JPS5929677B2 - フイルタ−プレス型電解槽 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、フィルタープレス型、イオン交換膜電解槽に
関するものである。

・フィルタープレス型電解槽は、中央部に切欠を有する
、いわゆる額縁状の基枠とイオン交換膜とを多数交互に
配置レ これらを締め付けて形成される。

更に詳しく説明すると、単極式電解槽においては、単一
の単極型陽極を設けた基枠と、単一の単極陰極を設けた
基枠との間に陽イオン交換膜が介在する様に、多数の基
枠、イオン交換膜が交互に配置されている。又、複極式
電解槽においてはその一例として、基枠を隔壁で仕切力
、隔壁を挾んで陰、陽極が対向する様に設け、陽イオン
交換膜を挾んで陰、陽極が対向して配置される様に多・
数の基枠、イオン交換膜が交互に配置されている。この
様なフィルタープレス型電解槽を用いて電解を行うわけ
であるが、特に塩化アルカリ水溶液を電解レ苛性アルカ
リと塩素を得る場合、電解液や膜等の電気抵抗により、
電解時の電解液は約７０〜１１０℃という高温になる。

この為従来の基枠はプラスチックやコンクリート等で作
られていたが、このことから基枠は耐熱性があることが
要求され、更に、基枠の加工性、重量、強度等の点から
、金属製の基枠が採用される様になつて来た。しかしな
がら、本発明者の知見によると金属製の基枠を採用する
様になつて、運転時間の経過に従い陽イオン交換膜の基
枠と接する部分が変色して脆化たＤする現象が生じるこ
とが判つた。このため膜の一部が損傷することになつて
液が漏洩する原因にもなるので、装置を款体して膜を交
換しなければならなくなる。つま力、かかる膜のごく一
部分の劣化のために、膜の大きな部分である通電部分を
含めた膜全体の交換を余儀なくなされることになる。こ
れは、電解槽が大型化すればする程、交換する膜も多く
な力、解体作業も手間がかか机更にその間の電解生成物
の製造は零になるので、その影響は非常に大きいものに
なる。

本発明者は、上記金属製の基枠を用いたフィルタープレ
ス型電解槽の有する欠点に着目レ運転時間が増大しても
陽イオン交換膜の上記特定部分が変包脆化Ｌ劣化するこ
とのない手段について研究した所、下記の様な陽イオン
交換膜の特定部分に新規な手段を施こすことによ勺上記
欠点が防止されることを見出した。

即ち、本発明はイオン交換膜と額縁上金属製室枠とを多
数交互に配置して、締め付けてなるフイルターブレス型
電解槽において、陽イオン交換膜の該室枠に対向する面
のうち少なくとも陽極室枠と対向する面のイオン交換基
の能力をなくすか又は低下させることにより該陽イオン
交換膜の室枠と対向する面を電気絶縁性にレ陰極室枠周
縁部と陽イオン交換膜との間に弾性を有するパツキング
を介在させることを特徴とするフイルタープレス型電解
槽にある。

本発明によれば上記目的は、ほぼ完全に達成され、陽イ
オン交換膜の変色、脆イＫ劣化が防止され、従つて該膜
の寿命は大幅に延びるので、装置の解体、組み立ての回
数は減少できるという利点の外、次の様な利点がもたら
される。

本発明では、陽イオン交換膜と接する一方の側の室枠と
の間にのみパツキングを介在させることにより，室枠を
締め付けた際、パツキングの変形による膜のずれを少な
くレ気密性を向上することができる。

これは特に電解槽が大型化した場合は、それに従い多数
のパツキングが使用されることになｂ１パツキングの変
形による歪も大きくなるので特に効果際である。もレ陽
イオン交換膜と接する両側の室枠の間に夫々パツキング
を介在させると、室枠を締め付けた際、押圧により，２
つのパツキングが夫々変形レこの変形の共合によシ、膜
に大きな外力が掛Ｄ，膜のずれが大きくなるものである
。更にパツキングを介在させるのは、イオン交換膜と、
陽極室枠の間か又はイオン交換膜を挟んで該室枠と対向
する室枠即ち陰極室枠の間かということになるが、陽極
に陽イオン交換膜を接触しない範囲内で近づけると、電
解電圧が低下することが判力、パツキングの様な大きな
厚みを有するものは陰極室枠とイオン交換膜との間に介
在させ、少くとも陽極室枠に面するイオン交換膜面をイ
オン交換基の能力をなくすか低下させることにより、該
陽イオン交換膜を電気絶縁性にすることにより、．パツ
キング効果を維持し可及的に陽極とイオン交換膜とを近
づけることができ、従つて膜の変色、）脆化等を防止し
て電解電圧を低下させることができる。

次に本発明を更に詳しく説明する。

本発明における額縁状０金属製室枠には、陰極、陽極が
取シ付けられた陽極室枠、陰極室枠とがある。

前に述べた様に単極式電解槽であれば単一の単極式陽極
が取り付けられた室枠が陽極室枠とな抵単一の単極式陰
極が取力付けられた室枠が陰極室枠となる。

一方、複極式電解槽であれば、姿枠を隔壁で仕切力、隔
壁を挟んで瓢陽極を相対して取力付けた構造があり、か
かる場合、室枠の陽極が設けられた側の枠体が陽極室枠
、陰極が設けられた側の枠体が陽極室枠となる。

陽極室枠は、耐塩素性の金属例えばチタン、チタン合金
で作られるか又はこれらのものを被覆したものであつて
もよい。

陰極室枠は耐アルカリ性の金属例えば、鉄、ニツケル又
はこれらの合金で作られるか又はこれらのものを被覆し
たものであつてもよい。陽極は、チタンに白金族金属又
はその酸化物を被覆したものが用いられぅ陰極は鉄、ニ
ツケル又はこれらの合金が用いられる。

電極の形状は、板状、多孔板、すだれ状、網状のものが
用いられ、エツクスパンドメタル状のものが好ましい。

これら電極は、上記室枠の中央切欠部を覆う様に取り付
けられる。

この様な室枠、イオン交換膜を多数交互に配置レこれら
を締め付け枠で挟んで締め付け、フイルタープレス型電
解槽が構成されるが、単極式電解槽においては、各電極
には、リード棒を介して通電され、各電極は電気的に並
列接続される。又複極式電解槽においては、各電極は電
気的に直列接続され、隔壁を挟んで相対する陰、陽極は
例えば導電ロツド等により電気的に接続されている。そ
して例えば食塩水溶液電解においては、陰極室に水又は
稀薄苛性ソーダカ（陽極室に飽和又はそれに近い塩水が
供給され、苛性ソーダ及び水素が陰極室から排出さ塩素
及び稀薄塩水が陽極室から排出される。ここにおいて電
解槽中の陽イオン交換膜は、厚みを除いて室枠と同じ大
きさを有レ額縁状室枠の周縁部で挟まれ、室枠間に保持
されている。

本発明においては、．陽イオン交換膜の室枠の周縁部と
接する部分のイオン交換基の交換能力をなくすか、若し
くは低下させる手段がある。かかる処理として酸化処理
（例えば塩素、過酸化水素、過マンガン酸塩、重クロム
酸塩等の酸化剤を用いる）。

還元処理（例えば水素、金属ナリリウム、ヒドラジン等
の還元剤を用いる）、アルカリ処理（例えば２０〜６０
１Ｖｔｑ１）のＮａＯＨ．ＫＯＨ等を用いる）、放電処
理（例えば不平等電極によるコロナ放電により行う。）
、電離性放射線処理（例えばα線、β線、γ線、陽子線
、中性子線等の放射線を用いる。）又は火焔処理（例え
ばプロパン、ブタン、天然ガス、アセチレン等のガスと
酸素との混合ガスを燃焼させて得られる火焔を用いる。
）等の一つ以上処理によつて目際を達成できる。かかる
処理では少なくともイオン交換膜の表面の部分の少なく
とも一部の陽イオン交換基を変性させれば充分である。
又かかる手段としては、陽イオン交換膜の上記部分には
、初めからイオン交換基を導入しなくする手段も包含さ
れる。この外の電気絶縁性処理手段として室枠と厚みを
除いてほぼ同じ大きさの額縁状の電気絶縁体の中央切欠
部に陽イオン交換膜を取力付け、電気絶縁体と陽イオン
交換膜とを接合する手段もある。かかる電気絶縁体は、
耐塩素性の性質を有する合成樹脂を用い、例えばフツ素
樹脂等が採用される。本発明は、上記の如く特定の電気
絶縁手段を施された陽イオン交換膜を陽極室枠と陰極室
枠の間に配置するものであるが、この際、陽イオン交換
膜と陰極室枠の間にバツキングを介在させることが必要
である。これは、電気絶縁性処理した部分は実質的なパ
ツキング効果はないので上記パツキングを介在させるこ
とにより１液の漏洩を防止するものである。

パツキングの材質は弾性を有レかつ、耐アルカリ性の合
成樹脂、天然ゴム等が採用される。しかしながら前に述
べた理由で陰極室枠の周縁部と陽イオン交換膜の間にパ
ツキングを介在させることが好ましいことから耐アルカ
リ性の合成樹脂例えばＥＰＤＭｌニトリルゴム又は天然
ゴム等が採用される。パツキングの形状は種々の形状が
採用され、厚さ２〜７關のＯ−リングパツキング、リブ
付平パツキング等が用いられる。この様な本発明の電気
絶縁性の処理を施こすことにより１陽イオン交換膜の変
色脆イＫ劣化が防止されたわけであるが、その理由は明
らかではないが、本発明者の考える所、金属製室枠には
、単極式電解槽の場合リード棒等が直接取勺付けられた
ｂしていることから、室枠には直接的に又は液を通じて
間接的に電位が掛ｂ、かかる室枠から低電位の所に電気
がわずかながら流へ室枠と陽イオン交換膜とが接してい
ると、イオン交換膜を通つて電流が流れることによ沢ジ
ユール熱が発生レ変色等が生じたのではないかと思われ
る。

次に第１図に従つて実施の一例を説明する。チタン製の
額縁状室枠１ａに銅芯材にチタンを被覆した電気的接続
部材３ａを介して、該リード棒２ａの両側に室枠の切欠
部を覆う様にチタンに白金メツキしたエツクスパンドメ
タル製陽極４を取勺付けた。又ステンレス製の額縁状室
枠１ｂに銅芯材にステンレスを被覆したリード棒２ｂを
挿入し銅芯材にステンレスを被覆した電気的接続部材３
ｂを介して前と同様にステンレスで作つたエソクスパン
ドメタル製陰極５を取り付けた。次に、Ｅ．Ｉ．デユポ
ン社製のＮａｆｉＯｎ膜（厚さ１００μ）の陽極室枠と
接しない面のみをマスキングして、その他の面（即ち、
陽極室枠に面する側）をＮａ−０Ｈで処理してＮａｆｉ
Ｏｎ膜の陽極室枠に接する面のみを電気絶縁性（Ｃした
。そして、このように処理された陽イオン交換膜６の電
気絶縁性部分７を陽極室枠１ａに面するように陰極室枠
１ｂと陽極一室枠１ａとの間に挟んだ。又、陰極を取り
付けた室枠１ｂの周縁部と陽イオン交換膜６との間に如
ζさ４１１の天然ゴム製のパツキング８を介宜させた。
この様に陽極を取勺付けた室枠１ａを陰極を取勺付けた
室枠１ｂの間に陽イオン交換膜６、パツキング８が介在
する様にしてフイルタープレス型電解槽を形成した。か
かるフイルタープレス型電解槽を用い、１２０日間塩水
を電解した所被電解液、電解生成液の漏洩はなかつた。

電解作業後、電解槽を解体―陽イオン交換膜を調べたが
変色や破損は認められなかつた。フ比較例 １ 前述の実施例において、陽イオン交換膜を１部マスキン
グすることなく全面を苛性ソーダ処理して加水分解して
、全面導電性としたこと以外は全く同様にして組み上げ
られたフイルタープレス型電解槽を用い実施例１と同様
に１２０日間塩水を電解した。

所が電解作業の経過に従い、電解槽から塩水の漏洩した
勺、生成した苛性ソーダ液中に食塩が混入していた。電
解作業後、電解槽を解体して、イオン交換膜を調ぺた所
、イオン交換膜の周縁部、即ち室枠の周縁部と接する部
分が黒く変色レ脆くなつて破損した部分があつた。

又、イオン交換膜の室枠に設けられた電極面の周縁端部
に当接すると考えられる部分に所々裂け目が生じており
、これが前述の液の漏洩及び苛性ソーダ液中への食塩の
混入の原因になつたものと考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施の一例であり１単極式フイルター
プレス型電解槽の部分断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ イオン交換膜と額縁状金属性室枠とを多数交互に配
   置して、締め付けてなるフィルタープレス型電解槽にお
   いて、陽イオン交換膜の該室枠に対向する面のうち少な
   くとも陽極室枠と対向する面のイオン交換基の能力をな
   くすか又は低下させることにより該陽イオン交換膜の室
   枠と対向する面を電気絶縁性にし、陰極室枠周縁部と陽
   イオン交換膜との間に弾性を有するパッキングを介在さ
   せることを特徴とするフィルタープレス型電解槽。