JPS5941484A - 塩化アルカリ水溶液電解槽 - Google Patents

塩化アルカリ水溶液電解槽

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JPS5941484A
JPS5941484A JP57149111A JP14911182A JPS5941484A JP S5941484 A JPS5941484 A JP S5941484A JP 57149111 A JP57149111 A JP 57149111A JP 14911182 A JP14911182 A JP 14911182A JP S5941484 A JPS5941484 A JP S5941484A
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cation exchange
electrolysis
membrane
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Akio Odera
章夫 大寺
Atsuji Itou
伊藤 厚弐
Toshimasa Okazaki
岡崎 利昌
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  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • 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を電解して苛性アルカリヲ
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
費の全製造コスト・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、及び電流効率の向上に
多大の努力が払われている0 この場合、特に問題となっているのは陽イオン交換膜面
における水素ガスの挙動であり、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
して先に陽イオン交換膜と陰極との間に多孔性のフィル
ムを介在させ、上記の膜、フィルム及び陰極を密着させ
た構造の電解槽を提案した。(特開昭56−38486
)この多孔性フィルムは、水素気泡の膜への付着を遮る
効果を期待して陰極−膜間に全面に亘って介在させるも
のであり、これにより大巾な摺電圧低下の実現を見てい
る。
本発明者等はか\る多孔性フィルム介在による電解法に
ついて更に検討を進め、フィルムは前記水素気泡の遮断
効果を有する限度において出来る丈薄く、かつ空隙率の
大きいものの方がイオンの移動、液流動の障害にならず
、電気抵抗も小さく、摺電圧の低下にとって望ましいこ
とを見出したが、引続く検討の結果、意外なことにフィ
ルムを陰極−膜間の全面に亘って介在させることなく、
散在させる程度とすることによって、更に電解電力費の
低下が推進されることを知り、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と、陰極を有する陰
極室とを陽イオン交換膜で区画してなる電解槽において
、実質的に陰極活性を有しない粒子よりなる多孔性物質
の散在する層を介して上記陽イオン交換膜と一極とを密
着せしめてなる塩化アルカリ水溶液電解槽である。
本発明は陽イオン交換膜と陰極とを、多孔性物質の層を
介して密着させた所謂極−膜密着構造の電解槽であるが
、この多孔性物質の層は、これを陰極−膜間に散在させ
たものである。
この様な多孔性物質は、陽イオン交換膜とはの間に挿入
するものである。
か\る多孔性物質の散在層は、実質的に陰極活性を有し
ない材質よりなる粒子を含むものであり、その散在の状
態は、陰極−膜間においてその全面を覆うことなく、線
状、円、点、三角形、四角形、格子状など各種の形態で
散在させることが出来る。
この場合、その散在の程度は、陰極と膜との密着面の全
面積に対する割合としてo、1〜9゜チ(面積率)が好
ましく、特に好ましくは1〜50チである。
この様な範囲で多孔物質を散在させ、陽イオン交換膜と
陰極を密着させて運転すると、最も低い摺電圧を維持し
っ\、効率よく電解運転を達成することが出来、この散
在の面積率が極端に低い場合、および過度に高い場合に
はいずれも上記の優れた効果に乏しくなる傾向にある。
か\る多孔性物質の散在する層を電解層内に形成させる
には、粒子より膜状物を作ってから、これを散在させる
状態に加工することも出来るが、最も簡便な方法として
、苛性アルカリに可溶性な基材上に塗布法などで多孔性
物質を散在させ、これを電解槽に組み込んでから基材を
溶出させることである。
この苛性アルカリ可溶性の基材としては、うすい多孔性
のフィ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、レーヨン、
絹、セルロースなどを挙げることが出来る。そしてこの
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、電解槽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は要求されない。
この多孔性物質を構成する粒子は、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状態になって
おれば問題はなく、か\る粒子よりなる多孔性物質をイ
オン交換膜−陰極間に挿入散在させて電解することによ
り優れた性能を得ることが出来る。
上記の粒子は電解に際して、陰極として全熱か、もしく
は殆んど作動しない、即ち実質的に陰極活性のないもの
で、かつアルカリ不溶性の材料であれば殆んどのものが
使用出来る。即ちプラスチック、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、及び炭素物質(カー
ボン、グラファイト、活性炭など)、又はこれらの混合
物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
る陰極が単にニッケル製である場合、実質的に陰極活性
のないものと言うことが出来る。
上記の如き陰極不活性粒子の相互の結合及びアルカリ可
溶性基材と粒子との結着をするために結合剤が使用され
るが、か\る結合剤は耐アルカリ性材料が使用され、こ
れには塩化ビニル樹脂、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れたものなどが
用いられる。
例えば溶媒に溶解した液の場合、これを粒子と共に混合
し基材を用いる場合には基材上に所定の面積で散在する
ように塗布され、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
などにより融解して粒子と粒子及び粒子と基材に結着さ
せる。
これらの方法で作られた多孔性物質の散在層は柔軟でイ
オン交換膜に出来るだけなじみのよいものが好ましい。
これらの粒子の大きさは100μ以下、好ましくは50
μ以下であり、多孔性物質の厚みとしては500μ〜1
μ、好ましくは200μ〜10μである。
本発明において、イオン交換膜、多孔性物質の散在する
層、陰極はこれを密着して使用するものであるが、陽極
もイオン交換膜に密着させて電解することが最も好まし
い。
これらの囲者を密着する手段としては、例えばエキスパ
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と陰極室の内圧に差をっけ密
着効果を更に向上せしめたり、陽極、陰極と電導体との
間にスプリング効果を有する押圧体、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によっても達
成される。又、場合によってはボルトなどにより締付力
で陽極又は陰極を押しつけることによっても達成出来る
なお、これらの場合、陽極および陰極の膜(イオン交換
膜、多孔性物質層)との接触面を仕上げて、膜との密着
性向上をはかることも出来るO 本発明に使用する陰極は、低水素過電圧性能に優れたも
のであることが望ましく、か\る陰極としては、各種の
金属又は金属酸化換金溶射又は電気メッキ、塗布焼付な
どの手段で付着させたーものなど、公知の低水素過電圧
陰極が使用可能である。
又1.か\る低水素過電圧陰極の使用については、陰極
自体の腐食と共に陰極室の腐食を考慮して、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20〜60チ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多孔性
物質層)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、ラス網の角をつぶしたり、
或いは圧延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。
これに使用されるイオン交換膜としては、強酸型(例え
ばスルホン酸基)又は弱酸型(例えばカルボン酸)や両
者を合わせたものなどがある0 本発明は、上記の通り、実質的にも活性のない粒子より
なる多孔性物質の散在層をイオン交換膜−陰極間に密着
させることにより、イオン交換膜への水素ガスの付着に
よる摺電圧の上昇の欠点を排除することが出来、能率よ
く苛性アルカリを製造することが出来るものである。
以下、実施例および比較例を掲げて、本発明を説明する
実施例1 テフロン30J(デュポン社製)0.1Fとトライトン
X(ロームアンドハース社製)0.031、および水5
fを良く混合し、これ[300メツシユ篩下のグラファ
イト粒子o、osr’i加えて十分に撹拌した。径47
朋φのメンブランフィルタ−TM−3(東洋濾紙製で材
質セルロースよりなり、苛性ソーダにより溶解する)上
に0.2闘厚のO¥γ穴が千鳥にピッチ1.5籠に配置
されたパンチングプレートを置き、その上に上記混合物
を塗布してからパンチングプレートを外し、乾燥した。
乾燥後、電気炉中で160℃X30分焼成した。
か・くして、グラファイト粒子とバイダーによつて濾紙
上に点在する多孔性物質を作った。
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室式電解槽を使用した。
そして、陽極側の電導体としてチタン製ラス網(網目の
短手方向の長さく SW)6mmX網目の長手方向長さ
くLW)12.7朋×厚さく1)1、5 闘X刻み巾(
s)1.5龍)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2ス網(S
W1mmxLW2miX t O,1mX s 0.2
mm )に白金/イリジウム(重量比7/3)t−コー
ティングし、スポート熔接したものを陽極とした。陰極
側の電導体も陽極側と同じ寸法形状のニッケル製導電体
を用い、この導電体上に゛ニッケル製の平担なラス網(
、SWI mgnx LW2+amx tO,l xa
gx s 0.2m )にP□h(重量比1/9)t−
コーティングし、スツ ポ伊ト熔接したものを陰極とした。
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、多孔性物質散在層、陰
極の順に密着させて組立て(但し不連続多孔性物質の濾
紙の側が陽イオン交換膜に面するように配置した)、次
の運転条件で塩化ナトリウム水溶液の電解を実施した。
電解槽温度      85℃ 電極有効面積     6d 電流密度       30A/dべ2陰極液濃度  
 NaOH31〜32%陽極液濃度   NaC123
(1−250r/lこの運転の2週間後の摺電圧は3.
02V、電流効率は91.7%であった。
実施例2 テフロン30J0.1FとトライトンX0.05tおよ
び水5flr:良く混合し、これに300メツシユ篩下
のNi2O3粒子0.12を加えて十分に撹拌した。こ
のものを用いて実施例1と同じ方法で多孔性物質の散在
する層を作り、実施例1と同じ条件で運転を行った。
この運転の2週間後の摺電圧は3.04VS電流効率は
91.5チであった。
実施例3 テフロン30J0.1fとトライトンX0.03Vおよ
び水20?を良く混合し、これに300メツシユ篩下の
グラファイト粒子0.05f”i加えて十分に撹拌した
。径47顛φのメンブランフィルタ−TM−3を用いて
濾過し、均一な層状物を得た。これを乾燥後、電気炉中
で160℃×30分焼成した。
¥7 この焼成後のものに2.5φのNi丸棒の先端を赤熱し
たものを用いて、千鳥でピッチ3%で、穴をあけた。
かくして、グラファイト粒子とバイダーによって濾紙上
に付着させた穴あきの多孔性物質散在層金得た。
実施例1と同じ条件で運転を行ったが、2週間後の摺電
圧は3.01V、電流効率は91.8チであった。
実施例4 テフロン30JO,lPとトライトンX0.051およ
び水20fを良く混合し、これに300メツシユ篩下の
Ni2O3粒子0.11を加えて十分に撹拌した。この
ものから、実施例3と同じ方法テNi2O3粒子とバイ
ダーによってPi上上付付着せた穴あきの多孔性物質散
在層を作った。
実施例1と同じ条件で運転を行い、2週間後の摺電”圧
は3.03V、電流効率は91.6%であった。
実施例5 テフロン30JO,、Mとデンプン1.51と不易品汁
(不易本舗製)101と全十分に混合したO くン 。
実施例1で使用した0、5φ×ヒツチ1.5Xのパンチ
ングプレートを使用してTM−3F紙上に塗布した。
乾燥、焼成後、不易墨汁成分とバインダーによって濾紙
上に点在する多孔性物質散在層を得たO 実施例1と同じ条件で運転を行い、2週間後の摺電圧は
3.03V、電流効率は91.5%であった。
実施例6 テフロン30J0.5fとトライトンX0.3f。
グラファイト0.7f、テフロン短繊維(線径3〜10
μ、長さ0.2〜1.7龍)0.02f。
CaCO30,3f K水を12加えて、十分に撹拌し
、Atホイール上に塗布して乾燥した。
これを電気炉で160℃×30分焼成し、次いで4N−
HCl中に24h浸漬した。
このフィルムを水中へ移して、十分に洗浄した。このも
のを3%角に切断し、イオン変換膜上にビッカL%(千
鳥)でのせて、実施例1と同じように運転した。
1週間運転後、摺電圧3.03V、電流効率91.5%
を得た。
比較例1 2週間後の摺電圧は3.35V、電流効率は93.2%
であった。
このものは運転開始2日後では3.01Vであり、順次
摺電圧が上昇し、上昇につれて摺電圧が約0.IVの範
囲で振れるようになり、2週間後には上記した如き3.
35Vとなった。
比較例2 実施例1における不連続多孔性物質を除いて、陽極−陽
イオン交換膜の間隔fQm、陽イオン交換膜−陰極の間
隔を2闘として、同じような条件で運転を行ったところ
、2週間後の摺電圧3.19V、電流効率93.5%で
あった。
比較例3 実施例1と同じ組成で、水のみ252としてTM−3の
p紙を用いて涙過し、乾燥後、電気炉中で160℃X3
0分間焼成した。このようにして沖紙上に連続する多孔
性物質を作り、これらを3枚製作した。
か\る多孔性物質の各1枚を使用して、電解槽の陽、イ
オン交換膜と陰極との間の全面に介在させ、実施例1と
同様にして2週間に亘って電解運転を行い、3例の電解
例を得た。
その結果は、摺電圧■3.07V、■3.06V、■3
.09Vであり、対応する電流効率は■902チ、■8
9.8俤、■90.1%を示し、実施例に比べると摺電
圧が高く、電流効率は低い結果となった。
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、陽極を有する陽極宰と陰極を有する陰極室とを陽イ
    オン交換膜で区画してなる電解槽において、実質的に陰
    極活性を有しない粒子よりなる多孔性物質の散在する層
    を介して上記陽イオン交換膜と陰極とを密庖ぜしめてな
    る塩化アルカリ水溶液電解槽。
JP57149111A 1982-08-30 1982-08-30 塩化アルカリ水溶液電解槽 Granted JPS5941484A (ja)

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JPH0242909B2 JPH0242909B2 (ja) 1990-09-26

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62222091A (ja) * 1986-03-25 1987-09-30 Chlorine Eng Corp Ltd 電解方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57126984A (en) * 1977-06-30 1982-08-06 Oronzio De Nora Impianti Shortening of gap between electrodes of electrolytic tank

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