JPS6123876B2 - - Google Patents

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JPS6123876B2
JPS6123876B2 JP55058659A JP5865980A JPS6123876B2 JP S6123876 B2 JPS6123876 B2 JP S6123876B2 JP 55058659 A JP55058659 A JP 55058659A JP 5865980 A JP5865980 A JP 5865980A JP S6123876 B2 JPS6123876 B2 JP S6123876B2
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JP
Japan
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porous layer
exchange membrane
group
electrode
membrane
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JP55058659A
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Japanese (ja)
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Yoshio Oda
Takeshi Morimoto
Koji Suzuki
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AGC Inc
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Asahi Glass Co Ltd
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  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は塩化アルカリ水溶液を電解して、水酸
化アルカリ及び塩素を製造するための新規な電解
用陽イオン交換膜の製造法に関する。 塩化アルカリ水溶液を電解して水酸化アルカリ
及び塩素を製造する電解槽は公害上の見地から水
銀法に代り、隔膜法が主流になりつつある。更に
近年アスベスト膜に代り、高純度、高濃度の水酸
化アルカリを高エネルギー効率で得るため、イオ
ン交換膜を使用した電解槽が注目されている。 他方、省エネルギーが世界的に最重点目標とし
て進行しつつあり、この観点からこの種技術にお
いても槽電圧を極力低くすることが望まれる。 最近、イオン交換膜を使用した電解槽のなかで
含フツ素陽イオン交換膜を使用し、膜面にガス及
び液透過性の陽極層及び陰極層を結合せしめた所
謂SPE(Selid Polymer Electrolyte)型電解槽
が提案されている。(特開昭54−112398号公報) かかる電解槽を使用した場合、従来この種電解
槽において避け難いとされていた電解液による電
気抵抗や、発生する水素や塩素ガスに基く泡によ
る電気抵抗を極力減らせるため、従来より一層低
電圧で電解しうる手段として優れる。 この電解槽における陽極や陰極は、イオン交換
膜の表面に結合し、埋込むように設けられ、そし
て膜と電極との接触界面で電解により発生したガ
スは電極から容易に離脱し、且つ電解液が浸透し
うるようにガス及び液透過性にされている。この
ような多孔質の電極は、通常陽極や陰極としての
活性粒子と、これを結合する物質、更に好ましく
は黒鉛その他の導電材料が均一に混合され、薄層
状に成形された多孔質体からなつている。 しかしながら、本発明者の検討によるとこのよ
うな電極を直接イオン交換膜に結合せしめた電解
槽を使用する場合、電解槽における例えば陽極
は、陰極室から逆拡散する水酸イオンと接触する
ため、従来の耐塩素性とともに耐アルカリ性が要
求され、必然的に特殊、高価な材質を選ばなけれ
ばならない。また電極とイオン交換膜とが結合さ
れている場合には電極反応に伴なつてガスが発生
するため、陽イオン交換膜に膨れなどの現象が生
起し、膜性能が劣化するので長期にわたつて安定
的に実施するのが困難なことが判明した。 本発明者は、これらの不利益を有さなく、一方
では可及的に槽電圧の小さい電解槽について研究
を続けたところ、陽イオン交換膜の表面に電極活
性を有しないガス及び液透過性の多孔質層を形成
し、これを介して陽極又は陰極を配置せしめた電
解槽は塩化アルカリ水溶液を予報外に小さい電圧
で電解しうることを見出した、そして、上記多孔
質層は金属の水酸化物又は酸化物のヒドロゲルを
使用し、これを膜面に加熱、圧着せしめて構成し
た場合には、該多孔質層が均一且つ極めて薄くで
きるので一層低い電圧で電解できる陽イオン交換
膜が得られることを見い出した。 かくして、本発明は、ガス及び液透過性の電極
活性を有しない多孔質層を表面に結合した電解用
陽イオン交換膜の製造法において、金属の水酸化
物又は酸化物のヒドロゲルを陽イオン交換膜表面
に加熱、圧着して上記多孔質層を形成せしめるこ
とを特徴とする電解用陽イオンン交換膜の製造法
にある。 かかる本発明の陽イオン交換膜を使用した場
合、電極は、上記多孔質層を介して配置されるの
で、イオン交換膜と接触することがない。従つ
て、例えば陽極にとつて大きな耐アルカリ性は要
求されなく、それだけ陽極材料の選択の幅が大き
い。また、多孔質層は電極活性を有しないので、
多孔質層と膜の界面でガスは発生しないので膜へ
の悪影響は招かない。 一方、かかる如く構成した電解槽でも、槽電圧
は、予想外に低く、例えば本発明で多孔質層を介
さない電極を直接イオン交換膜に接触させて配置
した場合に比べかなり低い。これは本発明で多孔
質層が電極活性を有しない実質的に非導電性の材
料から形成される場合にも得られることからして
予想外の効果といえる。 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電極活性を有しない多孔質層
は、金属の水酸化物又は酸化物のヒドロゲルから
構成される。かかるヒドロゲルが使用された場
合、膜表面に均一な厚みを有し、且つ厚みの小さ
い多孔質層が形成できるので槽電圧の一層小さい
電解槽が得られ、工業上極めて有利である。 かかるヒドロゲルの形成に使用される金属水酸
化物又は酸化物としては、これにより形成される
多孔質層を介して配置される電極よりも塩素過電
圧又は水素過電圧が大きいもの例えばそれ自体
は、非導電性の水酸化物又は酸化物が選ばれる。
かかる水酸化物又は酸化物としては、スズ、鉛な
どの周期律表−A族金属、チタン、ジルコニウ
ム、ハフニウムなどの周期律表−B族金属、ニ
オブ、タンタルなどの周期律表−B族金族、
鉄、ニツケル、コバルトなどの鉄族金属又はアル
ミニウムなどが使用され、なかでもチタン、ジル
コニウム、鉄、鉛は特に好ましい。 これらの金属水酸化物又は酸化物のヒドロゲル
を形成するにあたつては、例えば上記金属の塩化
物、硝酸塩、硫酸塩等の水溶液をアルカリ、アン
モニア等により沈殿させることにより粒径が好ま
しくは0.01〜10μの水酸化物又は酸化物のヒドロ
ゲルが調製される。しかし、ヒドロゲルの調製法
については特に限定されるものではなく、任意の
既知の手段が採用できる。 金属水酸化物又は酸化物のヒドロゲル中の含有
量については、多孔質層の形成上好ましくは0.5
〜60%特には2.0〜40%が適切である。かかる含
有量が多過ぎても少な過ぎても均一且つ薄い多孔
質層の形成が困難になる。 金属水酸化物又は酸化物のヒドロゲルから膜面
に多孔質層を形成する場合、好ましくは含フツ素
重合体の結合剤好ましくはポリテトラフルオロエ
チレンが懸濁液の形で使用される。含フツ素重合
体の使用量は、ヒドロゲル中の金属水酸化物又は
酸化物10部に対し好ましくは0.05〜5部、特には
0.1〜3部であるのが好ましい。 更に多孔質層を形成するにあたつては、必要に
応じて適宜の溶剤、界面活性剤を加え、ヒドロゲ
ルと結合剤とが均一に混合できるようにし、また
黒鉛などの導電性増量剤、更にはカルボキシメチ
ルセルロース、ポリビニルアルコールなどの加水
分解性の増量剤を添加使用することができる。そ
してこれら原料は十分に混合した後、過法によ
りフイルター上に多孔質層となるケーキを得る
か、又は混合物をペースト状にし、これをスクリ
ーン印刷法などによりイオン交換膜面に直接多孔
質層を設けるか、更にはペーストをアルミニウム
ホイルなどの後に溶解除去できる膜状物上に塗布
して、該膜状物をイオン交換膜面に押しあてて、
膜面に多孔質層を形成する。 イオン交換膜面に形成された多孔質層は次い
で、好ましくはプレス成型機を用い、好ましくは
80〜220℃、1〜15Kg/cm2にて膜面に加熱圧着
し、一部膜面に埋め込むようにされる。かくして
膜面に形成される層は好ましくは平均細孔径0.01
〜1000μ、特には0.1〜500μ、多孔率20〜99%特
には25〜95%を有するようにし、また原料は好ま
しくは0.1〜100μ特には、1〜50μにするのが適
切である。 かくして形成される多孔質層中の金属水酸化物
又は酸化物の含有量は好ましくは50〜99%、特に
は60〜96%にするのが適切である。 本発明で製造される陽イオン交換膜を使用した
電解槽において、上記多孔質層を介して配置され
る電極としては多孔板、網又はエキスパンデツド
メタルなどの空隙性の電極、又は電極活性を有す
るガス及び液透過性の多孔質層からなる電極がい
ずれも使用できる。 空隙性の電極又は多孔質層からなる電極のいず
れの電極を使用する場合も、陽極又は陰極を形成
する材質は、それぞれ塩素過電圧又は水素過電圧
の小さいものが選ばれる。即ち、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、ニツ
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。 本発明において、上記陽極又は陰極を膜面に形
成された電極活性を有しない多孔質層を介して配
置する場合、電極は好ましくは多孔質層に接触し
て配置するのが槽電圧を低下させるために効果的
である。しかし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く、場合
により適宜の間隔をおいて配置してもよい。 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又は電極活性を有
する多孔質層が直接に陽イオン交換膜の陽極側又
は陰極側に配置される。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。しかし電極活性を有
する多孔質層を使用した場合には、好ましくは膜
面と接触させ更にはこれを結合させ、埋め込むこ
とが好ましい。 本発明で用いられるイオン交換基としては、例
えばカルボキシル基、スルホン酸基、ホスホン酸
基、フエ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。
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、燐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
の等も使用できる。 そして、これらのうち夫々以下の(イ)、(ロ)の重合
単位を形成し得る単量体を用いる場合には、比較
的高い電流効率で高純度の苛性アルカリを得るこ
とができるので特に好ましい。 (イ) −(CF2−CXX′−),
The present invention relates to a method for producing a novel cation exchange membrane for electrolysis for producing alkali hydroxide and chlorine by electrolyzing an aqueous alkali chloride solution. In electrolytic cells for producing alkali hydroxide and chlorine by electrolyzing aqueous alkali chloride solutions, the diaphragm method is becoming mainstream instead of the mercury method from the viewpoint of pollution. Furthermore, in recent years, electrolytic cells using ion exchange membranes have been attracting attention as an alternative to asbestos membranes in order to obtain highly purified and highly concentrated alkali hydroxide with high energy efficiency. On the other hand, energy conservation is becoming a top priority worldwide, and from this point of view it is desirable to lower the cell voltage as much as possible even in this type of technology. Recently, a so-called SPE (Selid Polymer Electrolyte) type electrolytic cell using a fluorine-containing cation exchange membrane and having gas and liquid permeable anode and cathode layers bonded to the membrane surface has been developed in an electrolytic cell using an ion exchange membrane. Electrolytic cells have been proposed. (Japanese Unexamined Patent Publication No. 54-112398) When such an electrolytic cell is used, the electrical resistance caused by the electrolyte and the bubbles based on generated hydrogen and chlorine gas, which were conventionally considered to be difficult to avoid in this type of electrolytic cell, can be reduced. Since it can be reduced as much as possible, it is an excellent means of electrolyzing at a lower voltage than conventional ones. The anode and cathode in this electrolytic cell are bonded to and embedded in the surface of the ion exchange membrane, and the gas generated by electrolysis at the contact interface between the membrane and the electrode easily leaves the electrode, and the electrolyte It is made permeable to gases and liquids so that it can penetrate. Such porous electrodes usually consist of a porous body formed into a thin layer by uniformly mixing active particles as anodes or cathodes with a substance that binds them, preferably graphite or other conductive material. ing. However, according to studies conducted by the present inventors, when using an electrolytic cell in which such an electrode is directly bonded to an ion exchange membrane, for example, the anode in the electrolytic cell comes into contact with hydroxide ions that diffuse back from the cathode chamber. Alkali resistance is required in addition to conventional chlorine resistance, and special and expensive materials must be selected. In addition, when the electrode and ion exchange membrane are combined, gas is generated as a result of the electrode reaction, which causes phenomena such as swelling in the cation exchange membrane, deteriorating membrane performance over a long period of time. It turned out to be difficult to implement stably. The present inventor continued research on an electrolytic cell that does not have these disadvantages and has a cell voltage as low as possible, and found that the surface of the cation exchange membrane has gas and liquid permeability without electrode activity. It was discovered that an electrolytic cell in which an anode or a cathode is arranged through a porous layer of metal can electrolyze an aqueous alkali chloride solution at an unexpectedly small voltage. When an oxide or an oxide hydrogel is used and constructed by heating and pressing it onto the membrane surface, the porous layer can be made uniform and extremely thin, resulting in a cation exchange membrane that can perform electrolysis at a lower voltage. I found out that it can be done. Thus, the present invention provides a method for producing a cation exchange membrane for electrolysis in which a gas- and liquid-permeable porous layer having no electrode activity is bonded to the surface. A method for producing a cation exchange membrane for electrolysis, characterized by forming the porous layer on the surface of the membrane by heating and pressing. When such a cation exchange membrane of the present invention is used, the electrodes are placed through the porous layer and do not come into contact with the ion exchange membrane. Therefore, for example, great alkali resistance is not required for the anode, and the range of selection of the anode material is correspondingly wide. In addition, since the porous layer has no electrode activity,
Since no gas is generated at the interface between the porous layer and the membrane, there is no adverse effect on the membrane. On the other hand, even in an electrolytic cell configured as described above, the cell voltage is unexpectedly low, and is much lower than, for example, when the electrode is placed in direct contact with the ion exchange membrane without intervening a porous layer in the present invention. This can be said to be an unexpected effect since it can also be obtained in the present invention when the porous layer is formed from a substantially non-conductive material having no electrode activity. In the present invention, the gas- and liquid-permeable porous layer formed on the surface of the ion exchange membrane and having no electrode activity is composed of a metal hydroxide or oxide hydrogel. When such a hydrogel is used, a porous layer having a uniform thickness and a small thickness can be formed on the membrane surface, so that an electrolytic cell with a lower cell voltage can be obtained, which is extremely advantageous industrially. The metal hydroxides or oxides used to form such hydrogels include those that have a higher chlorine overvoltage or hydrogen overvoltage than the electrodes disposed through the porous layer formed by the metal hydroxides or oxides, such as those that are themselves non-conductive. hydroxides or oxides are selected.
Such hydroxides or oxides include periodic table group A metals such as tin and lead, periodic table group B metals such as titanium, zirconium, and hafnium, and periodic table group B metals such as niobium and tantalum. family,
Iron group metals such as iron, nickel, and cobalt, or aluminum are used, and titanium, zirconium, iron, and lead are particularly preferred. In forming hydrogels of these metal hydroxides or oxides, for example, an aqueous solution of the above-mentioned metal chlorides, nitrates, sulfates, etc. is precipitated with an alkali, ammonia, etc., so that the particle size is preferably 0.01. ~10μ hydroxide or oxide hydrogels are prepared. However, the method for preparing the hydrogel is not particularly limited, and any known method can be employed. The content of metal hydroxide or oxide in the hydrogel is preferably 0.5 in terms of forming a porous layer.
~60%, especially 2.0-40% is suitable. If the content is too high or too low, it becomes difficult to form a uniform and thin porous layer. When forming a porous layer on the membrane surface from a metal hydroxide or oxide hydrogel, a fluorine-containing polymeric binder, preferably polytetrafluoroethylene, is preferably used in the form of a suspension. The amount of the fluorine-containing polymer used is preferably 0.05 to 5 parts, particularly preferably 0.05 to 5 parts per 10 parts of metal hydroxide or oxide in the hydrogel.
Preferably it is 0.1 to 3 parts. Furthermore, when forming a porous layer, appropriate solvents and surfactants are added as necessary so that the hydrogel and binder can be mixed uniformly, and a conductive filler such as graphite is added. A hydrolyzable filler such as carboxymethyl cellulose or polyvinyl alcohol may be added. After thoroughly mixing these raw materials, either obtain a cake that forms a porous layer on the filter using a filtration method, or make the mixture into a paste and apply this directly to the surface of the ion exchange membrane using a screen printing method or the like. Alternatively, the paste is applied onto a membrane-like material such as aluminum foil that can be dissolved and removed later, and the film-like material is pressed against the ion-exchange membrane surface.
A porous layer is formed on the membrane surface. The porous layer formed on the ion exchange membrane surface is then preferably molded using a press molding machine.
It is heated and pressed onto the membrane surface at 80 to 220°C and 1 to 15 kg/cm 2 so that it is partially embedded in the membrane surface. The layer thus formed on the membrane surface preferably has an average pore diameter of 0.01.
~1000μ, especially 0.1-500μ, and a porosity of 20-99%, especially 25-95%, and the raw material preferably has a porosity of 0.1-100μ, especially 1-50μ. The content of metal hydroxide or oxide in the porous layer thus formed is preferably 50-99%, particularly 60-96%. In the electrolytic cell using the cation exchange membrane manufactured by the present invention, the electrode disposed through the porous layer may be a porous electrode such as a porous plate, a mesh, or an expanded metal, or a porous electrode with electrode activity. Any electrode consisting of a gas- and liquid-permeable porous layer can be used. When using either a porous electrode or an electrode consisting of a porous layer, the material forming the anode or cathode is selected from a material with a small chlorine overvoltage or hydrogen overvoltage, respectively. That is, as the anode, a platinum group metal, its conductive oxide, or its conductive reduced oxide, etc. are used, while as the cathode, a platinum group metal, its conductive oxide, or an iron group metal, etc. are used. In addition, platinum group metals include platinum, rhodium,
Ruthenium, palladium, and iridium are exemplified, and 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. In the present invention, when the anode or cathode is disposed through a porous layer having no electrode activity formed on the membrane surface, the electrode is preferably disposed in contact with the porous layer to reduce the cell voltage. effective for. However, these anodes or cathodes do not necessarily need to be placed in contact with the porous layer, and may be placed at appropriate intervals as the case requires. 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 above-mentioned porous electrode or electrode. An active porous layer is placed directly on the anode or cathode side of the cation exchange membrane. In such a case, these electrodes may be provided in contact with the ion exchange membrane surface, or
They may be provided at intervals. However, when a porous layer having electrode activity is used, it is preferable to bring it into contact with the membrane surface, further bonding it, and embedding it. The ion exchange group used in the present invention is made of a polymer containing a cation exchange group such as a carboxyl group, a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, or a phenolic hydroxyl group, and such polymers include fluorine-containing polymers. It is particularly preferable to adopt
Examples of ion-exchange group-containing fluorine-containing polymers include copolymers of vinyl monomers such as tetrafluoroethylene and chlorotrifluoroethylene and perfluorinated vinyl monomers having ion-exchange groups such as sulfonic acid, carboxylic acid, and phosphoric acid groups. Consolidation is 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 monomers, it is particularly preferable to use monomers that can form the following polymerized units (a) and (b), since highly pure caustic alkali can be obtained with relatively high current efficiency. . (a) −(CF 2 −CXX′−),

【式】 ここでXはF,Cl,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。 −((CF2−)xA,−O−(CF2−)xA, x,y,zはともに1〜10であり、Z,Rfは−
F又は炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基か
ら選ばれた基である。またAは、−SO3M,−
COOM,又は加水分解によりこれらの基に転化
しうる−SO2F,−CN,−COF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。かかるイオン交換容
量を与えるため、上記(イ)及び(ロ)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(ロ)の重合単位が好しくは1〜40モル%、特に
は3〜25モル%であるのが適当である。 本発明に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。
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エチレンなど
の含フツ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ツシユ、多孔体などで補強す
ることができる。また、本発明のイオン交換膜の
厚みは、好ましくは20〜500μ、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層は、
イオン交換膜の有するイオン交換基の分離を招か
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、−SO2F型で圧力及び熱の作用
により結合させる。 本発明の陽イオン交換膜を使用した電解槽で塩
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54−112398号公報におけるような
既知の条件が採用できる。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。 本発明の陽イオン交換膜が使用される電解槽
は、上記構成が有する限りにおいては単極型でも
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
耐圧がある鉄、ステンレス又はニツケルなどが使
用される。また、本発明において多孔質層電極を
使用した場合、その外側にはこれに給電するため
の集電体が配置される。集電体は、通常電極と等
しいか又は高い塩素又は水素過電圧を有する。例
えば陽極の場合には、貴金属、弁金属など、陰極
の場合には鉄、ニツケル又はステンレスの網、メ
ツシユ又はエキスパンデツドメタルから構成され
る。しかし集電体としては上記電極活性のない多
孔質層に使用したのと同じ電極、例えば陽極側の
場合、貴金属その合金又はその導電性酸化物を被
覆した弁金属製のエキスパンデツドメタルが使用
できる。集電体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。 実施例 1 粒径1μ以下の水酸化鉄を4重量%を含む水酸
化鉄ヒドロゲル5部と、粒径0.5μ以下のポリテ
トラフルオロエチレン粒子20重量%含む水分散液
1部と、メチルセルロース0.1部とを予め、十分
に混合、混練した後、イソプロピルアルコール2
部を添加し、再混練してペーストを得た。 該ペーストをテトラフルオロエチレンとCF2
CFO(CF23COOCH3の共重合体から成る陽イオ
ン交換膜(イオン交換容量が1.45meq/g乾燥樹
脂、厚さ220μ)の片面に、20cm×25cmの大きさ
にスクリーン印刷した。該イオン膜を風乾後、温
度165℃、圧力60Kg/cm2の条件下で上記印刷層を
イオン膜に熱圧着した。イオン交換膜上に得られ
た多孔質層は、厚さ10μ、多孔度95%を有し、水
酸化鉄が0.2mg/cm2含まれていた。その後、該イ
オン交換膜を90℃、25重量%の苛性ソーダ水溶液
に16時間浸漬して加水分解するとともにメチルセ
ルロースを溶出せしめた。しかる後、多孔質層の
側にチタンのマイクロエキスパンデツドメタルに
ルテニウム−イリジウムの酸化物を被覆せしめて
なる陽極を、イオン膜のもう一方の面にニツケル
マイクロエキスパンデツドメタルの陰極を直接接
触させ、陽極室の食塩水溶液を4Nの濃度に保
ち、また陰極室に水を供給して陰極液中の苛性ソ
ーダ濃度を35重量%に保ちつつ90℃で電解し、以
下の結果を得た。 電流密度(A/dm2) 槽電圧(V) 20 3.04 40 3.34 60 3.61 80 3.73 実施例 2 実施例1において水酸化鉄ヒドロゲルの代りに
酸化ジルコニウムを4重量%含むヒドロゲルを用
い、多孔質層をイオン交換膜の陰極側面に圧着し
た以外は、実施例1と同様にして電解槽を組み立
て且つ実施例1と同様にして食塩水溶液の電解を
行ない以下の結果を得た。 電流密度(A/dm2) 槽電圧(V) 20 3.05 40 3.36 60 3.64 80 3.77 実施例 3〜7 実施例1の水酸化鉄ヒドロゲル(陽極側多孔質
層)又は実施例2の酸化ジルコニウムヒドロゲル
(陰極側多孔質層)のかわりに以下の第1表に示
されるヒドロゲルを使用し、同じく表に示される
点を除くほかは実施例1と同様にして電解槽を形
成し、且つ生成された苛性ソーダの濃度を変えた
ほかは実施例1と同様にして食塩水溶液の電解を
行なつた。その結果を第2表に示す。
[Formula] Here, X is F, Cl, H or -CF 3 , and X' is
or CF 3 (CF 2 )m, where m is 1 to 5,
Y is selected from the following: -((CF 2 -) x A, -O-(CF 2 -) x A, x, y, z are all 1 to 10, and Z, Rf are -
It is a group selected from F or a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms. Also, A is −SO 3 M, −
COOM, or -SO 2 F, -CN, -COF or -COOR which can be converted into these groups by hydrolysis, M is hydrogen or an alkali metal, and R is a carbon number of 1 to
10 alkyl groups are shown. 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 preferably 0.8 to 2.0 meq/g dry resin. In order to provide such an ion exchange capacity, in the case of an ion exchange membrane made of a copolymer consisting of the polymerized units of (a) and (b) above, the polymerized units of (b) preferably contain 1 to 40 mol%, In particular, 3 to 25 mol% is suitable. 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.
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 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. 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 are preferably made of cloth, net, or other woven fabric, non-woven fabric, or metal made of a fluorine-containing polymer such as polytetrafluoroethylene. It can be reinforced with mesh, porous material, etc. Further, the thickness of the ion exchange membrane of the present invention is preferably 20 to 500μ, preferably 50 to 500μ.
Forced to 400μ. The porous layer on the anode and cathode side, which is preferably bonded to and formed on the surface of these ion exchange membranes,
In order to avoid separation of the ion-exchange groups in the ion-exchange membrane, the form of the ion-exchange group is determined as appropriate, for example, in the case of a carboxylic acid group, the ester type, and in the case of a sulfonic acid group, the -SO 2 F type. Bonding is achieved by the action of pressure and heat. The conditions for electrolyzing an aqueous alkali chloride solution in an electrolytic cell using the cation exchange membrane of the present invention are as follows:
Known conditions such as those disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-open No. 112398/1988 can be employed. For example, an aqueous alkali chloride solution of 2.5 to 5 normal (N) is preferably supplied to the anode chamber, and water or diluted alkali hydroxide is supplied to the cathode chamber, preferably at a current density of 80°C to 120°C.
Electrolyzed at 10-100A/ 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 which the cation exchange membrane of the present invention is used may be of either a monopolar type or a bipolar type as long as it has the above configuration. In addition, the materials that make up the electrolytic cell are
For the anode chamber, a material that is resistant to aqueous alkali chloride and chlorine, such as titanium, is used, and for the cathode chamber, a material that is resistant to high concentrations of alkali hydroxide and hydrogen, such as iron, stainless steel, or nickel, is used. Ru. Further, when a porous layer electrode is used in the present invention, a current collector for feeding power to the porous layer electrode is disposed outside the porous layer electrode. The current collector usually has a chlorine or hydrogen overpotential equal to or higher than the electrode. For example, the anode is made of noble metal, valve metal, etc., and the cathode is made of iron, nickel, or stainless steel net, mesh, or expanded metal. However, as a current collector, the same electrode used for the porous layer with no electrode activity is used, for example, in the case of the anode, an expanded metal made of valve metal coated with a noble metal alloy or its conductive oxide is used. can. The current collector is preferably brought into contact with the porous layer by pressing it against the porous layer. Example 1 5 parts of iron hydroxide hydrogel containing 4% by weight of iron hydroxide with a particle size of 1 μm or less, 1 part of an aqueous dispersion containing 20% by weight of polytetrafluoroethylene particles with a particle size of 0.5 μm or less, and 0.1 part of methylcellulose. After thoroughly mixing and kneading, add isopropyl alcohol 2
of the mixture was added and kneaded again to obtain a paste. The paste was mixed with tetrafluoroethylene and CF 2 =
A cation exchange membrane (ion exchange capacity: 1.45 meq/g dry resin, thickness 220 μm) made of a copolymer of CFO(CF 2 ) 3 COOCH 3 was screen printed on one side in a size of 20 cm×25 cm. After air-drying the ion membrane, the printed layer was thermocompression bonded to the ion membrane under conditions of a temperature of 165° C. and a pressure of 60 kg/cm 2 . The porous layer obtained on the ion exchange membrane had a thickness of 10 μ, a porosity of 95%, and contained 0.2 mg/cm 2 of iron hydroxide. Thereafter, the ion exchange membrane was immersed in a 25% by weight aqueous sodium hydroxide solution at 90° C. for 16 hours to hydrolyze and elute methylcellulose. After that, an anode made of titanium micro-expanded metal coated with ruthenium-iridium oxide was placed in direct contact with the porous layer, and a nickel micro-expanded metal cathode was placed in direct contact with the other side of the ion membrane. The saline solution in the anode chamber was maintained at a concentration of 4N, and water was supplied to the cathode chamber to maintain the caustic soda concentration in the catholyte at 35% by weight, while electrolysis was carried out at 90°C, and the following results were obtained. Current density (A/dm 2 ) Cell voltage (V) 20 3.04 40 3.34 60 3.61 80 3.73 Example 2 In Example 1, a hydrogel containing 4% by weight of zirconium oxide was used instead of the iron hydroxide hydrogel, and the porous layer was An electrolytic cell was assembled in the same manner as in Example 1, except that it was crimped onto the side surface of the cathode of the ion exchange membrane, and a saline solution was electrolyzed in the same manner as in Example 1, and the following results were obtained. Current density (A/dm 2 ) Cell voltage (V) 20 3.05 40 3.36 60 3.64 80 3.77 Examples 3 to 7 Iron hydroxide hydrogel of Example 1 (porous layer on the anode side) or zirconium oxide hydrogel of Example 2 ( An electrolytic cell was formed in the same manner as in Example 1 except that the hydrogel shown in Table 1 below was used instead of the cathode side porous layer), and the produced caustic soda Electrolysis of a saline solution was carried out in the same manner as in Example 1, except that the concentration of . The results are shown in Table 2.

【表】【table】

【表】 実施例 8 実施例1におけるペーストをイオン交換膜の陽
極面にスクリーン印刷し、風乾した。なお、かか
る場合結合剤としてテトラフルオロエチレンに
CF2=CFO(CF23COOCH3を一部共重合させた
粒径0.5μ以下のポリテトラフルオロエチレン
(変性PTFE)を使用した。さらにイオン交換膜
の陰極面にラネーニツケル合金のアルミニウムを
アルカリで溶解除去してのち一部酸化させた所
謂、安定化ラネーニツケル3部と、上記変性
PTFEを20重量%含む水分散液1.5部とメチルセ
ルロース0.1部と水3部とを十分に混練してから
さらにイソプロピルアルコール3部を添加し、混
練して作成したペーストをスクリーン印刷した。
それぞれイオン交換膜に設けられた多孔質層を実
施例1と同様にしてイオン交換膜にプレス圧着し
た。なお、安定化ラネーニツケル多孔質層は厚さ
が25μ、多孔度80%で安定化ラネーニツケルが5
mg/cm2含まれていた。 次いで、さらに実施例1と同様な条件で加水分
解してから、水酸化鉄の側に実施例1に記載した
と同様な陽極を、安定化ラネーニツケルの側にニ
ツケルエキスパンデツドメタルを加圧接触し、実
施例1と同様な条件で電解し、以下の結果を得
た。 電流密度(A/dm2) 槽電圧(V) 20 2.94 40 3.24 60 3.52 80 3.25 比較例 1 実施例1で記載したと同様なイオン交換膜の両
面に全く多孔質層を設けずにイオン交換膜だけを
実施例1と全く同様な方法および手段で、加水分
解および電解を行ない以下の結果を得た。 電流密度(A/dm2) 槽電圧(V) 20 3.04 40 3.51 60 3.94 80 4.19
[Table] Example 8 The paste in Example 1 was screen printed on the anode surface of an ion exchange membrane and air-dried. In such cases, tetrafluoroethylene may be used as a binder.
CF 2 =CFO(CF 2 ) 3 Polytetrafluoroethylene (modified PTFE) with a particle size of 0.5 μ or less, which was partially copolymerized with COOCH 3 , was used. Furthermore, on the cathode surface of the ion exchange membrane, 3 parts of so-called stabilized Raney nickel, which is obtained by dissolving and removing the aluminum of Raney nickel alloy with alkali and partially oxidizing it, and the above-mentioned modified
After thoroughly kneading 1.5 parts of an aqueous dispersion containing 20% by weight of PTFE, 0.1 part of methyl cellulose, and 3 parts of water, 3 parts of isopropyl alcohol was further added, and the paste prepared by kneading was screen printed.
The porous layer provided on each ion exchange membrane was press-bonded to the ion exchange membrane in the same manner as in Example 1. The stabilized Raney nickel porous layer has a thickness of 25μ, a porosity of 80%, and a stabilized Raney nickel of 5
Contained mg/ cm2 . Next, after further hydrolysis under the same conditions as in Example 1, an anode similar to that described in Example 1 was placed on the iron hydroxide side, and nickel expanded metal was brought into pressure contact with the stabilized Raney nickel side. Then, electrolysis was carried out under the same conditions as in Example 1, and the following results were obtained. Current density (A/dm 2 ) Cell voltage (V) 20 2.94 40 3.24 60 3.52 80 3.25 Comparative example 1 Ion exchange membrane similar to that described in Example 1 without any porous layer on both sides. Hydrolysis and electrolysis were carried out in exactly the same manner and means as in Example 1, and the following results were obtained. Current density (A/dm 2 ) Cell voltage (V) 20 3.04 40 3.51 60 3.94 80 4.19

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ガス及び液透過性の電極活性を有しない多孔
質層を表面に結合した電解用陽イオン交換膜の製
造法において、金属の水酸化物又は酸化物のヒド
ロゲルを陽イオン交換膜表面に加熱、圧着して上
記多孔質層を形成せしめることを特徴とする電解
用陽イオン交換膜の製造法。 2 金属の水酸化物又は酸化物が周期律表−A
族、−B族、−B族、鉄族又はアルミニウム
の水酸化物又は酸化物である特許請求の範囲第1
の製造法。 3 多孔質層が平均細孔径0.01〜2000μ、多孔率
10〜99%、厚みが0.1〜100μである特許請求の範
囲第1又は2の製造法。
[Scope of Claims] 1. A method for producing a cation exchange membrane for electrolysis, which has a gas- and liquid-permeable porous layer with no electrode activity bonded to its surface, in which a metal hydroxide or oxide hydrogel is bonded to a cation-exchange membrane. A method for producing a cation exchange membrane for electrolysis, which comprises forming the porous layer on the surface of the exchange membrane by heating and pressing. 2 Metal hydroxides or oxides are on the periodic table-A
Claim 1, which is a hydroxide or oxide of group -B group, -B group, iron group, or aluminum group.
manufacturing method. 3 Porous layer has an average pore diameter of 0.01 to 2000μ, porosity
10-99% and a thickness of 0.1-100μ.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5493690A (en) * 1977-12-09 1979-07-24 Gen Electric Electrolytic catalyst containing reduced oxides of heattstabilized platinum metals and manufacture
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