JPS58136790A - 不溶性陽極 - Google Patents

不溶性陽極

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JPS58136790A
JPS58136790A JP57017860A JP1786082A JPS58136790A JP S58136790 A JPS58136790 A JP S58136790A JP 57017860 A JP57017860 A JP 57017860A JP 1786082 A JP1786082 A JP 1786082A JP S58136790 A JPS58136790 A JP S58136790A
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Noriyuki Yokota
横田 範之
Shingo Tokuda
徳田 晋吾
Yasuhiro Kanetani
泰宏 金谷
Shigeo Asada
茂雄 麻田
Toshio Muranaga
村永 外志雄
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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】 本発明は種々の電解に使用される不溶性陽極に関する。
すなわち塩化アルカリ電解槽にお(プる塩素9次亜塩素
酸、塩素酸塩の製造、有機化合物の電解酸化、還元、電
解採取、海水電解、水電解等の陽極として使用可能な不
溶性陽極に関する。
従来、白金族金属またはその酸化物でチタン等のバルブ
金属基体の表面を被覆した電極は公知である。しかしこ
れらの電極は高価であるにかかわらず比較的寿命の短い
欠点があった。
たとえば水銀法食塩電解槽に使用すると、アマルガムと
の短絡に対して抵抗性が無く合金属が剥離して使用に耐
えなくなり、また隔膜式食塩電解槽やイオン交換膜式食
塩電解槽に使用しでも剥離、溶解が屡々あり、さらに長
寿命の電極の出現が望まれていた。
白金族金属層にかえてまたはその表面にマンガン化合物
を熱分解させて非化学量論的マンガン酸化物層を形成さ
せた電極が提案されており(特公昭55−11753号
、特開昭52−86979号)、これは経済的に有利で
あり電気伝導度も良好であるが電極野命の面でより一層
改善の余地があった。
本発明は以上の問題点を解決するためのものであって、
ずなわちバルブ金属基体上に(a)ルチル構造を荷重る
白金−酸化イリジウム混合物の第1被覆層、(b)11
10χ(χは1.j〕以トで2.0より小)で表わされ
る非化学量論的化合物を含む酸化マンガン2〜50重量
%とルチル構造を有する酸化チタン50〜98重量%と
の混合物である第2被覆層を単位層としてこれを中層も
しくは複数層設けてなる不溶1〈1陽極である。
白金−酸化イリジウム混合物の第1被覆層は塩素過電圧
が低く触媒活性層となるが食塩電解を行うと徐々に溶解
剥離が生じる。しかし白金−酸化イリジウム被覆層上に
上記の酸化チタン−酸化マンガン混合物の第2被覆層を
設けることにより触媒活性層の剥離、溶解。
摩耗を著しく低下させることが可能となり、また塩素過
電圧を上昇させることなく酸素過電圧が上昇し酸素の発
生が抑制されて塩素発生の電流効率を改善させることが
明らかとなった。          □ 本発明に使用されるバルブ金属基体としCはチタン、タ
ンタル、ジルコニウム、ニオブ。
タングスデン、モリブデン、アンチモン等の不働性被膜
を形成り゛る金属またはその合金が適しているが経済性
、電気的機械的性質、加工性からみてチタンまたはその
合金が好ましい。電極としC採用しうる形態は板状、棒
状。
エキスバンド状、多孔状等種々の形状が可能である。
(a)の第1被覆層の形成は上記バルブ金属基体の表面
を脱脂後、酸処理、ブラスト処理等のh法で■ツヂング
を行い表面を粗化させた後、白金化合物とイリジウム化
合物との混合溶液をへヶ塗り、スプレー法、浸漬法等の
手段で塗布する。白金化合物としては塩化白金酸、塩化
白金酸アンモニウム、塩化白金酸カリ、ジュロジアミノ
白金等。イリジウム化合物としては三塩化イリジウム、
塩化イリジウム酸、iM化イリジウム酸アンモン、塩化
イリジウム酸ソーダ等が挙げられ、溶媒としては水、エ
チルアルコール、メチルアルコール。
プI”lピルアルコール、ブブルアル]−ル、ラベンダ
ー油、アニス油、リナロエ油、テレピン油、トルエン、
メチルエーテル、エチル」−−チル等が挙げられる。こ
れを電極基体に塗布後、溶媒を蒸発させるため150〜
200℃で数]−分間乾燥後、空気または酸素雰囲気の
電気炉中で300〜800℃にて10〜20分間熱処理
を行う。熱処理温度が300℃未満では熱分解が完全に
起らず、800℃をこえると金属基体の酸化が進行して
損傷を受ける。このようにしC形成される混合物層は白
金20= 80小m1%。
酸化イリジウム20〜80重φ%の範囲が好ましく酸化
イリジウムが20重量%未満では電極電位の安定性が1
qられず、80重醋%を(:えると食塩電解特発生塩素
中の酸素含量が増加Jる傾向がある。
(b)の第2被覆層は四塩化チタン、ブブルチタネート
の如きチタン化合物と硝酸マンガン、塩化マンガン、リ
ン酸マンガン、MMマンガン、ギ酸マンガン等の無機も
しくは有機マンガン化合物とを溶媒に溶かし第1被覆層
の表面に塗布し乾燥、加熱して形成させる。
溶媒としては水、エチルアルコール、メチルアルコール
、10ビルアルコール、1チルアル]−ル、メヂルエー
テル、エチルエーテル等が用いられ特にアルコール類が
好ましい。
塗布後150〜200℃にて数十分乾燥して溶媒を蒸発
させ、次に空気または酸素雰囲気の電気炉中で400〜
600℃にて熱処理を行うことにより、これら化合物の
熱分解を行う。この場合第2被N層中に生成される酸化
マンガンはMllox(xは1.5以上テ2.0より小
すく主として1.5〜1.6程度の場合が多い)で表わ
される非化学量論的化合物を含み、通常の電解二酸化マ
ンガンと異なり多くの格子欠陥を有するためきわめて良
導電性である。また伯の成分である酸化チタンは上記熱
処理温度ではルチル構造を有する結晶を生成する。
この事は第1被覆層をなす白金−イリジウム酸化物およ
び第2被覆層中の酸化マンガンがいづれも上記熱処理温
度において酸化ブタンと共通のルチル構造を有する結晶
を多く含み、かつ単位格子体積も類似している故、これ
ら異種金属相な間のVj着性を高め電極としC導電t!
1の(’j ’)に効果をもたら1ものeある。第2被
覆層中における酸化マンガン量は2へ・50重量%とJ
゛ることか必要であり、2型開%未満では充分な電気伝
導度を得ることができずbofi聞%を超えると触媒活
性の大なる第1被覆層の保護層としての役目を充分に果
ずことができない。
本発明においては上記(a)  (b)層を交nに多数
回積層被着さけることが好ましくこのような電極を使用
することによりその効果は特に顕著に表われる。通常の
使用目的においては(a)  (b)各被覆層をそれぞ
れ5回以上被肴させることが望ましくその操作は溶媒量
を適当に調節することによつ゛C可能となる3゜(a)
層の白金−酸化イリジウムの合計間は少くとも3 g、
/、!あれば充分であり高価な白金族金属量を節減する
ことができる。また(1))層の酸化チタンと酸化マン
ガンの合81吊は5g/m’以上必要でありそれ未満で
は触媒保護層としての能力が充分でない。
このようにして白金−酸化イリジウム被覆層の有する低
い塩素過電圧と酸化マンガン−酸化チタン層の有する高
い塩素過電圧を保持しつつ、かつ高価な白金族金属の電
解溶液中における溶解剥離現象を抑制し長時間の寿命を
有する不溶性陽極を得ることができる。
以下実施例により本発明の詳細な説明する。
なお実施例、比較例中の組成%は特記なき限り重量基準
である。
実施例1 市販チタン板(1xlOx 0.1c■)をアセトン脱
脂後10%熱蓚酸溶液中でエツチング処理を行い、その
表面に下記組成の溶液を塗布した。
8 2 F’t CQ 6  ・ 6 ト12  0 
      1.5gIr[第3・4 t−1200,
4g テレピン油        3■ρ ラベンダー油       12I1 、[チルアルコール     10mffこれを120
℃で20分間乾燥し、その後500℃の電気炉内で10
分間焼成することによりl:t70%、IrO230%
の第1被覆層を形成させた。この表面に下記組成の溶液
を塗布した。
ブチルネタネート      5g 硝酸マンガン        1g n−プロピルアルコール  20cc これを120℃で20分間乾燥し、イの後500′Cの
電気炉内で10分間焼成することによりTL0277%
、臨Ox (χ崎1.6)23%の第2被覆層を形成さ
せIζ。
この第1.第2被覆層の被着操作を交Uに6回づつくり
返すことにより各成分の合計量はPi 3.7g /m
’、 IrO21,5g / v” 、およびTt 0
211.6g / v’ 。
Marx  (x ’= 1.6)  3.4g/in
’となった。
この電極と第1被覆層のみ同様にして施しF’t1.I
rO2聞を同様にした電極を比較電極として各塩素過電
圧を飽和食塩水(Naω310g / (! 、  p
i−11,0>中80℃で飽和uyA電極基準にて測定
した。その結果、両電極とも電流密度3OA / d+
n 2にて塩素過電圧は0,04vを示した。次にIN
H2SO4中80て〕で各酸素過電圧を測定したところ
電流密度30A/dmtにて本発明電極はO0!i5v
、比較電極は0.40vであった。
次に両電極を1−IQ20. (2mol/ l ) 
トHa(u’(11nol/l ) ト(D混合Wl液
中。
50℃、電流密度200A / dm tにて促進消耗
試験を行い電極表面が不働態化するまでの時間を測定し
た。その結果、本発明電極は190時間、比較電極は5
6時間で電位上昇が生じ前者は後者の3倍以上の寿命を
示した。
実施例2 実施例1にお【ノる第1被覆層(6回塗布。
成分合計IF’t 3.7g/m’、 Ir021.!
ig 、/ ra’ )は同様にし、第2被覆層(61
01塗布、 TJ、02. f%ox (x ’−; 
1.6)の合計量H+g/″■′)の組成比を第1表の
如く変化させ′C15秤の電極を作製した。これう(1
)Nlrax’Fr飽和食塩水(Ha(# 310g 
/ & 。
pt−+  i、o)中80℃、電流密度30A / 
dn+ 2においC実施例1ど同様にして初期の陽極電
位を測定し、さらにその電位より 200 mv上昇するまでのに1数を調べた。
このように第2被覆層中の−Oxが2.0%以りでは陽
極電位は1.11 v  (VS。
S CF >以下となり、2.0%未満では急激に陽極
電位の1袢が認められる。にた初期陽極電位より20O
n+v上臂するまでの日数は−Oxが50%を超えると
急激に短くなることが認められる。
実施例3 実施例1における第1被覆層の組成比を種々変化させ(
6回塗布、f’tとIr 02の合計量4.Og / 
m’ ) 、第2被覆層の組成は一定として(6回塗布
成分合計量12g /lll’、  TL0290%、
+1110X10%) 9種の電極を作製した。これら
の電極を飽和食塩水(NaCI2310g / l 、
  pi−11,0> 中80℃において電流密度30
A/dmtC電解を行い、発生する塩素中に含まれる酸
素組をガスクIコマトゲラフイーで分析ケると第2表の
lI!+東を得た。
実施例4 エキスバンドチタン(20x 20X 0.3CI )
に実施例1と同様の方法で pt60%。
110240%の第1被覆層、およびTt 0210%
、t%ox30%の第2被覆層を交互に8回づつ被覆し
て各成分の合計量Ft2.4g /ll’、 IrO2
1,6g /Tn”、およびn O210,5g / 
B” 、門110X  4.5g、/III’とした。
この電極を陽イオン交換膜(商品名ナフィオン214.
デュポン社製)を設【Jた食塩電解槽の陽極どし、略同
面積の軟#4製金網を陰極とし極t111距Ht6nと
して食塩溶液の電解を行った。
陽極液組成り、1Na(A 280g / l 、  
pl−14,1゜陰極組成液1よNa1l(20%水溶
液である。電解液温度80℃、電流密度20A/d11
12にで電位を測定したところ初期陽極電位は 1.08 v  (VS、5CE)rあり、2年間の運
転期間中はぼ一定であ−)だ。またこの間jn素カス中
の酸素含量は約1.0vo1%であった。
一方丁キスパントチタン(20x 20x O,3C1
)の表面にPt60%、Ir0240%の被覆層のみを
4g/+n°設りた電極を陽極とし仙は同一条件で食塩
溶液の電解を行ったところ、初期陽極電位は1,08v
(VS。
5CF)、塩素ガス中の酸素含量は2,5vo1%であ
った。また運転111’J間中1年4ケ月経過後電位上
胃が始まり1年7ケ月経過した際に陽極電位は1,32
 v  (VS。
15− 8CE)と4Tり使用に耐えなくなった。
実施例5 市販チタン板(30X 25X O,3c■)に実施例
1と同様の方法でPt25%、Ir0275%の第1被
覆層、および[0280%。
tlnoχ20%の第2被覆層を交互に10回づつ被覆
して各成分の合ffl[Ft 1g/ll’。
Ir023rK/71+’およびTL0210g/i’
1′lllOx  3g/W’どした。この電極を陽極
とし略同面積のステンレス鋼板(SUS304 >を陰
極とし、極問罪離を3Mとし′C海水電解を行った。
電流密度15A/dm2にて摺電圧は3.86Vとなり
1年間の運転期間中摺電圧の上昇は認め、られなかった
。また塩素発生の電流効率は81%であった。
一方市販チタン板(30x 25x 0.3c曹)の表
面にl’t25%、IrO275%の被覆層のみを4g
/ill’段【プた電極を陽極どし他は同一条件で海水
電解を行ったところ、初期16− の摺電圧は3.86シとほぼ一定であったが、運転開始
後93日目より徐々に摺電(「が1臂し150日経過し
た際に4.25vとなった。
また塩素発生の電流効率は76%であった。
出願人   大阪曹達株式会社 代理人   弁理士 間予 透 手続補正書 特許庁長官   若 杉 和 夫 殿 1、事件の表示   昭和57年特許願第17860号
2、発明の名称   不 溶 性 陽 極3、補正をす
る者 事件との関係 特許出願人 4、代理人 〒541 大阪市東区北浜3丁目6番地明細書の1特許
請求の範囲」 「発明の詳細な説明」の欄 6、補正の内容 〈1)明細書の特許請求の範囲を別紙のj:うにn1正
する。
(2)明細書第3頁第1行〜第2行の「ルチル・・・混
合物の4を「白金とルチル構造をイー1?Iる酸化イリ
ジウムとの混合物である。1と訂正する。
(3)同書第8頁第7行の1高い塩素1を[高(\酸素
計と訂正する。
−2、 特許請求の範囲 バルブ金属基体上に (b)tlnox(χは1.5以上で2.0より小)で
表わされる非化学量論的化合物を含む酸化マンガン2〜
50重量%とルチル構造を有する酸化チタン50−98
重量%との混合物である第2被覆層、 上記(a >  (b )単位層を1層もしくは複数層
設けてなる不溶性陽極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 バルブ金属基体上に (a)ルヂル構造をhする白金−酸化イリジウム混合物
    の第1被N層、 (b) 1%Ox  (xは1.5以十テ2.0より小
    )で表わされる非化学量論的化合物を含む酸化マンガン
    2〜50重石%どルーfル構造を有する酸化チタン50
    〜98重量%との混合物である第2被覆層、 上記(a)  (b)単位層を1層もしくは複数層設け
    てなる不溶性陽極。
JP57017860A 1982-02-05 1982-02-05 不溶性陽極 Granted JPS58136790A (ja)

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