JP4050122B2

JP4050122B2 - 電解水の採取方法

Info

Publication number: JP4050122B2
Application number: JP2002278672A
Authority: JP
Inventors: 正美矢田; 英一勝部
Original assignee: Kitagawa Iron Works Co Ltd
Current assignee: Kitagawa Iron Works Co Ltd
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2022-09-25
Also published as: JP2004113888A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、水を電気分解して電解水を得る場合の電解水の採取方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、対向して配設した陽極と陰極からなる一対の電極を用い、水あるいは水に電解質を添加した溶液（以下、電解液）を電気分解して電解水を生成させる技術が知られている。この電解水の生成技術を大別すると、陽極側と陰極側をイオン交換膜等によって隔てない無隔膜電解と陽極側と陰極側を隔膜で隔てる有隔膜電解があり、無隔膜電解では、両電極で生成するイオンが混和し、また、この時のバランスがＨ⁺よりＯＨ^-の方に傾くためにｐＨ８〜ｐＨ９の弱アルカリ性の電解水が得られる。一方、有隔膜電解では、陽極で生成するイオンと陰極で生成するイオンが混和しないために陽極側ではｐＨ２〜ｐＨ３の酸性電解水及び陰極側ではｐＨ１０〜ｐＨ１１のアルカリ性電解水が得られる。また、より水素イオン濃度の高い性電解水の製造方法も提案されており、例えば、特許第３１４５３４７号で開示される方法では、２枚の隔膜で陽極室、中間室及び陰極室に仕切った構造の電解装置を用い、陽極室及び中間室に電解液を供給し、外部の貯槽に入れた純水を循環ポンプによって前記陰極室に循環供給しながら電気分解することでｐＨ１２からｐＨ１２．６の強アルカリ性電解水を得ている。また、特開２０００−１７６４５２公報に開示される製造方法では、２枚の隔膜で陽極室、中間室及び陰極室に仕切った構造の水電気分解装置を複数基直列に使用し、最上流の電解装置で製造されたアルカリ性電解水を下流の電解槽の陰極室に順次供給し、更に最下流の電解装置の陰極室から取り出したアルカリ性電解水をポンプによって最上流の電解装置の陰極室に送りこむ循環系によりｐＨ１２以上の強アルカリ性電解水を得ている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３１４５３４７号公報
【特許文献２】
特開２０００−１７６４５２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、無隔膜電解の場合も有隔膜電解の場合も電解槽又は隔膜で仕切られた部屋内に電解水を生成させるものであり、槽あるいは部屋全体の水素イオン濃度が所望の値になった段階で電解水として排出することが基本となっている。従って、一度の処理で水素イオン濃度の異なる電解水を数種類得ることはできなかった。また、これらの方法では、部屋全体の電解液が所望の性状を示す電解水に変化するまで通電する必要があり、システム上、酸性度の高い電解水やアルカリ度の高い電解水を得るには自ずと限界があった。その中で、前記従来の公報に開示される方法では、一度処理したアルカリ電解水を１基の電解装置あるいは複数基の電解装置で循環処理することで、よりアルカリ度の高い電解水を得ようとしたものであるが、装置構成が複雑になる点、処理時間も数時間と長い点等、満足の行くものではなかった。また、電解液の全量が所望の性状を示す電解水になるまで十分に処理することが前提となることで、必要とする電解水の量が少なくてよい場合等は、無駄な電解水を生成させることになり、少量の電解水を得る場合には問題があった。
本発明は、従来の問題を解消し、電極近傍に生成する高濃度の水素イオン性物質を必要に応じて水素イオン濃度の異なる電解水として採取することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために鋭意検討した結果、電気分解過程では各々の電極の電極近傍において電極極性に対応した電気分解反応によりイオン性物質が生成して高濃度の状態になっていること、電極近傍の高濃度のイオン性物質の拡散を抑制することによって前記課題が解決されるという知見に基づき、本発明を完成するに至った。即ち、本発明は以下の事項をその要旨とするものである。
水又は水に電解質を添加した溶液を電気分解して電解水を得る方法であって、電圧を印加する一対の電極を有し、該電極に水溶液の移動を抑制するための吸水性を有する保持体を各々密着させ、該保持体に水又は水に電解質を添加した溶液を含浸させ電気分解することによって各保持体内部に酸性およびアルカリ性の電解水を生成させ、前記保持体を取り出すことによって電解水を保持体に含ませた状態で採取することである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明に係る電極の材質及び形状は特に制限はないが、製造する電解水に電極成分が溶出し難いものが好ましく、例えば、カーボン電極、各種母材にイリジウム、パラジウム、白金あるいは酸化鉛等を担持させた電極があげられ、一対の電極の両方を同じ材質にしてもよく、異種材質を組み合わせても良い。また、一対の電極の極性を固定する場合は、陰極として用いる電極には、SUS、鉄等も用いることができる。
【０００７】
本発明で使用する電解質は、NaCl、KCl、CaCl₂、（NH₄）₂SO₄、NH₄NO₃、Na₃PO₄乳酸カルシウム、クエン酸ナトリウム、酢酸ナトリウム等があげられ、一種又は数種類を組み合わせて使用することができる。また、電解液の濃度は電解水の使用目的に応じて適宜選択して決定する。
本発明に係る保水性を有する保持体は、電解液を吸水し一定量を保持できる形態であればよく、不職布あるいは紙及びそれらの積層体、繊維を積層あるいは編んだもの、海綿状の樹脂成形体、アクリルアミドや寒天等のゲル状物質の成形体等があげられる。前記保持体を電極に密着させることによって、生成した電解水を含むことができ、保持体外にある未電解の電解液の浸透を抑制する働きを持つものである。
これによって、本発明では、イオン性物質が高濃度に存在する電極近傍部分の電解水と、イオン性物質の薄い電極から離れた部分の電解水が電極からの距離によって所望する水素イオン濃度の電解水として得ることができるものである。
【０００８】
図１から図１２は、本発明における電極と保持体の関係等を表した模式図である。
図１、図２は、保持体12を密着させた各々の電極1、2を一定の間隔で対向配設させた例である。これを分解槽に入れた電解液に浸し電気分解することで、電極近傍で生成する電解水が保持体12内にたまり、保持体12の外にある未電解の電解液による希釈が抑制されるため、保持体12を分離することで各々の電極側に生成した酸性及びアルカリ性の電解水を採取できる。この際、電極間方向における保持体12の厚さを変えることによって所望する水素イオン濃度を容易に変えることができる。
また、保持体12は密着した電極と共に取り出すことによって、保持体12に生成した電解水を容易に確保することができ、さらに、電極の剛性を利用して電解水の搾り出し、活用などに適宜使用することができる。
さらに、図２は一方の電極1だけに保持体12をひとつ取り付けた例であり、必要とする側の電解水を得るものである。
【０００９】
図３、図４は一対の対向配設させた電極１、２間に無接点の電極（電圧を印加しない電極）11を配設し、無接点電極11を含めた各々の電極に保持体12を密着させた例である。この場合、無接点電極11の裏面、表面がそれぞれ電解水の生成を行うため、一度の電気分解で電解水を含んだ複数の保持体12を得ることができる。
【００１０】
図５から図１２は電解液を保持体のみに含浸させ電気分解させる例であり、保持体内では電解液の対流が抑制されるため、生成した電解水をより効率的に得ることができる。図５では各々の電極１、２に密着させた、即ち、電解水を採取する保持体12同士が直接合わさっており、保持体12を分離することで各々の電極側に生成した酸性及びアルカリ性の電解水を採取できる。また、図６及び図７は各々の電極１、２に密着させた保持体12間に別の保持体13を挟み込んだ形態のもので、挟み込まれた保持体13が未電解の電解液を保持し対流移動を抑制するため、より酸性あるいはアルカリ性の高い電解水を得ることが可能である。この場合、挟み込む保持体13の厚み、個数に制限はない。
【００１１】
図８は一対の電極１、２の内、片側の電極１に電解水を採取するための電極方向に厚さの薄い保持体12を密着させ、もう一方の電極２に未電解の電解液の対流移動を抑制する厚さの厚い保持体13を配設したもので、電極１の近傍に生成する酸性電解水を保持体12によって採取する場合の例である。
図９、図１０は一対の電極１、２間に無接点の電極11を配設し、該電極11を含めた各々の電極に保持体12を密着させ、それぞれの保持体12同士を、及び別の保持体13を挟み込み接続させた形態の例である。この場合、無接点電極11の裏面、表面がそれぞれ電解水の生成を行うため、一度の電気分解で複数の電解水を含んだ保持体を得ることができる。
【００１２】
図１１は一対の円筒型の電極３、４4を平行に配設し、各々の電極の全周に円筒形の保持体14を密着させ、それぞれの保持体14同士を接続させた形態の例である。この場合、円筒形の保持体の外周に押圧部材15を設け電極との間で搾り器を形成し、さらに電解液を補給するノズル16を設け、電極３、４を回転させることで保持体14内に生成した電解水を搾り取ると共にノズル16から電解液を補給することによって連続的に電解水を得ることができる。
両方の保持体に押圧部材およびノズルをそれぞれ設けることのよって、水素イオン濃度の異なる電解水連続的に取り出すことができる。
【００１３】
図１２は、電極に密着する保持体14の間に別の保持体17を挟み込んだ例であり、搾り出す電解水の水素イオン濃度を濃くする場合には、保持体14の厚さを薄くして挟み込む保持体17の厚さを厚くすることによって、取り出す水素イオン濃度を調整することができるものである。厚さを逆にすると水素イオン濃度の薄い電解水を連続的に取り出すことができる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実験例を説明する。
【００１５】
【実施例１】
従来法による電解水の生成状況を見るため、電気分解槽として幅６０mm×奥行き５０mm×高さ８０mmに、幅５０mm×高さ５０mm×厚さ１mmのチタンPtメッキ電極２枚を対向配設し、電極間に隔膜を設けた装置を用いて電気分解を行った。印加電圧15Ｖ、電解液として０．５％濃度のNaClを使用し、電気分解時間１分、５分、10分、20分あるいは30分処理した後に陽極側及び陰極側に生成した電解水が混じり合わないように抜き出し、それぞれの電解水のｐＨをペーハー試験紙で測定した。その結果を表１に示す。表１に示されるように従来法では、20分間の処理時間で陽極側の電解水がペーハー試験紙表示でｐＨ２、陰極側の電解水がペーハー試験紙表示でｐＨ１２を示し、30分間の処理においても同様となり、ｐＨ２を下回る及びｐＨ１２を超える電解水を得ることはできなかった。以上のことから、電極近傍で生成するイオン濃度の高い電解水が未電解の電解液で希釈されるため、十分なｐＨの電解水を得るには長い電気分解時間を要すると考えられた。
【００１６】
【表１】

【００１７】
【実施例２】
実施例１で使用したチタンPtメッキ電極２枚に、保持体として幅４０mm×長さ４０mm×厚さ２mmの不職布を10枚重ねたものを挟み込み、これに電解液として０．５％濃度のNaClを十分に含浸させた。各電極に１５Ｖの電圧を30秒間印加した後、10枚の各不職布を直ちに分離し、ペーハー試験紙を用い夫々の不職布の中心付近におけるｐＨを測定した結果を表２に示す。表２に示すように陽極に接している不職布１のｐＨがペーハー試験紙表示で０、一方、陰極に接している不職布10のｐＨがペーハー試験紙表示で１４を示し、電極近傍がより高い酸性又はアルカリ性を示している。
【００１８】
【表２】

【００１９】
【実施例３】
対向配設した前述のチタンPtメッキ電極の間（電極間隔４cm）に、同サイズのチタンPtメッキ電極３枚を１cm間隔で無接点（電圧を印加しない）にて配設し、また、対向配設した電極の対向面側及び無接点電極の陽極として機能する面及び陰極として機能する面にそれぞれ保持体として幅４０mm×長さ４０mm×厚さ２mmの不職布を密着させた。これを０．５％濃度のNaClを入れた電気分解槽に入れ、１５Ｖの電圧を３０秒間印加した後、各不職布を直ちに分離し、ペーハー試験紙を用い夫々の不職布の中心付近におけるｐＨを測定した結果を表３に示す。無接点電極を陽極側からＡ、Ｂ、Ｃとした場合、表３に示すように無接点電極に密着させた陽極面側において、それぞれペーハー試験紙表示でｐＨ２を示し、また陰極面側においても、それぞれペーハー試験紙表示でｐＨ１２あるいはｐＨ１４を示したことから、無接点電極を利用することで一度の電気分解処理で効率的に電解水を得ることが可能であることが分かった。
【００２０】
【表３】

【００２１】
【効果】
請求項１記載の発明によれば、イオン交換膜等の隔膜で仕切らずとも簡単に電解水を得ることができる。
請求項２記載の発明によれば、無接点電極の枚数を増やす事で、所望の電解水を含んだ保持体を一度に多数得ることができる。
請求項３記載の発明によれば、所望の水素イオン濃度の電解水を簡単に得ることができる。
請求項４記載の発明によれば、一度の電気分解処理で水素イオン濃度の異なる複数の電解水を得ることができる。
請求項５記載の発明によれば、保持体とともに取り出した電解水を数種類組み合わせることで任意の電解水を容易に確保することができる。
請求項６記載の発明によれば、電極間に満たされる電解液が保水性の保持体にすべて含浸されているため、電解液の対流移動がより抑制され、電気分解過程あるいは電気分解直後に電極近傍で生成する各々の電解水が未電解の電解液でより希釈され難くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における電極と保持体の関係等を表した模式図
【図２】本発明における電極と保持体の関係等を表した模式図
【図３】本発明における電極と保持体の関係等を表した模式図
【図４】本発明における電極と保持体の関係等を表した模式図
【図５】本発明における電極と保持体の関係等を表した模式図
【図６】本発明における電極と保持体の関係等を表した模式図
【図７】本発明における電極と保持体の関係等を表した模式図
【図８】本発明における電極と保持体の関係等を表した模式図
【図９】本発明における電極と保持体の関係等を表した模式図
【図１０】本発明における電極と保持体の関係等を表した模式図
【図１１】本発明における電極と保持体の関係等を表した模式図
【図１２】本発明における電極と保持体の関係等を表した模式図
【符号の説明】
１、２、３、４電極
１１電圧を印加しない電極
１２、１３、１４、１７保持体
１５押圧部材
１６ノズル

Claims

水又は水に電解質を添加した溶液を電気分解して電解水を得る方法であって、電圧を印加する一対の電極を有し、該電極に水溶液の移動を抑制するための吸水性を有する保持体を各々密着させ、該保持体に水又は水に電解質を添加した溶液を含浸させ電気分解することによって各保持体内部に酸性およびアルカリ性の電解水を生成させ、前記保持体を取り出すことによって電解水を保持体に含ませた状態で採取することを特徴とする電解水の採取方法。
前記電圧を印加する一対の電極間に電圧を印加しない電極を配設し、該電極の少なくとも片側に前記保持体を密着させることを特徴とする請求項１記載の電解水の採取方法。
前記電圧を印加する一対の電極間に複数の保持体を配設し、電極間方向において各電極からの距離によって水素イオン濃度の異なる電解水を採取することを特徴とする請求項１又は２記載の電解水の採取方法。
前記電圧を印加する一対の電極間に配設する保持体が、電極間に連続して設けられてなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電解水の採取方法。
前記保持体を任意の場所から取り出し、取り出した複数の保持体を組み合わせることで所望する水素イオン濃度の電解水を得ることを特徴とする請求項３又は４記載の電解水の採取方法。
前記保持体が、電気分解に必要なすべての水又は水に電解質を添加した溶液を含浸されてなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電解水の採取方法。