JPS6017834B2 - 不溶性電極をそなえた電気化学的装置 - Google Patents

不溶性電極をそなえた電気化学的装置

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JPS6017834B2
JPS6017834B2 JP56033875A JP3387581A JPS6017834B2 JP S6017834 B2 JPS6017834 B2 JP S6017834B2 JP 56033875 A JP56033875 A JP 56033875A JP 3387581 A JP3387581 A JP 3387581A JP S6017834 B2 JPS6017834 B2 JP S6017834B2
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titanium oxide
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勝之 白井
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富雄 飯塚
俊雄 沢
燦吉 高橋
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、不落性電極をそなえた電気化学的装置に係り
、特に改良された不落性陽極をそなえた各種電解槽など
の電気化学的装置に関する。
一般に、食塩電解、金属電解、溶融塩電解、水処理電解
等の電解工業或いは、膜を介した電気透析などの各種電
解工業では、必ず不溶性で、且つ、耐食性のある陽極板
が使用されている。これらは、上記の特性のほかに、機
械強度、加工性、電気伝導度、過電圧などを考慮する必
要がある。この種の陽極として、特開昭48−4067
6号に開示されたようなチタン、タンタル、ジルコニウ
ム、ニオブ、タングステンの金属又はそれらの合金、室
化物あるいは炭化物を溶射により形成したものが公知で
ある。この陽極の不落性はまだ不充分である。樽関昭4
9一鰍7班号には、チタン酸化物と貫金属との混合物を
溶射によって金属表面上に形成した電極が開示されてい
る。
この電極の酸素過電圧が高く、まだ不充分である。本発
明の目的は、酸素過電圧が低い陽極をそなえた電気イヒ
学的装置を提供することである。
本発明の亀気イ枠学的装置の陽極は、導電性基体上に形
成した酸化チタンと1種以上の非貴金属元素の酸化物と
の均一溶射膜を有するものである。本発明の電気化学的
装置の一例を模式的に示せば図の通りである。図におい
て、陰極3と溶射膜4を有する陽極基体5を、電解液2
を満したタンクーの中に設置する。陽極と陰極を電源(
図示せず)に接続すると、電解液中の陰イオンは陽極に
、腸イオンは陰極に移動する。本発明において、特に有
効な粉末原料である酸化チタンと非貴金属元素との均一
混合物は次のようにして作られる。
例えば酸化チタンを電気炉で溶融し、その敵液にニオブ
金属又はニオブ酸化物あるいはニッケル金属又はニッケ
ル酸化物を添加し、これを凝固、粉砕して作ることがで
きる。また、上記方法において、原料を予め電気炉の中
で混合して溶融し、凝固、粉砕したものもよい。更に、
多孔質酸化チタン粒又は粉末に、ニオブ又はニッケルの
塩の溶液(硝酸ニッケルなど)を含浸し、含浸物を空気
中又は他の任意の雰囲気中で加熱しニオブ塩又はニッケ
ル塩を分解する。これを粉砕して目的の粉末を得ること
ができる。酸化チタン粉末と非貴金属元素又はその化合
物の粉末との混合物を同時にプラズマ溶射してもよい。
X線分析によれば、このようにして得た電極の溶射膜中
の非貴金属元素例えばニオブ又はニッケルは原子状態と
いえるほどきわめて微細にチタン酸化物中に均一分散し
ている。
以上のように、本発明における均一溶射膜は、チタン酸
化物と他の非貴金属元素との単なる混合物ではなく、両
成分の固溶体、複合酸化物、共晶又はそれらの2つ以上
の混合組織を有する。
必要に応じ少量の貴金属を含んでもよい。非貴金属元素
のうち、ハロゲン、希ガス、水素などのガスは対象外で
ある。
アルカリ金属もごく徴量ならば、用途、目的によっては
漆射膜中に含まれてもよいが、実験によると、アルカリ
金属は溶射膜の不溶性を低下させるので、すぐれた不溶
性が要求される電極材には不適当である。本発明では非
貴金属元素として金属元素及び半金属元素が用いられる
たとえば金属元素としてはNb,Ni,Fe,V,Ta
,C〇,Cr,Ca,Sn,Mo,La.Ce,Mn,
VV,Sr,AI,Mg,Zn,CC,Y,Zrなどが
あり、半金属元素としては、P,Se,Bなどがある。
Ti02は通常は1ぴQ一肌の比抵抗を示し、絶縁物に
近い。
これを水素プラズマ溶射すると、化学量論からずれてT
i02〜の状態になり、比抵抗が低下する。例えば20
0メッシュパス〜400メッシュパスのTi02粉末を
用いると600一肌程度の溶射膜が得られる。また32
5メッシュパスで5山m以上のTi02粉末を用いると
、プラズマ出力を上げるにつれて比抵抗が下り、10‐
1〜10‐20−地になる。Ti02に非貴金属元素を
均一に分散させると、Ti02へ溶射膜の低い比抵抗が
安定化され、しかも酸素過電圧が低下するので、電気化
学反応に要する消費電力が少なくなる。この非貴金属元
素は、Ti021の中に入り込んで、Ti原子と置換し
たり、Ti02‐xの欠陥に入り込むと考えられる。綾
射条件や綾射膜の組成の選択により溶射膜の比抵抗を調
節することができる。
その値は、用途、目的により決定される。溶射膜の厚さ
も、用途、目的により選ばれる。
溶射膜は常識的には導電性基体表面が露出しない程度の
厚さ、即ち50一m以上とする。500〃m以上の厚さ
にするには不経済であるし、一般用途としては500r
m以下で充分である。
本発明におけるチタン酸化物−非貴金属元素溶射膜を有
する陽極は、チタン酸化物溶射膜に比べ、酸素過電圧が
低く、従って消費電力を少なくできる。
本発明の溶射膜は、電解液中での溶解性がきわめて小さ
いことがわかった。たとえばニオブをNQ03として5
%及び15%(重量)含むチタン酸化物溶射膜の溶解量
は0.1の9/めである。ニオブを添加しない場合のチ
タン酸化物溶射腰の溶解量は同一条件で0.6の9/め
である。チタン酸化物ーニツケルからなる均一混合物の
港射膜は、不落性はチタン酸化物ーニオブの場合と同程
度であるが、酸素過電圧が低いという利点がある。
このことは、特に金属塩の電解析出の場合に、消費電力
を節減するという効果がある。次に本発明の陽極材と公
知の各種陽極材の酸素過電圧Vを示す。材料(重量%)
酸素過電圧(コメント)【1} Ti02
2.88V{21 Ti02−Nb(15%
) 2.3V‘31 Ti02−Ni(5%) 1.7
V■ Pt l.83V(きわめて高
価)■ 黒鉛 1.67V(溶解性大)【
6} フェライト 2.33V(高価)上記酸
素過電圧は、陰極にアルミニウム板を用し、、陽極を鮒
‐比S04(200の‘)中に浸潰し、0.松/d淋の
電流を30.5qo〜25.5qoで測定したものであ
る。
陽極の浸債面積は19めである。ニオブ又はニッケルな
どの非貴金属元素の添加量は、チタン酸化物の0.1重
量%以上であればよい。チタン酸化物の不溶性を利用す
るためには、チタン酸化物が主成分であることがよく、
特に35重量%以下がよいと思われる。溶射被膜中には
僅かではあるが微細クラック或いは気孔を含んでいる。
溶射層を電極として使用する場合、一般には被膜よりも
電気伝導性の良好な材料を基材として用い、これに吹付
けるのであるが、この際被膜中の気孔或いは微細クラツ
クが問題になることがある。例えば水処理用電極として
用いると、気札或いは微細クラックを通して溶液が溶射
被膜と基村面に浸透し、基材が腐食容出し溶射膜が剥離
することがある。この防止方法としては樹脂、キレート
材などによる封孔処理が有効である。この封孔処理に関
して検討した結果、Si02系のガラス質或いはアルミ
ニウム系、チタン系キレート剤が最も効果がある。溶射
膜はプラズマ溶射法によって形成される。
溶射を実施するにあたっては、なるべく微細で大きさの
そろったチタン酸化物−ニオブ又はチタン酸化物ーニッ
ケルの粉末を用意し、侍関昭48一40676号公報や
持開昭49−職783号公報などに記載の方法で漆射す
る。粉末は150メッシュを通過するもの、特に325
メッシュを通過するものがよく、あまり細かいものは除
いて、なるべく5仏m以上のものを使用する。そうでな
いと一様の溶射膜を得にくい。プラズマ炎中の水素原子
の作用によって、得られる溶射膜の酸素原子が化学量論
的量よりも少なくなり、溶射腹の導電性が向上する。そ
して、ニオブやニッケルを酸化チタンと固落させるなど
の手段による均一に混合すると、酸化チタンの酸素原子
と結合して、格子欠陥を増やし導電性をより高める作用
をすると考えられる。熔射膜を形成すべき導電性基体は
、溶射膜よりも比抵抗が小さいものを用いる。そうでな
いと大電流を陽極に流すことによって、陽極が発熱する
からである。これは電力の浪費でもある。導電性基体と
してチタンを用いると、溶射膜に微細な穴があって、そ
の穴から電解液が基体表面に到達しても、陽極化成によ
り高度に不溶性のTi02膜がチタン表面に形成され、
基体の溶解が防止できる。
実施例 1 内直径2仇舷×長さ1501で肉厚が0.8脇tのチタ
ン製管、及び肉厚が1風tのステンレス製管及びアルミ
ニウム製管に以下のようにプラズマ溶射法により酸化チ
タンーニオブ被膜を形成させた。
(i)一150メツシユ〜+325メツシユ、(ii)
一270〜十400メツシユ、側一325メツシユ〜+
28hr、dの一25〜十5山mの酸化チタンーニオプ
粉末を用い、10比仇のアルゴンと7〜1&fhの水素
の混合ガスを用いた。プラズマ電流を950〜100船
として0.8〜1.仇舷厚さに溶射を行った。これを陽
極として0.5%NaCI中で3本A/地の電流密度で
2価rの電解テストを行ない電極の消耗量を比較した。
その結果電極の消耗量は(i)1.0の2/地、(ii
’0.95雌/地、刑0.7の9/嫌、M0.7のp/
めであった。325メッシュ以下の粉末の被膜が消耗量
が低く、耐久性が高いことがわかった。
次に325メッシュパス(5山m以上)酸化チタンーニ
ツケルを添加して同様の試験を行ない、その消耗量は酸
化チタンーニオブの場合と同程度であることを確めた。
電極の消耗量は電流密度の影響を強く受け、電流密度が
少なくなる程消耗量も減少し、酸化ニオブを加えたもの
は電流が2仇A/の以下では殆ど消耗しない結果が得ら
れた。
実施例 2 次にチタン管、ステンレス管及びアルミニウム管を基村
としてその表面に−325メッシュ〜十10仏mの酸化
チタン(Ti02)を10比比のアルゴン中に7c比の
水素を混合して100Mのプラズマ電流で0.3〜0.
5肋厚さに被覆後、(i)フェノール系樹脂、(ii)
ェポキシ系樹脂、0ii)5〜10%アルミニウムキレ
ート、Gの3〜10%チタンキレート、MIO%シリコ
ンガラスで封孔処理を行った。
各種キレート剤では塗布後100℃、220こ0、30
0qo、40000各lhrの熱処理を行った。これら
の電極を陽極として1%硫酸ナトリウム溶液中で1.1
A/d〆の電流密度で通電し電極のTi,Fe,AIの
溶出量を比較した。アルミ管及びステンレス管で溶射の
ままのもの及びこれに樹脂系封孔処理を行ったもの、ア
ルミニウム、チタン系キレート及びシリコンガラスを塗
付したものに比べ、Tiに各種キレート処理を行つたも
のは、最も溶出塁が少なかった。その他の実施例の結果
を示す。
表において、添加した非貴金属元素量は表に示した酸化
物の形に換算して示した。綾射膜中の添加物の形が、表
に示した安定な酸化物で存在するかどうか未だ不明であ
る。
【図面の簡単な説明】
図は本発明を適用する不港性電極をそなえた電気化学的
装置の一部断面模式図である。 1・・・・・・タンク、2・・・・・・電解液、3・・
・・・・陰極、4・・・・・・溶射膜、5・・・・・・
基体。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 陽極と陰極との間に電解液を介在させてその電極間
    に電気化学反応を生じさせるものにおいて、前記陽極は
    導電性基体上にチタン酸化物と1種以上の非貴金属元素
    の酸化物とを含有する均一溶射膜を有することを特徴と
    する不溶性電極をそなえた電気化学的装置。
JP56033875A 1981-03-11 1981-03-11 不溶性電極をそなえた電気化学的装置 Expired JPS6017834B2 (ja)

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