JPS6229513B2 - - Google Patents

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JPS6229513B2
JPS6229513B2 JP54051935A JP5193579A JPS6229513B2 JP S6229513 B2 JPS6229513 B2 JP S6229513B2 JP 54051935 A JP54051935 A JP 54051935A JP 5193579 A JP5193579 A JP 5193579A JP S6229513 B2 JPS6229513 B2 JP S6229513B2
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cathode
reaction
chamber
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Hiroshi Nagai
Yoshinori Sugano
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は電気分解反応装置に関し、詳細には電
極面積が拡大されて電極反応効果が高揚するとと
もに設備規模の小型化された電気分解反応装置に
関する。 電極反応を応用する酸化還元反応は、薬剤を用
いる酸化還元反応と異なり、副生成物を多量に残
さない点と、強力な酸化還元力を有する点で特に
優れているため、古くから注目され、工業化され
ている例は多数ある。しかし電極反応を利用する
工業で直面する最大の欠点は反応現象の場が、電
極面上或いは電解隔膜面上のみと二次元的で、広
い空間を利用することが困難であるということで
あろう。 そこでこの欠陥を補うための研究は多くなされ
ている。古くはルクランシエ型の乾電池の減極剤
はその良い例である。また最近では、粒状炭素質
を電解槽内にベツド状に充填し、陽陰二本の主電
極をこのベツド状炭素粒に接触させることによ
り、炭素質粒状物一個一個の両端をいわゆるバイ
ポーラー現象により、電気的にプラス、マイナス
分極し、この両端で酸化反応と還元反応とを同時
に進行させる方法が提案され(英国特許第
1362704号、英国特許第1279650号、米国特許第
3730864号、その他参照)、これらの方法について
は更に検討が加えられている(日本化学会発行
「化学と工業」;24、79頁(1971)、「日化」;
1977、(1)19参照)。その他同じ目的で導電性粒状
物質と絶縁性粒状物質とを混合したものをベツド
状に槽内に配置するものも考案されている(ドイ
ツ特許公開、2148402)。これらは、充填複極槽と
名づけられている通り(「日化」、1977(No.1)
19)いずれもバイポーラー現象をたくみに工業的
に取入れようとするものであり、従つて酸化と還
元反応が同一反応槽内で同時に進行することは回
避出来ない。即ち、バイポーラー現象を利用する
以上述べた方法では、反応場の拡大には優れた方
法であるにも拘わらず、小電極の両端をプラス、
マイナスに分極する複極法であるため、陽極反応
室と陰極反応室に分離して単一反応を進行させる
には不都合がある。 本発明の目的は反応場である電極面積を拡大し
て電極反応効果を高揚するとともに設備規模をも
小型され、前述の不都合を解消した電気分解反応
装置を提供することにある。 前述の目的を達成するため、本発明によれば、
電解槽と、該電解槽内に配置され、該電解槽を陽
極室および陰極室に分離する電解用隔膜と、該陽
極室および陰極室内にそれぞれ配置された主陽極
ならびに主陰極と、該陽極室および陰極室にそれ
ぞれ充填された電気伝導性粒状物質および電気絶
縁性粒状物質の混合体とを備え、前記電気伝導性
粒状物質および電気絶縁性粒状物質の混合比が容
量比で1:1.5〜1.5:1の範囲内に定められ、こ
れにより該混合体中の電気伝導性粒状物質が陽極
室あるいは陰極室においてバイポーラー現象を起
こすことなくそれぞれの主電極と同一の極性を示
すように配列され、金属の溶解された溶液から前
記電解槽内で電気分解反応により前記金属を析出
させるようにしてなる電気分解反応装置におい
て、前記電解用隔膜として木板が用いられ、これ
により電気分解反応が促進されて金属析出量が向
上されるとともに陽陰極の短絡が防止されるよう
にしてなることを特徴とする。 以下、本発明を添付図面を用いて詳述する。第
1図は本発明にかかる電気分解反応装置の一具体
例の断面図である。1は電解槽である。電解槽1
内には電解用隔膜2が配置され、この隔膜2によ
つて該電解槽1は陽極室3および陰極室4に分離
される。電解用隔膜2としては通常の電解用隔
膜、イオン交換膜、後述の粒状物質群7,8が通
過しない程度の細孔を多数あけた合成樹脂板、セ
ラミツク板、素焼板、合成繊維布等を使用しても
よいが、金属の析出反応を進行させるためには桧
木等の木板を用いることが最良である。 また、前記電解用隔膜2は複数板、例えば2板
を接触して使用することもできる。 さらに、前述の陽極室3および陰極室4の一側
にはそれぞれ主陽極5および主陰極6(これらは
例えばグラフアイトからなり、これらを併わせて
「主電極」と呼ぶこともできる。)を設置し、ま
た、該陽極室3および陰極室4にはそれぞれ電気
伝導性粒状物質7および電気絶縁性粒状物質8の
混合体を充填する。そして上記混合粒状物質群の
配列については、電気伝導性粒状物質7群の主電
極板5,6からの連なりに長短を作り対極の方向
に距離が長く連なるもの程電気抵抗値が増大され
るように、また電気伝導性粒状物質7間相互の接
触が完全に断たれないように、電気伝導性粒状物
質7と電気絶縁性粒状物質8とを混合、配列し、
この配列により電極反応面を拡大し、しかも各電
気伝導性粒状物質7の表面がバイポーラー現象を
起すことなく主電極板5,6と同一の極性として
反応に関与できる。 このような利点を達成するためには電気伝導性
粒状物質7と電気絶縁性粒状物質8の大きさや、
分量比率、又は材質等を、電解液の特性やその他
の条件に応じて最適条件に定めればよい。 尚本発明でいう電気伝導性粒状物質7とは、例
えば通常の、粒状グラフアイト、処理されるべき
電解液に侵されない粒状金属、又は粒状合金、二
酸化鉛、二酸化マンガン、酸ルテニウム、酸化パ
ラジウム等、その他である。又前述の電気絶縁性
粒状物質8とは例えばガラスビーズ、シリカゲ
ル、合成樹脂粒、イオン交換樹脂粒、セラミツク
粒、その他である。 上記のような本発明の電気分解反応装置を用い
て、電極反応を遂行するには、主電極5,6間
に、外部電源により電位差を与えながら処理した
い溶液をバツチ式または連続式に前記粒状物質が
配置されている空間に導いて通過させればよい。
このように通過させれば、陽極室3では酸化反応
が、陰極室4では還元反応が効果的に遂行され
る。 これにより作用を受ける反応系は多数あるが、
例えば、陽極反応では X-+4OH-−6e→XO +2H++H2O XO +H2O−2e→XO +2H+ (式中Xはハロゲン元素を示す。) 2SO2− −2e→S2O2− MnO2− −e→MnO 2Cr3+ +8H2O−6e→2CrO2+ +16H+ Pb2+−2e→Pb4+ Mn2+−2e→Mn4+ OXygen CarrierとしてV5+、Mn2+、Ce4+、C
6+ などを用いる有機化合物の酸化、コルベ反応、
有機物のハロゲン化シアン化合物の分解、および
その他である。 陰極反応では、 U6++2e→U4+2+ +e→C n++ne→M (式中Mは、Zn、Fe、Ni、Sn、Pb、Cu、Hg、
Ag、Pt、Au、Cd、などのうちの何れかを示
す。) カルボニル化合物→アルコール類、ニトロ化合
物→アミノ化合物、有機不飽和化合物の水素化、
ニトリル化合物の水素化、イミノ化合物の水素
化、およびその他である。従つて本発明の電解装
置を用いれば用廃水中の有害物質の除去又は無害
化、及び二次、一次の電池などに応用することも
出来る。 上述の本発明装置において、金属の析出は陰極
室3に充填された混合体の電導性粒状物質7の表
面上に行われる。 なお、ここでただ単に電気伝導性粒状物質群を
主電極板に接触させて、電極面積の増大を計る
と、対極に近い側の電気伝導性粒状物質は内部の
電気伝導性粒状物質より極端に高く分極され、結
果として反応は、対極に近い電気伝導性粒状物質
上で激しく、高電流密度になり、著しく電極面積
を増したことにはならない。そこで本発明では、
この接触させる電極伝導性粒状物質群に電気絶縁
性粒状物質群を適度に配合することにより、電気
伝導性粒状物質群の主電極からの連なりに長短を
作り対極の方向に距離が長く連なるもの程電気抵
抗値が増大されることになるように配慮し、全電
気伝導性粒状物質群上でほぼ均等に電気化学反応
が進行するように工夫し、著しく電極表面積、す
なわち反応場を拡大することが出来る。ここで注
意しなければならないのは、電気伝導性粒状物質
間相互の接触を完全に断つ程に多くの電気絶縁性
粒状物質群を配合、配列すると、電気伝導性粒状
物質は先に述べたバイポーラー現象が誘発され、
酸化還元反応は同一粒上の両端で進行するように
なつてしまう。 また、本発明装置において、電解反応を進行さ
せる場合の隔膜は前述したように種々考えられ、
実際、合成繊維布、素焼板、細孔プラスチツク
板、アスベスト板その他を用いてよい結果を得
る。ところが、合成繊維布、細孔プラスチツクな
どを用いて、水溶液中の金属イオンを電解し電導
性粒状物質(副電極)上に金属を析出させる場
合、析出金属が多くなると金属は陽極方向に伸び
て成長を続け、遂には隔膜を貫通して陽、陰両極
が電気的につながつて短絡され電解効率が極端に
悪くなる。又素焼焼板を用いると、本発明の装置
のように充填物があるため、破損され易く、短絡
することがある。しかし隔膜に木板を用いること
によりこれらの欠陥は解消され優れた機能を発揮
し、その機能が持続される。 すなわち、本発明の装置においては、隔膜とし
て木板を用いることにより、はじめて金属の析出
反応も可能な、しかもわずかなシヨツクで破損さ
れることのない、工業化に耐え得るものとするこ
とができる。尚木板が電解液により膨潤され表面
がヒツカキに対して弱体であるならば、これを合
成繊維布と積層にすることもできる。 以上のように本発明の装置にあつては、電気伝
導性粒状物質7と電気絶縁性粒状物質8が第1図
に示されるように配列してあるので、電気伝導性
粒状物質群全体が均等に反応場として関与するた
め、反応場が拡大されしかも充分な電位が得ら
れ、そのため強力な酸化力又は還元力を有し、従
来品にない優れた特性を示す、等の優れた効果を
発揮する。また、本発明装置は主陽極と主陰極と
の間に電解用隔膜2が配置され、この隔膜によつ
て電解槽1が陽極室3と陰極室4とに分離される
ので、対極を粒状物質群から離して設置しなくて
もそれぞれの室で単独に、しかも分離して反応を
進行させることができる。これに対して隔膜を使
用しない場合では、対極を該粒状物質群から相当
に離して設置しなければならず、このため装置が
大型化してしまうが、本発明装置では隔膜を陽極
と陰極とで共用する型式であるので、対極を粒状
物質群から離して設置する必要はなく、このた
め、装置が小型化され、簡易化される。 以下、本発明を実験例を用いてさらに詳細に述
べる。 実験例 1 本実験例は、硫酸200g/、銅イオン(C
2+ )5g/の電解液から陰極反応により金属銅
を析出させる工程において、本発明の電解装置に
よる方法と、他の3つの方法、即ちすでに特許と
なつている活性炭充填複極槽(以下“A法”とよ
ぶことにする。)とグラフアイト充填複極槽(以
下“B法”と呼ぶ)及び混合充填複極槽(以下
“C法”と呼ぶ)を同一電解条件で比較すること
にする。 本発明の電気分解反応装置を用いる場合は、縦
×横×高さが70×70×100mmの塩化ビニル電解槽
を厚さ5mmの節なし槽板隔膜で70×50×100mmの
X室と70×20×100mmのY室との2室に仕切り、
この両室の両端に65×100×5mmのグラフアイト
板を各1枚づつおき、X、Y両室には、径2〜3
mmの破砕グラフアイト、と径3mmのガラスビーズ
を容量比で6:4に配合した混合粒状物質群を充
填した。 この本発明の装置に上記電解液100mlを注入
し、X室を陰極、Y室を陽極として、外部電源に
より1Aの電流を50分間通じた。 また、A、B、C法では、縦×横×高さが70×
70×100mmの塩化ビニル電解槽に陽陰両極板とし
て、65×100×5mmのグラフアイト板を各1枚両
端になるように配置し、電極間には、それぞれA
法、B法、C法に応じ、それぞれ3mmの球形活性
炭、2〜3mmの破砕グラフアイト粒、2〜3mmの
破砕グラフアイトと3mmの塩化ビニルペレツトを
容量比で1:3に混合したものをそれぞれ両極間
に充填して、A、B、C法の充填複極槽を作り、
外部電源を陽陰両極になるように結線し、上記電
解液100mlを注入し、1Aで50分間通電した。尚C
法で粒状物質を、1:3に配合したのは、この場
合、複極性が1:3附近からみられるためであ
る。以上の各方法の結果は第1表の通りである。 銅の析出は上述の本発明装置ではX室(陰極
室)に充填された混合粒粒物質群の上記破砕グラ
フアイト上であり、A法では上記球形活性炭表面
上であり、B法では上記破砕グラフアイト表面上
であり、C法では上記破砕グラフアイトと塩化ビ
ニルペレツトの混合体の破砕グラフアイト表面上
である。
【表】 この結果、本発明の装置を用いる電解法では、
従来の充填複極槽(英国特許第1279650号、英国
特許第1362704号、ドイツ特許公開2148402)によ
る反応場拡大法に比し、より優れた方法であるこ
とが確認された。しかも装置は小型化することが
できる。 実験例 2 本実験例は、実験例1のうち、本発明の装置の
外部電源の結線を逆にし、ブドウ糖200g/、
炭酸カルシウム150g/、臭素25g/、の電
解液100mlを注入し、23〜25℃を保つようにし
て、3Aで30分間電解を続け、6.7gのグルコン酸
カルシウムを得た。 このように本発明の装置を用いると有機物の酸
化反応をも効果的に進行させることが出来る。 実験例 3 本実験例は、本発明の装置に使用する粒状物質
の構成比率と電解反応効果との関係について実験
した。 本実験に用いた装置は、実験例1に用いた装置
を用い、粒状物質群の材質及び形状も同様なもの
を用い、この配合比のみを変化させC2+ +2e→
Cuの反応効果をみることとした。尚用いた電解
液及び量も実験例1と同様である。その実験結果
を第2図に示した。 この結果、本電解液から金属銅を析出されるに
は、2〜3mmのグラフアイト粒と、3mmのガラス
ビーズを用いるなら、その構成比は、グラフアイ
ト:ガラスビーズ=1:1.5〜1.5:1の容量比の
場合特に効果的であることが確められ、しかも装
置も小型化することができた。 実験例 4 本実験例では、毒性の青酸カリを本発明の装置
により、酸化分解し、無毒化する場合の効果にお
いて伝導性粒状物質として2〜3mmのマグネタイ
ト破砕粒、絶縁性粒状物質とし2〜3mmの塩化ビ
ニルペレツトを用い、粒状物質群の容量比を1:
1とした。用いた装置は、実験例1と同様で電源
の結線を逆にした。用いた電解液はKCN100ppm
のもの100mlである。その結果を第3図に示す。
この実験結果、本発明の装置では、通常の電解法
では果せ得ない低濃度の青酸カリを効果的に、よ
り速く分解出来ることが確認された。 実験例 5 本実験装置は、実験例1と同様な形式で、陽極
室30、陰極室70とし、隔膜に1mmのサラン布
および厚さ5mmの節なし槽板を用い、Ag5g/
、KCN50g/の電解液を循環しながら陰極
室陽極室を通過させ外部電源により100Aの電流
を与えて銀の析出反応を進行させた。用いた電解
液は5000で共に300時間の連続運転を行なつ
た。この場合の銀析出結果を第2表に示す。
【表】 このように本発明の装置に於ては、金属析出反
応の場合、隔膜の選定が重要であることがわか
る。 以上のような実験例1〜5から明らかなよう
に、本発明の装置を用いる電解法においては、従
来の電解法より、効果がはるかに高揚されること
が確認された。また装置も小型化することができ
た。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置の一具体例の断面図を示
し、第2図は粒状物質構成比と銅電着量との関係
を表わしたグラフを示し、第3図は電解時間と青
酸カリ分解率との関係を表わしたグラフを示す。 1……電解槽、2……電解用隔膜、3……陽極
室、4……陰極室、5……主陽極、6……主陰
極、7……電気伝導性粒状物質、8……電気絶縁
性粒状物質。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 電解槽と、該電解槽内に配置され、該電解槽
    を陽極室および陰極室に分離する電解用隔膜と、
    該陽極室および陰極室内にそれぞれ配置された主
    陽極ならびに主陰極と、該陽極室および陰極室に
    それぞれ充填された電気伝導性粒状物質および電
    気絶縁性粒状物質の混合体とを備え、前記電気伝
    導性粒状物質および電気絶縁性粒状物質の混合比
    が容量比で1:1.5〜1.5:1の範囲内に定めら
    れ、これにより該混合体中の電気伝導性粒状物質
    が陽極室あるいは陰極室においてバイポーラー現
    象を起こすことなくそれぞれの主電極と同一の極
    性を示すように配列され、金属の溶解された溶液
    から前記電解槽内で電気分解反応により前記金属
    を析出させるようにしてなる電気分解反応装置に
    おいて、前記電解用隔膜として木板が用いられ、
    これにより電気分解反応が促進されて金属析出量
    が向上されるとともに陽陰極の短絡が防止される
    ようにしてなることを特徴とする電気分解反応装
    置。
JP5193579A 1979-04-26 1979-04-26 Reaction apparats for electrolysis Granted JPS55145185A (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5193579A JPS55145185A (en) 1979-04-26 1979-04-26 Reaction apparats for electrolysis
DE3014867A DE3014867C2 (de) 1979-04-26 1980-04-17 Elektrolysiereinrichtung
GB8012662A GB2051865B (en) 1979-04-26 1980-04-17 Electrodes for electrolyzing device
AU57658/80A AU524719B2 (en) 1979-04-26 1980-04-22 Particulate bed electrolyser
PH23959A PH23166A (en) 1979-04-26 1980-04-25 Electrolyzing device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5193579A JPS55145185A (en) 1979-04-26 1979-04-26 Reaction apparats for electrolysis

Publications (2)

Publication Number Publication Date
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