JPH04143288A - 電解フッ素化方法およびその装置 - 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、各種フッ素化合物の合成に利用される電解フ
ッ素化方法およびその装置に関し、電解液のフッ酸（Ｈ
Ｆ　）の損失を増大させることなく電解液の対流・攪拌
を促進することにより、フッ素化合物の収率、電流効率
等の電解成績およびその再現性の向上を図るものである
。

「従来技術と発明が解決しようとする課題」パーフルオ
ロ化合物等のフッ素化合物の合成においては、無水フッ
化水素と有機化合物の混合溶液を直接電解して合成する
電解フッ素化法が工業的に採用されている。この方法は
、鉄（Ｆｅ）などの金属製電解槽に無水フッ化水素と有
機゛化合物を満たし、数枚ないし数十枚またはそれ以上
の陽極（例えばＮｉ極）および陰極（ＮえばＦｅ極）を
交互に狭い間隔（＃ＩＩえば２〜ＩＯ＊ｍ）置きに組み
立てた電極パックを電解槽に入れて、浴電圧４〜８ｖで
電解し、フッ素化合物を合成する方法であり、本発明は
その改良に関する。

この方法では、電解合成時に、陽極においてはフッ素イ
オンの電荷の移動を経てフッ素化反応が生じ、陰極にお
いては水素イオンの還元により水素ガスが発生する。そ
して電解槽中では、発生した水素ガスの気泡の上昇と、
電極間の電解液の通電による加熱に起因する上向きの液
流とによるいわゆる自然対流下で電解が行なわれる。

ところでこの電解合成時に、電解液を積極的に攪拌する
と、原料化合物または中間体の電極面への移動、反応生
成物の離脱を促進でき、またフッ素化反応時の多量の熱
を除去できるので、目的物の収率、電流効率および再現
性を向上できる。

このため、これまで以下のような攪拌方法が小実験レベ
ルで試みられてきた。

■ガス吹き込み法 電極の下にバブラー等で窒素ガスを吹き込み、ガス？こ
よる気泡で電解液を攪拌する方法である。

この方法は装置が簡単で可動な方法であるが、電解液に
用いた無水ＨＦ（沸点１９．５℃）が吹き込みガスによ
りガス中に蒸発するため、無水ＨＦの損失量が大幅に増
加するという欠点があった。通常−３５〜−４０℃の冷
媒で冷却したＨＰ凝縮器を用いてＨＦの凝縮、環流を図
っているか、無水ＨＦの蒸発損失の増加を満足できる程
度に避けることは困難であるため、このガス吹き込み法
は実用的には採用されていない。

■電解液循環法 無水ＨＦ電解液を満たした電解槽から無水ＨＦ電解液を
取り出し、これを外部ポンプ等を使って再び電解槽に循
環させて液を攪拌させる方法である。この方法は循環用
ポンプ、配管、および場合により外部貯留槽等を必要と
し、装置が複雑になると共に、ジヨイント部か増加し、
確率的に無水ＨＦが漏れる危険性が増す。しかもこの方
法では、狭い電極間に均一な攪拌流を形成するのは困難
であり、さらに目的の電解生成物が槽底に重い液層とし
て留どまっている場合、この液層を乱さずに強力で均一
な攪拌液流を形成することは難かしい。

■機械的攪拌法 電解槽の底にマグネチックスクーラー等の攪拌器を設け
て攪拌する方法である。この方法は小実験レベルにおい
ては可能であるが、実用の電解槽においてはその構造上
から攪拌器を設置するのは難しく、また電極間に均一な
攪拌液流をもたらす効果はあまり期待できない。

■その他 電極本体を電解液中で回転させる方法、電極を多孔質体
で形成して、原料ガスをこの電極内部から噴き出させ、
かつ電極自体を回転させる方法等がある。しかしこの方
法も小実験レベルでは可能であるが、実用の電解槽にお
いては困難である。

以上記したように、実用の電解槽においては、電極パッ
クの構造や電解槽の大きさ等の理由により現在まで適切
な攪拌法がなく、これまで自然対流法による攪拌に頼っ
ているのが現状である。

本発明は舵記事情に鑑みてなされたもので、簡単な装置
および方法によって電解液の攪拌と対流を促進し、電解
液のＨＦの損失を増大させることなくフッ素化合物の収
率、電流効率等の電解成績および再現性を向上させるこ
とを目的とする。

「課題を解決するための手段」 請求項１の電解フッ素化方法では、電解中に生じた排ガ
スを循環させて電解槽の電極下部まで戻し、電極下部か
らこの排ガスを噴き出させることを課題解決の手段とし
た。

請求項２の電解フッ素化装置では、電解中に生した排ガ
スを電解槽の上部から取り出し電極下部まで戻して噴き
出させる排ガス循環路を設けることを課題解決の手段と
した。

この装置の排ガス指環路は、電解中？こ生ごた排ガスを
循環させて電解槽の電極下部まで戻すための送風機（ブ
ロワ−、ポンプ等）および配管と、電極下部からこの排
ガスを噴き出させるための気泡発生機で構成することが
できる。

電解中に発生した排ガスを循環させるための送風機は、
例えばテフロン（フッ素樹脂、米デュポン社商品名、以
下同じ）で製造されたものが好適である。またこの排ガ
スを運ぶための配管は、排ガスの主成分である水素およ
びＨＦガスに対する耐久性に優れた鉄（Ｆｅ）、飼（Ｃ
ｕ）、＝ッヶル（Ｎ　ｉ）またはモネルにッケルと銅を
主体とする合金）製のものか好ましい。さらにこの排ガ
スを噴き出さ仕るための気泡発生機は、テフロンや耐Ｈ
Ｆ性に優れた材料からなる多孔パイプ、または多孔膜等
から形成されることが望ましい。この気泡発生機は、電
極の底部に均一に気泡を当てるように電解槽の底部に設
置される。さらに気泡による攪拌効率を上げるために、
電極の底部外周にテフロン、ポリエチレン等からなるす
そ囲いを設けても良い。

また排ガスを電解槽に循環させる量は、通常電解排ガス
発生量（例えば、１０Ａの電流で電解した場合の水素ガ
ス発生量は、標準状態で約４１００ｃｃ／Ｈｒ（６８ｃ
ｃ／■ｉｎ）である）以内の適当な量に設定すれば良い
。

「作用」 無水フッ酸に被フッ素化物を加えてなる電解液を電解す
ると、電解生成水素ガス、ＨＰおよび生成フルオロカー
ボンガス等からなる電解排ガスが発生する。電解排ガス
を再び電解槽に循環させて送り込んでも、この排ガスは
電解液主成分であるＨＦで飽和されているので、窒素ガ
スを送り込んだ時のようにＨＦの損失が増加することは
ない。

さらにこの電解排ガスを電極下部から噴き出させると、
電極間の電解液の対流、攪拌が促進される。

以下、図面を参照して本発明の電解フッ素化方法および
その装置について詳しく説明する。

第１図は、請求項２の電解フッ素化装置を模式的に示す
ものである。この図において符号ＩはＦｅ製の電解槽で
ある。この電解槽ｌの中には、電解液２が満たされてお
り、さらにＮｉ製の陽極３ａとＦｅ製の陰極３ｂを交互
に２〜１０−１の間隔で必要枚数（例えば、数枚から数
十枚またはそれ以上、第１図の場合は２５枚）組み立て
た電極パック３が設置されている。電解槽蓋５には、電
解中発生する電解排ガス中のＨＦを凝縮し、環流させる
凝縮器９が配管１０．１１を介して接続されている。

さらに前記凝縮器９は配管Ｉ２を有しており、この配管
１２から非凝縮排ガスがアルカリスクラバー（図示せず
）へ導かれる。

そしてこの凝縮器９に接続された配管ｌＯには、排ガス
循環路Ｉ３が配管７を介して接続されている。この排ガ
ス循環路１３は、ブロワ−６と、バブラー４と、これら
を接続する配管８とによって構成されている。ブロワ６
は前記配管ＩＯから引き抜いた排ガスをバブラー４に送
るもので、テフロン製のものが用いられる。バブラー４
はテフロン製のもので、前記電極パック３の下部に配置
されている。前記電極パック３の底部外周には、電極パ
ック３の底部とバブラー４とを囲むようにテフロン製す
そ囲いＩ４が配置されている。このすそ囲い１４はバブ
ラー４から発生する気泡の電極パック３外への逃げを防
ぎ、その気泡による攪拌効率を上げるものである。

次に以上のように構成された電解フッ素化装置を用いて
行なわれる電解フッ素化方法を説明する。

この電解フッ素化方法では、電極パック３に通電して電
解液２を電解処理する。この電解中に電極パック３から
発生した電解排ガスは、配管１０を経て凝縮器９に行く
途中でその一部が配管７を介してブロワ−６により引き
抜かれ、配管８の経路を通ってバブラー４に送られ、気
泡として電解槽ｌの底部から噴き出される。そしてこの
気泡およびこの気泡により生じる上昇流によって電極３
ａ、３ｂ間が攪拌される。

一方、電極パック３から発生した電解排ガスの残りは、
配管１０の経路を通って凝縮器９に流入する。凝縮器９
に流入した電解排ガスは、この凝縮器９内で−３５〜−
４０℃の冷媒で冷却され、電解排ガスの成分であるＨＦ
が凝縮される。この凝縮されたＨＦは配管１１を通って
電解槽１に環流される。また残部は配管夏２を通してア
ルカリスクラバーへ導かれる。

前記排ガス循環路夏３に引き抜かれバブラー４より噴き
出される電解排ガスの量は、電解液の対流、攪拌を充分
引き起こすように電解排ガス総量の範囲内で任意に決め
られる。

以上説明したように、この電解フッ素化装置は、電解中
に生じた電解排ガスの一部を循環させて電極下部から噴
き出させる排ガス循環路１３を有する構造であるため、
電極パック３間の電解液２の対流、攪拌が促進され、効
率的に電解、合成が行なわれる。しかも攪拌のために用
いた排ガスは、電解液成分のＨＦによって飽和している
ので、新たにＨＰが流出することはない。よってこの装
置によればＨＦの損失の増大を回避できる。

従ってこの電解フッ素化装置によれば、ＨＦの損失の増
大を招くことなく、目的のフッ素化合物の収率、電流効
率等の電解成績および再現性を向上させることかできる
。

またこの電解フッ素化装置は、電解排ガスを循環させる
装置であるため、ＨＦ等の電解液を循環させる装置と比
較して構造が簡単な排ガス循環路を設けるだけで実施で
きるから、危険なＨＰの漏れの確率を最小限に止め、安
全性が高い。

「実施例」 第１図の装置になぞらえて実験室用にスケールダウンし
た１（電解槽１の装置を用いて、トリーｎ−ブチルアミ
ン（ＴＢＡ）を電解フッ素化して、パーフルオロ−トリ
ーｎ−ブチルアミン（ＦＢＡ）を合成した。電極パック
３は、４枚のＮｉ陽極３ａと５枚のＦｅ陰極３ｂが４ｍ
ｍ間隔で配列されている。

合成に際しては、まず、原料ＴＢＡの濃度を４重量％と
した無水フッ化水素とＴＢＡの混合溶液を電解液２とし
てＩ（の電解槽１に満たした。次いで電極面積７　ｄ１
１’、浴電圧５〜６Ｖ、電流値７Ａとして３００Ｈｒ電
解を行なった。この間発生する電解排ガスの約９０％を
電解槽Ｉに循環させ、電極パック３下部に噴き出させて
電解液２の対流、攪拌を促進させた。この結果、平均の
ＦＢＡの収率（理論量に対する合成量の割合）は３８．
５％であり、電流効率（電極に通じた全電気量のうち目
的物の合成反応に消費された電気量の割合）は３０．４
％となった。

また比較例として電解排ガスを循環させない以外は上記
と同様の条件を用いてＦＢＡの合成を試みた。この結果
、平均のＦＢＡの収率は２４．７％であり、電流効率は
１３．６％であった。

以上の結果から、発生する電解排ガスを電解槽！に循環
させ、電極パック３の下部に噴き出させて電解液２の対
流、攪拌を促進させることにより、目的物の収率を１０
〜１５％、電流効率を１５〜２０％向上できることが判
明した。

また電解成績、電解生成物組成の再現性が対流、攪拌の
促進により向上することも認められた。

「発明の効果」 以上説明したように本発明の電解フッ素化方法およびそ
の装置は、電解中に生じた排ガスを循環させて電解槽の
電極下部まで戻し、電極下部にこの排ガスを噴き出させ
る方法および装置であるため、電極間の電解液の対流、
攪拌が促進され、効率的に電解、合成が行なわれる。そ
のうえ攪拌に用いる電解排ガス中には電解液成分が飽和
しているので、電解液成分の新たな損失が防止される。

従って本発明の電解フッ素化方法およびその装置によれ
ば、電解液成分の損失増大を招くことなく、目的のフッ
素化合物の収率、電流効率等の電解成績および再現性を
向上させることができる。

また本発明の電解フッ素化方法およびその装置は、構造
が簡単な排ガス番環路を設けるだｌすで安全イこ実施で
きる利点も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項２の電解フッ素化装置の一実施例を示す
概略図である。 ｌ・・・・電解槽、２・・・・電解液、３・・・・電極
ノくツク、４　・・バブラー　６・・・ブロワ−７，８
・・配管、Ｉ３・・・・排ガス循環路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）無水フッ酸に被フッ素化物を加えてなる電解液を
   電解してフッ素化合物を合成する電解フッ素化方法にお
   いて、電解中に生じた排ガスを循環させて電解槽の電極
   下部まで戻し、電極下部からこの排ガスを噴き出させる
   ことを特徴とする電解フッ素化方法。
2. （２）無水フッ酸に被フッ素化物が加えられた電解液を
   収納する電解槽内に前記電解液を電解処理する電極が配
   置されてなる電解フッ素化装置において、電解中に生じ
   た排ガスを電解槽の上部から取り出し電極下部まで戻し
   て噴き出させる排ガス循環路を設けたことを特徴とする
   電解フッ素化装置。