JPH01288390A - 電解槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電解により生成するガスを使用して液処理を
行うための電解槽に関する。

（従来技術とその問題点） 従来から電解により発生するガスを使用して被処理液の
殺菌や消毒等を行うプロセス、例えば塩素吹き込みによ
る上水の消毒やオゾンガス吹き込みによる水中の有機物
の分解や殺菌等が広〈実施されている。特に最近では酸
素やオゾンガスの使用のみで他の成分を加えることなく
高濃度水溶液中のＣＯＤ成分を除去できる精製等も行わ
れている。該精製では、反応後の成分がガスとして液中
に残存せず、液中への新たな成分の添加が不要であり、
かつ液添加がないため水溶液の希釈が生ずることのない
プロセスとして注目を集めている。

これらのガス吹き込みを行うためには、電解槽からフィ
ルタを通して直接バイブ等の配管により処理槽に導いて
いるが、実際にはバイブ内やフイルタにおける圧力損失
のために加圧ポンプを使用する等装置の構造が複雑にな
りがちであるという欠点がある。該欠点を回避する目的
で、予めガスを水等に溶解させておき、これを被処理液
に加え混合して反応させる方法が採られている。該方法
は反応が均一に起こり又電解ガスをほぼ完全に使用でき
る等の長所がある反面、液量が増加し液の再ｔＭ縮等の
後処理が必要になるという欠点を有している。

該液量増加を回避するために、被処理液自体を直接電解
し生成ガスで該被処理液を処理する方法が提案されてい
るが、該方法は必ずしも全ての種類の液処理に応用でき
るものではなく、しかも前記被処理液が腐食性である場
合には電解用の電極材料等の腐食による前記被処理液の
汚染を招き、保守作業を必要とすることが多いという問
題点がある。

（発明の目的） 本発明は、叙上の問題点つまり液量の増加と液の汚染を
同時に解消するためになされたものであり、電解槽で発
生したガスを直接被処理液と接触させ、容易かつ効率的
に該被処理液の処理を行うための電解槽を提供すること
を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、隔膜により陽極室と陰極室に区画された電解
槽の該陰極室及び／又は陰極室に、ガス透過性で液不透
過性の窓部を形成し、該陽極室及び／又は陰極室で生成
するガスを該窓部を通過させ前記電解槽の外部の被処理
液と接触させて該被処理液の処理を行うようにした電解
槽である。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明に係わる電解槽では、電解による生成ガスをガス
透過性で液不透過性の窓部を通して、電解槽の外部に位
置する被処理液と接触させ該被処理液を処理することに
より、前記生成ガスを被処理液と接触させる際に必要で
あった配管を不要として該配管に起因する圧力損失を解
消し、かつ前記窓部を通しての被処理液と電解液との混
合も回避して電解液の汚染も防止するようにしている。

本発明の前記電解槽は、隔膜により陽極室と陰極室に区
画されたものであり、前記隔膜により陽極で発生したガ
スが陰極で還元され、逆に陰極で発生したガスが陽極で
酸化されることによる効率低下を防止するようにしてい
る。該電解槽により例えば塩素ガスを得る場合には、前
記隔膜としてイオン交換膜を使用し陽極室に食塩水を供
給して陰極室に塩素ガスを発生させるとともに陰極室か
ら苛性ソーダを取り出す。又酸素とオゾンの混合ガスを
得る場合には、例えばパーフロロスルホン酸系イオン交
換膜を隔膜とし、二酸化鉛電極を陽極として前記隔膜に
押しつけ陽極室に純水を供給することにより、陽極室で
前記混合ガスが発生し陰極室で水素ガスが発生する。こ
の場合前記パーフロロスルホン酸系イオン交換膜は固体
電解質として機能するとともにオゾン発生の助触媒とし
て機能する。もちろん該隔膜及び電極は該パーフロロス
ルホン酸系イオン交換膜を固体電解質とし、両面又は片
面に電極物質を形成した固体電解質電橋としてもよい。

生成ガスを被処理液と接触させるための窓部は、既述の
通りガス透過性で液不透過性でなければならない、該窓
部の材質は前記ガス透過性及び液不透過性を有する限り
特に限定されないが、例えば商品名ボアテックスで知ら
れるフッ素樹脂系の繊維膜やＰＴＦＥ薄膜が好適である
。

これらの膜のみでは強度が不十分である場合には、必要
に応じて樹脂やセラミックあるいは耐蝕性金属製の多孔
性フィルタと組み合わせて使用することができる。例え
ば塩素発生の場合には、チタン製金属フィルタを使用し
その表面をフッ素樹脂加工して疎水化した窓部を使用す
ることができ、又前記チタン製フッ素をＰＴＦＥ膜やフ
ッ素樹脂繊維膜と組み合わせることも可能であるが、こ
の場合には圧力損失が大きくなることがあるため構造体
を頑丈にしておくことが好ましい。又酸素とオゾンの混
合ガスの場合にも、チタンやチタン合金製のフィルタの
表面をフッ素樹脂で疎水化して使用すればよく、更にニ
ッケル製フィルタにフン素樹脂を含浸させ使用すること
もできる。又水素ガスについてはニッケル網やニッケル
フィルタを疎水加工した窓部を使用することができる。

該窓部の目開きは、前記したガスのみを透過させる性質
から液を透過させるほど大きくなければ特に限定されず
、発生ガスの気泡を微小とし被処理液と十分に接触させ
るためにはできるだけ微細であることが望ましい。又前
記被処理液との接触を十分に行わせるためには接触面積
を大きくすることが必要でありそのためには前記窓部を
できるだけ大きくすることが望ましい。又該窓部は、陽
極室及び陰極室で得られる生成ガスのうち必要なガスの
みを被処理液と接触させれば十分であり、両極室あるい
は一方の極室にのみ設置する。

本発明の電解槽により実際に被処理液を処理する際には
、被処理液の配管に接するように電解槽を設置し、該電
解槽の窓部を通して被処理液が電解槽中で発生する生成
ガスと接触するようにするか、又は電解槽全体を被処理
液中に浸漬させて生成ガスを該被処理液中に放出して被
処理液の処理を行う等の方法がある。前者の方法を採用
する場合には、被処理液の配管を電解槽の窓部に一致す
るよう切欠く等して被処理液の漏れが生じないようにす
る。又後者の方法を採用する場合には、材質を耐蝕性と
し電解槽を防液構造とすることが必要であり又液供給口
や液取出口は可撓性として取扱を容易にすることが望ま
しい。又不要なガスはそのまま被処理液中に排出させて
もよいが、排出用パイプを通して系外へ取り出すことが
好ましい。

以下本発明の係わる電解槽の実施例を添付図面に基づい
て説明するが、該実施例は本発明を附定するものではな
い。

第１図は、本発明に係わる電解槽の一実施例を示す縦断
面図である。

左側面下部に液取出口１が形成され上面が開口する電解
槽下部基体２の該開口部には、下面に陰極物質層３が形
成され上面に陽極物質層４が形成されたイオン交換膜５
から成る固体電解質電極６が設置され、該固体電解質電
極６の上には、右側面上部に液供給ロアが形成され下面
が開口する電解槽上部基体８が配設されている。両電解
楢基体２．８は、それぞれの周囲に形成されたドーナツ
状空間９．１０を貫通するボルト１）により締着されて
いる。

前記電解槽上部基体８の上面には、ガス透過性で液不透
過性である窓部１２が形成され、該窓部１２の上方には
、該窓部１２の形状に一致するよう切欠部１３が形成さ
れた、被処理液１４用のパイプ１５が設置され、陽極室
の電解液と被処理液１４は前記窓部１２を介して間接的
に接触している。なお、１６は前記陰極物質層３に給電
するための陰極集電体、１７は前記陽極物質層４に給電
するための陽極集電体である。

このような構成から成る本実施例装置に、液供給ロアか
ら電解液例えば食塩水を供給しながら給電すると、陽極
室で塩素イオンの酸化により塩素ガスが発生する。該塩
素ガスは比重が小さいため前記窓部１２に達するまで上
昇し、該窓部１２を矢印で示す通り透過して該窓部１２
の上面に位置する被処理液パイプ１５中の被処理液１４
と接触し、該被処理液１４の殺菌又は消毒等の処理を行
う。処理された被処理液１４は該パイプ１５中を流れて
第１図の左方に取り出される。一方電解槽の陰極室では
水酸イオンと前記イオン交換膜５を透過して来るナトリ
ウムイオンとの反応により苛性ソーダが生成するととも
に水素ガスが発生する。これらは前記液取出口１から外
部に取り出される。

本実施例装置により被処理液の処理を行うには、ガスを
製造する電解槽の他には僅かに改良された被処理液用パ
イプの必要とするのみで、従来のような複雑な配管とそ
れに伴う加圧ポンプ等の附帯設備を必要とすることがな
く、更に前記窓部がガス透過性で液不透過性であるため
、前記被処理液が該窓部を通して電解槽内に浸入するこ
とがなく、電解液の汚染を回避することができる。

第２図は、本発明に係わる電解槽の他の実施例を示す縦
断面図である。

左側面上下部に液取出口２１を有し右側面上部に液供給
口２２を有する筒状の耐蝕性材料で形成された電解槽基
体２３の両内面中央の突起部２４間には、イオン交換膜
２５が張設され、該イオン交換膜２５の下方には若干の
間隔をおいて陰極２６が父上方には若干の間隔をおいて
陽極２７がそれぞれ設置されている。前記核部状電解槽
基体２３の上下両端の開口部には、それぞれ窓部２８が
嵌合されている。

このような構成から成る本実施例装置は、被処理液中に
浸漬され、陽極室及び陰極室で発生する生成ガスはそれ
ぞれ電解槽基体２３の上下の窓部２８を通して被処理液
中に放出され該被処理液の処理を行う。本実施例でも配
管が不要でありかつ被処理液の浸入が回避されるため上
述の実施例に場合と同様に煩雑な附帯設備や後処理を必
要とすることなく被処理液の処理を行うことができる。

去施±１ 次のようにして第１図に示す電解槽を構成した。

パーフルオロスルホン酸系イオン交換膜（商品名「ナフ
ィオン１）０」の片面に、二酸化鉛粉末とフッ素樹脂懸
濁液を塗布し、１ｋｇ／ｒｒｒの加圧下１５０℃に加熱
して固着させた。前記イオン交換膜の他面に通常の無電
解メツキ法によりニッケルを被覆した。該イオン交換膜
を隔膜とし、上面が開口するフッ素樹脂製の円筒形の電
解槽に設置し、集電体として陽極（二酸化鉛）側には酸
化鉛を被覆したチタン多孔板を、又陰極にニッケル）側
にはニッケル粉を溶射したニッケル多孔板をそれぞれ使
用して前記イオン交換膜を両側から挟みつけるようにし
て固体電解質電極を有する電解槽とした。なお図示の通
り液供給口は陽極室側にのみ設け、水素ガス排出口を兼
ねる液取出口を陰極室側にのみ設けた。

表面にフッ素樹脂の懸濁液を塗布したチタン三次元フィ
ルタを窓部として前記開口部に前記イオン交換膜とほぼ
平行となるように取り付けた。

該窓部をＣＯＤ約１３００ｐｐｍを含む粗製リン酸水溶
液の送液バイブに取り付け、電解槽に純水を供給しなが
ら電解を行ったところ、オゾン約１４％を含む酸素ガス
のみが前記窓部を通して前記粗製リン酸水溶液中に送り
こまれ、ＣＯＤは１０ｐｐｍ程度に低減された。又前記
リン酸水溶液の前記窓部の透過による電解液中のリン酸
濃度の増加は全く認められなかった。従って被処理液側
のリン酸濃度は維持された。

ス新１）１ 次のようにして第２図に示す電解槽を構成した。

パーフルオロスルホン酸系イオン交換膜（商品名「ナフ
ィオン３１２」を隔膜とし、陽極としてルテニウム−イ
リジウム−チタンの３成分の複合酸化物から成る電極触
媒を被覆したチタン製の糺明板を、又陰極としてニッケ
ルの３次元網状多孔体をそれぞれ使用した。該隔膜及び
画電極を、上下が開口する筒状の内径１０ｃｍのフッ素
樹脂製電解槽内に配設し、陽極室側に液供給口及び液取
出口を、又陰極室側には液取出口のみを設けた。

該電解槽の陽極室側の開口部には、チタン粉末を焼結し
て作製した金属フィルタにフッ素樹脂を塗布して形成し
た窓部を嵌合し、又陰極室側の開口部には、ニッケル粉
末を焼結して作製した金属フィルタにフッ素樹脂を塗布
して形成した窓部を嵌合した。

このような構成から成り陰極室に予め５％の苛性ソーダ
水溶液を満たした電解槽を上水用の水流中に浸漬し、陽
極室に飽和食塩水を供給しながら３０Ａ／ｄｓ＋２の電
流密度になるよう給電した。陽極室側の窓部からは塩素
が又陰極室側の窓部からは水素がそれぞれ発生した。電
解液及び上水の窓部の透過は全く見られなかった。

（発明の効果） 本発明は、被処理液用のガス生成を、ガス透過性で液不
透過性である窓部を有する電解槽により行い、生成ガス
を該窓部を通して被処理液と接触させ被処理液の処理を
行うようにしている。これにより圧力損失を生じ易く加
圧ポンプ等の附帯設備が必要となる配管を不要とし、更
に電解液の汚染の恐れが生じたり電解液の濃縮が必要と
なる被処理液の浸入を防止される。従って従来の被処理
液処理用電解槽と比較して、本発明装置では装置の構造
を簡略化でき、電解液の汚染による電極の劣化を防止し
更に電解液濃縮といった後処理の必要性をなくすことが
可能になる。

しかも本発明電解槽は、直接被処理液中に浸漬し該被処
理液の処理を行うことができ、処理操作の一層の簡略化
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係わる電解槽の一実施例を示す縦断
面図、第２図は同じく他の実施例を示す縦断面図である
。 ５・・・イオン交換膜 ６・・・固体電解質電極　１２・・・窓部１４・・・被
処理液

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）隔膜により陽極室と陰極室に区画された電解槽の
   該陽極室及び／又は陰極室に、ガス透過性で液不透過性
   の窓部を形成し、該陽極室及び／又は陰極室で生成する
   ガスを該窓部を通過させ前記電解槽の外部の被処理液と
   接触させて該被処理液の処理を行うようにした電解槽。
2. （２）被処理液がパイプ内を流通し、該パイプを切欠い
   て前記被処理液を窓部に接触させるようにした請求項１
   に記載の電解槽。
3. （３）電解槽全体を被処理液中に浸漬し、生成するガス
   を窓部を通して前記被処理液中に放出して該被処理液の
   処理を行うようにした請求項１に記載の電解槽。
4. （４）窓部が金属多孔体又はセラミック多孔体であり、
   かつその表面にフッ素樹脂被覆層を形成して疎水化した
   ものである請求項１から３までのいずれかに記載の電解
   槽。