JP2020012125A - Electrode for electrolysis and electric equipment provided with the same - Google Patents

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Shigeru Sasabe
笹部  茂
藤井 優子
Yuko Fujii
優子 藤井
勤 古田
Tsutomu Furuta
勤 古田
妃代江 郡司
Kiyoe Gunji
妃代江 郡司
福田 祐
Yu Fukuda
祐 福田
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Abstract

To suppress a reduction in ozone generation by peeling a surface layer from an intermediate layer of a noble metal.SOLUTION: A conductive substrate 12 and a reaction layer 13 formed on a surface of the conductive substrate 12 are provided, and the reaction layer 13 contains a conductive noble metal 14 and an oxide 15 of the conductive substrate. Therefore, since the reaction layer 13 contains an oxide of the same component as that of the conductive substrate 12, adhesion to the conductive substrate 12 is improved, peeling is suppressed, and long-term durability is improved. Moreover, since, in the reaction layer 13, the conductive noble metal 14 to be a reaction field for ozone generation is contained within a layer of the oxide of the conductive substrate to be a dielectric, an oxygen overvoltage is improved, ozone can be generated efficiently.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、水を電気分解し、オゾン等の活性物質を生成することができる電解用電極に関する。   The present invention relates to an electrode for electrolysis that can electrolyze water to generate an active substance such as ozone.

従来、この種の電解用電極は、導電性基体の表面に、貴金属、貴金属を含む合金、貴金属酸化物のいずれかを含む中間層を形成し、中間層の表面に、酸化触媒作用を有する誘電体を含む層状の表面層を形成するとともに、表面層には、表面層を貫通し中間層に到達する孔を形成している(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, this type of electrode for electrolysis forms an intermediate layer containing any of a noble metal, an alloy containing a noble metal, and a noble metal oxide on the surface of a conductive substrate, and forms a dielectric layer having an oxidation catalytic action on the surface of the intermediate layer. A layered surface layer including a body is formed, and holes are formed in the surface layer to penetrate the surface layer and reach the intermediate layer (for example, see Patent Document 1).

図4は、特許文献1に記載された従来の電解用電極の厚さ方向の概略断面拡大図を示すものである。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional enlarged view of a conventional electrolytic electrode described in Patent Document 1 in a thickness direction.

図4に示すように、電解用電極1は、導電性基体2の一方の表面に、貴金属、貴金属を含む合金、もしくは貴金属酸化物からなる中間層3が形成され、中間層3の表面には、タンタル、アルミニウム、チタン、タングステン、ニオブなどのアルコキシド化合物と溶剤の混合物を熱分解して得られる酸化物からなる誘電体材料の表面層4が形成される。   As shown in FIG. 4, in the electrode for electrolysis 1, an intermediate layer 3 made of a noble metal, an alloy containing a noble metal, or a noble metal oxide is formed on one surface of a conductive substrate 2. A surface layer 4 of a dielectric material made of an oxide obtained by thermally decomposing a mixture of a solvent and an alkoxide compound such as tantalum, aluminum, titanium, tungsten, or niobium is formed.

また、表面層4は、誘電体材料が中間層3の表面に塗布、常温乾燥、220℃乾燥、600〜700℃の高温焼成の工程を十数回繰り返して行なわれ、層状の構造となるように形成される。これにより、表面層4は、厚さ方向に多数のクラックが発生し、クラックを起点とし、表面層4を貫通して中間層3まで到達する孔5が形成される。   In addition, the surface layer 4 is formed by repeating a process of applying a dielectric material on the surface of the intermediate layer 3, drying at room temperature, drying at 220 ° C., and baking at a high temperature of 600 to 700 ° C. more than ten times, to form a layered structure. Formed. Thereby, many cracks are generated in the surface layer 4 in the thickness direction, and holes 5 are formed starting from the cracks and penetrating through the surface layer 4 and reaching the intermediate layer 3.

電解用電極1をアノードとし、カソード電極を用いて水を電気分解すると、電解用電極1の側では、水が孔5を通って中間層3に到達することにより、孔5と連接する中間層3の表面部分の僅かな面積上で電極反応が起こり、孔5と連接する中間層3の部分の貴金属の電流密度が上昇し、表面層4の孔5周囲の誘電体材料の触媒作用により酸素が酸化され、オゾンが生成される。   When the electrode 1 for electrolysis is used as an anode and water is electrolyzed using a cathode electrode, water reaches the intermediate layer 3 through the holes 5 on the side of the electrode 1 for electrolysis, so that an intermediate layer connected to the holes 5 is formed. An electrode reaction occurs on a small area of the surface portion of the surface layer 3, the current density of the noble metal in the portion of the intermediate layer 3 connected to the hole 5 increases, and oxygen is catalyzed by the dielectric material around the hole 5 of the surface layer 4. Is oxidized to produce ozone.

特開2006−97122号公報JP 2006-97122 A

しかしながら、前記従来の構成では、中間層3は、白金濃度が50g/Lと高濃度の塗布液を使用し、20回の塗布焼成を行って中間層を形成して、大部分が白金の酸化物で形成される。その為、導電性基体2のチタンとの密着性が低く、長期通電すると、導電性基体2と中間層3が剥離し、耐久性に欠ける課題を有していた。   However, in the above-described conventional configuration, the intermediate layer 3 is formed by applying a coating solution having a high platinum concentration of 50 g / L and performing baking 20 times to form the intermediate layer. Formed by objects. Therefore, the adhesion of the conductive substrate 2 to titanium is low, and when a long-term current is applied, the conductive substrate 2 and the intermediate layer 3 are peeled off, and there is a problem of lack of durability.

上記従来の課題を解決するために、本発明の電解用電極は、導電性基体と、前記導電性基体表面に形成した反応層とを備え、前記反応層は、導電性貴金属と前記導電性基体の酸化物を含有したものである。   In order to solve the above conventional problems, an electrode for electrolysis of the present invention comprises a conductive substrate and a reaction layer formed on the surface of the conductive substrate, wherein the reaction layer is formed of a conductive noble metal and the conductive substrate. Containing an oxide of

これにより、オゾンを生成する反応層は、導電性基材と同成分の酸化物を含有しているので導電性基材との密着性が向上し、剥離を抑制し、長期耐久性を向上することができる
。また、反応層では、オゾン生成の反応場となる導電性貴金属が、誘電体となる導電性基材の酸化物の層内に含有しているので、反応層の酸素過電圧を高め効率的にオゾン生成することができる。
Thereby, since the reaction layer that generates ozone contains an oxide of the same component as the conductive base material, the adhesion to the conductive base material is improved, peeling is suppressed, and long-term durability is improved. be able to. In addition, in the reaction layer, the conductive noble metal serving as a reaction field for ozone generation is contained in the oxide layer of the conductive base material serving as the dielectric, so that the oxygen overvoltage of the reaction layer is increased and the ozone is efficiently increased. Can be generated.

本発明によれば、安定したオゾンの生成を図ることができるとともに、長期耐久性を向上することがきる。   According to the present invention, stable generation of ozone can be achieved, and long-term durability can be improved.

本発明の実施の形態1における電解用電極の厚さ方向の概略断面拡大図FIG. 2 is an enlarged schematic cross-sectional view of the electrode for electrolysis in the thickness direction according to Embodiment 1 of the present invention 同電解用電極を用いた電解装置の概略図Schematic diagram of an electrolysis device using the same electrode for electrolysis 本発明の実施の形態2における電解用電極の厚さ方向の概略断面拡大図Schematic enlarged cross-sectional view in the thickness direction of the electrode for electrolysis according to Embodiment 2 of the present invention. 従来の電解用電極の厚さ方向の概略断面拡大図Schematic cross-sectional enlarged view in the thickness direction of a conventional electrode for electrolysis

第1の発明は、導電性基体と、前記導電性基体表面に形成した反応層とを備え、前記反応層は、導電性貴金属と前記導電性基体の酸化物を含有したものである。   A first invention includes a conductive substrate and a reaction layer formed on the surface of the conductive substrate, wherein the reaction layer contains a conductive noble metal and an oxide of the conductive substrate.

これにより、オゾンを生成する反応層は、導電性基体と同成分の酸化物を含有しているので、導電性基材との密着性が向上し、剥離を抑制し、長期耐久性を向上することができる。また、反応層では、オゾン生成の反応場となる導電性貴金属が、誘電体となる導電性基材の酸化物の層内に含有しているので、反応層の酸素過電圧を高め、効率的にオゾン生成することができる。   Thereby, the reaction layer that generates ozone contains an oxide of the same component as the conductive substrate, so that the adhesion to the conductive substrate is improved, peeling is suppressed, and long-term durability is improved. be able to. In addition, in the reaction layer, the conductive noble metal serving as a reaction field for ozone generation is contained in the oxide layer of the conductive base material serving as the dielectric. Ozone can be generated.

第2の発明は、特に、第1の発明の導電性基体は、Ti、導電性基体の酸化物は、酸化チタン(IV)としたものである。   In the second invention, in particular, the conductive substrate of the first invention is Ti, and the oxide of the conductive substrate is titanium oxide (IV).

これにより、電極基体の耐食性を確保すると共に、酸化チタン(IV)が反応層における誘電体として効果的に酸素過電圧を高め、効率的にオゾン生成することができる。   Thus, the corrosion resistance of the electrode substrate is ensured, and the titanium (IV) oxide can effectively increase the oxygen overvoltage as a dielectric in the reaction layer and efficiently generate ozone.

第3の発明は、特に、第1の発明または第2の発明の導電性貴金属は、Pt、Au、Ir、Ruのうち少なくともいずれかひとつの元素を含んだものである。   In the third invention, in particular, the conductive noble metal of the first invention or the second invention contains at least one element of Pt, Au, Ir, and Ru.

これにより、導電性及び耐食性に優れていることから、反応層内に分散した導電性貴金属間での導通を確保し、オゾン生成の反応場として機能させることができると共に、電極基体表面の酸化及び孔食を抑制することができる。   Thereby, since it is excellent in conductivity and corrosion resistance, conduction between the conductive noble metals dispersed in the reaction layer can be ensured, and it can function as a reaction field for ozone generation, and can oxidize the surface of the electrode substrate and Pitting corrosion can be suppressed.

第4の発明は、特に、第1〜第3のいずれかひとつの発明の反応層の表面に誘電体を形成するものである。   In a fourth aspect, a dielectric is formed on the surface of the reaction layer according to any one of the first to third aspects.

これにより、誘電体の形成段階で微細な電解液の流通路が反応層までに形成されるため、反応層での酸素過電圧を増加することができ、さらにオゾンと共にヒドロキシラジカル等の活性酸素種を生成することができる。   As a result, a fine electrolyte flow path is formed up to the reaction layer at the stage of forming the dielectric, so that the oxygen overvoltage in the reaction layer can be increased, and active oxygen species such as hydroxy radicals can be further removed together with ozone. Can be generated.

第5の発明は、特に、第4の発明の誘電体は、Ta、Si、Al、Tiのうち少なくともいずれかひとつの元素を含んだものである。   According to a fifth aspect of the present invention, in particular, the dielectric body according to the fourth aspect of the invention includes at least one element of Ta, Si, Al, and Ti.

これにより、反応層上に誘電体として緻密で細分化された流通路を形成し易くなり、さらに酸素過電圧の増加を容易に調節することができる。   This makes it easy to form a dense and finely divided flow passage as a dielectric on the reaction layer, and can easily adjust the increase in oxygen overvoltage.

以下、本実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited by the present embodiment.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における電解用電極の厚さ方向の概略断拡大図を示すものである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic enlarged cross-sectional view in the thickness direction of an electrode for electrolysis according to Embodiment 1 of the present invention.

図1において、電解用電極11は、導電性基体12であるTi基体の一方の表面に、反応層13が形成される。反応層13は、導電性貴金属14のPtとTi基体の酸化物である酸化チタン(IV)15を含有しており、層状に形成された酸化チタン(IV)15内にPt14が粒子状に分散して存在している。   In FIG. 1, a reaction layer 13 is formed on one surface of a Ti base, which is a conductive base 12, in an electrode for electrolysis 11. The reaction layer 13 contains Pt of the conductive noble metal 14 and titanium oxide (IV) 15 which is an oxide of a Ti base, and Pt 14 is dispersed in the titanium oxide (IV) 15 formed in a layer shape in the form of particles. Exist.

導電性基体12は、例えば、チタン、ニオブ、タンタル、ステンレスなどの金属が適用可能であるが、電源から印加された通電を反応層13の導電性貴金属14のPtへ低電圧で導通することができること、耐食性、機械的強度、加工性、価格などの点からチタンが適している。   For example, a metal such as titanium, niobium, tantalum, or stainless steel can be used for the conductive base 12. However, it is possible to conduct electricity applied from a power supply to Pt of the conductive noble metal 14 of the reaction layer 13 at a low voltage. Titanium is suitable from the viewpoints of capability, corrosion resistance, mechanical strength, workability, and price.

また、反応層13の導電性貴金属14には、Pt以外に、Au、Ir、Ruなどの貴金属が適用可能であるが、導電性貴金属14間での導通の確保、導電性基体12表面の酸化及び孔食抑制などの点からPtが適している。さらに、反応層13には、電解液が流通する流通路16が形成されており、ここを通じて外部から反応層13内に電解液が流入し、電気分解が行われる。   As the conductive noble metal 14 of the reaction layer 13, a noble metal such as Au, Ir, or Ru can be used in addition to Pt. However, it is possible to secure conduction between the conductive noble metals 14 and oxidize the surface of the conductive base 12. Pt is suitable in terms of pitting corrosion suppression and the like. Further, a flow passage 16 through which the electrolyte flows is formed in the reaction layer 13, through which the electrolyte flows into the reaction layer 13 from the outside to perform electrolysis.

次に、本実施の形態の電解用電極について、特に、ゾルゲル法による製造方法について説明する。   Next, the production method of the electrode for electrolysis of the present embodiment, particularly, the sol-gel method will be described.

まず、導電性基体12のチタン板をシュウ酸等の酸水溶液に浸漬し、70〜90℃に加熱してエッチング処理する。エッチング処理後の表面粗さは、Ra=2.0〜3.0μmになるようにエッチング処理する。そして、エッチング処理後、純水で超音波洗浄し、乾燥処理する。   First, the titanium plate of the conductive substrate 12 is immersed in an aqueous acid solution such as oxalic acid, and is heated to 70 to 90 ° C. to perform an etching process. The etching process is performed so that the surface roughness after the etching process is Ra = 2.0 to 3.0 μm. After the etching process, the substrate is subjected to ultrasonic cleaning with pure water and dried.

次に、導電性基体12上に反応層13を形成する。反応層13の導電性貴金属14の原料は、ヘキサクロロ白金酸六水和物を用い、プロパノール等の有機溶媒に所定量を混合溶解し、塗布液を作製する。ここで、塗布液のPt濃度は、1〜20g/Lに調整する。望ましくは、5〜10g/Lが適切な濃度である。   Next, the reaction layer 13 is formed on the conductive substrate 12. A raw material for the conductive noble metal 14 of the reaction layer 13 is hexachloroplatinic acid hexahydrate, and a predetermined amount is mixed and dissolved in an organic solvent such as propanol to prepare a coating solution. Here, the Pt concentration of the coating solution is adjusted to 1 to 20 g / L. Desirably, 5 to 10 g / L is a suitable concentration.

この調整した塗布液を導電性基体12に塗布する。塗布作業については、安定的に層形成するために、グローブボックス内で行うことが望ましい。また、導電性基体12への塗布は、ヘラ、刷毛、ローラー、スプレー塗装、ディップにて塗布する。あるいは、機械的設備を用いてスピンコーター、ロールコーターを用いて塗布する方法でもよい。   The prepared coating solution is applied to the conductive substrate 12. The coating operation is desirably performed in a glove box in order to stably form a layer. The application to the conductive substrate 12 is performed by a spatula, a brush, a roller, a spray coating, or a dip. Alternatively, a method of applying using a spin coater or a roll coater using mechanical equipment may be used.

導電性基体12に塗布液を塗布した後、150〜250℃で乾燥し、450〜550℃で焼成する。乾燥時間及び焼成時間は、それぞれ10分以上が望ましい。そして、1回目の塗布焼成が終わった後、2回目から4回目の塗布焼成を実施する。2回目から4回目についても1回目と同様の条件で塗布焼成を行う。ここでは、塗布焼成は4回としたが、その回数は1〜10回が適切な塗布焼成の回数であり、腐食抑制とオゾン生成の観点から4回が特に望ましい。   After applying the coating liquid to the conductive substrate 12, the coating liquid is dried at 150 to 250C and baked at 450 to 550C. The drying time and the baking time are each desirably 10 minutes or more. After the first application and firing, the second to fourth application and firing are performed. In the second to fourth times, the coating and baking are performed under the same conditions as in the first time. Here, the coating and baking were performed four times, but the number of times of the coating and baking is appropriately 1 to 10 times, and 4 times is particularly desirable from the viewpoints of corrosion suppression and ozone generation.

電解用電極11の反応層13は、以上のような製造方法により作製される。電解用電極11の反応層13は、導電性基体12の表面が焼成によって酸化成長することにより、層
状に酸化チタン(IV)15が形成される。そして、層状に形成された酸化チタン(IV)15内にPt14が粒子状に分散して存在している。塗布液のPt濃度を5〜20g/L、塗布焼成回数を4回とすることにより、従来技術のようにPtが主体の層を形成することはなく、焼成により導電性基体12の酸化成長が促進され酸化チタン(IV)15が主体の層を形成し、酸化チタン(IV)15の内部にPt14が粒子状に分散して存在する構造を形成する。
The reaction layer 13 of the electrode for electrolysis 11 is manufactured by the above-described manufacturing method. In the reaction layer 13 of the electrode 11 for electrolysis, the surface of the conductive substrate 12 is oxidized and grown by firing, so that titanium (IV) oxide 15 is formed in a layered manner. Then, Pt 14 is present in the form of particles dispersed in the titanium oxide (IV) 15 formed in a layer. By setting the Pt concentration of the coating liquid to 5 to 20 g / L and the number of times of coating and baking to four, a layer mainly composed of Pt is not formed as in the prior art, and the oxidative growth of the conductive substrate 12 is achieved by baking. This promotes the formation of a layer mainly composed of titanium oxide (IV) 15, and forms a structure in which Pt 14 is dispersed in the form of particles inside titanium oxide (IV) 15.

図2は、本実施の形態の電解用電極11を用いた流通式の電解装置の一例を示す概略図である。図2において、電解装置17は、水の流入口18と電解された水の流出口19が設けられた筐体20と、筐体20の内部に取り付けられたアノードとしての電解用電極11と、対極21と、電解用電極11及び対極21に通電するための直流電源22とを備えている。   FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a flow-type electrolysis apparatus using the electrolysis electrode 11 of the present embodiment. In FIG. 2, an electrolysis device 17 includes a housing 20 provided with an inlet 18 for water and an outlet 19 for electrolyzed water, an electrode 11 for electrolysis as an anode mounted inside the housing 20, A counter electrode 21 and a DC power supply 22 for supplying electricity to the electrolysis electrode 11 and the counter electrode 21 are provided.

本実施の形態の電解用電極11は、反応層13を形成した面が対極21と対向するように配置され、水が電解用電極11と対極20の間を流れるように流路を設けて構成している。   Electrolysis electrode 11 of the present embodiment is arranged such that the surface on which reaction layer 13 is formed is opposed to counter electrode 21 and is provided with a flow path so that water flows between electrode 11 for electrolysis and counter electrode 20. are doing.

次に、図2に示す電解装置17の動作とオゾン発生について説明する。   Next, the operation of the electrolysis device 17 shown in FIG. 2 and ozone generation will be described.

電解装置17には、水が、一端に設けられた流入口18から所定の流量で供給され、供給された水は、電解用電極11と対極21に接触しながら、両極の間で形成された流路を流れ、流出口19から排出される。電解装置17内の電解用電極11と対極21との間が水で満たされると、電解用電極11をアノード極、対極21をカソード極として直流電源22から電圧、もしくは電流が印加され、水を電気分解する。   Water is supplied to the electrolysis device 17 at a predetermined flow rate from an inlet 18 provided at one end, and the supplied water is formed between the two electrodes while contacting the electrolysis electrode 11 and the counter electrode 21. It flows through the flow path and is discharged from the outlet 19. When the space between the electrolysis electrode 11 and the counter electrode 21 in the electrolysis device 17 is filled with water, a voltage or current is applied from the DC power supply 22 using the electrolysis electrode 11 as an anode electrode and the counter electrode 21 as a cathode electrode, and water is applied. Electrolyze.

通常、アノード極である電解用電極11では、水の電気分解処理により酸素が発生し、カソード極である対極20では、水素が発生する。本実施の形態では、電解用電極11の水と接触する最表層には、反応層13を形成している。   Usually, oxygen is generated by electrolysis of water at the electrode for electrolysis 11 as an anode, and hydrogen is generated at the counter electrode 20 as a cathode. In the present embodiment, a reaction layer 13 is formed on the outermost layer of the electrode for electrolysis 11 that comes into contact with water.

図1に示すように、反応層13は、酸化チタン(IV)15中にPt14が分散して存在している。電解液は、流通路16を通じて反応層13内に流入し、流入した電解液は、酸化チタン(IV)15中に分散したPt14に到達し、水の電気分解が発生する。   As shown in FIG. 1, in the reaction layer 13, Pt 14 is dispersed in titanium oxide (IV) 15. The electrolytic solution flows into the reaction layer 13 through the flow passage 16, and the flowing electrolytic solution reaches Pt 14 dispersed in the titanium oxide (IV) 15, and electrolysis of water occurs.

導電性貴金属14としてPtを用いた場合、Ptは酸素過電圧があるので、酸素が発生する電位が他の金属に比べて比較的高い。さらに、Pt14の周辺には、酸化チタン(IV)15が形成されているので、酸化チタン(IV)15が誘電体として作用し、さらに酸素過電圧は高くなり、オゾン発生電位以上の電位になると、オゾンが生成される。   When Pt is used as the conductive noble metal 14, Pt has an oxygen overpotential, so that the potential at which oxygen is generated is relatively higher than other metals. Further, since titanium oxide (IV) 15 is formed around Pt 14, the titanium oxide (IV) 15 acts as a dielectric, further increases the oxygen overvoltage, and becomes higher than the ozone generation potential. Ozone is generated.

また、反応層13は、導電性基体12の表面に酸化チタン(IV)15の層が主体に形成されている。電極の導電性基体12と同じ元素で反応層13が形成されているので、導電性基体12と反応層13の密着性を確保することができる。さらに、導電性基体12の表面に接したPt14は、耐食性に優れた材料であることから、導電性基体12の酸化や孔食を抑制することができる。   In addition, the reaction layer 13 is mainly formed of a layer of titanium (IV) oxide 15 on the surface of the conductive substrate 12. Since the reaction layer 13 is formed of the same element as the conductive substrate 12 of the electrode, the adhesion between the conductive substrate 12 and the reaction layer 13 can be ensured. Further, since Pt 14 in contact with the surface of the conductive substrate 12 is a material having excellent corrosion resistance, oxidation and pitting of the conductive substrate 12 can be suppressed.

以上のように、本実施の形態においては、電解用電極は、導電性基体と、導電性基体表面に形成した反応層とを備え、反応層は、導電性貴金属と導電性基体の酸化物を含有したものである。   As described above, in the present embodiment, the electrode for electrolysis includes the conductive substrate and the reaction layer formed on the surface of the conductive substrate, and the reaction layer is formed of a conductive noble metal and an oxide of the conductive substrate. It contained.

これにより、オゾンを生成する反応層は、導電性基材と同成分の酸化物を含有しているので、基材との密着性が向上し、剥離を抑制し、長期耐久性を向上することができる。ま
た、反応層では、オゾン生成の反応場となる導電性貴金属が、誘電体となる導電性基材の酸化物の層内に含有しているので、反応層の酸素過電圧を高め、効率的にオゾンを生成することができる。
Thereby, since the reaction layer that generates ozone contains an oxide of the same component as the conductive base material, the adhesion to the base material is improved, peeling is suppressed, and long-term durability is improved. Can be. In addition, in the reaction layer, the conductive noble metal serving as a reaction field for ozone generation is contained in the oxide layer of the conductive base material serving as the dielectric. Ozone can be generated.

反応層13は、Pt14の白金酸溶液を塗布液として導電性基体12の表面に繰り返し塗布焼成して形成しているが、Tiのアルコキシドと白金酸を混合した混合溶液を塗布液として、導電性基体12の表面に繰り返し塗布焼成して反応層13を形成してもよい。この方法により反応層13を形成すると、反応層13の酸化チタン(IV)15の層厚をより制御しやすくなるので、オゾン生成がより安定した電解用電極を製造することができる。反応層13は、さらに、スクリーン印刷、スパッタリング、CVDによる製法も採用することができる。   The reaction layer 13 is formed by repeatedly applying and baking the surface of the conductive substrate 12 using a platinum acid solution of Pt14 as a coating solution, and using a mixed solution of a mixture of alkoxide of Ti and platinic acid as a coating solution. The reaction layer 13 may be formed by repeatedly applying and firing the surface of the base 12. When the reaction layer 13 is formed by this method, the thickness of the titanium (IV) oxide 15 of the reaction layer 13 can be more easily controlled, so that an electrode for electrolysis with more stable ozone generation can be manufactured. The reaction layer 13 can further employ a method of screen printing, sputtering, or CVD.

(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2における電解用電極の厚さ方向の概略断面拡大図を示すものである。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is an enlarged schematic cross-sectional view in the thickness direction of the electrode for electrolysis according to Embodiment 2 of the present invention.

図3において、電解用電極11は、反応層13の表面に誘電体23が形成される。導電性基体12及び反応層13については、実施の形態1と同一の形態である。   In FIG. 3, the electrode 23 for electrolysis has a dielectric 23 formed on the surface of the reaction layer 13. The conductive substrate 12 and the reaction layer 13 are the same as in the first embodiment.

本実施の形態の電解用電極の製造方法について以下説明する。   The method of manufacturing the electrode for electrolysis according to the present embodiment will be described below.

導電性基体12の前処理及び反応層13の形成は、実施の形態1と同一の方法で製造する。反応層13の形成後、誘電体23を反応層13の表面に形成する。   The pretreatment of the conductive substrate 12 and the formation of the reaction layer 13 are performed by the same method as in the first embodiment. After the formation of the reaction layer 13, the dielectric 23 is formed on the surface of the reaction layer 13.

誘電体23としてタンタル酸化物を形成する場合について説明する。   A case where tantalum oxide is formed as the dielectric 23 will be described.

まず、タンタル酸化物23の塗布液を作製する。原料としては、タンタルペンタエトキシドをプロパノール等の有機溶媒に混合溶解し、Taとして0.15mol/Lの濃度の塗布液を調整する。ここで、塗布液濃度は0.05〜2.0mol/Lが適用可能な濃度範囲である。電極表面へ均一に塗布する上では、0.1〜0.2mol/Lが望ましい。また、塗布液は、タンタルペンタエトキシドを用いたが、白金酸を混合して塗布液としてもよい。白金酸を混合して誘電体23を形成した場合には、誘電体23の層は、緻密な構造体となり、より過電圧を高めやすく安定したオゾン生成を確保することができる。   First, a coating liquid of the tantalum oxide 23 is prepared. As a raw material, tantalum pentaethoxide is mixed and dissolved in an organic solvent such as propanol, and a coating solution having a concentration of 0.15 mol / L as Ta is prepared. Here, the concentration of the coating solution is a concentration range in which 0.05 to 2.0 mol / L can be applied. For uniform application to the electrode surface, 0.1 to 0.2 mol / L is desirable. Further, tantalum pentaethoxide is used as the coating liquid, but platinum oxide may be mixed to form the coating liquid. When the dielectric material 23 is formed by mixing platinic acid, the layer of the dielectric material 23 has a dense structure, and the overvoltage is easily increased, and stable ozone generation can be secured.

次に、上述したように調整した塗布液を反応層13表面に塗布する。塗布作業については、タンタルペンタエトキシド等反応性の高いアルコキシドに対しては、安定的に層形成するために、湿度調整した空間、例えば、グローブボックス内で行うことが望ましい。また、反応層13への塗布は、反応層13と同様に、ヘラ、刷毛、ローラー、スプレー塗装、ディップにて塗布する。あるいは、機械的設備を用いてスピンコーター、ロールコーターを用いて塗布する方法でもよい。   Next, the coating solution adjusted as described above is applied to the surface of the reaction layer 13. The coating operation is preferably performed in a humidity-adjusted space, for example, in a glove box, in order to stably form a layer of highly reactive alkoxide such as tantalum pentaethoxide. The application to the reaction layer 13 is performed by a spatula, a brush, a roller, a spray coating, or a dip, similarly to the reaction layer 13. Alternatively, a method of applying using a spin coater or a roll coater using mechanical equipment may be used.

反応層13に塗布液を塗布した後、150〜250℃で乾燥し、550〜650℃で焼成する。乾燥時間及び焼成時間は、それぞれ10分以上が望ましい。   After applying the coating solution to the reaction layer 13, the coating is dried at 150 to 250 ° C. and baked at 550 to 650 ° C. The drying time and the baking time are each desirably 10 minutes or more.

そして、1回目の塗布焼成が終わった後、2回目から25回目の塗布焼成を実施する。2回目から25回目についても、1回目と同様の条件で塗布焼成を行う。ここでは、塗布焼成は、25回としたが、20〜30回が適切な塗布焼成の回数であり、オゾン生成の観点と製造プロセスコストの観点から25回が特に望ましい。   After the first application and firing, the second to 25th application and firing are performed. From the second time to the 25th time, the coating and baking are performed under the same conditions as the first time. Here, the number of times of application and firing is 25 times, but 20 to 30 times is an appropriate number of times of application and firing, and 25 times is particularly desirable in terms of ozone generation and manufacturing process cost.

次に、図3に示す電解用電極11について、オゾン生成の作用について説明する。   Next, the action of ozone generation for the electrode for electrolysis 11 shown in FIG. 3 will be described.

図3に示すように、タンタル酸化物23と反応層13に形成された流通路16を通じて流入した電解液は、酸化チタン(IV)15中に分散したPt14に到達し、水の電気分解が生じる。反応層13のPt14の周辺には、酸化チタン(IV)15が形成されており、酸化チタン(IV)15の上にタンタル酸化物23が形成される。これにより、タンタル酸化物23の誘電作用によって、実施の形態1に比べて、さらに酸素過電圧を増加することができ、よりオゾンと共にヒドロキシラジカル等の活性酸素種を生成することができる。   As shown in FIG. 3, the electrolyte flowing through the tantalum oxide 23 and the flow passage 16 formed in the reaction layer 13 reaches Pt 14 dispersed in the titanium (IV) oxide 15, and electrolysis of water occurs. . A titanium oxide (IV) 15 is formed around Pt 14 of the reaction layer 13, and a tantalum oxide 23 is formed on the titanium oxide (IV) 15. Thereby, due to the dielectric action of tantalum oxide 23, the oxygen overvoltage can be further increased as compared with the first embodiment, and active oxygen species such as hydroxy radicals can be generated together with ozone.

以上のように、本実施の形態においては、反応層13の表面にタンタル酸化物23を形成することにより、タンタル酸化物の誘電作用により、さらに酸素過電圧を増加することができ、よりオゾンと共にヒドロキシラジカル等の活性酸素種を生成することができる。   As described above, in the present embodiment, by forming the tantalum oxide 23 on the surface of the reaction layer 13, the oxygen overvoltage can be further increased by the dielectric action of the tantalum oxide, and the hydroxy Active oxygen species such as radicals can be generated.

また、本実施の形態では、誘電体23をタンタル酸化物としたが、Al、Si、Tiの酸化物を形成してもよい。Siの酸化物とした場合は、アルカリ環境での電極耐久性が向上する。また、Tiの酸化物を適用した場合は、反応層13の酸化チタン(IV)15との密着性を確保することができ、電極耐久性が向上する。   Further, in the present embodiment, the dielectric 23 is made of tantalum oxide, but an oxide of Al, Si, or Ti may be formed. When the oxide of Si is used, the electrode durability in an alkaline environment is improved. When a Ti oxide is used, the adhesion of the reaction layer 13 to the titanium (IV) oxide 15 can be ensured, and the electrode durability is improved.

誘電体23の形成方法についても本実施の形態ではゾルゲル法について説明したが、スクリーン印刷、スパッタリング、CVDによる製法も採用することができる。   Although the sol-gel method has been described in the present embodiment as a method for forming the dielectric 23, a method using screen printing, sputtering, or CVD may be employed.

以上のように、本発明にかかる電解用電極は、安定したオゾンの生成や耐久性を向上させるとともに、生産性に優れているので、オゾンによる水や食品の除菌、臭気成分の分解による室内の脱臭、風呂水の浄化、浴槽の汚染防止などの機能を有する電解装置を備えた電気機器に適用できる。   As described above, the electrode for electrolysis according to the present invention improves the production and durability of stable ozone, and is excellent in productivity. The present invention can be applied to an electric device having an electrolytic device having functions such as deodorization, bath water purification, and prevention of bathtub contamination.

11 電解用電極
12 導電性基体
13 反応層
14 導電性貴金属
15 導電性基体の酸化物
23 誘電体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Electrolysis electrode 12 Conductive base 13 Reaction layer 14 Conductive noble metal 15 Oxide of conductive base 23 Dielectric

Claims (5)

導電性基体と、前記導電性基体表面に形成した反応層とを備え、前記反応層は、前記導電性基体の酸化物と導電性貴金属を含有する電解用電極。 An electrolysis electrode comprising: a conductive substrate; and a reaction layer formed on the surface of the conductive substrate, wherein the reaction layer contains an oxide of the conductive substrate and a conductive noble metal. 前記導電性基体は、Ti、前記導電性基体の酸化物は、酸化チタン(IV)TiO2とした請求項1に記載の電解用電極。 The electrode for electrolysis according to claim 1, wherein the conductive substrate is Ti, and the oxide of the conductive substrate is titanium oxide (IV) TiO2. 前記導電性貴金属は、Pt、Au、Ir、Ruのうち少なくともいずれかひとつとした請求項1または請求項2に記載の電解用電極。 The electrode for electrolysis according to claim 1 or 2, wherein the conductive noble metal is at least one of Pt, Au, Ir, and Ru. 前記反応層の表面に誘電体を形成する請求項1〜3のいずれか1項に記載の電解用電極。 The electrode for electrolysis according to any one of claims 1 to 3, wherein a dielectric is formed on a surface of the reaction layer. 前記誘電体は、Ta、Al、Si、Tiの酸化物のうち少なくともいずれかひとつを含む請求項4に記載の電解用電極。 The electrode according to claim 4, wherein the dielectric includes at least one of oxides of Ta, Al, Si, and Ti.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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