JP3821529B2

JP3821529B2 - 電解水生成装置

Info

Publication number: JP3821529B2
Application number: JP03760297A
Authority: JP
Inventors: 正敏稲谷; 久朗行天
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2017-02-21
Also published as: JPH10230264A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生鮮野菜の洗浄殺菌や各種汚染物質の殺菌洗浄、工場材料の表面処理等を目的に、水溶液を電気分解してオゾンを生成するのに適した陽電極を備えた電解水生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オゾンの生成方法としては放電や紫外線により空気中の酸素をオゾンに酸化させる方法と、水を電気的に水素と酸素に分解し、その副生成物としてオゾンを生成させる方法とがある。空気中の酸素からオゾンを生成する方法は、空気中の約８０％の窒素も同時に酸化反応を受けるため、二酸化窒素や一酸化窒素等の窒素酸化物が生成しやすく、処理ガスを水に吹き込み溶解させオゾン水を製造すると、窒素酸化物が硝酸となり強酸性のオゾン水となる。
【０００３】
また、空気中に含まれる８０％の窒素ガスにより、処理ガス中のオゾンガス分圧が非常に低く、溶解量が小さくなり、製造できるオゾン水濃度に限界がある。よって、水に高濃度でオゾンを溶かし、且つ中性で純粋のオゾン水を生成するには水の電気分解による方法が推奨される。
【０００４】
通常、この電気分解によるオゾンの生成には、水の入った電解槽をアノード室とカソード室とにイオン交換膜で仕切り、そのイオン交換膜の両側に通気性のある多孔質状の陽電極と陰電極を圧着させたゼロギャップ電解槽を使用する。アノード室には電解液と接する陽電極があり、この陽電極は多孔質状の金属チタンメッシュ基板上に白金めっき層を介して二酸化鉛を電着したものを使用する。
【０００５】
カソード室には陰電極を配し、陽電極同様多孔質状の金属チタンメッシュ基板上に白金めっき処理を行ったものを使用する。多孔質状の電極を使用する理由は、カソード室内で水の電気分解によりイオン交換膜と陰電極表面との界面で生じる水素ガスを陰電極背面に順次通過させ排出するためであり、アノード室においても同様にイオン交換膜と陽電極との界面に生じる酸素ガスやオゾンガスを陽電極背面に順次通過させ排出するためである。
【０００６】
また、陽電極や陰電極の材質として多孔質の金属チタンを選定し電極基板の表面に白金や二酸化鉛を形成するのは、陽電極のイオン交換膜表面が強酸性となり、これに接する電極膜及び対極基板は当然のことながら耐酸性材料でなければならないためである。
【０００７】
さらに、陽電極の表面処理として二酸化鉛が選ばれるのは、オゾンの生成を目的とする場合、他の電極材料では効率面で著しく劣るからである。陽電極の各種表面処理材とオゾン発生効率との関係については、Ｐ．Ｃ．ＦｏｌｌｅｒとＣ．Ｗ．ＴｏｂｉａｓがＪ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．の１２９巻５０６頁に電流密度とオゾン電流効率との関係として発表されており、その文献引用図を第４図に示す。
【０００８】
図４より判断すると白金やルテニウムを使用したＤＳＥよりも、酸化鉛や酸化すず等の金属酸化物がオゾンを効率良く生成させ、特にβ型の二酸化鉛が最もオゾンを生成する電流効率値が高いことが明白である。
【０００９】
しかしこれらの金属酸化物の物性は非常に硬度が高く、金属チタンや白金の上に電着により密着させても、密着性が悪く、電解槽を組み立てる際の機械的強度により、また電解中の酸素発生の力と電解液の流れにより容易に剃離する。
【００１０】
上記問題点を解決する方法として特公平３−４１５５３号公報の様に、二酸化鉛の粉末にフッ素樹脂を混合して多孔質の板状に成型し、次いで加熱・焼成し、または加熱・焼成したものをさらに薄く延伸してシート状の電極基板となし、その電極基板を酸化処理した後、表面にβ型の二酸化鉛のめっきを施すものが提案されている。
【００１１】
このような成型方法であれば電極の基板がフッ素樹脂のバインダーにより円滑性をもち柔軟性が確保できると共に、加熱・焼成後にめっきを施すことにより焼成で下級の酸化鉛に変質した電極表面材を必要なβ型の二酸化鉛の面に戻すことが可能で、よって柔軟性をもつオゾン発生効率の良い電極を得ることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特公平３−４１５５３号公報の様に、二酸化鉛の粉末にフッ素樹脂を混合して多孔質の板状に成型し、次いで加熱・焼成し、または加熱・焼成したものをさらに薄く延伸してシート状の電極基板となし、その電極基板を酸化処理した後、表面にβ型の二酸化鉛のめっきを施すものは、その公報の実施例から推察すると非常に複雑で多大な工数を必要とする欠点を有する。
【００１３】
すなわちフッ素樹脂と二酸化鉛との混練からはじまり、ロールによる板の成型、３００℃で１時間の加熱処理、３６０〜３９０℃で３０分の焼成処理、延伸処理、６０℃３時間の過酸化カリウム水溶液での酸化処理、硝酸鉛水溶液による二酸化鉛めっき処理が必要で、以上の工程を通じてようやく陽電極が完成するものである。
【００１４】
また、加熱・焼成により得た電極基板は二酸化鉛の粉末のバインダーとして使用するフッ素樹脂が粉末と粉末との間に介在し抵抗体となるため、二酸化鉛のめっき時には円滑なめっきが困難で、また最終的に電解液を電気分解するときもオーム損が生じやすいものである。
【００１５】
さらに、二酸化鉛は鉛化合物として水質汚濁防止法等の有害物質に指定されているもので、人体に摂取すると骨組織に沈着し四肢の感覚障害等を引き起こし、また、肝障害やけいれん、排尿障害などを起こす。すなわち、鉛イオンの溶出が懸念されるものは飲用や食品洗浄殺菌水の用途には使用することは避けるべきである。よって電解液をそのまま殺菌水として使用できず、一旦発生するオゾンガスを分離し、再度被処理水にバブリングしオゾンを水に溶解したオゾン水を作り直す手間が必要である。
【００１６】
酸化すずや酸化ニッケル、酸化マンガン等もオゾン発生電極の表面処理材として可能性があるが、重金属の範疇であり食品用途への利用は安全とは言い難い。酸化チタンは食品用途にも安全と考えられるが、電極として必要な導電性がないという致命的な課題を有するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、陰電極を持つカソード室と、電解液に接する陽電極を持つアノード室と、前記カソード室とアノード室とを仕切る隔壁をイオン交換膜で構成した電解槽を有し、前記アノード室の陽電極を金属酸化物と金または白金族元素の結合金属との複合材で表面処理し、前記電解液としてイオン交換水を使用し陽電極よりオゾンを発生させることを特徴とする電解水生成装置であり、隔壁をフッ素樹脂系イオン交換膜で構成し、金属酸化物と金または白金族元素の結合金属との複合材で表面処理したオゾン発生陽電極にフッ素樹脂系イオン交換膜と同系統の樹脂を塗布し、その塗布面を前記フツ素樹脂系イオン交換膜と密着させたことを特徴とする電解水生成装置である。また金属酸化物をアナタース型の酸化チタンとしたもので、白金族元素の金属を白金としたものである。また、陽電極の表面に金属酸化物と金または白金族元素の結合金属との複合材を分散めっきで形成されるもので、分散めっき条件としては金属酸化物のめっき浴への混合量を２０ｇ／ｌ以上とした。また、分散めっきで表面処理した後、イオン交換膜との接する陽電極面を機械加工により研磨し、又、多孔質状の金属チタンメッシュ基板上に、無電解めっきにより金または白金族元素の結合金属を下地処理し、その後アナタース型の二酸化チタンと金または白金族元素の金属イオンを含むめっき浴で分散めっきを行い、複合材を陽電極表面に処理したオゾン発生電極を有する電解水生成装置である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
この発明の請求項１に記載の発明は、陰電極を持つカソード室と、電解液に接する陽電極を持つアノード室と、前記カソード室とアノード室とを仕切る隔壁をイオン交換膜で構成した電解槽を有し、前記アノード室の陽電極を金属酸化物と金または白金族元素の結合金属との複合材で表面処理し、前記電解液としてイオン交換水を使用し陽電極よりオゾンを発生させる電解水生成装置であり、オゾン生成効率の高い金属酸化物を導電性で柔軟性のある金または白金族元素の金属で複合化することによって、電極基材への密着性を良好にし、電気伝導性とオゾン生成効率を維持することができるオゾン発生陽電極をもつ電解水生成装置を提供する。
【００１９】
請求項２記載の発明は、カソード室とアノード室とを仕切る隔壁をフッ素樹脂系イオン交換膜で構成し、金属酸化物と金または白金族元素の結合金属との複合材で表面処理したオゾン発生陽電極にフッ素樹脂系イオン交換膜と同系統の樹脂を塗布し、その塗布面を前記フッ素樹脂系イオン交換膜と密着させたもので、耐熱性に強く水素イオンのみを効率良く伝達するフッ素樹脂系のイオン交換膜を使用することにより、カソード室にガス拡散電極の使用が可能となり、爆発の危険のある水素を水に置換でき、安全性の向上を図り、さらに凹凸状の複合材の表面にイオン交換膜と同種のフッ素系樹脂を塗布することで、陽電極面とイオン交換膜との接触面を大幅に増加させることで接触抵抗を小さくでき、効率の良いオゾン発生陽電極とするものである。
【００２０】
請求項３記載の発明は、金属酸化物をアナタース型の酸化チタンとしたものであり、光触媒として利用されている活性の高い酸化チタンを電極表面に処理することによりオゾンの生成効率を維持し、電気伝導性の高い金や白金族元素の金属と複合化することにより不導体である酸化チタンに導電性をもたせ円滑な水の電気分解ができるオゾン発生陽電極とするもので、鉛等の有害な重金属を使用せず、食品衛生上においても安全であり食品用途にも展開できる電解水生成装置を提供するものである。
【００２１】
請求項４記載の発明は、白金族元素の結合金属として白金を使用したもので、白金はチタンと並び耐蝕性を持ち人体への影響が極力少ない金属であり、生鮮食品の殺菌水に使用できる。
【００２２】
請求項５記載の発明は、金属酸化物と金または白金族元素の結合金属との複合材を分散めっきにより表面に形成させたオゾン発生陽電極を特徴とするものであり、熱をかけない複合化の製法は金属酸化物の変質を予防し、また金または白金族元素の金属の酸化を抑える効果があるばかりか、金または白金族元素の結合金属のめっき層に金属酸化物がアンカー効果で密着固定され、めっき表面状態は金または白金族元素の結合金属のめっき層から金属酸化物の頭が適宜突出した状態を作り、電気伝導性とオゾン生成効率が良好な陽電極表面を形成するものである。
【００２３】
請求項６記載の発明は、分散めっき条件として金属酸化物のめっき液への混合量を２０ｇ／ｌ以上としたもので、金属酸化物と金または白金族元素の結合金属のめっき層は金属酸化物の頭が適宜突出した状態を作るオゾン発生陽電極をもつ電解水生成装置である。金または白金族元素は通常酸素電極として酸素を生成する触媒作用をもち、生成したオゾンを再び酸素に還元する触媒として作用することもある。よって導電性を維持する範囲でできるだけ多くの金属酸化物を混合する必要があり、この混合領域では陽電極上のめっき表面状態は金または白金族元素の結合金属のめっき層からオゾン発生に必要な金属酸化物の頭が適宜突出した状態を作り、電気伝導性とオゾン生成効率を両立させる良好な陽電極表面となる。
【００２４】
請求項７記載の発明は、分散めっきにより表面処理した後、イオン交換膜との接する陽電極面を機械加工により研磨したもので、機械加工の研磨により、分散めっきにより二酸化チタンを薄く覆い尽くす金または白金族元素の金属のめっき層を剥がし、必要な二酸化チタンの表面を直にイオン交換膜に触れさせ、効率よくオゾンの生成を行えるようにしたものである。
【００２５】
請求項８記載の発明は、金属チタンメッシュ基板上に無電解めっきにより金または白金族元素の金属をした処理として行い、その後アナタース型の二酸化チタンと金または白金族元素の金属イオンを含むめっき浴で分散めっきにより形成するオゾン発生陽電極の製造方法で、無電解で金属チタンメッシュ基板上に予め均一なめっき層を下地処理して置くことにより、金属チタンの酸化により形成する不導体の酸化チタン層の形成をなくすことができ、水の電気分解での電極部の摩滅をなくすことができる。
【００２６】
以下本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の一実施の形態であるオゾン発生陽電極１を使用した電解水生成装置２の概要図と電解槽３の横断図面を示すものである。
【００２７】
電解槽３はオゾン発生陽電極１を持つアノード室４と陰電極５を持つカソード室６とで構成されており、アノード室４とカソード室６はイオン交換膜７で形成する隔壁８で仕切られている。イオン交換膜７はスルフォン酸基をもつフッ素樹脂が主体の膜であり、スルホン酸基の水素イオンが自由に出入りする性質を利用して水質イオン伝導型のイオン交換膜７として開発されたものである。このイオンを伝導したり、透過したりすることは比較的少ない。本実施例で使用した水素イオン伝導型膜のイオン交換膜７はデュポン社からナフィオン膜との商品名で販売されているＮ１１７の高分子膜を用いた。
【００２８】
９は陽電極１に正電位を、陰電極５に負の電位を付加する直流電源であり、アノード室４のイオン交換水である電解液１０に浸漬された酸化電位測定電極１１の信号を酸化電位計１２で計測し、稼働と停止を制御するものである。陽電極１は多孔質状の金属チタンメッシュを基板として用い、最上層面は金属酸化物と、金または白金族元素の結合金属とを分散めっきにより表面処理されたものを用いた。
【００２９】
ここで、本発明の一実施の形態において用いた陽電極１の表面処理工程について説明する。はじめに、多孔質状の金属チタンメッシュ基板を５％のしゅう酸溶液の沸騰水に５分間浸漬しエッチングを行った。次に塩化パラジウム溶液に数秒浸漬し乾燥させ無電解めっきを行った。無電解めっき浴組織は２ｇ／ｌの塩化白金酸塩と７５ｇ／ｌの塩化アンモニウムと５０ｇ／ｌのクエン酸ソーダの混液とし、９０℃の温度で２０分間の処理を行った。その結果約０．３μｍの厚みの白金めっきが形成された。さらに、水洗後電気めっきにて分散めっきを施した。この分散めっきに使用した浴組織は２０ｇ／ｌ塩化白金酸と３５％の塩酸３６ｇ／ｌの混合溶液に２００ｇ／ｌの二酸化チタンを分解させた。浴温を５０℃とし、０．１Ａ／ｃｍ^２の電流密度で３０分間の処理を行った。そして、洗浄乾燥後、けい砂をエアーブラスト法によりめっき面を研磨することにより仕上げた。尚、金属酸化物として用いた酸化チタンは石原産業製のアナタース型のタイペークＡ−１００を使用した。
【００３０】
陰電極５は貫通穴を有する多孔性のメッシュ状のものとして、表面に白金超微粒子を担持したカーボン粉末とフッ素樹脂粉末の混合物を加圧成型して適度な揆水性を持たせた多孔質ガス拡散電極を用いた。また、両極とも水素イオン伝導型膜７に密着して取りつけた。
【００３１】
１３はイオン交換樹脂を搭載した純水製造装置１４と、フロートスイッチ１５により自動的に開閉する開閉バルブ１６とで構成するイオン交換水注入機構であり、イオン交換された電解液１０をアノード室４へ順次送り込むものである。
【００３２】
１７は吸入口１８に取りつけられたフィルター１９を介して外気を吸入する吸入ファン２０と、陰電極５表面に外気を均一に導入するバランスダクト２１と排気口２２とからなる吸排気機構であり、カソード室６に酸素を含む外気を順次送り込むものである。
【００３３】
２３はアノード室４で処理された電解液１０を順次排出する排水機構である。２４はアノード室４の電解により発生する酸素ガス又はオゾンガスの排気口であり、含有する余分なオゾンガスはオゾン分解触媒として活性炭を収納した処理塔２５により酸素に分解され大気に放出されるようにしてある。
【００３４】
２７は攪拌装置２８と共に電解液１０の流れを造り、電解水１０の滞留を防止するガイドである。
【００３５】
図２は前記の表面処理工程により形成した陽電極１と陰電極５とを圧着した接合体の要部拡大断面図である。
【００３６】
イオン交換膜７は二酸化チタンである金属酸化物２９が分散した白金層３０で表面処理されている金属チタンメッシュ基板３１を心材とする陽電極１と拡散電極で形成する陰電極５とで挟まれたものとなる。尚、３２、３３はそれぞれ直流電源に接続された集電体であり、電圧を平均化して各電極部に通電するものである。又、陰電極５の水素イオン伝導型イオン交換膜７との反体面には拡散効率を上げるため白金触媒を担持したカーボン性ハニカム状集電体３４を圧着させてある。
【００３７】
以上、上記ので説明した実施の形態１の電解水生成装置２の作用と電解槽３中の化学反応について説明する。
【００３８】
まず、純水製造装置１４を稼働しイオン交換水を製造する。次に電解液１０となるイオン交換水を開閉バルブ１６の開放によりアノード室４に注入する。開閉バルブ１６はフロートスイッチ１５が満水を検知するまで開放されており、アノード室４が電解液１０で満水になると自動的に閉鎖されることとなる。
【００３９】
次に、直流電源９の本体電源端子２６を商用電源につなぎ電気分解の運転を開始する。陽電極１を正電位とし陰電極５を負電位とし陽電極１と陰電極５との間に直流電圧３Ｖを付加した。
【００４０】
陽電極１の表面材質は腐食電位が高く反応酸素を含む二酸化チタンを多く含んだ白金で形成されており、電極材の溶解は殆ど無く、陽電極１の表面においてはイオン交換水である電解液１０中の水分子を酸化し、（化１）〜（化４）の反応が起こる。反応式の平衡電位より（化１）と（化４）が主体に形成されるため、陽電極１表面から酸素ガスとオゾンガスが発生する。また、この酸素ガスと酸化力の強いオゾンガスは生成直後電解液中に溶け込み殺菌力を持つ電解殺菌水が生じる。
【００４１】
ここで、白金単一のめっき表面であれば、酸素過電圧が低くなり（化１）の反応のみでオゾンの生成は少ないが、反応酸素を含むアナタース型の二酸化チタンが白金めっき表面より顔を出している状態であれば、酸化チタンの酸素が（化１）の反応式に触媒作用として介在するため（化４）の反応が積極的に生じることとなりオゾンの生成が効率よく行われ、生成ガス中のオゾン濃度は高くなる。
【００４２】
【化１】

【００４３】
【化２】

【００４４】
【化３】

【００４５】
【化４】

【００４６】
【化５】

【００４７】
ここでは、水素イオンの対イオンの増加はほとんどないため過剰となる水素イオンは水素イオン伝導型膜７を通じてカソード室６に移動する。そのため、アノード室４内では水素イオン濃度の増加は見られず、ｐＨは中性を維持することになる。
【００４８】
カソード室６の陰電極５表面では吸排気機構１７により送り込まれてくる外気に含まれる酸素と、直流電源９の負の電位として流れてくる電子と、アノード室で生成されて水素イオン伝導型イオン交換膜７を通過してくる水素イオンとの３つの成分が介在し、（化５）の反応を起こすことにより水を生成する。生成した水は水素イオン伝導型イオン交換膜７に吸着するか、蒸気となって排気口２２から排出される。
【００４９】
又、電気分解によって陽電極１面で発生した水素イオンが陰電極５の表面で酸素ガスと反応して水分に変換する際、十分に反応が起こらず未反応の水素が残存する可能性がある。この場合を想定して陰電極５の水素イオン伝導型イオン交換膜７との反対面に白金触媒を担持したカーボン性ハニカム状の補助集電体３４を圧着させることで水素の処理はさらに完璧に行うことが可能である。
【００５０】
尚、陰電極５は貫通穴を有する多孔性のメッシュ状のものとして、表面に白金超微粒子を担持したカーボン粉末とフッ素樹脂粉末の混合物を加圧成形して過度な揆水性を持たせた多孔質ガス拡散電極を用い、水素イオン伝導型イオン交換膜７に密着して取りつけることにより、外気に含まれる酸素と、陰電極５を経由し選ばれた電子と、水素イオン伝導型イオン交換膜７を通過してくる水素イオンとを白金超微粒子の触媒作用でもって円滑に反応させることが可能となるもので、陰電極５と水素イオン伝導型イオン交換膜７とを隔離すると水素イオンの移動が不導体のガス層に邪魔されて円滑に行かず、また貫通穴が無いと外気に接する面から水素イオン伝導イオン交換膜７への酸素の移動を陰電極５自身が遮断するため円滑な３つの成分の反応ができなくなる。
【００５１】
以上のように陰電極５として多孔質ガス拡散電極のような貫通穴を有する多孔性のメッシュ状のものを用い、水素イオン伝導型イオン交換膜７に密着して取りつけることにより、吸排気機構１７で送り込まれる酸素と、アノード室４から水素イオン伝導型イオン交換膜７を通過してくる水素イオンと陰極を経由して運ばれる電子により水分を生成することは、陰電極５表面からの水素ガスの発生をなくすことができ、水素ガスによる火災や爆発の危険を除去することができる。またカソード室６には電解液、浄水、イオン交換水、蒸留水、純水などを必要としないので電解水の処理や濃度調整の管理が必要でなくなるため、非常に電解槽の構造が簡素化でき、設備費用が削減できる。
【００５２】
また、アノード室４では（化１）〜（化４）の反応で生じる酸素ラジカルやオゾンや過酸化水素水の酸化力を利用し、純水の電解殺菌水が製造でき、この電解水は中性に近いことから人体への影響も少なく、排水においても公害問題が生じないものとなる。
【００５３】
尚、酸化電位測定電極１１と酸化電位計１２により酸化還元電位を測定した結果が銀／塩化銀電極に対し１１００ｍＶ以上となれば、直流電源９の運転をストップし電解を中断するようにした。この時の酸化還元電位が銀／塩化銀電極に対し１１００ｍＶを示すことは、この時の電解液１０の溶存オゾン濃度が１ｐｐｍ以上であることを示すものである。
【００５４】
以上のように水素イオン伝導型イオン交換膜７を電解槽３の隔壁８として利用することにより、水素イオンの移動が起こるだけであり、アノード室４の電解水が強酸性水になることがなく、またカソード室６の電解水が強アルカリ水になることもないので取扱いが容易で、排水についても中和処理も必要としない中性オゾン電解水を得ることができる。
【００５５】
尚、実施形態１においては、陽電極１の最上表面層は金属酸化物と金または白金族元素の結合金属との分散めっきにより処理した面としたが、さらにフッ素樹脂系イオン交換膜と同系統の樹脂を塗布することの組合せによって、フッ素樹脂系イオン交換膜７と陽電極１の面との密着面積を大きくすることが可能となり局部的に電流密度が高くなるのを防止できる。
【００５６】
又、陽電極１の表面処理の分散剤としてアナタース型の二酸化チタンを使用したが、生体への影響や廃棄公害を考慮し、さらに活性の高さ等からアナタース型の二酸化チタンがもっとも良好であると考えるも、敢えて限定するものではなく酸化鉛、酸化スズ、酸化鉄、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化タンタル、酸化ビスマス、酸化ジルコニウム等の酸化金属を使用しても同様の効果が得られる。
【００５７】
又、陽電極の表面処理に用いる結合金属として白金を使用したが、最も腐食性がなく生体への影響や廃棄公害を考慮し選定したもので、その他の金や白金族金属であるルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジイウムを使用してもよい。
【００５８】
又、陽電極を金属酸化物と金または白金族元素の結合金属との複合材で分散めっきにより表面処理したものを実施形態１として挙げたが、フッ素樹脂のバインダーを用いて金属酸化物と金または白金族元素の金とを混合し金属チタンメッシュ基板上に塗布し、その後焼結させることにより陽電極１を形成することも可能である。
【００５９】
しかし、この場合には酸化白金が形成されオーム損が大きい欠点を有し、希硫酸液を電解液としカソードにおいて還元処理を行う必要がある。ただし粒子間の抵抗は大きく分散めっき法が最適である。
【００６０】
又、分散めっき条件として金属酸化物のめっき液への混合量が２０ｇ／ｌ以下であれば白金触媒が優位的に働き、金属酸化物の表面を研磨により出してもオゾンの発生効率が落ちることとなる。
【００６１】
又、複雑な表面をもつ多孔質状の金属チタンメッシュ基板上に直接電気めっきを施すと、金属チタンは酸化され易く、不導体化しているため分散めっき層にバラツキができる。
【００６２】
よって、まず無電解めっきにより金または白金族元素の金属を下地処理し、その後金属酸化物と金または白金族元素の金属イオンを含むめっき浴で分散めっきを行うことにより均一な表面処理が可能となり、めっきの密着性が向上する。
【００６３】
又、分散めっきにより表面処理した後、イオン交換膜との接する陽電極面を機械加工により研磨したものを示したが、機械加工の研磨により、分散めっきにより二酸化チタンを導く覆い尽くす金または白金族元素の金属のめっき層を剥がし、必要な二酸化チタンの表面を確実にイオン交換膜に触れさせ、効率よくオゾンの生成を行えるようにしたものであるが、研磨がなくても分散めっき条件によっては効果は維持できるものであり限定するものではない。
【００６４】
尚、実施形態１としては排水溝よりオゾン水を取り出し、直接的に殺菌水として使用する事例を示したが、図３に示すように、ミキシングノズル３５を取りつけ水道管３６にアノード室の排出口から発生する酸素ガスとオゾンガスとの混合ガスを直接水道水に吹き込み混合しオゾン水を製造する方法もある。
【００６５】
以上のように陽電極に２０ｇ／ｌ以上の金属酸化物と金または白金族元素の金属イオンとを含むめっき液で複合材を分散めっき処理をすれば、オゾン生成効率の高い金属酸化物を導電性で柔軟性のある金または白金族元素の金属で複合化することができ、電極基材への密着性を良好にし、電気伝導性とオゾン生成効率を維持するオゾン発生陽電極を得ることができる。
【００６６】
又、耐熱性に強く水素イオンのみを効率良く伝達するフッ素樹脂系のイオン交換膜を使用することにより、カソード室にガス拡散電極の使用が可能となり、爆発の危険のある水の電解で生成する水素を水に置換でき、安全性の向上が図れる。
【００６７】
さらに凹凸状の複合材の表面にイオン交換膜と同種のフッ素系樹脂を塗布することで、陽電極面とイオン交換膜との接触面を大幅に増加させ接触抵抗を小さくでき、効率の良いオゾン発生陽電極を得る。
【００６８】
又、電気導電性の高い金や白金族元素の結合金属と複合化することにより不導体である酸化チタンに導電性をもたせない円滑な水の電気分解ができ、鉛等の有害な重金属を使用せず、食品衛生上安全であり食品用途にも展開できる電解水生成装置を提供するものである。
【００６９】
さらに白金はチタンと並び人体への影響が極力少ない金属であり、生鮮食品の殺菌水に安心して使用でき、分散めっき法は熱をかけないので金属酸化物の々変質を予防し、また金または白金族元素の金属酸化を押さえる効果があるばかりか、金または白金族元素の結合金属のめっき層に金属酸化物がアンカー効果で密着固定され、めっき表面状態は金または白金族元素の金属のめっき層から金属酸化物の頭が適宜突出した状態を作り、電気伝導性とオゾン生成効率が良好な陰電極表面を形成するものである。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の電解水生成装置は、陰電極を持つカソード室と、電解液に接する陽電極を持つアノード室と、前記カソード室とアノード室とを仕切る隔壁をイオン交換膜で構成した電解槽を有し、前記アノード室の陽電極を金属酸化物と金または白金族元素の結合金属との複合材で表面処理し、前記電解液としてイオン交換水を使用し陽電極よりオゾンを発生させる電解水生成装置であり、オゾン生成効率の高い金属酸化物を導電性で柔軟性のある金または白金族元素の結合金属で複合化することによって、電極基材への密着性を良好にし、光触媒として利用されている活性の高く安全性に富むが不導体である二酸化チタンにも電気伝導性を付与し、オゾン生成効率を維持することができるので、円滑な水の電気分解ができるオゾン発生陽電極とするもので、鉛等の有害な重金属を使用せず、食品衛生上においても生鮮食品の殺菌水として安全であり、食品用途にも安心して展開できる電解水生成装置を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における電解水生成装置と電解槽の横断面図
【図２】本発明の第１の実施の形態における陽電極とイオン交換膜と陰電極との接合部分の要部拡大断面図
【図３】本発明の第２の実施の形態ににおける電解水生成装置と電解槽の横断面図
【図４】陽電極表面材料の電流密度とオゾン電流効率との関連を示す特性図
【符号の説明】
１陽電極
２電解水生成装置
３電解槽
４アノード室
５陰電極
６カソード室
７イオン交換膜
８隔壁
１０電解液

Claims

陰電極を持つカソード室と、電解液に接する陽電極を持つアノード室と、前記カソード室とアノード室とを仕切る隔壁をイオン交換膜で構成した電解槽を有し、前記アノード室の陽電極を金属酸化物と金または白金族元素の結合金属との複合材で表面処理し、前記電解液としてイオン交換水を使用し陽電極よりオゾンを発生させることを特徴とする電解水生成装置。
カソード室とアノード室とを仕切る隔壁をフッ素樹脂系イオン交換膜で構成し、金属酸化物と金または白金族元素の結合金属との複合材で表面処理したオゾン発生陽電極にフッ素樹脂系イオン交換膜と同系統の樹脂を塗布し、その塗布面を前記フッ素樹脂系イオン交換膜と密着させたことを特徴とする電解水生成装置。
陽電極の表面処理に用いる金属酸化物をアナタース型の二酸化チタンとした請求項１または請求項２記載の電解水生成装置。
陽電極の表面処理に用いる結合金属として白金を使用した請求項１または請求項２記載の電解水生成装置。
陽電極を金属酸化物と金または白金族元素の結合金属イオンとを含むめっき浴で分散めっきにより表面処理したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電解水生成装置。
分散めっき条件として金属酸化物の混合めっき液への混合量を２０ｇ／ｌ以上とした請求項５記載の電解水生成装置。
分散めっきにより表面処理した後、イオン交換膜との接する陽電極面を機械加工により研磨した請求項５記載の電解水生成装置。
多孔質状の金属チタンメッシュ基板上に、無電解めっきにより金または白金族元素の金属を下地処理し、その後アナタース型の二酸化チタンと金または白金族元素の金属イオンを含むめっき浴で分散めっきを行い、複合材を陽電極表面に処理したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電解水生成装置。