JP5665854B2 - カソードの活性化 - Google Patents
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Description
MCl+3H2O→MClO3+3H2
(式中、Mはアルカリ金属である)。塩素酸塩法の例としては、とりわけ特許文献1と特許文献2に記載されている。
a)上記電解質には、クロムが任意の形態で約0.01×10−6〜約500×10−6mol/dm3の範囲の量で含まれ、
b)上記電解質には、モリブデン、タングステン、バナジウム、マンガンおよび/またはこれらの混合物が任意の形態で約0.1×10−6〜約0.5×10−3mol/dm3の範囲の総量で含まれる。
a)上記電解質には、クロムが任意の形態で約0.01×10−6〜約500×10−6mol/dm3の範囲の量で含まれ、
b)上記電解質には、モリブデン、タングステン、バナジウム、マンガンおよび/またはこれらの混合物が任意の形態で約0.1×10−6〜約0.5×10−3mol/dm3の範囲の総量で含まれる。
電解セルと反応容器(ガス分離器としても作用)とを含む小型の塩素酸塩製造用パイロットプラントを使用した。ポンプを用いて電解質を循環させた。反応容器の頂部からガスを回収し、少量の塩素種を5モル濃度の水酸化ナトリウムへ吸収させ、水を乾燥剤に吸着させて完全に除去した。次いで、残存ガス中の酸素含量を体積%で連続的に測定した。カソード上のカソード電流効率(CCE)を算出するため、酸素流量(リットル/秒)も同じく測定した。総ガス流量から酸素の分を差し引いて水素流量を求めた。次いで、以下の式:CCE=(1秒当たりの通常リットルH2/22.4)×(2F/I)(式中、Fはファラデー定数であり、Iはセル中を流れる電流をアンペアで表したもの)を用いて水素流量からCCEを算出した。
1mg/L(0.007mM)および100mg/L(0.7mM)のMoO3をそれぞれ電解質へ添加して長期的な効果を検討した(表2)。実験設備は実施例1と同様にした(カソードとして新しいMAXTHAL(登録商標)312電極を使用)。
カソード(新しいMAXTHAL(登録商標)312)の活性化にカソード電流密度がどのように影響するか検討する試験において、実施例1の実験設備および出発電解質を使用した。50mg/L(0.35mM)のMoO3を電解質へ添加した後、セル電圧の3.05Vへの活性化を2kA/m2で安定化させた。次いで、カソードの電流密度を3kA/m2へ約1.5時間増加させ、次いで2kA/m2へ戻した。電流密度を3分間増加させるだけで約20mV分カソードがさらに活性化した。
モリブデンを電解質へ添加した小規模実験を複数実施した。5MのNaCl水溶液を全ての電解質で使用した。本実験ではクロメートは存在させなかった。作用電極(working electrode)としてチタンディスクを使用し、3000rpm、70℃、pH6.5にて回転させた。作用電極の電位を5分間−1.5V(対Ag/AgCl)に維持した実験を6回行った。その後、電位を下げた。作用電極上である一定の電流密度(0.5kA/m2)となった際に、表3(5MのNaCl)および表4(5MのNaCl、15mMのNaClO)に示すように、電位(対Ag/AgCl)の読取値をサンプリングした。
活性化剤としてタングステン種がモリブデン種にどの程度匹敵するかを見る試験として、3種類の実験を行った(ここでも回転ディスクを使用)。この場合、電極材料はMax相(Kanthalより入手可能なMaxthal 312(登録商標))とした。この実験では、ディスクを3000rpmで回転させ、2kA/m2で分極させた。電解質溶液には、5MのNaCl水溶液を温度70℃、pH6.5で含有させた。表5に従って実験を行い、15分後に読取りを行った。
クロムの作用を検討するため、表6に示す電解質を用いて4種類の実験を行った。チタンディスクを作用電極として使用し、3000rpm、70℃、pH6.5にて回転させた。作用電極の電位を5分間−1.5V(対Ag/AgCl)に維持した。その後、50mV/秒の割合で電位を下げ、作用電極上の電流密度を監視した。実験では、電流密度をおよそ−0.8V(対Ag/AgCl)でサンプリングし、次亜塩素酸塩の還元がどの程度顕著であるかの測定値として使用した。この電位でのカソード電流が高いほど、次亜塩素酸塩の還元が進んでいること、従って水素発生に対する選択性が低いことを示し、実施例1および2で測定したように、最終的にはカソード電流効率がさらに低下する。
Claims (7)
- アルカリ金属塩素酸塩の製造方法であって、少なくとも1つのアノードと少なくとも1つのカソードが配置された非分離型電解セル中で、アルカリ金属塩化物を含む電解質を電気分解することを含み、前記カソードはカソードの総重量を基準にして5重量%までの鉄または鉄化合物を含有していてもよく、チタン、亜酸化チタンまたはM(n+1)AXn(Mは元素周期表の第IIIB、IVB、VB、VIBまたはVIII族金属またはこれらの組み合わせであり、Aは元素周期表の第IIIA、IVA、VAまたはVIA族元素またはこれらの組み合わせであり、Xは炭素、窒素またはこれらの組み合わせであり、nは1、2または3である)またはそれらの混合物のうちの少なくとも1種を含むカソード基板を少なくとも含み、
a)上記電解質には、クロムが任意の形態で0.01×10−6〜100×10−6mol/dm3の範囲の量で含まれ、
b)上記電解質には、モリブデン、タングステンおよび/またはこれらの混合物が任意の形態で0.1×10 −5 mol/dm3〜0.1×10−3mol/dm3の範囲の総量で含まれ、
前記アノードでの電流密度が0.6〜4kA/m2の範囲であり、前記カソードでの電流密度が0.05〜4kA/m2の範囲である、
前記方法。 - アルカリ金属塩素酸塩を製造するための非分離型電解セルにおけるカソードの活性化方法であって、少なくとも1つのアノードと少なくとも1つのカソードが配置された非分離型電解セル中で、アルカリ金属塩化物を含む電解質を電気分解することを含み、前記カソードはカソードの総重量を基準にして5重量%までの鉄または鉄化合物を含有していてもよく、チタン、亜酸化チタンまたはM(n+1)AXn(Mは元素周期表の第IIIB、IVB、VB、VIBまたはVIII族金属またはこれらの組み合わせであり、Aは元素周期表の第IIIA、IVA、VAまたはVIA族元素またはこれらの組み合わせであり、Xは炭素、窒素またはこれらの組み合わせであり、nは1、2または3である)またはそれらの混合物のうちの少なくとも1種を含むカソード基板を少なくとも含み、
a)上記電解質には、クロムが任意の形態で0.01×10−6〜100×10−6mol/dm3の範囲の量で含まれ、
b)上記電解質には、モリブデン、タングステンおよび/またはこれらの混合物が任意の形態で0.1×10 −5 mol/dm3〜0.1×10−3mol/dm3の範囲の総量で含まれ、
前記アノードでの電流密度が0.6〜4kA/m2の範囲であり、前記カソードでの電流密度が0.05〜4kA/m2の範囲である、
前記方法。 - クロム化合物をNa2CrO4、Na2Cr2O7、CrO3および/またはこれらの混合物の形態で前記電解質へ添加する、請求項1または2に記載の方法。
- 前記アノードおよび/またはカソードの形状が円筒形である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- クロムが0.1×10−6〜50×10−6mol/dm3の範囲の量で前記電解質中に存在する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記アノードでの電流密度が1〜3.5kA/m2の範囲である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記カソードでの電流密度が0.6〜2.5kA/m2の範囲である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
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