らすことができる場合がある。第3の電極には、上述したガス生成電極を用いることができる。第3の電極には、陰極よりも水素過電圧が小さい電極を用いることが好ましい。 The device (E2) may further include a third electrode disposed between the cation exchange membrane and the cathode. At least one time during the electrolysis, by setting the potential of the third electrode to a potential at which hydrogen ions are reduced to hydrogen molecules, the amount of hydrogen ions adsorbed on the cathode may be reduced in some cases. . The above-mentioned gas generating electrode can be used as the third electrode. It is preferable to use an electrode having a smaller hydrogen overvoltage than the cathode as the third electrode.
陽極槽に配置される電解質の水溶液には、装置(E1)で説明した電解質の水溶液を用いることができる。陰極槽に配置される亜塩素酸塩の水溶液には、装置(E1)で説明した亜塩素酸塩の水溶液を用いることができる。それらの好ましい例および好ましい組み合わせには、装置(E1)で説明した好ましい例および好ましい組み合わせが含まれる。 The aqueous solution of the electrolyte described in the apparatus (E1) can be used as the aqueous solution of the electrolyte disposed in the anode tank. The aqueous chlorite solution described in the apparatus (E1) can be used as the aqueous chlorite solution disposed in the cathode cell. Preferred examples and preferred combinations thereof include the preferred examples and preferred combinations described in the device (E1).
(亜塩素酸を含む水性液体を製造するための第2の方法)
亜塩素酸を含む水性液体を電気分解を利用して製造する第2の方法について、以下に説明する。この第2の製造方法を、以下では、「製造方法(M2)」と記載する場合がある。製造方法(M2)は、装置(E2)を用いて実施してもよい。装置(E2)で説明した事項について、製造方法(M2)に適用してもよい。同様に、製造方法(M2)で説明した事項について、装置(E2)に適用してもよい。
(Second Method for Producing Aqueous Liquid Containing Chlorous Acid)
A second method for producing an aqueous liquid containing chlorite using electrolysis will be described below. Hereinafter, this second manufacturing method may be referred to as “manufacturing method (M2)”. The manufacturing method (M2) may be performed using the device (E2). The items described in the apparatus (E2) may be applied to the manufacturing method (M2). Similarly, the items described in the manufacturing method (M2) may be applied to the device (E2).
製造方法(M2)は、以下の工程(I)および(II)を含む。工程(I)では、装置(E2)で説明した陽極槽および陰極槽のそれぞれに、上述した液体を配置する。上述したように、陽極槽には陽極が配置されており、陰極槽には陰極が配置されている。 The production method (M2) includes the following steps (I) and (II). In the step (I), the above-described liquid is disposed in each of the anode tank and the cathode tank described in the apparatus (E2). As described above, the anode is provided with the anode, and the cathode is provided with the cathode.
工程(II)では、陽極と陰極との間に直流電圧を印加する。このとき、電圧印加(電気分解)によって、陽極において酸素ガスおよび水素イオンが生成され、陰極(陽イオン吸着電極)には亜塩素酸塩を構成する陽イオンが吸着されるように電圧を印加する。工程(II)の電圧印加によって、陰極槽の水溶液における亜塩素酸の濃度が上昇する。このようにして、亜塩素酸を含む水性液体(典型的には亜塩素酸の水溶液)が製造される。 In the step (II), a DC voltage is applied between the anode and the cathode. At this time, a voltage is applied such that oxygen gas and hydrogen ions are generated at the anode by voltage application (electrolysis), and cations constituting chlorite are adsorbed at the cathode (cation adsorption electrode). . By the voltage application in the step (II), the concentration of chlorite in the aqueous solution of the cathode tank increases. In this way, an aqueous liquid containing chlorous acid (typically, an aqueous solution of chlorous acid) is produced.
製造方法(M2)では、工程(II)における電気分解の際に、上述した第3の電極を用いてもよい。工程(II)における電気分解中の少なくとも一時において、第3の電極の電位は、水素イオンが還元されて水素分子となる電位とされる。 In the production method (M2), the above-described third electrode may be used in the electrolysis in the step (II). At least temporarily during the electrolysis in the step (II), the potential of the third electrode is set to a potential at which hydrogen ions are reduced to hydrogen molecules.
1つの観点では、上記の製造装置および製造方法は、亜塩素酸塩から亜塩素酸を製造するための製造装置および製造方法として利用することが可能である。別の観点では、上記の製造装置および製造方法は、亜塩素酸塩中の塩成分(金属陽イオン)を除去する方法として利用することが可能である。たとえば、陰極槽に配置した亜塩素酸塩の金属陽イオンを除去して50モル%以上(たとえば80モル%以上)を亜塩素酸に変えることが可能である。すなわち、解離前の状態に換算して、モル比で、亜塩素酸塩:亜塩素酸=0〜1:1(たとえば0〜0.25:1)の割合にある水性液体を得ることが可能である。 In one aspect, the manufacturing apparatus and the manufacturing method described above can be used as a manufacturing apparatus and a manufacturing method for manufacturing chlorite from chlorite. From another viewpoint, the above-described production apparatus and production method can be used as a method for removing a salt component (metal cation) in chlorite. For example, it is possible to remove 50% by mole or more (for example, 80% by mole or more) of chlorite by removing metal cations of chlorite disposed in the cathode cell. That is, it is possible to obtain an aqueous liquid having a molar ratio of chlorite: chlorite = 0 to 1: 1 (for example, 0 to 0.25: 1) in terms of a molar ratio in terms of a state before dissociation. It is.
上記の製造装置および製造方法によって得られる亜塩素酸の水性液体のpHに特に限定はない。当該水性液体は、酸性であってもよいし、中性であってもよい。 There is no particular limitation on the pH of the aqueous liquid of chlorite obtained by the above production apparatus and production method. The aqueous liquid may be acidic or neutral.
電気分解時の雰囲気温度、および、槽に配置される液体の温度に特に限定はなく、一般的な保管温度(たとえば10℃程度であってもよく、5℃〜20℃の範囲にあってもよい)において、当該温度にある液体を用いてもよい。 The ambient temperature during the electrolysis and the temperature of the liquid placed in the tank are not particularly limited, and may be a general storage temperature (for example, about 10 ° C. or 5 ° C. to 20 ° C.). Good), a liquid at that temperature may be used.
本発明の実施形態の例について、図面を参照しながら以下に説明する。なお、以下の説明では、同様の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。本発明の効果が得られる限り、以下の実施形態の構成は、上述した他の構成に置き換えることが可能である。以下の実施形態の装置の構成のうち、本発明の効果を奏するために必要でない構成は省略してもよい。1つの実施形態について説明した事項は、他の実施形態の構成に反しない限り他の実施形態にも適用できる。そのため、1つの実施形態で説明した事項は、他の実施形態の説明において説明を省略する場合がある。なお、以下の図では、電気等量や化学等量を無視して化学式を記載する場合がある。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. As long as the effects of the present invention can be obtained, the configurations of the following embodiments can be replaced with the other configurations described above. Among the configurations of the devices of the following embodiments, configurations that are not necessary for achieving the effects of the present invention may be omitted. Items described for one embodiment can be applied to other embodiments as long as they do not contradict the configuration of the other embodiments. Therefore, description of items described in one embodiment may be omitted in the description of another embodiment. In the following figures, chemical formulas may be described ignoring electrical equivalents and chemical equivalents.
(実施形態1)
実施形態1では、装置(E1)の一例について説明する。実施形態1の製造装置100の構成を、図1に模式的に示す。
(Embodiment 1)
In the first embodiment, an example of the device (E1) will be described. FIG. 1 schematically shows a configuration of the
装置100は、陽極(第1の電極)111、陰極(第2の電極)112、槽120、陽イオン交換膜131、隔膜132、および直流電源140を含む。槽120は、陽極槽121、陰極槽122、および、それらの間に配置された中間槽123を含む。陽極槽121と中間槽123とは、陽イオン交換膜131によって仕切られている。中間槽123と陰極槽122とは、隔膜132によって仕切られている。
The
陽極槽121には陽極111が配置されており、陰極槽122には陰極112が配置されている。陽極111および陰極112はそれぞれガス生成電極であり、たとえば、白金でコートされたチタン電極である。陽極111と陰極112とは、直流電源140に接続されている。
An
陽極槽121には電解質(L)の水溶液11が配置され、陰極槽122には亜塩素酸塩の水溶液12が配置される。中間槽123には、水性液体13が配置される。
An
亜塩素酸水溶液(亜塩素酸を含む水性液体)を、装置100を用いて製造する方法の一例について、図2を参照して説明する。なお、以下では、一例として、水溶液11としてリン酸(H3PO4)の水溶液を用い、水溶液12として亜塩素酸ナトリウム(NaClO2)の水溶液を用い、水性液体13として水を用いる場合について説明する。
An example of a method for producing an aqueous chlorite solution (aqueous liquid containing chlorite) using the
まず、陽極槽121および陰極槽122に上記水溶液を配置し、中間槽123に水を配置する。次に、陽極111と陰極112との間に、直流電源140によって直流電圧を印加する。このとき、陽極111が陽極となり陰極112が陰極となるように電圧を印加する。印加する電圧は、水が電気分解される電圧である。すなわち、陽極111で酸素ガスが生成され陰極112で水素ガスが生成される電圧が印加される。なお、印加する電圧が大きすぎると、電解質(L)の陰イオンなどが電気分解される場合があり、効率が低下する恐れがある。そのため、水は電気分解されるが電解質(L)の陰イオンは電気分解されにくい電圧を印加することが好ましい。
First, the aqueous solution is placed in the
電圧印加によって水が電気分解されると、陽極111では、酸素ガスおよび水素イオン(H+)が生成される。一方、陰極112では、水素ガスおよび水酸化物イオン(OH-)が生成される。生成された酸素ガスおよび水素ガスは、槽120の外部に放出される。陽極槽121の水素イオンの一部は、電界および濃度勾配によって、陽イオン交換膜131を通過して中間槽123に移動する。また、陰極槽122の亜塩素酸イオン(ClO2 -)の一部は、電界および濃度勾配によって、隔膜132を通過して中間槽123に移動する。その結果、中間槽123の水性液体は、亜塩素酸水溶液となる。中間槽123の亜塩素酸水溶液は、殺菌その他の用途に利用できる。
When water is electrolyzed by applying a voltage, oxygen gas and hydrogen ions (H + ) are generated at the
なお、中間槽123において、亜塩素酸の一部は水素イオンおよび亜塩素酸イオンに解離し、水素イオンおよび亜塩素酸イオンと、亜塩素酸とが平衡状態にあると考えられる。
In the
陰極112で生成される水酸化物イオンの一部は、隔膜132を通過して中間槽123に移動する。その結果、電気分解を続けると、水酸化物イオンの濃度が上昇し、水性液体13中の亜塩素酸の濃度の上昇が抑制される場合がある。また、電気分解を続けると、陰極槽122内の亜塩素酸イオンの濃度が低下する。そのため、濃度が高い亜塩素酸水溶液を得るために、電気分解をある程度実施したら、槽120内の液体を交換してもよい。
Some of the hydroxide ions generated at the
装置100において、陰極として陽イオン吸着電極を用いてもよい。陽イオン吸着電極である陰極112aを用いた製造装置100aによって亜塩素酸水溶液を製造する方法の一例について、図3を参照して説明する。以下では、図2で説明した一例と同様の液体を用いて亜塩素酸水溶液を製造する一例について説明する。
In the
まず、図2で説明した一例と同様に、陽極槽121、陰極槽122、および中間槽123に、上記液体を配置する。次に、陽極111が陽極となり陰極112aが陰極となるように、陽極111と陰極112aとの間に直流電圧を印加する。このとき、陽極111では水が電気分解されて酸素ガスが生成され陰極112aでは陽イオン(この一例ではナトリウムイオン)が吸着される電圧を印加する。印加する電圧が高すぎると、電解質(L)の陰イオンが陽極111で分解したり、陰極112aにおいて水の電気分解が生じたりして効率が低下する場合がある。そのため、それらの分解が生じにくい電圧を印加することが好ましい。
First, as in the example described with reference to FIG. 2, the liquid is placed in the
陽極111では、電気分解によって酸素ガスおよび水素イオンが生じる。一方、陰極112aにはナトリウムイオンが吸着される。上述したように、陽極槽121の水素イオンの一部は、陽イオン交換膜131を通過して中間槽123に移動する。また、陰極槽122の亜塩素酸イオン(ClO2 -)の一部は、隔膜132を通過して中間槽123に移動する。その結果、中間槽123の水は、亜塩素酸水溶液となる。陽イオン吸着電極である陰極112aを用いる場合、図2に示した一例とは異なり、水酸化物イオン濃度が過度に上昇することによる悪影響を避けることができる。
At the
図3の装置で電気分解を続けると、陰極112aの陽イオン吸着能力が低下するとともに、陰極槽122内の亜塩素酸イオンの濃度が低下する。陰極112aの吸着能力の低下に対しては、陰極112aを交換してもよいし、逆方向に電圧を印加するなどして、吸着された陽イオンを放出してもよい。亜塩素酸イオンの濃度の低下に対しては、陰極槽122内の液体を交換してもよいし、濃度が高い亜塩素酸ナトリウム水溶液、または、亜塩素酸ナトリウムを、陰極槽122内に投入してもよい。
When the electrolysis is continued in the apparatus of FIG. 3, the cation adsorption capacity of the
装置100および装置100aのいずれにおいても、中間槽123を通液式にしてもよい。その場合の装置100の一例を上方から見たときの構成を、図4に模式的に示す。図4に示すように、中間槽123には、2つの流路(流入路150aおよび流出路150b)が接続されている。水性液体13は、流入路150aから中間槽123に導入される。そして、電気分解によって生成された亜塩素酸水溶液が流出路150bから取り出される。この構成によれば、亜塩素酸水溶液を連続的に製造して利用できる。
In both the
(実施形態2)
実施形態2では、装置(E2)の一例について説明する。実施形態2の製造装置200の構成を、図5に模式的に示す。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, an example of the device (E2) will be described. FIG. 5 schematically shows the configuration of the
装置200は、陽極(第1の電極)111、陰極(第2の電極)112a、槽120、陽イオン交換膜131、および直流電源140を含む。槽120は、陽イオン交換膜131によって、陽極槽121と陰極槽122とに仕切られている。
The
装置200では、陽極111はガス生成電極であり、陰極112aは陽イオン吸着電極である。陽極槽121には電解質(L)の水溶液11が配置され、陰極槽122には亜塩素酸塩の水溶液12が配置される。
In the
亜塩素酸水溶液(亜塩素酸を含む水性液体)を、装置200を用いて製造する方法の一例について、図6を参照して説明する。なお、以下では、一例として、水溶液11としてリン酸水溶液を用い、水溶液12として亜塩素酸ナトリウム水溶液を用いる場合について説明する。
An example of a method for producing an aqueous chlorite solution (aqueous liquid containing chlorous acid) using the
まず、陽極槽121および陰極槽122に上記水溶液を配置する。次に、陽極111と陰極112aとの間に、直流電源140によって直流電圧を印加する。このとき、図3で説明した方法と同様に電圧を印加する。
First, the aqueous solution is placed in the
陽極111では、電気分解によって酸素ガスおよび水素イオンが生じる。一方、陰極112aにはナトリウムイオンが吸着される。上述したように、陽極槽121の水素イオンの一部は、陽イオン交換膜131を通過して陰極槽122に移動する。その結果、陰極槽122の液体は、亜塩素酸水溶液となる。
At the
図6の装置で電気分解を続けると、陰極112aの陽イオン吸着能力が低下する。陰極112aの吸着能力の低下に対しては、上述した方法で対処してもよい。
When the electrolysis is continued in the apparatus shown in FIG. 6, the cation adsorption capacity of the
なお、陰極槽122内の水素イオン濃度が上昇すると、陰極112aには、ナトリウムイオンだけでなく水素イオンも吸着されやすくなる。水素イオンが吸着されると、その分だけ製造効率が低下する。図6の装置200に比べて図3に示した装置100aは、水素イオンが陰極112aに吸着されにくいという利点を有する。
When the hydrogen ion concentration in the
装置(E2)は、上述した第3の電極を含んでもよい。第3の電極113を含む製造装置200aを用いて亜塩素酸水溶液を製造する方法の一例について、図7を参照して説明する。図7の装置200aは、第3の電極113を含むことを除いて装置200と同様の構成を有する。
The device (E2) may include the third electrode described above. An example of a method for manufacturing an aqueous chlorite solution using the
第3の電極113は、たとえば表面に白金が存在する電極である。図7に示す一例では、陰極112aと第3の電極113とを電気的に接続し、実質的に同じ電位としている。この場合、電気分解に伴って陰極112aに陽イオンが吸着され、陰極112aの電位および第3の電極113の電位が共に低下する。陰極112aに活性炭電極を用い第3の電極113に白金電極を用いる場合のように、水素過電圧が小さい電極を第3の電極113として用いる場合について考える。この場合、まず、第3の電極113で水素ガス生成が開始される。第3の電極113における水素ガス生成によって、陰極112aに吸着される水素イオンの量を低減できる可能性があり、その結果、陰極112aの利用効率を上げることができる可能性がある。
The
なお、第3の電極113を陰極112aに接続せず、第3の電極113の電位を陰極112aの電位とは異なる電位としてもよい。その場合、電気分解中の少なくとも一時において、第3の電極113の電位を、水素イオンが還元されて水素分子となる電位とする。これによって、陰極112aに吸着される水素イオンの量を低減できる。
Note that the potential of the
装置200aでも、装置200と同様の方法で亜塩素酸水溶液を製造できる。ただし、装置200aでは、第3の電極113によって、一部の水素イオンが還元されて水素ガスとなる。そのため、陰極112a(陽イオン吸着電極)に水素イオンが吸着されることによってナトリウムイオンが陰極112aに吸着されにくくなることを抑制できると考えられる。
The
本発明は、亜塩素酸を含む水性液体の製造に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention can be utilized for manufacture of the aqueous liquid containing chlorite.
11 電解質の水溶液
12 亜塩素酸塩の水溶液
13 水性液体
100、100a、200、200a 製造装置
111 陽極
112、112a 陰極
113 第3の電極
120 槽
121 陽極槽
122 陰極槽
123 中間槽
131 陽イオン交換膜
132 隔膜
140 直流電源
Claims (7)
陽極、陰極、前記陽極および前記陰極が配置された槽、陽イオン交換膜、ならびに、隔膜を含み、
前記槽は、中間槽と、中間槽を挟むように配置された陽極槽および陰極槽とに仕切られており、
前記陽極槽と前記中間槽とは前記陽イオン交換膜によって仕切られており、
前記中間槽と前記陰極槽とは前記隔膜によって仕切られており、
前記陽極槽には前記陽極が配置されており、
前記陰極槽には前記陰極が配置されており、
前記陽極槽には電解質の水溶液が配置され、
前記陰極槽には亜塩素酸塩の水溶液が配置され、
前記中間槽には水性液体が配置される、亜塩素酸を含む水性液体の製造装置。 A production apparatus for producing an aqueous liquid containing chlorite using electrolysis,
An anode, a cathode, a vessel in which the anode and the cathode are arranged, a cation exchange membrane, and a diaphragm,
The tank is divided into an intermediate tank and an anode tank and a cathode tank arranged so as to sandwich the intermediate tank,
The anode tank and the intermediate tank are partitioned by the cation exchange membrane,
The intermediate tank and the cathode tank are partitioned by the diaphragm,
The anode is disposed in the anode tank,
The cathode is disposed in the cathode tank,
An aqueous solution of an electrolyte is arranged in the anode tank,
An aqueous solution of chlorite is arranged in the cathode cell,
An apparatus for producing an aqueous liquid containing chlorite, wherein an aqueous liquid is disposed in the intermediate tank.
前記陰極は電気分解時に陽イオンを吸着する電極である、請求項1に記載の製造装置。 The anode is an electrode having platinum on its surface,
The manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the cathode is an electrode that adsorbs cations during electrolysis.
陽極、陰極、前記陽極および前記陰極が配置された槽、ならびに、陽イオン交換膜を含み、
前記槽は、前記陽イオン交換膜によって陽極槽と陰極槽とに仕切られており、
前記陽極槽には前記陽極が配置されており、
前記陰極槽には前記陰極が配置されており、
前記陽極槽には電解質の水溶液が配置され、
前記陰極槽には亜塩素酸塩の水溶液が配置され、
前記陰極は電気分解時に陽イオンを吸着する電極である、亜塩素酸を含む水性液体の製造装置。 A production apparatus for producing an aqueous liquid containing chlorite using electrolysis,
An anode, a cathode, a vessel in which the anode and the cathode are arranged, and a cation exchange membrane,
The tank is partitioned into an anode tank and a cathode tank by the cation exchange membrane,
The anode is disposed in the anode tank,
The cathode is disposed in the cathode tank,
An aqueous solution of an electrolyte is arranged in the anode tank,
An aqueous solution of chlorite is arranged in the cathode cell,
An apparatus for producing an aqueous liquid containing chlorite, wherein the cathode is an electrode that adsorbs cations during electrolysis.
The manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the chlorite is at least one selected from sodium chlorite and potassium chlorite.
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