JPS6045276B2 - Ion exchange membrane electrolyzer - Google Patents

Ion exchange membrane electrolyzer

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JPS6045276B2
JPS6045276B2 JP56080765A JP8076581A JPS6045276B2 JP S6045276 B2 JPS6045276 B2 JP S6045276B2 JP 56080765 A JP56080765 A JP 56080765A JP 8076581 A JP8076581 A JP 8076581A JP S6045276 B2 JPS6045276 B2 JP S6045276B2
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ion exchange
exchange membrane
porous layer
electrolytic cell
gasket
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泰夫 佐島
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Asahi Glass Co Ltd
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、イオン交換膜電解槽に関し、更に詳しく言え
ば、特定のイオン交換膜と特定電極配置を有する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an ion exchange membrane electrolyzer, and more particularly, to an ion exchange membrane electrolyzer having a specific ion exchange membrane and a specific electrode arrangement.

塩化アルカリ水溶液などの電解に適した電解槽に関する
。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。
This invention relates to an electrolytic cell suitable for electrolyzing an aqueous alkali chloride solution. 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the method for obtaining caustic alkali and chlorine by electrolyzing an aqueous alkali chloride solution has been replaced by the diaphragm method instead of the mercury method, and a method using an ion exchange membrane for the purpose of obtaining even higher purity and highly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、省エネルギーの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、含フッ素陽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
merElectmlyte)型塩化アルカリ電解(例
えば特開昭53−52297号公報、特開昭52−78
788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 conservation, but in recent years, gas and liquid permeable porous holes have been added to one side of the fluorine-containing cation exchange membrane. The so-called SPE (Solid Poly
merElectmlyte) type alkali chloride electrolysis (for example, JP-A-53-52297, JP-A-52-78)
No. 788) 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j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つて、上記
電極多孔質層を設けた電解槽とほぼ同様に摺電圧を低減
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, the present inventors attached a non-conductive porous layer, which does not itself have electrode activity, to the membrane surface. An electrolytic cell was developed in which the sliding voltage can be reduced almost in the same way as the electrolytic cell provided with the electrode porous layer by connecting the electrode to the porous layer and providing the electrode through the porous layer.

7 該電解槽は、摺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。
7 The electrolytic cell has a low sliding voltage, a wide range of selectivity as the electrode material does not come into direct contact with the membrane, and troubles due to 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 prevent this.

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を、フィルターブレス式電解槽に使
用する場合には、一般に2枚のゴム製などのガスケット
に挾まれた形で、電槽枠に組み込まれる。
By the way, when an ion exchange membrane having a porous layer on its surface that does not have electrode activity is used in a filter breath type electrolytic cell, it is generally sandwiched between two gaskets made of rubber or the like. incorporated into the frame.

このように、多数の電槽枠とイオン交換膜とがガスケッ
トを介して交互に配列され重ね合わされ、その両端から
締付けられて一本化される。そして、極液の漏洩を防止
するためには、締付け圧が大きくなり、それによりイオ
ン交換膜とガスケットとの接触部分は、強く圧ぱくされ
る。それと共に、弾性体であるガスケットが締付け圧に
より変形し、かかる変形はイオン交換膜にも伝ぱんする
。このため、イオン交換膜はその周縁部で破断を生ずる
ことがある。従つて、かかる難点を解消するためには、
イオン交換膜については、その周縁を補強し、あるいは
ガスケットについては、その変形を制御するなど、両者
の接触部分を補強構成とすることが有効である。即ち、
本発明は、電槽枠とイオン交換膜とをガスケットを介し
て交互に配列し、陽極及び陰極間をイオン交換膜で区画
して構成された電解槽において、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、且つイオン交換膜と前記ガスケットとの接触
部分が補強構成を有することを特徴とするイオン交換膜
電解槽を新規に提供するものである。
In this way, a large number of battery case frames and ion exchange membranes are alternately arranged and overlapped with gaskets interposed therebetween, and are tightened from both ends to form a single body. In order to prevent leakage of the polar liquid, the clamping pressure is increased, and the contact area between the ion exchange membrane and the gasket is thereby strongly compressed. At the same time, the gasket, which is an elastic body, is deformed by the tightening pressure, and this deformation is also propagated to the ion exchange membrane. For this reason, the ion exchange membrane may break at its periphery. Therefore, in order to eliminate such difficulties,
It is effective to reinforce the contact area between the ion exchange membrane by reinforcing its periphery, or by controlling the deformation of the gasket. That is,
The present invention provides an electrolytic cell configured by alternately arranging a cell frame and an ion exchange membrane via a gasket, and partitioning an anode and a cathode with an ion exchange membrane, in which at least one of the anode and the cathode is The gasket is arranged through a gas and liquid permeable porous layer having no electrode activity formed on the surface of the ion exchange membrane, and the contact portion between the ion exchange membrane and the gasket has a reinforcing structure. The present invention provides a new ion-exchange membrane electrolytic cell.

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
性物質ても非導電性物質でもよく、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。しかし、好ましく
は極液に対して耐S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クる。その他、
下記の如き粉末乃至粒状のものの他、カーボンベーパー
、フッ素樹脂のクロス、不織布など、予め多孔質薄層体
として形成されているものなども例示される。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■−A族(好ましくはゲルマニウム、ス
ズ、鉛)、■−B族(好ましくはチタン、ジルコニウム
、ハフニウム)、■−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が
使用される。
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-conductive 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. However, it is preferable to use a material that has S corrosion resistance against the polar liquid and is hydrophilic. Preferred examples include metals, metal oxides, hydroxides, carbides, nitrides, or mixtures thereof, and hydrophilic polymers, particularly fluorine polymers for the anode side. others,
In addition to the following powder or granular materials, examples include materials previously formed as porous thin layers such as carbon vapor, fluororesin cloth, and nonwoven fabric. for example,
In the case of electrolysis of an aqueous alkali chloride solution, the porous layer on the anode side is selected from groups ■-A (preferably germanium, tin, and lead) of the periodic table, ■-groups B (preferably titanium, zirconium, and hafnium), and ■-B. Metals of the metal group (preferably niobium, tantalum), iron group metals (iron, cobalt, nickel), etc. alone or alloys, oxides, hydroxides, nitrides, or carbides are used.

陰極側の多孔質層としては、陽極側多孔質層の形成に用
いた材料に加え、銀、ジルフ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
四フッ化エチレン樹脂などが使用される。前記の如き特
定多孔質層の構成材料は、各種手段にてイオン交換膜面
に多孔質層として結合形成7される。
For the porous layer on the cathode side, in addition to the materials used to form the porous layer on the anode side, silver, zirfuconium or its alloy, stainless steel, carbon, or tetrafluoroethylene resin treated to make it hydrophilic with potassium titanate, etc. is used. The constituent materials of the specific porous layer as described above are bonded and formed 7 as a porous layer on the surface of the ion exchange membrane by various means.

例えば、前記の如く多孔質薄層体を予め用意し、これを
イオン交換膜面に貼付けても良く、構成材料をペースト
状物や各種分散体としてスクリーン印刷、噴射法、転写
法、ロールコーター法などで塗布することで形成させて
も良い。ま・た、スクリーン印刷や転写法などの場合、
多孔質層を格子状、水玉状の如く各種模様として形成し
たり、ペタ塗りなど濃密な多孔質層として形成したりで
きる。更に、多孔質層の構成材料からなる粒子や粒子群
を、他の粒子や粒子群とは相互に独立してイオン交換膜
面に結合せしめ、全体として多孔質層を形成しても良い
。一般的には、多孔質層の形成にあたつては、上記材料
は好ましくは粒径0.01〜300μ、特には0.1〜
100μの粉末の形態で使用される。
For example, a porous thin layer may be prepared in advance as described above and this may be attached to the ion exchange membrane surface, or the constituent material may be used as a paste or various dispersions by screen printing, spraying, transfer, or roll coating. It may be formed by coating with, etc. In the case of screen printing, transfer methods, etc.
The porous layer can be formed in various patterns such as a lattice shape or polka dot shape, or it can be formed as a dense porous layer such as a flat coating. Furthermore, particles or particle groups made of the material constituting the porous layer may be bonded to the ion exchange membrane surface independently of other particles or particle groups to form a porous layer as a whole. Generally, when forming a porous layer, the above material preferably has a particle size of 0.01 to 300μ, particularly 0.1 to 300μ.
It is used in the form of a 100μ 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良い。例えば、無機材料に、酸型
モノマーを少量共重合して変性したポリテトラフルオロ
エチレン、後述のイオン交換膜用含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。上記材料の粉末や
粒子を含む分散体やペースト状物などを使用する場合に
は、必要ならばポリテトラフルオロエチレン、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ロース類
、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、力ティン、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。
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 fluorine-containing polymer for ion exchange membranes described below. When using a dispersion or paste containing powder or particles of the above materials, if necessary, a binder such as a fluorocarbon polymer such as polytetrafluoroethylene or polytrifluorochloroethylene, and further carboxymethyl cellulose, Thickeners such as celluloses such as methylcellulose and hydroxyethylcellulose, water-soluble substances such as polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, sodium polyacrylate, polymethylvinyl ether, tin, and polyacrylamide are used.

これら結合剤又は増粘剤は、上記粉末に対して好ましく
はO〜5呼量%、特には0.5〜3瞠量%使用される。
また、この際必要ならば、更に長鎖炭化水素、フッ素化
炭化水素など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。
These binders or thickeners are preferably used in an amount of 0 to 5% by volume, particularly 0.5 to 3% by volume, based on the powder.
In addition, if necessary, a long-chain hydrocarbon, fluorinated hydrocarbon, etc. can be further added to facilitate the formation of a porous layer.

いずれにせよ、形成された多孔質層における前記粒子な
どの多孔質層構成材料の含有量は0.001〜50rn
g/d1特には0.01〜30rng/Clt程度にす
るのが好ましい。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 any case, the content of the porous layer constituent material such as the particles in the formed porous layer is 0.001 to 50rn.
g/d1 is preferably about 0.01 to 30 rng/Clt. In this way, a porous layer with uniform thickness and high adhesion is formed on one or both surfaces of the ion exchange membrane, but it is preferable to press the porous layer against the membrane surface under pressure as necessary. preferable.

該押圧は、好ましくは100〜300℃、特には110
〜250好Cの加熱下に、好ましくは1〜1000k9
/Clil特には5〜500k9/C!iのもとにブレ
スするものが好ましい。かくすることによりイオン交換
膜と多孔質層とは一層密着した構造を有することができ
る。このようにしてイオン交換膜面に形成される電極活
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0.01〜200μ、
特には0.1〜100μ、多孔率10〜99%、特には
25〜95%を有するようにし、また厚みは好ましい0
.01〜200μ、特には0.1〜100μにするのが
適切である。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。
The pressure is preferably 100 to 300°C, particularly 110°C.
Under heating at ~250°C, preferably 1~1000k9
/Clil especially 5-500k9/C! It is preferable to use the word "blessed" under "i". By doing so, the ion exchange membrane and the porous layer can have a structure in which they are in even closer contact. The porous layer having no electrode activity thus formed on the ion exchange membrane surface preferably has an average pore diameter of 0.01 to 200μ, in order to obtain good gas and liquid permeability.
In particular, it should have a porosity of 0.1 to 100μ, a porosity of 10 to 99%, particularly 25 to 95%, and a thickness of preferably 0.
.. A suitable range is 0.1 to 200μ, particularly 0.1 to 100μ. 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、網、エキスパンデツドメタルなど
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
電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、その導電性酸化物又は鉄
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、ラネーニツケル、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電性酸
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ツ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、必ずしも多孔質層と接触して配置する必要
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
発明に従つて、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
は陰極側に配置され得る。
As such an electrode, a porous electrode such as a mesh or expanded metal is used. As the electrode material, for example, a platinum group metal, a conductive oxide thereof, or a conductive reduced oxide thereof is used as an anode, while a platinum group metal, a conductive oxide thereof, or a conductive reduced oxide thereof is used as a cathode. Iron group metals 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 conductive oxides thereof 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 need 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、これらの電極は、イオン交換膜面に接触し
て設けてもよいし、間隔をあけて設けてもよい。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
の陽イオン交換基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 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 group 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.

イオン交換基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、カルボン酸、リン酸基等
のイオン交換基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基を
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(イ),(口)の重合j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 groups include combinations of vinyl monomers such as tetrafluoroethylene and chlorotrifluoroethylene with perfluorinated vinyl monomers having ion-exchange groups such as sulfonic acid, carboxylic acid, and phosphoric acid groups. Polymers are preferably used. Further, a film-like polymer of trifluorostyrene into which an ion exchange group such as a sulfonic acid group is introduced can also be used. Among these, it is particularly preferable to use polymers having the following polymerized j units (a) and (x), respectively, since highly pure caustic alkali can be obtained with relatively high current efficiency.

ここでXはF,sCl..H又は−CF3であり、X″
はx又はCF3(CF2).nであり、mは1〜5であ
り、Yは次のものから選ばれる。
Here, X is F, sCl. .. H or -CF3, X″
is x or CF3(CF2). n, m is 1 to 5, and Y is selected from the following.

X,y,zは、ともに0〜10であり、Z,R,は、−
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。
X, y, z are all 0 to 10, and Z, R, are -
F or a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms.

また、Aは、−SOJM,−COOM又は加水分解によ
りこれらの基に転化しうる−SO2F,−CN,−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/グラム乾燥樹脂であるの
が好ましい。
In addition, A is -SOJM, -COOM or -SO2F, -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 has an ion exchange capacity of preferably 0.5 to 4.0 meq/g dry resin, particularly 0.8 to 2.0 meq/g dry resin. is preferable.

かかるイオン交換容量を与えるため、上記(イ)及び(
口)の重合単位からなる共重合体からなるイオン交換膜
の楊合、好ましくは(口)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 (a) and (
The formation of an ion exchange membrane made of a copolymer consisting of polymerized units of (1), preferably 1 polymerized unit (1)
Suitably it is from 3 to 25 mol%, especially from 3 to 25 mol%.

本発明て使用される陽イオン交換膜は、必ずしも一種類
の重合体からのみ形成する必要はなく、また一種類のイ
オン交換基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 group.

例えは、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エチレンなどの含フッ素重合
体からなる布、網などの織物、不織布又は金属製メッシ
ュ、多孔体などで補強することができる。
For example, a laminated film of two types of polymers with a smaller ion exchange capacity on the cathode side than on the anode side, the cathode side has a weakly acidic exchange group such as a carboxylic acid group, and the anode side has a strong acidic exchange group such as a sulfonic acid group. An ion exchange membrane with a These ion exchange membranes are manufactured by various conventionally known methods, and these ion exchange membranes are manufactured by various methods. If necessary, it can be reinforced with a cloth, a woven fabric such as a net, a nonwoven fabric or a metal mesh, a porous body, etc., preferably made of a fluorine-containing polymer such as polytetrafluoroethylene.

また、本発明のイオン交換膜の厚みは、好ましくは20
〜500p1好ましくは・50〜400μ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基の分解をO招かないように、
適宜のイオン交換基の形態、例えばカルボン酸基のとき
は、そのエステル型で、スルホン酸基の場合には、−S
O2F′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
-500p1, preferably 50-400μ. The porous layers on the anode and cathode sides, which are preferably bonded to and formed on the surface of these ion exchange membranes, are made of
The form of the appropriate ion exchange group, for example, in the case of a carboxylic acid group, its ester type, and in the case of a sulfonic acid group, -S
In the O2F' type, bonding is achieved by the use of pressure and heat.

本発明においては、特定多孔質層を形成したイ5オン交
換膜とガスケットとの接触部分が補強構成を有している
In the present invention, the contact portion between the gasket and the ion exchange membrane in which the specific porous layer is formed has a reinforcing structure.

かかる補強構成の手段については、特に限定はなく、電
槽枠の締付け圧によつて、前記接触部分のイオン交換膜
周縁に破断などが生じないような構成であれば良い。例
えば、イ)オン交換膜の周縁部を補強する手段、即ち高
強度となる樹脂類を塗布または接着する手段、周縁部に
高い強度の糸の打込み数を多くする手段、イオン交換膜
の周縁部の厚みを大きくする手段などが挙げられる。あ
るいは、ガスケットの変形を抑える補強構成も採用可能
てあり、例えばガスケットに補強布などを裏打ちする手
段、補強フィルムを加硫接着などにより貼合せる手段な
どが挙げられる。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
特開昭M−112398号公報におけるような既知の条
件が採用できる。
There is no particular limitation on the means for reinforcing the structure, and any structure may be used as long as the periphery of the ion exchange membrane at the contact portion does not break due to the tightening pressure of the battery case frame. For example, a) means for reinforcing the peripheral edge of the ion-exchange membrane, i.e., means for applying or adhering high-strength resin, means for increasing the number of high-strength threads inserted into the peripheral edge, and means for reinforcing the peripheral edge of the ion-exchange membrane; Examples include means for increasing the thickness. Alternatively, reinforcing structures that suppress deformation of the gasket can be adopted, such as lining the gasket with a reinforcing cloth, bonding a reinforcing film with vulcanization adhesive, etc. As the conditions for electrolyzing, for example, an aqueous alkali chloride solution using the electrolytic cell of the present invention, the known conditions as described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho M-112398 can be adopted.

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80℃〜120
℃、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。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ツドメタルなど、陰極の
場合には、鉄、ニッケル又はステンレスの網、メッシュ
又はエキスパンデツ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、炭酸アルカリの電解槽としても同様に適用できるこ
とはもちろんである。
For example, in the anode chamber, preferably 2.5 to 5 normal (N)
An aqueous alkali chloride solution is supplied to the cathode chamber, and water or diluted alkali hydroxide is supplied to the cathode chamber, preferably at 80°C to 120°C.
℃ and 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. In addition, the materials used to construct the electrolytic cell are those that are resistant to aqueous alkali chloride and chlorine, such as titanium, for the anode chamber, and those that are resistant to high concentrations of alkali hydroxide and hydrogen for the cathode chamber. 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 noble metal, its alloy or conductive oxide, and in the case of the cathode, iron, nickel or stainless steel net, mesh or expanded metal. 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 an electrolytic cell for water, halogen acid, and alkali carbonate.

また、本発明の電解槽は、各種有機化合物の電解合成、
例えばコルベ反応、酸化反応、還元反応、環元二量化反
応などにも適用可能である。次に本発明を実施例を用い
てさらに詳しく説明する。
In addition, the electrolytic cell of the present invention can be used for electrolytic synthesis of various organic compounds,
For example, it is applicable to Kolbe reaction, oxidation reaction, reduction reaction, ring element dimerization reaction, etc. Next, the present invention will be explained in more detail using examples.

実施例1 100mtの水に粒径5p以下の酸化チタン粒子10q
1及び粒径1μ以下のポリテトラフルオロエチレン表面
をテトラフルオロエチレンとCF2=CFO(CF2)
3C00CH3の共重合体で被覆した粒子を1v含む懸
濁液をスプレーガンを用いて、120℃のホットプレー
ト上に置いたイオン交換容量が1.43ミリ当量/グラ
ム乾燥樹脂、厚さ140pを有するテトラフルオロエチ
レンとCF2=CFO(CF2)3C00C113の共
重合体から成るイオン交換膜の両面に噴射した。
Example 1 10q of titanium oxide particles with a particle size of 5p or less in 100mt of water
1 and the surface of polytetrafluoroethylene with a particle size of 1 μ or less is mixed with tetrafluoroethylene and CF2=CFO (CF2)
A suspension containing 1v of particles coated with a copolymer of 3C00CH3 with an ion exchange capacity of 1.43 meq/g dry resin, thickness 140p was placed on a hot plate at 120 °C using a spray gun. It was sprayed onto both sides of an ion exchange membrane made of a copolymer of tetrafluoroethylene and CF2=CFO(CF2)3C00C113.

この場合の噴射の速度は、噴射した分散液中の水が、噴
射してから1鰍以内て乾くように調節した。
In this case, the speed of spraying was adjusted so that the water in the sprayed dispersion would dry within 1 inch after spraying.

しかる後噴射によつて得た多孔質層を温度140′C、
成型圧力30k9/Cflの条件でイオン交換膜に圧着
後、25重量%の苛性ソーダ水溶液に浸漬して前記イオ
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17F!9/d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醜、長径5wn)に酸化ルテニウム
、酸化イリジウム、酸化チタンの固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SUS3O4
エキスパンデツドメタル(短径2.5醜、長径原i)を
、52%の苛性ヅーダ水溶液中で、150℃で52!i
l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0.01k9/Cllの圧力でイオン交換膜
に加圧接触させた。
Thereafter, the porous layer obtained by injection was heated to a temperature of 140'C.
After being pressed onto the ion exchange membrane at a molding pressure of 30k9/Cfl, the ion exchange membrane was hydrolyzed by immersion in a 25% by weight aqueous solution of caustic soda. Titanium oxide is on both sides of the ion exchange membrane at approximately 17F each! 9/d was included.
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 mm, major axis 5 wn) coated with a solid solution of ruthenium oxide, iridium oxide, and titanium oxide, and a cathode. SUS3O4 on the side
Expanded metal (minor axis 2.5 mm, major axis original i) was heated to 52% at 150°C in a 52% aqueous caustic solution. i
The cathode, which had been etched for 1 hour to have a low hydrogen overvoltage, was brought into pressure contact with the ion exchange membrane at a pressure of 0.01 k9/Cl.

陰極室枠ガスケットとしては、硬度HS7O度のエチレ
ンプロピレンゴム製の厚み3W1の平ガスケットを用い
、陽極室枠ガスケットとしては、エチレン−テトラフル
オロエチレン共重合体の厚み100μのガスケットを用
いた。
As the cathode chamber frame gasket, a flat gasket with a thickness of 3W1 made of ethylene propylene rubber with a hardness of HS7O was used, and as the anode chamber frame gasket, a gasket with a thickness of 100 μm made of ethylene-tetrafluoroethylene copolymer was used.

前記イオン交換膜の周縁のガスケットが当る部分は、厚
み140μの同じイオン交換膜を熱ブレスにより額縁状
に積層補強されている。従つて、周縁部のみが280μ
の厚みを有し、他は140μの厚みを有し、両面に酸化
チタン多孔質層の形成されたイオン交換膜を使用した。
これを32kg/C7llの面圧になるように電槽枠を
締付けた。周縁部を補強しないイオン交換膜の場合には
、面圧を更に著しく高めると、ガスケットの当り部分で
膜が破れたが、前記周縁部補強した膜では、面圧が50
kg/Clg程度でも破断は認められなかつた。以上の
ような電解槽の陽極室に5規定の塩化ナトリウム水溶液
を、陰極室に水を供給しつつ、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%に保ちつつ、90℃、40A/Dm2で電解を行い
、以下の結果を得た。j 槽曹圧(■)
電流効率(%)3。
The portion of the periphery of the ion exchange membrane that is in contact with the gasket is reinforced by laminating the same ion exchange membrane with a thickness of 140 μm into a frame shape using heat press. Therefore, only the peripheral part is 280μ
An ion exchange membrane having a thickness of 140 μm and a titanium oxide porous layer formed on both sides was used.
The battery case frame was tightened to give a surface pressure of 32 kg/C7ll. In the case of an ion-exchange membrane without peripheral edge reinforcement, when the surface pressure was increased significantly, the membrane broke at the gasket contact area, but with the membrane with peripheral edge reinforcement, the surface pressure increased to 50.
No breakage was observed even at about kg/Clg. While supplying a 5N aqueous sodium chloride solution to the anode chamber of the electrolytic cell as described above and water to the cathode chamber, the sodium chloride concentration in the anode chamber is maintained at 4N and the caustic soda concentration in the cathode chamber is maintained at 35% by weight. At the same time, electrolysis was carried out at 90° C. and 40 A/Dm2, and the following results were obtained. j Tank pressure (■)
Current efficiency (%) 3.

0293.2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、門以下の結果を
得た。
0293.2 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 results below average were obtained.

摺電圧(V) 電流効率(%) 3.
3693.3実施例2 実施例1と同様の酸化チタン多孔質層を両面にフ形成さ
れたイオン交換膜を使用した。
Sliding voltage (V) Current efficiency (%) 3.
3693.3 Example 2 An ion exchange membrane in which porous titanium oxide layers similar to those in Example 1 were formed on both sides was used.

このイオン交換膜は厚みが140μであり、周縁部補強
を施していない。陰極室枠ガスケットとして、エチレン
−プロピレンゴム製ガスケットのイオン交換膜に当る面
に、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレ
ン共重合体の厚さ200μのフィルムを加硫接着した補
強平ガスケットを用いた。
This ion exchange membrane has a thickness of 140 μm and has no peripheral edge reinforcement. As the cathode chamber frame gasket, a reinforced flat gasket was used, in which a 200 μm thick film of tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer was vulcanized and adhered to the surface of an ethylene-propylene rubber gasket that contacted the ion exchange membrane.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 電槽枠とイオン交換膜とをガスケットを介して交互
に配列し、陽極及び陰極間をイオン交換膜で区画して構
成された電解槽において、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、且つイオン交換膜と前記ガスケットとの接触部分が
補助構成を有することを特徴とするイオン交換膜電解槽
。 2 多孔質層が、極液に対して耐食性を有する導電性乃
至非導電性の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。 3 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項又は第2項記載
の電解槽。 4 イオン交換膜が、カルボン酸基、スルホン酸基、又
はリン酸基を有するフッ素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。 5 補強構成が、イオン交換膜のガスケットと接触する
周縁部を補強することからなる特許請求の範囲第1項記
載の電解槽。
[Scope of Claims] 1. In an electrolytic cell configured by alternately arranging a cell frame and an ion exchange membrane with gaskets in between, and partitioning an anode and a cathode with an ion exchange membrane, at least one of the anode and the cathode is provided. One is disposed through a gas and liquid permeable porous layer having no electrode activity formed on the ion exchange membrane surface, and the contact portion between the ion exchange membrane and the gasket has an auxiliary structure. An ion-exchange membrane electrolyzer featuring: 2. The electrolytic cell according to claim 1, wherein the porous layer is made of a conductive or non-conductive inorganic or organic material that has corrosion resistance against polar liquid. 3 The porous layer has a porosity of 10-99% and a thickness of 0.01-99%
The electrolytic cell according to claim 1 or 2, which has a diameter of 200μ. 4. The electrolytic cell according to claim 1, wherein the ion exchange membrane is a fluorine ion exchange membrane having a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, or a phosphoric acid group. 5. The electrolytic cell according to claim 1, wherein the reinforcing structure reinforces the peripheral edge of the ion exchange membrane that comes into contact with the gasket.
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