JP7052130B1 - Electrode for chlorine generation and its manufacturing method - Google Patents

Electrode for chlorine generation and its manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP7052130B1
JP7052130B1 JP2021132930A JP2021132930A JP7052130B1 JP 7052130 B1 JP7052130 B1 JP 7052130B1 JP 2021132930 A JP2021132930 A JP 2021132930A JP 2021132930 A JP2021132930 A JP 2021132930A JP 7052130 B1 JP7052130 B1 JP 7052130B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
base material
coating layer
chlorine
chlorine generation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021132930A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2023027670A (en
Inventor
順一 今井
翔 竹之内
大輔 中塚
潤 斉藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
Original Assignee
Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tanaka Kikinzoku Kogyo KK filed Critical Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
Priority to JP2021132930A priority Critical patent/JP7052130B1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7052130B1 publication Critical patent/JP7052130B1/en
Publication of JP2023027670A publication Critical patent/JP2023027670A/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)

Abstract

【課題】優れた塩素発生効率と耐久性とを兼ね備えた塩素発生用電極を提供する。【解決手段】バルブ金属からなる電極基材と、前記電極基材上に形成された、Pt-Ir合金からなる被覆層とを備える塩素発生用電極。【選択図】なしPROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode for chlorine generation having both excellent chlorine generation efficiency and durability. A chlorine generation electrode including an electrode base material made of valve metal and a coating layer made of a Pt—Ir alloy formed on the electrode base material. [Selection diagram] None

Description

本発明は、塩素発生用電極に関し、とくに、優れた塩素発生効率と耐久性とを兼ね備えた塩素発生用電極に関する。また、本発明は、前記塩素発生用電極の製造方法に関する。 The present invention relates to a chlorine generation electrode, and more particularly to a chlorine generation electrode having excellent chlorine generation efficiency and durability. The present invention also relates to a method for manufacturing the chlorine generating electrode.

塩水を電解することによって塩素ガスや塩素化合物などを製造することは以前より広く行われてきた。また、近年では、除菌、脱臭などの目的で次亜塩素酸が使用される機会が増加しており、その次亜塩素酸の製造にも電解が用いられている。 The production of chlorine gas, chlorine compounds, etc. by electrolyzing salt water has been more widely practiced than before. Further, in recent years, the opportunity for hypochlorous acid to be used for the purpose of sterilization, deodorization, etc. is increasing, and electrolysis is also used for the production of the hypochlorous acid.

このような電解による塩素ガスや塩素化合物の製造においては、陽極では塩素発生反応が進行する。例えば、次亜塩素酸水の製造の場合、陰極では水(HO)が還元されて水素(H)が発生する一方、陽極では塩化物イオン(Cl)が酸化されて塩素(Cl)が発生し、この塩素が水と反応することで次亜塩素酸(HClO)が生成する。 In the production of chlorine gas and chlorine compounds by such electrolysis, a chlorine generation reaction proceeds at the anode. For example, in the case of producing hypochlorous acid water, water (H 2 O) is reduced at the cathode to generate hydrogen (H 2 ), while chloride ion (Cl ) is oxidized at the anode to produce chlorine (Cl −). 2 ) is generated, and this chlorine reacts with water to generate hypochlorous acid (HClO).

しかし、通常、陽極では上述した塩化物イオンの酸化による塩素発生だけでなく、水の酸化による酸素の発生も同時に起こり、塩素と酸素が発生する割合は陽極によって異なる。そのため、塩素発生を目的とする場合には、前記陽極として、塩素発生効率に優れる電極(塩素発生用電極)を用いる必要がある。 However, in the anode, not only the above-mentioned chlorine generation due to the oxidation of chloride ions but also the generation of oxygen due to the oxidation of water occurs at the same time, and the ratio of chlorine and oxygen generation differs depending on the anode. Therefore, when the purpose is to generate chlorine, it is necessary to use an electrode having excellent chlorine generation efficiency (chlorine generation electrode) as the anode.

一方、水電解などに使用される電極としては、導電性の電極基材の表面に、電極触媒活性を有する被覆を設けた不溶性電極が広く用いられており、中でもチタンからなる電極基材にPtをめっきしたTi/Pt電極が幅広い用途で使用されている。 On the other hand, as an electrode used for water electrolysis or the like, an insoluble electrode having a coating having an electrode catalytic activity on the surface of a conductive electrode base material is widely used. Among them, Pt is used for an electrode base material made of titanium. Ti / Pt electrodes plated with Titanium are used in a wide range of applications.

しかし、上記Ti/Pt電極のように、電極触媒層として金属Ptを用いた電極は、耐久性には優れるものの塩素過電圧が高く、塩素発生用電極として用いるには塩素発生効率が十分とはいえなかった。 However, an electrode using a metal Pt as an electrode catalyst layer, such as the Ti / Pt electrode, has excellent durability but a high chlorine overvoltage, and although the chlorine generation efficiency is sufficient for use as a chlorine generation electrode. There wasn't.

そのため、塩素発生用電極としては、酸化イリジウムなどの貴金属酸化物を電極触媒として用いた電極が用いられている。貴金属酸化物を用いた電極はPtなどの貴金属めっきに比べて塩素過電圧が低いため、塩素発生効率に優れている。 Therefore, as the chlorine generation electrode, an electrode using a noble metal oxide such as iridium oxide as an electrode catalyst is used. Electrodes using noble metal oxides have a lower chlorine overvoltage than plating with noble metals such as Pt, and therefore have excellent chlorine generation efficiency.

貴金属酸化物を用いた塩素発生用電極は、通常、貴金属化合物の溶液を電極基材表面に塗布し、500℃前後といった高温で焼成することによって製造される。溶液中に含まれている貴金属化合物が熱分解されて貴金属酸化物となることから、このような製造方法は熱分解法と称される。 An electrode for chlorine generation using a noble metal oxide is usually produced by applying a solution of a noble metal compound to the surface of an electrode base material and firing it at a high temperature of around 500 ° C. Since the noble metal compound contained in the solution is thermally decomposed into a noble metal oxide, such a production method is called a thermal decomposition method.

しかし、このような貴金属酸化物を電極触媒として用いた塩素発生用電極には、耐久性に劣るという欠点があった。この耐久性の問題は、とくに、水道水のようにミネラル成分を多く含む溶液中で電解を行う場合に問題となる。すなわち、ミネラル成分を多く含む溶液を使用する場合、溶液中のミネラル成分が陰極で還元されて析出し、陰極表面にスケールとして付着する結果、電解性能が著しく低下してしまう。そのため、陰極に付着したスケールを除去して電解性能を回復するために、極性を反転させて通電する、いわゆる逆電解を定期的に行う必要がある。しかし、逆電解時には陽極の貴金属酸化物が還元を受けるため、通常の使用時に比べて著しく損耗が進行する。 However, the chlorine generating electrode using such a noble metal oxide as an electrode catalyst has a drawback of being inferior in durability. This durability problem becomes a problem especially when electrolysis is performed in a solution containing a large amount of mineral components such as tap water. That is, when a solution containing a large amount of mineral components is used, the mineral components in the solution are reduced and precipitated at the cathode and adhere to the cathode surface as scale, resulting in a significant decrease in electrolytic performance. Therefore, in order to remove the scale adhering to the cathode and restore the electrolysis performance, it is necessary to periodically perform so-called reverse electrolysis, in which the polarity is reversed and energization is performed. However, since the noble metal oxide of the anode undergoes reduction during reverse electrolysis, wear progresses significantly as compared with normal use.

このように、貴金属酸化物を用いた塩素発生用電極は、塩素発生効率には優れるものの耐久性が劣っているため、優れた塩素発生効率と耐久性とを兼ね備えた塩素発生用電極が求められている。 As described above, the chlorine generation electrode using the noble metal oxide is excellent in chlorine generation efficiency but inferior in durability. Therefore, a chlorine generation electrode having both excellent chlorine generation efficiency and durability is required. ing.

そこで、例えば特許文献1、2では、貴金属酸化物からなる電極触媒層と電極基材との間に、多孔性白金からなる中間層を形成することが提案されている。 Therefore, for example, Patent Documents 1 and 2 propose to form an intermediate layer made of porous platinum between an electrode catalyst layer made of a noble metal oxide and an electrode base material.

特開2008-050675号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-050675 特開2017-115188号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-115188

特許文献1、2によれば、多孔性白金からなる中間層を設けることにより、該中間層のアンカー効果で貴金属酸化物の密着性が向上し、逆電解を行った場合でも貴金属酸化物の損耗を低減できるとされている。 According to Patent Documents 1 and 2, by providing an intermediate layer made of porous platinum, the adhesion of the noble metal oxide is improved by the anchor effect of the intermediate layer, and the noble metal oxide is worn even when reverse electrolysis is performed. Is said to be able to reduce.

しかし、特許文献1、2で提案されている電極では、中間層のアンカー効果により電極触媒層の剥離は抑制できると考えられるものの、電極触媒として貴金属酸化物を用いていることにはかわりがないため、逆電解による損耗を根本的に防止できるわけではない。そのため、依然として耐久性が十分ではなかった。 However, in the electrodes proposed in Patent Documents 1 and 2, although it is considered that the peeling of the electrode catalyst layer can be suppressed by the anchor effect of the intermediate layer, the noble metal oxide is still used as the electrode catalyst. Therefore, it is not possible to fundamentally prevent wear due to reverse electrolysis. Therefore, the durability was still insufficient.

また、特許文献1、2で提案されている電極を製造する際には、電極基材の表面に電気めっきにより中間層を形成し、その後、前記中間層の表面に熱分解法により電極触媒層を形成する必要がある。このように、異なる方法で中間層と電極触媒層を形成する必要があることから、前記電極は生産性の面でも不利であった。 Further, when manufacturing the electrodes proposed in Patent Documents 1 and 2, an intermediate layer is formed on the surface of the electrode base material by electroplating, and then an electrode catalyst layer is formed on the surface of the intermediate layer by a thermal decomposition method. Need to be formed. As described above, since it is necessary to form the intermediate layer and the electrode catalyst layer by different methods, the electrode is also disadvantageous in terms of productivity.

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、優れた塩素発生効率と耐久性とを兼ね備え、かつ生産性にも優れた塩素発生用電極を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an electrode for chlorine generation, which has excellent chlorine generation efficiency and durability, and is also excellent in productivity.

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、電極基材上にPt-Ir合金からなる被覆層を設けた電極であれば上記課題を解決出来ることを見出した。すなわち、先にも述べたように、不溶性電極の電極触媒層として一般的に用いられているPtは、耐久性には優れるものの塩素発生効率が劣っているため、塩素発生用電極に用いるには適当でなかった。しかし、PtにIrを添加したPt-Ir合金であれば、Ptに比べて顕著に優れた塩素発生効率を得ることができる。さらに、Pt-Ir合金は、酸化物ではなく金属であるため、逆電解を行った場合でもほとんど損耗せず、Ptと同水準の耐久性を備えていることも分かった。 As a result of diligent research, the present inventors have found that the above problem can be solved if the electrode is provided with a coating layer made of a Pt—Ir alloy on the electrode base material. That is, as described above, Pt, which is generally used as an electrode catalyst layer for an insoluble electrode, has excellent durability but inferior chlorine generation efficiency, and therefore, it cannot be used for a chlorine generation electrode. It wasn't suitable. However, in the case of a Pt—Ir alloy in which Ir is added to Pt, a significantly superior chlorine generation efficiency can be obtained as compared with Pt. Furthermore, it was also found that the Pt-Ir alloy is not an oxide but a metal, so that it hardly wears even when reverse electrolysis is performed, and has the same level of durability as Pt.

本発明は、上記知見を元になされたものであり、その要旨構成は以下の通りである。 The present invention has been made based on the above findings, and its gist structure is as follows.

1.バルブ金属からなる電極基材と、
前記電極基材上に形成された、Pt-Ir合金からなる被覆層とを備える塩素発生用電極。
1. 1. An electrode base material made of valve metal and
A chlorine generating electrode including a coating layer made of a Pt—Ir alloy formed on the electrode substrate.

2.前記被覆層の表面における面粗さが、
山の頂点密度Spdで、14.4個/μm以上である、上記1に記載の塩素発生用電極。
2. 2. The surface roughness on the surface of the coating layer is
The chlorine generating electrode according to 1 above, which has a peak density Spd of 14.4 elements / μm 2 or more.

3.前記電極基材の表面における面粗さが、
算術平均高さSaで、2.0μm以上であり、かつ、
展開面積比Sdrで、3.0以上である、上記1または2に記載の塩素発生用電極。
3. 3. The surface roughness on the surface of the electrode base material is
Arithmetic mean height Sa, 2.0 μm or more, and
The chlorine generation electrode according to 1 or 2 above, which has a developed area ratio of Sdr of 3.0 or more.

4.バルブ金属からなる電極基材上に、電気めっきによりPt-Ir合金からなる被覆層を形成する、塩素発生用電極の製造方法。 4. A method for manufacturing an electrode for chlorine generation, in which a coating layer made of a Pt—Ir alloy is formed by electroplating on an electrode base material made of valve metal.

5.前記電気めっきに先だって、前記電極基材を硫酸に浸漬する、上記4に記載の塩素発生用電極の製造方法。 5. The method for manufacturing a chlorine generating electrode according to 4 above, wherein the electrode base material is immersed in sulfuric acid prior to the electroplating.

6.前記電気めっきに先だって、前記電極基材の表面をブラスト処理し、次いで、前記電極基材を硫酸に浸漬する、上記4に記載の塩素発生用電極の製造方法。 6. The method for producing a chlorine generating electrode according to 4 above, wherein the surface of the electrode base material is blasted prior to the electroplating, and then the electrode base material is immersed in sulfuric acid.

本発明の塩素発生用電極は、優れた塩素発生効率と耐久性とを兼ね備え、かつ生産性にも優れている。 The electrode for chlorine generation of the present invention has excellent chlorine generation efficiency and durability, and is also excellent in productivity.

以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described. The present invention is not limited to the embodiments described below.

(第一の実施形態)
本発明の第一の実施形態における塩素発生用電極は、バルブ金属からなる電極基材と、前記電極基材上に形成された、Pt-Ir合金からなる被覆層とを備えている。
(First embodiment)
The electrode for chlorine generation in the first embodiment of the present invention includes an electrode base material made of a bulb metal and a coating layer made of a Pt—Ir alloy formed on the electrode base material.

[電極基材]
前記電極基材としては、バルブ金属からなるものであれば任意の基材を用いることができる。前記バルブ金属としては、例えば、チタン、ニオブ、タンタル、またはそれらの合金を用いることができ、中でも、安価で加工が容易であるチタンまたはチタン合金を用いることが好ましい。
[Electrode substrate]
As the electrode base material, any base material can be used as long as it is made of bulb metal. As the valve metal, for example, titanium, niobium, tantalum, or an alloy thereof can be used, and among them, titanium or a titanium alloy, which is inexpensive and easy to process, is preferably used.

前記電極基材の形状は特に限定されず、目的に応じて任意の形状とすることができる。例えば、前記電極基材は、板状、有孔板状、棒状、網状、エキスパンドメタルなどであってよい。 The shape of the electrode base material is not particularly limited, and may be any shape depending on the purpose. For example, the electrode base material may be plate-shaped, perforated plate-shaped, rod-shaped, net-shaped, expanded metal, or the like.

前記電極基材の厚さは特に限定されず、用途等に応じて任意の厚さとすることができる。典型的には、電極基材の厚さを10mm以下とすることが好ましく、0.1~5.0mmとすることがより好ましく、0.2~1.0mmとすることがさらに好ましい。 The thickness of the electrode base material is not particularly limited, and may be any thickness depending on the intended use and the like. Typically, the thickness of the electrode base material is preferably 10 mm or less, more preferably 0.1 to 5.0 mm, and even more preferably 0.2 to 1.0 mm.

[被覆層]
前記電極基材上には、Pt-Ir合金からなる被覆層が設けられている。Pt-Ir合金を用いることにより、Ptに比べて大幅に優れた塩素発生効率を得ることができる。さらに、Pt-Ir合金は酸化物ではなく金属であるため、逆電解を行った場合でもほとんど損耗せず、Ptと同水準の耐久性を備えている。したがって、Pt-Ir合金からなる被覆層を用いることにより、従来の電極では両立させることが困難であった塩素発生効率と耐久性とを、高い水準で両立させることが可能となる。
[Coating layer]
A coating layer made of a Pt—Ir alloy is provided on the electrode base material. By using the Pt—Ir alloy, it is possible to obtain significantly superior chlorine generation efficiency as compared with Pt. Further, since the Pt—Ir alloy is not an oxide but a metal, it hardly wears even when reverse electrolysis is performed, and has the same level of durability as Pt. Therefore, by using a coating layer made of a Pt—Ir alloy, it is possible to achieve both chlorine generation efficiency and durability, which were difficult to achieve with conventional electrodes, at a high level.

前記Pt-Ir合金におけるIr含有量は特に限定されないが、塩素発生効率をさらに高めるという観点からは、1質量%以上とすることが好ましく、2質量%以上とすることがより好ましく、5質量%以上とすることがさらに好ましい。一方、耐久性をさらに高めるという観点からは、50質量%未満とすることが好ましく、25質量%未満とすることがより好ましく、20質量%以下とすることがさらに好ましい。 The Ir content in the Pt—Ir alloy is not particularly limited, but from the viewpoint of further enhancing the chlorine generation efficiency, it is preferably 1% by mass or more, more preferably 2% by mass or more, and 5% by mass. The above is more preferable. On the other hand, from the viewpoint of further enhancing the durability, it is preferably less than 50% by mass, more preferably less than 25% by mass, and further preferably 20% by mass or less.

前記被覆層の形成方法は特に限定されないが、後述するように電気めっきにより形成することが好ましい。言い換えると、前記被覆層は、Pt-Ir合金めっき層であることが好ましい。 The method for forming the coating layer is not particularly limited, but it is preferably formed by electroplating as described later. In other words, the coating layer is preferably a Pt—Ir alloy plating layer.

上記被覆層の厚さは、とくに限定されず任意の厚さとすることができる。しかし、過度に薄いと電極基材の表面を被覆することが困難となることに加え、電極としての寿命が短くなるおそれがある。そのため、前記被覆層の厚さは、0.1μm以上とすることが好ましく、0.3μm以上とすることがより好ましい。一方、前記被覆層の厚さの上限についてもとくに限定されないが、過度に厚いと、応力によりかえって被覆層が電極基材から剥離しやすくなるおそれがある。また、被覆により電極基材表面の凹凸が平滑化されてしまうため、後述するように前記被覆層の表面における面粗さを制御することが困難となる。そのため、前記被覆層の厚さは、10.0μm以下とすることが好ましく、5.0μm以下とすることが好ましい。なお、前記被覆層の厚さは、蛍光X線膜厚計を用いて測定することができる。 The thickness of the coating layer is not particularly limited and may be any thickness. However, if it is excessively thin, it becomes difficult to cover the surface of the electrode base material, and the life of the electrode may be shortened. Therefore, the thickness of the coating layer is preferably 0.1 μm or more, and more preferably 0.3 μm or more. On the other hand, the upper limit of the thickness of the coating layer is not particularly limited, but if it is excessively thick, the coating layer may be more easily peeled off from the electrode base material due to stress. Further, since the unevenness of the surface of the electrode base material is smoothed by the coating, it becomes difficult to control the surface roughness on the surface of the coating layer as described later. Therefore, the thickness of the coating layer is preferably 10.0 μm or less, and preferably 5.0 μm or less. The thickness of the coating layer can be measured using a fluorescent X-ray film thickness meter.

上記電極基材と被覆層との間には、下地層としてPt層を設けることができる。言い換えると、本発明の一実施形態における塩素発生用電極は、バルブ金属からなる電極基材と、前記電極基材上に形成されたPt層と、前記Pt層上に形成されたPt-Ir合金からなる被覆層とを備える塩素発生用電極であってよい。被覆層の下地としてPt層を設けることにより、電極基材に対する被覆層の密着性を向上させることができる。 A Pt layer can be provided as a base layer between the electrode base material and the coating layer. In other words, the chlorine generating electrode in one embodiment of the present invention is an electrode base material made of valve metal, a Pt layer formed on the electrode base material, and a Pt—Ir alloy formed on the Pt layer. It may be a chlorine generation electrode including a coating layer made of. By providing the Pt layer as the base of the coating layer, the adhesion of the coating layer to the electrode substrate can be improved.

前記Pt層の形成方法はとくに限定されないが、めっきにより形成することが好ましい。すなわち、前記Pt層は、Ptめっき層であることが好ましい。 The method for forming the Pt layer is not particularly limited, but it is preferably formed by plating. That is, the Pt layer is preferably a Pt plating layer.

前記Pt層の厚さはとくに限定されないが、密着性向上の効果を高めるという観点からは、0.01μmとすることが好ましく、0.03μm以上とすることがより好ましく、0.05μm以上とすることがさらに好ましい。一方、Pt層が過度に厚いと電極基材表面の凹凸が平滑化されてしまうため、Pt層の厚さは1.0μm以下とすることが好ましく、0.5μm以下とすることがより好ましく、0.2μm以下とすることがさらに好ましい。 The thickness of the Pt layer is not particularly limited, but from the viewpoint of enhancing the effect of improving the adhesion, it is preferably 0.01 μm, more preferably 0.03 μm or more, and more preferably 0.05 μm or more. Is even more preferable. On the other hand, if the Pt layer is excessively thick, the unevenness of the surface of the electrode base material is smoothed. Therefore, the thickness of the Pt layer is preferably 1.0 μm or less, more preferably 0.5 μm or less. It is more preferably 0.2 μm or less.

本発明の塩素発生用電極は、上述したように優れた塩素発生効率と耐久性とを兼ね備えているため、塩素または塩素化合物の電解製造に極めて好適に用いることができる。 Since the electrode for chlorine generation of the present invention has excellent chlorine generation efficiency and durability as described above, it can be extremely suitably used for electrolytic production of chlorine or a chlorine compound.

(第二の実施形態)
本発明の第二の実施形態における塩素発生用電極は、前記被覆層の表面における面粗さが、山の頂点密度Spdで14.4個/μm以上である。Spdとは、ISO 25178で規定される面の形状を表す指標の一つであり、単位面積あたりの山頂の数として定義される。山の頂点密度Spdを14.4個/μm以上とすることにより、塩素発生用電極の耐久性をさらに向上させることができる。耐久性向上の観点からは、Spdを15.0個/μm以上とすることがより好ましい。
(Second embodiment)
In the electrode for chlorine generation in the second embodiment of the present invention, the surface roughness on the surface of the coating layer is 14.4 pieces / μm 2 or more at the peak density Spd of the peak. Spd is one of the indexes showing the shape of the surface defined by ISO 25178, and is defined as the number of peaks per unit area. By setting the peak density Spd of the mountain to 14.4 / μm 2 or more, the durability of the chlorine generating electrode can be further improved. From the viewpoint of improving durability, it is more preferable to set Spd to 15.0 pieces / μm 2 or more.

Spdを制御することにより耐久性が向上する理由は、次のように考えられる。すなわち、被覆層の表面には、電極基材表面の凹凸などに起因する凹凸が存在しており、電解を行う際には、凸部、すなわち山の頂点に電流が集中する。電流が集中すると、その分、被覆層の損耗が進みやすくなる。山の頂点密度Spdを増加させると、多数の頂点に電流を分散させることができるため、電流集中に起因する被覆層の損耗を抑制できる。 The reason why the durability is improved by controlling Spd is considered as follows. That is, the surface of the coating layer has irregularities due to irregularities on the surface of the electrode base material, and when electrolysis is performed, the current concentrates on the convex portions, that is, the vertices of the peaks. When the current is concentrated, the wear of the coating layer is likely to proceed accordingly. By increasing the peak density Spd of the peak, the current can be distributed to a large number of vertices, so that the wear of the coating layer due to the current concentration can be suppressed.

電流集中を抑制するという観点からは、Spdが大きければ大きいほど好ましいため、Spdの上限はとくに限定されないが、過度に大きくしても効果が飽和すると考えられることから、例えば、30.0個/μm以下であってよく、25.0個/μm以下であってもよい。 From the viewpoint of suppressing current concentration, the larger the Spd is, the more preferable it is. Therefore, the upper limit of the Spd is not particularly limited, but it is considered that the effect is saturated even if the Spd is excessively increased. It may be μm 2 or less, and may be 25.0 pieces / μm 2 or less.

(第三の実施形態)
本発明の第三の実施形態における塩素発生用電極は、前記電極基材の表面における面粗さが、算術平均高さSaで、2.0μm以上であり、かつ、展開面積比Sdrで、3.0以上である。Saとは、ISO 25178およびJIS B0681-2:2018で規定される面の形状を表す指標の一つであり、線の算術平均高さRaを二次元に拡張したものである。また、Sdrも、ISO 25178およびJIS B0681-2:2018で規定される面の形状を表す指標の一つであり、凹凸が存在しない場合に比べて表面積がどれだけ増加したかを表す割合である。
(Third embodiment)
The chlorine generating electrode according to the third embodiment of the present invention has a surface roughness on the surface of the electrode base material of 2.0 μm or more at an arithmetic average height Sa and a developed area ratio of Sdr. It is 0.0 or more. Sa is one of the indexes showing the shape of the surface defined by ISO 25178 and JIS B 0681-2: 2018, and is a two-dimensional extension of the arithmetic mean height Ra of the line. In addition, Sdr is also one of the indexes showing the shape of the surface specified by ISO 25178 and JIS B 0681-2: 2018, and is a ratio showing how much the surface area has increased compared to the case where there is no unevenness. ..

電極基材の表面におけるSaとSdrを上記範囲内とすることにより、電極基材と被覆層との間の界面の面積が増大するため、アンカー効果により被覆層の電極基材に対する密着性が向上する。その結果、電極を使用する際の被覆層の剥離が防止され、電極の耐久性がさらに向上する。 By setting Sa and Sdr on the surface of the electrode base material within the above range, the area of the interface between the electrode base material and the coating layer is increased, so that the adhesion of the coating layer to the electrode base material is improved by the anchor effect. do. As a result, peeling of the coating layer when the electrode is used is prevented, and the durability of the electrode is further improved.

剥離を防止するという観点からは、SaおよびSdrが大きければ大きいほど好ましいため、SaおよびSdrの上限はとくに限定されない。しかし、過度に大きくしても効果が飽和すると考えられることから、例えば、Saは10.0μm以下であってよく、5.0μm以下であってもよい。同様に、Sdrは、10.0以下であってよく、5.0以下であってもよい。 From the viewpoint of preventing peeling, the larger Sa and Sdr are, the more preferable, so that the upper limit of Sa and Sdr is not particularly limited. However, since it is considered that the effect is saturated even if it is excessively increased, for example, Sa may be 10.0 μm or less, or 5.0 μm or less. Similarly, Sdr may be 10.0 or less, and may be 5.0 or less.

なお、上記Spd、Sa、およびSdrは、レーザー顕微鏡により測定することができる。 The Spd, Sa, and Sdr can be measured with a laser microscope.

[製造方法]
次に、本発明の塩素発生用電極の好適な製造方法について説明する。ただし、本発明の塩素発生用電極は、以下に述べる製造方法で製造されたものに限定されない。
[Production method]
Next, a suitable manufacturing method of the chlorine generating electrode of the present invention will be described. However, the chlorine generating electrode of the present invention is not limited to that manufactured by the manufacturing method described below.

本発明の塩素発生用電極は、TiまたはTi合金からなる電極基材上に、電気めっきによりPt-Ir合金からなる被覆層を形成することにより製造することができる。 The electrode for chlorine generation of the present invention can be manufactured by forming a coating layer made of Pt—Ir alloy on an electrode base material made of Ti or a Ti alloy by electroplating.

電気めっきにより被覆層を形成する場合、使用するめっき液の組成は特に限定されず、Pt-Ir合金からなるめっき層を形成できるもの、すなわち、Pt源とIr源とを含むめっき液であれば任意のものを用いることができる。 When the coating layer is formed by electroplating, the composition of the plating solution used is not particularly limited, and any plating solution capable of forming a plating layer made of a Pt—Ir alloy, that is, a plating solution containing a Pt source and an Ir source. Any one can be used.

前記Pt源としては、特に限定されず任意のPt化合物を使用することができる。前記Pt化合物としては、例えば、臭化白金酸塩、ジニトロジアミン白金、ヘキサクロロ白金、ジニトロサルファト白金酸、塩化白金、およびテトラアンミン白金からなる群より選択される少なくとも1つを用いることができる。中でも、臭化白金酸塩を用いることが好ましく、臭化白金酸ナトリウムを用いることがより好ましい。 The Pt source is not particularly limited, and any Pt compound can be used. As the Pt compound, for example, at least one selected from the group consisting of platinum bromide, dinitrodiamine platinum, hexachloroplatinum, dinitrosulfatoplatinic acid, platinum chloride, and tetraammine platinum can be used. Above all, it is preferable to use platinum bromide salt, and it is more preferable to use sodium platinum bromide.

同様に、前記Ir源としては、特に限定されず任意のIr化合物を使用することができる。前記Ir化合物としては、例えば、臭化イリジウム酸塩、硝酸イリジウム、硫酸イリジウム、塩化イリジウム酸、塩化イリジウム、塩化イリジウム酸カリウム、ヘキサアンミンイリジウム塩化物、ヘキサアンミンイリジウム水酸化物、ヘキサアンミンイリジウム硝酸塩からなる群より選択される少なくとも1つを用いることができる。中でも、臭化イリジウム酸塩を用いることが好ましく、臭化イリジウム酸ナトリウムを用いることがより好ましい。 Similarly, any Ir compound can be used as the Ir source without particular limitation. Examples of the Ir compound include iridium bromide, iridium nitrate, iridium sulfate, iridium chloride, iridium chloride, potassium iridium chloride, hexaammine iridium chloride, hexaammine iridium hydroxide, and hexaammine iridium nitrate. At least one selected from the group can be used. Above all, it is preferable to use iridium bromide, and it is more preferable to use sodium iridium bromide.

めっき液中のPtおよびIrの濃度は、特に限定されず、所望のめっき層組成となるように調節すればよい。また、一般的なめっきと同様、前記めっき液には、上記Pt源およびIr源以外にも、必要に応じて任意の電解質や添加剤を添加することができる。 The concentrations of Pt and Ir in the plating solution are not particularly limited, and may be adjusted so as to have a desired plating layer composition. Further, as in general plating, any electrolyte or additive can be added to the plating solution in addition to the Pt source and Ir source, if necessary.

また、めっきを行う際のめっき液の温度は特に限定されないが、50~95℃とすることが好ましく、80~90℃とすることがより好ましい。 The temperature of the plating solution at the time of plating is not particularly limited, but is preferably 50 to 95 ° C, more preferably 80 to 90 ° C.

(硫酸浸漬処理)
本発明の一実施形態においては、前記電気めっきに先だって、前記電極基材を硫酸に浸漬することが好ましい(硫酸浸漬処理)。電極基材を硫酸に浸漬することにより表面に微細な凹凸を形成し、その結果、該電極基材の表面に形成されるPt-Ir合金被覆層の山の頂点密度Spdを高めることができる。
(Sulfuric acid immersion treatment)
In one embodiment of the present invention, it is preferable to immerse the electrode base material in sulfuric acid prior to the electroplating (sulfuric acid dipping treatment). By immersing the electrode base material in sulfuric acid, fine irregularities can be formed on the surface, and as a result, the peak density Spd of the peaks of the Pt—Ir alloy coating layer formed on the surface of the electrode base material can be increased.

上記硫酸浸漬処理の条件は、特に限定されず、最終的に得られるPt-Ir合金被覆層の山の頂点密度Spdが所望の値となるよう調節すればよい。具体的には、濃度:6.4mol/L以上、温度:50℃以上の硫酸に、5分以上浸漬することが好ましい。一方、硫酸の濃度、温度、浸漬時間の上限についても特に限定されないが、過度に高濃度、高温、長時間としても効果が飽和することに加え、製造設備への負担が大きくなる。そのため、濃度:12.8mol/L以下、温度:90℃以下、浸漬時間:24時間以下とすることが好ましい。 The conditions of the sulfuric acid immersion treatment are not particularly limited, and the apex density Spd of the peaks of the finally obtained Pt—Ir alloy coating layer may be adjusted to a desired value. Specifically, it is preferable to immerse in sulfuric acid having a concentration of 6.4 mol / L or more and a temperature of 50 ° C. or more for 5 minutes or more. On the other hand, the concentration, temperature, and upper limit of the immersion time of sulfuric acid are not particularly limited, but the effect is saturated even at an excessively high concentration, high temperature, and long time, and the burden on the manufacturing equipment becomes large. Therefore, it is preferable that the concentration is 12.8 mol / L or less, the temperature is 90 ° C. or less, and the immersion time is 24 hours or less.

(ブラスト処理+硫酸浸漬処理)
さらに、本発明の他の実施形態においては、前記電気めっきに先だって、前記電極基材の表面をブラスト処理し、次いで、前記電極基材を硫酸に浸漬することが好ましい(硫酸浸漬処理)。ブラスト処理によって比較的大きい凹凸を形成した後に、さらに硫酸浸漬処理により微細な凹凸を形成することで、電極基材表面の算術平均高さSaと展開面積比Sdrを高めることができる。
(Blast treatment + sulfuric acid immersion treatment)
Further, in another embodiment of the present invention, it is preferable to blast the surface of the electrode base material prior to the electroplating, and then immerse the electrode base material in sulfuric acid (sulfuric acid dipping treatment). By forming relatively large irregularities by the blast treatment and then forming fine irregularities by the sulfuric acid immersion treatment, the arithmetic average height Sa and the developed area ratio Sdr of the electrode substrate surface can be increased.

上記ブラスト処理の条件は、特に限定されず、最終的に得られる電極基材表面の算術平均高さSaと展開面積比Sdrが所望の値となるよう調節すればよい。前記ブラスト処理に用いる研磨剤としては、セラミック研磨剤を用いることが好ましく、アルミナ研磨剤を用いることが好ましい。また、研磨剤の中心粒径(D50)は、150~180μmとすることが好ましい。 The conditions of the blasting treatment are not particularly limited, and the arithmetic mean height Sa and the developed area ratio Sdr of the finally obtained electrode base material surface may be adjusted to be desired values. As the polishing agent used for the blast treatment, it is preferable to use a ceramic polishing agent, and it is preferable to use an alumina polishing agent. The central particle size (D 50 ) of the abrasive is preferably 150 to 180 μm.

ブラスト処理と硫酸浸漬処理を併用する場合における前記硫酸浸漬処理の条件は、上述した硫酸浸漬処理のみを行う場合の条件と同様であってよい。 The conditions of the sulfuric acid dipping treatment when the blasting treatment and the sulfuric acid dipping treatment are used in combination may be the same as the conditions when only the sulfuric acid dipping treatment described above is performed.

(その他の前処理)
本発明においては、電気めっきに先だって、上記ブラスト処理および硫酸浸漬処理の他にも、任意の前処理を施すことができる。前記前処理としては、例えば、脱脂、酸洗、酸化膜除去などが挙げられる。
(Other pretreatment)
In the present invention, prior to electroplating, any pretreatment can be performed in addition to the above-mentioned blasting treatment and sulfuric acid dipping treatment. Examples of the pretreatment include degreasing, pickling, and removal of an oxide film.

前記脱脂は、とくに限定されることなく任意の方法で行うことができる。前記脱脂は、例えば、超音波脱脂および電解脱脂の一方または両方であってもよい。脱脂を行うことにより、電極基材の製造過程で表面に付着した油分や汚れを除去し、めっきに適した清浄な表面を得ることができる。 The degreasing can be performed by any method without particular limitation. The degreasing may be, for example, one or both of ultrasonic degreasing and electrolytic degreasing. By degreasing, oil and dirt adhering to the surface during the manufacturing process of the electrode base material can be removed, and a clean surface suitable for plating can be obtained.

前記酸洗についても、とくに限定されることなく任意の方法で行うことができる。前記酸洗には、例えば、硫酸や塩酸などの酸を用いることができる。 The pickling can also be performed by any method without particular limitation. For the pickling, for example, an acid such as sulfuric acid or hydrochloric acid can be used.

TiまたはTi合金からなる電極基材の表面には、通常、自然酸化膜が形成されている。そこで、電気めっきに先立って酸化膜を除去しておくことにより、電極基材に対する被覆層の密着性を高め、電極の耐久性をさらに向上させることができる。酸化膜の除去はとくに限定されることなく任意の方法で行うことができるが、フッ素化合物を含有する溶液を用いることが好ましい。前記フッ素化合物としては、フッ酸およびフッ酸塩からなる群より選択される少なくとも1つを用いることが好ましく、フッ酸およびフッ化水素アンモニウムの一方または両方を用いることがより好ましい。酸化膜の除去は、例えば、電極基材を前記溶液に浸漬することによって行うことができる。 A natural oxide film is usually formed on the surface of an electrode base material made of Ti or a Ti alloy. Therefore, by removing the oxide film prior to electroplating, the adhesion of the coating layer to the electrode substrate can be enhanced, and the durability of the electrode can be further improved. The removal of the oxide film can be carried out by any method without particular limitation, but it is preferable to use a solution containing a fluorine compound. As the fluorine compound, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of hydrofluoric acid and hydrofluoric acid, and it is more preferable to use one or both of hydrofluoric acid and ammonium hydrogenfluoride. The removal of the oxide film can be performed, for example, by immersing the electrode substrate in the solution.

なお、ブラスト処理を行った後の電極基材表面には酸化膜が形成されている。そのため、ブラスト処理を行う場合には、ブラスト処理後に酸化膜の除去を行うことが好ましい。また、硫酸浸漬処理を行った後にも、電極基材が大気と接触した場合には酸化膜が形成される。そのため、硫酸浸漬処理行った後、電極基材が大気と接触する場合には、硫酸浸漬処理を行った後に酸化膜の除去を行うことが好ましい。ブラスト処理と硫酸浸漬処理とを行う場合には、ブラスト処理後と硫酸浸漬処理後の両方で酸化膜の除去を行うことが好ましい。なお、硫酸浸漬処理後に電極基材が大気と接触しない場合には、硫酸浸漬処理後に酸化膜の除去を行う必要はない。 An oxide film is formed on the surface of the electrode base material after the blast treatment. Therefore, when performing the blast treatment, it is preferable to remove the oxide film after the blast treatment. Further, even after the sulfuric acid immersion treatment, an oxide film is formed when the electrode base material comes into contact with the atmosphere. Therefore, when the electrode substrate comes into contact with the atmosphere after the sulfuric acid immersion treatment, it is preferable to remove the oxide film after the sulfuric acid immersion treatment. When the blasting treatment and the sulfuric acid dipping treatment are performed, it is preferable to remove the oxide film both after the blasting treatment and after the sulfuric acid dipping treatment. If the electrode substrate does not come into contact with the atmosphere after the sulfuric acid immersion treatment, it is not necessary to remove the oxide film after the sulfuric acid immersion treatment.

(後処理)
一方、電気めっきによりPt-Ir合金からなる被覆層を形成した後は、適宜、水洗することが好ましい。
(Post-processing)
On the other hand, after forming a coating layer made of Pt—Ir alloy by electroplating, it is preferable to wash with water as appropriate.

さらに、Pt-Ir合金からなる被覆層を形成した後の電極を焼成することが好ましい。焼成を行うことにより、電極を電解に使用した際の耐久性をさらに向上させることができる。その理由は明らかではないが、焼成によるめっき層の結晶性が向上することや、不純物が除去されることが耐久性向上に寄与しているものと予想される。 Further, it is preferable to fire the electrode after forming the coating layer made of Pt—Ir alloy. By firing, the durability when the electrode is used for electrolysis can be further improved. The reason is not clear, but it is expected that the improvement of the crystallinity of the plating layer by firing and the removal of impurities contribute to the improvement of durability.

なお、焼成を行うことによりめっき層の表面が平滑化するなど、面粗さに影響を及ぼす場合がある。そのため、焼成を行う場合には、最終的に得られる電極の被覆層における山の頂点密度Spdが上述した条件を満たすように電極基材の前処理条件やめっき条件を調整すればよい。 It should be noted that firing may affect the surface roughness, such as smoothing the surface of the plating layer. Therefore, in the case of firing, the pretreatment conditions and plating conditions of the electrode base material may be adjusted so that the peak density Spd of the peaks in the finally obtained coating layer of the electrode satisfies the above-mentioned conditions.

焼成を行う場合、焼成温度は500℃以上とすることが好ましく、600℃以上とすることがより好ましい。一方、焼成温度が過度に高いと電極基材の構成成分であるチタンの酸化が進行し、電極の耐久性が低下する場合がある。そのため、焼成温度は700℃以下とすることが好ましく、650℃以下とすることがより好ましい。 When firing, the firing temperature is preferably 500 ° C. or higher, more preferably 600 ° C. or higher. On the other hand, if the firing temperature is excessively high, the oxidation of titanium, which is a component of the electrode base material, proceeds, and the durability of the electrode may decrease. Therefore, the firing temperature is preferably 700 ° C. or lower, more preferably 650 ° C. or lower.

また、焼成時間が過度に短いと焼成の効果を十分に得られないため、焼成時間は30分以上とすることが好ましく、1時間以上とすることがより好ましい。一方、焼成時間が過度に長いと、やはりチタンの酸化が進行し、電極の耐久性が低下する場合がある。そのため、焼成時間は10時間以下とすることが好ましく、5時間以下とすることがより好ましい。 Further, if the firing time is excessively short, the firing effect cannot be sufficiently obtained. Therefore, the firing time is preferably 30 minutes or more, and more preferably 1 hour or more. On the other hand, if the firing time is excessively long, the oxidation of titanium may proceed and the durability of the electrode may decrease. Therefore, the firing time is preferably 10 hours or less, and more preferably 5 hours or less.

以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明するが、本発明はこれに限定されない。 Hereinafter, the effects of the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples of the present invention, but the present invention is not limited thereto.

<実施例1>
まず、被覆層の材質が塩素発生効率および耐久性に及ぼす影響を評価するために、以下の実験を行った。
<Example 1>
First, the following experiments were conducted to evaluate the effect of the coating layer material on chlorine generation efficiency and durability.

(発明例1)
電極基材としてのTi板に対して、以下の手順で前処理を施した。
(1)ブラスト処理
(2)脱脂処理
(3)酸化膜除去
(4)酸洗
(Invention Example 1)
The Ti plate as the electrode base material was pretreated by the following procedure.
(1) Blast treatment (2) Solvent degreasing treatment (3) Oxidation film removal (4) Pickling

前記ブラスト処理は、ブラスト処理装置(株式会社不二製作所製、ニューマ・ブラスター、SG-5BA R-306-R300)および褐色溶融アルミナ研磨剤(株式会社不二製作所製、フジランダムA #80、中心粒径:150μm~180μm)を使用し、圧力:0.4MPaの条件で実施した。 The blast treatment is performed on a blast treatment device (manufactured by Fuji Seisakusho Co., Ltd., Pneumatic Blaster, SG-5BA R-306-R300) and a brown molten alumina abrasive (manufactured by Fuji Seisakusho Co., Ltd., Fujirandom A # 80, center). Particle size (150 μm to 180 μm) was used, and the pressure was 0.4 MPa.

前記脱脂処理では、脱脂液としては、日本エレクトロプレイティング・エンジニヤース株式会社製、イートレックス11を使用し、前記脱脂液にTi板を浸漬した状態で、超音波を1分間印加することにより脱脂を行った。 In the degreasing treatment, Eatlex 11 manufactured by Nippon Electroplating Engineers Co., Ltd. is used as the degreasing solution, and a Ti plate is immersed in the degreasing solution and ultrasonic waves are applied for 1 minute to degreas. Was done.

前記酸化膜除去は、Ti板をフッ化水素アンモニウム水溶液に15秒浸漬することにより行った。また、前記酸洗は、10%硫酸に30秒浸漬することで行った。 The oxide film was removed by immersing the Ti plate in an aqueous solution of ammonium hydrogen fluoride for 15 seconds. The pickling was carried out by immersing in 10% sulfuric acid for 30 seconds.

次いで、上記前処理後のTi板に、下記の条件でPtめっきを施して、下地としてのPtめっき層を形成した。
・めっき液:硫酸Ptめっき液
・Pt濃度:6~9g/L
・硫酸:150g/L
・めっき液温度:60℃
・Ptめっき層の厚さ:約0.1μm
Next, the Ti plate after the pretreatment was subjected to Pt plating under the following conditions to form a Pt plating layer as a base.
-Plating solution: Sulfuric acid Pt plating solution-Pt concentration: 6-9 g / L
・ Sulfuric acid: 150 g / L
-Plating liquid temperature: 60 ° C
-Thickness of Pt plating layer: Approximately 0.1 μm

次に、前記Ptめっき層の表面に、さらに下記の条件で電気にめっきを行って、厚さ0.6μmのPt-Ir合金被覆層を形成した。なお、得られたPt-Ir合金被覆層におけるIr含有量は、約10質量%であった。
・めっき液成分
臭化Pt酸Na水溶液
臭化Ir酸Na水溶液
イリデックス建浴剤(日本エレクトロプレイティング・エンジニヤース株式会社製)
・Pt濃度:4.0g/L
・Ir濃度:2.5g/L
・めっき液温度:90℃
Next, the surface of the Pt plating layer was further electrically plated under the following conditions to form a Pt—Ir alloy coating layer having a thickness of 0.6 μm. The Ir content in the obtained Pt—Ir alloy coating layer was about 10% by mass.
・ Plating liquid component Na solution of Pt acid bromide Aqueous solution of Na bromide Iride Iridex construction agent (manufactured by Nippon Electroplating Engineers Co., Ltd.)
-Pt concentration: 4.0 g / L
-Ir concentration: 2.5 g / L
-Plating liquid temperature: 90 ° C

上記めっきの後、さらに600℃、1時間の条件で焼鈍を行った。 After the above plating, annealing was further performed at 600 ° C. for 1 hour.

得られた電極を陽極として使用し、下記の条件で電解を行って塩素発生効率を測定した。評価結果を表1に示す。
・電解液:0.2%NaCl+0.005%HCl/純水
・電解液の量:1L
・陰極:Ti/Pt電極(板状)
・電流:1.8A
・電解時間:5分
・電流密度:2.4A/dm
・極間距離:20mm
・撹拌:電解時なし、電解停止後300rpm、30s
Using the obtained electrode as an anode, electrolysis was performed under the following conditions to measure the chlorine generation efficiency. The evaluation results are shown in Table 1.
-Electrolytic solution: 0.2% NaCl + 0.005% HCl / pure water-Amount of electrolytic solution: 1L
・ Cathode: Ti / Pt electrode (plate shape)
-Current: 1.8A
・ Electrolysis time: 5 minutes ・ Current density: 2.4A / dm 2
・ Distance between poles: 20 mm
・ Stirring: None during electrolysis, 300 rpm after electrolysis stopped, 30 s

塩素発生効率ηは、以下の式を用いて算出した。
η(%)=(2×F×ρ×V)/(M×2×1000×I×t)×100
ここで、
F:ファラデー定数(C/mol)
ρ:電解終了後の次亜塩素酸濃度(mg/L)
V:電解液の量(L)
M:塩素(Cl)の原子量(g/mol)
I:電流(A)
t:時間(s)
The chlorine generation efficiency η was calculated using the following formula.
η (%) = (2 × F × ρ × V) / (M × 2 × 1000 × I × t) × 100
here,
F: Faraday constant (C / mol)
ρ: Hypochlorous acid concentration (mg / L) after electrolysis
V: Amount of electrolytic solution (L)
M: Atomic weight of chlorine (Cl) (g / mol)
I: Current (A)
t: time (s)

電解終了後の次亜塩素酸濃度ρは、電解が終了した後の電解液を10mL採取し、柴田化学製ハンディ水質計「アクアブAQ-202型」を用いて測定した。 The hypochlorous acid concentration ρ after the completion of electrolysis was measured by collecting 10 mL of the electrolytic solution after the completion of electrolysis and using a handy water quality meter "Aquaab AQ-202 type" manufactured by Shibata Scientific Technology.

さらに、得られた電極の耐久性を評価するために、該電極を陽極として使用し、水道水を電解液として、電流密度:10A/dmで656時間の電解を行って陽極の被覆層の減少速度(以下、「膜厚減少速度」という)を測定した。電解前と電解後の被覆層の膜厚を測定し、減少した膜厚を電解時間で割ることにより膜厚減少速度を算出した。評価結果を表1に併記する。なお、前記電解においては、5分間の通常の電解と、5分間の逆電解を交互に繰返し行った。 Further, in order to evaluate the durability of the obtained electrode, the electrode was used as an anode, and tap water was used as an electrolytic solution, and electrolysis was performed at a current density of 10 A / dm 2 for 656 hours to obtain a coating layer of the anode. The rate of decrease (hereinafter referred to as "rate of decrease in film thickness") was measured. The film thickness of the coating layer before and after electrolysis was measured, and the film thickness reduction rate was calculated by dividing the reduced film thickness by the electrolysis time. The evaluation results are also shown in Table 1. In the electrolysis, normal electrolysis for 5 minutes and reverse electrolysis for 5 minutes were alternately repeated.

(比較例1)
比較のために、被覆層の材質をPtに変えた以外は上記発明例1と同様の条件で電極を作製し、発明例1と同じ手順で塩素発生効率および膜厚減少速度を評価した。評価結果を表1に併記する。
(Comparative Example 1)
For comparison, electrodes were prepared under the same conditions as in Invention Example 1 except that the material of the coating layer was changed to Pt, and the chlorine generation efficiency and the film thickness reduction rate were evaluated by the same procedure as in Invention Example 1. The evaluation results are also shown in Table 1.

(比較例2)
さらに比較のために、酸化イリジウム(IrO)および酸化タンタル(Ta)からなる被覆層を有する電極を作製し、実施例1と同じ手順で塩素発生効率および膜厚減少速度を評価した。評価結果を表1に併記する。
(Comparative Example 2)
For further comparison, an electrode having a coating layer composed of iridium oxide (IrO 2 ) and tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) was prepared, and the chlorine generation efficiency and the film thickness reduction rate were evaluated by the same procedure as in Example 1. .. The evaluation results are also shown in Table 1.

なお、上記比較例2において使用した酸化イリジウムおよび酸化タンタルからなる被覆層は、以下の手順で形成した。 The coating layer made of iridium oxide and tantalum oxide used in Comparative Example 2 was formed by the following procedure.

塩化イリジウム酸およびブトキシタンタルをイソプロピルアルコールに溶解させ、Ir濃度:7.0質量%、Ta濃度:3.0質量%の溶液を調製した。上記実施例1で用いたものと同様のTi板に、ブラスト処理および脱脂処理を施した後、該Ti板の表面に前記溶液を塗布し、電気炉にて500℃、30分以上の条件で焼成して被覆層を形成した。 Iridium chloride and butoxytantalum were dissolved in isopropyl alcohol to prepare a solution having an Ir concentration of 7.0% by mass and a Ta concentration of 3.0% by mass. After blasting and degreasing the same Ti plate used in Example 1, the solution is applied to the surface of the Ti plate, and the temperature is 500 ° C. for 30 minutes or more in an electric furnace. It was fired to form a coating layer.

表1に示した結果から分かるように、本発明の塩素発生用電極は、Ptめっきした比較例1の電極よりも塩素発生効率が大幅に向上しているとともに、膜厚減少速度がPtめっきした比較例1の電極と同等であり、優れた塩素発生効率と耐久性を兼ね備えていた。これに対して、Ptめっきした比較例1の電極は、耐久性には優れるものの、塩素発生効率に劣っていた。また、IrOおよびTaからなる被覆層を用いた比較例2の電極は、塩素発生効率に優れるものの、膜厚減少速度が発明例1の約18倍と、耐久性が著しく劣っていた。 As can be seen from the results shown in Table 1, the chlorine generation electrode of the present invention has a significantly improved chlorine generation efficiency as compared with the electrode of Comparative Example 1 plated with Pt, and the film thickness reduction rate is Pt plated. It was equivalent to the electrode of Comparative Example 1 and had excellent chlorine generation efficiency and durability. On the other hand, the electrode of Comparative Example 1 plated with Pt was excellent in durability but inferior in chlorine generation efficiency. Further, the electrode of Comparative Example 2 using the coating layer composed of IrO 2 and Ta 2 O 5 is excellent in chlorine generation efficiency, but the film thickness reduction rate is about 18 times that of Invention Example 1, and the durability is significantly inferior. rice field.

Figure 0007052130000001
Figure 0007052130000001

<実施例2>
次に、前処理とそれによって決まる表面形状が塩素発生用電極の性能に及ぼす影響を評価するために、以下の実験を行った。
<Example 2>
Next, the following experiments were conducted to evaluate the effect of the pretreatment and the surface shape determined by it on the performance of the chlorine generating electrode.

前処理として表2に記載した処理を行った点以外は上記発明例1と同様の手順で、Pt-Ir合金からなる被覆層を備える塩素発生用電極を作製した。 A chlorine generation electrode having a coating layer made of a Pt—Ir alloy was produced by the same procedure as in Invention Example 1 except that the treatments shown in Table 2 were performed as pretreatments.

各発明例における前処理の具体的な手順は以下のとおりとした。なお、発明例3、4においては、硫酸浸漬後に一旦電極基材を乾燥させたため、その後、酸化膜除去と酸洗を実施した。 The specific procedure of the pretreatment in each invention example is as follows. In Invention Examples 3 and 4, since the electrode base material was once dried after being immersed in sulfuric acid, the oxide film was removed and pickling was performed thereafter.

(発明例2)
・ブラスト処理
・脱脂処理
・酸化膜除去
・酸洗
(Invention Example 2)
・ Blast treatment ・ Solvent degreasing treatment ・ Oxidation film removal ・ Pickling

(発明例3)
・脱脂処理
・酸化膜除去
・硫酸浸漬
・脱脂
・酸化膜除去
・酸洗
(Invention Example 3)
・ Solvent degreasing ・ Oxidation film removal ・ Sulfuric acid immersion ・ Degreasing ・ Oxidation film removal ・ Pickling

(発明例4)
・ブラスト処理
・脱脂処理
・酸化膜除去
・硫酸浸漬
・脱脂
・酸化膜除去
・酸洗
(Invention Example 4)
・ Blast treatment ・ Degreasing treatment ・ Oxidation film removal ・ Sulfuric acid immersion ・ Solvent degreasing ・ Oxidation film removal ・ Pickling

前記硫酸浸漬処理は、温度60℃、濃度9.6Mの硫酸にTi板を15分浸漬することで行った。それ以外の処理については、上記発明例1と同じ条件で実施した。 The sulfuric acid dipping treatment was carried out by immersing the Ti plate in sulfuric acid having a temperature of 60 ° C. and a concentration of 9.6 M for 15 minutes. Other treatments were carried out under the same conditions as in Example 1 of the above invention.

めっき処理に先立って、上記前処理後のTi板の表面における算術平均高さSaおよび展開面積比Sdrを、レーザー顕微鏡(キーエンス製、VK-X250)により測定した。前記測定は、倍率150倍の対物レンズを使用し、モニタ倍率約3000倍で行った。SaおよびSdrの値は1サンプルあたり無作為に選択した9カ所で測定し、その平均値を使用した。測定結果を表2に併記する。 Prior to the plating treatment, the arithmetic mean height Sa and the developed area ratio Sdr on the surface of the Ti plate after the pretreatment were measured with a laser microscope (manufactured by KEYENCE, VK-X250). The measurement was performed using an objective lens having a magnification of 150 times and a monitor magnification of about 3000 times. The values of Sa and Sdr were measured at 9 randomly selected sites per sample, and the average value was used. The measurement results are also shown in Table 2.

その後、上記発明例1と同じ手順でめっき処理を行い、Pt-Ir合金からなる被覆層を備える塩素発生用電極を得た。 Then, the plating treatment was carried out in the same procedure as in Invention Example 1 to obtain an electrode for chlorine generation provided with a coating layer made of a Pt—Ir alloy.

得られた塩素発生用電極の被覆層表面における山の頂点密度Spdを、レーザー顕微鏡(キーエンス製、VK-X250)により測定した。前記測定は、倍率150倍の対物レンズを使用し、モニタ倍率約3000倍で行った。また、Spdの値は1サンプルあたり無作為に選択した9カ所で測定し、その平均値を使用した。測定結果を表2に併記する。 The peak density Spd of the peaks on the surface of the coating layer of the obtained electrode for chlorine generation was measured by a laser microscope (manufactured by KEYENCE, VK-X250). The measurement was performed using an objective lens having a magnification of 150 times and a monitor magnification of about 3000 times. In addition, the Spd value was measured at 9 randomly selected sites per sample, and the average value was used. The measurement results are also shown in Table 2.

次に、得られた電極を陽極として使用し、下記の条件で電解を行って塩素発生効率を測定した。評価結果を表2に併記する。
・電解液:0.58%NaCl/純水
・液量:1L
・電流:0.4A
・電解時間:75秒
・電流密度:1.25A/dm
・極間距離:4mm
・撹拌:電解時なし、電解停止後300rpm、30s
Next, using the obtained electrode as an anode, electrolysis was performed under the following conditions to measure the chlorine generation efficiency. The evaluation results are also shown in Table 2.
-Electrolytic solution: 0.58% NaCl / pure water-Liquid volume: 1L
・ Current: 0.4A
・ Electrolysis time: 75 seconds ・ Current density: 1.25A / dm 2
・ Distance between poles: 4 mm
・ Stirring: None during electrolysis, 300 rpm after electrolysis stopped, 30 s

また、得られた電極を陽極として使用し、30mM NaCl水溶液を電解液として、電流密度:3.75A/dmで1100時間程度の電解を行って膜厚減少速度を測定した。評価結果を表2に併記する。なお、前記電解においては、2分間の通常の電解と、2分間の逆電解を交互に繰返し行った。 Further, using the obtained electrode as an anode, electrolysis was performed for about 1100 hours at a current density of 3.75 A / dm 2 using a 30 mM NaCl aqueous solution as an electrolytic solution, and the film thickness reduction rate was measured. The evaluation results are also shown in Table 2. In the electrolysis, normal electrolysis for 2 minutes and reverse electrolysis for 2 minutes were alternately repeated.

さらに、上記電解後の電極表面の状態を観察し、被覆層の剥離が見られなかったものを密着性「◎」、一部に剥離が見られたものを「○」とした。 Further, the state of the electrode surface after the electrolysis was observed, and the one in which the coating layer was not peeled off was designated as “⊚”, and the one in which peeling was observed was marked with “◯”.

以上の結果から、以下のことが分かる。
・ブラスト処理のみの発明例2に比べて、発明例3、4ではさらに高い塩素発生効率が得られる。
・発明例2、3、4の順で膜厚減少速度が低下しており、したがってブラスト処理と硫酸浸漬処理を併用した場合に最も高い耐久性が実現出来る。
・硫酸浸漬処理のみの発明例3に比べてブラスト処理と硫酸浸漬処理を併用した発明例4では被覆層の密着性も優れており、したがって、逆電解などにより物理的な剥離が生じやすい条件化においても一層すぐれた耐久性を発揮することができる。
From the above results, the following can be seen.
-Invention Examples 3 and 4 can obtain even higher chlorine generation efficiency as compared with Invention Example 2 in which only the blast treatment is performed.
-The rate of film thickness reduction decreases in the order of Invention Examples 2, 3 and 4, and therefore the highest durability can be realized when the blast treatment and the sulfuric acid dipping treatment are used in combination.
-Invention Example 4 in which the blast treatment and the sulfuric acid dipping treatment are used in combination is superior in adhesion to the coating layer as compared with Invention Example 3 in which only the sulfuric acid dipping treatment is performed. It is possible to demonstrate even better durability.

Figure 0007052130000002
Figure 0007052130000002

Claims (4)

バルブ金属からなる電極基材と、
前記電極基材上に形成された、Pt-Ir合金からなる被覆層とを備え、
前記被覆層の表面における面粗さが、山の頂点密度Spdで、14.4個/μm以上である、塩素発生用電極。
An electrode base material made of valve metal and
A coating layer made of a Pt—Ir alloy formed on the electrode substrate is provided.
A chlorine generation electrode having a surface roughness on the surface of the coating layer of 14.4 elements / μm 2 or more at the peak density Spd of the peak.
前記電極基材の表面における面粗さが、
算術平均高さSaで、2.0μm以上であり、かつ、
展開面積比Sdrで、3.0以上である、請求項1に記載の塩素発生用電極。
The surface roughness on the surface of the electrode base material is
Arithmetic mean height Sa, 2.0 μm or more, and
The chlorine generation electrode according to claim 1, which has a developed area ratio of Sdr of 3.0 or more.
バルブ金属からなる電極基材上に、電気めっきによりPt-Ir合金からなる被覆層を形成する、塩素発生用電極の製造方法であって、
前記電気めっきに先だって、前記電極基材を硫酸に浸漬し、
前記被覆層の表面における面粗さが、山の頂点密度Spdで、14.4個/μm 以上である、塩素発生用電極の製造方法。
A method for manufacturing an electrode for chlorine generation, in which a coating layer made of a Pt—Ir alloy is formed by electroplating on an electrode base material made of valve metal.
Prior to the electroplating, the electrode base material is immersed in sulfuric acid.
A method for manufacturing an electrode for chlorine generation, wherein the surface roughness on the surface of the coating layer is 14.4 pieces / μm 2 or more at the peak density Spd of the peak .
前記硫酸への浸漬に先だって、さらに前記電極基材の表面をブラスト処理する、請求項3に記載の塩素発生用電極の製造方法。 The method for producing a chlorine generating electrode according to claim 3, wherein the surface of the electrode base material is further blasted prior to immersion in sulfuric acid.
JP2021132930A 2021-08-17 2021-08-17 Electrode for chlorine generation and its manufacturing method Active JP7052130B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021132930A JP7052130B1 (en) 2021-08-17 2021-08-17 Electrode for chlorine generation and its manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021132930A JP7052130B1 (en) 2021-08-17 2021-08-17 Electrode for chlorine generation and its manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP7052130B1 true JP7052130B1 (en) 2022-04-11
JP2023027670A JP2023027670A (en) 2023-03-02

Family

ID=81259561

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021132930A Active JP7052130B1 (en) 2021-08-17 2021-08-17 Electrode for chlorine generation and its manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7052130B1 (en)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4865128A (en) * 1971-12-02 1973-09-08
JPH04210488A (en) * 1990-12-13 1992-07-31 Ishifuku Kinzoku Kogyo Kk Electrolytic electrode
JPH071070U (en) * 1993-02-16 1995-01-10 株式会社フジプレシャス Laminated mesh electrode
JP2001500190A (en) * 1995-08-11 2001-01-09 ザ ダウ ケミカル カンパニー Durable electrode coating
JP2002030495A (en) * 2000-06-09 2002-01-31 De Nora Elettrodi Spa Electrode characterized by surface catalytic layer having extremely high adhesive property
WO2010001971A1 (en) * 2008-07-03 2010-01-07 旭化成ケミカルズ株式会社 Cathode for hydrogen generation and method for producing the same
JP2019137891A (en) * 2018-02-09 2019-08-22 田中貴金属工業株式会社 Power feeder
JP2020063460A (en) * 2018-10-15 2020-04-23 パナソニックIpマネジメント株式会社 Portable electrolytic water atomizer
WO2020175707A1 (en) * 2019-02-28 2020-09-03 国立研究開発法人科学技術振興機構 Electrode catalyst and method for producing amine compound

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4865128A (en) * 1971-12-02 1973-09-08
JPH04210488A (en) * 1990-12-13 1992-07-31 Ishifuku Kinzoku Kogyo Kk Electrolytic electrode
JPH071070U (en) * 1993-02-16 1995-01-10 株式会社フジプレシャス Laminated mesh electrode
JP2001500190A (en) * 1995-08-11 2001-01-09 ザ ダウ ケミカル カンパニー Durable electrode coating
JP2002030495A (en) * 2000-06-09 2002-01-31 De Nora Elettrodi Spa Electrode characterized by surface catalytic layer having extremely high adhesive property
WO2010001971A1 (en) * 2008-07-03 2010-01-07 旭化成ケミカルズ株式会社 Cathode for hydrogen generation and method for producing the same
JP2019137891A (en) * 2018-02-09 2019-08-22 田中貴金属工業株式会社 Power feeder
JP2020063460A (en) * 2018-10-15 2020-04-23 パナソニックIpマネジメント株式会社 Portable electrolytic water atomizer
WO2020175707A1 (en) * 2019-02-28 2020-09-03 国立研究開発法人科学技術振興機構 Electrode catalyst and method for producing amine compound

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023027670A (en) 2023-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4560089B2 (en) Electrode used for electrolysis of aqueous solution to produce hypochlorite
ES2428889T3 (en) Catalytic coating with platinum group metals and electrode manufactured from it
JP4771130B2 (en) Oxygen generating electrode
JP3914162B2 (en) Oxygen generating electrode
JP4986267B2 (en) Electrode manufacturing method
JP2006193768A (en) Cathode for hydrogen generation
KR20040098575A (en) Electrolytic electrode and process of producing the same
JP2721739B2 (en) Method for producing an improved anode
JP2011202206A (en) Insoluble electrode and method of producing the same
JP2002030495A (en) Electrode characterized by surface catalytic layer having extremely high adhesive property
US20070261968A1 (en) High efficiency hypochlorite anode coating
JP2019119930A (en) Chlorine generating electrode
JP4638672B2 (en) Anode for generating oxygen and support therefor
RU2379380C2 (en) High-efficiency anode coating for producing hypochlorite
JP7052130B1 (en) Electrode for chlorine generation and its manufacturing method
JP2017115188A (en) Electrode for generating chlorine
JPH03188291A (en) Electrolytic catalyst coating
JP3045031B2 (en) Manufacturing method of anode for oxygen generation
JP3654204B2 (en) Oxygen generating anode
JPH0499294A (en) Oxygen generating anode and its production
RU2425176C2 (en) Method to produce electrode, electrode (versions) and electrolytic cell (versions)
JP7168729B1 (en) Electrodes for industrial electrolytic processes
JP7144251B2 (en) Electrode for hydrogen generation and method for producing the same
JP6200882B2 (en) Electrode for producing hydrogen water and production method
JP2018145477A (en) Method of removing oxide film of metal surface

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210819

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20210819

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20211026

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211208

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220201

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220224

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220322

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220330

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7052130

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150