JPS58171585A - 苛性アルカリ製造用電解槽 - Google Patents

苛性アルカリ製造用電解槽

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JPS58171585A
JPS58171585A JP57051296A JP5129682A JPS58171585A JP S58171585 A JPS58171585 A JP S58171585A JP 57051296 A JP57051296 A JP 57051296A JP 5129682 A JP5129682 A JP 5129682A JP S58171585 A JPS58171585 A JP S58171585A
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JP
Japan
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cathode
membrane
exchange membrane
caustic alkali
cation exchange
Prior art date
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Pending
Application number
JP57051296A
Other languages
English (en)
Inventor
Akio Odera
章夫 大寺
Kouji Itou
伊藤 厚弐
Toshimasa Okazaki
岡崎 利昌
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Toagosei Co Ltd
Original Assignee
Toagosei Co Ltd
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Publication date
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は塩化アルカリ水溶液の電解によって苛性アルカ
リを製造するための電解槽に関する。
一般に塩化アルカリ水溶液の電解においては、使用電力
量の全製造コストに占める割合が大きいため電解操業を
行うに必要な摺電圧の低下および電流効率の向上に多大
の努力が払われている。この内、特に問題となっている
のは陽イオン交換膜面の水素ガスの挙動であや、陰極に
おいて発生した水素ガスが対面する陽イオン交換膜に付
着し電解電圧の低下を阻害し、効率的な電解操業を困難
にする。
本発明者の内の成る者はか\る欠点を是正する手段とし
て陽イオン交換膜と陰極の間に多孔性のフィルムを介在
させ、上記の膜、フィルムおよび陰極を密着させた構造
の電解槽を提案した。(特開昭56−38486) 本発明者等はか\る構造に用いる多孔性フィルムの安価
且つ容易な製法に関し、種々検討を続け、特異な構成の
多孔性膜状物の使用によって優れた電解が達成されるこ
とを見出し、これに基づいて本発明を完成するに至った
。即ち本発明は、陽極を有する陽極室、陰極を有する陰
極室が陽イオン交換膜によって分けられ、陽極室に塩化
アルカリ水溶液を導入して電解により陰極室に苛性アル
カリを生成させる電解槽において、実質的に陰極活性の
ない粒子を苛性アルカリ不溶性の結合剤によって該粒子
相互間に空隙を残すように苛性アルカリ可溶性の膜状基
材に結着してなる膜状結合体を介して、前記陽イオン交
換膜と陰極とを密着せしめ、前記膜状結合体を苛性アル
カリ水溶液と接触させて苛性アルカリ可溶性膜状基材を
溶出せしめるととくよって多孔性膜状物を形成させてな
る苛性アルカリ製迄用電解槽である。
本発明は、上記の通り陽イオン交換膜と陰極とを多孔性
の膜状物を介して密着させた構造の電解槽であるが、か
\る多孔性膜状物は、苛性アルカリ可溶性の膜状基材に
、陰極活性を実質的に伴わない材質よりなる粒子を結合
剤にょっ1て結着させた膜状結合体を作9、これを電解
槽に組込んで苛性アルカリ水溶液に接触させ、膜状基材
のみを苛性アルカリにより溶解除去せしめ、終局におい
て前記粒子が結合剤で結合された多孔性の膜状物となし
たものである。
か\る多孔性膜状物の形成に使用するための前記膜状結
合体(粒子相互が結合剤で結合され、かつこれが基材に
結着されてなるもの)は、陽イオン交換膜とは別個に作
られたもので、電解槽に組込む以前の陽イオン交換膜か
、又は陰極のいずれかに担持式せた後、これ金電解檜に
組込むか、或は電解槽に配置された陽イオン交換膜と陰
惨との間に挿入して使用するもので、いずれの場合にも
この陽イオン交換膜と陰極とはこの膜状結合体を介して
密着した構造とするものである。
このようにして電解槽に組込んだ後、陰極室に苛性アル
カリを張込むか、或は電解槽の運転を行うことにより、
膜状結合体を構成する基材のみが苛性アルカリにより溶
出してその存在を消失し、実質的に粒子が結合剤によっ
て結合された多孔性膜状物が形成せしめられる。
かくして得られた多孔性膜状物は、これを結着せしめ九
基材が消失しているため、極薄の多孔膜を陽イオン交換
膜−陰極間に形成することが出来る。
そして陽イオン交換膜と陰極とがこの極薄め多孔性膜状
物を介して密着状態で電解運転に寄与する結果、陽イオ
ン交換膜への水素ガス付着が阻止され、電解槽運転にお
ける低い摺電圧を維持することが出来る。又、この多孔
性膜状物によって陽イオン交換膜と陰極の接触による腐
蝕、汚染或は損傷を保護することが出来る。
本発明に使用、される多孔性膜状物において使用される
粒子は、電気伝導性には殆んど関係せず、実質的に陰極
活性を有しないものであればよい。即ち電解に際して陰
極として全く、もしくは殆んど作動しない実質的に陰極
活性のないもので、かつアルカリ不溶性の粒子状材料で
あれば殆んどのものが使用出来る。
これKは、プラスチック、金属、金属の化合物(硫化物
、窒化物、炭化物、ホウ化物、酸化物)や、硫酸バリウ
ム等の硫酸塩、チタン酸カリ、アンチモン酸カリ、タン
グステン酸ジルコニウムなど、および炭素物質(カーボ
ン、グラファイト、活性炭など)、又はこれらの混合−
等を挙げることが出来る。例えば金属粒子と活性炭粒子
とを適当な割合で混合したものは、それ自体で陰極活性
に極めて乏しく、使用する陰極がニッケル製である場合
、実質的に陰極活性のないものと云うことが出来る。 
 −このような粒子の好ましい粒径範囲は、使用する粒
子の種類、結合剤の種類にもよるが、一般に10〜50
0μ、特に50〜300μであり、過大な粒径を持つ粒
子を使用すると、最終的に得られる多孔性膜状物の厚み
が大きくな抄、極薄の4のが得られず、又結合剤を多く
使用する結果、所望の空隙率を有する多孔性膜状物が得
られ難くなる。一方杖子が細か過ぎるときは膜状物の強
度が低下するおそれがあり、所望の空隙率を有する膜状
物が得られ難くなる。
一方、膜状結合体の一部を構成する基材としては、苛性
アルカリ可溶性で薄い多孔性のフイルムとして成形可能
なものであれば特に制限はなく、好適なものとしてガラ
ス、テトロン、トヨン、絹、セルロースなどを挙げるこ
とが出来る。そしてこのような材料は、不織布の如きペ
ーパー状か、又はネット状をなし、孔径0.1〜50μ
程度の範囲で厚さ300μ以下において取扱い可能なま
でにうすいものが特に好ましい。これらの基材は、電解
液中で陰極液である苛性アルカリに溶解してしまうので
左程厳密な物性を必要としない。
前記した陰極不活性粒子の相互の結合および粒子と基材
との結着に使用する結合剤は、耐アルカリ性材料が使用
され、これKは塩化ビニル樹脂、含フツ素化合物、メタ
クリル樹脂などの溶媒溶解液、又は溶液中に分散させた
ものなどが用いられる。
例えば溶媒溶解液の場合、これを粒子と共に混合し、基
材上に均一な粒子厚みとなるように付着し、溶媒は適当
な手段で除去される。
溶液に分散させたものを使用する場合には、一般的には
加熱などにより融解した粒子と粒子、および粒子と基材
を結着させる。これらの方法で作られた膜状物は柔軟で
、陽イオン交換膜に出来る丈なじみのよいものが好まし
い。
このような結合剤の使用は、陰極活性のない粒子相互の
結合、およびこれらの基材への結着を行うに足る量であ
ればよいが、基材がアルカリによって溶解され九後の多
孔性膜状物の空隙率(多孔性膜状物全面積における細孔
面積の占める割合)が好ましくは20〜95%、特に好
ましくは60〜90−となるように使用することがよい
空隙率が余り大きくなり過ぎるときは、多孔性膜状物そ
のものが脆弱となる傾向を示し、陽イオン交換膜に対す
る水素ガス付着防止の効果に乏しくなり、一方空隙率が
過度に小さくなるときは、電気抵抗が増加して能率的な
電解運転が困難となる傾向を示す。
上記し九結合剤の使用による製膜に際しては、粒子と共
に酸に可溶性の粒子(例えば炭酸カルシウム粒子)或は
アルカリ可溶性の粒子(例えばガラス粉末、ケイ酸ソー
ダ粉末など)を入れて膜の多孔度を調整することが出来
る。
本発明において、陽イオン交換膜、多孔性膜状物形成の
過程で使用する膜状結合体、および陰極は、これを密着
して電解槽を構成するが、陽極も陽イオン交換膜(密着
させて電解槽を構成することが望ましい。
これら回者を密着する手段としは、例えばエキスハンダ
プル構造の陽極又は/および陰極を使用したり、これら
の使用に加えて、陽極室i陰極go内圧に差をつけて密
着効果を更に向上せしめfiLす、陽極、陰極と電導体
との間にスプリング効果を有する抑圧体、例えばデミス
タ−用メツシュや、糸バネなどを挿入することKよって
も達成される。
又、場合によっては、ボルトなどによる締付力で陽極又
は陰極を押付けることKよりても達成できる。
なお、これらの場合、陽極および陰極の膜(陽イオン交
換膜、膜状結合体)との接触面を仕上げて膜との密着性
向上をはかることが望ましい。
本発明(使用する陰極は、低水素過電圧性能に優れ良も
のでおることが望ましく、か\る陰極としては各種の金
属又は金属酸化物な溶射又は電気メッキ、塗布焼付など
の手段で付着させたtのなど公知の低水素過電圧陰極が
使用可能である。又か\る低水素過電圧陰極の使用につ
いては陰極自体の腐蝕と共和陰極室の腐蝕を考慮して材
質を選定することが望ましい。
陽極と陰極の形状は、ラス網、パンチングプレート、ネ
ット状など各種の多孔性電極が使用出来るが、一般に開
口率20〜6oIsの範囲の多孔性電極が適当である。
これらの電極はこれを膜(陽イオン交換膜又は膜状結合
体)に密着させるのであるから、膜を破損しないような
角のない形状の使用が望まれる。
か\る形状の電極としてはラス網の角をっぷしたり、戒
は圧燵等により表面平担部を形成させたものを挙げるこ
とが出来る。
本発明は上述した通9、陰極液である苛性アルカリによ
って膜状結合体の基材を溶解し、結合剤で結合された粒
子による極薄の多孔性膜状物を陽イオン交換膜−陰極間
に形成しこれら王者が密着状態となした構造をtつもの
で、上記多孔性膜状物により陽イオン交換膜への水素ガ
ス付着の阻止、および陽イオン交換膜或は陰極の汚損の
防止をはかることにより電解運転に大きく寄与すること
が出来る。
以・下実施例、および比較例を掃けて本発明を説明する
実施例1 テア0ノ30T(デュポン社製)α051とトライトノ
X(ロームアンドハース社製)αo51および水26−
を良く混合し、これに500メツシユ碍下のグラファイ
ト粒子CLO8Fを加えて攪拌し、径47w1φのメン
ブランフィルタ−TM−,5(東洋P紙製で材質セルロ
ースよりなジ苛性ソーダにより溶解する)を用いて濾過
しこれをメンブレンフィルターごと100℃で乾燥し、
次いで180℃で20分間焼成し友。
かくて上記のメンブレンフィルターTM−5を基材とし
これ(グラファイト粒子がバインダーによって均等に結
合した膜状結合体(セ障や約50%)を得た。
一方、電解槽として陽極室がチタン製、陰極室はニッケ
ル製の2室式電解檜を使用した。そして陽極側の電導体
としてラス網(網目の長手方向長さくLW)12.7■
×同短手方向長さく8W)6WX厚さくt)15mx刻
み巾(8)15 wm )の表面を機械加工により平担
化したものを用い、この上に同様形状の平担なチタン製
ラス網((LW)2mx (8W)1mx(すα1.X
(8)α2閣)に白金/イリジウム(重量比7/3)を
プーティノグしたものを合わせて陽極とした。
製の平担なラス網((LW)2mx (SW)1■×(
t)α1mx(8)0.2■を使用した。
又、陽イオン交換膜としてNafion−125(デュ
ポン社製)をオキシ塩化リン及び五塩化リンで処理し、
更にヨウ化水素酸で処理し、最後にカセイソーダとメタ
ノールの混合液で処理した改質膜を使用した。
そして陽極、陽イオン交換膜、膜状結合体、および陰極
の頴(但し膜状結合体のメンブレンフィルター側が陽イ
オン交換膜に面するよ’)K配置した)に密着させて組
立て次の運転条件で塩化ナトリウム塩水の電解を実施し
た。
電解−の温度  85℃ 電極有効面積   6− 電流密度 60人/dIILl 陰極液濃度 NaOH51〜521G 陽極液INacl 250〜2501/1この運転の約
1ケ月間の平均の摺電圧は幻3■を示し電流効率918
−であった。
実施例2 陰極として(LW) 2mx (SW) 11EIIX
(1)α1mx(8)α2mのラス網にロジウムメッキ
したものを用いた以外は、実施例1と同じ条件で運転を
行つ九ところ平均の摺電圧は6.04Vであり電流効率
は92.1%であった。
比較例1 実施例1の陽極と陰極を電導体にスポット溶接して膜状
結合体を使用せずに、電極間を2%として実施例1と同
じ条件で運転し九ところ3、40 V、電流効率95.
1噂であった。
比較例2 比較例1の電解槽を用いて、膜状結合体は使用せずに電
極間を約6%として、実施例1と同じ条件で運転し九と
ころ摺電圧135V、電流効率94.9−を得た。
実施例5 膜状結合体を次のようにして作っ危。
770:150 J Q、05 I+、  ) 5イト
ンXQ、OII、水15m1を良く攪拌し、次いでグラ
ファイトα081.CaC0,500メツシュパスα0
21を加え攪拌しこれをメツブレンフィルターTM−3
上に塗布し乾燥を3′回繰り返して行い、最後に電気炉
中で180℃×50分焼成した。
焼成後5N−HCIK24H浸漬し、水洗した。
これを実施例1と同じように電解槽へ組み込み1転した
ところ槽電圧&25■電流効率911−を得た。
実施例4 陰極としてロジウムメッキを用いた外は、実施例5と同
じ条件で行った結釆櫂電圧五〇5v電流効率9t8嗟を
得た。
実施例・5 多孔膜状結合体は次のよう(して作った。
テフロン50JIl1051.)ライドンXα031、
水20gを良く攪拌し、次いでグラファイトα07I、
酸化ロジウムα051を加えて曳く攪拌し実施例1と同
じ方法で膜状結合体とした。こ\で使用した酸化ロジウ
ムは、塩化ロジウムを硝酸塩水溶液に溶解し、これを濃
縮後、電気炉中で酸化し、次いで水洗し残査を濾過乾燥
し友もので比表面積が非常圧大きいものでろ電圧五26
V、電流効率9t8チを示した。
実施例6 実施例5で使用した膜状結合体の1紙側を陰極函へ向け
て使用した以外は実施例5と同じで行った。
その結果摺電圧tj&25V、電流効率92.0チを示
した。
実施例7 実施例6で使用した陰極に代えてロジウムメッキし友陰
極を使用した以外は、実施例6と同じ条件で行った。
その結果摺電圧入05V、電流効率9t9−を得た。
上記したいずれの実施例においても通電2日後に電解槽
を分解し多孔性膜状物を調べたところ基材のメンブレン
フィルターTM−5F1fM−解して残査は、はとんど
認められなかった。
実施例8 実施例1で使用した膜状結合体において、グラファイト
粒子の代9に硫酸バリウムα05!iを用いて同様の方
法で膜状結合体を得た。これを用いて実施例1と同じ条
件下で電解した結果、1チ月間運転の平均の摺電圧は五
27V、電流効率9t9−であった。
実施例9 実施例1で使用したグラファイト粒子の代りKrR化ニ
ッケル(Ni 、O,) (L O51を用h”(同じ
方法で膜状結合体を得、これを用いて実施例1と同じよ
うに電解した結果、1チ月間運転による平均の摺電圧1
26V電流効率92.1−であった。
特許出願人の名称 東亜合成化学工業株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、陽極を有する陽極室、陰極を有する陰極室が陽イオ
    ン交換膜によって分けられ、陽極室に塩化アルカリ水溶
    液を導入して電解により陰極室に苛性アルカリを生成さ
    せる電解槽において、実質的に陰極活性のない粒子を、
    苛性アルカリ不溶性の結合剤によって該粒子相互間に空
    隙を残すように苛性アルカリ可溶性の膜状基材に結着し
    てなる膜状結合体を介して、前記陽イオン交換膜と陰極
    とを密着せしめ、前記膜状結合体を苛性アルカリ水溶液
    と接触させて苛性アルカリ可法性膜状基材を溶出せしめ
    るととくよって多孔性膜状物を形成させてなる苛性アル
    カリ製造用電解槽。
JP57051296A 1982-03-31 1982-03-31 苛性アルカリ製造用電解槽 Pending JPS58171585A (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56112487A (en) * 1980-02-07 1981-09-04 Asahi Glass Co Ltd Production of alkali hydroxide and chlorine

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56112487A (en) * 1980-02-07 1981-09-04 Asahi Glass Co Ltd Production of alkali hydroxide and chlorine

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