JPS6078645A - 陽イオン交換膜の再生方法 - Google Patents

陽イオン交換膜の再生方法

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JPS6078645A
JPS6078645A JP58184539A JP18453983A JPS6078645A JP S6078645 A JPS6078645 A JP S6078645A JP 58184539 A JP58184539 A JP 58184539A JP 18453983 A JP18453983 A JP 18453983A JP S6078645 A JPS6078645 A JP S6078645A
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membrane
electrolysis
treated
heat treatment
cation exchange
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隆 百瀬
Kazuo Tomiya
富家 和男
Mariko Takeda
武田 真理子
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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、アルカリ金属塩水溶液の電解用隔膜として用
いられるパーフルオロカーボン型陽イオン交換膜の再生
方法に関する。
詳しくは、食塩水電解に際して、食塩水中に含まれる微
量のカルシウム、マグネシウム等の不純物によって汚染
され、電解性能が低下したカルボン酸基を有するパーフ
ルオロカーボン型陽イオン交換膜の性能を回復させる方
法に関するものである。
従来、食塩水を電解して苛性ソーダを製造する方法とし
ては、水銀法やアスベストを隔膜として使用する隔膜法
などが知られているが、最近では隔膜として経済性、製
造される苛性ソーダの純度、耐熱性及び耐薬品性の優れ
たパーフルオロカーボン型陽イオン交換膜を用いるイオ
ン交換膜法が注目されてきた。特にカルボン酸基をイオ
ン交換基として有するパーフルオロカーボン型陽イオン
交換膜は、陰極室中のOH−イオンの陽極への移動を効
果的に阻止する利点を有し、高濃度の苛性ソーダを生成
する場合も、よシ高電流効率で製造できるためアルカリ
金属塩水溶液の電解用隔膜として極めて優れていること
が明らかにされている。
しかしながら、かかるカルボン酸基を有するパーフルオ
ロカーボン型陽イオン交換膜を使用して長期にわたって
電解した場合、カルシウム、マグネシウム等の不純物に
よって汚染され、電流効率の低下、摺電圧の上昇等、膜
性能の低下を避けることができないのが現状である。
このように電解性能の低下したパーフルオロカーボン型
陽イオン交換膜の再生方法として従来提案されているの
は、例えば(1)汚染された膜を酸溶液よシ洗浄し、つ
いで極性の大きい有機溶媒にょシ膨潤させた後、高濃度
苛性ソーダ溶液に接触させる方法(特開昭54−112
382)、(2)汚染された膜をpH2〜1oの範囲の
ハロゲン化アルカリ金属水溶液に接触させ、直流電流を
通じて電解を行なう方法(%開昭53−154079)
等をあげることができる。
しかしながら、これらの従来技術をカルシウム、マグネ
シウム等の不純物によって汚染されたカルボン酸基を有
するパーフルオロカーボン型陽イオン交換膜に適用した
ところ、電流効率の上昇、電解電圧の低下などの電解性
能の回復は認められず、むしろ電流効率が低下する傾向
にあることが明らかとなった。
例えば、カルシウム、マグネシウム等の不純物によって
汚染されたカルボン酸層とスルポン酸層の2層によシな
るイオン交換膜を酸溶液に接触させたとζろ、カルボン
酸層よシ二酸化炭素の発生が認められた。また酸溶液に
よる洗浄後のイオン交換膜の断面を観察した結果、カル
ボン酸層に多数の微孔が生じていることが判明した。こ
のカルボン酸層は陰極室中のOH−イオンの陽極への移
動を効果的に阻止する機能を有するため、この部分に微
孔が多数存在することは電流効率の低下等の電解性能の
低下を招くと考えられる。
そこで本発明者らは、カルシウム、マグネシウム等の不
純物によって汚染され、電解性能が低下シタカルボン酸
基を有するパーフルオロカーボン型陽イオン交換膜の性
能を回復させる方法を検討した結果、該層をキレート試
薬で処理した後、カルボン酸基をH型とした状態で、該
層のガラス転移点以上の温度下で熱処理することを特徴
とする方法を見出した。
すなわち、カルシウム、マグネシウム等の不純物を汚染
膜から取除く方法として、従来性なわれている酸洗法で
は汚染物質を取除く際、汚染物質中に含まれる炭酸塩の
分解等により二酸化炭素の発生を伴い、カルボン酸層に
多数の微孔が生じるため、本発明者らは、酸洗処理にか
わジエチレンジアミン四酢酸(EDTA)等の水溶性キ
レート化合物を形成するキレート試薬で処理することに
よシ、カルボン酸層に微孔を残すことなく汚染物質を取
出せることを見出した。さらに、汚染物質を取除いた後
のカルボン酸層は汚染物質の蓄積等によシ膜の組織がゆ
るんでいることから、該層をH型とした状態で、カルボ
ン酸層のガラス転移点以上の温度下で熱処理し、カルボ
ン酸層を収縮させることによシ、膜の再生を行なうこと
ができることを見出したのである。
即ち本発明は、イオン交換基+coo)mM (Mは、
アルカリ金属、アルカリ土類金属又は水素を表わし、m
はMの価数である)を有し、塩化アルカリ水溶液の電解
に使用されて性能の低下したパーフルオロカーボン型陽
イオン交換膜の性能を回復させるにあたシ、該層をキレ
ート試薬で処理した後、上記交換基を一〇〇〇Hとした
状態で該層のガラス転移点以上の温度下で熱処理する方
法である。
本発明の方法は、食塩水中の不純物によって汚染され、
電解性能が低下したカルボン酸基を有するパーフルオロ
カーボン型陽イオン交換膜に適用されるが、食塩水中の
不純物としては、カルシウム、マグネシウム、ストロン
チウム、バリウム等のアルカリ土類金属、鉄、ニッケル
等の鉄、ニッケル族の金属、その他、水銀等をあげるこ
とができる。
本発明の対象となるイオン交換膜は、イオン交換基とし
てカルボン酸基を有するパーフルオロ型であればよく、
具体的には、イオン交換基+ COO)m M (Mは
、アルカリ金属、アルカリ土類金属又は水素を表わし、
mはMの価数である)を有スルパーフルオ四カーボン型
陽イオン交換膜を示す。また、イオン交換基としてカル
ボン酸基のほか、スルホン酸基、リン酸基を有してもよ
い。
膜の構造も特に限定されるものでなく、カルボン酸基が
膜の片面に偏在する膜、カルボン酸基とスルホン酸基の
混在する膜、カルボン酸基を有する膜と、スルホン酸基
とを有する膜とを貼合わせた複合膜等、各種の膜が本発
明の対象となる・これらの膜をたとえば食塩電解に使用
すると、優れた電解性能を示すが、食塩水中のカルシウ
ム、マグネシウム等の不純物によって徐々に電解性能が
低下する。このように不純物によって汚染され本発明で
は、このようにカルシウム等によって汚染された膜をま
ずキレート試薬で浸漬処理する。
キレート試薬としては、エチレンジアミン四酢酸、エチ
レンジアミン四酢酸塩、クエン酸等の水溶性キレート化
合物を形成するキレート試薬を使用することができるが
、エチレンジアミン四酢酸及びエチレンジアミン四酢酸
塩を使用するのが最も好ましい。
キレート試薬の溶媒としては水を使用し、キレート試薬
の濃度を1〜10重量%、好ましくは5〜10重量%と
する。浸漬処理は好ましくは温度20℃〜80℃、反応
時間1〜20時間、にて行なわれる。
次いで、該層を、そのイオン交換基がH型のカルボン酸
の場合はそのまま、金属塩の場合はH型に転化した状態
で該層のガラス転移点以上の温度下で熱処理する。
カルボン酸基をH型に転化する方法は、キレート試薬で
処理できなかった金属の除去を考慮して塩酸、硫酸等の
無機酸を使用し、wl、膜を浸漬処理するのが良い。浸
漬処理は好ましくは温度20℃〜80℃、反応時間1〜
20時間にて行なわれる。
膜のガラス転移点は膜それぞれに固有値を有するが、本
発明の膜ではカルボン酸基が金屑塩型の場合は240℃
以上、H型の場合は110’ 〜130℃程度である。
したがって熱処理温度としては、110°から膜の熱分
解温度までが適当である。好ましくは120°〜180
℃が良い。熱処理の雰囲気は空気中、窒素中、有機溶媒
中、水蒸気中等から選ばれるが、有機溶媒中、水蒸気中
が最も好ましい。
また熱処理は、常圧下あるいは1〜50 Kg/cdの
加圧下で行なうのが好ましい。
上記の操作によって再生した膜は、新しい膜と#1ぼ同
様の膜性能を有するが、膜の種類によっては膜の強度が
低下することがあるため、ガラス転移点での熱処理後、
熱プレスにより強度を増加させるようにしてもよい。ま
た前記した複合膜では貼合わせ面にもすき間が生じてい
ることが6D、このすき間はガラス転移点以上での熱処
理では塞ぐととができないので熱プレスを併用して塞ぐ
ことが望ましい。
このようにして再生された膜は、使用前の膜と#1は等
しい膜性能を有し、食塩電解のみならず芒硝電解、アミ
ノ酸電解等の隔膜として使用することができる。
本発明では、イオン交換基としてカルボン酸基を有し、
性能の低下した陽イオン交換膜を、キレート試薬で処理
して微孔を残すこと永くカルシウム、マグネシウム等を
除去し、かつ膜のガラス転移点以上で熱処理してゆるん
でいる膜の組織を収縮させるようにしてアル、これによ
り従来再使用不能として廃棄されていた膜を、使用前と
ほぼ等しい膜性能を有する膜に再生し、再使用を可能と
したものであシ、工業的に極めて有利である。
以下実施例をあげて本発明を具体的に説明するが、本発
明はこれらに限定されるものではない。
実施例1 イオン交換膜としてカルボン酸基を有するパーフルオロ
カーボン型の陽イオン卒柩臆(デーボン社製ナフィオン
■901)を用い、電流密度30A / dm”、電解
温度85℃で食塩水の電解を行なった。陽極にはチタン
メツシュにT i Os + Ru0tをコーティング
したものを、陰極にはステンレス製のメツシュを用いた
。陽極液は、300?/AIの食塩水溶液で不純物とし
てCa” 1 ppm を含んでいる。
また陰極液の苛性ソーダの濃度は30重量%である。
電解開始当初の電解電圧は3.35V、電流効率は96
%であったが、継続して電解を行なううちに該層は食塩
水の不純物によって汚染され、38後電解電圧は3.3
8V、電流効率は93%となった。該膜中のCaの定量
を行なった結果、膜中にCaが100μt/cr/l蓄
積していることが確認された。
この汚染膜を電解槽よシはずし水洗後、10%エチレン
ジアミン四酢酸四ナトリウム(EDTA−4Na)水溶
液中、60℃で5時間浸漬処理し、ついでINHCJ中
、室温で20時間浸漬処理した〇該層中のCaの定量を
行なった結果、膜中にCaが#1とんど残存していない
ことが確認された。
該層を乾燥器に入れ、130℃で1時間熱処理した。つ
いで熱処理後の膜を24 NaC/水溶液中、90℃で
30分間浸漬処理し、再び電解試験を行なった。電解開
始当初の電解電圧は3.36V、電流効率は95チとな
シ、その後長期にわたシ安定した値が得られた。
実施例2 実施例1と同様の方法で汚染膜を作製した。この汚染膜
を電解槽よシはすし、水洗後10チEDTA−4Na水
溶液中、60℃で5時間浸漬処理し、ついでINHCJ
中室温で20時間浸漬処理した。
該層を1.1,2.2−テトラクロロエタン中、130
℃、1時間熱処理した。ついで熱処理後の膜を2−Na
C1水溶液中、90℃で30分間浸漬処理し、再び電解
試験を行なった。電解開始当初の電解電圧は3.36V
、電流効率は95チとなシ、その後長期にわたシ安定し
た値が得られた。
実施例3 実施例1と同様の方法で汚染膜を作製した。この汚染膜
を電解槽よシはすし、水洗後10チEDTA−4Na水
溶液中、60℃で5時間浸漬処理し、ついでI N H
(J中室温で20時間浸漬処理した。
該層を耐圧容器に入れ、少量の水を添加した後、密封し
、オイルバスで130℃、1時間加熱処理した。ついで
熱処理後の膜を2%Na(J水溶液中、90℃で30分
間浸漬処理し、再び電解試験を行なった。電解開始当初
の電解電圧は3.36V、電流効率は96%となシ、そ
の後長期にわたり安定した値が得られた。
実施例4 実施例1と同様の方法で汚染膜を作製した。この汚染膜
を電解槽よシはすし、水洗後10%EDTA−4Na水
溶液中、60℃で5時間浸漬処理し、ついでINHCJ
中室温で20時間浸漬処理した。
該層を1.1.λ2−テト2クロロエタンに浸漬し、膨
潤させた後、平板の熱プレスを使用して温度130℃、
圧力1011w/(”lltの条件で熱処理した。つい
で熱処理後の膜を2 %Na(J水溶液中、90℃で3
0分間浸漬処理し、再び電解試験を行なった。
電解開始当初の電解電圧は3.37V、電流効率は96
チとなシ、長期にわたシ安定した値が得られた。
実施例5 実施例1と同様の方法で汚染膜を作製した。この汚染膜
を電解槽よシはすし、水洗後2%クエン酸水溶液中、2
0℃で5時間浸漬処理し、ついでINH(J中室温で2
0時間浸漬処理した。水洗後、膜を2%NaC1水溶液
中、90℃で30分間浸漬処理し、再び電解試験を行な
った。電解開始当初の電解電圧は3.37V、電流効率
は96%となシ、その後長期にわたシ安定した値が得ら
れた。
比較例1 実施例1と同様の方法で汚染膜を作製した。この汚染膜
を電解槽よシはすし、水洗後EDTAで洗浄せず、直接
INH(J中室温で20時間浸漬処理した。汚染膜をI
NHCノに浸漬した直後、膜表面から二酸化炭素の発生
が認められた。
該層を1.1,2.2−テトラクロロエタン中、130
℃、1時間熱処理した。ついで熱処理後の膜を2チNa
Cノ水溶液中、90℃で30分間浸漬処理し、再び電解
試験を行なった。電解開始当初の電解電圧は3.36V
、電流効率は93%であった。
比較例2 実施例1と同様の方法で汚染膜を作製した。この汚染膜
を電解槽よシはすし、水洗後10チEDTA−4Na水
溶液中、60℃で5時間浸漬処理し、ついでINH(J
中室源で20時間浸漬処理した。水洗後、膜を2チNa
(J水溶液中、90℃で30分間浸漬処理し、再び電解
試験を行なった。電解開始当初の電解電圧は3.35V
、電流効率は94%であった。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1) イオン交換基4COO)mM (Mu、アルカ
    リ金属、アルカリ土類金属又は水素を表わし、mはMの
    価数である)を有し、塩化アルカリ水溶液の電解に使用
    されて性能の低下したパーフルオロカーボン型陽イオン
    交換膜の性能を回復させるにおたシ、該層をキレート試
    薬で処理した後、上記交換基を一〇〇〇にとした状態で
    該層のガラス転移点以上の温度下で熱処理することを特
    徴とする陽イオン交換膜の再生方法。 (3)キレート試薬が水溶性キレート化合物を形成する
    化合物である特許請求の範囲第(1)項に記載の方法。 (3)水溶性キレート化合物を形成する化合物が、エチ
    レンジアミン四酢酸、エチレンジアミン四酢酸塩、クエ
    ン酸から選ばれたものである特許請求の範囲第(2)項
    に記載の方法。 (4) 熱処理温度が110℃以上膜の分解温度以下で
    ある特許請求の範囲第(1)項から第(3)項のいずれ
    かに記載の方法。 (5) 熱処理を常圧下又は50 Ky/cItまでの
    加圧下で行なう特許請求の範囲第(1)項から第(4)
    項のいずれかに記載の方法。
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