JP2857111B2 - Gas diffusion electrode with gas lift pump - Google Patents
Gas diffusion electrode with gas lift pumpInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、主として電解槽に
用いられるガス拡散電極に関し、特に塩化アルカリ金属
電解槽等の電解槽に用いて電解電圧を低減することがで
きる気泡放出型のガス拡散電極に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas diffusion electrode mainly used in an electrolytic cell, and more particularly to a gas discharge electrode of a bubble release type which can be used in an electrolytic cell such as an alkali metal chloride electrolytic cell to reduce the electrolytic voltage. About.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ガス拡散電極を用いる塩化アルカリ金属
電解槽は、例えば、ガス拡散電極を陰極として使用し
て、塩化ナトリウム水溶液（以下「塩水」という。）を
イオン交換膜法で電解し苛性ソーダを製造するのに使用
する形式の食塩電解槽として良く知られているものであ
る。ガス拡散電極は、反応ガスとして酸素または酸素を
含むガスを使用する場合、「酸素陰極」とも呼ばれてい
る。酸素陰極は、素材が多孔質体からなり、該多孔質陰
極の一方の面は陰極液に接しており、他方の面は酸素陰
極に付属するガス室に供給される酸素含有ガスに接して
いるという構成を有している。ガス拡散電極を用いる塩
化アルカリ金属電解槽の従来の典型的電解槽の大要を図
７を用いて説明する。2. Description of the Related Art In an alkali metal chloride electrolytic cell using a gas diffusion electrode, for example, using a gas diffusion electrode as a cathode, a sodium chloride aqueous solution (hereinafter referred to as "brine") is electrolyzed by an ion exchange membrane method to remove caustic soda. It is well-known as a salt electrolyzer of the type used for manufacturing. When oxygen or a gas containing oxygen is used as a reaction gas, the gas diffusion electrode is also called an “oxygen cathode”. The oxygen cathode is made of a porous material, and one surface of the porous cathode is in contact with the catholyte, and the other surface is in contact with the oxygen-containing gas supplied to the gas chamber attached to the oxygen cathode. It has the structure of. The outline of a conventional typical electrolytic cell of an alkali metal chloride electrolytic cell using a gas diffusion electrode will be described with reference to FIG.
【０００３】図７に示すように、ガス拡散電極３０を用
いる食塩電解槽２１は、陽極２２を有し塩水を入れた陽
極室２３と、陰極であるガス拡散電極３０を有し陰極液
（水又は苛性ソーダ水溶液である。）を入れた陰極液室
２７とを、一般に陽イオン膜であるイオン交換膜２６に
より区画した構成を有しており、両電極間に通電して電
解することにより、陰極液室２４に濃厚化した苛性ソー
ダ水溶液を得るものである。なお、前記の陽極２４は、
陰極のガス拡散電極３０との間隔をなるべく狭くするた
めに通液性の素材で作られ、イオン交換膜２６に接して
設けられている場合のものである。この電解槽２１で
は、陽極室２３の下部の塩水入口２４から塩水を導入
し、電解により発生した塩素ガスは薄くなった塩水と共
に塩素ガス出口２５から外にで、また前記の水又は苛性
ソーダ水溶液からなる陰極液は陰極室２７の下部の陰極
液入口２８から入って、濃厚化した苛性ソーダ水溶液と
なり上部の陰極液出口２９から外に出る。ガス拡散電極
３０の裏側に設けたガス室３１には上部のガス入口３２
から酸素含有ガスが導入され、下部のガス出口３３から
出るように構成されている。As shown in FIG. 7, a salt cell 21 using a gas diffusion electrode 30 has an anode chamber 23 having an anode 22 and containing salt water, and a gas diffusion electrode 30 serving as a cathode, and a catholyte (water). Or a catholyte solution chamber 27 containing an aqueous solution of caustic soda) is divided by an ion exchange membrane 26, which is generally a cation membrane. The concentrated caustic soda aqueous solution is obtained in the liquid chamber 24. In addition, the said anode 24 is
This is a case where it is made of a liquid-permeable material in order to make the space between the cathode and the gas diffusion electrode 30 as small as possible, and is provided in contact with the ion exchange membrane 26. In this electrolytic cell 21, salt water is introduced from a salt water inlet 24 below the anode chamber 23, and chlorine gas generated by electrolysis is discharged from the chlorine gas outlet 25 together with the thinned salt water, and from the water or the aqueous sodium hydroxide solution. The resulting catholyte enters the catholyte inlet 28 at the lower part of the cathode chamber 27, becomes a concentrated aqueous caustic soda solution, and exits through the catholyte outlet 29 at the upper part. A gas chamber 31 provided on the back side of the gas diffusion electrode 30 has an upper gas inlet 32.
, An oxygen-containing gas is introduced therefrom and exits from a gas outlet 33 at a lower portion.
【０００４】食塩電解槽には陰極にガス拡散電極を使用
しない形式のものもあるが、この場合には陰極において
水素が発生するため、水素発生に起因する理論分解電圧
と過電圧（「水素過電圧」）が生じ、電解電圧が高くな
る。これに対し、陰極としてガス拡散電極を使用する形
式の場合には、酸素還元反応を起こさせるので、陰極で
水素ガスが発生しないため、電解電圧が著しく低減され
るという利点を有する。イオン交換膜を用いる食塩電解
などでは、陽極室においても、陰極液室においても、電
解液はイオン交換膜と電極の間を流れていることが必要
とされている。ただし、図４の場合には、陽極がイオン
交換膜に接して設けられているため、陽極の裏側を流れ
ている。従来のガス拡散電極を用いる食塩電解槽では、
陽極室においては勿論、陰極液室においても陰極液は、
系外に送液ポンプを設置して、その送液ポンプによって
強制的に流されていたが、電解電圧を低下させる関係で
陰極室などはなるべく薄くする必要があるため、この方
法では陰極液室内における陰極液の流れを均一化するこ
とも、高速化することも困難であった。また従来、前掲
の図４に示すように、反応ガスは、ガス拡散電極に付属
するガス室に、系外のガス源からガス入口３２より供給
し、ガス出口３３から直接系外に排出している。[0004] Some salt electrolyzers do not use a gas diffusion electrode as a cathode. In this case, hydrogen is generated at the cathode. Therefore, the theoretical decomposition voltage and overvoltage ("hydrogen overvoltage") caused by hydrogen generation are generated. ) Occurs and the electrolysis voltage increases. On the other hand, in the case of using a gas diffusion electrode as the cathode, since an oxygen reduction reaction is caused, no hydrogen gas is generated at the cathode, so that there is an advantage that the electrolysis voltage is significantly reduced. In salt electrolysis using an ion exchange membrane or the like, the electrolyte needs to flow between the ion exchange membrane and the electrode in both the anode chamber and the catholyte chamber. However, in the case of FIG. 4, since the anode is provided in contact with the ion exchange membrane, it flows behind the anode. In a salt cell using a conventional gas diffusion electrode,
In the catholyte compartment as well as in the anode compartment,
Although a liquid feed pump was installed outside the system and forced to flow by the liquid feed pump, it is necessary to make the cathode chamber etc. as thin as possible in order to reduce the electrolytic voltage. It was difficult to make the flow of the catholyte uniform and to increase the speed. Conventionally, as shown in FIG. 4 described above, a reaction gas is supplied from a gas source outside the system to a gas chamber attached to the gas diffusion electrode from a gas inlet 32 and discharged directly from the gas outlet 33 to the outside of the system. I have.
【０００５】ガス拡散電極は、反応層のみ、あるいは反
応層とガス拡散層とを張り合わせた構造をしており、反
応層もガス拡散層も多孔性の導体を主体とした薄層で構
成され、全体として通気性を有している。また、ガス拡
散電極の反応層にはその微細孔に白金などの貴金属系か
らなる触媒が担持されている。ガス拡散電極の反応層
は、陰極液と接触する陰極液室側は親水性で電解液が浸
透し得るが、ガスと接触するガス室側は撥水性となって
おり、ガス拡散層を有する場合は陰極液はガス室に漏洩
することはない。場合によって陰極液をガス室に漏洩し
てもかまわない。このようにガス拡散電極は、一方は陰
極液に接触し、他方はガス室と接触するために、反応層
とガス拡散層とを張り合わせた構造とすることが好まし
い。かくして、陰極液に接する反応層側から水はガス拡
散層側へ通過する、一方酸素はガス拡散層側から供給さ
れ、水と酸素が出会う界面でナトリウムイオンと触媒の
存在下で、水は酸化され水酸基となり、苛性ソーダが生
成する。The gas diffusion electrode has a structure in which only a reaction layer or a reaction layer and a gas diffusion layer are bonded to each other. Both the reaction layer and the gas diffusion layer are composed of a thin layer mainly composed of a porous conductor. It has air permeability as a whole. In the reaction layer of the gas diffusion electrode, a catalyst made of a noble metal such as platinum is supported in the fine pores. When the reaction layer of the gas diffusion electrode is in contact with the catholyte, the catholyte compartment side is hydrophilic and the electrolytic solution can penetrate, but the gas compartment side in contact with the gas is water-repellent and has a gas diffusion layer. The catholyte does not leak into the gas chamber. In some cases, the catholyte may be leaked into the gas chamber. As described above, one of the gas diffusion electrodes is in contact with the catholyte solution and the other is in contact with the gas chamber. Therefore, it is preferable that the reaction layer and the gas diffusion layer are bonded to each other. Thus, water passes from the reaction layer side in contact with the catholyte to the gas diffusion layer side, while oxygen is supplied from the gas diffusion layer side, and water is oxidized in the presence of sodium ions and a catalyst at the interface where water and oxygen meet. Then, it becomes a hydroxyl group and forms caustic soda.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】前記したように従来の
ガス拡散電極を用いる典型的食塩電解槽では、ガス室に
供給した反応ガスは、ガス拡散電極に拡散する一部の反
応ガスを除いては、ガス出口から直接排出されていたの
で、反応ガスの利用効率は悪いものであった。また、陰
極液は外部より送液ポンプを用いて陰極液室に供給し、
ガス拡散電極の反応層の面に流すようにしている。しか
しながら、送液ポンプによって強制的に流す方法では、
前記したように陰極液室がかなり薄いため、陰極液室内
における陰極液の流れを均一化することも高速化するこ
とも困難であった。本発明の課題は、従来の方法の前記
欠点を改良し、ガス拡散電極の電解面側の陰極液室側に
陰極液を均一にかつ高速で流れるようにし、それにより
循環できるようにし、かつ反応ガスを有効に利用できる
改良されたガス拡散電極を提供することにある。As described above, in a typical salt cell using a conventional gas diffusion electrode, the reaction gas supplied to the gas chamber is excluding a part of the reaction gas diffused into the gas diffusion electrode. Was directly discharged from the gas outlet, so that the utilization efficiency of the reaction gas was poor. In addition, the catholyte is supplied to the catholyte chamber from outside using a liquid feed pump,
It is made to flow on the surface of the reaction layer of the gas diffusion electrode. However, in the method of forcibly flowing by the liquid sending pump,
As described above, since the catholyte compartment is quite thin, it has been difficult to make the flow of the catholyte in the catholyte compartment uniform and to increase the speed. An object of the present invention is to improve the above disadvantages of the conventional method, to allow the catholyte to flow uniformly and at high speed to the catholyte compartment side on the electrolytic surface side of the gas diffusion electrode, thereby enabling circulation and reaction. An object of the present invention is to provide an improved gas diffusion electrode that can effectively use a gas.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記改良さ
れたガス拡散電極を用いた電解槽を開発するべく鋭意研
究を重ねた結果、ガス室に供給した反応ガスを有効に利
用することにより陰極液室側に陰極液が良く流れるよう
にできるのではないかという点に着目して、本発明を完
成するに至った。すなわち、本発明は、次の手段によっ
て前記の課題を達成することができた。 （１）一面が電解液室に面し他面がガス室に接するガス
拡散電極において、前記ガス室に隣接して前記電解液室
の上端及び下端に連通し、かつ前記ガス室の下端に連通
する電解液の循環通路を設け、前記電解液室の上方から
電解液を供給して下降流として通して前記電解液の循環
通路に導き、かつ前記ガス室に反応ガスを上方から供給
して下降流として通し、前記電解液の循環通路中に気泡
として放出させ、ガスリフトポンプを形成することで、
該放出ガスの上昇作用によって前記液の循環通路中の電
解液を上昇せしめ、循環せしめることを特徴とするガス
リフトポンプ部を有するガス拡散電極。Means for Solving the Problems The present inventor has made intensive studies to develop an electrolytic cell using the improved gas diffusion electrode, and as a result, has effectively used the reaction gas supplied to the gas chamber. Thus, the present invention has been completed by paying attention to the point that the catholyte can be made to flow well into the catholyte compartment side. That is, the present invention has achieved the above object by the following means. (1) In a gas diffusion electrode having one surface facing the electrolyte chamber and the other surface in contact with the gas chamber, the gas diffusion electrode is adjacent to the gas chamber and communicates with the upper and lower ends of the electrolyte chamber and communicates with the lower end of the gas chamber. An electrolyte circulating passage is provided, and the electrolyte is supplied from above the electrolyte chamber and passed as a descending flow to the electrolyte circulating passage, and a reaction gas is supplied from above to the gas chamber to descend. By passing it as a stream, releasing it as bubbles in the circulation path of the electrolyte, and forming a gas lift pump,
A gas diffusion electrode having a gas lift pump, wherein the electrolyte in the circulation path of the liquid is raised and circulated by the rising action of the released gas.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】本発明の改良されたガス拡散電極
を図面により詳しく説明する。そのガス拡散電極を有す
る陰極部の断面図を図１、正面図を図２に示し、電極の
要部の拡大断面図を図３に示す。ここでは、ガス拡散電
極、ガス室などをまとめたものを陰極部として示してい
る。また、ガス拡散電極４は、反応層とガス拡散層とを
張り合わせた構造のものであるとして説明する。図１で
は、陰極部１にはパッキング１６を介してイオン交換膜
５が取り付けられており、また以下に説明する気泡を含
んだ陰極液から反応ガスを分離し、反応ガスが分離され
た陰極液を陰極液室４に供給する役割の気液分離器９を
陰極部１の上部に取り付けた状態を示している。前記気
液分離器９から供給された陰極液は、イオン交換膜５と
ガス拡散電極２の間である陰極液室４を流下する。流下
する途中、陰極液の一部は、ガス拡散電極２の反応層中
に拡散する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The improved gas diffusion electrode of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a cathode portion having the gas diffusion electrode, FIG. 2 is a front view thereof, and FIG. 3 is an enlarged sectional view of a main part of the electrode. Here, a combination of gas diffusion electrodes, gas chambers, and the like is shown as a cathode portion. The gas diffusion electrode 4 is described as having a structure in which a reaction layer and a gas diffusion layer are bonded. In FIG. 1, an ion exchange membrane 5 is attached to the cathode section 1 via a packing 16, and a reaction gas is separated from a catholyte containing bubbles, which will be described below. The gas-liquid separator 9 serving to supply the gas to the catholyte compartment 4 is mounted above the cathode section 1. The catholyte supplied from the gas-liquid separator 9 flows down the catholyte chamber 4 between the ion exchange membrane 5 and the gas diffusion electrode 2. During the flow, a part of the catholyte diffuses into the reaction layer of the gas diffusion electrode 2.
【０００９】一方反応ガスは、上部に設けた酸素供給管
７から陰極部１に注入され、反応ガス入口１３からガス
室３に入り、ガス拡散電極２のガス拡散層と陰極枠１０
との間のガス室３を均一に流下する。流下する途中、酸
素ガスの一部は、ガス拡散電極２のガス拡散層中に拡散
する。ガス拡散電極２内の反応層中に拡散した水（ナト
リウムイオンを含む。）とガス拡散層に拡散した酸素
（反応ガス）は、触媒の存在下に反応し苛性ソーダ水溶
液となり、該苛性ソーダ水溶液は陰極液室４で生成す
る。陰極液室４中を流下した陰極液は、陰極室室下端の
陰極液出口１２から出て、ガス拡散電極２の陰極枠１０
内に設けられている気液上昇部８（陰極液循環路であ
る）に入る。一方ガス室３を流下した酸素ガスは、下部
の反応ガス出口１４から気液上昇部８に入り、その際陰
極液があるためその中に気泡となって、気液上昇部８中
の陰極液の中に放出されることにより、ガスリフトポン
プが形成される。On the other hand, the reaction gas is injected into the cathode section 1 from the oxygen supply pipe 7 provided at the upper part, enters the gas chamber 3 from the reaction gas inlet 13 and enters the gas diffusion layer of the gas diffusion electrode 2 and the cathode frame 10.
Flows down uniformly in the gas chamber 3. During the flow, a part of the oxygen gas diffuses into the gas diffusion layer of the gas diffusion electrode 2. Water (including sodium ions) diffused into the reaction layer in the gas diffusion electrode 2 and oxygen (reactive gas) diffused into the gas diffusion layer react in the presence of a catalyst to form an aqueous caustic soda solution. Generated in the liquid chamber 4. The catholyte that has flowed down in the catholyte compartment 4 exits through the catholyte outlet 12 at the lower end of the catholyte compartment, and the cathode frame 10 of the gas diffusion electrode 2
Into the gas-liquid riser 8 (which is a catholyte circulation circuit) provided therein. On the other hand, the oxygen gas flowing down the gas chamber 3 enters the gas-liquid rising section 8 from the lower reaction gas outlet 14, and at this time, since the catholyte is present, it becomes bubbles therein, and the catholyte in the gas-liquid rising section 8 To form a gas lift pump.
【００１０】前記気液上昇部８中の電解液は、放出され
た気泡を含むため、気泡を含まない電解液に比べて軽い
ために気液上昇部８中を上昇する。前記陰極液室４、気
液上昇部８およびそれらを連絡する連絡管の中は陰極液
によって充満されているので、気液上昇部に生じた陰極
液を上昇させる上昇力は、前記陰極液室４、気液上昇部
８および連絡管の中の陰極液を移動させる原動力（いわ
ゆるガスリフト作用）となる。前記陰極液を移動させる
原動力を生んだ気泡は、さらに上昇して気液上昇部８の
最上部に設けられている気液出口１５から気液分離器９
に入り気液分離される。気体（反応ガス）は上部から系
外に排出され、陰極液は気液分離器９に貯蔵されつつ再
び陰極液室４に供給される。これにより陰極液の循環が
行われる。Since the electrolyte in the gas-liquid riser 8 contains the released bubbles, the electrolyte rises in the gas-liquid riser 8 because it is lighter than the electrolyte containing no bubbles. Since the catholyte compartment 4, the gas-liquid riser 8 and the communication pipe connecting them are filled with the catholyte, the rising force for raising the catholyte generated in the gas-liquid riser is increased by the catholyte compartment. 4. The driving force (so-called gas lift function) for moving the catholyte in the gas-liquid rising section 8 and the communication pipe. The gas bubbles that have generated the driving force for moving the catholyte further rise and rise through the gas-liquid outlet 15 provided at the uppermost part of the gas-liquid riser 8 to the gas-liquid separator 9.
And gas-liquid separation. The gas (reaction gas) is discharged from the upper part out of the system, and the catholyte is supplied to the catholyte chamber 4 again while being stored in the gas-liquid separator 9. Thereby, circulation of the catholyte is performed.
【００１１】図３は、陰極部１の下部の拡大断面説明図
であり、本発明の陰極部１の反応ガス出口１４および陰
極液出口１２付近を拡大して、イオン交換膜５、陰極液
室４、気液上昇部８、それらの連絡管、ガス拡散電極
２、ガス室の配置をわかり易く示し、それによって陰極
液中に反応ガスが気泡となって上昇しはじめる状態をわ
かり易くした図である。また、図２は、本発明の陰極部
１のガス拡散電極２とガス室３との境界面からガス室側
を見たときの正面図である。ガス室３の裏側に設けた気
液上昇部８及び気液出口１５は見えないため点線で示
す。気液上昇部８の通路の幅は、図２に示すように陰極
液室と同じ幅を持つことは必要としないし、またある程
度狭い方が反応ガスが集中して上昇速度を大きくするこ
とができ、陰極液の循環上に好ましい。ここで、気液上
昇部８の通路の幅あるいは／および厚みは、陰極液室４
内の陰極液の移動速度に及ぼす影響を考慮しつつ変動す
ることができる。また、図２は、本発明の陰極部１のイ
オン交換膜５と陰極液室４の境界面からガス拡散電極側
を見たときの正面図である。FIG. 3 is an enlarged sectional explanatory view of the lower portion of the cathode section 1. The vicinity of the reaction gas outlet 14 and the catholyte outlet 12 of the cathode section 1 of the present invention is enlarged to show the ion exchange membrane 5, the catholyte chamber. 4, the arrangement of the gas-liquid riser 8, the connecting pipes thereof, the gas diffusion electrode 2, and the gas chamber is shown in an easy-to-understand manner, thereby making it easier to understand the state in which the reaction gas starts to rise as bubbles in the catholyte. FIG. 2 is a front view when the gas chamber side is viewed from the boundary surface between the gas diffusion electrode 2 and the gas chamber 3 of the cathode unit 1 of the present invention. The gas-liquid riser 8 and the gas-liquid outlet 15 provided on the back side of the gas chamber 3 are shown by dotted lines because they cannot be seen. The width of the passage of the gas-liquid rising section 8 does not need to be the same as the width of the catholyte chamber as shown in FIG. 2, and a narrower passage to a certain extent allows the reaction gas to concentrate and increase the rising speed. It is preferable for the circulation of the catholyte. Here, the width and / or thickness of the passage of the gas-liquid riser 8 is determined by
Can be varied while taking into account the effect on the moving speed of the catholyte in the interior. FIG. 2 is a front view when the gas diffusion electrode side is viewed from the boundary surface between the ion exchange membrane 5 and the catholyte compartment 4 of the cathode unit 1 of the present invention.
【００１２】ガス放出口は電極の側面でもよく、背面で
もよく、必ずしも電極と一体である必要はない。側面と
する場合には、図４に示すような構造とすることができ
る。図４は、ガス室の側面に気泡放出口を設けた本発明
のガス拡散電極の断面説明図を示するものであって、
（ａ）は電極の正面図であり、（ｂ）は電極の側面図を
示す。（ｂ）に見るように、ガス室３の両側面に気泡放
出口１４を設け、かつそれに面して（ａ）にみるように
陰極液室の空間部を設け、気泡放出口１４から気泡１７
が放出されると、気泡１７の上昇に伴い陰極液も一緒に
気泡上昇部８を上昇して、上方で気体を分離した後、陰
極液はガス拡散電極２とイオン交換膜５との間の陰極液
室を通って電解される。なお、ガス室３は図５に示すよ
うに幾つかの小さい室に区画することにより分割して、
それぞれに反応ガス入口からガスを供給し、それぞれの
小室に気泡放出口１４を設けて、それらから気泡を放出
するようにするときには、ガス拡散電極と電解液との差
圧を小さくし、ガス拡散電極への酸素の供給が均一に行
われるので好ましい。The gas outlet may be on the side surface or the back surface of the electrode, and need not necessarily be integral with the electrode. In the case of a side surface, a structure as shown in FIG. 4 can be adopted. FIG. 4 shows a cross-sectional explanatory view of a gas diffusion electrode of the present invention in which a bubble discharge port is provided on a side surface of a gas chamber,
(A) is a front view of an electrode, (b) shows a side view of the electrode. As shown in (b), a bubble discharge port 14 is provided on both sides of the gas chamber 3, and a space portion of the catholyte chamber is provided facing the bubble discharge port 14 as shown in (a).
Is released, the catholyte rises along with the rise of the bubble 17 in the bubble rising portion 8 to separate the gas upward, and the catholyte is separated between the gas diffusion electrode 2 and the ion exchange membrane 5. Electrolyzed through the catholyte compartment. The gas chamber 3 is divided into several smaller chambers as shown in FIG.
When a gas is supplied from each of the reaction gas inlets and a bubble discharge port 14 is provided in each of the small chambers to release bubbles from them, the differential pressure between the gas diffusion electrode and the electrolytic solution is reduced, and gas diffusion is performed. It is preferable because the supply of oxygen to the electrode is performed uniformly.
【００１３】また、本発明のガス拡散電極は、モノポー
ラ型の電極として構成することもできる。この形式の電
極とする場合には、図６に示すように、後ろにガス室３
を有する板状のガス拡散電極２を背中合わせにその間を
開けて並立させ、各ガス拡散電極２の前面にはイオン交
換膜５を設けて陰極液室を形成し、イオン交換膜５の外
側には陽極１８を設けて陽極室とした構造の電解槽が構
成される。各ガス室３の裏側の間は気液上昇部８とし、
ガス室３の下端に気泡放出口１４を設けそこからガスを
気泡として放出させると、気泡が陰極液とともに気液上
昇部８内を上昇し、陰極液の循環が非常に良く行われ
る。このガス拡散電極２は板状でなく、円筒状の形状と
することもできる。なお、前記本発明の実施態様の説明
では、陰極液に移動は専ら気液上昇部８を上昇する気泡
の上昇効果によるとして説明したが、必要によっては陰
極液を系外に設置した送液ポンプによって供給すること
を併用しても構わない。Further, the gas diffusion electrode of the present invention can be constituted as a monopolar electrode. In the case of this type of electrode, as shown in FIG.
The gas-diffusion electrodes 2 having the shape shown in FIG. 1 are back-to-back open and arranged side by side, and an ion-exchange membrane 5 is provided on the front surface of each gas-diffusion electrode 2 to form a catholyte chamber. An electrolytic cell having a structure in which an anode 18 is provided to form an anode chamber is formed. A gas-liquid rising portion 8 is provided between the back sides of the gas chambers 3,
When a gas discharge port 14 is provided at the lower end of the gas chamber 3 and gas is discharged therefrom, the gas bubbles rise in the gas-liquid rising section 8 together with the catholyte, and the circulation of the catholyte is very well performed. The gas diffusion electrode 2 may be formed in a cylindrical shape instead of a plate shape. In the description of the embodiment of the present invention, the movement to the catholyte has been described as being solely due to the rising effect of bubbles rising in the gas-liquid riser 8. However, if necessary, the liquid sending pump in which the catholyte is installed outside the system is used. May be used together.
【００１４】[0014]
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。ただし、本発明はこの実施例のみに限定されるもの
ではない。 実施例１ 図１〜３に示す構造の食塩電解槽を作成し、電解を行っ
た。ガス拡散電極の面積は２００ｃｍ2 で、陰極液室の
幅は１００ｍｍであり、ガス室の裏側に気液上昇部の通
路の幅は１０ｍｍで、厚さ６ｍｍであった。 陽極室の幅 １００ｍｍ 陽極の種類 ＤＳＡ（登録商標） イオン交換膜の種類 ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ） 同 大きさ １００×２５０ｍｍ 電解温度 ８０℃ 苛性ソーダ濃度 ３２％ 塩水の濃度 ３００ｇ／リットル 電解電圧 ２．２６Ｖ 電流 ３９Ａ／ｄｍ2 ガス拡散電極の種類 ０．５６ｍｇ／ｃｍ2 白金担持ガス拡散電極The present invention will be described below in detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to only this embodiment. Example 1 A salt electrolysis tank having the structure shown in FIGS. 1 to 3 was prepared, and electrolysis was performed. The area of the gas diffusion electrode was 200 cm 2 , the width of the catholyte compartment was 100 mm, the width of the passage of the gas-liquid rising portion behind the gas compartment was 10 mm, and the thickness was 6 mm. Anode chamber width 100 mm Anode type DSA (registered trademark) Ion exchange membrane type Nafion Same size 100 × 250 mm Electrolysis temperature 80 ° C. Caustic soda concentration 32% Salt water concentration 300 g / liter Electrolysis voltage 2.26 V Current 39 A / Type of dm 2 gas diffusion electrode 0.56 mg / cm 2 Platinum-supported gas diffusion electrode
【００１５】この電解槽により電解したときの電流効率
は９５％であった。この場合、陰極液の循環に液循環ポ
ンプを使用しなかった。また、比較実験として、気液上
昇部のガス出口１４を塞いで、気液上昇部にガスの供給
が行われない条件で電解した場合には、電流効率は９２
％であって、本発明よりも低かった。本発明の場合にお
いては、液循環ポンプを使用しないため、陰極液側の液
圧が上昇せず、ガス拡散電極の陰極液側とガス室側との
間の差圧が殆どないようにすることができた。The current efficiency when electrolyzed by this electrolytic cell was 95%. In this case, no liquid circulation pump was used to circulate the catholyte. As a comparative experiment, when the gas outlet 14 of the gas-liquid rising section is closed and electrolysis is performed under the condition that gas is not supplied to the gas-liquid rising section, the current efficiency becomes 92%.
%, Which is lower than that of the present invention. In the case of the present invention, since the liquid circulation pump is not used, the liquid pressure on the catholyte side does not increase, and the pressure difference between the catholyte side and the gas chamber side of the gas diffusion electrode should be almost zero. Was completed.
【００１６】[0016]
【発明の効果】本発明によれば、陰極液室中の陰極液の
循環が良くなったので、電解における電流効率が向上
し、例えば実施例によれば９２％から９５％に上昇し
た。また、液循環ポンプを使用する必要がなくなり、装
置が簡単となり、エネルギー効率上有利である。さら
に、液循環ポンプを使用しないので、陰極液側の液圧が
上昇せず、ガス拡散電極の陰極液側とガス室側との間の
差圧が殆どないようにすることができ、ガス拡散電極の
寿命が２年以上と長くすることができる。陰極室内の陰
極液の移動は、気液上昇部および連絡管の中の陰極液の
移動と連動しているので、循環ポンプで液を供給する場
合のように脈動などがなく、均一に陰極液室中を移動さ
せることができるので、塩化アルカリ金属液の電解を均
一化することができる。また、水または陰極新液の供給
と気液上昇部の通路の幅あるいは／および厚みの調節に
よって陰極液室中の陰極液の移動を自由に行うことがで
き、ポンプで液を供給する場合より高速化することも脈
動などが不均一流動を生じさせずに行うことができる。According to the present invention, since the circulation of the catholyte in the catholyte compartment is improved, the current efficiency in the electrolysis is improved, for example, from 92% to 95% according to the embodiment. Further, there is no need to use a liquid circulation pump, and the apparatus is simplified, which is advantageous in energy efficiency. Further, since the liquid circulation pump is not used, the liquid pressure on the catholyte side does not increase, and the pressure difference between the catholyte side and the gas chamber side of the gas diffusion electrode can be reduced. The life of the electrode can be extended to two years or more. The movement of the catholyte in the cathode chamber is interlocked with the movement of the catholyte in the gas-liquid riser and the connecting pipe, so there is no pulsation and the like Since it can be moved in the chamber, the electrolysis of the alkali metal chloride solution can be made uniform. In addition, it is possible to freely move the catholyte in the catholyte compartment by supplying water or a new catholyte solution and adjusting the width and / or thickness of the passage in the gas-liquid ascending section. Higher speed can also be achieved without pulsation or the like causing non-uniform flow.
【図１】本発明のガスリフトポンプ部を有するガス拡散
電極の一例の陰極部を示す断面説明図である。FIG. 1 is an explanatory sectional view showing a cathode portion of an example of a gas diffusion electrode having a gas lift pump portion of the present invention.
【図２】本発明のガスリフトポンプ部を有するガス拡散
電極の一例の陰極部を示す拡大した部分断面説明図であ
る。FIG. 2 is an enlarged partial cross-sectional explanatory view showing a cathode section of an example of a gas diffusion electrode having a gas lift pump section of the present invention.
【図３】本発明のガスリフトポンプ部を有するガス拡散
電極の一例の陰極部を示す正面説明図である。FIG. 3 is an explanatory front view showing a cathode section of an example of a gas diffusion electrode having a gas lift pump section of the present invention.
【図４】ガス室の側面に気泡放出口を設けた本発明のガ
ス拡散電極の断面説明図を示し、（ａ）が正面説明図で
あり、（ｂ）が側面説明図である。FIGS. 4A and 4B are cross-sectional explanatory views of a gas diffusion electrode of the present invention in which a bubble discharge port is provided on a side surface of a gas chamber, where FIG. 4A is a front explanatory view and FIG.
【図５】ガス室を小室に分割した構造を有する本発明の
ガス拡散電極のガス室の断面説明図を示す。FIG. 5 is an explanatory sectional view of the gas chamber of the gas diffusion electrode of the present invention having a structure in which the gas chamber is divided into small chambers.
【図６】本発明のガス拡散電極をモノポーラ型の構造と
した例の断面説明図を示す。FIG. 6 is an explanatory cross-sectional view of an example in which the gas diffusion electrode of the present invention has a monopolar structure.
【図７】ガス拡散電極を有する従来のイオン交換膜法電
解槽の典型例を示す断面説明図である。FIG. 7 is an explanatory cross-sectional view showing a typical example of a conventional ion exchange membrane electrolytic cell having a gas diffusion electrode.
１ 陰極部 ２ ガス拡散電極 ３ ガス室 ４ 陰極液室 ５ イオン交換膜 ７ 酸素ガス供給管 ８ 気液上昇部 ９ 気液分離器 １０ 陰極枠 １１ 陰極液入口 １２ 陰極液出口 １３ ガス入口 １４ ガス出口 １５ 気液出口 １６ パッキング １７ 気泡 １８ 陽極 ２１ 電解槽 ２２ 陽極 ２３ 陽極室 ２４ 塩水入口 ２５ 塩素ガス出口 ２６ イオン交換膜 ２７ 陰極液室 ２８ 陰極液出口 ２９ 陰極液入口 ３０ ガス拡散電極 ３１ ガス室 ３２ ガス（酸素）入口 ３３ 応ガス（酸素）出口 ３４ 陰極枠 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cathode part 2 Gas diffusion electrode 3 Gas chamber 4 Catholyte chamber 5 Ion exchange membrane 7 Oxygen gas supply pipe 8 Gas-liquid riser 9 Gas-liquid separator 10 Cathode frame 11 Catholyte inlet 12 Catholyte outlet 13 Gas inlet 14 Gas outlet Reference Signs List 15 gas-liquid outlet 16 packing 17 bubble 18 anode 21 electrolytic cell 22 anode 23 anode chamber 24 salt water inlet 25 chlorine gas outlet 26 ion exchange membrane 27 catholyte chamber 28 catholyte outlet 29 catholyte inlet 30 gas diffusion electrode 31 gas chamber 32 gas (Oxygen) inlet 33 Oxygen (oxygen) outlet 34 Cathode frame
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C25B 1/00 - 15/08──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) C25B 1/00-15/08
Claims (1)
するガス拡散電極において、前記ガス室に隣接して前記
電解液室の上端及び下端に連通し、かつ前記ガス室の下
端に連通する電解液の循環通路を設け、前記電解液室の
上方から電解液を供給して下降流として通して前記電解
液の循環通路に導き、かつ前記ガス室に反応ガスを上方
から供給して下降流として通し、前記電解液の循環通路
中に気泡として放出させ、該放出ガスの上昇作用によっ
て前記液の循環通路中の電解液を上昇せしめ、循環せし
めることを特徴とするガスリフトポンプ部を有するガス
拡散電極。1. A gas diffusion electrode having one surface facing an electrolyte chamber and the other surface contacting a gas chamber, wherein the gas diffusion electrode is connected to an upper end and a lower end of the electrolyte chamber adjacent to the gas chamber, and a lower end of the gas chamber. Providing an electrolyte circulation passage communicating with the electrolyte solution, supplying the electrolyte solution from above the electrolyte solution chamber, passing the electrolyte solution as a downward flow to the electrolyte solution circulation passage, and supplying a reaction gas from above to the gas chamber. A gas lift pump section characterized in that the gas is discharged as bubbles in the circulation path of the electrolyte, and is released as bubbles in the circulation path of the electrolyte, and the rising action of the released gas raises and circulates the electrolyte in the circulation path of the electrolyte. Having a gas diffusion electrode.
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|---|---|---|---|
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