JPS58181879A - Halogen electrolysis manufacture - Google Patents

Halogen electrolysis manufacture

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JPS58181879A
JPS58181879A JP57184777A JP18477782A JPS58181879A JP S58181879 A JPS58181879 A JP S58181879A JP 57184777 A JP57184777 A JP 57184777A JP 18477782 A JP18477782 A JP 18477782A JP S58181879 A JPS58181879 A JP S58181879A
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diaphragm
anode
electrode
cathode
bonded
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JP57184777A
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ト−マス・ジヨ−ジ・コウカ−
アンソニ−・ベイシル・ラコンテイ
アンソニ−・ロバ−ト・フラガラ
ラツセル・メイソン・デンプシイ
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
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    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
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    • C25B1/34Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis
    • C25B1/46Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis in diaphragm cells
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    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般的にいえば、アルカリ金属ハロゲン化物
の水溶液の電解によるハロゲンおよびアルカリ金属水酸
化物の製造法および装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention generally relates to a method and apparatus for producing halogens and alkali metal hydroxides by electrolysis of aqueous solutions of alkali metal halides.

より特定的にいえば、本発明は隔膜の少なくとも一表面
に結合された電極触媒作用をもつ陽極および陰極を用い
た電解槽中で食塩水溶液を電解することによる塩素およ
び水酸化ナトリウムの製造法および装置に関するもので
ある。
More specifically, the present invention relates to a method for producing chlorine and sodium hydroxide by electrolyzing a saline solution in an electrolytic cell using an electrocatalytic anode and a cathode bonded to at least one surface of a diaphragm; It is related to the device.

酋約すれば、本発明は、安定な、選択的にカチオン透過
性のイオン交換膜の形態の固体重合体電解質によって分
離された陽極室および陽極室をhする電解槽中で塩化ナ
トリウムのようなアルカリ金属ハロゲン化物の水溶液を
電解することにょっC塩素のようなハロゲンを発生させ
る際、白金族金属の少なくとも一種の熱安定化された還
元酸化物(reduced oxibe )を包含する
ーまたはそれ以上の電極触媒作用をもつ電極(以下触媒
電極という)を該イオン交換膜の表面に結合させた形で
使用し、食塩水溶液を陽極と接触させかつ水またはNa
OH’  水溶液を陰極と接触させることにより食塩水
溶液を電解して陽極において塩素をかつ陰極において水
素および苛性アルカリを生成せしめるものである。その
際、槽隔膜は水酸イオンを閉止して苛性アルカリの陽極
への逆移動(back  5iqration )を封
鎖し、それによって電解槽のおよび該り法の陰極電流効
率を増大させる作用を果すアニオン阻止性陰極側障壁層
を有することが好ましい。
Advantageously, the present invention provides an electrolytic cell containing an anode compartment and an anode compartment separated by a solid polymeric electrolyte in the form of a stable, selectively cation-permeable ion exchange membrane. When generating a halogen, such as chlorine, by electrolyzing an aqueous solution of an alkali metal halide, at least one thermally stabilized reduced oxide of a platinum group metal may be used. An electrode with electrocatalytic action (hereinafter referred to as a catalytic electrode) is used in a form bonded to the surface of the ion exchange membrane, and a saline solution is brought into contact with the anode and water or Na
A saline solution is electrolyzed by contacting the OH' aqueous solution with the cathode to produce chlorine at the anode and hydrogen and caustic at the cathode. In doing so, the cell diaphragm serves as an anion blocker to block hydroxide ions and block back migration of caustic alkali to the anode, thereby increasing the cathode current efficiency of the electrolytic cell and the process. It is preferable to have a barrier layer on the cathode side.

塩化ナトリウム水溶液の電解により塩素のごときハ[]
ゲンを、副生物として苛性アルカリ(NaOH)の生成
を伴って製造する方法は一大工業を構成している。か)
る塩素−アルカリ工業は年間、数白万トンの塩素および
苛性ソーダを生産する。
Electrolysis of sodium chloride aqueous solution produces chlorine-like ha[]
The production of gen, with the production of caustic alkali (NaOH) as a by-product, constitutes a major industry. mosquito)
The chlorine-alkali industry produces hundreds of thousands of tons of chlorine and caustic soda annually.

従来塩素の製造に用いられてきた主たる電解法はいわゆ
る水銀法と隔膜法である。水銀法は黒鉛または金属陽極
(DSA−寸法安定性wA極)と水銀陰極を有する電解
槽中でアルカリ金属塩化物水溶液を電解する方法である
。塩素は@極において遊離され、−hアルカリ金属はア
ルカリ金属アマルガムの形で水銀中に析出する。アルカ
リ金属アマルガムはアマルガムと水とを反応させる分解
反応によって処理されて苛性ソーダと水素を生成する。
The main electrolytic methods conventionally used for producing chlorine are the so-called mercury method and the diaphragm method. The mercury method is a method in which an aqueous alkali metal chloride solution is electrolyzed in an electrolytic cell with a graphite or metal anode (DSA - dimensionally stable wA electrode) and a mercury cathode. Chlorine is liberated at the @ pole and the -h alkali metal is precipitated in the mercury in the form of an alkali metal amalgam. Alkali metal amalgam is processed by a decomposition reaction that reacts the amalgam with water to produce caustic soda and hydrogen.

しかしながら、水銀法は塩素の生成のためには坦在すべ
ての実用上の目的に対しC旧式である。水銀はきわめて
有害な物質であり、水銀および他の種柚の汚染物質の規
制のための政令基準は水銀法の時代は過ぎ去ったと云わ
れるほどに厳しくなりつ・ある。しかしながら、塩素生
成のための水銀法の使用に伴う汚染の問題および環境の
問題以上に、水銀法電解槽はNNでありかつ高価である
という問題がある。水銀の使用それ自体が槽の大きさお
よび水銀の取扱いに注意が必要であるために複雑化する
という点で問題を生ずる。水銀は高価でありかつ相当多
鎗に使用しなければならない。
However, the mercury process is obsolete for all practical purposes for the production of chlorine. Mercury is an extremely toxic substance, and the ordinance standards for regulating mercury and other citron contaminants are becoming so strict that the days of mercury laws are said to be over. However, beyond the pollution and environmental problems associated with the use of mercury methods for chlorine production, mercury method electrolysers are NN and expensive. The use of mercury itself presents problems in that it is complicated by the size of the bath and the care required in handling the mercury. Mercury is expensive and must be used extensively.

水銀法に伴う経済的問題のうち@視できないのは苛性ソ
ーダおよび水素を製造するための分解工程およびそれに
随伴する装置の費用である。
A notable economic problem associated with the mercury process is the cost of the cracking process and associated equipment to produce caustic soda and hydrogen.

他方、隔膜法電解槽は水銀を使用せず微細孔隔喚によっ
て分離された細孔をもつ電極を備える。
On the other hand, diaphragm electrolysers do not use mercury and have electrodes with pores separated by microporous diaphragms.

電極間の間隙は食塩水溶液で満たされかつ陰極室および
陽極室を分離する被@ (overlying )多孔
質隔膜の形をとり得る微細孔msによって分離される。
The gap between the electrodes is separated by micropores ms, which can be filled with saline solution and take the form of an overlying porous diaphragm separating the cathode and anode compartments.

隔膜法電解槽の重大な欠点の一つは隔膜中の細孔を通じ
て物質移動または塩化ナトリウム溶液の流動が隔膜を越
えて生起するという点である1、その結果、陰極液、す
なわも陰極において生成された苛性アルカリ溶液は実質
的量の塩化ナトリウムを混入する。このことは不純かつ
稀釈された苛性アルカリの製造をもたらす。他方、陰極
で形成された水酸化物は多孔質隔膜を通じて陽極へ逆移
動し得、その結果水酸化物は陽極で電解されて酸素を生
成する。陽極での酸素の生成は種々の理由て・きわめて
望ましくないものである。すなわら、陽極での酸素の生
成は純度の低い塩素を与えるのみならず、酸素が陽極を
侵す。
One of the significant disadvantages of membrane electrolyzers is that mass transfer or flow of the sodium chloride solution occurs across the membrane through the pores in the membrane1, so that the catholyte, i.e. also at the cathode, The caustic solution produced is contaminated with substantial amounts of sodium chloride. This results in the production of impure and dilute caustic. On the other hand, the hydroxide formed at the cathode can migrate back through the porous diaphragm to the anode, so that the hydroxide is electrolyzed at the anode to produce oxygen. Oxygen production at the anode is highly undesirable for a variety of reasons. That is, the production of oxygen at the anode not only provides less pure chlorine, but the oxygen also attacks the anode.

陽極液および陰極液が両極液室間で物賀移lIl?する
と前述のごとき多くの望ましくない影響がもたらされる
のぐ、これらの難点を最小限度に阻止しまたは完全に克
服するために多数の改良手段が提案された。その一つは
隔膜を横切る方向の圧力差を陰極液室および陰極液室間
での電解液の物質移動が最小限度に阻止されるように保
持することである。しかじながらか)る解決策は最善の
場合でも甲に部分的に有効であるに過ぎない。
Is the anolyte and catholyte transferred between the two alyte compartments? This results in a number of undesirable effects, such as those mentioned above, and a number of improvements have been proposed to minimize or completely overcome these disadvantages. One is to maintain a pressure differential across the membrane such that mass transfer of electrolyte between the catholyte and catholyte compartments is minimally inhibited. However, such solutions are only partially effective at best.

11i!膜法電解槽の使用および多孔質隔膜を通じて電
解液の物質移動が起ることに伴う不利益を克服するため
に、塩素発生電解槽中で陽極液と陰極液を分離するため
にイオン選択透過性隔膜を利用することが示唆された。
11i! To overcome the disadvantages associated with the use of membrane electrolyzers and mass transfer of electrolyte through porous membranes, ion-selective permselectors are used to separate anolyte and catholyte in chlorine-generating electrolyzers. It was suggested that a diaphragm be used.

これらの電解槽で用いられたイオン選択透過性隔膜は負
電荷をもつアニオンを選択的に通過させるために主とし
Cカチオン竹隔膜である。これらの隔膜は多孔質ではな
いので、それらは苛性アルカリが陰極液室から陽極液室
へ逆移動するのを阻止しかつ同様に食塩水陽極液が陰極
液室に移送されて苛性アルカリを稀釈するのを阻止する
傾面を有する。しかしながら、隔膜法電解槽はなおある
種の欠点をもち、したがつ(それらの広範な使用が制限
されることが認められた。
The ion-selective permselective membranes used in these electrolytic cells are mainly C-cationic bamboo membranes in order to selectively pass negatively charged anions. Since these membranes are not porous, they prevent the caustic from migrating back from the catholyte compartment to the anolyte compartment and likewise allow the saline anolyte to be transferred to the catholyte compartment to dilute the caustic. It has a slope that prevents However, it has been recognized that diaphragm electrolysers still have certain drawbacks, which limit their widespread use.

現在までに知られている隔膜式電解槽の主たる欠点の一
つはそれが^い摺電圧をもつことて゛ある。
One of the main drawbacks of the diaphragm electrolyzers known to date is that they have high sliding voltages.

隔膜の特性それ自体に起因する摺電圧は中に一部分のみ
であり、その相当の部分は既知の隔膜式電解槽のlI造
が隔膜から物理的に間隔を置いて配置された電極を利用
するという点に起因するものである。電極と隔膜との間
に物理的な間隙を置く結果、該電解槽は隔膜を横切って
IR低下を生ずるほかに、イオン輸送に先立って電極と
隔膜との間で電解液に電解液IR低下を生じかつさらに
気泡の生成または物質移動作用に基づく電圧低下も受C
配置されているので、塩素は隔膜から離れた位置で発生
する。この結果、電極と隔膜との間にガス層が形成され
る。このガス層は電極と隔膜との間の電解液の通過を妨
害し、それによってイオンを部分的に隔膜から封鎖する
。かかる電極および隔膜間の電解質通過の妨害は勿論さ
らに追加のIR低干を導き、これによって塩素の発生に
必要な摺電圧は増加し、その結果槽の電圧効率は明らか
に減少づる。
Only a portion of the sliding voltage is due to the properties of the diaphragm itself, and a significant portion of this is due to the fact that known diaphragm cell designs utilize electrodes that are physically spaced from the diaphragm. This is due to the point. As a result of the physical gap between the electrode and the diaphragm, the electrolyzer not only creates an IR drop across the diaphragm, but also provides an electrolyte IR drop in the electrolyte between the electrode and the diaphragm prior to ion transport. C
chlorine is generated at a distance from the diaphragm. As a result, a gas layer is formed between the electrode and the diaphragm. This gas layer obstructs the passage of electrolyte between the electrode and the diaphragm, thereby partially sealing the ions from the diaphragm. Such obstruction of electrolyte passage between the electrode and the diaphragm, of course, also leads to additional IR reduction, which increases the sliding voltage required for chlorine generation, with the result that the voltage efficiency of the cell is clearly reduced.

本発明の利点は以下の記載から明らかになるであろう。The advantages of the invention will become apparent from the description below.

本発明に従えば、槽を陰極液室と陽極液室とに分1する
カチオン交換膜の形の固体重合体電解質を右する電解槽
を用いてアルカリ金属ハロゲン化物の水溶液、たとえば
NaCl水溶液を電解することによって、陽極において
ハロゲン、gなわち塩素、臭素等を発生せしめる。塩素
および苛性アルカリをその部位で生成せしめる触媒N極
は薄い、多孔質のガス透過性触媒電極であり、それらは
隔れによって塩素を電極−隔膜境界面にて発生せしめる
。この結果、塩素の放出および苛性アルカリの生成のた
めのきわめで低い過電圧を右する電極が提供される。
According to the invention, an aqueous solution of an alkali metal halide, for example an aqueous NaCl solution, is electrolyzed using an electrolytic cell containing a solid polymer electrolyte in the form of a cation exchange membrane, which divides the cell into a catholyte compartment and an anolyte compartment. By doing so, halogens, ie, chlorine, bromine, etc., are generated at the anode. The catalytic north pole, which allows chlorine and caustic to be generated in situ, is a thin, porous, gas permeable catalytic electrode that allows chlorine to be generated at the electrode-diaphragm interface by separation. This results in an electrode with extremely low overpotentials for chlorine release and caustic production.

触媒電極は少なくとも一種の白金族金属の還元酸化物(
reduced oxide )を酸素の存在下で加熱
することによって熱的に安定化される少なくとも一種の
還元された白金族金属酸化−からなる触媒物質を含有す
る。好ましい一実施態様では、電極は白金族金属の熱安
定化された還元酸化物と結合されたフルオロカーボン(
ポリテトラフルオロエチレン粒子)である。有用な白金
族金属の例は白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム
、ルテーウムおよびオスミウムである。塩素の製造用と
して好ましい還元金属酸化物はルテニウムまたはイリジ
ウムの還元酸化物である。電極触媒は酸化ルテニウム、
酸化イリジウム、酸化白金等のごとき単一の還元白金族
金属酸化物であり得るが、還元白金族金属酸化物の混合
物または合金がより安定であることが認められた。たと
えば、イリジウムの還元酸化物25重量%まで、好まし
くは5〜25重葎%を含すするルテニウムの還元酸化物
からなる電極はきわめて安定であることが認められた。
The catalytic electrode is a reduced oxide of at least one platinum group metal (
The catalytic material comprises at least one reduced platinum group metal oxide which is thermally stabilized by heating the reduced oxide in the presence of oxygen. In one preferred embodiment, the electrode comprises a fluorocarbon (
polytetrafluoroethylene particles). Examples of useful platinum group metals are platinum, palladium, iridium, rhodium, luteum and osmium. Preferred reduced metal oxides for the production of chlorine are reduced oxides of ruthenium or iridium. The electrode catalyst is ruthenium oxide,
Although it can be a single reduced platinum group metal oxide such as iridium oxide, platinum oxide, etc., it has been found that mixtures or alloys of reduced platinum group metal oxides are more stable. For example, electrodes consisting of a reduced oxide of ruthenium containing up to 25% by weight of reduced oxide of iridium, preferably from 5 to 25% by weight, have been found to be very stable.

黒鉛または他の導電性増量剤、たとえばルテニウム被覆
チタンを50重量%まで、好ましくは10〜30重饅%
の量で添加し得る。増量剤は良好な導電性および低いハ
ロゲン過電圧をもつべきCありかつ実質的により安(i
iliな、しかもなお高度に有効な電極を与え得るよう
に白金族金属よりも実質的に安価なものであるべきであ
る。
up to 50% by weight, preferably 10-30% by weight of graphite or other conductive fillers, such as ruthenium-coated titanium
can be added in an amount of The extender should have good conductivity and low halogen overvoltage and be substantially cheaper (i
It should be substantially cheaper than the platinum group metals so as to provide a flexible yet highly effective electrode.

チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、ハーノニウ
ム、バナジウムまたはタングステンのようなパルプ用金
属の一種またはそれ以上の還元酸化物を添加して電極を
酸素、塩素および一般的に苛酷な電解条件に対して安定
化せしめ得る。50重−%よぐのバルブ用金属を有効に
使用し得るが、25〜50重饅%の使用が好ましい。触
媒電極の少なくとも一方が液体不透過性、イオン輸送性
隔膜に結合される。電極の−bまたは両方を隔膜に結合
することによって、電極と隔膜との間のガス層の形成に
起因するガス体の輸送損失は最小限に阻止されるので、
電極と隔膜間の゛電解液IR’″低下は最小限に抑ti
llされる。この結果、摺電圧の実質的な低下およびこ
の低下から生ずる重装な経済的優位性がもたらされる。
Addition of reducing oxides of one or more pulp metals such as titanium, tantalum, niobium, zirconium, hernonium, vanadium or tungsten to stabilize the electrode against oxygen, chlorine and generally harsh electrolytic conditions It can be forced. Although 50% by weight valve metal can be effectively used, it is preferred to use 25 to 50% by weight. At least one of the catalytic electrodes is coupled to a liquid-impermeable, ion-transporting membrane. By bonding -b or both of the electrodes to the diaphragm, transport losses of the gaseous body due to the formation of a gas layer between the electrode and the diaphragm are prevented to a minimum, so that
The drop in electrolyte IR between the electrode and the diaphragm is kept to a minimum.
Ill be taken. This results in a substantial reduction in sliding voltage and significant economic advantages resulting from this reduction.

本発明の新規特徴は特許請求の範囲に規定される。しか
しながら、本発明それ自体、づなりもその機構および操
作方法をその目的および利点とともにより明らかに示す
ために、以下本発明を図面を参照しつつさらに説明する
The novel features of the invention are defined in the claims. However, in order to more clearly illustrate the invention itself, its mechanism and method of operation, together with its objects and advantages, the invention will now be further described with reference to the drawings.

本発明の特徴とする電解槽の略図を示す第1図において
、10として総括的に示される電解槽は陰極液室11、
陽極液室12、好ましくは水和された選択透過性カチオ
ン交換膜である、前記画室を分離している固体重合体電
解質隔膜13かうなる。隔膜13の陽極側表面には、ル
テニウムまたイリジウムの安定化された還元酸化物(R
uOx)または(lrox)、ルテニウム−イリジウム
の安定化された還元酸化物(RIJ lr ) Ox 
、ルデニウムーチタンの安定化された還元酸化物(RU
ll)○×、ルテニウム−チタン−イリジウムの安定化
された還元酸化物(Ru Ti  lr )OX、ルテ
ニウム−タンタル−イリジウムの安定化された還元酸化
物(Ru Ta lr )OXまたはルテニウム−黒鉛
の安定化された還元酸化物に結合されたノルオロカーボ
ン、たとえば″゛テフ]ン′°の商標てD upont
社から販売されているフルオロカーボン、の粒子からな
る電極が結合されている。14′c小される陰極は隔膜
の一方の面に結合されかつ埋込まれており、また図示さ
れていない触媒陽極は隔膜の反対側の面に結合されかつ
埋込まれている。テフロンと結合された陰極は陽極触媒
と同様である。適当な触媒物質は微細分状の白金、パラ
ジウム、金、銀、スピネル、マンガン、コバルト、ニッ
ケル等の金属、白金族金属の還元酸化物、たとえばPt
 −1r Ox 、Pt −Ru Ox等、黒鉛および
それらの適当な組合せである。
In FIG. 1 showing a schematic diagram of an electrolytic cell that is a feature of the present invention, the electrolytic cell generally designated as 10 has a catholyte chamber 11,
There is a solid polymer electrolyte membrane 13 separating the anolyte compartment 12, preferably a hydrated permselective cation exchange membrane. The surface of the diaphragm 13 on the anode side is coated with a stabilized reduced oxide of ruthenium or iridium (R
uOx) or (lrox), stabilized reduced oxide of ruthenium-iridium (RIJ lr) Ox
, stabilized reduced oxide of rhdenium-titanium (RU
ll) ○×, stabilized reduced oxide of ruthenium-titanium-iridium (Ru T i lr ) OX, stabilized reduced oxide of ruthenium-tantalum-iridium ( Ru Ta lr ) OX or stabilized ruthenium-graphite Nororocarbons bonded to reduced oxides such as
An electrode consisting of particles of fluorocarbon, sold by the company, is attached. 14'c A small cathode is bonded to and embedded in one side of the diaphragm, and a catalytic anode, not shown, is bonded to and embedded in the opposite side of the diaphragm. The cathode bonded with Teflon is similar to the anode catalyst. Suitable catalytic materials include finely divided metals such as platinum, palladium, gold, silver, spinel, manganese, cobalt, nickel, reduced oxides of platinum group metals, such as Pt.
-1rOx, Pt-RuOx, etc., graphite and appropriate combinations thereof.

金属スクリーン(金網)の形の集電器15および16は
電極に圧接されている。隔Ill/電極組立体全体は、
槽環境、すなわち塩素、酸素、塩化すトリウムおよび苛
性アルカリ水溶液に対して耐性または不活性である任意
の材質で製造されたガスケット17および18によって
外殻体1]および12の間に強固に支持されている。か
)るガスケットの一形態は米国、マサチューセッツ州、
ケンブリッジ在のl rVinQ MOOre社からE
PDMの商標で販売されている充填ゴムガスケットであ
る。
Current collectors 15 and 16 in the form of metal screens are pressed against the electrodes. The entire septum Ill/electrode assembly is
The gaskets 17 and 18 are rigidly supported between the shells 1 and 12 and are made of any material that is resistant or inert to the tank environment, i.e., chlorine, oxygen, thorium chloride and aqueous caustic solution. ing. One form of gasket is manufactured by the United States, Massachusetts,
E from l rVinQ MOOre in Cambridge.
It is a filled rubber gasket sold under the trademark PDM.

陽極液として食塩水溶液を陽極v20と連通する電解液
人口19を通じて導入する。費消した電解液および塩素
ガスは出口導管21を通じて、さらに外殻体を通じてと
り出す。陰極入口導管22は陰極室11に連通し、陰極
液、水またはNa OH水溶液(電橋/電解質境界面で
電気化学的に形成されるものよりも稀薄なもの)を陰極
Vに導入する役割をもつ。水は二つの異なる作用を果す
。寸なわら、水の一部は電解されて水酸(OH−)アニ
オンを生成し、これらは隔膜に向って輸送されるナトリ
ウムカチオンと結合して苛性7ルカ1ノ(Na OH>
を形成する。水はまた埋込まれlこ陰極を横切って流れ
、隔!I/電極境界面で形成されたぎわめて高濃度の苛
性アルカリを稀釈し、それによって隔膜を横切って陽極
液室へ逆移動覆る苛性アルカリの拡散を最小限に阻止す
る。陰極出口導管23は陰極室11と連通し、稀釈され
た苛性アルカリおよび陰極で放出されるすべての水素お
よびすべての過剰な水を除去する役割を果す。電カケー
プル24は陰極室に導かれ、図示されていない同様のケ
ーブルは陽極室に導かれる。これらのケーブルは導電性
金網15および16を電源に連結する。
A saline solution as the anolyte is introduced through the electrolyte port 19 communicating with the anode v20. The spent electrolyte and chlorine gas are removed through the outlet conduit 21 and further through the shell. The cathode inlet conduit 22 communicates with the cathode chamber 11 and serves to introduce catholyte, water or an aqueous NaOH solution (more dilute than that formed electrochemically at the bridge/electrolyte interface) into the cathode V. Motsu. Water serves two different functions. However, some of the water is electrolyzed to form hydroxyl (OH) anions, which combine with sodium cations that are transported toward the diaphragm to form caustic (NaOH) anions.
form. Water also flows across the embedded cathode and separates the gap! It dilutes the extremely high concentration of caustic that forms at the I/electrode interface, thereby minimizing diffusion of caustic back across the diaphragm into the anolyte chamber. The cathode outlet conduit 23 communicates with the cathode chamber 11 and serves to remove the diluted caustic and any hydrogen released at the cathode and any excess water. A power cable 24 is led into the cathode compartment, and a similar cable, not shown, is led into the anode compartment. These cables connect the conductive wire meshes 15 and 16 to a power source.

第2図は食塩水溶液の電解中に槽中で行なわれる反応を
図解的に説明するものr、本発明の電解法および電解槽
の機能を理解するに有用なものである。塩化ナトリウム
の水溶液をカチオン隔膜13によって陰極室と分離され
ている陽極室に導入する。陰極効率を最良とするために
、隔膜はその陰極側に水酸イオンを阻止しかつ苛性アル
カリの陽極への逆移動を阻止または最小限にするための
イオン阻止障壁層を備える。隔膜13は後に詳述するご
とく、陽極側に高い水含量(隔膜の乾燥重量に基づいて
20〜35%)の1ii26.ijよびテフロン布28
によってそれから分離された低い水含量(隔膜の乾燥重
量の5〜15%)の陰極側m27をもつように形成され
た複合体隔膜ぐある。陰極側アニオン阻止障壁層のイオ
ン阻止特性は陰極側上のパーフルオロスルホン酸隔膜を
低木含−重合体の薄層を形成するように化学的に変性す
ることによってさらに向上せしめ得る。−実施形態では
、これは重合体を置換スルホンアミド隔膜層を形成する
ように変性することによって達成される。
FIG. 2 is a diagrammatic illustration of the reactions that take place in the cell during electrolysis of a saline solution, and is useful for understanding the electrolytic method of the present invention and the function of the electrolytic cell. An aqueous solution of sodium chloride is introduced into the anode chamber, which is separated from the cathode chamber by a cation diaphragm 13. For optimal cathode efficiency, the diaphragm is provided with an ion-blocking barrier layer on its cathode side to block hydroxide ions and prevent or minimize back migration of caustic to the anode. The diaphragm 13 has a high water content (20-35% based on the dry weight of the diaphragm) 1ii26. on the anode side, as detailed below. ij and Teflon cloth 28
A composite membrane is formed with the cathode side m27 having a low water content (5-15% of the dry weight of the membrane) separated therefrom by the membrane. The ion blocking properties of the anion blocking barrier layer on the cathode side can be further enhanced by chemically modifying the perfluorosulfonic acid membrane on the cathode side to form a thin layer of shrub-containing polymer. - In embodiments, this is achieved by modifying the polymer to form a substituted sulfonamide diaphragm layer.

かくして陰極側層27は高いMEWをもらある(蔦は弱
酸形(スルホンアミド)に転化され、かくして積層隔膜
のこの部分の水含量を低下せしめ得る。
The cathode side layer 27 thus has a high MEW (the ivy is converted to a weak acid form (sulfonamide), which can thus reduce the water content in this part of the laminated membrane.

これによって被膜の塩阻止能は増大しかつ水酸化ナトリ
ウムが隔膜を横切って陽極に逆移動する欠点は最小限度
に阻止される。この隔膜もまた低水含鰻隔膜の均質被膜
である。(Nafion −150、パーフルオロカル
ボン酸等)。
This increases the salt blocking capacity of the coating and minimizes the disadvantage of sodium hydroxide migration across the membrane to the anode. This diaphragm is also a homogeneous coating of a low water content diaphragm. (Nafion-150, perfluorocarboxylic acid, etc.).

ルテニウムまたはイリジウムまたはルテニウム−イリジ
ウムの安定化された還元酸化物を含みカ一つそれととも
にチタン、二Aノまたはタンタルの還元酸化物および黒
鉛を含みまたは含まない、テフロンに結合された白金族
金属の還元酸化物触媒は図示したごとく隔膜]3の表面
に圧接されている。明確化するために部分のみを示した
集電器15および16は触媒電極の表面に対して圧接さ
れでおりかつそれぞれ電源の正および負端子に接続され
て電極を横切る電解電位を提供する。陽極室に導入され
る塩化ナトリウム溶液は陽極29において電解されて気
泡形成30によって図解的に示されるごとく表面に塩素
を発生する。ナトリウムイオン(Na+)は隔膜13を
横切って陰極14に輸送される。31に示される水また
はNa OH水溶液の流れは陰極室に導かれて陰極液と
して作用する。この水溶液流はテフロンに結合された触
媒陰極14の表面を横切って流れ隔II/陰極境界面で
形成された苛性アルカリを稀釈しかつ苛性アルカリが隔
膜を越えて陽極へ逆移動するのを低減させる。
of a platinum group metal bonded to Teflon, containing a stabilized reduced oxide of ruthenium or iridium or ruthenium-iridium, with or without a reduced oxide of titanium, di-A or tantalum, and graphite. The reduced oxide catalyst is pressed against the surface of the diaphragm 3 as shown. Current collectors 15 and 16, only partially shown for clarity, are pressed against the surface of the catalytic electrode and are connected to the positive and negative terminals of the power source, respectively, to provide an electrolytic potential across the electrode. The sodium chloride solution introduced into the anode chamber is electrolyzed at the anode 29 to generate chlorine at the surface as illustrated schematically by bubble formation 30. Sodium ions (Na+) are transported across diaphragm 13 to cathode 14. A stream of water or Na OH aqueous solution shown at 31 is directed into the cathode chamber to act as the catholyte. This aqueous flow dilutes the caustic formed at the flow septum II/cathode interface across the surface of the Teflon-bonded catalytic cathode 14 and reduces back migration of caustic across the septum to the anode. .

木陰極液の一部は陰極においてアルカリ性反応条件で電
解されて水酸イオン(OH−)およびガス状水素を生成
する。これらの水素イオンは隔膜を横切って輸送される
ナトリウムイオンと結合して隔gl/電極境界面上で水
酸化ナトリウム(苛性ソーダ)を生成する。この水酸化
ナトリウムは結合電極の一部を構成しているテフロンを
容易に湿潤しかつ表面に拡散し、そこで電極表面を横切
って流れる水溶液流によって稀釈される。陰極の水溶液
による掃引によって4.5〜6.5Mの濃水酸化ナトリ
ウムが陰極において容易に製造される。
A portion of the wood catholyte is electrolyzed at the cathode under alkaline reaction conditions to produce hydroxide ions (OH-) and gaseous hydrogen. These hydrogen ions combine with sodium ions transported across the membrane to form sodium hydroxide (caustic soda) on the septum GL/electrode interface. This sodium hydroxide readily wets the Teflon forming part of the bonded electrode and diffuses to the surface where it is diluted by the aqueous stream flowing across the electrode surface. 4.5-6.5M concentrated sodium hydroxide is easily produced at the cathode by sweeping the cathode with an aqueous solution.

したがって、稀釈を用いた場合でさえも、矢印33によ
って示されるごとく若干の水酸化ナトリウムは隔膜13
を通じて陽極に逆移動する。陽極に移送された水酸化ナ
トリウムは酸化されて水および34における気泡生成で
示されるごとく酸素を生成する。勿論、これは陰極の電
流効率を低下させる寄生的反応である。酸素は電極およ
び隔膜に対して不都合な作用をもち得るので、酸素の生
成それ自体は望ましくない。さらに、II素は陽極にお
いて生成する塩素を稀釈し、したがって酸素を除去する
ための処理が必要である。槽の種々の部位における反応
はっぎのごとくである。
Therefore, even with dilution, some sodium hydroxide remains in the diaphragm 13, as shown by arrow 33.
It moves back through to the anode. The sodium hydroxide transferred to the anode is oxidized to produce water and oxygen as shown by bubble formation at 34. Of course, this is a parasitic reaction that reduces the current efficiency of the cathode. The production of oxygen itself is undesirable since oxygen can have an adverse effect on the electrodes and diaphragms. Additionally, element II dilutes the chlorine produced at the anode and therefore requires treatment to remove oxygen. The reactions at various parts of the tank are similar to each other.

本発明において述べた食塩水溶液の電解のlこめの新規
構成は電極における触媒作用部位がカチオン隔膜、した
がって重合体主鎖に結合されたイオン交換性酸基(これ
らの基が5O3tlXHzOスルホン酸基であろうとC
00HXH20カルボン酸基であろうと)に直接接触し
ているという点を特徴としている。その結果、陽極液室
または陰極液室において認め得るIR低下は生じない(
このIR低下は通常゛電解質IR低下′″と呼ばれる)
The novel configuration of the electrolysis of saline solutions described in the present invention is such that the catalytic sites in the electrode are the cationic diaphragms, and therefore the ion-exchangeable acid groups bonded to the polymer backbone (these groups are 5O3tlXHzO sulfonic acid groups). Roto C
00HXH20 carboxylic acid group). As a result, there is no appreciable IR drop in the anolyte or catholyte compartments (
This IR drop is usually called ``electrolyte IR drop'')
.

゛電解質IR低下″は電極と隔膜とが離れて制置されて
いる現存の系および方法において特徴的なものであり、
その低下は0.2〜0.5ボルト程度であり得る。この
電圧低下の排除または実質的減少は全体の摺電圧および
この方法の経済性に明らかなかつきわめて顕著な効果を
もつので、勿論本発明の主たる利点の一つである。さら
に、塩素は陽極と隔膜の境界面で直接に発生するので、
いわゆる゛気泡効果′°と呼ばれる電極と隔膜との間の
電解質の通路を妨害しまたは封鎖することに起因するガ
スによる遮蔽および物質輸送の減少によっで生ずる11
べ低下はこの場合には認められない。
``Electrolyte IR reduction'' is characteristic of existing systems and methods in which the electrode and diaphragm are spaced apart.
The drop may be on the order of 0.2-0.5 volts. The elimination or substantial reduction of this voltage drop is of course one of the principal advantages of the present invention, since it has a clear and very significant effect on the overall sliding voltage and the economy of the method. Furthermore, since chlorine is generated directly at the interface between the anode and the diaphragm,
Caused by gas shielding and reduced mass transport due to obstruction or blockage of the electrolyte passage between the electrode and the diaphragm, the so-called ``bubble effect''11
No decrease in performance was observed in this case.

前記したとおり、従来技術の系においては、塩素を放出
づる触媒電極は隔膜から離れて配置されている。ガスは
電極においC直接住成して隔膜および電極の間隙にガス
層を形成し、これが実際上電極−東電閤および隔膜間の
電解質の通路を破壊しrNa+イオンの通過を封鎖し、
それによって事実上IR低下を増加せしめる。
As mentioned above, in prior art systems, the catalytic electrode that releases chlorine is located at a distance from the diaphragm. The gas is directly deposited in the electrode, forming a gas layer in the gap between the diaphragm and the electrode, which actually destroys the electrolyte passage between the electrode and the diaphragm and blocks the passage of rNa+ ions.
This effectively increases the IR drop.

電  極 テフ[]ンと結合した触媒電極は陽極における塩素過電
圧を最小限に抑止するために、ルテニウム、イリジウム
またはルテニウム−イリジウムのような前述した白金族
金属の還元酸化物を含有する。
The catalytic electrode associated with the electrode teflon contains reduced oxides of the aforementioned platinum group metals, such as ruthenium, iridium, or ruthenium-iridium, to minimize chlorine overvoltage at the anode.

還元ルγ−ウム酸化物は安定な陽極を形成するために塩
素および酸素に対して安定化される。安定化はまず熱的
安定化処理、すなわちルテニウムの還元酸化物を該還元
酸化物の純粋な金属への分解が生起しはじめる温度以下
の温度に加熱することによって行なわれる。たとえば、
還元酸化物は好ましくは350° −750℃に30分
−6時間加熱される。好ましい熱安定化処理は還元酸化
物を550°〜600℃の温度に1時間加熱することに
よって達成される。ルテニウムの還元酸化物を含有する
テフロン結合陽極はさらにそれを黒鉛と混合するかおよ
び/または他の白金族金属の還元酸化物、たとえば(l
r)OXとイリジウム5〜25%の範囲、好ましくはイ
リジウム25%の割合で、あるいは白金、ロジウム等の
還元酸化物と、混合するか、およびさらにバルブ用金属
の還元酸化物、たとえば(Ti )Ox  (好ましく
はTi0X25〜50%)またはタンタルの還元酸化物
(25%またはそれ以上)と混合することによって安定
化される。さらに、安定な長寿命の1極を製造するに際
しては、チタン、ルテニウムおよびイリジウムの還元酸
化物の三元合金(RIJ、II−。
The reduced γ-ium oxide is stabilized against chlorine and oxygen to form a stable anode. Stabilization is first carried out by thermal stabilization, ie heating the reduced oxide of ruthenium to a temperature below the temperature at which decomposition of the reduced oxide to pure metal begins to occur. for example,
The reduced oxide is preferably heated to 350 DEG -750 DEG C. for 30 minutes to 6 hours. A preferred thermal stabilization treatment is accomplished by heating the reduced oxide to a temperature of 550° to 600°C for one hour. A Teflon-bonded anode containing a reduced oxide of ruthenium can be further prepared by mixing it with graphite and/or a reduced oxide of other platinum group metals, e.g.
r) Mixing OX with iridium in a proportion ranging from 5 to 25%, preferably 25% iridium, or with reduced oxides of platinum, rhodium, etc., and further reduced oxides of valve metals, e.g. (Ti). Stabilized by mixing with Ox (preferably Ti0X 25-50%) or reduced oxide of tantalum (25% or more). Furthermore, in producing stable, long-life single poles, ternary alloys of reduced oxides of titanium, ruthenium and iridium (RIJ, II-) are used.

Ti)Oxまたはタンタル、ルテニウムあ′よびイリジ
ウムの還元酸化物の三元合金(RIj、Ir。
Ti) Ox or ternary alloys of reduced oxides of tantalum, ruthenium a' and iridium (RIj, Ir.

Ta)OXをテフロンに結合させて使用するのがきわめ
て有効であることが認められた。三元合金の場合には、
その組成はイリジウムの還元酸化物5〜25◆鹸%、ル
テニウムの還元酸化物約50Φ鯖%、残部がチタンのよ
うな遷移金属であることが好ましい。ルテニウムおよび
チタンの還元酸化物の二元合金については、チタン50
重量%、残部がルテニウムであることが好ましい。勿論
、チタンはルテニウムまたはイリジウムのいずれよりも
はるかに安価であるという追加の利点をもら、したがっ
てwA極の価格を低減させながら、同時に陽極を酸性条
件下で安定化させかつ塩素および酸素の発停に対しても
安定化させる有効な増量剤である。その他の遷移金属、
たとえばニオブ(Nl) )、タンタル<la)、ジル
コニウム(7r)またはハフニウム<Hf )もこの電
極構造体において[1の代替物として使用し術る。
The use of Ta)OX bonded to Teflon has been found to be very effective. In the case of ternary alloys,
The composition is preferably 5 to 25% reduced oxide of iridium, about 50% reduced oxide of ruthenium, and the remainder a transition metal such as titanium. For binary alloys of reduced oxides of ruthenium and titanium, titanium 50
Preferably, the balance by weight is ruthenium. Of course, titanium has the added advantage of being much cheaper than either ruthenium or iridium, thus reducing the price of the wA electrode, while at the same time stabilizing the anode under acidic conditions and reducing chlorine and oxygen release. It is also an effective bulking agent that stabilizes other transition metals,
For example, niobium (Nl), tantalum <la), zirconium (7r) or hafnium <Hf) may also be used as an alternative to [1] in this electrode structure.

貴金属の還元酸化物とチタンまたはその他の遷移金属の
還元酸化物との合金はテフロンと混和されて均質混合物
を形成する。この陽極のテフロン含量はテフ[1ン15
〜50重量%であり得るが、テフロン20〜30重量%
が好ましい。テフロンは1−30の名称でQ upon
t社によって販売されている型のものであるが、その他
のフルオロカーボン類も同様に使用し得る。この陽極に
ついでの負金属等の代表的な添加量は電極表面1C11
’当り0.6−牙であり、好ましい範囲は1〜2−77
cII2である。該陽極のための東電固は電極表面との
良好な接触を果す微細メツシュの白金被覆ニオブのスク
リーンであり得る。陽極用東電閤として使用し得る別の
ものは酸化ルテニウム、酸化イリジウム、遷移金属酸化
物およびそれらの混合物で被覆された膨張チタンスクリ
ーンて゛ある。さらに別の陽極用東電比は陽極板に溶接
または接合によって付着された貴金属もしくは負金属酸
化物被覆スクリーンの形であり得る。
An alloy of reduced oxides of noble metals and reduced oxides of titanium or other transition metals is mixed with Teflon to form a homogeneous mixture. The Teflon content of this anode is Teflon [1-15
~50% by weight, but Teflon 20-30% by weight
is preferred. Teflon is called Qupon with the name 1-30.
Although other fluorocarbons can be used as well. The typical amount of negative metal added to this anode is 1C11 on the electrode surface.
0.6-tusk per ', preferred range is 1-2-77
It is cII2. The TEPCO hardener for the anode can be a fine mesh platinum coated niobium screen that makes good contact with the electrode surface. Another possible use as an anode coating is an expanded titanium screen coated with ruthenium oxide, iridium oxide, transition metal oxides, and mixtures thereof. Yet another anode coating may be in the form of a noble metal or negative metal oxide coated screen attached by welding or bonding to the anode plate.

結合された陽極層を係合する陽極用集電閤は該陽極の触
媒陽極表面層よりも^い塩素過電圧をhする。このこと
は塩素の発生のような電気化学的反応が電流分配器表面
上で生起する確率を低減づる。というのは、これらの反
応は東電朋スクリーンに対してより低い過電圧およびよ
り高いIR低下をもつ触媒陽極表面上でより生起しやす
いからである。
The anode current collector that engages the bonded anode layer has a higher chlorine overpotential than the catalytic anode surface layer of the anode. This reduces the probability that electrochemical reactions, such as chlorine evolution, will occur on the current distributor surface. This is because these reactions are more likely to occur on the catalytic anode surface, which has a lower overvoltage and higher IR drop relative to the TEPCO screen.

陰極は1)[]ン粒子と白金黒とを白金黒の添加≠0.
4〜41R’)/cn’の割合で混合した結合混合物C
゛あることが好ましい。前記したとおり、パラジウム、
金、銀、スピネル、ンンガン、コバルト、ニッケル、黒
鉛のごとき他の触媒物質および陽極上に使用した還元酸
化物(Rulr○×等)を同様に使用し得る。陰極も、
陽極と同様に、カチオン隔膜の表面に結合されかつ埋込
まれていることが好ましい。陰極はきわめて薄い、すな
わち2〜3ミルまたはそれ以下、好ましくは約0.5ミ
ルの厚さでかつ多孔性であり、しかも低いテフ(」ン含
量をもつように形成される。
The cathode was prepared by 1) adding []n particles and platinum black to a condition where the addition of platinum black was ≠0.
Binding mixture C mixed at a ratio of 4 to 41R')/cn'
It is preferable that there be. As mentioned above, palladium,
Other catalytic materials such as gold, silver, spinel, iron, cobalt, nickel, graphite and reduced oxides used on the anode (such as Rulr○x) may be used as well. The cathode also
Like the anode, it is preferably bonded to and embedded in the surface of the cation diaphragm. The cathode is formed to be very thin, ie, 2 to 3 mils or less, preferably about 0.5 mils thick, porous, and with a low Teflon content.

陰極の厚みはきわめで重要であり得る。岸みが増すと陰
極の水またjtNaOH水溶液流通性および浸透性は低
下し、シlこびって陰極電流効率も低下する。薄く(約
0.5〜2.0ミル厚み)白金黒−15%テノロン結合
陰極をもつ電解槽を形成しtご。これらの薄い陰極をも
つ電解槽のw大助率は2902/L NaCp陽極供給
物を用イ88〜91℃で操作した場合、5MのNa O
Hで約80%であった。3.0ミル厚みのRu −黒鉛
陰極を用いた場合には、電流効率は5MのNa0Hr5
4%に減少した。表Aは電流効率CEと陰極の岸みとの
関係を示すものであり、2〜3ミルを越えない厚みをも
つ陰極が最高の性能を与えることを示している。
The thickness of the cathode can be very important. As the roughness increases, the water or jtNaOH aqueous solution flow and permeability of the cathode decreases, and the cathode current efficiency also decreases due to silting. Form an electrolytic cell with a thin (approximately 0.5 to 2.0 mil thick) platinum black-15% tenolone bonded cathode. The w ratio of electrolytic cells with these thin cathodes is 2902/L.
H was about 80%. When using a 3.0 mil thick Ru-graphite cathode, the current efficiency is 5M Na0Hr5.
It decreased to 4%. Table A shows the relationship between current efficiency CE and cathode depth and shows that cathodes with thicknesses not exceeding 2 to 3 mils give the best performance.

表  A 槽    陰   極     陰極の厚み     
  電流効率−(ミル)              
% (MNa  ○ト()1   白金黒      
  2〜3        64 (4,0M)2  
 白金黒        2〜3        73
 (4,bM)3   白金黒        1〜2
        7”:v (3,1M)4   白金
黒        1〜2        82(5M
)5   白金黒        0.5      
  78(5,5M)6  黒鉛上5%白金黒    
 3         78 (3、OM)7  黒鉛
上5%Ru Ox     3         54
 (5,0M>8  白金被覆黒鉛布     10〜
15      57(5M)電極は電極/隔膜境界面
に発生したガスが容易に漏出し得るようにガス透過性に
形成される。その多孔度はNa OHが形成される陰極
/隔膜境界面に水が浸透し得かつ食塩水供給物が隔膜お
よび電極の触媒作用部位に容易に近付き得るようなもの
である。前者、すなわち陰極/隔膜境界面への水の浸透
は、Na OHの形成初期、すなわらNaOHがテフロ
ンを湿潤しかつ電極表面にまで上昇して該電極表面を横
切って流れる水によってさらに稀釈されるようになる以
前に、きわめて高濃度のNa OHを稀釈するのを助長
する。Na OH濃度が最高で゛ある隔膜境界面での稀
釈作用は重要である。陰極における水の浸透を最大限に
達成させるためには、テフロンが疎水性であるのでテフ
ロン含量は15〜30重鰻%を超えるべきではない。
Table A Tank Cathode Cathode thickness
Current efficiency - (mil)
% (MNa ○to()1 Platinum black
2~3 64 (4,0M)2
Shirokane black 2-3 73
(4,bM)3 Shirokane black 1~2
7”:v (3,1M) 4 Shirokane black 1~2 82 (5M
)5 Shirokane black 0.5
78(5,5M)6 5% platinum black on graphite
3 78 (3, OM) 7 5% Ru Ox on graphite 3 54
(5,0M>8 Platinum coated graphite cloth 10~
The 15 57 (5M) electrode is formed to be gas permeable so that gas generated at the electrode/diaphragm interface can easily leak out. The porosity is such that water can penetrate the cathode/diaphragm interface where Na 2 OH is formed and the saline feed has easy access to the catalytic sites of the membrane and electrode. The former, water penetration into the cathode/diaphragm interface, occurs during the initial formation of NaOH, which wets the Teflon and rises to the electrode surface where it is further diluted by water flowing across the electrode surface. Helps dilute very high concentrations of NaOH before it becomes saturated. The dilution effect at the diaphragm interface, where the NaOH concentration is highest, is important. To achieve maximum water penetration at the cathode, the Teflon content should not exceed 15-30% because Teflon is hydrophobic.

良好な多孔性、限定されたテフロン含量、薄い断面およ
び水または稀釈されたNa OHの流通の条骨を満たす
ことによって、Na0t−1濃度は隔膜を超えてNa 
OHの移行が生ずる傾向を減するように制御される。陰
極の構造的特性の制WJおよびNa 0HII度の低下
の目的のための水または稀釈されたNa OH流れの利
用に加えで、陰極側に7ニオン阻止障壁層を設けること
にょっUNa OHの逆移行をさらに低減させることが
できる。
By filling the trabeculae with good porosity, limited Teflon content, thin cross-section and flow of water or diluted NaOH, the Na0t−1 concentration can be increased beyond the diaphragm.
controlled to reduce the tendency for OH migration to occur. In addition to the use of water or diluted NaOH streams for the purpose of controlling the structural properties of the cathode and reducing the WJ and Na0HII degrees, the reverse of UNaOH can be achieved by providing a 7-ion blocking barrier layer on the cathode side. Migration can be further reduced.

陰極用の集電間は、陰極に存在するきわめで腐食性の苛
性アルカリが特に操業休止中に多くの物質を侵すので、
注意深く選定されな番プればならない。集電間はニッケ
ルが苛性アルカリに耐性であるのでニッケル顎スクリー
ンの形をとり冑る。また集電間はステンレス鋼電極板と
それに溶接されたステンレス鋼スクリーンとから構成す
ることもぐきる。苛性アルカリ溶液に耐性であるかある
いは不活性である別の陰極集電間構造体は黒鉛または電
極板にその表面に対して圧接されたーツケルスクリーン
と組合わされた黒鉛である。結合された陰極層を係合す
る陰極集電間は触媒陰極表面よりも高い水素過電圧をも
つ物質から形成される。
The area between the current collectors for the cathode should not be cleaned, as the extremely corrosive caustic alkali present in the cathode will attack many materials, especially during outages.
The numbers must be carefully selected. The current collector takes the form of a nickel jaw screen as nickel is resistant to caustic. The current collecting space may also be comprised of a stainless steel electrode plate and a stainless steel screen welded thereto. Another cathode current collector structure that is resistant or inert to caustic solutions is graphite or graphite in combination with an electrode plate pressed against its surface. The cathode current collectors that engage the bonded cathode layers are formed from a material that has a higher hydrogen overpotential than the catalytic cathode surface.

このこともまた電流分配器上で生起づる水素発生のよう
な電気化学的反応の確率を減少させる。というのは、こ
れらの反応は触媒陰極表面がより低い過電圧をもちかつ
陰極がある程度まで集電間を遮蔽するために陰極表面上
でより生起しゃすいからである。
This also reduces the probability of electrochemical reactions such as hydrogen evolution occurring on the current distributor. These reactions are more likely to occur on the cathode surface because the catalytic cathode surface has a lower overpotential and the cathode shields the current collector to some extent.

隔  膜 隔膜13はイオン輸送選択性を特徴とする安定な水和さ
れたカチオン交換性隔膜であることが好ましい。カチオ
ン交換性隔膜は正電荷をもつナトリウムカチオンを通過
させ、負電荷をもつアニオンの通過を最小限に抑止する
。種々の型のイオン交換樹脂をカチオンの選択的輸送を
与える隔膜の製造に使用し得る。か)る樹脂の二つの型
のものはいわゆるスルホン酸型カチオン交換樹脂および
カルボン酸型カチオン交換樹脂である。好ましい型ぐあ
るスルホン酸型カチオン交換樹脂においては、イオン交
換基はスルホン化によって重合体主鎖に結合された水和
スルホン#!基(803HXH20)である。これらの
イオン交換性酸基は隔膜内部で移動せずに重合体主鎖に
固定的に結合されており、それによって電解質濃度が変
動しないように確保する。
Diaphragm Membrane 13 is preferably a stable hydrated cation exchange membrane characterized by ion transport selectivity. The cation exchange membrane allows the passage of positively charged sodium cations and minimizes the passage of negatively charged anions. Various types of ion exchange resins can be used to make membranes that provide selective transport of cations. Two types of resins are so-called sulfonic acid type cation exchange resins and carboxylic acid type cation exchange resins. In a preferred type of sulfonic acid-type cation exchange resin, the ion exchange group is a hydrated sulfone bonded to the polymer backbone by sulfonation. group (803HXH20). These ion-exchangeable acid groups are fixedly bound to the polymer backbone without movement within the diaphragm, thereby ensuring that the electrolyte concentration does not fluctuate.

前述したとおり、パーフルオロカーボンスルホン酸型カ
チオン交換樹脂隔膜は優れたカチオン輸送を与え、きわ
めて安定であり、酸および強酸化剤に侵されず、優れた
熱安定性をもちかつ本質的に経時変化しないので好まし
いものである。好ましいカチオン重合体隔膜の特定の一
群は商品名” N afion ”として□ upon
t社から販売されているものであり、これらの隔膜はポ
リテトラフルオロエチレン(PTFE)と懸垂スルホン
酸基を含むポリスルホニルフルオライドビニル■−−チ
ルとの水和共重合体である。これらの隔膜はそれらが通
常製造業者から得られる型である水素型r用いられる。
As previously mentioned, perfluorocarbon sulfonic acid type cation exchange resin membranes provide excellent cation transport, are extremely stable, are not attacked by acids and strong oxidants, have excellent thermal stability, and are essentially unchanged over time. Therefore, it is preferable. A particular group of preferred cationic polymeric membranes is available under the trade name "Nafion".
These membranes are a hydrated copolymer of polytetrafluoroethylene (PTFE) and vinyl sulfonyl fluoride containing pendant sulfonic acid groups. These membranes are of the hydrogen type, which is the type they are usually obtained from manufacturers.

所与のスルホン酸型カチオン重合体隔膜のイオン交換能
(IEC)は乾燥重合体12当りの803基のミリ当饅
重置(−illi  −equivalent wei
ght 、 M E W )に関係する。スルホン酸型
基の濃度が高いほどイオン交換能は大であり、したがっ
て水和隔膜のカチオン輸送能も大である。しかしながら
、隔膜のイオン交換能が増加するにつれて水含量が増加
し、隔膜の塩阻止能は減少する。
The ion exchange capacity (IEC) of a given sulfonic acid-type cationic polymer membrane is 803 millimeters per 12 ml of dry polymer.
ght, MEW). The higher the concentration of sulfonic acid type groups, the greater the ion exchange capacity and therefore the greater the cation transport capacity of the hydration membrane. However, as the ion exchange capacity of the membrane increases, the water content increases and the salt rejection capacity of the membrane decreases.

したがって水酸化ナトl) tンムが陰極側から陽極側
に移行する速度はIECとともに増加する。この結果陰
極電流効率(CE)は減少しかつさらに陽極において酸
素の発生が起り、それに伴うすべての望ましくない結果
がもたらされる。したがって、食塩水の電解に使用され
る好ましいイオン交換樹脂隔膜の一例は高いイオン交換
能、1100MEW、の厚み4ミルまたはそれ以上のフ
ィルムにテフ【」ン孔を用いて結合された1 500M
EW、低い水含量<5−15%)、^い塩阻止能をもつ
カチオン交換I/JA#3!IIの厚み2ミルの薄膜か
らなる積鳩体である。か・る積層構造体の一例は商品名
Narion 315としてD upont社からWb
 売すレテ(t’るものである。商業的に入手し得る他
の型の積層構造体はNafion 355,376.3
90,227.214であり、これらはその陰極側が最
適な塩阻止能をもたらす低水含量(5〜15%)の樹脂
の薄層またはiiI膜からなり、一方隔膜の陽極側がイ
オン交換能を増大させる高い水含量の薄膜である構造を
有する。
Therefore, the rate of migration of sodium hydroxide from the cathode side to the anode side increases with IEC. This results in a decrease in cathode current efficiency (CE) and also in the evolution of oxygen at the anode, with all the attendant undesirable consequences. Thus, one example of a preferred ion exchange resin membrane for use in saline electrolysis is a high ion exchange capacity, 1100 MEW, bonded to a 4 mil or thicker film with Teflon holes.
EW, low water content <5-15%), cation exchange I/JA #3 with high salt blocking ability! It is a stacked pigeon body made of a thin film of 2 mils thick. An example of a laminated structure is available from Dupont under the trade name Narion 315.
Other types of laminated structures commercially available are Nafion 355, 376.3.
90,227.214, whose cathodic side consists of a thin layer or III membrane of resin with a low water content (5-15%) that provides optimal salt rejection capacity, while the anode side of the diaphragm increases ion exchange capacity. It has a structure that is a thin film with high water content.

イオン交換膜は苛性アルカリ〈3〜8M>中に1時間浸
漬することによって膜の水含1およびイオン輸送性能を
一定に保持せしめるように調整される。テフロン布によ
って一体に結合されたI441ii隔膜の場合には、該
隔膜またはテフロン布を70%rIaast中で3〜4
時間還流することによって清浄化することが望ましい。
The ion exchange membrane is immersed in caustic alkali <3-8M> for 1 hour to adjust the membrane's water content and ion transport performance to be maintained constant. In the case of I441ii septa bonded together by a Teflon cloth, the septum or Teflon cloth was washed in 70% rIaast for 3 to 4 hours.
It is desirable to clean by refluxing for a period of time.

既に簡単に指摘したごとく、陰極側の障壁層は水吸収パ
ースルホン酸基基準で低い水含量によって特徴づけられ
るべきである。これはより効率的なアニオン(水酸イオ
ン)阻止能をもたらす。水酸イオンを封鎖または阻止す
ることによって、苛性アルカリの逆移動は実質的に低減
され、それによって槽の電流効率は増加しかつ陽極にお
ける酸素の発生は減少ダる。別の積層構造体では、隔膜
の陰極側の層を化学的に変性させる。たとえば重合体の
表面層における官能基をスルホン酸型の隔膜よりも低い
水吸収量をもつように変性させる。
As already briefly pointed out, the barrier layer on the cathode side should be characterized by a low water content, based on water-absorbing persulfonic acid groups. This results in more efficient anion (hydroxide) rejection. By sequestering or blocking the hydroxide ions, caustic backmigration is substantially reduced, thereby increasing cell current efficiency and reducing oxygen evolution at the anode. In another layered structure, the layer on the cathode side of the diaphragm is chemically modified. For example, the functional groups in the surface layer of the polymer are modified to have lower water absorption than sulfonic acid type membranes.

これは重合体の表面層をスルホンアミド基の層を形成す
るように反応させることによって達成される。スルホン
アミド型表面層を形成するためには種々の反応を利用し
得る。か)る方法の一つはスルホニルフルオライド型C
ある“N afion n隔膜の表面をエチレンジアミ
ン(EDA)のようなアミンと反応させて置換スルホン
アミド隔膜を形成させる方法である。このスルホンアミ
ド層はアニオンに対してきわめて有効な障壁層として作
用する。陰極側で水酸アニオンを阻止することによって
、苛性アル乃り(Na OH>の逆移動は明らかに実質
的に減少jる。
This is accomplished by reacting the surface layer of the polymer to form a layer of sulfonamide groups. Various reactions can be used to form the sulfonamide type surface layer. One way to do this is to use sulfonyl fluoride type C.
A method in which the surface of a certain Nafion membrane is reacted with an amine such as ethylene diamine (EDA) to form a substituted sulfonamide membrane. This sulfonamide layer acts as a highly effective barrier layer for anions. By blocking the hydroxyl anion on the cathode side, the back migration of the caustic alkali (NaOH) is clearly substantially reduced.

電極の製造 ルテニウム、イリジウム、ルテニウム−イリジウム等の
白金族金属の還元酸化物はそれ単独でまたはチタンのよ
うな遷移金属の還元酸化物または黒鉛とともにテフロン
粒子と結合されて多孔質ガス透過性の触媒電極を形成す
るが、その製造は混合された金属塩を過剰のナトリウム
塩、たとえば硝M塩、炭酸塩等の存在または不存在下で
熱分解することによって達成される。実際的製造法はイ
リジウム、チタンまたはルテニウムの熱分解性ハログン
化物、たとえば塩化イリジウム、塩化ルーニウムまたは
塩化チタンのようなこれら金属の塩を含有させることに
よる白金製造のアダハス法の改良法である。−例として
、くルテニウム、イリジウム)0×二元合金の場合には
、微細分状のルテニウムおよびイリジウムの塩を合金中
におい(希望されるルテニウムおよびイリジウムの◆錫
化と同〜の割合で混合し、これに過剰婦の’ie4Mt
トリウムまたは等価のアルカリ金属塩を配合しそして混
合物をシリカ皿中で500℃〜600’Cr3時間溶融
させる。残渣を残存する硝酸塩およびハ[]ゲン化物を
除去するに十分な程度に洗滌する。
Electrode Manufacture Reduced oxides of platinum group metals such as ruthenium, iridium, ruthenium-iridium, alone or together with reduced oxides of transition metals such as titanium or graphite, are combined with Teflon particles to form porous gas-permeable catalysts. Electrodes are formed, the manufacture of which is accomplished by pyrolyzing the mixed metal salts in the presence or absence of excess sodium salts, such as nitrous salts, carbonates, etc. A practical method of production is a modification of the Adahus process for platinum production by incorporating pyrolizable halogenides of iridium, titanium or ruthenium, such as salts of these metals such as iridium chloride, luium chloride or titanium chloride. - For example, in the case of 0x binary alloys (ruthenium, iridium), finely divided salts of ruthenium and iridium are placed in the alloy (mixed in the same proportion as the desired ruthenium and iridium ◆tannification). And this is the excessive woman'ie4Mt
Thorium or equivalent alkali metal salt is incorporated and the mixture is melted in a silica dish at 500°C to 600'Cr for 3 hours. The residue is washed sufficiently to remove any remaining nitrates and halides.

得られる混合されかつ合金化された酸化物の懸濁物を電
解炭素還元技術(e+ectrocarbon red
LIct i。
The resulting mixed and alloyed oxide suspension was subjected to electrolytic carbon reduction technology (e+electrocarbon red).
LIct i.

n technique )を使用することによっであ
るいは別法として水素を混合物を通じて泡出させること
によって至謳で還元する。生成物を十分に乾燥し粉砕し
そしてナイロン網スクリーンを通して篩分) 番ノする。篩分は後、粒子は鋳型的には37ミク[1ン
(μ)の粒径を有する。
(n technique) or alternatively by bubbling hydrogen through the mixture. The product is thoroughly dried, ground and sieved through a nylon mesh screen. After sieving, the particles have a particle size of 37 μm (μ).

ルテニウムおよびイリジウムの還元酸化物の合金はつい
て500〜600’Cに1時間加熱することによって熱
安定化される。電極は白金族金属の熱安定化された還元
酸化物を゛テフ[]ン″ポリテトラフルオロエチレン粒
子と混合することによって製造される。か・るテフロン
粒子の適当な一例はテフ[1ンr−30の名称でD u
pont社によって販売されているものである。
The alloy of reduced oxides of ruthenium and iridium is then thermally stabilized by heating to 500-600'C for 1 hour. The electrode is made by mixing a thermally stabilized reduced oxide of a platinum group metal with "Teflon" polytetrafluoroethylene particles. One suitable example of such Teflon particles is Teflon particles. -Du with the name of 30
It is sold by Pont.

Ru Qxのような貴金属の還元酸化物はその安定性を
改善しかつ貴金属の使用量を減する(0゜51S/am
’)ために黒鉛、遷移金属炭化物、遷移金属のような8
1電性担体と混合し得る。
Reduced oxides of precious metals such as Ru Qx improve their stability and reduce the use of precious metals (0°51 S/am
') for graphite, transition metal carbide, transition metal like 8
Can be mixed with monoelectric carriers.

黒鉛−ルテニウムの場合には、粉末黒鉛(たとえば−1
−オンオイル社製[〕oco grap旧しe 174
8)を15〜30%のテフロン(たとえばT−30)と
混合し、この黒鉛−テフロン混合物を還元金j1fs化
物と混合する。
In the case of graphite-ruthenium, powdered graphite (e.g. -1
- Manufactured by On Oil [oco grap old e 174]
8) with 15-30% Teflon (e.g. T-30) and mix this graphite-Teflon mixture with reduced gold jlfside.

貴金属粒子およびテフロン粉子の混合物まlcは黒鉛お
よび還元酸化物粒子の混合物を型に装入しそして組成物
がデカルコマニア型(deca l torII)に焼
結されるまで加熱し、ついでそれを隔膜の表面に圧力お
よび熱の適用によって結合させかつ埋込む。電極を隔膜
に結合させかつ埋込むために種々の方法を使用し得る。
A mixture of noble metal particles and Teflon powder is charged into a mold with a mixture of graphite and reduced oxide particles and heated until the composition is sintered into a decal II shape, which is then sintered into a diaphragm. bonding and embedding by application of pressure and heat to the surface of. Various methods can be used to attach and implant the electrodes to the septum.

その−例は本出願人自身の米国特許第3.134.69
7号明細綱に記載の方法である。この方法では、電極構
造体を部分重合されたイオン交換膜の表面に圧接し、そ
れによって焼結された多孔質、ガス吸収性粒子混合物を
隔膜に一体的に結合させかつそれを隔膜表面に埋込ませ
る。
An example is my own U.S. Pat. No. 3.134.69.
This is the method described in Item 7. In this method, the electrode structure is pressed onto the surface of a partially polymerized ion exchange membrane, thereby integrally bonding the sintered, porous, gas-absorbing particle mixture to the membrane and embedding it into the membrane surface. let them get involved.

プロセスパラメータ 基糸の発生はNaClのようなアルカリ金属塩化物水溶
液を陽極液室に導入することによって行なわれる。供給
速度は好ましくは200〜2000a/分/平方フィー
ト/100ASF−の範囲で゛ある。食塩水溶液濃度は
2,5〜5M(150〜30(1/l)の範囲であるべ
きであり、陰極電流効率は濃度とともに直線的に増加す
るので〜300n/pにおける5モル溶液が好ましい。
Process Parameters Base yarn generation is carried out by introducing an aqueous alkali metal chloride solution, such as NaCl, into the anolyte chamber. The feed rate is preferably in the range of 200 to 2000 A/min/ft2/100 ASF. The saline solution concentration should be in the range 2,5-5 M (150-30 (1/l)), with a 5 molar solution at ~300 n/p being preferred since cathodic current efficiency increases linearly with concentration.

同時に、食塩水濃度が増加すると水の電解・に基づく陽
極におりる酸素の発生は減少する。陽極液濃度が低下す
るにつれて、NaCfと接触反応部位を争う陽極に存在
する水の相対鰻は増加するので酸素の発生は増大する。
At the same time, as the saline concentration increases, the generation of oxygen at the anode due to water electrolysis decreases. As the anolyte concentration decreases, the relative amount of water present at the anode to compete for contact reaction sites with NaCf increases and thus oxygen evolution increases.

その結果、追加量の水が電解されて陽極において11!
素を生成づる。陽極における水の電解はさらに陰極効率
をも低下させる。というのは水の電解によって生成する
水素イオンH4は隔膜を横切って移動して水酸イオン(
OH−)と結合して水を生成し、したがって苛性アルカ
リの生成に利用される水酸イオンを減するからである。
As a result, an additional amount of water is electrolyzed at the anode.
Generate elements. Water electrolysis at the anode further reduces cathode efficiency. This is because hydrogen ions H4 produced by water electrolysis move across the diaphragm and form hydroxide ions (
This is because it combines with OH-) to produce water and thus reduces the hydroxide ions available for the production of caustic alkali.

前述のごとく陽極液室に導入される食塩水溶液の流速を
特定の範囲に保持することによって陽極には新しい原料
供給物が絶えず供給される。
As previously discussed, by maintaining the flow rate of the saline solution introduced into the anolyte chamber within a specified range, the anode is constantly supplied with fresh feedstock.

供給速度が低下すると原料の?l!l貿時間、特に費消
された食塩水供給物の滞留時間が増加する。相対的に高
い水含帰をもつか)る費消された原料が陽極により長く
存在すると水の電解が増加し、それに伴って81I素が
生成されかつ隔膜を横切って水素イオンの移動が起る傾
向がもたらされる。したがって食塩水溶液の濃度水準お
よびその供給速度はともに陽極における酸素の発生およ
び隔膜を通じての水素イオンの移動に影響する。
of raw materials when the feed rate decreases? l! The transaction time, especially the residence time of the spent saline feed, increases. The longer the spent material (with a relatively high water content) remains at the anode, the more likely it is that the electrolysis of water will increase, with the concomitant production of 81I elements and migration of hydrogen ions across the membrane. is brought about. Therefore, both the concentration level of the saline solution and its feed rate affect the evolution of oxygen at the anode and the migration of hydrogen ions through the diaphragm.

さらに電解を超大気圧下で行なうことはガス状゛電解生
成物の除去を増進させるために望ましいであろう。陽極
液室および陰極液室を大気圧より高い圧力に加圧すると
電極において形成される気泡の大きさを減少させる。
Additionally, it may be desirable to conduct the electrolysis under superatmospheric pressure to enhance the removal of gaseous electrolysis products. Pressurizing the anolyte and catholyte compartments to a pressure above atmospheric pressure reduces the size of bubbles that form at the electrodes.

より小さい気泡は著しくより容易に電極および電極表面
から分離され、それによって電解槽からのガス状電解生
成物の除去はより容易に達成される。さらに電極表面に
おけるガス状膜−それは陽極液および陰極液が電極に速
やかに接近するのを阻止し得る−の形成を排除しまたは
最小限度に阻止するという追加の利点が得られる。−り
の電極のみを隔膜に結合した型の混成槽(hybrid
cel l )構造の場合には、気泡の大きさが減少す
ることによりガスによる遮蔽および非結合電極と隔膜間
の間隙における物質移動の減少(“気泡効果パに基づ<
IR低下)は減少する。これは電解質の通路の妨害(よ
より小さな気泡の場合にはより少ないからである。
Smaller gas bubbles are significantly more easily separated from the electrode and electrode surface, whereby removal of gaseous electrolysis products from the electrolytic cell is more easily accomplished. Furthermore, the additional advantage is obtained of eliminating or minimizing the formation of gaseous films on the electrode surfaces, which can prevent the rapid access of anolyte and catholyte to the electrodes. A type of hybrid tank in which only two electrodes are connected to a diaphragm.
In the case of the cell structure, the reduction in the size of the bubbles results in a reduction in gas shielding and mass transfer in the gap between the non-bonding electrode and the membrane (based on the "bubble effect parameter").
IR reduction) decreases. This is because the obstruction of the electrolyte passage is less in the case of smaller bubbles.

酸素発生 既に指摘したごとく、水の電解に基づくlli!極にお
ける酸素の発生は流速を前記範囲に保持することおよび
食塩水濃度を高く保持することによって最小限に抑制さ
れ得る。しかしながら、酸素はまた陰極からの水酸化ナ
トリウムの逆移動によっても陽極において発生し得る。
Oxygen generation As already pointed out, lli! is based on water electrolysis! Oxygen evolution at the poles can be minimized by keeping the flow rate within the above range and keeping the saline concentration high. However, oxygen can also be generated at the anode by back migration of sodium hydroxide from the cathode.

Na OHは隔膜境界面にお(〕る高い濃度勾配および
前述のごとく隔膜の水含量の関数て°あるカチオン隔膜
の制限された塩阻止能のために隔膜を越えで移動する。
NaOH migrates across the diaphragm due to the high concentration gradient across the diaphragm interface and the limited salt-stopping capacity of the cationic diaphragm, which is a function of the water content of the diaphragm, as discussed above.

5MのNaOH溶液については、陰極で形成された水酸
化ブトリウムの5〜30重ω%程度の鏝が使用される隔
膜に応じて隔膜を越えて逆移動する。酸素はON−の電
気化学的酸化によって次式に従って陽極で生成する。
For a 5M NaOH solution, a trowel of about 5 to 30 wt. % of butrium hydroxide formed at the cathode moves back across the diaphragm depending on the diaphragm used. Oxygen is produced at the anode by electrochemical oxidation of ON- according to the equation:

40H−→2H20+02 +48− 苛性アルカリの移動に基づいて陽極で生成する酸素の容
量%は苛性アルカリの重量%の約十である。したがって
、苛性アルカリの5〜30重鰺%が陽極に逆移動すると
すれば2す〜15容−%の酸素が発生するであろう。前
述したとおり、苛性アルカリの陽極への移動は隔膜の陰
極側が隔膜のアニオンく水酸イオン)阻止能を増加さぜ
る^い5鍮重量、低い水含量をもつカチオン交換樹脂の
層または反映である積層隔膜またはその他の隔膜を使用
することによって制限し得る。
40H-→2H20+02 +48- The volume percent of oxygen produced at the anode based on the transfer of caustic is about ten of the weight percent of the caustic. Therefore, if 5-30% of the caustic were to be transferred back to the anode, 2-15% by volume of oxygen would be evolved. As previously mentioned, the migration of caustic to the anode is caused by the fact that the cathode side of the diaphragm is coated with a layer of cation-exchange resin or a cation-exchange resin with a low water content, which increases the diaphragm's anion (hydroxyl ion) blocking ability. This may be limited by the use of certain laminated or other diaphragms.

しかしながら、隔膜の塩阻止能を増強することによって
隔膜を横切る苛性アルカリの移動を最小限度に阻止する
ことに加え、陽極におけるM木の生成は食塩水溶液を酸
性化することによってさらに減少せしめ得る。酸性化さ
れた食塩水溶液からの水素イオン(H+)は水酸イオン
〈OH″)と結合しそしてこれが水酸イオンの酸化を阻
止する。
However, in addition to minimizing caustic migration across the membrane by enhancing the salt-rejection capacity of the membrane, M-tree formation at the anode can be further reduced by acidifying the saline solution. Hydrogen ions (H+) from the acidified saline solution combine with hydroxide ions (OH'') and this prevents oxidation of the hydroxide ions.

酸素の発生は少なくとも0.25MのHCIの添加によ
って位数−桁(magnitude )の程度またはそ
れ以上だけ(II素5〜10容量%から0.2〜0.4
容量%まで)減少せしめ得る。HCIがOl、25Mよ
りも低濃度である場合には、酸素の発生は0.2〜0.
4各船%から速やかに通常観察される水準、すなわち5
〜10容量%まで上昇する。
Oxygen evolution is reduced by an order of magnitude or more (0.2-0.4 from 5-10% by volume of II element) by the addition of at least 0.25M HCl.
% by volume). When HCI is at a lower concentration than Ol, 25M, the oxygen evolution is between 0.2 and 0.
4 The level normally observed from each ship% immediately, i.e. 5
It increases to ~10% by volume.

本発明の方法および電解槽の最適の操業のためには、食
塩水の純度は高くなければならず、換言すればCa+1
.M!11”含量は低くなければならない。カルシウム
およびマグネシウムイオン含量は原料食塩水中のカルシ
ウムおよびマグネシウムイオンが隔膜中に交換すること
による隔膜の劣化を回避づるために、0.5ppmまた
はそれ以下に保持されるべきである。20 ppm以上
の濃度では電解槽の性能は数日以内に著しく劣化する。
For optimal operation of the method and electrolyzer of the invention, the purity of the saline water must be high, in other words Ca+1
.. M! 11" content should be low. Calcium and magnesium ion content is kept at 0.5 ppm or less to avoid deterioration of the membrane due to exchange of calcium and magnesium ions in the raw saline into the membrane. At concentrations above 20 ppm, the performance of the electrolyzer deteriorates significantly within a few days.

その結束、食塩水溶液はカルシウムおよびマグネシウム
イオンの合計含量を2pp−以下、好ましくは0゜5 
ppH以下に保持するように精製されなければならない
The combined, saline solution has a total content of calcium and magnesium ions of less than 2 pp-, preferably 0.5
It must be purified to keep it below ppph.

300ASFにおいては、結合電極型電解槽の作動電圧
は電極の組成に応じC2,9〜3.6ボルトであり、そ
の場合原料は80〜90℃の温度に保持されるのが好ま
しい。これは摺電圧および慣の全効率はより高い操作温
度において実質的に改良されるからである。たとえば、
300ASトで作動するかつルテニウム−イリジウム混
合物のテフロンと結合された還元酸化物を用いる電解槽
を種々の温度で操作した場合、90″C′C−は摺電圧
は3.02ボルトであり、35℃では摺電圧は3゜6ボ
ルトに上昇した。また200アンペア/平hフイート(
ASF)、90℃で操作した電解槽は2.6ボルトの摺
電圧を必要とした。これと同一の電流密度で、たりし3
5℃で操作した場合、摺電圧は3.15ボルトに上昇し
た。したがって全体の操作効率の観点からは80〜90
℃の温度範囲が好ましい。前述のごとく、摺電圧はより
低い電流密度において低下するが、300アンペア/平
方フイートまたはそれ以上の電流密度における操作が資
本設備費、すなわち−日当りの塩素および/または苛性
アルカリの所与の生産口を与えるに要する装置の大きさ
および価格の見地から経済的であるので、か)る電流密
度での操業が好ましい。
At 300 ASF, the operating voltage of the coupled electrode electrolyzer is C2,9 to 3.6 volts depending on the composition of the electrodes, in which case the feedstock is preferably maintained at a temperature of 80 to 90C. This is because the sliding voltage and overall efficiency of operation are substantially improved at higher operating temperatures. for example,
When an electrolytic cell operating at 300 AS and using a reduced oxide combined with Teflon of a ruthenium-iridium mixture was operated at various temperatures, 90"C'C- had a sliding voltage of 3.02 volts and 35 ℃ the sliding voltage increased to 3°6 volts and 200 amps/h ft (
ASF), the electrolyzer operated at 90° C. required a sliding voltage of 2.6 volts. At the same current density, 3
When operated at 5°C, the sliding voltage increased to 3.15 volts. Therefore, from the perspective of overall operational efficiency, it is 80 to 90.
A temperature range of 0.degree. C. is preferred. As previously mentioned, the sliding voltage decreases at lower current densities, but operation at current densities of 300 amps/sq. Operation at such current densities is preferred since it is economical in terms of the size and price of the equipment required to provide the current density.

電解槽の材質は陽極液室の場合には食塩水および塩素に
耐性または不活性であるもの、−万陰極液室の場合には
高濃度苛性アルカリおよび水素に耐性であるものである
。たとえば電解槽の端末機は純チタンまたはステンレス
鋼製、ガスケットはト1) D Mのような充填ゴム型
のもので構成される。
The material of the electrolytic cell is one that is resistant or inert to saline and chlorine in the case of the anolyte compartment, and resistant to high concentrations of caustic alkali and hydrogen in the case of the catholyte compartment. For example, the terminal of the electrolytic cell is made of pure titanium or stainless steel, and the gasket is of a filled rubber type such as T1) DM.

陽極集電器は前述したごとく、白金被覆ニオブ金網、チ
タン板にとりつけられたRuQx、Ir0X、遷移金属
酸化物またはそれらの混合物で被覆されたチタン膨張金
網またはパラジウム−チタン板にとりつけられた結合貴
金属または貴金属酸化物被覆金網から製造し得る。陰極
集電並はニッケル、軟鋼またはステンレスw4根に溶接
されたステンレス鋼製金網またはニッケル金網を固定し
た根て゛あり得る。苛性アルカリに耐性または不活性で
ありかつ水素による脆化を受けない黒鉛のような他の材
料を陽極集電器の製造に用いることもできる。
The anode current collector may be a platinum-coated niobium wire mesh, a titanium expanded wire mesh coated with RuQx, Ir0X, a transition metal oxide, or a mixture thereof mounted on a titanium plate, or a bonded precious metal or bonded noble metal mesh mounted on a palladium-titanium plate, as described above. It may be manufactured from noble metal oxide coated wire mesh. The cathode current collector may be a base made of nickel, mild steel, or stainless steel W4 with a stainless steel wire mesh or a nickel wire mesh welded to the base. Other materials such as graphite that are caustic resistant or inert and not susceptible to hydrogen embrittlement can also be used in the manufacture of the anode current collector.

既に指摘したとおり、これらの集電朋用祠料はいずれも
陰極の場合にはより高い水素過電圧を、また陽極の場合
にはより高い塩素過電圧をもち、したがって水素および
/または塩素を定住するような電気化学的反応は電極の
触媒作用をもつ表向、特に触媒陽極と隔膜との境界面で
優先的に生起する。 。
As already pointed out, all of these current collectors have a higher hydrogen overpotential in the case of the cathode and a higher chlorine overpotential in the case of the anode, and therefore are more likely to settle hydrogen and/or chlorine. Electrochemical reactions occur preferentially on the catalytic surface of the electrode, particularly at the interface between the catalytic anode and the diaphragm. .

実施例 隔膜中に埋込まれたテフロン結合崗金属運几酸化物電極
を有するイオン交換隔膜を組込んだ電解槽を製作しそし
て食塩水溶液の電解における該電解槽の有効性に関係す
る種々のパラメーターの効果を説明しかつ特に槽の作動
電圧特性を説明するために試験した。
EXAMPLE An electrolytic cell incorporating an ion-exchange membrane with a Teflon-bonded metal-carrying oxide electrode embedded in the membrane was fabricated and various parameters related to the effectiveness of the electrolytic cell in the electrolysis of saline solutions were investigated. were tested to illustrate the effect of the cell and especially to illustrate the operating voltage characteristics of the cell.

第1表には貴金属還元酸化物の種々の組合せが摺電圧に
及ぼす影響を説明する。電解槽はテフ[]ン粒子と結合
されかつ厚さ6ミルのカチオン隔膜中に埋込まれた貴金
属還元酸化物の種々の特定の組合せからなる電極を備え
るように製作された。
Table 1 illustrates the effect of various combinations of noble metal reduced oxides on sliding voltage. Electrolysers were constructed with electrodes consisting of various specific combinations of noble metal reduced oxides combined with Teflon particles and embedded in a 6 mil thick cationic membrane.

各電解槽は90℃で300アンペア/平方フイートの電
流密度で、5M濃度の食塩水溶液供給物を200〜20
00cc/分の供給速度で用いて操作した。
Each electrolyzer was charged with a 5M saline solution feed of 200 to 200 ml at a current density of 300 amps/sq. ft. at 90°C.
It was operated using a feed rate of 00 cc/min.

比較用電解槽は従来技術に従っUrallllから離し
て配置した4払安定化陽極(DSA>および同様に離し
で配置したステンレスS+製陰極金網を得たものぐあり
、この対照試験用電解槽も同じ条件で操作した。
The comparative electrolytic cell had a four-way stabilizing anode (DSA) placed apart from the Urallll according to the prior art and a stainless steel S+ cathode wire mesh placed separately in the same way, and this comparative test electrolytic cell was also the same. operated under the conditions.

この試験データから、本発明の方法では、槽の作動電位
は2.9〜3.6ボルトの範囲であることが容易に観察
される。従来技朔による典型的な電解槽(対照電解槽N
oy4)と比較した場合、同一作動条件下で・0.6〜
1.5ボルトの摺電圧の改良が達成されている。操作効
率およびそれによってもたらされる経済的利益はきわめ
て明白で第1表 槽噸    隣    極    陰     極  
  食塩水供給物  電流密度2    6岬/−4岬
/− (R025%Ir’)OX    pt I     
              5°03      6
’f/aw’ (Ru  2!4Ir’)OX 54wII/−4岬/−3o。
From this test data, it is readily observed that in the method of the present invention, the cell operating potential is in the range of 2.9 to 3.6 volts. Typical electrolytic cell by conventional technology (control electrolytic cell N
0.6~ under the same operating conditions when compared with oy4)
A sliding voltage improvement of 1.5 volts has been achieved. The operational efficiency and the economic benefits it brings are very obvious.
Saline feed Current density 2 6 capes/-4 capes/- (R025%Ir')OX pt I
5°03 6
'f/aw' (Ru 2!4Ir') OX 54wII/-4 Cape/-3o.

(Ru 50嘔Ti)OX   Pt黒6     4
 ’af/sw”     41197−300(Ru
 254Ir−25噂Ta)OX  pt黒7    
  6岬/−2岬/cal”            
         5 o 。
(Ru 50 vomit Ti) OX Pt black 6 4
'af/sw' 41197-300 (Ru
254Ir-25 rumor Ta) OX pt black 7
6 cape/-2 cape/cal”
5 o.

(Rub!−黒鉛)       Pt %8    
 6q/ew”      4岬/a/       
        300(uuoz)      pt
黒 9      6Mf/al       4岬/lJ
                     5 n 
0(Ru−5Ir)OX   Pt黒 I D     2 ”I/am’      4 W
q/ml                500(I
rOx)    Pt黒 112 ”F/ml”      4 ’9/at” 
               S 00(IrM) 
  Pt黒 摺電圧 温度  C,L   隔   膿afion 2990°  66%  Dupont 1500 E
VNafl、0わ 4.2−4.4  90°  81%   Dupon
t 4500 EVafxon 315  Naflon 10   90’   89%   Dupont 1
lafion315  Nafion 5.4   80085qk   Dupont 15
00KW  Nafion 14−17  90’   75%   Dupont
 4500 EVafion 第1表の槽No、7と同様の電解槽を製作しそして飽和
食塩水溶液供給物を用い90”Cで操作した。摺電圧(
V)を電流密度(ASF)の関数としで観測して第■表
に示す。
(Rub!-Graphite) Pt%8
6q/ew” 4 Cape/a/
300 (uuoz) pt
Black 9 6Mf/al 4 Cape/lJ
5 n
0(Ru-5Ir)OX Pt black ID 2 ``I/am' 4 W
q/ml 500(I
rOx) Pt black 112 "F/ml"4'9/at"
S00(IrM)
Pt Kurosuri Voltage Temperature C, L Separation Pusafion 2990° 66% Dupont 1500 E
VNafl, 0wa 4.2-4.4 90° 81% Dupon
t 4500 EVafxon 315 Naflon 10 90' 89% Dupont 1
lafion315 Nafion 5.4 80085qk Dupont 15
00KW Nafion 14-17 90' 75% Dupont
4500 EVafion An electrolytic cell similar to cell No. 7 in Table 1 was constructed and operated at 90"C with a saturated saline solution feed. Sliding voltage (
V) was observed as a function of current density (ASF) and is shown in Table 2.

第  H表 摺電圧(V)    電流密度(ASF)3、2   
400 2、9   300 2、7   200 2.4   100 このデータは槽の作動電圧は電流密度の減少につれて減
少することを示している。しかしながら、電流密度対摺
電圧の関係は塩素の電解の運転経費と資本設備費との間
の均vki(a trade −oH)の問題である。
No. H Surface voltage (V) Current density (ASF) 3, 2
400 2,9 300 2,7 200 2.4 100 This data shows that the cell operating voltage decreases as the current density decreases. However, the relationship between current density and sliding voltage is a matter of the trade-off between operating costs and capital equipment costs for chlorine electrolysis.

しかしながら、きわめC高い電流密度(300〜400
ASF)においてさえ、本発明の塩素製造法においては
摺電圧の顕著な改良(1ボルトまたはそれ以上の)が達
成される。
However, extremely high current density (300-400
Even in ASF), significant improvements in sliding voltage (of 1 volt or more) are achieved in the chlorine production process of the present invention.

第m表は酸素発生に対する陰極電流効率の影響を説明す
るものである。カチオン隔膜中に埋込まれたテフロン結
合貴金属還元酸化物触媒陽極および陰極を備えた電解槽
を、90’Cで、飽和食塩水濃度で、300ASFの電
流密度でかつ電極面積1平hインチ当り毎分2〜5cc
の供給速度で操作した。塩素中の酸素の容量%を陰極電
流効率の関数として測定した。
Table m illustrates the effect of cathode current efficiency on oxygen evolution. An electrolytic cell with a Teflon-bonded noble metal reduced oxide catalyst anode and cathode embedded in a cation diaphragm was heated at 90'C, at a saturated saline concentration, at a current density of 300 ASF and at a current density of 300 ASF per square inch of electrode area. min 2~5cc
It was operated at a feed rate of . The volume percent of oxygen in chlorine was measured as a function of cathodic current efficiency.

第  m  表 陰極電流効率(%) 酸素発生−(容量%)89   
     2、2 86        4、0 84         b、 8 80        8、9 第1V表は食塩水溶液の酸性化が酸素発生に与える制御
効果を説明するものである。塩素中の酸素の容φ%を食
塩水溶液中の種々の濃度の1」clについて測 4ゴ二二て−二 東−]−二1 0. 05            2. 50.07
5         1. 50、 1       
      0. 90、 15          
0.50、 25           0. 4この
データから逆移動したOH”の電気化学的酸化に起因す
る酸素の発生はOH−をH+と優先的に化学反応させて
H2Oを形成させることにより減少することが明らかで
ある。
Table m Table Cathode current efficiency (%) Oxygen evolution - (volume %) 89
2,2 86 4,0 84 b, 8 80 8,9 Table 1V illustrates the controlling effect that acidification of saline solutions has on oxygen evolution. The volume φ% of oxygen in chlorine was measured for various concentrations of 1" cl in saline solution. 05 2. 50.07
5 1. 50, 1
0. 90, 15
0.50, 25 0. 4 It is clear from this data that oxygen evolution due to electrochemical oxidation of back-transferred OH'' is reduced by preferentially chemically reacting OH- with H+ to form H2O.

第1表の槽NO31と同様の電解槽を組Alてそして0
.2MのHCIで酸性化した飽和NaCl原料を用い3
00ASFで操作した。摺電圧を35〜90℃の種々の
操作温度で測定した。
Assemble an electrolytic cell similar to cell No. 31 in Table 1 and
.. 3 using a saturated NaCl feed acidified with 2M HCl.
It was operated at 00ASF. The sliding voltage was measured at various operating temperatures from 35 to 90°C.

第1表の槽No、7と同様の電解槽を組立てそして29
(1/L (〜5M)のNaC1)原Ft(1!性化し
ないもの)を用い20OASFで操作した。
Assemble an electrolytic cell similar to tank No. 7 in Table 1 and
(1/L (~5M) NaCl) raw Ft (1! non-sexualized) was used at 20 OASF.

摺電圧を35〜90℃の種々の操作温度で測定した。こ
のデータを300ASF基準に換酔した。
The sliding voltage was measured at various operating temperatures from 35 to 90°C. This data was converted to 300 ASF standard.

第  V  表 五45  工50(五15)    hs五38  五
50(L9&)45 五2 五20(2,9)    55 五15  五12(2,78)    !5110  
AO5(472)    75405 2−97(2,
45)    85このデータは80〜90℃の範囲で
最良の作動電圧が得られることを示している。しかしな
がら35℃においてさえ、本発明の方法および電解槽を
用いた場合の摺電圧は90℃で操作する従来技矯による
塩素電解槽よりも少なくとも0.5ボルトは優れている
ことに注目すべきである。
Chapter V Table 545 Engineering 50 (515) hs 538 550 (L9&) 45 52 520 (2,9) 55 515 512 (2,78)! 5110
AO5 (472) 75405 2-97 (2,
45) 85 This data shows that the best operating voltage is obtained in the range of 80-90°C. However, it should be noted that even at 35°C, the sliding voltage using the method and electrolyzer of the present invention is at least 0.5 volts better than a conventional chlorine electrolyzer operating at 90°C. be.

化学的に変性されたスルホンアミド層の形のアニオン阻
止用陰極側障壁層をもつ複合隔膜を備えた多数の電解槽
を組立てた。これらの隔膜(ま商品名Nafionとし
てE 、  I 、 DuDOnt社から販売されてい
る型の障さ7.5ミルの隔膜であった。この隔膜の陰極
側は水酸イオン阻止能を向上させかつ苛性アルカリの陽
極側への逆移動を最小限に抑止するためにエチレンジア
ミン<FDA>と反応させてスルホンアミド障壁層を形
成させることによって1.5ミルの厚さまで変性させた
。(Ru25 1r)Ox粒子と20%の王−30テフ
ロン結合剤とからなり、貴金属含116 m7/cm2
である陽極をこの隔膜に結合させた。−万白金黒粒子と
15%の1−30テフロン結合剤とからなり白金金14
1’iJ/ee+2である陰極をこの隔膜の反対側に結
合させた。
A number of electrolytic cells were assembled with composite membranes having an anion-blocking cathode-side barrier layer in the form of a chemically modified sulfonamide layer. These diaphragms were 7.5 mil diaphragms of the type sold by E, I, DuDOnt under the trade name Nafion. The (Ru25 1r) Ox particles were modified to a thickness of 1.5 mils by reaction with ethylenediamine <FDA> to form a sulfonamide barrier layer to minimize back migration of alkali to the anode side. and 20% King-30 Teflon binder, containing 116 m7/cm2 of precious metals.
An anode of: - Platinum gold 14 consisting of platinum black particles and 15% 1-30 Teflon binder
A cathode of 1'iJ/ee+2 was attached to the opposite side of the septum.

280〜3151/IのNa Cj!Iliをもつ食塩
水溶液を陰極室に供給しかつ蒸留水を陰極室に供給した
。これらの電解槽を304アンペア/平万フイート(△
5F−)の@流密度および85〜90℃の湿度で・操作
して、複合アニオン阻止障壁層を用いでつぎに示す摺電
圧、苛性アルカリ′a度および陰極効率を達成した。
280-3151/I Na Cj! A saline solution with Ili was fed into the cathode compartment and distilled water was fed into the cathode compartment. These electrolyzers are rated at 304 amperes/100,000 ft (△
Operating at a flow density of 5 F-) and a humidity of 85-90 DEG C., the following sliding voltages, caustic degrees and cathode efficiencies were achieved using composite anion-blocking barrier layers.

1 2.68 85   5.1  89.62 2.
78 89   4.8  87.632.7690 
 4.8  91.にのデータは化学的に変性されたス
ルホン、アミド型の陰極側アニオン阻止障壁層をbつ複
合隔膜を使用することによってこの電解法の摺電■効率
に影響を与えることなしに陰極電流効率を実質的に改善
し得ることを明らかに示している。約88%〜約92%
の電流効率がこの型の電解槽中で行なわれる方法におい
て達成される。このことは結合された電極をもつかかる
隔膜の使用によって電流効率の実質的改善、したがって
方法全体の経済性の実質的改善が達成されることを明示
している。
1 2.68 85 5.1 89.62 2.
78 89 4.8 87.632.7690
4.8 91. The data show that by using a composite membrane with a chemically modified sulfone, amide-type cathode-side anion-blocking barrier layer, the cathode current efficiency can be increased without affecting the sliding current efficiency of this electrolytic method. This clearly shows that substantial improvements can be made. Approximately 88% to approximately 92%
Current efficiencies of 100% are achieved in the process carried out in this type of electrolyzer. This demonstrates that by using such a diaphragm with associated electrodes, a substantial improvement in current efficiency and therefore in the economics of the overall process is achieved.

Na Ci+の電解を両方の電極がイオン透過性隔膜の
表面に結合された構造の電解槽中で行なう場合に最大の
改良が達成される。しかしながら、この方法の改善され
た性能は電極の少なくとも−hがイオン透過性隔膜の表
面に結合されている構造のすべての電解槽(混成槽)に
ついて達成される。
The greatest improvement is achieved when the electrolysis of Na 2 Ci+ is carried out in an electrolytic cell in which both electrodes are bonded to the surface of an ion permeable membrane. However, the improved performance of this method is achieved for all electrolytic cells (hybrid cells) of construction in which at least -h of the electrodes are bonded to the surface of the ion-permeable membrane.

か)る混成型構造における改良は両方の電極が隔膜表面
に結合されている型の場合よりも幾分少ない。しかしな
がらこの改良はきわめて顕著ぐある(既知の方法につい
て要求される電圧よりも0゜3〜0.5ボルト改善され
る)。
The improvement in such a hybrid structure is somewhat less than in the case where both electrodes are bonded to the membrane surface. However, the improvement is quite significant (0.3 to 0.5 volt improvement over the voltage required for known methods).

完全結合型槽(両方の電極が結合されている型)、混成
型槽(陽極のみが結合された型および陰極のみが結合さ
れた型)および従来技観による非結合型槽くいずれの電
極も結合されていない型)を用いて得られる結果を比較
するために多数の電解槽を組立でそしく食塩水溶液の電
解を行なった。
All electrodes are fully coupled (both electrodes are coupled), hybrid (anode-only and cathode-only), and conventional non-coupled tanks. In order to compare the results obtained using the uncoupled version, a number of electrolytic cells were assembled and electrolysis of saline solutions was carried out.

4べての電解槽はNafion 315の隔膜を用いC
組立C1槽は約290’l/i)の食塩水溶液原料を用
いU9’O℃で操作した。結合された電極の触媒物質の
含量は陰極において白金黒について2牙/[【2ぐあり
、また陽極においてRu Ox −黒鉛およびRuOx
について4G/ft2であった。
All four electrolyzers were equipped with Nafion 315 membranes.
The assembled tank C1 was operated at U9'O<0>C using approximately 290' l/i) of saline solution raw material. The content of catalytic material in the combined electrodes is 2/[[2] for platinum black at the cathode and RuOx - graphite and RuOx at the anode.
It was 4G/ft2.

300ASFにおける電流効率はすべての電解槽につい
て実質的に同一(5MのNa OHについて84〜85
%)であった。第V1表は種々の電解槽についての槽電
圧特性を示す。
The current efficiency at 300 ASF is virtually the same for all electrolysers (84-85 for 5 M NaOH)
%)Met. Table V1 shows cell voltage characteristics for various electrolytic cells.

第  1  表 ++響1−−喝階□1ム側−―■1−−一給−−□11
1□111完全にテフロンに結合された槽N0.1の摺
電圧は従来技術によるテフロンに全く結合されていない
対照槽N006の摺電圧よりも1ボルト良好Cあること
が認められる。混成型陰極結合槽No。
Table 1 ++ Hibiki 1--Kanka □1 Mu side--■1--One salary--□11
1□111 It is observed that the sliding voltage of the fully Teflon bonded cell N0.1 is one volt better C than the sliding voltage of the control cell N006 which is not bonded to any Teflon according to the prior art. Hybrid cathode coupling tank No.

2およびNO33および混成型陽極結合槽No。2 and NO33 and hybrid anode bonding tank no.

4およびN085は完全にテフロンに結合された槽N0
11よりも約0.4〜0.6ボルト劣っていたが、テフ
ロンに結合された電極を全く用いない槽で行なわれた従
来技術の方法よりもなお0゜3〜0.5ボルト優れてい
た。
4 and N085 are fully Teflon bonded baths N0
11, but still 0.3 to 0.5 volts better than the prior art method performed in a bath without any Teflon-bonded electrodes. .

食塩水溶液陽極液および水陰極液をカチオン隔膜に直接
結合されかつその中に埋込まれた触媒電極上で反応させ
て陽極で塩素を発生させかつ陰極で水素および高純度苛
性アルカリを生成せしめることによって食塩水溶液から
塩素を製造するきわめで優れた方法を提供し得ることが
認められるであろう。か)る構成を採用することによっ
て、電極中の電極触媒作用をもつ部位は隔膜および隔膜
中の酸交換基と直接接触せしめられるので、所要の摺電
圧で既知の方法よりも顕著に良好(1ボルトまたはそれ
以」−まで〉であるような順茗により高い電圧効率をも
つ方法が提供される。フルオロカーボンに結合されたき
わめて効率的な貴金属還元酸化物触tIAおよびフルオ
ロカーボン黒鉛−負金属還元酸化物触媒は低い過電圧で
使用され、本発明の方法の効率をさらに改善する。
By reacting an aqueous saline anolyte and an aqueous catholyte over a catalytic electrode bonded directly to and embedded in the cationic membrane to generate chlorine at the anode and hydrogen and high purity caustic at the cathode. It will be appreciated that an extremely superior method of producing chlorine from saline solution can be provided. By adopting such a configuration, the electrocatalytic sites in the electrode are brought into direct contact with the diaphragm and the acid exchange groups in the diaphragm, which is significantly better than known methods at the required sliding voltage (1). A method with higher voltage efficiencies is provided for voltage efficiency such as volts or higher.Highly efficient noble metal reducing oxide catalysts bonded to fluorocarbons and fluorocarbon graphite-negative metal reducing oxides The catalyst is used at low overpotentials, further improving the efficiency of the process of the invention.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の方法に使用される電解槽の図解図、第
2図はか)る電解槽を用い本発明に従って食塩水溶液を
電解する際に檜の各部で生起する反応を説明する図解図
で°ある。 11・・・・・・陰極室、12・・・・・・陽極室、]
3・・・・・・隔膜、14・・・・・・陰極、15.1
6・・・・・・集電器、17゜18・・・・・・ガスケ
ット、19・・・・・・電解液入口、20・・・・・・
陽極室、21・・・・・・陽極室出口、22・・・・・
・陰惨入口、23・・・・・・陰極出口、26・・・・
・・陽極側層、27・・・・・・陰極側層、28・・・
・・・テフロン布、29・・・・・・第1頁の続き 0発 明 者 ラッセル・メイソン・デンプシイ アメリカ合衆国マサチュセツツ 州ハミルトン・ホームステッド ・サークル4番 手続?南正書(方式>  58.5.26昭和  年 
 月  日 特許庁長官 若杉和夫 殿 1 事件の表示 昭和57年特許願第184777号 2、発明の名称 ハロゲンの電解製造法 3、補正をづる者 事件との関係      出願人 住 所  アメリカ合衆国、12305、ニューヨーク
州、スケネクタデイ、リバーロード、) 名 称  ゼネラル・Iレフトリック・カンパニイ代表
名  サムソン・ヘルツゴツト 4、代理人 住 所  107東京都港区赤坂1丁目14番14号第
359QI和ビル 4階 日本ゼネラル・エレクトリック株式会社・極東特許部内
5、補正命令の日付 昭和58年4月6日 6、補正の対象 明細@および図面 7、補正の内容 別紙のとおり。但し浄書で内容に変更はない。
[Brief Description of the Drawings] Fig. 1 is a schematic diagram of an electrolytic cell used in the method of the present invention, and Fig. 2 is an illustration of the electrolytic cell used in the method of the present invention. FIG. 1 is an illustrative diagram illustrating the reaction that occurs. 11...Cathode chamber, 12...Anode chamber,]
3...Diaphragm, 14...Cathode, 15.1
6... Current collector, 17° 18... Gasket, 19... Electrolyte inlet, 20...
Anode chamber, 21...Anode chamber exit, 22...
・Gloomy entrance, 23...Cathode exit, 26...
...Anode side layer, 27...Cathode side layer, 28...
...Teflon cloth, 29...Continued from page 1 0 Inventor Russell Mason Dempsey No. 4 Hamilton Homestead Circle, Massachusetts, United States of America Procedure? Minamishosho (method> 58.5.26 Showa year)
Mr. Kazuo Wakasugi, Commissioner of the Japan Patent Office 1 Description of the case Patent Application No. 184777 filed in 1984 2 Name of the invention Method for electrolytic production of halogen 3 Relationship to the amendment case Applicant's address United States of America, 12305, New York State , Schenectaday, River Road) Name: General I Left Electric Company Representative name: Samson Herzgots 4 Agent address: 4th floor, QI Wa Building, 1-14-14 Akasaka, Minato-ku, Tokyo 107 Japan General Electric Co., Ltd. Company/Far East Patent Department 5, Date of amendment order: April 6, 1982, 6 Details subject to amendment @ and drawing 7, contents of amendment as attached. However, there are no changes to the content due to the engraving.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、陽極と陰極をカチオン交換重合体隔膜によって隔離
し電極の少なくとも一方に導電性触媒物質を含有せしめ
て複数の箇所で前記隔膜に結合させることにより電極と
隔膜より成る一体構造を形成し前記両電極間でのアルカ
リ金属ハ[〕ゲン化物の電解によってハロゲンとアルカ
リ金属水酸化物を発生するh法に於いて、少なくとも−
hの電極の前記触媒物質を前記隔膜と直接接触させて使
用して前記電解を行い、前記結合された電極に表面が接
触している導電性集電体を介して前記結合された電極に
電位を印加する、上記ハ[1ゲンとアルカリ金属水酸化
物の電解生成方法。 2、少なくとも一方の電極の触媒物質が複数の粒子から
なりこの粒子が隔膜の陰極側に結合され隔膜内に埋設さ
れて気体及び電解質に透過性の電極を形成することを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の方法。 3、隔膜の陽極側に結合され埋設された陽極が複数の導
電性触媒粒子より成っC気体及び電解質に透過性の電極
を形成していることを特徴とする特許請求の範囲第1項
又は第2項のいずれかに記載のh法。 4、導電性触媒粒子が白金族の金属類から選ばれた金属
の弐MeOXを有する熱的に安定化された還元酸化物粒
子であることを特徴とする特許請求の範囲第1項〜第3
項のいずれか1項に記載の方法。 b 熱的に安定化された白金族金属の還元酸化物粒子が
フルオ【]カーボン重合体によって結合されていること
を特徴とする特許請求の範囲第4項記載のh法。 6、粒子がルテニウムの熱的に安定化された還元酸化物
であり、これがイリジウム、タンタル、チタン、ニオブ
又はハフニウムの還元酸化物から選ばれた熱的に安定化
された還元酸化物を含むことによって史に安定化されて
いることを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の方法
。 7.隔膜の陰極側の水分が残りの部分より少なく、これ
により水酸イオンを明止し隔膜を通って陽極へ至るアル
カリの拡散を最小に保持するアニオン障I!l!iiを
形成することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
方法。 8、隔膜が2層の積層体であり、アニオンを阻止する特
性が陽極側よりも陰極側の方が大きくなっていることを
特徴とする特許請求の範囲第1項又は第7墳のいずれか
に記載の方法。 9、隔膜がフルオロカーボン重合体力チ4ン交換隔躾で
、陰極側にアニオンを阻止づるスルホンアミド障壁層を
有することを特徴とする特r+請求の範囲第8項記載の
方法。 10、水溶液が結合された熱的に安定されたルテニウム
の還元酸化物よりなる陽極に接触されることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の7ノ法。 ]1.少なくとも1つの電極が黒鉛、白金族金属及び/
又はその酸化物の粒子混合物を含むことを特徴とする特
許請求の範囲第1項〜第10項のいずれか1項に記載の
方法。 12、水溶液が、結合された、ルテニウムの還元酸化物
と黒鉛よりなる陽極に接触されることを特徴とする特r
+請求の範囲第10項記載の方法。 13、陽極と接触しているアルカリ金属塩化物が少なく
とも0.25モルのHCl11度に保持されることを特
徴とする特許請求の範囲第10項記載の方法。
[Claims] 1. An integrated structure consisting of an electrode and a diaphragm by separating an anode and a cathode by a cation-exchange polymer diaphragm, at least one of the electrodes containing a conductive catalyst substance, and bonding to the diaphragm at a plurality of locations. In the method h, in which a halogen and an alkali metal hydroxide are generated by electrolysis of an alkali metal hydroxide between the two electrodes, at least -
The electrolysis is carried out using the catalytic material of the electrode of h in direct contact with the diaphragm, and a potential is applied to the bonded electrode via a conductive current collector whose surface is in contact with the bonded electrode. The above method for electrolytically producing gen and alkali metal hydroxide, wherein 2. The catalytic material of at least one electrode is comprised of a plurality of particles, the particles being bonded to the cathode side of the diaphragm and embedded within the diaphragm to form an electrode permeable to gas and electrolyte. The method described in Scope 1. 3. The anode bonded to and embedded in the anode side of the diaphragm is composed of a plurality of conductive catalyst particles and forms an electrode permeable to C gas and electrolyte. h method according to any of item 2. 4. Claims 1 to 3, characterized in that the conductive catalyst particles are thermally stabilized reduced oxide particles containing MeOX of a metal selected from platinum group metals.
The method described in any one of paragraphs. b. Process h according to claim 4, characterized in that the thermally stabilized reduced oxide particles of a platinum group metal are bonded by a fluorocarbon polymer. 6. The particles are a thermally stabilized reduced oxide of ruthenium, and include a thermally stabilized reduced oxide selected from reduced oxides of iridium, tantalum, titanium, niobium or hafnium. 5. A method according to claim 4, characterized in that the method is stabilized historically by. 7. The cathode side of the diaphragm has less moisture than the rest of the diaphragm, which eliminates hydroxyl ions and minimizes the diffusion of alkali through the diaphragm to the anode. l! 2. A method according to claim 1, characterized in that ii. 8. Either claim 1 or 7, wherein the diaphragm is a two-layer laminate, and the property of blocking anions is greater on the cathode side than on the anode side. The method described in. 9. The method according to claim 8, wherein the diaphragm is a fluorocarbon polymer chlorine exchange diaphragm and has a sulfonamide barrier layer on the cathode side for blocking anions. 10. Process according to claim 1, characterized in that the aqueous solution is contacted with an anode consisting of a bonded thermally stabilized reduced oxide of ruthenium. ]1. at least one electrode is graphite, platinum group metal and/or
11. A method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that it comprises a particle mixture of or oxides thereof. 12. A special feature characterized in that the aqueous solution is brought into contact with an anode made of a reduced ruthenium oxide and graphite combined together.
+The method according to claim 10. 13. Process according to claim 10, characterized in that the alkali metal chloride in contact with the anode is maintained at 11 degrees of at least 0.25 molar HCl.
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