JPS58133386A - イオン交換膜電解槽 - 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】 本発明は、塩化アルカリ水溶液電解用０＊＊０イオン交
換属電解槽に関し、特に低電圧での電解を可能とすゐ構
造の電解槽に関するもＯである。

塩化アルカリ水５ｉｌＫのイオン交換膜法電解において
は、陽極と陰極との中間に陽イオン交換膜を介在させて
陽極室と陰極室とを区画し、陽極ｍＫ塩化アルカリ水濤
筐を、陰＠電に水を供給して電解し、陽極室において塩
素ガス、陰極室においてＷ性アルカリと水素ガスを生成
する。

近事、陽極及び陰極をイオン交換膜にで自るだけ近接し
て、液抵抗をなくし電解電圧を低くする丸め、陽極又は
陰極の少なくとも一方をイオン交換膜表面に密着古せる
構造の電解槽が提案され九が、陰極側で発生する水素ガ
スが気泡となってイオン交換膜表面に付着し、その部分
は電流が纏蔽畜れる丸め陰極とイオン交換膜を密着させ
る場合にはかえって電圧が上昇するという結果となる。

この丸め、陰極とイオン交換膜との間に、多孔性金属網
と多孔性フィルムを介在させる構造（４Ｉ−４５４−３
８４８４）中、金属酸化物等からなるガス及び液透過性
の電極活性を有しない多孔質層を介在させる構造（ＩＩ
Ｉ開昭５６−７５５８５．５６−１１２４８７等）を採
用することによシ水素ガスによる気泡がイオン交換膜に
付着するのを防止することが提案されている。

しかしながら、これらの構造に“おいても、水素ガス気
泡による電流遮蔽の防止は尚不十分であυ、ｔｒｉ、金
属酸化物勢からなる剛性Ｏ多孔質層を使用する場合には
、イオン交換膜と陰極との間の全表面Ｋｌって均一な書
着状態で介在させることが一シ＜、電解槽の組立作東上
も困難がある。

本発明は、上記の問題を解決し、水素ガス気泡がイオン
交換膜に付着することなく速やかに上昇することがで龜
、且つ電解槽の組立作業が容品な構造の電解槽を提供す
べくなされたものである。

本発明は、陽極と陰極との中間にイオン交換膜を介在さ
せ、陽極室と陰極室に区画され九、塩化アルカリ水＊＊
電解用ｏｍｍのイオン交換膜電解槽において、前記イオ
ン交換膜の陰極に面する表面にイオン電導性を有する無
孔フィルムを重ね合せてなることを＊＊とするイオン交
換膜電解槽に関する。

本発明において、イオン交換膜の陰＠に面する表ＩＮＫ
重ね合せられるイオン電導性の無孔フィルムは、高分子
ポリマーＫｍｌ水性毫ツマ−をグラフト重合することに
よりイオン電導性を付与され九フィルム譬であ〉、モノ
！−の官能基のイオン交換作用又は水和水によｐ１イオ
ンが通過可能なものである。

高分子ポリマーとしては、炭化水素系のポリマーが望オ
しく、例えば、ポリエチレン、ボリアタリロニトリル、
ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリプロピレン
、ポリスチレン及びナイロン等である。グラフト重合さ
れるモノ！−としては、親水性とイオン交換作用を有す
る力、ルボン酸基、スルホン酸基又はこれらの基に変換
し得る官能基を有する七ツマ−が好ＩＬ＜、例えば、ア
クリル酸、メタクリル酸、これらの酸のエステル鱒導体
、アクリロニトリル、酢酸ビニル、フッ素化ビニルカル
ボ／酸鱒導体、７ツ素化ビニルスルホン酸誘導体又はス
チレン等であｐ１親水性を有するｐ−ビニルフェノール
、ビニルアルコール等−使用可能である。

グラフト重合は、電子線又はｒ纏等の放射線の照射によ
る方法が望ましいが、過酸化水素勢の重合開始剤による
こと４で龜る。噛゛た、炭化水素系のポリマーを予めシ
ート状に成型した後、このシートに官能基を有する毫ツ
マ−をクラフト重合させること−で自るし、ポリ！−に
モノ！−をグラフト重合し九後、シート状に成型してフ
ィルムを製造してもよい、予めシート状に成型され九炭
化水素系のポリマーに七ツマ−をグラフト重合させる場
合には、ポリ！−を電子線によ〉架橋させてからクラフ
ト重合させる方がグラフト後のフィルムに寸法安定性を
付与する上で望重しい。

上記のようなグラフト重合によるフィルムの他、イオン
電導性の無孔フィルムとしては炭化水素系のビニル七ツ
マ−と親水性の官能基を有するビ二ルモノマーとの共重
合によシ合成されたフィルムを使用すること４できる。

イオン電導性を有する無孔フィルムは厚さが２０〜２０
０ｐＯ範囲が好ましい。２０１以下では機械的強度の点
で長期間の使用に耐えないおそれがあｐ又フィルムの製
造も困難である。２００ｐ以上では電気抵抗が大暑くな
り電圧を下げるという本来の目的に逆行することになる
。

鵞九、イオン電導性を有する無孔フィルムは、塩化アル
カリ電解においてイオン交換膜の陰極側表面に重ね合せ
て使用し九ときに、一定板上のイオン電導性を有する九
めに、５ＮＷ性ソーダ水溶箪中、室温における電気抵抗
が１Ω・−以下であることが望ましい。

本発１ｊｉＫ：おいて、イオン交換膜としては、カルボ
ン酸基又紘スルホン酸基等を有するフルオ冑カーボン膜
勢Ｏ通常のイオン交換属法塩化アルカリ電解において用
いられる膜がすべて使用可能である。陽極としては、白
金族金属やその酸化物の會有層を被覆したチタン中メン
タル等の弁金ｘカｂなシ、メッシ為、多孔板、すだれ状
等の液及びガスが透過性の形状のものを用いる。ま九、
陰極は、軟鋼、ステンレス、ニッケル等の基材からなシ
必要に応じてニッケルのメッキ、漕射勢の活性化処理さ
れ材質を使用する。陰極の形状は、メッシ轟、多孔板、
すだれ状勢の液及びガスが透過性のものとする。

本発１ｊｉにおいては、陽極、イオン交換膜、イオン電
導性を有する無孔膜及び陰極の順に重ねて、これらを１
着させた構造とする。この九め、陽極板が外部に拡張可
能な陽極構造体（例えば、特公１８５０−３５０３１号
会報に記載されている）を用いるか、スプリング等の弾
性体を用いて電極体く圧力を加える構造（例えば、特開
昭５６−５５５７８号会報に記載されている）とするの
が望ましいが、本発明による、イオン交換膜の陰極側表
面にイオン電導性を有する無孔フィルムを重ね合せゐ方
法は、いかなる構造の竪臘イオン交換属電解槽にも適用
可能である。

第１図は、本発明の一実施例であるイオン交換膜電解槽
の分解縦断面図であ〕、第２図は第１図の電解槽の組立
縦断面図である。図において、１は陽極室枠、２．５＃
ｉ液、ガス透過性の＠極板であ〉、陽極室枠１内部に陽
極′１１４が形成される。

５は陰極室枠、６，７は陰極板、８は陰極材質よ〉なゐ
弾性体で６９、陰極室枠５内部に陰極ｉ１？が形成され
る。陽イオン交換膜１０の陰極表面にはイオン電導性を
有する無孔フィルム１１が重ね合せられ、これらはガス
ケット１２を介して陽極室枠１及び陰極室枠５０間にシ
ール状で挾壕れる。

陰極材質によ）なる弾性体８の圧力によｐ１陽極２と墨
、陽イオン交換膜１０、イオン電導性Ｏ無孔フィルム１
１及び陰極６が１着せしめられる。

本発＠によれば、イオン交換膜の陰極側表面をイオン電
導性の無孔フィルムで覆う丸め、陰極側で発生する水素
ガスが気泡となって膜に付着することなく連中かに上昇
する丸め、気泡による電流總蔽が起らず、低電圧での電
解が可能である。これは、本発−で使用するイオン電導
性の無孔フィルムが親水性に優れている丸め、このイオ
ン電導性の無孔フィルふと水との間に水素ガス気泡が生
じても、気泡の付着力よ〉膜と水との親和力の方が強く
気泡が脱離し中すい九めと考えられる。更に無孔フィル
ムである丸め、水素ガスがイオン交換膜に触れることが
ない、壕九、本発明において使用するイオン電導性の無
孔フィルムは柔軟性のある薄い膜であるため、イオン交
換膜への重ね合せの作業が容墨であるとともに、イオン
交換膜が陰極と対する全表面に亘って均一な書着状態で
介在させることが可能であｐ１陽極、イオン交換膜、イ
オン電導性の無孔フィルム及び陰極を四階状態とすれば
、液抵抗なく低電圧を保持することができる。

実施例１ ｓｏｐｏ＊さの低密度ポリエチレン無孔フィルムに、共
振臘電子線加速器を用いて、窒素ガス中２ＭｅＶ、１ｍ
Ａの照射条件で電子線ｔ５Ｍｒａｄ照射し九後、このフ
ィルムを５０ｓのアクリル酸水＃１１１［に５時間浸漬
してグラフト重合を行わせ、グラフト率１１０９Ｇのカ
ルボン駿基含有フィルムを得九。このフィルムをＮａＯ
Ｈで処理してカルボン酸基をＮ＆量としたフィルムを５
ＮＮａＯＨ中富温下Ｉ　ＫＨｚ交流で一定し良電気抵抗
はα２Ω・−であった０ 陽極としてＲｕｂｓとＴ　Ｉ　Ｏｘの被覆を有するチタ
ンの工中スパンデッドメッシ島を、陰極として軟鋼メッ
シ島を、イオン交換膜としてパーフルオロカーボン系の
スルホン酸及びカルボン酸併用ＩＩ（デ１ボン社製Ｎａ
ｆｉｏｎ＠９０１）を使用し、前記のようにして製造し
九イオン電導性を有す為無孔フィルムをイオン交換膜の
陰極に面する表ｗＫ重ね会せ、有効属画積２Ｊｄｍ”の
イオン交換属電屡槽を組み立てえ、電屡槽は１１１１Ｗ
Ｊ及び第２図に示し九構造Ｏものとし、陽極、イオン交
換膜、イオン電導性無ドツィルム及び陰極を密着状態と
なるようにしえ。

陽極室に飽和食塩水を供給し、陰極室に水を供ＪＩＩ！
ｓＯム／ｄｍ”で１０日間連続して電解を行り九紬呆、
摺電圧は五１０Ｖに保持され、を九電流効率は？−０ｆ
ｉであった。

比較例１ イオン電導性を有する無孔フィルムを使用しない他は実
施例１と同様にして電解を行ったところ、通電後４日経
過し九時点で摺電圧は五４５ｖ１　電流効率は８９％で
あり九。

実施例２ ４０ｐの厚ｉ１の低密度ボリプば°ビＶン無孔フィルム
に、実施例）と同様にしてアクリル酸をグラフト重合さ
せ、グラフト率８０−のカルボン酸基含有フィルムを得
喪。このフィルムｔＮａＯＨで処理してカルボン酸基を
Ｎａ１ｌとし九フィルムを５ＮＮａＯＨ中電温下ＩＫＨ
ｉ交流で一定し良電気抵抗はα５Ω・−でありた。

このようにして製造され九イオン電導性を有す為無孔フ
ィルムを、実施例１と同様にして食塩電解に用いた結果
、１０日間の連続運転において摺電圧は＆２０ｖに保持
基れ、電流効率は９１−で６り九。

察施例５ ５０−の厚さの低＊＊ポリエチレン無孔フィルムに共振
蓋電子纏加速器を用いて、窒素ガス中、４０　Ｍｒａｄ
　ｍｌ射し、あらかじめフィルムを架橋し九。ζＯ架橋
ポリエチレンフィルムを、トルエン／メタクリル酸■７
０／１０の反応濤ｉ１に１日浸し先後、線源としてコバ
ルト６０を使用し窒素ガス中、！ｉＭｒａｄ照射してグ
ラフト重合を行なわせえ。

そＯ績釆、グツ７ト率４０−のカルボン酸含有フィルム
を得九。このフィルムをＮｉＯＨで処理してカルボン酸
基をＮａ１ｌとしたフィルムを５ＮＮａＯＨ中富温下Ｉ
ＫＨｉ交流で一定しえ。電気抵抗はα３Ω・ａ蓼であっ
九。

上記のようにして製造し九フィルムを実施例１と同様に
して食塩電ｗｆｉに用い友結果、１０日間の連続運転Ｋ
ｓＰｌ／′ｈて摺電圧は＆１５ｖに保持され、電流効率
Ｆｉ９０−であり九。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一集施例であるイオン交換属電堺槽
の分郷縦新Ｗ図であｐ、第２ｇは第１図の電鱗槽の組立
縦断面図である。 １・・・・・・・・・・・・・・・陽極室枠２．３・・
・・・・・・・陽極 ５・・・・・・・・・・・・・・・陰極室枠６．７・・
・・・・・・・陰極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）陽極と陰極との中間にイオン交換膜を介在１せ、
   陽極室と陰極型に区画され丸、塩化アルカリ水濤液電解
   用の竪蓋のイオン交換膜電解槽において、前記イオン交
   換膜の陰極Ｋｗする表面にイオン電導性を肴する無孔フ
   ィルムを重ね合せてなることを特徴とするイオン交換膜
   電解槽。。 （７）陽極、イオン交換膜、イオン電導性を有する無孔
   フィルム及び陰極が密着されてなる特許請求の範囲第１
   項記載のイオン交換膜電解槽・ Ｃ）　イオン電導性を有する無孔フィルムが、炭化水素
   系ポリマーに１カルボン酸基、スルホン酸基又はこれら
   ０ｉＩＩＩＫ変換し得る官能基を有す為モノ！−をグラ
   フト重合してなるフィルムである特許請求の範８第１項
   又は３１２項記載のイオン交換膜電解槽。 （４）　　イオン電導性を有する無孔フィルムの厚さが
   ２０〜２００Ｐである特許請求の範１１１１１項〜ＢＳ
   項記載のイオン交換膜電解槽。 （５）　　イオン電導性を有する無孔フづルムの電気抵
   抗が５Ｎ苛性ソーダ水ｌｌｌ液中、室温において１Ω・
   −以下である特許請求の範囲第１項〜第４項記載のイオ
   ン交換膜・電解槽。 （６）責化水素系重合体が、ポリエチレン、ポリアクリ
   ロニトリル、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポ
   リプロピレン、ポリスチレン及びナイロンよ）選ばれる
   １種である特許請求の範囲第５項記載のイオン交換膜電
   解槽。 の　カルボン酸基、スルホン酸基又はこれらの基に変換
   し得る官能基な有すゐモノ！−がアクリル酸、メタクリ
   ル酸、これらの酸のエステル誘導体、アクリロニトリル
   、酢酸ビニル、フッ素化ビニルカルボン酸鱒導体、フッ
   素化ビニルスルホン酸誘導体又はスチレンである特許請
   求の範囲第５項記載のイオン交換膜電解槽。