JPS5812352B2 - 有機化合物の電解還元用窒化チタン電極 - Google Patents

有機化合物の電解還元用窒化チタン電極

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JPS5812352B2
JPS5812352B2 JP55040314A JP4031480A JPS5812352B2 JP S5812352 B2 JPS5812352 B2 JP S5812352B2 JP 55040314 A JP55040314 A JP 55040314A JP 4031480 A JP4031480 A JP 4031480A JP S5812352 B2 JPS5812352 B2 JP S5812352B2
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titanium nitride
electrode
electrolytic reduction
substrate
organic compounds
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岩井正
三浦洋
松田好晴
水野久幸
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Ube Corp
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Ube Industries Ltd
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、水素発生電圧が高く、また環境汚染などの
公害が発生する恐れがなく、すぐれた電流効率を示す有
機化合物の電解還元用窒化チタン電極に関するものであ
る。
従来、電解還元反応、例えばオレフインやカルボニル基
、ニトロ基などを有する有機化合物の電解還元反応には
、水素発生電圧の高い、例えばカドミウム、鉛、水銀な
どが電解還元用電極(陰極)として使用されている。
なお、2規定硫酸中(pH=0.4.)でのカドミウム
、鉛および水銀の水素発生電圧は、それぞれ飽和甘こう
電極に対して、−0.52V,−0.64Vおよび−0
.81Vである。
しかしながらカドミウム、鉛、水銀などを有機化合物の
電解還元用電極として使用した場合は、電解廃液の処理
に大きな問題点があり、環境汚染などの公害が発生し易
いだけでなく、電解還元反応における電流効率も低いと
いう欠点がある。
例えば従来最も高い水素発生電圧を示す水銀を有機化合
物の電解還元用電極として使用し、マレイン酸ジメチル
の電解還元反応を行なった場合の電流効率は、31%と
低い〔ザ、ジャーナル、オブ、オーガニツク、ケミスト
リー、第39巻、第2819頁(1974))。
また、「電気化学および工業物理化学」誌〔第44巻、
第477頁(1976)、電気化学協会発行〕には、窒
化チタンの単結晶(直径60〜200μ、長さ1.2〜
3.6mm)を電極として使用し、水素発生電圧を測定
した実験結果が報告されている。
しかしながら窒化チタンの単結晶での水素発生電圧は、
2規定硫酸中で、飽和甘こう電極に対して、わずか−0
.2■であり、この値は水素発生電圧の最も低い白金の
それ程度であるため、窒化チタンの単結晶はとても有機
化合物の電解還元用電極として使用できない。
この発明者らは、前記欠点を解決するために、水素発生
電圧が高く、また環境汚染などの公害が発生する恐れが
なく、さらには高い電流効率を示す有機化合物の電解還
元用電極を開発することを目的として鋭意研究を行なっ
た結果、この発明に到達した。
この発明は、基体の表面が窒化チタンで被覆されて成る
有機化合物の電解還元用窒化チタン電極に関するもので
ある。
この発明の有機化合物の電解還元用窒化チタン電極は,
窒化チタンでその表面が被覆されているため、電解還元
反応に使用しても、カドミウム、鉛、水銀などの場合の
ように環境汚染などの公害が発生する恐れがなく、また
電流効率、例えばマレイン酸ジメチルの電解還元反応に
使用した場合の電流効率も約37%(後記実施例参照)
とカドミウム、鉛、水銀などよりも高く、さらには前記
窒化チタンの単結晶の水素発生電圧からは予測できない
ほどの高い水素発生電圧を示すという大きな特長がある
この発明の電解還元用窒化チタン電極は、例えば次の(
1)〜(2)の方法で基体の全表面に窒化チタンの被膜
を形成させることによって、容易に製造することができ
る。
(1)基体を、窒素、アンモニア、窒素とアンモニアと
の混合ガス、またはこれらに水素を加えた混合ガス雰囲
気中で、900〜1600℃、好ましくは1000〜1
600℃で1時間以上、好ましくは2〜5時間焼成して
基体の全表面に窒化チタンの被膜を形成させる方法。
前記(1)の方法においては、基体として金属チタンの
成形体を使用する。
成形体の形状は、板状でも棒状でもよく、電極として使
用するに適した形状であればいずれでもよく、その大き
さも特に制限されない。
金属チタンの純度は、できるだけ高純度のものがよく、
一般には95%以上、好ましくは98%以上がよい。
基体、例えば金属チタン板、金属チタン棒などを前記雰
囲気中で焼成すると、基体の表面が窒化され、均一かつ
緻密な立方晶の窒化チタンの被膜が基体の全表面に形成
され、目的とする表面が窒化チタンで被覆されて成る電
解還元用窒化チタン電極が得られる。
焼成温度が低すぎると窒化が不十分で、また高すぎると
基体が溶融するので焼成温度は前記範囲が適当である。
また金属チタンの純度が低くなると、窒化ヂタンの被膜
が不均一になり、緻密な窒化チタンの被膜を形成させ難
くなってくる。
焼成雰囲気に使用する前記ガスはできるだけ精製された
ものを使用するのがよい。
(2)高温に加熱された基体上で、ガス状の四塩化チタ
ンと、アンモニア、窒素、アンモニアと窒素との混合ガ
ス、さらにはこれらに水素、アルゴン、ヘリウムなどを
加えた混合ガスなどとを反りさせ、.基体の全表面に窒
化チタンの被膜を形成させる方法。
前記(2)の方法においては、基体としてその融点が1
000℃以上の成形された耐熱性無機質物質を使用する
耐熱性無機質物質は、その融点が前記1000℃以上で
あればいずれでもよく、例えばグラファイトのような炭
素、チタン、ニッケル、ケイ素、モリブデン、鉄、コバ
ルト、タングステンなどの金属、酸化アルミニウム、二
酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素などの金属
酸化物、セラミックスなどが使用できる。
基体の形状および大きさは、電極として使用に適する形
状および大きさであればいずれでもよい。
この(2)の方法は、一般には基体を900℃以上、好
ましくは1000℃以上で基体の融点以下の温度に加熱
し、前記温度に加熱されている基体上にガス状の四塩化
チタンと前記ガスを1時間以上、好ましくは2〜10時
間流通させて行なうのがよい。
流通させることによって、四塩化チタンと前記ガスとが
例えば次の反応式で反応し、 Ti(J?4+4/3NH3→TiN+4HCl+1/
6N2TiC134+NH3+1/2H2→TiN+4
HClTiCl4+1/2N2+2H2→TiN+4H
Cl生成した窒化チタンの結晶が基本の全表面に析出し
てきて均一かつ緻密な立方晶の窒化チタンの被膜が形成
され、目的とする表面が窒化チタンで被覆されて成る電
解還元用窒化チタン電極が得られる。
基体の加熱温度があまり低すぎると基体上に窒化チタン
の結晶を析出させることが困難になるので基体の加熱温
度は前記範囲が適当である。
反応系に四塩化チタンと前記ガスを供給するにあたって
は、あらかじめ混合して供給しても、別々に供給しても
よい。
また四塩化チタンの供給は、不活性ガス、例えばアルゴ
ン、ヘリウムなどのガスをキャリアーガスとして使用し
て行なってもよい。
この発明の有機化合物の電解還元用窒化チタン電極は、
基体の表面が窒化チタンで被覆されて成るものであるが
、その表面にピンホールがなく、また基体の特性が電解
還元反応に悪影響を及ぼさない程度の厚さ、一般には2
μ以上の厚さ、好ましくは10μ以上の厚さで被覆され
て成るものがよりすぐれた電流効率を示し、また水素発
生電圧も一段と高い。
次に実施例および比較例を示す。
電解還元用電極(陰極)としての性能を調べるための水
素発生電圧の測定は、常法に従い、pH値が0.4〜1
4の各緩衝溶液を入れた電解槽に試験電極(直径1.3
cm、厚さ2 mm )と白金対極(たて2cm、よこ
2cm、厚さ1 am )を入れて電解系を組みたて、
陰極側(試験電極側)にルギン管をとりつけ、参照電極
として飽和甘こう電極を用いて行なった。
また電解還元反応における電流効率を調べる方法として
は、炭酸ガスを吹きこみながらマレイン酸ジメチルの電
解還元反応を行ない、反応後、ヨウ化メチルを加えてテ
トラカルボキシエタンテトラメチルを生成させる方法で
行なった。
実施例 1 厚さ2mmの金属チタン板(純度99.0%)を切断し
て直径1.3cmの円板状のチタン板(基体)とたてが
2CTLで、よこが4cmの長方形状のチタン板(基体
)とを作成し、それぞれ精製した窒素雰囲気中で、12
00°Cで5時間焼成して、基体の表面を窒化し、電解
還元用窒化チタン電極を製造した。
この窒化チタン電極は全面金色で、基体の表面に均一か
つ緻密な窒化チタンの被膜(厚さ約200μ)が形成さ
れており、表面層は立方晶の窒化チタンだけであった(
X線回折で確認)。
このようにして製造した直径1.3cmの円板状の窒化
チタン電極を試験電極として使用して水素発生電圧を測
定した。
窒化チタン電極の水素発生電圧と緩衝溶液のpH値との
関係は、第1図の直線aで示すとおりであった。
第1図において、たて軸は飽和甘こう電極に対する試験
電極の水素発生電圧(V)で、よこ軸は緩衝溶液のpH
値である。
また前記のようにして製造した長方形状の窒化チタン電
極を陰極として使用し、陽極に白金電極(直径4Crr
L、厚さ1皿)を使用し、ガラスフィルターで陰、陽両
極室がしきられ各室の内容が1507rLlで、陰極室
に炭酸ガスバブラーが取りつけられている電解槽に、前
記陰、陽両極を各室に入れ、また陰極室に、濃度が15
重量%のパラトルエンスルホン酸テトラエチルアンモニ
ウムのアセトニトリル溶液10077llを、また陽極
室に,パラトルエンスルホン酸テトラエチルアンモニウ
ムの濃度が15重量%で、臭化テトラエチルアンモニウ
ムの濃度が5重量%のアセトニトリル溶液100mlを
入れた。
次いで通電(電流300mA、槽電圧15v)を開始す
ると同時に濃度22.2重量%のマレイン酸ジメチルの
アセトニトリル溶液を4ml/hrの流量で陰極液に加
えながら、20℃で6時間通覚しマレイン酸ジメチルの
電解還元反応を行なった。
なお通電中炭酸ガスバブラーから100ml/minの
流量で炭酸ガスを陰極液中に吹きこんだ。
電解還元反応終了後、陰、陽両極液にそれぞれヨウ化メ
チル400ミリモルを加え、室温で一夜放置した後、陰
、陽両極液中のテトラカルボキシエタンテトラメチルの
生成量をガスクロマトグラフィーで定量した。
その結果、生成したテトラカルボキシエタンテトラメチ
ルは3.22g(反応率46.5%、収率33.2%)
で、電流効率は36.6%であった。
実施例 2 厚さがともに2mmで、直径1.3の円板状のグラファ
イト(基体)と、たてが2cmで、よこが4cmの長方
形状のグラファイト(基体)とを、窒素雰囲気中でそれ
ぞれ1200℃に保持した。
次いで20℃の四塩化チタン液中にアルゴンガスを5
0 ml/minの流量で流して得られるガス状の四塩
化チタンを約1,3容量%含有するアルゴンガスを50
mll−の流量で、またアンモニアを10容量多含量す
るアルゴンガスを207Illl−の流量で、前記12
00゜Cに保持された基体上に5時間流して、四塩化チ
タンとアンモニアとを反応させ、基体の表面に窒化チタ
ンの結晶を析出させて電解還元用窒化チタン電極を製造
した。
この窒化チタン電極は、全面金色で、基体の表面に均一
かつ緻密な窒化チタンの被膜(厚さ約250μ)が形成
されており、表面層は立方晶の窒化チタンだけであった
(X線回折で確認)。
このようにして製造した直径1. 3 amの円板状の
窒化チタン電極を試験電極として使用して水素発生電圧
を測定した。
この窒化チタン電極の水素発生電圧と緩衝溶液のpn値
との関係は、第1図の1直線bで示すとおりであった。
また前記のようにして製造した長方形状の窒化チタン電
極を陰極として使用したほかは、実施例1と同様にして
マレイン酸ジメチルの電解還元反応を行なった。
その結果、テトラカルボキシエタンテトラメチルの生成
量は3.3 0 g(反応率46.6休収率34.0%
)で、電流効率は3 7. 4 %であった。
比較例 1 陰極として鉛板(たて2cm、よこ4cm、厚さ2間)
を使用したほかは、実施例1と同様にしてマレイン酸ジ
メチルの電解還元反応を行なった。
その結果、生成したテトラカルボキシェタンテトラメチ
ルは2.24g(反応率31.7%.収率23.1%)
で、電流効率は25.5%であった。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の有機化合物の電解還元用窒化チタン
電極の水素発生電圧と、緩衝溶液のpH値との関係を示
したものであり、たて軸は水素発生電圧で、よこ軸は緩
衝溶液のpH値である。 直線a,b・・・・・・本発明の有機化合物の電解還元
用窒化チタン電極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 基体の表面が窒化チタンで被覆されて成る有機化合
    物の電解還元用窒化チタン電極。
JP55040314A 1980-03-31 1980-03-31 有機化合物の電解還元用窒化チタン電極 Expired JPS5812352B2 (ja)

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JPS56136988A JPS56136988A (en) 1981-10-26
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS497111A (ja) * 1972-03-21 1974-01-22
JPS5379772A (en) * 1976-12-23 1978-07-14 Diamond Shamrock Techn Sintered anode

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