JP3608880B2 - 活性陰極の再活性化方法および再活性化した陰極を備えたイオン交換膜電解槽 - Google Patents
活性陰極の再活性化方法および再活性化した陰極を備えたイオン交換膜電解槽 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、活性陰極の再活性化方法において、特にイオン交換膜法電解槽に用いる活性陰極の再活性化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
食塩電解において、陰極表面に電極触媒物質の被覆を形成し、陰極での水素発生過電圧を低下させることが行われている。しかし、この電極触媒物質の被覆も長年の運転において電極触媒物質が消耗したり、あるいは陰極液中の不純物等の影響により活性が低下し、水素発生電位が上昇する。
【０００３】
このような陰極の活性の低下を回復させるためには、種々の方法が行われていた。
１）電解槽本体に取り付けた陰極表面の活性が低減した電極触媒被覆の一部または全部を取り除き、再び陰極基材の表面に電極触媒被覆を施す。
２）陰極表面の活性が低下した陰極基材を電解槽から取り外して、再び陰極基材の表面に電極触媒被覆を施した後に、電解槽に取りつける。
３）多孔性の第１の陰極基材上に、第１の陰極基材よりも線径の小さな第２の陰極基材を可撓性の部材等を介して取り外し可能な手段で取り付け、第２の陰極基材に触媒活性被覆を施し、活性の低下した場合には、第２の陰極基材を取り外して再活性する。
【０００４】
ところが、１）の方法では、電解槽の本体に取り付けた状態で再活性化をするために、再活性化を行う施設との距離が離れている場合には、輸送に長時間を有することとなり、生産を停止する期間が長期間に及ぶ等の問題があった。
また、２）の方法では、一般には溶接によって取り付けられている陰極基材を電解槽本体から取り外す必要があり、電解槽本体からの取り外しおよび再度陰極活性被覆を行った陰極基材の取り外しが必要であり、専門的な施設で行うことが必要であった。
さらに、３）の方法が適用できる電解槽は、導電体である陰極基材の多孔性電極基体上に線径の細い微細な基材から構成された電極を、可撓性のある部材、あるいはスポンジ状の部材を介して多孔性電極基体に取り付けている。そして、このような電解槽にあっては、イオン交換膜と電極とを密着させて電解を行ない、電極と多孔性電極基体との導電接続は、イオン交換膜面に電極面を接触させる接触面圧による接触により導電接続を形成することが行われているので、イオン交換膜面には、導電接続を生み出す接触面圧が必要となる。このため、微細な電極基材がイオン交換膜に損傷を与える可能性があり、また電極と多孔性電極基体との間に発生した気体が滞留する等の問題もあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、活性の低下した活性陰極を、再活性化することができる方法を提供することを課題とするものであり、短期間に比較的簡単な方法で再活性する方法を提供することを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、イオン交換膜電解槽の活性陰極の再活性化方法において、電解槽の隔壁の凸部に櫛形の可撓性部材の一端を結合し、他端に触媒活性が劣化した多孔性陰極を結合し、該多孔性陰極面に、該多孔性陰極の線径および開孔よりも、線径および開孔が小さな活性陰極を配置し、前記可撓性部材によって、活性陰極を陽極に押し付けられたイオン交換膜面に押し付けて、活性陰極と該多孔性陰極面との間で導電接続を形成した活性陰極の再活性化方法である。
また、再活性化した陰極を備えたイオン交換膜電解槽において、電解槽の隔壁の凸部に櫛形の可撓性部材の一端を結合し、他端に触媒活性が劣化した多孔性陰極を結合し、該多孔性陰極面に、該多孔性陰極の線径および開孔よりも、線径および開孔が小さな活性陰極が配置され、該活性陰極は前記可撓性部材によって、陽極に押し付けられたイオン交換膜面に押し付けられて該多孔性陰極面との間で導電接続が形成された再活性化した陰極を備えたイオン交換膜電解槽である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明を図面を参照して説明する。
【０００８】
図１は本発明の方法によって再生を行った活性陰極を有する単位電解槽の一部を切り欠いた斜視図である。単位電解槽１には薄板に凹凸を形成した隔壁の凸部２に櫛形の可撓性部材３によって多孔性陰極４を取りつけており、隔壁の凸部には櫛状の可撓性部材の連結部５を取り付け、可撓性部材の櫛の刃部分６に屈曲部７を形成し、櫛の刃の端部８を多孔性陰極に溶接等によって結合している。多孔性陰極が劣化すると、劣化した多孔性陰極上に多孔性陰極よりも線径および網目の小さな活性陰極９を取り付けている。
図２は、本発明の活性陰極の再活性方法における活性陰極の取り付け方法を説明する図である。図２（ａ）に示すように活性の劣化した多孔性陰極４上に、活性陰極９を載置し、図２（ｂ）に示すように、活性陰極の端部の取り付け片１０を折り曲げて取りける。活性陰極９は、活性の劣化した多孔性陰極に比べて線径が小さな折り曲げることが容易な部材で構成されているので、活性の劣化した陰極面に容易に取り付けることができる。
【０００９】
図３は、本発明の活性陰極の再活性方法によって再活性した活性陰極を有するイオン交換膜電解槽の断面を説明する図である。
本発明の活性陰極９と陽極１１の間には、イオン交換膜１２が設けられており、多孔性陰極４は、可撓性部材３に結合されている。一般にイオン交換膜電解槽では、イオン交換膜は陰極室と陽極室の間の電解液および気体の圧力の差によって陽極側に押しつけられているので、陰極は可撓性部材によって陽極に接したイオン交換膜面に押しつけられ、その圧力によって活性の劣化した陰極と新たに取り付けた活性陰極とが充分に接触し、活性の劣化した陰極と活性陰極との間で導電接続が形成される。
また、図３で示されるように、活性陰極のイオン交換膜の反対側には、先に使用していた活性の劣化した陰極が設けられているのみであり、導電接続を形成したり、両者を固着する部材は設けられておらず、充分な開口部があるため、容易に電極部を通過することができるのでガス溜まりが形成されることもなく回収される。したがって、発生した気体の滞留によって電圧の上昇等の悪影響が生じることがない。
【００１０】
さらに、本発明の方法では、活性の劣化した既存の陰極に取り付ける活性陰極は、既存の陰極に比べて線径が小さく、開口部の小さなエキスパンデッドメタル等を用いることができるので、微細な金属線の不織布状あるいは織布状のものを用いた場合に微細な金属線によるイオン交換膜への損傷によるピンホールを生じさせるおそれもない。
【００１１】
本発明の活性陰極の製造方法に用いることができる活性陰極は、陰極で発生する水素を電極から速やかに分離することができるように、開口率が７０％以上であり、厚みが０．４ｍｍ以下のエキスパンデッドメタルが好ましい。またエキスパンデッドメタルの開口部の形状については、既存のエキスパンデッドメタルとの接触抵抗を最小とするために、既存のエキスパンデッドメタルと組み合わせたときに接触箇所が多くなるような形状とすることが好ましい。
また、本発明の方法では、活性が低下して劣化した陰極表面から電極触媒被覆を除去することなく、新たな活性陰極を取り付けているので、残存した陰極活性被膜との接触で新たに取り付ける活性電極との間に充分な導電接続を形成することが可能となる。
【００１２】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を示し、本発明を説明する。
実施例１
陰極として長径８．０ｍｍ、短径３．７ｍｍ、刻み幅０．９ｍｍ、板厚０．８ｍｍのロール掛けしたフラットエキスパンデッドメタルのニッケル製電極をニッケル製の櫛型の可撓性部材によって取り付けた電極の大きさが縦１００ｍｍ、横２５０ｍｍのイオン交換膜電解槽において食塩水の電気分解を行った結果、活性の劣化した陰極上に、長径４．４ｍｍ、短径３．０ｍｍ、刻み幅０．２ｍｍ、板厚０．２ｍｍのロール掛けした、縦１００ｍｍ、横２５０ｍｍの大きさで、電極の外周部の縦の辺には１５×１０ｍｍの取り付け片を２個、横の辺には３個を有するニッケル製フラットエキスパンデッドメタルに、塩化ニッケル３００ｇ／ｌ、塩化アルミニウム５０ｇ／ｌ、ホウ酸３８ｇ／ｌ、Ｎｉ−Ａｌ合金（５０：５０）０．９ｇ／ｌを含むめっき浴においてニッケルめっきを行った後に、７５℃の２０重量％の水酸化ナトリウム中に浸漬してアルミニウム分を除去した。
次いで、濃度３ｇ／ｌの過酸化水素水のｐＨ１２の液に１０分間浸漬して活性陰極の安定化処理を行った。
得られた電極の取り付け片を折り曲げて既存の電極上に取り付けて電流密度４．０ｋＡ／ｍ２ にて６ヶ月間の電気分解を行ったところ、活性が劣化する前に比べて電圧の上昇はみられなかった。
【００１３】
実施例２
２年６ヶ月運転経過した電極面積が３．２７６ｍ２ の単位電解槽エレメント２対の既存の陰極上に、実施例１と同様の方法で新規製作した３４０ｍｍ×１１６０ｍｍのエキスパンデッドメタル製の陰極８個を実施例１と同様にして取り付け片を折り曲げて電極上に取り付けて運転を行ったところ、電圧上昇は見られなかった。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の活性陰極の再生方法では、活性の低下した陰極表面に、活性の低下した陰極触媒の被覆を除去することなく、既存の陰極よりも線径、開孔の小さな活性陰極を取り付けて、陰極に取り付けた可撓性部材によってイオン交換膜に接触させることによって、既存の陰極との導電接続を形成したので、活性陰極を極めて短期間に再活性することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法によって再生を行った活性陰極を有する単位電解槽の一部を切り欠いた斜視図である。
【図２】本発明の活性陰極の再活性方法における活性陰極の取り付け方法を説明する図である。
【図３】本発明の活性陰極の再活性方法によって再活性した活性陰極を有するイオン交換膜電解槽の断面を説明する図である。
【符号の説明】
１…単位電解槽１、２…隔壁の凸部、３…可撓性部材、４…多孔性陰極、５…櫛状の可撓性部材の連結部、６…可撓性部材の櫛の刃部分、７…屈曲部、８…櫛の刃の端部、９…活性陰極、１０…取り付け片、１１…陽極、１２…イオン交換膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、活性陰極の再活性化方法において、特にイオン交換膜法電解槽に用いる活性陰極の再活性化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
食塩電解において、陰極表面に電極触媒物質の被覆を形成し、陰極での水素発生過電圧を低下させることが行われている。しかし、この電極触媒物質の被覆も長年の運転において電極触媒物質が消耗したり、あるいは陰極液中の不純物等の影響により活性が低下し、水素発生電位が上昇する。
【０００３】
このような陰極の活性の低下を回復させるためには、種々の方法が行われていた。
１）電解槽本体に取り付けた陰極表面の活性が低減した電極触媒被覆の一部または全部を取り除き、再び陰極基材の表面に電極触媒被覆を施す。
２）陰極表面の活性が低下した陰極基材を電解槽から取り外して、再び陰極基材の表面に電極触媒被覆を施した後に、電解槽に取りつける。
３）多孔性の第１の陰極基材上に、第１の陰極基材よりも線径の小さな第２の陰極基材を可撓性の部材等を介して取り外し可能な手段で取り付け、第２の陰極基材に触媒活性被覆を施し、活性の低下した場合には、第２の陰極基材を取り外して再活性する。
【０００４】
ところが、１）の方法では、電解槽の本体に取り付けた状態で再活性化をするために、再活性化を行う施設との距離が離れている場合には、輸送に長時間を有することとなり、生産を停止する期間が長期間に及ぶ等の問題があった。
また、２）の方法では、一般には溶接によって取り付けられている陰極基材を電解槽本体から取り外す必要があり、電解槽本体からの取り外しおよび再度陰極活性被覆を行った陰極基材の取り外しが必要であり、専門的な施設で行うことが必要であった。
さらに、３）の方法が適用できる電解槽は、導電体である陰極基材の多孔性電極基体上に線径の細い微細な基材から構成された電極を、可撓性のある部材、あるいはスポンジ状の部材を介して多孔性電極基体に取り付けている。そして、このような電解槽にあっては、イオン交換膜と電極とを密着させて電解を行ない、電極と多孔性電極基体との導電接続は、イオン交換膜面に電極面を接触させる接触面圧による接触により導電接続を形成することが行われているので、イオン交換膜面には、導電接続を生み出す接触面圧が必要となる。このため、微細な電極基材がイオン交換膜に損傷を与える可能性があり、また電極と多孔性電極基体との間に発生した気体が滞留する等の問題もあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、活性の低下した活性陰極を、再活性化することができる方法を提供することを課題とするものであり、短期間に比較的簡単な方法で再活性する方法を提供することを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、イオン交換膜電解槽の活性陰極の再活性化方法において、電解槽の隔壁の凸部に櫛形の可撓性部材の一端を結合し、他端に触媒活性が劣化した多孔性陰極を結合し、該多孔性陰極面に、該多孔性陰極の線径および開孔よりも、線径および開孔が小さな活性陰極を配置し、前記可撓性部材によって、活性陰極を陽極に押し付けられたイオン交換膜面に押し付けて、活性陰極と該多孔性陰極面との間で導電接続を形成した活性陰極の再活性化方法である。
また、再活性化した陰極を備えたイオン交換膜電解槽において、電解槽の隔壁の凸部に櫛形の可撓性部材の一端を結合し、他端に触媒活性が劣化した多孔性陰極を結合し、該多孔性陰極面に、該多孔性陰極の線径および開孔よりも、線径および開孔が小さな活性陰極が配置され、該活性陰極は前記可撓性部材によって、陽極に押し付けられたイオン交換膜面に押し付けられて該多孔性陰極面との間で導電接続が形成された再活性化した陰極を備えたイオン交換膜電解槽である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明を図面を参照して説明する。
【０００８】
図１は本発明の方法によって再生を行った活性陰極を有する単位電解槽の一部を切り欠いた斜視図である。単位電解槽１には薄板に凹凸を形成した隔壁の凸部２に櫛形の可撓性部材３によって多孔性陰極４を取りつけており、隔壁の凸部には櫛状の可撓性部材の連結部５を取り付け、可撓性部材の櫛の刃部分６に屈曲部７を形成し、櫛の刃の端部８を多孔性陰極に溶接等によって結合している。多孔性陰極が劣化すると、劣化した多孔性陰極上に多孔性陰極よりも線径および網目の小さな活性陰極９を取り付けている。
図２は、本発明の活性陰極の再活性方法における活性陰極の取り付け方法を説明する図である。図２（ａ）に示すように活性の劣化した多孔性陰極４上に、活性陰極９を載置し、図２（ｂ）に示すように、活性陰極の端部の取り付け片１０を折り曲げて取りける。活性陰極９は、活性の劣化した多孔性陰極に比べて線径が小さな折り曲げることが容易な部材で構成されているので、活性の劣化した陰極面に容易に取り付けることができる。
【０００９】
図３は、本発明の活性陰極の再活性方法によって再活性した活性陰極を有するイオン交換膜電解槽の断面を説明する図である。
本発明の活性陰極９と陽極１１の間には、イオン交換膜１２が設けられており、多孔性陰極４は、可撓性部材３に結合されている。一般にイオン交換膜電解槽では、イオン交換膜は陰極室と陽極室の間の電解液および気体の圧力の差によって陽極側に押しつけられているので、陰極は可撓性部材によって陽極に接したイオン交換膜面に押しつけられ、その圧力によって活性の劣化した陰極と新たに取り付けた活性陰極とが充分に接触し、活性の劣化した陰極と活性陰極との間で導電接続が形成される。
また、図３で示されるように、活性陰極のイオン交換膜の反対側には、先に使用していた活性の劣化した陰極が設けられているのみであり、導電接続を形成したり、両者を固着する部材は設けられておらず、充分な開口部があるため、容易に電極部を通過することができるのでガス溜まりが形成されることもなく回収される。したがって、発生した気体の滞留によって電圧の上昇等の悪影響が生じることがない。
【００１０】
さらに、本発明の方法では、活性の劣化した既存の陰極に取り付ける活性陰極は、既存の陰極に比べて線径が小さく、開口部の小さなエキスパンデッドメタル等を用いることができるので、微細な金属線の不織布状あるいは織布状のものを用いた場合に微細な金属線によるイオン交換膜への損傷によるピンホールを生じさせるおそれもない。
【００１１】
本発明の活性陰極の製造方法に用いることができる活性陰極は、陰極で発生する水素を電極から速やかに分離することができるように、開口率が７０％以上であり、厚みが０．４ｍｍ以下のエキスパンデッドメタルが好ましい。またエキスパンデッドメタルの開口部の形状については、既存のエキスパンデッドメタルとの接触抵抗を最小とするために、既存のエキスパンデッドメタルと組み合わせたときに接触箇所が多くなるような形状とすることが好ましい。
また、本発明の方法では、活性が低下して劣化した陰極表面から電極触媒被覆を除去することなく、新たな活性陰極を取り付けているので、残存した陰極活性被膜との接触で新たに取り付ける活性電極との間に充分な導電接続を形成することが可能となる。
【００１２】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を示し、本発明を説明する。
実施例１
陰極として長径８．０ｍｍ、短径３．７ｍｍ、刻み幅０．９ｍｍ、板厚０．８ｍｍのロール掛けしたフラットエキスパンデッドメタルのニッケル製電極をニッケル製の櫛型の可撓性部材によって取り付けた電極の大きさが縦１００ｍｍ、横２５０ｍｍのイオン交換膜電解槽において食塩水の電気分解を行った結果、活性の劣化した陰極上に、長径４．４ｍｍ、短径３．０ｍｍ、刻み幅０．２ｍｍ、板厚０．２ｍｍのロール掛けした、縦１００ｍｍ、横２５０ｍｍの大きさで、電極の外周部の縦の辺には１５×１０ｍｍの取り付け片を２個、横の辺には３個を有するニッケル製フラットエキスパンデッドメタルに、塩化ニッケル３００ｇ／ｌ、塩化アルミニウム５０ｇ／ｌ、ホウ酸３８ｇ／ｌ、Ｎｉ−Ａｌ合金（５０：５０）０．９ｇ／ｌを含むめっき浴においてニッケルめっきを行った後に、７５℃の２０重量％の水酸化ナトリウム中に浸漬してアルミニウム分を除去した。
次いで、濃度３ｇ／ｌの過酸化水素水のｐＨ１２の液に１０分間浸漬して活性陰極の安定化処理を行った。
得られた電極の取り付け片を折り曲げて既存の電極上に取り付けて電流密度４．０ｋＡ／ｍ２ にて６ヶ月間の電気分解を行ったところ、活性が劣化する前に比べて電圧の上昇はみられなかった。
【００１３】
実施例２
２年６ヶ月運転経過した電極面積が３．２７６ｍ２ の単位電解槽エレメント２対の既存の陰極上に、実施例１と同様の方法で新規製作した３４０ｍｍ×１１６０ｍｍのエキスパンデッドメタル製の陰極８個を実施例１と同様にして取り付け片を折り曲げて電極上に取り付けて運転を行ったところ、電圧上昇は見られなかった。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の活性陰極の再生方法では、活性の低下した陰極表面に、活性の低下した陰極触媒の被覆を除去することなく、既存の陰極よりも線径、開孔の小さな活性陰極を取り付けて、陰極に取り付けた可撓性部材によってイオン交換膜に接触させることによって、既存の陰極との導電接続を形成したので、活性陰極を極めて短期間に再活性することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法によって再生を行った活性陰極を有する単位電解槽の一部を切り欠いた斜視図である。
【図２】本発明の活性陰極の再活性方法における活性陰極の取り付け方法を説明する図である。
【図３】本発明の活性陰極の再活性方法によって再活性した活性陰極を有するイオン交換膜電解槽の断面を説明する図である。
【符号の説明】
１…単位電解槽１、２…隔壁の凸部、３…可撓性部材、４…多孔性陰極、５…櫛状の可撓性部材の連結部、６…可撓性部材の櫛の刃部分、７…屈曲部、８…櫛の刃の端部、９…活性陰極、１０…取り付け片、１１…陽極、１２…イオン交換膜
Claims (2)
- イオン交換膜電解槽の活性陰極の再活性化方法において、電解槽の隔壁の凸部に櫛形の可撓性部材の一端を結合し、他端に触媒活性が劣化した多孔性陰極を結合し、該多孔性陰極面に、該多孔性陰極の線径および開孔よりも、線径および開孔が小さな活性陰極を配置し、前記可撓性部材によって、活性陰極を陽極に押し付けられたイオン交換膜面に押し付けて、活性陰極と該多孔性陰極面との間で導電接続を形成したことを特徴とする活性陰極の再活性化方法。
- 再活性化した陰極を備えたイオン交換膜電解槽において、電解槽の隔壁の凸部に櫛形の可撓性部材の一端を結合し、他端に触媒活性が劣化した多孔性陰極を結合し、該多孔性陰極面に、該多孔性陰極の線径および開孔よりも、線径および開孔が小さな活性陰極が配置され、該活性陰極は前記可撓性部材によって、陽極に押し付けられたイオン交換膜面に押し付けられて該多孔性陰極面との間で導電接続が形成されたことを特徴とする再活性化した陰極を備えたイオン交換膜電解槽。
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