JP2978200B2 - 水電解方法及び電解槽 - Google Patents
水電解方法及び電解槽Info
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- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Description
（産業上の利用分野） 本発明は、水電解方法特にオゾン含有ガス発生電解方
法とその電解槽に関し、より詳細にはオゾン含有ガスが
発生する陽極としてガス電極を使用することにより従来
の放電法や電解法より小さい電力原単位でオゾン含有ガ
スを発生させることのできる方法及びその電解槽に関す
る。 （従来技術とその問題点） オゾンは強力でクリーンな酸化剤として注目されつつ
あり、特にその分解生成物が酸素であり従来から使用さ
れている塩素系のものと比較して残留物が被処理物中に
残留しないこと、分解速度が速くオゾンがそれ自身残留
せず二次公害の問題も全くないこと等の理由から水処理
用としての使用が増加している。 このように酸化剤として有用なオゾンを発生させるた
めに従来から主として放電法及び電解法が採用されてい
るが、生成物の濃度や純度及び操作の容易性から現在で
は電解法が特に半導体工業用等で主流となってきてい
る。しかしながら現状の電解法は従来法の３〜５倍の電
力原単位を必要とする。更に通常の電解法では電解液で
ある純水を供給しながら該純水を電解してオゾン含有ガ
スを発生させ該ガスを純水とともに電解槽外に取り出す
ようにしているため、継続的に純水を電解槽に供給する
必要があり、大量の純水を準備しなければならないとい
う欠点がある。 電解法で使用される電解槽は、効果的な電解効率を達
成するために換言すると小さい電力原単位でオゾン発生
を行うために、その槽構造が使用する電極触媒を含めて
種々の検討が続けられている。例えば通常のエキスパン
ドメッシュ等から成る電極以外に陰極としてガス電極を
使用し該陰極に酸素ガスを供給しながら電解を行うこと
により陰極で生成する水素ガスを前記酸素ガスと反応さ
せて不要な水素ガスの発生を抑制する方法が提案されて
いる（特開平１−123086号公報）。この方法では陰極で
の水素ガス発生がない分、安全かつ電力量が節約される
が、依然として効果的な電力節約とは言い難い。 従来の電解法ではオゾンが電解液に溶解して湿潤状態
で得られ、該湿潤状態で使用することが好ましくない場
合には更に乾燥工程を設けて乾燥オゾンを生成する必要
があり、この乾燥操作も手間の掛かる操作である。 （発明の目的） 本発明は、従来の水電解方法とは根本的に異なった着
想により、従来にない小さい電力原単位でかつ少量の電
解液を供給するのみでオゾン含有ガスを発生させること
のできる方法及び電解槽を提供することを目的とする。 （問題点を解決するための手段） 本発明は、第１に水を電解してオゾン含有ガスを発生
させる方法において、陽極としてガス電極を使用し該ガ
ス電極に酸素含有ガスを供給しながら電解を行うことを
特徴とする水電解方法であり、第２に電解槽本体を１対
のガス電極により中間の電解液室及び両側の陽極側ガス
供給室と陰極側ガス供給室とに区画し、両ガス供給室に
酸素含有ガスを供給しながら前記１対のガス電極間に通
電し前記陽極側ガス供給室のガス電極からオゾン含有ガ
スを発生させることを特徴とする水電解用電解槽であ
る。 以下本発明を詳細に説明する。 本発明では、水電解槽の両極のうち少なくとも陽極と
してガス電極を使用し、該ガス電極に酸素含有ガスを供
給することにより該ガス電極内で電解液の電解によりあ
るいは供給される酸素ガスと電解液の反応によりオゾン
含有ガスを発生させ、該オゾン含有ガスを電解液中では
なく主として前記ガス電極を介して隣接する陽極側ガス
供給室に取り出すことにより、純水の供給を実質的に行
うことなくオゾン含有ガスの生成を継続できるようにし
ている。更にオゾン含有ガスが気体のまま得られるため
乾燥操作を行う必要が殆どなく、かつオゾンが生成する
ガス電極中に酸素含有ガスを供給することにより化学的
平衡をオゾン生成に有利な方向へ移動させて電解効率を
上昇させ必要とする電力原単位を小さくすることができ
る。 つまり通常の水電解反応における陽極表面では次の
（１）及び（２）式に従って酸素及びオゾンが発生し、 3H2O→O3＋6H+＋6e ・・・（１） 2H2O→O2＋4H+＋4e ・・・（２） 更に酸素ガスと（１）及び（２）式の素過程で電極表
面に生じた酸素原子Ｏとの間の反応で次の（３）式に従
ってオゾンが発生する。 O2＋
法とその電解槽に関し、より詳細にはオゾン含有ガスが
発生する陽極としてガス電極を使用することにより従来
の放電法や電解法より小さい電力原単位でオゾン含有ガ
スを発生させることのできる方法及びその電解槽に関す
る。 （従来技術とその問題点） オゾンは強力でクリーンな酸化剤として注目されつつ
あり、特にその分解生成物が酸素であり従来から使用さ
れている塩素系のものと比較して残留物が被処理物中に
残留しないこと、分解速度が速くオゾンがそれ自身残留
せず二次公害の問題も全くないこと等の理由から水処理
用としての使用が増加している。 このように酸化剤として有用なオゾンを発生させるた
めに従来から主として放電法及び電解法が採用されてい
るが、生成物の濃度や純度及び操作の容易性から現在で
は電解法が特に半導体工業用等で主流となってきてい
る。しかしながら現状の電解法は従来法の３〜５倍の電
力原単位を必要とする。更に通常の電解法では電解液で
ある純水を供給しながら該純水を電解してオゾン含有ガ
スを発生させ該ガスを純水とともに電解槽外に取り出す
ようにしているため、継続的に純水を電解槽に供給する
必要があり、大量の純水を準備しなければならないとい
う欠点がある。 電解法で使用される電解槽は、効果的な電解効率を達
成するために換言すると小さい電力原単位でオゾン発生
を行うために、その槽構造が使用する電極触媒を含めて
種々の検討が続けられている。例えば通常のエキスパン
ドメッシュ等から成る電極以外に陰極としてガス電極を
使用し該陰極に酸素ガスを供給しながら電解を行うこと
により陰極で生成する水素ガスを前記酸素ガスと反応さ
せて不要な水素ガスの発生を抑制する方法が提案されて
いる（特開平１−123086号公報）。この方法では陰極で
の水素ガス発生がない分、安全かつ電力量が節約される
が、依然として効果的な電力節約とは言い難い。 従来の電解法ではオゾンが電解液に溶解して湿潤状態
で得られ、該湿潤状態で使用することが好ましくない場
合には更に乾燥工程を設けて乾燥オゾンを生成する必要
があり、この乾燥操作も手間の掛かる操作である。 （発明の目的） 本発明は、従来の水電解方法とは根本的に異なった着
想により、従来にない小さい電力原単位でかつ少量の電
解液を供給するのみでオゾン含有ガスを発生させること
のできる方法及び電解槽を提供することを目的とする。 （問題点を解決するための手段） 本発明は、第１に水を電解してオゾン含有ガスを発生
させる方法において、陽極としてガス電極を使用し該ガ
ス電極に酸素含有ガスを供給しながら電解を行うことを
特徴とする水電解方法であり、第２に電解槽本体を１対
のガス電極により中間の電解液室及び両側の陽極側ガス
供給室と陰極側ガス供給室とに区画し、両ガス供給室に
酸素含有ガスを供給しながら前記１対のガス電極間に通
電し前記陽極側ガス供給室のガス電極からオゾン含有ガ
スを発生させることを特徴とする水電解用電解槽であ
る。 以下本発明を詳細に説明する。 本発明では、水電解槽の両極のうち少なくとも陽極と
してガス電極を使用し、該ガス電極に酸素含有ガスを供
給することにより該ガス電極内で電解液の電解によりあ
るいは供給される酸素ガスと電解液の反応によりオゾン
含有ガスを発生させ、該オゾン含有ガスを電解液中では
なく主として前記ガス電極を介して隣接する陽極側ガス
供給室に取り出すことにより、純水の供給を実質的に行
うことなくオゾン含有ガスの生成を継続できるようにし
ている。更にオゾン含有ガスが気体のまま得られるため
乾燥操作を行う必要が殆どなく、かつオゾンが生成する
ガス電極中に酸素含有ガスを供給することにより化学的
平衡をオゾン生成に有利な方向へ移動させて電解効率を
上昇させ必要とする電力原単位を小さくすることができ
る。 つまり通常の水電解反応における陽極表面では次の
（１）及び（２）式に従って酸素及びオゾンが発生し、 3H2O→O3＋6H+＋6e ・・・（１） 2H2O→O2＋4H+＋4e ・・・（２） 更に酸素ガスと（１）及び（２）式の素過程で電極表
面に生じた酸素原子Ｏとの間の反応で次の（３）式に従
ってオゾンが発生する。 O2＋
〔０〕→O3 ・・・（３） 本発明によりオゾン生成が行われているガス電極（陽
極）に酸素含有ガスを供給すると、（２）式の右辺に酸
素があるためその平衡が左に偏って酸素生成が抑制され
てその結果（１）式によるオゾン生成が促進され、更に
（３）式の左辺に酸素があるためその平衡が右に偏って
オゾン生成が促進され、オゾン生成の電解効率が上昇す
る。 本発明に係わる電解槽は、それぞれがガス電極である
陽極及び陰極を使用して電解液で満たされた中央の電解
液室と、該電解液室の両側の陽極側ガス供給室及び陰極
側ガス供給室とに区画される。前記ガス電極は、液透過
性の材料から成る層と液不透過性でガス透過性材料から
成る少なくとも２層の複合電極物質層を有するが、両層
の界面は明確に形成されていなくてもよい。該電極物質
層はチタン等の通常の電極基材として使用される基材上
に被覆され、該陽極及び陰極は、液透過性材料から成る
層が前記電解液室側に位置しガス透過性材料から成る層
が前記ガス供給室側に位置するよう設置する。 前記液透過性材料層は、親水性材料例えば金属や金属
酸化物好ましくは触媒機能を有する物質例えば陽極の場
合には二酸化鉛や白金あるいはグラッシーカーボン等、
陰極の場合には白金等を使用して形成し、ガス透過性材
料層は疎水性材料例えばカーボンブラックやポリテトラ
フルオロエチレン（以下PTFEと略記する）等を使用して
形成する。 電解液室の幅つまり極間距離は0.5〜5mmとすることが
好ましく、0.5mm未満では短絡の危険が大きく、5mmを越
えると電解液の抵抗が大きくなり消費電力量が著しく大
きくなって経済的な操業を行うことができなくなる。 電解液は比較的純度の高い水に電解質例えばリン酸、
硫酸又はこれらの塩を溶解し、あるいはフッ素イオンを
少量添加した水溶液とすることが望ましい。該電解液は
本発明による電解で消費される量が少ないため、定常的
に供給する必要はなく減少分を供給するだけで十分であ
る。 前記陽極側ガス供給室に供給される酸素含有ガス好ま
しくは酸素は、生成するオゾンにより希釈されそのまま
陽極側ガス供給室に滞留するとオゾン生成を阻害するた
め、前記酸素含有ガスは定常的に供給して生成するオゾ
ンを電解槽外に取り出すことが望ましい。その供給量は
特に限定されないが、0.05〜0.5kg/cm2程度の酸素圧と
なるように消費量の１〜３倍を補充するよう供給するこ
とが好ましい。陰極側ガス供給室ではオゾンが生成する
ことがなく、水素イオンとの反応で消費される量を補充
すれば十分である。なおこの酸素含有ガスの供給は電解
槽冷却の役割も果たすことになる。 このような構成から成る電解槽の両ガス供給室に酸素
含有ガスを供給しながら電解を行うと、ガス電極である
陽極の液透過性材料層に電解液室内の電解液が浸透し一
方該陽極のガス透過性材料層には陽極側ガス供給室内の
酸素含有ガスが浸透し、通常の陽極反応である水電解に
よる酸素及びオゾン発生に加えて、両材料層の界面にお
いて上記（３）式に従う反応が生じオゾン及び酸素が発
生するが、この際に前記酸素含有ガス中の酸素の存在に
より（２）式の反応が阻害されることにより（１）式の
反応が促進され、更に（３）式の反応が促進されてオゾ
ン発生の効率が向上する。両ガスの多くは前記ガス透過
性材料層を通して陽極側ガス供給室に取り出され、オゾ
ン含有ガスとして電解槽外に取り出され、前記両ガスの
一部は電解液に溶解して電解液とともに電解槽外に取り
出される。 前記陽極側ガス供給室から槽外に取り出されるオゾン
含有ガスは殆ど乾燥状態にあるため、従来法のように乾
燥工程を別個に設けることなく、乾燥したオゾン含有ガ
スとして所定の用途に使用することができる。 図面は本発明に係わる水電解用電解槽を一例を示す縦
断面図である。 箱型の電解槽本体１は、それぞれ上下１対の陽極給電
体２及び陰極給電体３により給電されるガス電極である
陽極４及び陰極５により左方の陽極側ガス供給室６、中
央の電解液室７及び右方の陰極側ガス供給室８に区画さ
れている。中央の電解液室７には電解質を溶解した純水
等の電解液９が満たされ、両ガス供給室６、８には、そ
れぞれ前記電解槽本体１の下方に設置された酸素含有ガ
ス供給管10からそれぞれの酸素含有ガス供給口11、12を
介して供給される酸素含有ガス例えば空気や酸素が満た
されている。電解によりオゾンが含有された陽極側ガス
供給室６内のガス、及び陰極側ガス供給室８内の酸素含
有ガス両ガス供給室６、８の上部に設置されたそれぞれ
オゾン含有ガス取出口13及び酸素含有ガス取出口14を介
してオゾン酸素含有ガス取出管15に取り出される。 前記陽極側ガス供給室６内の酸素はガス電極である前
記陽極４の背面から該ガス電極内に浸透し、該ガス電極
内に浸透して来る前記電解液と反応して前記（３）式の
反応を行ってオゾンを発生し、かつ（１）式及び（２）
式の電解液の陽極反応を行ってそれぞれオゾン及び酸素
を生成し、生成オゾン及び酸素の殆どは前記陽極側ガス
供給室６側に取り出される。該陽極側ガス供給室６内の
オゾン含有ガスは乾燥状態のまま前記オゾン含有ガス取
出管15に取り出される。なお陽極側ガス供給室内に酸素
含有ガスの供給を行わないと該陽極側ガス供給室内にお
けるオゾン濃度が徐々に上昇し、前記（１）式の平衡を
左に又（３）式の平衡を右に移動させてオゾン発生を抑
制することになるため、酸素含有ガスの供給及び取出し
は定常的に行うことが望ましい。 又前記陰極側ガス供給室８内の酸素含有ガスもガス電
極である前記陰極５の背面から該ガス電極内に浸透し、
該陰極５における電解液の電解により生ずる水素イオン
と反応して水となり電解液室７内に導かれる。 このように図示の電解槽によると、陽極４側ではオゾ
ン及び酸素を生成し陰極５側では水が生成する。目的と
するオゾンを含有するオゾン含有ガスは電解液とは別に
前記オゾン含有ガス取出管15に取り出されるため電解液
を定常的に供給する必要はなくオゾン発生及び水素発生
に使用された量のみを補充すれば十分である。 （実施例） 以下本発明方法によるオゾン含有ガス生成の実施例を
記載するが、本実施例は本発明を限定するものではな
い。 実施例１ 孔径10〜100μｍ、厚さ0.5mmのチタン網より成る陽極
基材を洗浄し、これに白金を含む溶液を塗布焼成して白
金を担持させ、該基材の片面に更に400g/の硝酸鉛浴
を使用して60℃でβ−二酸化鉛を電着させた。酸素ガス
の反応サイトへの均一な供給及び分散を確保するため、
該二酸化鉛層の表面には、PTFE、ナフィオン（商品名）
及びβ−二酸化鉛の1:5:5（重量比）の割合の粒状混合
物を温度200℃及び圧力2200トン/m2で150g/m2となるよ
うに加熱圧着した。 前記基材の二酸化鉛層と逆の面に、２〜20μｍのPTFE
粒子を温度200℃及び圧力2200トン/m2で100g/m2となる
ように加熱圧着してガス透過性層を形成し、これを陽極
とした。 又前記陽極と同じ基材の一方面にPTFE、ナフィオン及
び白金粒子の1:5:5の割合で混合したペーストを被覆
し、他面にはPTFEのみの均一な薄層を200g/m2となるよ
うに加熱圧着し、これを陰極とした。 前記陽極及び陰極を、フッ素樹脂製の幅10cm、深さ10
cmの箱型電解槽本体に添付図面に示すように装着し、中
央の幅10cm、極間距離2mm、深さ10cmの電解液室及びそ
の両側のそれぞれ幅10cm、厚さ1cm、深さ10cmの陽極側
ガス供給室及び陰極側ガス供給室に区画した。該電解液
室には濃度150g/で20℃の硫酸水溶液を満たし、両側
のガス供給室にはそれぞれ0.2／分の速度で酸素ガス
を供給した。 この電解操作の電流密度は20〜50A/dm2で、オゾン発
生の電流効率は25％であった。 比較例 陽極基材を厚さ2mmのチタン板とし、陽極側ガス供給
室に酸素を供給しなかったこと以外は実施例１と同一条
件でオゾン発生電解を行ったところ、オゾン発生の電流
効率は16％であった。 （発明の効果） 本発明方法は、水を電解してオゾン含有ガスを発生さ
せる際に、陽極としてガス電極を使用し該ガス電極に酸
素含有ガスを供給しながら電解を行う方法である（請求
項１）。 陽極であるガス電極では電解液の電解による酸素及び
オゾン発生反応の他に、電解液と酸素含有ガス中の酸素
間の反応によりオゾンが発生し、酸素含有ガス中の酸素
の存在により電解液の電解による酸素発生が抑制されそ
の結果オゾン発生反応が促進され、小さい電力原単位で
効果的にオゾンを生成することが可能になる。 更に殆どのオゾンが乾燥状態で取り出されるため、乾
燥工程を別に設けることなく乾燥オゾンを得ることがで
き、かつ電解液を取り出すことなくオゾンを取り出すこ
とができ消費された電解液を補充するだけで十分である
ため、精製等に手間取る高純度の電解液を多量に用意す
る必要がなくなり、操作が容易になる。 又本発明に係わる水電解用電解槽は、電解槽本体を１
対のガス電極により中間の電解液室及び両側の陽極側ガ
ス供給室と陰極側ガス供給室とに区画し、両ガス供給室
に酸素含有ガスを供給しながら前記１対のガス電極間に
通電し前記陽極側ガス供給室のガス電極からオゾン含有
ガスを発生させるようにしている（請求項２）。 従って該電解槽の陽極側ガス供給室では前述の本発明
方法の場合と同様に効率良く乾燥オゾンを生成すること
ができ、更に陰極で発生する水素イオンを酸素と反応さ
せることにより水に変換できるため、不要な水素ガス発
生のための電力を節約することができ、更に必要とする
電力原単位を小さくすることができる。
極）に酸素含有ガスを供給すると、（２）式の右辺に酸
素があるためその平衡が左に偏って酸素生成が抑制され
てその結果（１）式によるオゾン生成が促進され、更に
（３）式の左辺に酸素があるためその平衡が右に偏って
オゾン生成が促進され、オゾン生成の電解効率が上昇す
る。 本発明に係わる電解槽は、それぞれがガス電極である
陽極及び陰極を使用して電解液で満たされた中央の電解
液室と、該電解液室の両側の陽極側ガス供給室及び陰極
側ガス供給室とに区画される。前記ガス電極は、液透過
性の材料から成る層と液不透過性でガス透過性材料から
成る少なくとも２層の複合電極物質層を有するが、両層
の界面は明確に形成されていなくてもよい。該電極物質
層はチタン等の通常の電極基材として使用される基材上
に被覆され、該陽極及び陰極は、液透過性材料から成る
層が前記電解液室側に位置しガス透過性材料から成る層
が前記ガス供給室側に位置するよう設置する。 前記液透過性材料層は、親水性材料例えば金属や金属
酸化物好ましくは触媒機能を有する物質例えば陽極の場
合には二酸化鉛や白金あるいはグラッシーカーボン等、
陰極の場合には白金等を使用して形成し、ガス透過性材
料層は疎水性材料例えばカーボンブラックやポリテトラ
フルオロエチレン（以下PTFEと略記する）等を使用して
形成する。 電解液室の幅つまり極間距離は0.5〜5mmとすることが
好ましく、0.5mm未満では短絡の危険が大きく、5mmを越
えると電解液の抵抗が大きくなり消費電力量が著しく大
きくなって経済的な操業を行うことができなくなる。 電解液は比較的純度の高い水に電解質例えばリン酸、
硫酸又はこれらの塩を溶解し、あるいはフッ素イオンを
少量添加した水溶液とすることが望ましい。該電解液は
本発明による電解で消費される量が少ないため、定常的
に供給する必要はなく減少分を供給するだけで十分であ
る。 前記陽極側ガス供給室に供給される酸素含有ガス好ま
しくは酸素は、生成するオゾンにより希釈されそのまま
陽極側ガス供給室に滞留するとオゾン生成を阻害するた
め、前記酸素含有ガスは定常的に供給して生成するオゾ
ンを電解槽外に取り出すことが望ましい。その供給量は
特に限定されないが、0.05〜0.5kg/cm2程度の酸素圧と
なるように消費量の１〜３倍を補充するよう供給するこ
とが好ましい。陰極側ガス供給室ではオゾンが生成する
ことがなく、水素イオンとの反応で消費される量を補充
すれば十分である。なおこの酸素含有ガスの供給は電解
槽冷却の役割も果たすことになる。 このような構成から成る電解槽の両ガス供給室に酸素
含有ガスを供給しながら電解を行うと、ガス電極である
陽極の液透過性材料層に電解液室内の電解液が浸透し一
方該陽極のガス透過性材料層には陽極側ガス供給室内の
酸素含有ガスが浸透し、通常の陽極反応である水電解に
よる酸素及びオゾン発生に加えて、両材料層の界面にお
いて上記（３）式に従う反応が生じオゾン及び酸素が発
生するが、この際に前記酸素含有ガス中の酸素の存在に
より（２）式の反応が阻害されることにより（１）式の
反応が促進され、更に（３）式の反応が促進されてオゾ
ン発生の効率が向上する。両ガスの多くは前記ガス透過
性材料層を通して陽極側ガス供給室に取り出され、オゾ
ン含有ガスとして電解槽外に取り出され、前記両ガスの
一部は電解液に溶解して電解液とともに電解槽外に取り
出される。 前記陽極側ガス供給室から槽外に取り出されるオゾン
含有ガスは殆ど乾燥状態にあるため、従来法のように乾
燥工程を別個に設けることなく、乾燥したオゾン含有ガ
スとして所定の用途に使用することができる。 図面は本発明に係わる水電解用電解槽を一例を示す縦
断面図である。 箱型の電解槽本体１は、それぞれ上下１対の陽極給電
体２及び陰極給電体３により給電されるガス電極である
陽極４及び陰極５により左方の陽極側ガス供給室６、中
央の電解液室７及び右方の陰極側ガス供給室８に区画さ
れている。中央の電解液室７には電解質を溶解した純水
等の電解液９が満たされ、両ガス供給室６、８には、そ
れぞれ前記電解槽本体１の下方に設置された酸素含有ガ
ス供給管10からそれぞれの酸素含有ガス供給口11、12を
介して供給される酸素含有ガス例えば空気や酸素が満た
されている。電解によりオゾンが含有された陽極側ガス
供給室６内のガス、及び陰極側ガス供給室８内の酸素含
有ガス両ガス供給室６、８の上部に設置されたそれぞれ
オゾン含有ガス取出口13及び酸素含有ガス取出口14を介
してオゾン酸素含有ガス取出管15に取り出される。 前記陽極側ガス供給室６内の酸素はガス電極である前
記陽極４の背面から該ガス電極内に浸透し、該ガス電極
内に浸透して来る前記電解液と反応して前記（３）式の
反応を行ってオゾンを発生し、かつ（１）式及び（２）
式の電解液の陽極反応を行ってそれぞれオゾン及び酸素
を生成し、生成オゾン及び酸素の殆どは前記陽極側ガス
供給室６側に取り出される。該陽極側ガス供給室６内の
オゾン含有ガスは乾燥状態のまま前記オゾン含有ガス取
出管15に取り出される。なお陽極側ガス供給室内に酸素
含有ガスの供給を行わないと該陽極側ガス供給室内にお
けるオゾン濃度が徐々に上昇し、前記（１）式の平衡を
左に又（３）式の平衡を右に移動させてオゾン発生を抑
制することになるため、酸素含有ガスの供給及び取出し
は定常的に行うことが望ましい。 又前記陰極側ガス供給室８内の酸素含有ガスもガス電
極である前記陰極５の背面から該ガス電極内に浸透し、
該陰極５における電解液の電解により生ずる水素イオン
と反応して水となり電解液室７内に導かれる。 このように図示の電解槽によると、陽極４側ではオゾ
ン及び酸素を生成し陰極５側では水が生成する。目的と
するオゾンを含有するオゾン含有ガスは電解液とは別に
前記オゾン含有ガス取出管15に取り出されるため電解液
を定常的に供給する必要はなくオゾン発生及び水素発生
に使用された量のみを補充すれば十分である。 （実施例） 以下本発明方法によるオゾン含有ガス生成の実施例を
記載するが、本実施例は本発明を限定するものではな
い。 実施例１ 孔径10〜100μｍ、厚さ0.5mmのチタン網より成る陽極
基材を洗浄し、これに白金を含む溶液を塗布焼成して白
金を担持させ、該基材の片面に更に400g/の硝酸鉛浴
を使用して60℃でβ−二酸化鉛を電着させた。酸素ガス
の反応サイトへの均一な供給及び分散を確保するため、
該二酸化鉛層の表面には、PTFE、ナフィオン（商品名）
及びβ−二酸化鉛の1:5:5（重量比）の割合の粒状混合
物を温度200℃及び圧力2200トン/m2で150g/m2となるよ
うに加熱圧着した。 前記基材の二酸化鉛層と逆の面に、２〜20μｍのPTFE
粒子を温度200℃及び圧力2200トン/m2で100g/m2となる
ように加熱圧着してガス透過性層を形成し、これを陽極
とした。 又前記陽極と同じ基材の一方面にPTFE、ナフィオン及
び白金粒子の1:5:5の割合で混合したペーストを被覆
し、他面にはPTFEのみの均一な薄層を200g/m2となるよ
うに加熱圧着し、これを陰極とした。 前記陽極及び陰極を、フッ素樹脂製の幅10cm、深さ10
cmの箱型電解槽本体に添付図面に示すように装着し、中
央の幅10cm、極間距離2mm、深さ10cmの電解液室及びそ
の両側のそれぞれ幅10cm、厚さ1cm、深さ10cmの陽極側
ガス供給室及び陰極側ガス供給室に区画した。該電解液
室には濃度150g/で20℃の硫酸水溶液を満たし、両側
のガス供給室にはそれぞれ0.2／分の速度で酸素ガス
を供給した。 この電解操作の電流密度は20〜50A/dm2で、オゾン発
生の電流効率は25％であった。 比較例 陽極基材を厚さ2mmのチタン板とし、陽極側ガス供給
室に酸素を供給しなかったこと以外は実施例１と同一条
件でオゾン発生電解を行ったところ、オゾン発生の電流
効率は16％であった。 （発明の効果） 本発明方法は、水を電解してオゾン含有ガスを発生さ
せる際に、陽極としてガス電極を使用し該ガス電極に酸
素含有ガスを供給しながら電解を行う方法である（請求
項１）。 陽極であるガス電極では電解液の電解による酸素及び
オゾン発生反応の他に、電解液と酸素含有ガス中の酸素
間の反応によりオゾンが発生し、酸素含有ガス中の酸素
の存在により電解液の電解による酸素発生が抑制されそ
の結果オゾン発生反応が促進され、小さい電力原単位で
効果的にオゾンを生成することが可能になる。 更に殆どのオゾンが乾燥状態で取り出されるため、乾
燥工程を別に設けることなく乾燥オゾンを得ることがで
き、かつ電解液を取り出すことなくオゾンを取り出すこ
とができ消費された電解液を補充するだけで十分である
ため、精製等に手間取る高純度の電解液を多量に用意す
る必要がなくなり、操作が容易になる。 又本発明に係わる水電解用電解槽は、電解槽本体を１
対のガス電極により中間の電解液室及び両側の陽極側ガ
ス供給室と陰極側ガス供給室とに区画し、両ガス供給室
に酸素含有ガスを供給しながら前記１対のガス電極間に
通電し前記陽極側ガス供給室のガス電極からオゾン含有
ガスを発生させるようにしている（請求項２）。 従って該電解槽の陽極側ガス供給室では前述の本発明
方法の場合と同様に効率良く乾燥オゾンを生成すること
ができ、更に陰極で発生する水素イオンを酸素と反応さ
せることにより水に変換できるため、不要な水素ガス発
生のための電力を節約することができ、更に必要とする
電力原単位を小さくすることができる。
図面は本発明に係わる水電解用電解槽の一例を示す縦断
面図である。 １……電解槽本体、２……陽極給電体 ３……陰極給電体、４……陽極 ５……陰極、６……陽極側ガス供給室 ７……電解液室、８……陰極側ガス供給室 ９……電解液、10……酸素含有ガス供給管 11、12……酸素含有ガス供給口 13……オゾン含有ガス取出口 14……酸素含有ガス取出口 15……オゾン酸素含有ガス取出管
面図である。 １……電解槽本体、２……陽極給電体 ３……陰極給電体、４……陽極 ５……陰極、６……陽極側ガス供給室 ７……電解液室、８……陰極側ガス供給室 ９……電解液、10……酸素含有ガス供給管 11、12……酸素含有ガス供給口 13……オゾン含有ガス取出口 14……酸素含有ガス取出口 15……オゾン酸素含有ガス取出管
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−234585（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−96797（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C25B 1/00 - 15/08 C01B 13/10
Claims (2)
- 【請求項１】水を電解してオゾン含有ガスを発生させる
方法において、陽極としてガス電極を使用し該ガス電極
に酸素含有ガスを供給しながら電解を行うことを特徴と
する水電解方法。 - 【請求項２】電解槽本体を１対のガス電極により中間の
電解液室及び両側の陽極側ガス供給室と陰極側ガス供給
室とに区画し、両ガス供給室に酸素含有ガスを供給しな
がら前記１対のガス電極間に通電し前記陽極側ガス供給
室のガス電極からオゾン含有ガスを発生させることを特
徴とする水電解用電解槽。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2088586A JP2978200B2 (ja) | 1990-04-03 | 1990-04-03 | 水電解方法及び電解槽 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2088586A JP2978200B2 (ja) | 1990-04-03 | 1990-04-03 | 水電解方法及び電解槽 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03287794A JPH03287794A (ja) | 1991-12-18 |
| JP2978200B2 true JP2978200B2 (ja) | 1999-11-15 |
Family
ID=13946945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2088586A Expired - Lifetime JP2978200B2 (ja) | 1990-04-03 | 1990-04-03 | 水電解方法及び電解槽 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2978200B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9301330D0 (en) * | 1993-01-23 | 1993-03-17 | Johnson Matthey Plc | Electrode |
-
1990
- 1990-04-03 JP JP2088586A patent/JP2978200B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03287794A (ja) | 1991-12-18 |
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