JPS6167732A - 溶液電解の電極用表面活性化非晶質合金 - Google Patents

溶液電解の電極用表面活性化非晶質合金

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JPS6167732A
JPS6167732A JP59186462A JP18646284A JPS6167732A JP S6167732 A JPS6167732 A JP S6167732A JP 59186462 A JP59186462 A JP 59186462A JP 18646284 A JP18646284 A JP 18646284A JP S6167732 A JPS6167732 A JP S6167732A
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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】 本発明は例えば海水全電解して次亜塩素酸ナトリウムを
作製するなど比較的稀薄でかつ加熱していない水溶液の
電解用電極材料として好適である表面を活性化した非晶
質合金に関するものである。
従来チタン々どの耐食性金属上に貴金属を被覆した電極
が知られているが1例えば、海水中で陽極として用いる
と剥離しやすく、また耐食性が低く寿命が短いなどの欠
点がある。一方、耐食性金属上に貴金属酸化物を被覆し
た電極も用いられているが使用中に酸化物が素地金属か
ら剥離したり。
塩素イオンの酸化と併せて酸累が比較的多葉に発生して
エネルギー効率が低いことなどの欠点がある。
通常1合金は固体状態では結晶化しているが。
労金組成を限定して溶融状態から超急冷凝固させると、
固体状態でも結晶構造をもたず液体に類似した非晶質構
造が得られこの工うな仕金全非晶質合金という。この非
晶質合金は、従来の実用金属に比べて著しく高い強度を
保有しかつ組成に応じて異常に高い耐食性をはじめ種々
の特性全示す。
本発明者らは、このような非晶質合金全電解用電極とし
て用いると、一枚の金属であるため剥離量して出願した
非晶質金属表面の活性化方法(特開昭、t7−.200
.!ttj号公報)′f:これらの含金に適用すること
によって、塩素発生に対して特に高い電極触媒活性が得
られ、低塩素イオン濃度でかつ加熱していない海水のよ
うな水溶液を電解し。
次亜塩素酸す) IJウムを製造するための陽極として
優れた電極触媒特性を備えていることを見出し。
本発明を達成した。
本発明はこのような理由からなされたものでその目的は
、加熱を特にしてい々い海水のような稀薄なNa1l−
水溶液を陽極室および陰極室に分離することなしに電解
し1次亜塩素酸ナトリウム全効率よく製造し、かつ電解
の際十分な耐食性を備えた電極材料全提供するととにあ
る。
すなわち本発明は 1、  P、SiおよびBのいずれか1種または、2種
以上/ 0− J O原子係とRu a Rh e X
rおよびPtのいずれか1種または2種以上10−50
原子係を含み、かつ70原子チ以下のOn、70原子係
以下のNiおよび30原子係以下のCuのいずれか1種
または2種以上の合計70原子係以下を含み、/。
原子係以上のPdからなり全体@ioo原子チとする溶
液電解の電極用表面活性化非晶質合金、!、P、Stお
よびBのいずれか1種ま7r、は2種以上10−3o原
子係とRu 、 Rh 、 IrおよびPtの゛いずれ
か1種または、2種以上1O−jO原子%を含み、かつ
70原子チ以下のCo、70原子係以下のN1および3
0原子係以下のCuのいずれが1種ま72:は2種以上
の合計70原子ヂ以下を含み、更にlJ′原子係以下の
Ti 、 Zr 、 NbおよびTa のいずれか1種
または2種以上を含み、io原子チ以上のPdからなり
全体f100原子係とする溶液電解の電極用表面活性化
非晶質合金 である。
本発明において、前記組成の溶融合金を超急冷凝固して
得た非晶質合金は、前記各元素が均一に固醇した単相合
金である一元来、特定の化、半反応に対する選択的触媒
活性を金属電極に付与するためには、有効元素を必要量
含む合金を作る必要がある。しかし、結晶質金属の場合
、多種多量の合金元素を添加すると、しばしば、化学的
性質の異なる多相構造となり、またこのために機械的強
度′を得難いことが多い。これに対し1本発明の非晶質
合金は液体状態から超急冷によって生成する非晶′P正
構造であるため、常に均一な単相固溶体となり、優れた
機械的性質ならびに耐食性を有すると共圧安定かつ均一
な電極特性を示す。
一方、電解用電極としての触媒活性を更に高めるために
は1本発明者のうち2人が発明した特開昭−+ 7−.
200 、t A 、!r号公報に記載しであるように
含金表面層に:Znなどを拡散浸透させ次いで、これを
アルカリ溶液に浸出させるなどの表面活性化処理を施す
必要がある。結晶質金属ではZrr?cどの拡散浸透が
主として結晶粒界で起こるため、その後Znなど全浸出
させると金属表面から結晶粒が脱落したり金属が脆化し
たりするだけで1表面活性化処理が有効でない場合が多
い。これに対し1本発明の非晶質合金は、結晶質でない
ため当然ながら結晶粒界にZnなどが優先的に拡散浸透
することによる脆化はおこらないのみならず比較的低温
の処理であっても本質的にZnなどの拡散速度が速くか
つZnなどが表面層全体に拡散するため、znなどの拡
散浸透処理後、これらを浸出させると1合金表面全体を
十分に活性化させるととができる。
これが1本発明の表面を活性化した非晶質台金が水溶液
電解の電極材料として優れた特性を保有する理由である
なお、 Znなどの拡散浸透は1例えばZn粉末中で合
金を熱処理するとか、@−金に亜鉛メッキを施したのち
熱処理を行うなどによって実現する。この場合、熱処理
温度が高く非晶質合金が結晶化することは表面全活性化
するためには特に支障がない。但し結晶化が進行すると
含金が脆化する場θがあるので、結晶化の進行を避ける
ことが望ましい。
次に1本発明の非晶質合金の製造方法を説明する。
本発明の成分組成を有する合金溶湯を溶融状態から超急
冷することにより非晶質合金を製造するととができる。
冷却速度が遅いと完全に非晶質化することはできない。
したがって、このような超急冷を実現できれば、どのよ
うな装置であっても本発明の非晶質合金を製造すること
が原理的に可能である。−例として本発明の非晶質合金
全作製する装置を添付図面に示す。図例おいて2は下方
先端に垂直にノズル3を有する石英管で、この石英管−
の上端に設けられている送入口lより原料グならびに原
料の酸化を防止する不活性ガス全送入するととができる
。前記試料4tを加熱するため石英管2の周囲に加熱炉
3を設ける。ノズル3の垂直下方に高速回転ロール7を
設け、これ全モーターtによって回転させる。非晶質合
金の作製には、所定の組成の原料グを石英管コ内に入れ
不活性ガス雰囲気下で、加熱炉!によって加熱溶融し。
モーターtVCよってiooθ〜/ 0000 r、p
、m で高速回転しているロール7の外周面上に加圧不
活性ガスを用いてこの醇@全噴射させることによって行
なわれる。この方法によって1例えば厚さ0,1M、幅
/ 0 關、長さ数m程度の長い薄板として。
本発明の非晶質合金を得ることができろ。
上記方法によシ作製した本発明の非晶質合金は。
ビッカース硬さが約<too、too、引っ張り強さが
約/ 20 、 、! 00 kg/−の範囲にあf)
、また児全密着曲げや冷間圧延(50%以上ンが可能な
非晶質合金特有の優れた機械的強度全保有している。
次に本発明合金の詳細全説明する。
電解用電極の共備すべき条件は、所定の電気化学的反応
に対する電極触媒能が高くかつ長時間に:rつたって安
定であること、この電極反応条件で。
高耐食性と十分な機械的強度全保有することである。合
金が非晶質構造を有することは、複雑な組成の合金を単
相固溶体と、して作製することを可能にすると共に1表
面活性化を容易にするため、高くかつ安定な電極触媒能
と高耐食性ならびに優れた機械的性質を兼ね備えるため
に必須である。
この非晶質合金の中で1本発明の目的である安定で高い
電極触媒能と篩面、1食性ならびに優れた機械的性質を
併せて備えた合金は1本発明記載の成分組成であること
を見出した。その例を表/にまとめて示す。
本発明の表面を活性化した非晶質合金は、白金あるいは
白金−イリジウム合金を耐食性金属に被覆した金属電極
およびノぐラジウムなどの酸化物を耐食性金属に被覆し
た酸化物電極など実用電極と比較して極めて優れた特性
を保有している。
例えば、海水電解用陽極として使用した場合。
本発明会合の塩素過電圧は、前記金属電極および酸化物
電極とほぼ同等であるか成分組成によっては1本発明合
金の方がより低く本発明会合は優れた!1寺性全もつ。
したがって本発明の表面を活性化した非晶質合金117
1.省エネルギー、長寿命の電解用1!極材料として優
れた特性全具備してお#)I例えば金属ハロゲン化物水
溶液の電解用陽極として広く使用し得る。
次に本発明における各成分組成を限定する理由全速べる
P + S+およびBは、非晶質構造を得るために必要
な半金属元素であり、また1表面保護皮膜の迅速な形成
にも有効な元素である。P、81およびBの1種または
2種以上の合計が10原子φ未満では非晶質構造を得る
ことが困難であり、また30原子係を越えると表面活性
化処理を施すと脆化しゃ丁い。したがって、io〜30
原子係の原子内にするととが必要であり、なかでも73
〜コjK子係の時に非晶質構造を得ることが特に容易で
ある。なお、従来非晶質化を助ける半金属元素として知
られている0はこの系統の合金を脆化させるためCによ
ってP、81あるいはBを全量置換することはできない
が、&計約7原子係まで置換することは差し支えない。
本発明者らは1本発明と同一目的に使用しうる表面活性
化非晶質合金を発明し1%願昭jl−/7//12号と
して特許を出願したが、この発明においてOo 、 N
lおよびCuヲそれぞれコ原子係程度含むことは発明の
目的に支障がないことを記した。上記発明は、白金族金
属金主成分とするきわめて高価な会合である。したがっ
て、これら電極材料の低廉化を目的として更に研究を丁
すめた結果、00およびNiは非晶質金属の作製を容易
にし、しかも電極触媒活性を低下させることにない罠め
1本発明の主金属元素である白金属元素を置換して70
原子係まで添加しうろことが判明した。また30原子%
tでOnで白金族元素を置換しても、非晶質化は容易で
あり、かつ耐食性および電極触媒活性が共に高いことが
明らかとなった。
Pdば1本発明非晶質会合の基本金属であり、非晶質化
しやすく、かつノ\ロゲンイオンの酸化に特に高い触媒
活性を備えた元素である。特に、高温濃厚塩化ナトリウ
ム水容液の電解と異なシ1本発明の目的のように稀薄で
温度も高くない水宕液の電解には、とりわけ高い電極触
媒活性が必要なためPdを他の白金族金属およびNl 
、 Oo 、 Cuなどで全量置換することはできない
。但し、前記特願昭jど−/7//1,2号においては
、 Pd全コO原子係以上含む必要があるとしたが、 
Nl 、 CoおよびCuの一種またはコ種を添加する
場合はPdを70原子係以上含めば十分に高い電極触媒
活性が得られる。
Ru 、 Rh、 IrおよびPiはP 、 81およ
びBの1種または2種以上を含む非晶質Pct基合金の
耐食性を高めると共に触媒活性を損わないかあるいはむ
しろ改善する元素であって、電解時の耐食性を保証する
。但し、前記特願昭!!−/7//l、2号においては
これらのいずれか1種または2種以上の合計で、20原
子係以上含む必要があるとしたが。
Oo 、 Nlおよび0【1の1種または2種を含む場
合はRu + Rh @ !rおよびPtのいずれかt
 種ま19種以上の合計で10原子係以上含めば電解時
の耐食性が十分保証される。しかしRu 、 Rbおよ
びIri多量に添加すると表面活性化処理を施しても電
極触媒活性が向上しに<<、また表面活性化によって脆
化しやすくなり、一方Ptの多量添加は表面活性化によ
る触媒活性の向上を困難にするため、これらのいずれか
/種′!!たは2種以上の合計を夕O原子係以下にとど
める必要がある。
Ti、Zr、NbおよびTaは耐食性を著しく高め。
かつ非晶質化を助ける有効な元素であるが、これらを多
量添加すると表面活性化処理を施しても触媒活性が向上
しにくくなるため、とれらのいずれか/十ψ井左は2種
以上の会則をir原子係以下にする必要がある。
以上1本発明の合金は比較的低温で稀薄な金属ハロゲン
化物水溶液の電解のような電極触媒活性の発揮しにくい
条件で電極として用いる場仕、省エネルギーならびに長
寿命の要件すなわち、高い電極触媒活性と高耐食性を備
えるように非晶質化全容易にするPd 、 Niおよび
CO全主成分とし、またハロゲンイオンの電解酸化触媒
活性の高いPdを基本金属とし、耐食性の向上に有効な
Ru、Rh、、Ir。
Pt 、 Cu 、 Ti 、 Zr 、 Nbおよび
Ta f適当に配合した非晶質公金に、さらに電極触媒
活性を高めるため表面活性化処理を施したものであるこ
とが特色である。
なお少量の他の元素1例えばコ原子係程度のV。
Or 、 Mo 、 W 、 Mn 、 Fe 、 k
g 、 Au 、 Sn 、 At、 Ge *Sなど
を含んでも本発明の目的を達成することができる。
次に本発明全実施例に工9説明する。
実施例/ 所定の組成の原料会合を前述の方法で加熱溶解後超急冷
して厚さ0.07−0.0 !間1幅/〜10咽、長さ
約3−20mの非晶質付金薄板を得た。
こ詐ら非晶質合金薄板エリ、所定の長さ全切ジ出し、こ
れに’I 00 ? / tZnSO4・7夏(20と
70 ? /1Na2804からなる30℃の水溶液中
、20 m/y/cr/Iの一定電流密度でZnメッキ
全流した。次いでこれらf、200−300℃で3C分
間熱処理してZni拡散浸透させた後加熱した4MKO
I−I水溶液中でZnを浸出させ試料合金を得た。この
ようにして作られた合金を電極として用い1種々の濃度
のNa01k含む30℃の水溶液中動電位法および定電
流法にエリアノード分極曲線を求めた。7例として表2
に300℃で熱処理した合金を用い、θ。夕NNa01
水溶液中で測定し7C1、/ t V (5OE)にお
ける電流密度をまとめて示した。電流密度の値が太さい
ものほど。
次亜塩素酸ソーダ生成の効率ば高く、高性能電極である
表2300℃でZnの拡I欲透処理全施し、その後Zn
葡浸出芒せて表面全活性化させた本発明合金および実用
電極を用い、0JNNaCJL水溶液中で測定した動電
位分極曲線から求めた1、/1V(SOE)における電
流密度*金檎Ti上に結晶′直金驕あゐいは酸化物r仮
積した実用電極 l・7 本発明の表面ケ活性化した非晶質会合は、比較例として
示し7cTi上にPtを被覆したPt/Ti電柘より触
媒活性はいずれも高い。また、T1にPdOQ被覆した
PdO/’I”l電極よりも高いものが大部分であυ高
い活性で知られるPj−Ir/Tiより優れた電極触媒
活性を示すものが数多く見受けられる。
【図面の簡単な説明】
添付図面は本発明非晶質合金を製造する装置の一例を示
す概略図である。図中: /:原料送入口、コニ石英管、3:ノズル部。 4t:原料、!:加熱炉、z:モーター、7:高速回転
ロール。 /Ir 手続補正書(方式)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、P、SiおよびBのいずれか1種または2種以上1
    0−30原子%とRu、Rh、IrおよびPtのいずれ
    か1種または2種以上10−50原子%を含み、かつ7
    0原子%以下のCo、70原子%以下のNiおよび30
    原子%以下のCuのいずれか1種または2種以上の合計
    70原子%以下を含み、10原子%以上のPdからなり
    全体を100原子%とする溶液電解の電極用表面活性化
    非晶質合金 2、P、SiおよびBのいずれか1種または4種以上1
    0−30原子%とRu、Rh、IrおよびPtのいずれ
    か1種または2種以上10−50原子%を含み、かつ7
    0原子%以下のCo、70原子%以下のNiおよび30
    原子%以下のCuのいずれか1種または2種以上の合計
    70原子%以下を含み、更に15原子%以下のTi、Z
    r、NbおよびTaのいずれか1種または2種以上を含
    み、10原子%以上のPdからなり全体を100原子%
    とする溶液電解の電極用表面活性化非晶質合金
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