JP7215727B2 - 過酸化水素の製造方法及び過酸化水素の製造装置 - Google Patents
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Description
[1]炭酸塩を含む電解液を収容する電解槽内に設置されたアノード電極及びカソード電極の間に電圧を印加して、前記電解液から過酸化水素を製造する方法であって、
前記アノード電極は、複数の金属元素が組み合わされた複合金属酸化物を有し、
前記複合金属酸化物が、アンチモン(Sb)、バナジウム(V)、鉛(Pb)、銅(Cu)、ビスマス(Bi)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、セシウム(Cs)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、ストロンチウム(Sr)、ジルコニウム(Zr)及びマグネシウム(Mg)から選択される複数の金属元素を含む、過酸化水素の製造方法。
[2]前記複数の金属元素が、銅、インジウム、バナジウム、ガリウム及びセシウムのうちから選ばれるいずれかの金属元素とアンチモンの組み合わせで構成される、上記[1]に記載の過酸化水素の製造方法。
[3]前記複数の金属元素が、銅とアンチモンの組み合わせか、又はインジウムとアンチモンの組み合わせで構成される、上記[2]に記載の過酸化水素の製造方法。
[4]前記複数の金属元素が、アルミニウム、インジウム、ガリウム、チタン及び鉛のうちから選ばれるいずれかの金属元素とバナジウムの組み合わせで構成される、上記[1]に記載の過酸化水素の製造方法。
[5]前記複数の金属元素が、アルミニウム、ニオブ、タンタル、ストロンチウム及びジルコニウムのうちから選ばれるいずれかの金属元素と鉛の組み合わせで構成される、上記[1]に記載の過酸化水素の製造方法。
[6]前記複数の金属元素が、マグネシウム及びセシウムのうちから選ばれるいずれかの金属元素と銅の組み合わせで構成される、上記[1]に記載の過酸化水素の製造方法。
[7]前記複数の金属元素が、セシウム及びアルミニウムのうちから選ばれるいずれかの金属元素とビスマスの組み合わせで構成される、上記[1]に記載の過酸化水素の製造方法。
[8]上記[1]~[7]のいずれかに記載の過酸化水素の製造方法を行うための製造装置であって、
前記電解液を収容可能な電解槽と、
前記電解槽内に設置されたアノード電極及びカソード電極と、
を備える過酸化水素の製造装置。
[9]前記アノード電極が、導電性基材と、前記導電性基材に形成され、前記複合金属酸化物で構成される複合金属酸化物層とを有する、上記[8]に記載の過酸化水素の製造装置。
[10]前記電解槽が、アノード電解液を収容可能なアノード室と、カソード電解液を収容可能なカソード室と、前記アノード室と前記カソード室とを区切る隔膜とを有する、請求項8に記載の過酸化水素の製造装置。
図1に示すように、過酸化水素の製造装置10は、電解液を収容する電解槽12と、電解槽12内に設置されたアノード電極14及びカソード電極16とを備えている。アノード電極14とカソード電極16は、直流電源を介して電気的に接続される。
アンチモン前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)、銅前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)、および増粘剤としてエチルセルロースを溶解した酢酸ブチルからなる溶液(各金属元素の濃度0.2M)を、アンチモンと銅の元素比率(モル比)を1:1となるように混合して、FTOからなる導電性基材の表面にスピンコートした。これを空気中で650℃、30分間で焼成し、アンチモンと銅の複合金属酸化物を有するアノード電極を作製した。
アンチモンと銅の元素比率を2:1となるよう溶液を混合してスピンコートしたこと以外は、実施例1と同様にして印加電圧及び電流効率を求めた。
アンチモン前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)及びインジウム前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして印加電圧及び電流効率を求めた。
アンチモン前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)及びバナジウム前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして印加電圧及び電流効率を求めた。
アンチモン前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)及びガリウム前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして印加電圧及び電流効率を求めた。
アンチモン前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)及びセシウム前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)を用いたこと、並びに550℃で焼成したこと以外は、実施例1と同様にして印加電圧及び電流効率を求めた。
バナジウム前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)及びアルミニウム前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)を用いたこと、並びに550℃で焼成したこと以外は、実施例1と同様にして印加電圧及び電流効率を求めた。
バナジウム前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)及びインジウム前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)を用いたこと、並びに550℃で焼成したこと以外は、実施例1と同様にして印加電圧及び電流効率を求めた。
バナジウム前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)及びガリウム前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)を用いたこと、並びに550℃で焼成したこと以外は、実施例1と同様にして印加電圧及び電流効率を求めた。
バナジウム前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)及びチタン前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)を用いたこと、並びに550℃で焼成したこと以外は、実施例1と同様にして印加電圧及び電流効率を求めた。
バナジウム前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)及び鉛前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして印加電圧及び電流効率を求めた。
鉛前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)及びアルミニウム前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)を用いたこと、並びに550℃で焼成したこと以外は、実施例1と同様にして印加電圧及び電流効率を求めた。
鉛前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)及びニオブ前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして印加電圧及び電流効率を求めた。
鉛前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)及びタンタル前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして印加電圧及び電流効率を求めた。
鉛前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)及びストロンチウム前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして印加電圧及び電流効率を求めた。
鉛前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)及びジルコニウム前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして印加電圧及び電流効率を求めた。
銅前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)及びマグネシウム前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして印加電圧及び電流効率を求めた。
銅前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)及びセシウム前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして印加電圧及び電流効率を求めた。
ビスマス前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)及びセシウム前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)を用いたこと、並びに550℃で焼成したこと以外は、実施例1と同様にして印加電圧及び電流効率を求めた。
ビスマス前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)及びアルミニウム前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)を用いたこと、並びに550℃で焼成したこと以外は、実施例1と同様にして印加電圧及び電流効率を求めた。
アノード電極としてFTOからなる導電性基材をそのまま用いたこと以外は、実施例1と同様にして印加電圧及び電流効率を求めた。
ビスマス前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)及びバナジウム前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)を用いたこと、並びに550℃で焼成したこと以外は、実施例1と同様にして印加電圧及び電流効率を求めた。
表2に示す各金属元素の前駆体塗布液(SYMETRIX社製、EMOD塗布型材料)を単独で用い、実施例1と同様にしてFTOからなる導電性基板の表面にスピンコートし、空気中で550℃もしくは650℃、30分間で焼成して、各金属元素単独の金属酸化物を有するアノード電極を作製した。実施例1と同様に2.0mAの定電流が15分間に亘って流れるように電圧を印加し、流れた電荷量が1.8Cとなるようにして電気化学反応を行った。2.0mAの定電流に必要な印加電圧を測定し、また、過酸化水素の生成量からその電流効率を求めた。結果を表2に示す。
(付記1)
電解液を収容可能な電解槽と、
前記電解槽内に設置されたアノード電極及びカソード電極と、を備え、
前記アノード電極は、複数の金属元素が組合せられた複合金属酸化物を有し、
前記複合金属酸化物が、アンチモン(Sb)、バナジウム(V)、鉛(Pb)、銅(Cu)、ビスマス(Bi)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、セシウム(Cs)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、ストロンチウム(Sr)、ジルコニウム(Zr)及びマグネシウム(Mg)から選択される複数の金属元素を含む、過酸化水素の製造装置。
12 電解槽
14 アノード電極
16 カソード電極
18 アノード電解液
20 カソード電解液
22 隔膜
24 アノード室
26 カソード室
Claims (6)
- 炭酸塩を含む電解液を収容する電解槽内に設置されたアノード電極及びカソード電極の間に電圧を印加して、前記電解液から過酸化水素を製造する方法であって、
前記アノード電極は、複数の金属元素が組み合わされた複合金属酸化物を有し、
前記複合金属酸化物が、アンチモン(Sb)、バナジウム(V)、鉛(Pb)、銅(Cu)、ビスマス(Bi)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、セシウム(Cs)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、ストロンチウム(Sr)、ジルコニウム(Zr)及びマグネシウム(Mg)から選択される複数の金属元素を含み、
前記複数の金属元素が、
銅、インジウム、バナジウム、ガリウム及びセシウムのうちから選ばれるいずれかの金属元素とアンチモンの組み合わせで構成されるか、
アルミニウム、インジウム、ガリウム、チタン及び鉛のうちから選ばれるいずれかの金属元素とバナジウムの組み合わせで構成されるか、
アルミニウム、ニオブ、タンタル、ストロンチウム及びジルコニウムのうちから選ばれるいずれかの金属元素と鉛の組み合わせで構成されるか、
マグネシウム及びセシウムのうちから選ばれるいずれかの金属元素と銅の組み合わせで構成されるか、又は、
セシウム及びアルミニウムのうちから選ばれるいずれかの金属元素とビスマスの組み合わせで構成される、
過酸化水素の製造方法。 - 前記複数の金属元素の組み合わせにおいて、
銅、インジウム、バナジウム、ガリウム及びセシウムのうちから選ばれるいずれかの金属元素をB、アンチモンをAとするか、
アルミニウム、インジウム、ガリウム、チタン及び鉛のうちから選ばれるいずれかの金属元素をB、バナジウムをAとするか、
アルミニウム、ニオブ、タンタル、ストロンチウム及びジルコニウムのうちから選ばれるいずれかの金属元素をB、鉛をAとするか、
マグネシウム及びセシウムのうちから選ばれるいずれかの金属元素をB、銅をAとするか、又は、
セシウム及びアルミニウムのうちから選ばれるいずれかの金属元素をB、ビスマスをAとしたとき、
前記複合金属酸化物を構成する2種の金属元素の元素比率(モル比、A:B)は、1:1又は2:1である、請求項1に記載の過酸化水素の製造方法。 - 前記複数の金属元素が、銅とアンチモンの組み合わせか、又はインジウムとアンチモンの組み合わせで構成される、請求項1又は2に記載の過酸化水素の製造方法。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の過酸化水素の製造方法を行うための製造装置であって、
前記電解液を収容可能な電解槽と、
前記電解槽内に設置されたアノード電極及びカソード電極と、
を備える過酸化水素の製造装置。 - 前記アノード電極が、導電性基材と、前記導電性基材に形成され、前記複合金属酸化物で構成される複合金属酸化物層とを有する、請求項4に記載の過酸化水素の製造装置。
- 前記電解槽が、アノード電解液を収容可能なアノード室と、カソード電解液を収容可能なカソード室と、前記アノード室と前記カソード室とを区切る隔膜とを有する、請求項4に記載の過酸化水素の製造装置。
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