JPS6040515B2 - Ion exchange membrane electrolyzer - Google Patents

Ion exchange membrane electrolyzer

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JPS6040515B2
JPS6040515B2 JP56076751A JP7675181A JPS6040515B2 JP S6040515 B2 JPS6040515 B2 JP S6040515B2 JP 56076751 A JP56076751 A JP 56076751A JP 7675181 A JP7675181 A JP 7675181A JP S6040515 B2 JPS6040515 B2 JP S6040515B2
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exchange membrane
ion exchange
electrolytic cell
porous layer
cell according
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恒司 石井
宏明 伊藤
隆道 石川
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、イオン交換膜電解糟、特に塩化アルカリ水溶
液の電解に適したイオン交換膜電解槽に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an ion-exchange membrane electrolytic cell, particularly to an ion-exchange membrane electrolytic cell suitable for electrolyzing an aqueous alkali chloride solution.

塩化アルカリ水溶液を電解して苛性アルカリと塩素を得
る方法は近年公害防止の見地から、水銀法に代り隔膜法
が、そして更に高純度、高濃度の苛性アルカリを得る目
的でイオン交換膜を用いる方法が実用化されている。
In recent years, from the viewpoint of pollution prevention, the method for obtaining caustic alkali and chlorine by electrolyzing an aqueous alkali chloride solution has been replaced by the diaphragm method instead of the mercury method, and a method using an ion exchange membrane for the purpose of obtaining even higher purity and highly concentrated caustic alkali. has been put into practical use.

一方、省エネルギーを観点からこの種の電解においては
、電解電圧を極力低くすることが至上命令ともいえるこ
とであるが、近年、含フッ素腸イオン交換膜の一方の面
にガス及び液透過性の多孔質の陽極及び陰極をそれぞれ
密接せしめて電解する所謂SPE(SolidPoly
merElectrolyに)型塩化アルカリ電解(例
えば特関昭53一52297号公報、特関昭52−78
7磯号公報)が知られている。
On the other hand, in this type of electrolysis, it is imperative to reduce the electrolytic voltage as low as possible from the viewpoint of energy saving. The so-called SPE (Solid Poly
merElectroly) type alkali chloride electrolysis (for example, Tokusei No. 53-152297, Tokusei No. 52-78
7 Iso Publication) is known.

これは、従来この種技術において避け難いとされていた
電解液の電気抵抗や、発生する水素や塩素ガスに基づく
泡による電気抵抗を減らせる為、従来より一段と低電圧
で電解を実施しうる手段として優れた方法である。一方
、本発明者等は、更に研究を進め、上記電極を多孔質層
として膜面に結合する代りに、それ自体は、電極活性を
有しない、例えば非導電性の多孔質層を膜面に結合し、
電極は該多孔質層を介して設けることによって、上記電
極多孔質層を設けた電解糟とほぼ同様に糟電圧を低減で
きる電解槽を開発した。
This is a method that allows electrolysis to be carried out at a lower voltage than before because it can reduce the electrical resistance of the electrolytic solution and the electrical resistance caused by bubbles generated from hydrogen and chlorine gas, which were previously thought to be unavoidable in this type of technology. This is an excellent method. On the other hand, the present inventors conducted further research and, instead of bonding the above-mentioned electrode to the membrane surface as a porous layer, a porous layer that itself does not have electrode activity, for example, is non-conductive, was attached to the membrane surface. combine,
By providing the electrode through the porous layer, we have developed an electrolytic cell that can reduce the voltage in the cell in substantially the same way as the electrolytic cell provided with the electrode porous layer.

該電解槽は、槽電圧が低いとともに、電極材質としては
、電極が膜に直接接触しないために大きい選択性の幅を
有し、且つ膜と多孔質層の界面でのガス発生に基くトラ
ブルを防止できる点で、電極多孔質層を有する電解槽に
比べて更に利点を有する。
This electrolytic cell has a low cell voltage, has a wide range of selectivity as the electrode material does not come into direct contact with the membrane, and is free from troubles caused by gas generation at the interface between the membrane and the porous layer. It has an additional advantage over an electrolytic cell having a porous electrode layer in that it can be prevented.

ところで、かかる電極活性を有しない多孔質層を表面に
有するイオン交換膜電解槽において、ガス透過性の多孔
質層とイオン交換膜面との接触は該装置の性能を左右す
る重要な点であり、多孔質層の厚みが不均一であったり
、或いは、多孔質層とイオン交換眼との接触が充分でな
い場合には、多孔質層の一部が離脱し易くなることによ
り、櫓電圧が上昇し、或いは、接触界面にガスや余分の
液が滞留することにより、糟電圧が上昇するなどして該
装置の所期の利点が小さくなったり、また得られないこ
とになる。
By the way, in an ion exchange membrane electrolytic cell that has a porous layer on its surface that does not have electrode activity, the contact between the gas permeable porous layer and the ion exchange membrane surface is an important point that affects the performance of the device. If the thickness of the porous layer is uneven, or if there is insufficient contact between the porous layer and the ion exchange eye, part of the porous layer may easily separate, resulting in an increase in the oar voltage. Alternatively, due to the accumulation of gas or excess liquid at the contact interface, the voltage may increase, and the intended advantages of the device may be reduced or not obtained.

本発明は、この種イオン交換膜電解槽におけるガス及び
液透過性の多孔質層とイオン交換膜との接触において、
新規な構成手段を採用することにより、イオン交換膜面
に、均一な厚みの多孔質層を、しかもイオン交換膿と十
分に密着するように設けた優れた性能を有する図解槽を
提供する。
The present invention provides a method for contacting an ion-exchange membrane with a gas- and liquid-permeable porous layer in this type of ion-exchange membrane electrolytic cell.
By adopting a new construction means, an illustrated tank having excellent performance is provided, in which a porous layer of uniform thickness is provided on the ion exchange membrane surface so as to be in sufficient contact with the ion exchange pus.

即ち、本発明は、陽極及び陰極間をイオン交換膜で区画
した電解槽であって、前記陽極及び陰極の少なくとも一
方は、イオン交換膜面に形成された電極活性を有しない
ガス及び液透過性の多孔質層を介して配置されており、
前記多孔費層は、導亀性乃至非導電性の物質の粒子がロ
ール塗付法によりイオン交換膜面に付着形成されたもの
であることを特徴とするイオン交換膜電解槽を提供する
ものである。本発明において、イオン交換膜面に形成さ
れるガス及び液透過性の多孔質層は、電極として作用し
ない限り導電性物質でも非導亀性物質でもよく、また無
機材料でも有機材料のいずれから形成してもよい。
That is, the present invention provides an electrolytic cell in which an anode and a cathode are partitioned by an ion exchange membrane, wherein at least one of the anode and the cathode is formed on the surface of the ion exchange membrane and has no electrode activity and is permeable to gases and liquids. are arranged through a porous layer of
The present invention provides an ion-exchange membrane electrolytic cell characterized in that the porous layer is formed by adhering particles of a gas-conducting or non-conductive substance to the ion-exchange membrane surface by a roll coating method. be. In the present invention, the gas- and liquid-permeable porous layer formed on the ion-exchange membrane surface may be made of either a conductive material or a non-game-conducting material, as long as it does not act as an electrode, and may be made of either an inorganic material or an organic material. You may.

しかし、好ましくは極液に対して耐食性を有し、且つ親
水性を有する材料から構成するのが好ましい。好ましい
ものとして、金属又は金属の酸化物、水酸化物、炭化物
、窒化物あるいはそれらの混合物、更には親水性を施し
たポリマー、特に陽極側にはフッ素ポリマーが例示され
る。例えば、塩化アルカリ水溶液の電解の場合、陽極側
の多孔質層としては周期律表W−A族(好ましくはゲル
マニウム、スズ、鉛)、W一B族(好ましくはチタン、
ジルコニウム、ハフニワム)、V−B族(好ましくはニ
オブ、タンタル)、鉄族金属(鉄、コバルト、ニッケル
)などの単体又は合金、酸化物、水酸化物、窒化物又は
炭化物などの粉末が使用される。
However, it is preferable to use a material that is corrosion resistant to the polar liquid and has hydrophilic properties. Preferred examples include metals, metal oxides, hydroxides, carbides, nitrides, or mixtures thereof, and hydrophilic polymers, particularly fluorine polymers on the anode side. For example, in the case of electrolysis of an aqueous alkali chloride solution, the porous layer on the anode side is made of group W-A (preferably germanium, tin, lead), group W-B (preferably titanium, titanium, etc.) of the periodic table.
Powders of oxides, hydroxides, nitrides, or carbides of metals of the V-B group (preferably niobium, tantalum), iron group metals (iron, cobalt, nickel), oxides, hydroxides, nitrides, or carbides are used. Ru.

一方、陰極側の多孔費層としては「陽極側多孔費層の形
成に用いた材料に加え、銀、ジルコニウム又はその合金
、ステンレス、炭素、又はチタン酸カリ等で親水化処理
した四フツ化エチレン樹脂などが使用される。ロール塗
付法による多孔質層の形成にあたっては、上記材料は好
ましくは粒径0.01〜300山、特には0.1〜10
0ムの粉末の形態で使用される。
On the other hand, for the porosity layer on the cathode side, ``In addition to the materials used to form the porosity layer on the anode side, ethylene tetrafluoride treated with hydrophilic treatment with silver, zirconium or its alloy, stainless steel, carbon, or potassium titanate, etc. Resin, etc. are used. When forming the porous layer by the roll coating method, the above material preferably has a particle size of 0.01 to 300, particularly 0.1 to 10.
It is used in the form of a 0 ml powder.

そして、上記材料を一種類で使用しても良く、また二種
以上を混合使用してもよい。例えば無機材料に、酸型モ
ノマ−を少量共重合して変性したポリテトラフルオロェ
チレン、後述のイオン交換膜用舎フッ素重合体の如き有
機材料を混合して使用しても良いoロール塗付法を実施
するに当っては、前記の如き粒子を含むペースト状物な
どを使用することが好適である。
The above materials may be used alone or in combination of two or more. For example, an inorganic material may be mixed with an organic material such as polytetrafluoroethylene modified by copolymerizing a small amount of an acid type monomer, or a fluoropolymer for ion exchange membranes described below. In carrying out the method, it is preferable to use a paste containing the particles as described above.

ペースト状物などを使用する場合などでは、必要ならば
ボリテトラフルオロェチレン、ポリ三弗化塩化エチレン
などのフルオロカーボン重合体などの結合剤、更にカル
ボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキ
シエチルセルロースなどのセル。ース類、ポリエチレン
グリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリ
ドン、ポリアクリル酸ソーダ、ポリメチルビニルエーテ
ル、カゼイン、ポリアクリルアミドなどの水可溶性物質
などの増粘剤が使用される。これら結合剤又は増粘剤は
、上記粉末に対して好ましく0〜5低重量%、特には0
.5〜3の重量%使用される。また、この際必要ならば
、更に最鎖炭化水素、フッ素化炭化水素などの適宜の界
面活性剤を加えることにより、多孔質層の形成を容易に
することができる。
When using paste-like materials, binders such as fluorocarbon polymers such as boritetrafluoroethylene and polytrifluorochloroethylene, and cells such as carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, and hydroxyethyl cellulose, if necessary. Thickeners such as water-soluble substances such as bases, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, sodium polyacrylate, polymethyl vinyl ether, casein, and polyacrylamide are used. These binders or thickeners are preferably 0 to 5% by weight, especially 0% by weight, based on the powder.
.. 5-3% by weight is used. In addition, if necessary at this time, the formation of the porous layer can be facilitated by further adding an appropriate surfactant such as a closest-chain hydrocarbon or a fluorinated hydrocarbon.

いずれにせよ、形成された多孔費層における前記粒子の
含有量は0.001〜50雌/地、特には0.01〜3
0の3/仇程度にするのが好ましい。多孔質層を際面に
形成させるロールコーティング方式(ロール塗付法)は
、最尺のイオン交換膜の表面に連続的に塗付可能であり
、作業性、塗膿均一性などの観点から望ましい。この場
合、コ‐夕−としては、ロッドコータ−、ブレ−ドコー
ター、ナイフコーター、エアーナイフコーター、IJ/
ゞ−スロールコーター、グラビアロールコーター、キス
コーター、カレンダーコータ−、ニツプコーター、デイ
ツプコーターなどの汎用コーティング方式をいずれも採
用可能である。通常は、イオン交換膜の面に前記の如き
ペースト状物を均一に塗布し、そのまま連続的に乾燥炉
によりペースト状物中の蒸発成分を乾燥することにより
、多孔質層の形成が可能である。かかるロール塗付でイ
オン交換膜の片面に多孔費層を形成した後t長尺の場合
には一旦巻きとり、次に裏面に同様の操作によりロール
塗付を施すことにより、イオン交換膜の両面に多孔質届
を形成せしめることも可能である。塗付乾燥後の固形分
粒子の付着量は、ペースト状物の固形分濃度、粘度、塗
付されるイオン交換膿の搬送スピード、各ロールの回転
スピード、またバーコーター方式の場合などでは、バッ
クアップロールとバーコーターの間隔などにより制御さ
れ得る。
In any case, the content of said particles in the formed porous layer is between 0.001 and 50 particles/field, especially between 0.01 and 3
It is preferable to set it to about 3/0. The roll coating method (roll coating method), which forms a porous layer on the edge, can be applied continuously to the surface of the largest ion exchange membrane, and is desirable from the viewpoints of workability and uniformity of coating. . In this case, the coater includes a rod coater, blade coater, knife coater, air knife coater, IJ/
Any general-purpose coating method such as a roll coater, a gravure roll coater, a kiss coater, a calendar coater, a nip coater, or a dip coater can be used. Normally, a porous layer can be formed by uniformly applying a paste like the one described above on the surface of an ion exchange membrane and then continuously drying the evaporated components in the paste in a drying oven. . After forming a porous layer on one side of the ion-exchange membrane by roll coating, in the case of a long membrane, it is rolled up once, and then the reverse side is coated with a roll in the same manner, thereby forming a layer on both sides of the ion-exchange membrane. It is also possible to form a porous layer. The amount of solid particles adhered after application and drying depends on the solid content concentration of the paste, the viscosity, the conveyance speed of the ion-exchanged pus to be applied, the rotation speed of each roll, and, in the case of a bar coater method, backup It can be controlled by the distance between the roll and the bar coater.

グラビアコーターなどの場合には、彫刻されたグラビア
ロールの模様などによっても制御され得る。いずれにし
ても、塗付されるペースト状物の豊は、粒子固形分換算
で0.001〜5仇o/の、好ましくは0.01〜30
のo′がの範囲のなかで、所定の厚みを可及的均一に塗
付するのが望ましい。塗付されたペースト状物の乾燥は
、イオン交換膜が熱劣化しない範囲内の温度、例えば3
2ぴ○以下で可能であり、ペースト状物中の溶媒組成な
どにより、温度、時間などが選定されて実施され得る。
かくして、イオン交換膜の一方又は双方の面には、均一
な厚みで且つ密着性の大きい多孔質層が形成されるが、
好ましくは必要に応じて多孔質層を膜面に圧力下に押し
つけるのが好ましい。
In the case of a gravure coater, etc., it can also be controlled by an engraved pattern on the gravure roll. In any case, the thickness of the paste to be applied is 0.001 to 5 o/, preferably 0.01 to 30 o/in terms of particle solid content.
It is desirable to apply the coating to a predetermined thickness as uniformly as possible within the range of o'. The applied paste is dried at a temperature within a range that does not cause thermal deterioration of the ion exchange membrane, e.g.
It can be carried out at a temperature of 2 pi or less, and the temperature, time, etc. can be selected depending on the solvent composition in the paste.
In this way, a porous layer with uniform thickness and high adhesion is formed on one or both surfaces of the ion exchange membrane.
Preferably, if necessary, the porous layer is pressed against the membrane surface under pressure.

かかるプレス方法としては、塗付された膜を所定の寸法
に切断後、加熱された平板の間でプレスする平板プレス
法、加熱された一対のロール、特に金属ロールとゴムロ
ールの間でロールを回転させながら連続的にプレスする
ロールプレス法のいずれも採用可能である。この場合の
プレス温度は、膜が軟化乃至熔融する広範囲の温度条件
100〜30000程度を採用できる。プレス圧力は、
平板プレスの場合1〜1000k9/地、好ましくは1
〜200k9/仇程度、ロールプレスの場合0.5〜2
00k9/功一ロール長さ、好ましくは1〜100k9
/地−ロール長さ程度が採用される。このようにしてイ
オン交換膜面に形成される鰭極活性を有しない多孔質層
は、良好なガス及び液透過性を得るために、好ましくは
平均細孔径0.01〜200r、特には0.1〜100
仏、多孔率10〜99%、特には25〜95%を有する
ようにし、また厚みは好ましくは0.01〜200〃、
特には0.1〜100ムにするのが適切である。
Such pressing methods include the flat plate pressing method in which the coated film is cut into predetermined dimensions and then pressed between heated flat plates, and the roll is rotated between a pair of heated rolls, especially a metal roll and a rubber roll. It is possible to adopt any roll press method in which the material is pressed continuously while being pressed. In this case, the pressing temperature can be set in a wide range of temperatures from about 100 to about 30,000 so that the film softens to melts. The press pressure is
In the case of a flat plate press, 1 to 1000k9/ground, preferably 1
~200k9/enough, 0.5~2 for roll press
00k9/Koichi roll length, preferably 1-100k9
/ ground - roll length is adopted. In order to obtain good gas and liquid permeability, the porous layer thus formed on the surface of the ion exchange membrane, which has no fin polar activity, preferably has an average pore diameter of 0.01 to 200 r, particularly 0. 1-100
The porosity is preferably 10 to 99%, particularly 25 to 95%, and the thickness is preferably 0.01 to 200.
In particular, it is appropriate to set it to 0.1 to 100 μm.

電極活性を有しない多孔質層をイオン交換膜面に形成す
る場合、電極は該多孔質層を介して配置される。
When a porous layer having no electrode activity is formed on the surface of the ion exchange membrane, the electrode is placed through the porous layer.

かかる電極としては、絹、エキスパンデッドメタルなど
の空隙性の電極が使用される。そして、かかる電極材質
としては、例えば、陽極としては、白金族金属、その導
母性酸化物又はその導電性還元酸化物等が使用され、一
方陰極としては、白金族金属、その導軍性酸化物又は鉄
族金属等が使用される。なお、白金族金属としては、白
金、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、イリジウムが
例示され、また鉄族金属としては、鉄、コバルト、ニッ
ケル、ラネーニッケル、安定化ラネーニツケルが例示さ
れる。空隙性の電極を使用する場合は、該電極は、上記
陽極又は陰極を形成する物質それ自体からこれを形成す
ることができる。しかし、白金族金属又はその導鰭性酸
化物等を使用するときには、通常チタンやタンタルなど
の弁金属のエキスパンデッドメタルの表面にこれらの物
質を被覆せしめて形成するのが好ましい。これらの陽極
又は陰極は、必ずしも多孔費層と接触して配贋する必要
はないが、好ましくは、電極は多孔質層と接触して配置
される。また、陽極又は陰極のいずれか一方のみを、本
発明に従って、電極活性を有しない多孔質層を介して配
置せしめる場合には、その対極である陽極又は陰極は、
上記した空隙性の電極が直接にイオン交換膜の陽極側又
は陰極側に配贋され得る。
As such an electrode, a porous electrode such as silk or expanded metal is used. As such electrode materials, for example, platinum group metals, conductive oxides thereof, or conductive reduced oxides thereof are used as the anode, while platinum group metals, conductive oxides thereof, etc. are used as the cathode. Or iron group metals etc. are used. Examples of platinum group metals include platinum, rhodium, ruthenium, palladium, and iridium, and examples of iron group metals include iron, cobalt, nickel, Raney nickel, and stabilized Raney nickel. If a porous electrode is used, it can be formed from the material itself forming the anode or cathode. However, when platinum group metals or their guiding fin oxides are used, it is preferable to coat the surface of an expanded valve metal such as titanium or tantalum with these substances. Although these anodes or cathodes do not necessarily have to be placed in contact with the porous layer, preferably the electrodes are placed in contact with the porous layer. In addition, when only either the anode or the cathode is disposed via a porous layer having no electrode activity according to the present invention, the opposite electrode, the anode or the cathode, is
The porous electrode described above can be placed directly on the anode side or the cathode side of the ion exchange membrane.

かかる場合、これらの蚤極は、イオン交換膜面に接触し
て設けてもよいし、間隔をあげて設けてもよい。本発明
で用いられるイオン交換膜としては、例えばカルボン酸
基、スルホン酸基、リン酸基、フェノール性水酸基など
の陽イオン交換膜を含有する重合体からなり、かかる重
合体としては、含弗素重合体を採用するのが特に好まし
い。
In such a case, these flea electrodes may be provided in contact with the ion exchange membrane surface, or may be provided at intervals. The ion exchange membrane used in the present invention is made of a polymer containing a cation exchange membrane such as a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a phenolic hydroxyl group, and such a polymer includes a fluorine-containing polymer. It is particularly preferable to employ coalescence.

イオン交換膜含有の含弗素重合体としては、例えばテト
ラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン等の
ビニルモノマーとスルホン酸、カルポン酸、リン酸基等
のイオン交換膜を有するパーフルオロのビニルモノマー
との共重合体が好適に使用される。又、トリフルオロス
チレンの膜状重合体にスルホン酸基等のイオン交換膜を
導入したもの等も使用出来る。そして、これらのうち夫
々以下の【ィ},‘oーの重合X氏単位を有するポリマ
ーを用いる場合には、比較的高い電流効率で高純度の苛
性アルカリを得ることが出来るので特に好ましい。
Examples of fluorine-containing polymers containing ion exchange membranes include combinations of vinyl monomers such as tetrafluoroethylene and chlorotrifluoroethylene with perfluorinated vinyl monomers having ion exchange membranes such as sulfonic acid, carboxyl acid, and phosphoric acid groups. Polymers are preferably used. Further, a membrane-like polymer of trifluorostyrene having an ion exchange membrane such as a sulfonic acid group introduced therein can also be used. Among these, it is particularly preferable to use a polymer having the following polymerized Mr.

{ィー キCF2−CXX′ナ, ここでXはF,CI,H又は‐CF3であり、X′はX
又はCF3(CF2)mであり、mは1〜5であり、Y
は次のものから選ばれる。
{EEK CF2-CXX'NA, where X is F, CI, H or -CF3, and X' is
or CF3(CF2)m, m is 1 to 5, and Y
is selected from the following:

キCF2チxA,一〇tCF2ナxA, ×,y,zは、ともに0〜10であり、Z,Rrは、一
F又は炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基から選
ばれる。
CF2xA, 10tCF2NAxA, x, y, and z are all 0 to 10, and Z and Rr are selected from 1F or a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms.

また、Aは、−S03M,一COOM又は加水分解によ
りこれらの基に転化しうる−S02F,−CN,一CO
F又は−COORであり、Mは水素又はアルカリ金属、
Rは炭素数1〜10のアルキル基を示す。本発明におい
て使用される陽イオン交換膜は、イオン交換容量が、好
ましくは0.5〜4.0ミリ当量/グラム乾燥樹脂、特
には0.8〜2.0ミリ当量ノグラム乾燥樹脂であるの
が好ましい。
In addition, A is -S03M, -COOM or -S02F, -CN, -CO, which can be converted into these groups by hydrolysis.
F or -COOR, M is hydrogen or an alkali metal,
R represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. The cation exchange membrane used in the present invention preferably has an ion exchange capacity of 0.5 to 4.0 meq/g dry resin, particularly 0.8 to 2.0 meq/g dry resin. is preferred.

かかるイオン交換容量を与えるため、上記{ィー及び‘
o}の重合単位からなる共重合体からなるイオン交換膜
の場合、好ましくは【o’の重合単位が、好ましくは1
〜40モル%、特には3〜25モル%であるのが適当で
ある。
In order to provide such ion exchange capacity, the above
In the case of an ion exchange membrane made of a copolymer consisting of polymerized units of [o], preferably the polymerized units of [o' are preferably 1
Suitably it is from 3 to 25 mol%, especially from 3 to 25 mol%.

本発明で使用される陽イオン交換膜は、必ずもし一種類
の重合体からのみ形成する必要はなく、また一種類のイ
オン交換膜だけを有する必要はない。
The cation exchange membrane used in the present invention does not necessarily need to be formed from only one type of polymer, nor does it need to have only one type of ion exchange membrane.

例えば、イオン交換容量として、陰極側が陽極側に比べ
てより小さい二種類の重合体の積層膜、陰極側がカルボ
ン酸基などの弱酸性交換基で、陽極側がスルホン酸基な
どの強酸性交換基をもつイオン交換膜も使用できる。こ
れらのイオン交換膜は従来既知の種々の方法で製造され
、また、これらのイオン交換膜は、必要により、好まし
くはポリテトラフルオロェチレンなどの含フッ素重合体
からなる布、網などの織物、不織布又は金属製のメッシ
ュ、多孔体などで補強することができる。
For example, a laminated membrane of two types of polymers with a smaller ion exchange capacity on the cathode side than on the anode side, the cathode side containing a weakly acidic exchange group such as a carboxylic acid group, and the anode side containing a strongly acidic exchange group such as a sulfonic acid group. Ion-exchange membranes can also be used. These ion-exchange membranes are manufactured by various conventionally known methods, and if necessary, these ion-exchange membranes can be manufactured using fabrics such as cloth or mesh, preferably made of a fluorine-containing polymer such as polytetrafluoroethylene. It can be reinforced with non-woven fabric, metal mesh, porous material, etc.

また、本発明のイオン交換膜の厚みは、好ましくは20
〜500一、好ましくは50〜400ムにせしめられる
。これらイオン交換膜の表面に、好ましくは結合して形
成される上記陽極及び陰極側の多孔質層は、イオン交換
膜の有するイオン交換膜の分解を招かないように、適宜
のイオン交換膜の形態、例えばカルボン酸基のときは、
そのェステル型で、スルホン酸基の場合には、一S02
F型で、圧力及び熱の使用により結合させる。
Further, the thickness of the ion exchange membrane of the present invention is preferably 20
-500 mm, preferably 50-400 mm. The porous layers on the anode and cathode side, which are preferably bonded and formed on the surface of these ion exchange membranes, are formed in an appropriate ion exchange membrane form so as not to cause decomposition of the ion exchange membrane of the ion exchange membrane. , for example, in the case of a carboxylic acid group,
In its ester form, in the case of a sulfonic acid group, -S02
Type F, bonding is achieved through the use of pressure and heat.

本発明の電解槽を使用し、例えば塩化アルカリ水溶液の
電解を行なう条件としては、上記した持関昭54一11
23斑号公報におけるような既知の条件が採用できる。
The conditions for electrolyzing, for example, an aqueous alkali chloride solution using the electrolytic cell of the present invention are as follows.
Known conditions such as those in Publication No. 23 can be employed.

例えば、陽極室には、好ましくは2.5〜5規定(N)
の塩化アルカリ水溶液を供給し、陰極室には、水又は稀
釈水酸化アルカリを供給し、好ましくは80qo〜12
0qo、電流密度10〜100A′dm2で電解される
。かかる場合、塩化アルカリ水溶液中のカルシウム及び
マグネシウムなどの重金属イオンは、イオン交換膜の劣
化を招くので、可及的に小さくせしめるのが好ましい。
また、陽極における酸素の発生を極力防止するために塩
酸などの酸を塩化アルカリ水溶液に添加することができ
る。本発明における電解槽は、上記構成を有する限りに
おいて単極型でも複極型でもよい。
For example, in the anode chamber, preferably 2.5 to 5 normal (N)
of aqueous alkali chloride is supplied, and water or diluted alkali hydroxide is supplied to the cathode chamber, preferably 80 qo to 12
Electrolysis is carried out at a current density of 10 to 100 A'dm2. In such a case, heavy metal ions such as calcium and magnesium in the aqueous alkali chloride solution cause deterioration of the ion exchange membrane, so it is preferable to keep them as small as possible.
Furthermore, an acid such as hydrochloric acid can be added to the aqueous alkali chloride solution in order to prevent the generation of oxygen at the anode as much as possible. The electrolytic cell in the present invention may be of a monopolar type or a bipolar type as long as it has the above configuration.

また電解槽を構成する材質は、陽極室の場合には、塩化
アルカリ水溶液及び塩素に耐性があるもの例えばチタン
が使用され、陰極室の場合には、高濃度の水酸化アルカ
リ及び水素に耐性がある鉄、ステンレス又はニッケルな
どが使用される。また、本発明において、多孔質層付着
イオン交換膜を使用した場合、その外側には電極が配置
される。例えば、陽極の場合には、貴金属、その合金又
はその導電性酸化物を被覆した弁金属のエキスパンデッ
ドメタルなど、陰極の場合には、鉄、ニッケル又はステ
ンレスの絹、メッシュ又はエキスパンデッドメタルから
構成される。また、これら電極は、好ましくは多孔質層
に押しあてるなどにより接触させる。以上は、特に塩化
アルカリ水溶液の電解槽として説明したが、本発明の電
解槽は、水、ハロゲン酸、炭酸アルカリの鰭鱗槽として
も同様に適用できることはもちろんである。
In addition, the material used to construct the electrolytic cell is titanium, which is resistant to aqueous alkali chloride and chlorine in the case of the anode chamber, and titanium, which is resistant to high concentrations of alkali hydroxide and hydrogen, in the case of the cathode chamber. Some iron, stainless steel or nickel are used. Further, in the present invention, when an ion exchange membrane with a porous layer attached is used, an electrode is arranged on the outside thereof. For example, in the case of the anode, expanded metal of valve metal coated with precious metals, their alloys or conductive oxides thereof, and in the case of the cathode, silk, mesh or expanded metal of iron, nickel or stainless steel. It consists of Further, these electrodes are preferably brought into contact with the porous layer by pressing them against the porous layer. Although the above description has been made particularly as an electrolytic cell for an aqueous alkali chloride solution, it goes without saying that the electrolytic cell of the present invention can be similarly applied as a fin and scale bath for water, halogen acid, and alkali carbonate.

次に本発明を実施例を用いてさらに詳しく説明する。Next, the present invention will be explained in more detail using examples.

実施例 1 メチルセルロースの11夕を含む600夕の水に、シク
ロヘキサノール93夕、シクロヘキサノン31夕を均一
混合した混合溶媒に、粒径5山以下の酸化チタン粒子2
60夕及び粒径1山以下のポリテトラフルオロェチレン
表面をテトラフルオロェチレンとCF2=CF○(CF
2)3COOC公の共重合体で被覆した粒子26夕を添
加混合し、懸濁液ペーストを用意した。
Example 1 Titanium oxide particles with a particle size of 5 or less were added to a mixed solvent in which 93 parts of cyclohexanol and 31 parts of cyclohexanone were uniformly mixed in 600 parts of water containing 11 parts of methylcellulose.
60 days and the surface of polytetrafluoroethylene with a particle size of 1 or less is treated with tetrafluoroethylene and CF2=CF○ (CF
2) 26 particles coated with 3COOC copolymer were added and mixed to prepare a suspension paste.

該ペーストを、バーコーターとバックアップロールから
なるコーター部を有するロールコ−ターを用いて、イオ
ン交換膜の片面に塗付した。
The paste was applied to one side of the ion exchange membrane using a roll coater having a coater section consisting of a bar coater and a backup roll.

イオン交換膜は、イオン交換容量は1.43ミリ当量/
グラム乾燥樹脂、厚さ210ムを有するテトラフルオロ
ヱチレンとCF2=CF0(CF2)3COOC比の共
重合体からなる腸イオン交換膜である。ドクタ−ブレー
ドとイオン交換膜面のコーターギャップは約35rで、
塗付スピードは3の/分であり、引続き110℃に保た
れた長さ4肌の乾燥炉で連続的に乾燥した。このように
して片面の塗付乾燥が終了した後、次に膜の反対面の塗
付乾燥を同様の条件で実施した。多孔質層を両面に形成
したイオン交換膜は、延伸した厚み100山の飽和ポリ
エステルフィルム2枚の間にはさみ、150oCに加熱
された直径30弧の金属ロールとシリコンゴムラィニン
グロールの間を、3比ヱノ分のスピードで、40k9/
弧−ロール長さの圧力下で連続的にプレスして巻きとっ
た。
The ion exchange capacity of the ion exchange membrane is 1.43 milliequivalents/
This is an enteric ion exchange membrane made of a copolymer of gram dry resin, tetrafluoroethylene having a thickness of 210 μm, and a ratio of CF2=CF0(CF2)3COOC. The coater gap between the doctor blade and the ion exchange membrane surface is approximately 35r.
The application speed was 3/min and was subsequently dried continuously in a 4-length drying oven maintained at 110°C. After completing the coating and drying on one side in this manner, the coating and drying on the opposite side of the membrane was then carried out under the same conditions. The ion exchange membrane with porous layers formed on both sides was sandwiched between two sheets of stretched saturated polyester film with a thickness of 100 mounds, and then passed between a metal roll with a diameter of 30 arcs heated to 150oC and a silicone rubber lining roll. At the speed of 3 ratio Eno, 40k9/
It was continuously pressed and wound under arc-roll length pressure.

保護フィルムとして用いた上下2枚のポリエステルフィ
ルムをはがした結果、イオン交換膜両面に強固に付着し
た多孔質層を有する複合膜が得られた。該複合膜を25
重量%の苛性ソーダ水溶液に浸潰して前記イオン交換膜
を加水分解した。該イオン交換膜上には酸化チタンが両
面にそれぞれ約1の夕/係含まれていた。次にイオン交
換膜の陽極側にチタンのエキスパンデツドメタル(短径
2.5肌、長径5側)に酸化ルテニウム、酸化イリジウ
ム、酸化チタンの岡溶体を被覆した低い塩素過電圧を有
する陽極を、また陰極側にSUS304エキスパンデッ
ドメタル(短径2.5凧、長径5.仇舷)を、52%の
苛性ソーダ水溶液中で、150℃で5幼時間エッチング
処理し、低い水素過電圧を有するようにした陰極を0.
01kg/均の圧力でイオン交換膜に加圧接触させ、陽
極室に5規定の塩化ナトリウム水溶液を、陰極室に水を
供9台しつつ、陽極室の塩化ナトリウム濃度を4規定に
、また陰極室の苛性ソーダ濃度を35重量%を保ちつつ
、9000、4M/dm2で電解を行い、以下の結果を
得た。
As a result of peeling off the two upper and lower polyester films used as protective films, a composite membrane having porous layers firmly adhered to both surfaces of the ion exchange membrane was obtained. The composite membrane was
The ion exchange membrane was hydrolyzed by immersion in a % by weight aqueous sodium hydroxide solution. Each side of the ion exchange membrane contained about 1 part of titanium oxide on each side. Next, on the anode side of the ion exchange membrane, an anode with a low chlorine overvoltage made of expanded titanium metal (minor axis 2.5 skin, major axis 5 side) coated with Oka solution of ruthenium oxide, iridium oxide, and titanium oxide was placed. In addition, SUS304 expanded metal (minor axis: 2.5 mm, major axis: 5 mm) was etched on the cathode side at 150°C for 5 hours in a 52% caustic soda aqueous solution to ensure low hydrogen overvoltage. 0.
The ion exchange membrane was brought into pressurized contact at a pressure of 0.01 kg/yield, and while supplying a 5N aqueous sodium chloride solution to the anode chamber and water to the cathode chamber, the sodium chloride concentration in the anode chamber was brought to 4N, and the cathode While maintaining the caustic soda concentration in the chamber at 35% by weight, electrolysis was carried out at 9000.4 M/dm2, and the following results were obtained.

糟電圧W) 電流効率(%) 3.07 93.2 比較例 1 実施例1で用いたイオン交換膜の両面に何も付着させず
、実施例1と同様の方法で電解を行い、以下の結果を得
た。
Voltage W) Current efficiency (%) 3.07 93.2 Comparative example 1 Electrolysis was carried out in the same manner as in Example 1 without attaching anything to both sides of the ion exchange membrane used in Example 1, and the following Got the results.

槽電圧W) 電流効率(%) 3.41 93.8Cell voltage W) Current efficiency (%) 3.41 93.8

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 陽極及び陰極間をイオン交換膜で区画した電解槽で
あつて、前記陽極及び陰極の少なくとも一方は、イオン
交換膜面に形成された電極活性を有しないガス及び液透
過性の多孔質層を介して配置されており、前記多孔質層
は、導電性乃至非導電性の物質の粒子がロール塗付法に
よりイオン交換膜面に付着形成されたものであることを
特徴とするイオン交換膜電解槽。 2 多孔質層が多孔率10〜99%及び厚さ0.01〜
200μを有する特許請求の範囲第1項記載の電解槽。 3 導電性乃至非導電性物質が、極液に対して耐食耐を
有する無機又は有機材料からなる特許請求の範囲第1項
記載の電解槽。4 粒子の塗付が該粒子を含むペースト
状物をイオン交換膜面に薄層塗付することにより行なわ
れる特許請求の範囲第1項記載の電解槽。 5 導電性乃至非導電性物質が粒子径0.01〜100
μの粒子としてイオン交換膜面に塗付される特許請求の
範囲第1項記載の電解槽。 6 イオン交換膜が、カルボン酸基又はスルホン酸基を
有する含フツ素陽イオン交換膜である特許請求の範囲第
1項記載の電解槽。 7 イオン交換膜電解槽が、水酸化アルカリと塩素とを
製造する塩化アルカリ水溶液の電解槽である特許請求の
範囲第1項記載の電解槽。
[Scope of Claims] 1. An electrolytic cell in which an anode and a cathode are separated by an ion exchange membrane, wherein at least one of the anode and the cathode is formed on the surface of the ion exchange membrane through which gas and liquid permeate and have no electrode activity. The porous layer is formed by adhering particles of a conductive or non-conductive substance to the surface of the ion exchange membrane by a roll coating method. Ion exchange membrane electrolyzer. 2 The porous layer has a porosity of 10 to 99% and a thickness of 0.01 to
The electrolytic cell according to claim 1, having a diameter of 200μ. 3. The electrolytic cell according to claim 1, wherein the conductive or non-conductive substance is made of an inorganic or organic material that has corrosion resistance against the polar liquid. 4. The electrolytic cell according to claim 1, wherein the application of the particles is carried out by applying a thin layer of a paste containing the particles to the surface of the ion exchange membrane. 5 Conductive or non-conductive substance has a particle size of 0.01 to 100
The electrolytic cell according to claim 1, wherein the electrolytic cell is coated on the surface of an ion exchange membrane as μ particles. 6. The electrolytic cell according to claim 1, wherein the ion exchange membrane is a fluorine-containing cation exchange membrane having a carboxylic acid group or a sulfonic acid group. 7. The electrolytic cell according to claim 1, wherein the ion exchange membrane electrolytic cell is an aqueous alkali chloride solution electrolytic cell for producing alkali hydroxide and chlorine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS62123694U (en) * 1986-01-29 1987-08-06
JPS6359354U (en) * 1986-10-07 1988-04-20
JPH0386964U (en) * 1989-12-25 1991-09-03

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