JPH03111586A - 二酸化炭素還元用電解槽 - Google Patents
二酸化炭素還元用電解槽Info
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- JPH03111586A JPH03111586A JP2087319A JP8731990A JPH03111586A JP H03111586 A JPH03111586 A JP H03111586A JP 2087319 A JP2087319 A JP 2087319A JP 8731990 A JP8731990 A JP 8731990A JP H03111586 A JPH03111586 A JP H03111586A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
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-
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- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
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。
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、電解槽、特に、固体ポリマー電解質膜を有す
る電解槽に関する。
る電解槽に関する。
［従来の技術］
電解槽を利用して電気化学的に二酸化炭素を還元し、有
機化合物を生成することが従来より知られている。この
ような還元は、アノード、カソード及び電解質を有する
従来の電解槽内で行われる。
機化合物を生成することが従来より知られている。この
ような還元は、アノード、カソード及び電解質を有する
従来の電解槽内で行われる。
典型的な電解槽は、アノードとカソードに同時に電流を
流すことによって動作して、アノード上で燃料を触媒と
接触させると同時に、カソードにおいて二酸化炭素を含
む流体を触媒と接触させる。
流すことによって動作して、アノード上で燃料を触媒と
接触させると同時に、カソードにおいて二酸化炭素を含
む流体を触媒と接触させる。
典型的な燃料は、水素を含むものであり、水素ガス、水
などである。このような方法の一つとして、メタノール
の製造法について米国特許第４．６０９．４４１号に記
載されている。また、炭化水素の製造法について、ジャ
ーナル オブ エレクトロケミカル ソサイアテイ−（
Ｊ、Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｔ Ｓｏｃ、 ：Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｃｈｅｍｉｅａｌ ５ｏｃｉｅｔｙ ａｎｄ Ｔｅ
ｃｈｎｏｌｏｇｙ、 １９８８年６月号１４７０〜１４
７１頁）「固体ポリマー電解質における室温ＣＯ□ガス
相の炭化水素への還元」に記載されている。
などである。このような方法の一つとして、メタノール
の製造法について米国特許第４．６０９．４４１号に記
載されている。また、炭化水素の製造法について、ジャ
ーナル オブ エレクトロケミカル ソサイアテイ−（
Ｊ、Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｔ Ｓｏｃ、 ：Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｃｈｅｍｉｅａｌ ５ｏｃｉｅｔｙ ａｎｄ Ｔｅ
ｃｈｎｏｌｏｇｙ、 １９８８年６月号１４７０〜１４
７１頁）「固体ポリマー電解質における室温ＣＯ□ガス
相の炭化水素への還元」に記載されている。
［発明が解決しようとする課題］
これらの装置の動作に関する問題は、電解槽を適切な変
換効率を有するように改良して、実際に市販価値のある
ものにすることが出来なかったことである。これは、上
記のような装置では、二酸化炭素から炭化水素への変換
率が約２％以下であることによる。
換効率を有するように改良して、実際に市販価値のある
ものにすることが出来なかったことである。これは、上
記のような装置では、二酸化炭素から炭化水素への変換
率が約２％以下であることによる。
本発明は、これらの電解槽の変換効率を向上させるごと
を目的とする。
を目的とする。
［課題を達成するために手段］
本発明による電解槽は、二酸化炭素の還元に使用するも
のであり、アノードと固体ポリマー電解質膜とカソード
から成り、カソードが、白金より大きな水素過電圧を有
する第１の二酸化炭素還元カソードと、白金より大きな
水素過電圧を有する第２の二酸化炭素還元カソードから
成ることを特徴とする。
のであり、アノードと固体ポリマー電解質膜とカソード
から成り、カソードが、白金より大きな水素過電圧を有
する第１の二酸化炭素還元カソードと、白金より大きな
水素過電圧を有する第２の二酸化炭素還元カソードから
成ることを特徴とする。
また、本発明による二酸化炭素を還元する方法は、上記
の電解槽を使用する方法である。
の電解槽を使用する方法である。
本発明によれば、二酸化炭素還元用電解槽は、アノード
とカソードと固体ポリマー電解質を有し、カソードが、
白金より大きな水素過電圧を有する触媒成分を含む第１
の二酸化炭素還元カソードと、白金より大きな水素過電
圧を有する第２の二酸化炭素還元カソードから成り、水
素ガスの発生を抑制し、二酸化炭素の還元効率を向上さ
せるものである。
とカソードと固体ポリマー電解質を有し、カソードが、
白金より大きな水素過電圧を有する触媒成分を含む第１
の二酸化炭素還元カソードと、白金より大きな水素過電
圧を有する第２の二酸化炭素還元カソードから成り、水
素ガスの発生を抑制し、二酸化炭素の還元効率を向上さ
せるものである。
第２のカソードは、好ましくは、１以上のスクリーンの
形態である。スクリーンは、好ましくは、ステンレスス
チール、銅、黄銅、ニオブ、ジルコニウム、又はチタン
から成る。
形態である。スクリーンは、好ましくは、ステンレスス
チール、銅、黄銅、ニオブ、ジルコニウム、又はチタン
から成る。
また、第２のカソードは、白金より大きな水素過電圧を
有する二酸化炭素還元物質から成るスクリーンを有し、
このスクリーンが、白金より大きな水素過電圧を有する
二酸化炭素還元触媒によって、実質的にコーティングさ
れている構成とすることも出来る。コーティングする触
媒は、好ましくは、金属、特にインジウムから成り、ま
た、金属ポルフィリン又は金属フタロシアニンとするこ
とも好ましい。金属フタロシアニンは、鉄、銅、ニッケ
ル及びコバルトのフタロシアニンから選択することが出
来る また、第１のカソードは、好ましくは、金属フタロシア
ニン、特に、ニッケルフタロシアニンから成る。。
有する二酸化炭素還元物質から成るスクリーンを有し、
このスクリーンが、白金より大きな水素過電圧を有する
二酸化炭素還元触媒によって、実質的にコーティングさ
れている構成とすることも出来る。コーティングする触
媒は、好ましくは、金属、特にインジウムから成り、ま
た、金属ポルフィリン又は金属フタロシアニンとするこ
とも好ましい。金属フタロシアニンは、鉄、銅、ニッケ
ル及びコバルトのフタロシアニンから選択することが出
来る また、第１のカソードは、好ましくは、金属フタロシア
ニン、特に、ニッケルフタロシアニンから成る。。
また、本発明によれば、アノードと、カソードと、固体
ポリマー電解質を有する電解槽において一統ル串専ｆ、
□に斗１十棒１４ 水素を含む物質をアノードと接触させる工程と、水素を
含む物質を水素イオンに変換する工程と、水素イオンを
、固体ポリマー電解質を介して、カソードに輸送する工
程と、 カソードを二酸化炭素と接触させる工程と、二酸化炭素
を水素イオンと反応させ、有機化合物を生成する工程と
から成り、 カソードが、金属フタロシアニンから成る第１のカソー
ドと、二酸化炭素を還元できるとともに白金より大きな
水素過電圧を有する第２のカソードを有するように構成
されている。
ポリマー電解質を有する電解槽において一統ル串専ｆ、
□に斗１十棒１４ 水素を含む物質をアノードと接触させる工程と、水素を
含む物質を水素イオンに変換する工程と、水素イオンを
、固体ポリマー電解質を介して、カソードに輸送する工
程と、 カソードを二酸化炭素と接触させる工程と、二酸化炭素
を水素イオンと反応させ、有機化合物を生成する工程と
から成り、 カソードが、金属フタロシアニンから成る第１のカソー
ドと、二酸化炭素を還元できるとともに白金より大きな
水素過電圧を有する第２のカソードを有するように構成
されている。
金属フタロシアニンは、好ましくは、鉄、ニッケル、銅
又はコバルトのフタロシアニンから選択される。第２の
カソードは、好ましくは、１以上のスクリーンの形態で
あり、特に、錫、鉛、銅、亜鉛、カドミウム、ガリウム
、銀、金、インジウム、鉄、タングステン、モリブデン
又は炭素から選択される物質で形成するのが好ましい。
又はコバルトのフタロシアニンから選択される。第２の
カソードは、好ましくは、１以上のスクリーンの形態で
あり、特に、錫、鉛、銅、亜鉛、カドミウム、ガリウム
、銀、金、インジウム、鉄、タングステン、モリブデン
又は炭素から選択される物質で形成するのが好ましい。
スクリーンは、実質的に、金属ポルフィリン又は金属フ
ｋ ｒｑ ：ノ７ − ”ノー７−３１ −；
ｔ ”／／／ ｑヒス／７’１Ａ（ｆ＋１＄−１
１？金属フタロシアニンは、好ましくは、鉄、ニッケル
、銅又はコバルトのフタロシアニンである。コーティン
グは、イリジウム、錫、鉛、銅、亜鉛、カドミウム、ガ
リウム、銀、金、鉄、タングステン、モリブデン又は炭
素から構成することも可能である。二酸化炭素は、好ま
しくは、１平方インチ当たり１００ポンド以上の圧力下
に維持され、特に、５００ｐｓ ｉ以上の圧力下に維持
されることが好ましい。最も好ましい範囲は、２００ｐ
ｓｉ乃至１０００ｐｓ ｉであり、約６００ｐｓ ｉ乃
至約９００ｐｓ ｉが最適な範囲である。
ｋ ｒｑ ：ノ７ − ”ノー７−３１ −；
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１？金属フタロシアニンは、好ましくは、鉄、ニッケル
、銅又はコバルトのフタロシアニンである。コーティン
グは、イリジウム、錫、鉛、銅、亜鉛、カドミウム、ガ
リウム、銀、金、鉄、タングステン、モリブデン又は炭
素から構成することも可能である。二酸化炭素は、好ま
しくは、１平方インチ当たり１００ポンド以上の圧力下
に維持され、特に、５００ｐｓ ｉ以上の圧力下に維持
されることが好ましい。最も好ましい範囲は、２００ｐ
ｓｉ乃至１０００ｐｓ ｉであり、約６００ｐｓ ｉ乃
至約９００ｐｓ ｉが最適な範囲である。
［実施例コ
第１図は、本発明による典型的な電解槽２を示している
。電解槽２は、アノード４と、アノード室５と、カソー
ド６と、カソード室８と、固体ポリマー電解質１０と、
集電器１２及び１４を有する。典型的な電解槽は、本出
願人の所有する米国特許第３．９９２．２７１号に記載
されている。
。電解槽２は、アノード４と、アノード室５と、カソー
ド６と、カソード室８と、固体ポリマー電解質１０と、
集電器１２及び１４を有する。典型的な電解槽は、本出
願人の所有する米国特許第３．９９２．２７１号に記載
されている。
Claims (27)
- （１）アノードとカソードと固体ポリマー電解質を有す
る二酸化炭素還元用電解槽であって、カソードが、白金
より大きな水素過電圧を有する触媒成分を含む第１の二
酸化炭素還元カソードと、白金より大きな水素過電圧を
有する第２の二酸化炭素還元カソードから成り、水素ガ
スの発生を抑制し、二酸化炭素の還元効率を向上させる
ことを特徴とする、二酸化炭素還元用電解槽。 - （２）前記第２のカソードが、１以上のスクリーンの形
態であることを特徴とする、請求項１項に記載の電解槽
。 - （３）前記スクリーンが、ステンレススチール、銅、黄
銅、ニオブ、ジルコニウム、又はチタンから成ることを
特徴とする、請求項２項に記載の電解槽。 - （４）前記第２のカソードが、白金より大きな水素過電
圧を有する二酸化炭素還元物質から成るスクリーンを有
し、該スクリーンが、白金より大きな水素過電圧を有す
る二酸化炭素還元触媒によって、実質的にコーティング
されていることを特徴とする、請求項３項に記載の電解
槽。 - （５）前記コーティングする触媒が、金属であることを
特徴とする、請求項４項に記載の電解槽。 - （６）前記コーティングする触媒が、インジウムである
ことを特徴とする、請求項４項に記載の電解槽。 - （７）前記コーティングする触媒が、金属ポルフィリン
であることを特徴とする、請求項４項に記載の電解槽。 - （８）前記コーティングする触媒が、金属フタロシアニ
ンであることを特徴とする、請求項４項に記載の電解槽
。 - （９）前記金属フタロシアニンが、鉄、銅、ニッケル及
びコバルトのフタロシアニンのいずれかであることを特
徴とする、請求項８項に記載の電解槽。 - （１０）前記金属フタロシアニンが、ニッケルフタロシ
アニンであることを特徴とする、請求項８項に記載の電
解槽。 - （１１）前記第１のカソードが、金属フタロシアニンか
ら成ることを特徴とする、請求項８項に記載の電解槽。 - （１２）前記金属フタロシアニンが、ニッケルフタロシ
アニンであることを特徴とする、請求項１１項に記載の
電解槽。 - （１３）前記第１のカソードが、金属フタロシアニンで
あることを特徴とする、請求項６項に記載の電解槽。 - （１４）前記金属フタロシアニンが、ニッケルフタロシ
アニンであることを特徴とする、請求項１３項に記載の
電解槽。 - （１５）アノードと、カソードと、固体ポリマー電解質
を有する電解増において二酸化炭素を還元する方法にお
いて、 水素を含む物質をアノードと接触させる工程と、前記水
素を含む物質を水素イオンに変換する工程と、 前記水素イオンを、前記固体ポリマー電解質を介して、
前記カソードに輸送する工程と、前記カソードを二酸化
炭素と接触させる工程と、二酸化炭素を水素イオンと反
応させ、有機化合物を生成する工程とから成り、前記カ
ソードが、金属フタロシアニンから成る第１のカソード
と、二酸化炭素を還元できるとともに白金より大きな水
素過電圧を有する第２のカソードを有することを特徴と
する、二酸化炭素の還元方法。 - （１６）前記金属フタロシアニンが、鉄、ニッケル、銅
又はコバルトのフタロシアニンのいずれであることを特
徴とする、請求項１５項に記載の方法。 - （１７）前記第２のカソードが、１以上のスクリーンの
形態であることを特徴とする、請求項１６項に記載の方
法。 - （１８）前記第２のカソードが、錫、鉛、銅、亜鉛、カ
ドミウム、ガリウム、銀、金、インジウム、鉄、タング
ステン、モリブデン又は炭素のいずれかから成る物質で
形成されることを特徴とする、請求項１７項に記載の方
法。 - （１９）前記スクリーンが、実質的に、金属ポルフィリ
ンでコーティングされることを特徴とする、請求項１７
項に記載の方法。 - （２０）前記スクリーンが、金属フタロシアニンでコー
ティングされることを特徴とする、請求項１７項に記載
の方法。 - （２１）前記金属フタロシアニンが、鉄、ニッケル、銅
又はコバルトのフタロシアニンであることを特徴とする
、請求項２０項に記載の方法。 - （２２）前記金属フタロシアニンが、ニッケルフタロシ
アニンであることを特徴とする、請求項２０項に記載の
方法。 - （２３）前記コーティングが、イリジウム、錫、鉛、銅
、亜鉛、カドミウム、ガリウム、銀、金、鉄、タングス
テン、モリブデン又は炭素から成ることを特徴とする、
請求項１９項に記載の方法。 - （２４）前記二酸化炭素が、平方インチ当たり１００ポ
ンド以上の圧力下で存在することを特徴とする、請求項
１５項に記載の方法。 - （２５）前記二酸化炭素が、５００ｐｓｉ以上の圧力下
で存在することを特徴とする、請求項１５項に記載の方
法。 - （２６）前記二酸化炭素が、２００ｐｓｉ乃至１０００
ｐｓｉの圧力下で存在することを特徴とする、請求項１
５項に記載の方法。 - （２７）前記カソードと接触する二酸化炭素の圧力が約
６００ｐｓｉ乃至約９００ｐｓｉであることを特徴とす
る、接触する１５項に記載の方法。
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