JP2670935B2 - Electrolysis method - Google Patents

Electrolysis method

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JP2670935B2
JP2670935B2 JP4088312A JP8831292A JP2670935B2 JP 2670935 B2 JP2670935 B2 JP 2670935B2 JP 4088312 A JP4088312 A JP 4088312A JP 8831292 A JP8831292 A JP 8831292A JP 2670935 B2 JP2670935 B2 JP 2670935B2
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長一 古屋
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、塩化アルカリ金属水溶
液を酸素陰極を使用するイオン交換膜法で電解する際
に、高電解効率で苛性アルカリ水溶液を得る電解方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrolysis method for obtaining an aqueous caustic alkali solution with high electrolysis efficiency when an aqueous alkali metal chloride solution is electrolyzed by an ion exchange membrane method using an oxygen cathode.

【0002】[0002]

【従来の技術】塩化アルカリ金属水溶液(以下「塩水」
という)を酸素陰極を使用するイオン交換膜法で電解
し、苛性アルカリを製造する方法は公知である。この製
造方法は、その大要が、陽極を有し、塩水を入れた陽極
室と、陰極を有し、水又は苛性アルカリ水溶液を入れた
陰極室とを、一般に陽イオン交換膜であるイオン交換膜
により区画し、両電極間に通電して電解する際に、陰極
として素材が多孔質体からなり酸素含有ガスが供給され
るガス拡散電極、いわゆる酸素電極を用いて電解するこ
とにより、陰極室に苛性アルカリを得るものであって、
その陰極では水素−酸素反応が起こり、陰極電位が低下
し、電解電圧がかなり低くなるという利点を有する。こ
の製造方法を開示した特許文献としては、例えば、特開
昭54−97600号、同56−44784号、同56
−130482号、同57−152479号、同59−
133386号、同61−266591号、特公昭58
−44156号、同58−49639号、同60−95
95号及び同61−20634号公報などが挙げられ
る。
2. Description of the Related Art Alkali metal chloride aqueous solution (hereinafter "salt water")
It is known that the caustic alkali is produced by electrolyzing the above) by an ion exchange membrane method using an oxygen cathode. In this manufacturing method, the outline is that an anode chamber having an anode and containing salt water and a cathode chamber having a cathode and containing water or an aqueous solution of caustic alkali are generally a cation exchange membrane. When a cell is divided by a membrane and electrolysis is performed by energizing between both electrodes, the cathode chamber is electrolyzed using a gas diffusion electrode, a so-called oxygen electrode, which is made of a porous material and is supplied with an oxygen-containing gas. To get caustic,
At the cathode, a hydrogen-oxygen reaction takes place, which has the advantage that the cathode potential drops and the electrolysis voltage drops considerably. Patent documents disclosing this production method include, for example, JP-A-54-97600, JP-A-56-44784, and JP-A-56-47484.
-130482, 57-152479, 59-
No. 133386, No. 61-266591, and Japanese Patent Publication 58
-44156, 58-4969, 60-95.
95 and 61-20634, etc. are mentioned.

【0003】これらの酸素陰極を使用するイオン交換膜
法電解の特許文献においては、酸素陰極の製法や性能の
向上にのみ関心が払われており、電解槽の運転方法につ
いては殆ど考慮がなされていなかった。酸素陰極を使用
するイオン交換膜法電解においては、高電解効率を達成
することが必要で、そのために高電流効率或いは低電圧
を得ることが大切であり、高電流効率は主にイオン交換
膜、低電圧は主に酸素陰極の性能によるところが大きい
が、従来、該高電解効率を達成する電解槽の運転方法は
殆ど提案されていなかった。
In the patent documents of the ion exchange membrane method electrolysis using these oxygen cathodes, attention is paid only to the production method and performance improvement of the oxygen cathode, and the operation method of the electrolytic cell is almost considered. Did not. In the ion exchange membrane method electrolysis using an oxygen cathode, it is necessary to achieve high electrolysis efficiency, and therefore it is important to obtain high current efficiency or low voltage, and high current efficiency is mainly due to ion exchange membrane, The low voltage depends largely on the performance of the oxygen cathode, but heretofore, few methods have been proposed for operating an electrolytic cell to achieve the high electrolysis efficiency.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このイオン交換膜電解
法において、酸素陰極を使用しないで、水素ガスを発生
する陰極を使用する従来型の電解方法では、陰極液中を
水素ガスが上昇するため、陰極とイオン交換膜との間隔
をあまり狭くすることができなくて、電極間の距離が大
きくなるし、またその水素ガス泡が電極間に存在するた
め、電極間の通電できる電解液の断面積が減少するの
で、電極間の抵抗が増して電解電圧が高くなるという欠
点があった。その水素ガスの発生に際して水素過電圧の
発生があることも、前述のように電解電圧を高くする一
因となっている。そして、前記の酸素陰極を使用した新
しい電解方法は、水素ガスが発生しないので、前述した
ような欠点を有せず、低い電解電圧で電解できるという
大きな利点を有する。
In this ion-exchange membrane electrolysis method, in the conventional electrolysis method using a cathode that generates hydrogen gas without using an oxygen cathode, hydrogen gas rises in the catholyte. , The distance between the cathode and the ion exchange membrane cannot be made too narrow, the distance between the electrodes becomes large, and the hydrogen gas bubbles exist between the electrodes, so that the electrolyte that can be energized between the electrodes is cut off. Since the area is reduced, there is a drawback that the resistance between the electrodes is increased and the electrolysis voltage is increased. The occurrence of a hydrogen overvoltage when the hydrogen gas is generated also contributes to increasing the electrolysis voltage as described above. Since the new electrolysis method using the oxygen cathode does not generate hydrogen gas, it does not have the drawbacks described above and has a great advantage that electrolysis can be performed at a low electrolysis voltage.

【0005】しかし、この酸素陰極を用いるイオン交換
膜電解法では、前記のような利点をもたらす一方で、そ
の電流効率が水素ガスを発生する陰極を使用する従来型
の電解方法に比して低いという欠点があることがわかっ
た。苛性アルカリの電解効率は、一般的に電流効率に比
例し、電解電圧に反比例するから、折角酸素陰極の使用
により電解電圧を低下させることができても、電流効率
が低下しては全体的に効果の改善がなされないことにな
ってしまう。
However, while the ion-exchange membrane electrolysis method using the oxygen cathode brings about the above-mentioned advantages, its current efficiency is lower than that of the conventional electrolysis method using the cathode that generates hydrogen gas. I found that there is a drawback. Since the electrolysis efficiency of caustic is generally proportional to the current efficiency and inversely proportional to the electrolysis voltage, even if the electrolysis voltage can be lowered by using the bent oxygen cathode, the current efficiency will be lowered as a whole. The effect will not be improved.

【0006】また、酸素陰極を使用するイオン交換膜法
電解においては、電解中に電圧が上昇したり、酸素含有
ガスが苛性アルカリ水溶液中に洩れ込むという現象が生
ずる。この現象が生ずると電圧が上昇するので、酸素陰
極内では苛性アルカリ水溶液と酸素含有ガスが反応が最
も効率良く行われるように存在する必要がある。本発明
は、この酸素陰極を使用するイオン交換膜法で電解する
方法において、電流効率を向上させ、或いは電解電圧を
一層低減させた電解方法を得ることを目的とするもので
ある。また、本発明は、この酸素陰極を使用するイオン
交換膜法で電解する方法において、未だ明らかになって
いない高電解効率を達成する運転方法を提供することを
目的とするものである。
Further, in the ion exchange membrane method electrolysis using an oxygen cathode, there occurs a phenomenon that the voltage rises during the electrolysis and the oxygen-containing gas leaks into the caustic aqueous solution. Since the voltage rises when this phenomenon occurs, the caustic aqueous solution and the oxygen-containing gas must be present in the oxygen cathode so that the reaction can be carried out most efficiently. An object of the present invention is to obtain an electrolysis method in which the current efficiency is improved or the electrolysis voltage is further reduced in the method of electrolyzing by the ion exchange membrane method using the oxygen cathode. It is another object of the present invention to provide an operating method for achieving a high electrolysis efficiency which has not yet been clarified in the method of electrolyzing by the ion exchange membrane method using the oxygen cathode.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の実
情に鑑み、酸素陰極を使用するイオン交換膜法電解にお
いて、高電解効率を得る電解方法ないし運転方法の確立
を達成しようとして鋭意研究を重ねた結果、本発明を完
成するに至った。本発明者が、酸素陰極を使用するイオ
ン交換膜法電解において、従来の水素発生型のイオン交
換膜法電解と比べて電流効率がやや低いという現象が生
ずる原因を検討したところ、それは次の理由によること
が明らかになった。従来の水素発生型のイオン交換膜法
電解槽では、水素ガスの上昇などによる攪拌のため陰極
室内の苛性アルカリ水溶液における苛性アルカリ濃度の
バラツキは極めて小さく、一方酸素陰極を使用するイオ
ン交換膜法電解においては、水素ガスの発生がないた
め、陰極室の縦方向に苛性アルカリ濃度の分布ができ、
最適苛性アルカリ濃度になっていなかった。このため、
電解槽の陰極室における苛性アルカリ水溶液が苛性アル
カリ濃度についてなるべく均一化を図ればよいことに着
想し、その均一化の手段を検討し、かつ均一化が許容さ
れる範囲を検討した。 さらに、電解電圧を一層低減させ
るためには、酸素陰極における苛性アルカリ水溶液側の
圧力と酸素含有ガス側の圧力との関係について検討した
結果、苛性アルカリ水溶液側の圧力を高くすることが好
ましいことがわかり、その条件をを検討した。
In view of the above circumstances, the present inventors have earnestly tried to establish an electrolysis method or an operation method for obtaining high electrolysis efficiency in ion exchange membrane electrolysis using an oxygen cathode. As a result of repeated research, the present invention has been completed. The present inventor, in the ion exchange membrane method electrolysis using an oxygen cathode, examined the cause of the phenomenon that the current efficiency is slightly lower than the conventional hydrogen generation type ion exchange membrane method electrolysis, and the reason is as follows. It became clear by the. In the conventional hydrogen generation type ion exchange membrane electrolysis cell, the dispersion of the caustic alkali concentration in the caustic alkali aqueous solution in the cathode chamber is extremely small due to stirring due to the rise of hydrogen gas, while the ion exchange membrane electrolysis using an oxygen cathode is used. In, since there is no generation of hydrogen gas, the caustic alkali concentration can be distributed in the vertical direction of the cathode chamber,
The optimum caustic concentration was not reached. For this reason,
It was conceived that the caustic alkali solution in the cathode chamber of the electrolytic cell should be made as uniform as possible in caustic alkali concentration, and the means for homogenizing the caustic alkali was investigated, and the range in which the homogenization was allowed was examined . Furthermore, further reduce the electrolysis voltage
In order to do so,
The relationship between pressure and pressure on the oxygen-containing gas side was examined
As a result, it is preferable to increase the pressure on the caustic solution side.
We found that it was better, and examined the conditions.

【0008】即ち、本発明は、次の手段によって前記の
目的を達成することができた。 (1)塩化アルカリ金属水溶液を酸素陰極を使用するイ
オン交換膜法で電解する方法において、前記酸素陰極は
その裏側にガス室を有し、そこへ酸素含有ガスが供給さ
れ、表側が陰極液の苛性アルカリ水溶液に接しており、
陰極室内の前記酸素陰極の苛性アルカリ水溶液側の圧力
が酸素含有ガス側の圧力より5000Pa.以上10 6
Pa.以下高くすることを特徴とする電解方法。 (2)前記酸素陰極はその撥水部の孔径が0.1μm以
下であることを特徴とする前記(1)項記載の電解方
法。
That is, the present invention was able to achieve the above object by the following means. (1) In the method of electrolyzing an alkali metal chloride aqueous solution by an ion exchange membrane method using an oxygen cathode , the oxygen cathode is
It has a gas chamber on the back side, to which oxygen-containing gas is supplied.
The front side is in contact with the caustic aqueous solution of catholyte,
Pressure on the caustic solution side of the oxygen cathode in the cathode chamber
Is 5,000 Pa.s from the pressure on the oxygen-containing gas side. More than 10 6
Pa. An electrolysis method characterized by increasing the temperature below . (2) The oxygen cathode has a water repellent portion having a pore diameter of 0.1 μm or less.
It is below, The electrolysis method of said (1) term .

【0009】本発明は、陰極室から苛性アルカリ水溶液
を室外に導出し、それを再び陰極室に導入することによ
り、苛性アルカリ水溶液を陰極室で循環し、その際陰極
室内における苛性アルカリ水溶液の苛性アルカリの最大
濃度と最小濃度との差が30g/リットル以下、好まし
くは20g/リットル以下、更に好ましくは10g/リ
ットル以下とすることにより、陰極室における苛性アル
カリ水溶液の均一化を図っている。苛性アルカリの濃度
差が30g/リットルより大きい場合、高電流効率が得
られず好ましくない。
The present invention relates to a caustic aqueous solution from a cathode chamber.
By introducing it to the outside of the room and then introducing it again into the cathode room.
The aqueous caustic solution is circulated in the cathode chamber, and the maximum amount of caustic
By setting the difference between the concentration and the minimum concentration to 30 g / liter or less, preferably 20 g / liter or less, and more preferably 10 g / liter or less, the caustic aqueous solution in the cathode chamber is made uniform. When the difference in the concentration of caustic is larger than 30 g / liter, high current efficiency cannot be obtained, which is not preferable.

【0010】本発明において、陰極室で苛性アルカリ水
溶液を循環する手段としては、種々の手段が考えられる
が、陰極室出口から陰極液の苛性アルカリ水溶液を外部
へ取り出し、それを陰極室入口より導入する方式が最も
一般的であり、陰極室出口から取り出される苛性アルカ
リ水溶液が苛性アルカリ濃度が最も高く、陰極室入口か
ら導入される苛性アルカリ水溶液は苛性アルカリ濃度が
最も低くなるから、この両者の苛性アルカリ濃度差が前
記の範囲内にあるようにする。また、イオン交換膜法で
は陰極室が薄いため、陰極室の内部で苛性アルカリ水溶
液を循環することは困難であるので、陰極室の外側で電
解槽の内部に液通路を設けて、それを液循環路としても
よい。さらに、従来の隔膜式電解槽で知られているよう
に、陰極室の外周部で電解に関与しない部分に液通路を
設けるようにしてもよい。
In the present invention, various means can be considered as means for circulating the caustic aqueous solution in the cathode chamber, but the caustic aqueous solution of the catholyte is taken out from the outlet of the cathode chamber and introduced from the inlet of the cathode chamber. The most common method is that the caustic alkali aqueous solution taken out from the cathode chamber outlet has the highest caustic alkali concentration and the caustic alkaline aqueous solution introduced from the cathode chamber inlet has the lowest caustic alkali concentration. The alkali concentration difference should be within the above range. Further, in the ion exchange membrane method, since the cathode chamber is thin, it is difficult to circulate the caustic aqueous solution inside the cathode chamber.Therefore, a liquid passage is provided inside the electrolytic cell outside the cathode chamber, It may be a circulation path. Further, as is known in the conventional diaphragm type electrolytic cell, a liquid passage may be provided in a portion that does not participate in electrolysis in the outer peripheral portion of the cathode chamber.

【0011】本発明者らの検討によると、例えば、陰極
室出口から陰極室入口へ苛性アルカリ水溶液を循環する
方式を採用して、陰極室出口と陰極室入口の陰極液の苛
性アルカリ濃度差をある一定値にする場合、苛性アルカ
リ水溶液の循環流速は、電流効率、電流密度、極間距
離、陰極室の縦方向の寸法により変化させることが好ま
しいことが明らかとなった。即ち、苛性アルカリ水溶液
循環流速と電流効率は正比例の関係、そして苛性アルカ
リ水溶液循環流速と電流密度は正比例の関係、苛性アル
カリ水溶液循環流速と極間距離は反比例の関係、そして
苛性アルカリ水溶液循環流速と縦方向の寸法は正比例の
関係にある。これらの知見により酸素陰極使用イオン交
換膜法電解槽の任意の仕様、電解条件において最高のイ
オン交換膜性能を得ることが可能となった。
According to the study by the present inventors, for example, a method of circulating a caustic alkali aqueous solution from the cathode chamber outlet to the cathode chamber inlet is adopted to determine the difference in caustic alkali concentration between the cathode chamber outlet and the cathode chamber inlet. It has been clarified that it is preferable to change the circulating flow rate of the caustic aqueous solution depending on the current efficiency, the current density, the distance between the electrodes, and the vertical dimension of the cathode chamber when the value is set to a certain value. That is, the caustic aqueous solution circulation flow rate and the current efficiency are directly proportional, the caustic aqueous solution circulation flow rate and the current density are directly proportional, the caustic aqueous solution circulation flow rate and the inter-electrode distance are inversely proportional, and the caustic aqueous solution circulation flow rate is The vertical dimension is directly proportional. Based on these findings, it has become possible to obtain the best ion exchange membrane performance under any specifications and electrolysis conditions of the ion exchange membrane method electrolytic cell using an oxygen cathode.

【0012】本発明の酸素陰極を使用するイオン交換膜
法電解では、前記イオン交換膜や酸素陰極などとして従
来知られているものを使用することができる。そのイオ
ン交換膜としては、耐薬品性において非常に優れている
ことが知られているパーフルオロ系の陽イオン交換膜が
適しており、極性基としてカルボン酸基を有するパーフ
ルオロ系樹脂単独からなる膜でも良いし、またカルボン
酸基を有するパーフルオロ系樹脂層とスルホン酸基を有
するパーフルオロ系樹脂層との2層膜でも良い。スルホ
ン酸基を有するパーフルオロ系樹脂膜も知られている
が、イオン選択性が前記のものより劣るので、前記の二
者を用いることが好ましい。
In the ion exchange membrane method electrolysis using the oxygen cathode of the present invention, those conventionally known as the ion exchange membrane or the oxygen cathode can be used. As the ion exchange membrane, a perfluoro cation exchange membrane, which is known to be very excellent in chemical resistance, is suitable, and is composed of only a perfluoro resin having a carboxylic acid group as a polar group. A film may be used, or a two-layer film including a perfluoro resin layer having a carboxylic acid group and a perfluoro resin layer having a sulfonic acid group may be used. A perfluoro resin film having a sulfonic acid group is also known, but since the ion selectivity is inferior to the above, it is preferable to use the above two.

【0013】これらのイオン交換膜を使用して塩水を電
解して苛性アルカリを製造する際、各イオン交換膜の性
質により、電流効率が最大になる苛性アルカリ濃度があ
ることが知られている。従って、陰極液の苛性アルカリ
濃度がその最適濃度より高すぎてもまた低すぎても電流
効率は低下する。このため、陰極室における苛性アルカ
リ水溶液の苛性アルカリ濃度は、その苛性アルカリ水溶
液の平均濃度が、ほぼ使用するイオン交換膜種によって
定まる最適濃度になるようにするのが最も良い。
When electrolyzing salt water using these ion exchange membranes to produce caustic, it is known that there is a caustic concentration that maximizes current efficiency due to the properties of each ion exchange membrane. Thus, the current efficiency will be reduced if the caustic concentration of the catholyte is too high or too low. Therefore, the caustic alkali concentration of the caustic alkali aqueous solution in the cathode chamber is best adjusted so that the average concentration of the caustic alkaline aqueous solution becomes an optimum concentration which is determined by the ion exchange membrane species used.

【0014】上に述べた方法により、塩水の電解による
苛性アルカリの製造において高電流効率を得ることがで
きる。そして、この方法においては、酸素陰極として従
来使用されている酸素陰極をそのまま用いることができ
る。この酸素陰極は、例えばニッケル等の金属粉末、或
いはカーボン粉末を焼結し、白金などの触媒金属を保持
させた多孔質体に酸素、酸素富化空気、空気等の酸素含
有ガスを透過させ、拡散するいわゆるガス拡散電極を陰
極としたものである。この場合前記多孔質体で区画した
ガス室に酸素含有ガスを供給するようして酸素陰極を構
成する。
According to the above-described method, high current efficiency can be obtained in the production of caustic alkali by electrolysis of salt water. In this method, the oxygen cathode conventionally used as the oxygen cathode can be used as it is. This oxygen cathode, for example, metal powder such as nickel, or carbon powder is sintered, oxygen, oxygen-enriched air, oxygen-containing gas such as air permeate the porous body holding the catalyst metal such as platinum, A so-called gas diffusion electrode that diffuses is used as a cathode. In this case, it was partitioned by the porous body
An oxygen cathode is constructed by supplying an oxygen-containing gas to the gas chamber.
To achieve.

【0015】また、本発明は、高電解効率を発揮させる
のに、電流効率からではなく、電解電圧の低減によって
達成することができる。酸素陰極を使用するイオン交換
膜法電解において、電解中に電圧が上昇したり、酸素含
有ガスが苛性アルカリ水溶液中に洩れ込むという現象
は、次のような原因で生ずることがわかった。酸素陰極
では電解中に苛性アルカリ水溶液が酸素含有ガス側に洩
れるのを防ぐため撥水処理をしているが、この処理のた
め陰極への苛性アルカリ水溶液の供給が不足し、その結
果電圧の上昇が起こり、更に酸素含有ガスは撥水処理部
を速やかに通過できるので、それが苛性アルカリ水溶液
側に洩れ込むということである。そこで、本発明者ら
は、酸素陰極への苛性アルカリ水溶液の供給を促進し、
さらに酸素含有ガスを押し戻すようにした。
Further, the present invention can achieve high electrolysis efficiency by reducing the electrolysis voltage, not by the current efficiency. It has been found that, in the ion exchange membrane method electrolysis using an oxygen cathode, the phenomenon that the voltage rises during the electrolysis and the oxygen-containing gas leaks into the caustic aqueous solution occurs due to the following reasons. At the oxygen cathode, water repellent treatment is performed to prevent the caustic aqueous solution from leaking to the oxygen-containing gas side during electrolysis, but due to this treatment, the supply of caustic aqueous solution to the cathode is insufficient, resulting in an increase in voltage. Occurs, and the oxygen-containing gas can quickly pass through the water-repellent portion, and it leaks into the caustic aqueous solution side. Therefore, the present inventors promoted the supply of the caustic aqueous solution to the oxygen cathode,
Further, the oxygen-containing gas was pushed back.

【0016】本発明においては、該現象を解消するため
苛性アルカリ水溶液側の圧力を酸素含有ガス側の圧力よ
り5000Pa.以上106 Pa.以下(これをKg/
cm2 の単位で表すと、約0.051Kg/cm2 以上
約10.20Kg/cm2 以下)高くする。このように
苛性アルカリ水溶液側の圧力を高くすることにより、酸
素陰極への苛性アルカリ水溶液の供給が増え、更に酸素
含有ガスの苛性アルカリ水溶液側への侵入を防止でき
る。苛性アルカリ水溶液側と酸素含有ガス側の圧力差が
5000Pa.未満の時は該現象の解決が不十分となる
ので好ましくなく、また圧力差が106 Pa.より高い
場合は、電解槽に特殊な耐圧上の工夫が必要になった
り、更に該現象の一層の改善も望めないので好ましくな
い。
In the present invention, the pressure on the aqueous caustic alkali solution side is set to 5000 Pa. 10 6 Pa. Below (Kg /
When expressed in units of cm 2 , it is about 0.051 Kg / cm 2 or more and about 10.20 Kg / cm 2 or less). By increasing the pressure on the side of the caustic aqueous solution in this manner, the supply of the caustic aqueous solution to the oxygen cathode is increased, and further, the oxygen-containing gas can be prevented from entering the side of the caustic aqueous solution. The pressure difference between the caustic aqueous solution side and the oxygen-containing gas side is 5000 Pa.s. When it is less than 1, the solution of the phenomenon becomes insufficient, which is not preferable, and the pressure difference is 10 6 Pa.s. If it is higher, it is not preferable because a special device for pressure resistance is required for the electrolytic cell and further improvement of the phenomenon cannot be expected.

【0017】本発明において、苛性アルカリ水溶液側の
圧力を酸素含有ガス側の圧力より高くする手段は種々考
えられ、特に限定されないが、例えば電解槽の苛性アル
カリ水溶液循環系の陰極室出口部にリリーフ弁を設置す
る方法が採用される。本発明において、酸素含有ガス側
の圧力は特に限定されずいくらでもよいが、特殊な工夫
のいらない大気圧で運転するのが好ましい。
In the present invention, various means for increasing the pressure on the side of the caustic aqueous solution to the pressure on the side of the oxygen-containing gas are conceivable and are not particularly limited. For example, relief is provided at the outlet of the cathode chamber of the caustic aqueous solution circulation system of the electrolytic cell. The method of installing the valve is adopted. In the present invention, the pressure on the oxygen-containing gas side is not particularly limited and may be any, but it is preferable to operate at atmospheric pressure without any special measures.

【0018】本発明は、公知のあらゆる酸素陰極使用イ
オン交換膜法電解に適用されるが、撥水部の孔径が0.
1μm以下のものが多い酸素陰極を使用する場合特に有
効である。また本発明で使用する陽極、塩水は従来の水
素発生型イオン交換膜法電解で使用されているものと同
等のものでよい。陽極としては、例えばチタン基体の上
に白金や金属酸化物の被覆をしたものが用いられ、特に
チタン製のエクスパンデドメタル表面に酸化ルテニウム
と酸化チタンの固溶体などを被覆したものが好ましく用
いられる。
The present invention can be applied to any known electrolysis using an ion exchange membrane method using an oxygen cathode.
It is particularly effective when using an oxygen cathode, which is often 1 μm or less. Further, the anode and salt water used in the present invention may be the same as those used in the conventional hydrogen generating ion exchange membrane method electrolysis. As the anode, for example, a titanium substrate coated with platinum or a metal oxide is used, and in particular, an expanded metal surface made of titanium coated with a solid solution of ruthenium oxide and titanium oxide is preferably used. .

【0019】次に、本発明を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の実施態様の一例を示すもので、電解槽
1は陽極室2と陰極室3とにイオン交換膜4により区画
され、陽極室2は陽極5を有し、塩水(食塩水)7で満
たされ、陰極室3は酸素陰極6を有し、苛性ソーダ水溶
液8で満たされている。酸素陰極6は、金属多孔質体で
裏側にガス室9を有し、そこへ酸素含有ガス入口10か
ら酸素含有ガスを供給し、酸素含有ガス出口11から排
出する。
Next, the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an example of an embodiment of the present invention. An electrolytic cell 1 is divided into an anode chamber 2 and a cathode chamber 3 by an ion exchange membrane 4, and the anode chamber 2 has an anode 5 and salt water (saline). The cathode chamber 3 has an oxygen cathode 6 and is filled with an aqueous caustic soda solution 8. The oxygen cathode 6 is a porous metal body and has a gas chamber 9 on the back side, to which an oxygen-containing gas is supplied from an oxygen-containing gas inlet 10 and discharged from an oxygen-containing gas outlet 11.

【0020】陽極5と酸素陰極6との間を電源12と結
んで両極間に電流を流すと、電解が開始され、陽極室2
からイオン交換膜4を通ってナトリウムイオンと水が陰
極室3に入ってきて、苛性ソーダ水溶液8の濃度が上昇
しはじめる。陰極室入口13から循環苛性ソーダ水溶液
がポンプ(図示しない)により送られて入ってきて、陰
極室出口14から出口苛性ソーダ水溶液が排出され、そ
れはリリーフ弁15を通り、苛性ソーダ水溶液受槽16
に入る。苛性ソーダ水溶液受槽16からその水溶液の一
部が製品の苛性ソーダ水溶液18として取り出され、ま
た他の一部はそれに注加水17が混合され、液管19を
経て陰極室3に循環される。酸素陰極6における苛性ソ
ーダ水溶液側の圧力はリリーフ弁15により所定の値に
保たれる。
When the power source 12 is connected between the anode 5 and the oxygen cathode 6 and an electric current is passed between the both electrodes, electrolysis is started and the anode chamber 2
Sodium ions and water enter the cathode chamber 3 through the ion exchange membrane 4, and the concentration of the caustic soda aqueous solution 8 starts to increase. A circulating caustic soda aqueous solution is sent by a pump (not shown) from the cathode chamber inlet 13, and an outlet caustic soda aqueous solution is discharged from the cathode chamber outlet 14 through a relief valve 15 and a caustic soda aqueous solution receiving tank 16
to go into. A part of the aqueous solution of caustic soda is taken out from the caustic soda aqueous solution receiving tank 16 as a caustic soda aqueous solution 18 of the product, and the other part thereof is mixed with hydration 17 and circulated to the cathode chamber 3 through a liquid pipe 19. The pressure on the side of the aqueous caustic soda solution at the oxygen cathode 6 is maintained at a predetermined value by a relief valve 15.

【0021】その際、陰極室3からでる出口苛性ソーダ
水溶液と陰極室3に入る循環苛性ソーダ水溶液の濃度差
が30g/リットル以下になるように、循環苛性ソーダ
水溶液の流速を維持させることにより、高い電流効率が
得られる。極室3の酸素陰極6における苛性ソーダ水
溶液側の圧力が、その圧力と酸素含有ガス側の圧力との
差が5000Pa.以上106 Pa.以下であるよう
に、酸素含有ガス側よりも高くなるようにすることによ
り、低い電解電圧が得られる。前記の苛性ソーダ水溶液
の循環条件とこの苛性ソーダ水溶液の圧力条件とは同時
に設定してもよい。
At that time, by maintaining the flow rate of the circulating caustic soda aqueous solution so that the difference in concentration between the outlet caustic soda aqueous solution coming out of the cathode chamber 3 and the circulating caustic soda aqueous solution entering the cathode chamber 3 becomes 30 g / liter or less, high current efficiency is obtained. Is obtained. Pressure sodium hydroxide aqueous solution side of the oxygen cathode 6 negative electrode chamber 3, the difference between the pressure of the pressure and the oxygen-containing gas side 5000 Pa. 10 6 Pa. As described below, a lower electrolysis voltage can be obtained by making it higher than the oxygen-containing gas side. The circulation condition of the aqueous caustic soda solution and the pressure condition of the aqueous caustic soda solution may be set simultaneously.

【0022】[0022]

【作用】本発明では、陰極室に苛性アルカリ水溶液を循
環することにより、陰極室内における苛性アルカリ水溶
液の濃度を成るべく均一化して、濃度差を少なくするこ
とができる。これにより陰極室内の苛性アルカリ水溶液
の濃度が薄い或いは濃い部分が存在することによる電流
効率の低下を防ぐことができる。特にその部分における
薄い或いは濃い濃度がそのイオン交換膜についての最適
濃度から外れるときには、前記した濃度の均一化により
電流効率の向上を得ることができる。濃度の薄過ぎる部
分があると電流効率の低下を生じ、また濃度が濃くなり
過ぎると膜が痛んで電流効率が低下することになる。
た、酸素陰極においては、陰極の内部で酸素ガスと苛性
アルカリ水溶液が存在することにより、水素−酸素反応
が起こるが、従来は陰極の撥水処理のため酸素含有ガス
が洩れやすくなっているように、陰極の多孔質部に酸素
含有ガスが入りやすく、苛性アルカリ水溶液が入りにく
くなっていて、酸素含有ガスの占める部分が多くなり過
ぎていたのを、本発明では苛性アルカリ水溶液側の圧力
を、苛性アルカリ水溶液側と酸素含有ガス側の圧力差が
5000Pa.以上10 6 Pa.以下あるように、酸素
含有ガス側の圧力よりも高くすることにより、苛性アル
カリ水溶液を入りやすくして、陰極電位を低下させ、そ
れにより電解電圧を低下させることができる。
In the present invention, by circulating the caustic aqueous solution in the cathode chamber, the concentration of the caustic aqueous solution in the cathode chamber can be made as uniform as possible, and the difference in concentration can be reduced. Thus, it is possible to prevent a decrease in current efficiency due to the presence of a portion where the concentration of the aqueous caustic alkali solution in the cathode chamber is low or high. In particular, when the thin or dense concentration at that portion deviates from the optimum concentration for the ion exchange membrane, it is possible to improve the current efficiency by making the concentration uniform. If there is a portion where the concentration is too low, the current efficiency is lowered, and if the concentration is too high, the membrane is damaged and the current efficiency is lowered. Ma
Also, in the case of oxygen cathode, oxygen gas and caustic
Hydrogen-oxygen reaction due to the presence of alkaline aqueous solution
However, the oxygen-containing gas was conventionally used for the water repellent treatment of the cathode.
Oxygen in the porous part of the cathode so that
Easy to enter gas, difficult to enter caustic aqueous solution
The oxygen-containing gas occupies a large portion and becomes excessive.
In the present invention, the pressure on the aqueous caustic alkali side is
The pressure difference between the caustic solution side and the oxygen-containing gas side is
5000 Pa. 10 6 Pa. Oxygen as below
By setting the pressure higher than that of the contained gas, caustic
Makes it easier for the potash solution to enter, lowers the cathode potential, and
Thereby, the electrolysis voltage can be reduced.

【0023】[0023]

【実施例】【Example】 以下、実施例により本発明を具体的に説明すHereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.
る。ただし、本発明はこれらの実施例のみに限定されるYou. However, the present invention is limited to only these examples.
ものではない。Not something. 実施例Example 次の陽極及び酸素陰極を設置し、イオン交換膜としてデInstall the following anode and oxygen cathode, and use it as an ion exchange membrane.
ュポン社のナフィオン膜(カルボン酸基を有するパーフNafion Membrane from TU-PON (perf with carboxylic acid groups
ルオロ系樹脂層とスルホン酸基を有するパーフルオロ系Perfluoro-based resin layer with luoro-based resin layer and sulfonic acid group
樹脂層との2層膜)で陽極室と陰極室とを区画した電解Electrolysis in which an anode chamber and a cathode chamber are partitioned by a two-layer film including a resin layer)
槽を使用して食塩水を次の条件で電解した。Saline was electrolyzed using the bath under the following conditions. (電解条件)(Electrolysis conditions) 通電量Energization :30A: 30A 電流密度Current density :30A/dm: 30 A / dm 2 Two 陽極anode :チタンベース上にRuO: RuO on titanium base 2 Two とTiOAnd TiO 2 Two をコーティングCoating した電極(登録商標、DSA)Electrode (registered trademark, DSA) 酸素陰極Oxygen cathode :銅のメッシュを内部に有し、カーボン粉末とポリ4フ: Copper mesh inside, carbon powder and poly 4 ツ化エチレン粉末とを成形し、焼結し、Ptを0.5Molded with ethylene oxide powder and sintered, 0.5% Pt 6mg/cm6 mg / cm 2 Two 含有させたガス拡散電極Contained gas diffusion electrode 極間距離Distance between poles :15mm: 15 mm 平均温度Average temperature :90℃: 90 ℃ NaCl(陽極液):200g/リットルNaCl (anolyte): 200 g / liter 酸素含有ガスOxygen-containing gas :酸素(理論量の1.2倍): Oxygen (1.2 times the theoretical amount) 酸素含有ガス圧力Oxygen-containing gas pressure :1ata: 1ata その際に、陰極室出口、陰極室入口の苛性ソーダ水溶液At that time, the caustic soda aqueous solution at the cathode chamber outlet and cathode chamber inlet
の苛性ソーダ濃度差と、陰極室内苛性ソーダ水溶液側とDifference in the caustic soda concentration of the
酸素含有ガス側との圧力差を種々変化させた時の電流効Current effect at various pressure differences from the oxygen-containing gas side
率と電圧を表1に示す。The rate and voltage are shown in Table 1.

【0024】[0024]

【表1】 [Table 1]

【0025】1によれば、陰極室出口と陰極室入口と
の苛性ソーダ水溶液の苛性ソーダ濃度差が30g/リッ
トル以下であれば、酸素陰極における苛性ソーダ水溶液
側の圧力を、苛性ソーダ水溶液側と酸素含有ガス側との
圧力差が5000Pa.以上106 Pa.以下あるよう
に、酸素含有ガス側よりも高く保持されているとき、或
いはそうでなくとも高い電流効率が得られる。しかし、
比較例1〜2にみるように苛性ソーダ水溶液側の圧力が
前記の圧力差だけ高くなっていないときには、電圧が高
くなる。一方、実施例9〜10にみるように、前記の苛
性ソーダ濃度差が前記の30g/リットルを超えても、
酸素陰極における苛性ソーダ水溶液側の圧力が前記の範
囲に高く保持されているときには、電圧を低くすること
ができる。実施例9〜10では、陰極室出口の苛性ソー
ダ濃度が実施例1〜8に比してかなり高くしてあるた
め、電流効率が悪くなっているが、その苛性ソーダ濃度
を435g/リットル程度に抑えれば、高い電流効率と
なる。これらの点から、本発明の実施にあたっては、両
方の条件を満たすようにすると、高い電流効率と低い電
圧が合わせて得られる。
According to Table 1, if the difference in the caustic soda concentration of the caustic soda aqueous solution between the cathode chamber outlet and the cathode chamber inlet is 30 g / liter or less, the pressure on the caustic soda aqueous solution side at the oxygen cathode is set to the caustic soda aqueous solution side and the oxygen-containing gas. The pressure difference with the side is 5000 Pa. 10 6 Pa. As described below, high current efficiency is obtained when the pressure is kept higher than the oxygen-containing gas side, or otherwise. But,
As seen in Comparative Examples 1 and 2 , when the pressure on the aqueous caustic soda solution side is not increased by the pressure difference, the voltage is increased. On the other hand, as seen in Examples 9 to 10, even if the caustic soda concentration difference exceeds the above-mentioned 30 g / liter,
When the pressure on the side of the aqueous caustic soda solution at the oxygen cathode is kept high in the above range, the voltage can be lowered. In Examples 9 to 10, the concentration of caustic soda at the outlet of the cathode chamber was considerably higher than that in Examples 1 to 8, so the current efficiency was poor, but the caustic soda concentration could be suppressed to about 435 g / liter. High current efficiency. From these points, in implementing the present invention, if both conditions are satisfied, high current efficiency and low voltage can be obtained together.

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明によれば、陰極室内の苛性アルカ
リ水溶液中の濃度差が小さくなり、苛性アルカリ濃度の
分布の程度が減少することにより、高い電流効率が得ら
れる。さらに、酸素陰極の苛性アルカリ水溶液側におけ
る圧力を前記した範囲で酸素含有ガス側よりも高めるこ
とにより、電解電圧が低下して電解効率が高くなる。こ
れらの両条件を同時に設定すれば一層その電解効率を高
めることができる。そして、これらの効果は、低い電解
電圧で電解が行われる酸素陰極を用いるイオン交換膜法
電解をより高電解効率で行うことができる。
According to the present invention, a high current efficiency can be obtained by reducing the concentration difference in the caustic aqueous solution in the cathode chamber and reducing the degree of caustic distribution. Furthermore, by increasing the pressure on the side of the caustic aqueous solution of the oxygen cathode within the above range than on the side of the oxygen-containing gas, the electrolysis voltage is lowered and the electrolysis efficiency is increased. If both these conditions are set at the same time, the electrolysis efficiency can be further improved. These effects make it possible to perform the ion exchange membrane method electrolysis using an oxygen cathode in which electrolysis is performed at a low electrolysis voltage with higher electrolysis efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の電解方法を実施するための電解装置の
模式図を示す。
FIG. 1 shows a schematic diagram of an electrolysis apparatus for carrying out the electrolysis method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電解槽 11 酸素含有ガス出
口 2 陽極室 12 電源 3 陰極室 13 入口 4 イオン交換膜 14 出口 5 陽極 15 リリーフ弁 6 酸素陰極 16 苛性ソーダ水溶
液受槽 7 塩水 17 注加水 8 苛性ソーダ水溶液 18 製品苛性ソーダ
水溶液 9 ガス室 19 液管 10 酸素含有ガス入口
1 Electrolyzer 11 Oxygen-containing gas outlet 2 Anode chamber 12 Power supply 3 Cathode chamber 13 Inlet 4 Ion exchange membrane 14 Outlet 5 Anode 15 Relief valve 6 Oxygen cathode 16 Caustic soda solution receiving tank 7 Salt water 17 Pouring water 8 Caustic soda solution 18 Product Caustic soda solution 9 Gas Chamber 19 Liquid tube 10 Oxygen-containing gas inlet

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 999999999 鐘淵化学工業 株式会社 大阪府大阪市北区中之島3丁目2番4号 (72)発明者 古屋 長一 山梨県甲府市中村町2番14号 (56)参考文献 特開 昭55−41986(JP,A) 特公 平1−15593(JP,B2) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (73) Patent holder 999999999 Kanefuchi Chemical Co., Ltd. 3-2-4 Nakanoshima, Kita-ku, Osaka-shi, Osaka (72) Inventor Choichi Furuya 2-14 Nakamura-cho, Kofu-shi, Yamanashi Prefecture No. (56) References JP-A-55-41986 (JP, A) JP-B 1-15593 (JP, B2)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 塩化アルカリ金属水溶液を酸素陰極を使
用するイオン交換膜法で電解する方法において、前記酸
素陰極はその裏側にガス室を有し、そこへ酸素含有ガス
が供給され、表側が陰極液の苛性アルカリ水溶液に接し
ており、陰極室内の前記酸素陰極の苛性アルカリ水溶液
側の圧力が酸素含有ガス側の圧力より5000Pa.以
上10 6 Pa.以下高くすることを特徴とする電解方
法。
1. A method of electrolyzing an alkali metal chloride aqueous solution by an ion exchange membrane method using an oxygen cathode, wherein the acid
The cathode has a gas chamber on the back side, and there is an oxygen-containing gas there.
Is supplied and the front side contacts the catholyte caustic solution.
And, caustic solution of the oxygen cathode in the cathode chamber
The pressure on the side of the oxygen-containing gas is 5000 Pa. Less than
Top 10 6 Pa. An electrolysis method characterized by increasing the temperature below .
【請求項2】 前記酸素陰極はその撥水部の孔径が0.
1μm以下であることを特徴とする請求項1記載の電解
方法。
2. The oxygen cathode has a water repellent portion having a pore diameter of 0.
The electrolysis method according to claim 1, wherein the thickness is 1 μm or less .
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