KR20090028679A - 전기분해 공정용 흑연 전극의 제조 방법 - Google Patents

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마티아스 바이스
오도 무데만
게르하르트 모오르만
프랑크 라우셔
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바이엘 머티리얼사이언스 아게
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Abstract

흑연 전극의 표면을 귀금속 화합물의 수용액으로 코팅하고, 환원 기체 및/또는 산소를 거의 함유하지 않는 기체의 존재하에서 150 내지 650℃에서 뜨임질하는, 전기분해 공정, 특히 염화수소산의 전기분해를 위한, 주로 귀금속으로 코팅된 흑연 전극의 제조 방법을 기술하고 있다.
흑연 전극, 전기분해, 염화수소산, 귀금속 코팅

Description

전기분해 공정용 흑연 전극의 제조 방법{PROCESS FOR THE PRODUCTION OF GRAPHITE ELECTRODES FOR ELECTROLYTIC PROCESSES}
<관련 출원>
본 출원은 모든 유용한 목적을 위해 그 전문이 참조로 인용되는 독일 특허 출원 제10 2007 044 171.3호 (2007년 9월 15일자로 출원됨)의 이익을 청구한다.
본 발명은 전기분해 방법, 특히 염화수소산의 전기분해를 위한, 미분된 이리듐으로 코팅된 흑연 전극의 제조 방법에 관한 것이다.
염화수소산의 전기분해 방법은 문헌 [Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Chlorine 10.1 Electrolysis of Hydrochloric Acid, 2006, Wiley-VCH Verlag]에 기술되어 있다. 염화수소산의 전기분해에 통상적으로 사용되는 전해조는 필터 프레스 구조에 따라 직렬로 배열된 두극이 연결된(bipolar-connected) 흑연 전극 판들로 이루어진다. 애노드 및 캐쏘드 챔버는 일반적으로 격판(diaphragm) 또는 양이온 교환 막에 의해서 분리된다. 통상적으로, 염소가 애노드쪽에서, 수소가 캐쏘드쪽에서 생성된다. 귀금속염, 예를 들어 백금, 팔라듐 및 로듐 염을 전해조의 캐쏘드 챔버에 연속식으로 또는 배치식으로 첨가하여 수소 침 적 전위 및 이에 따른 전지 전압을 낮추고, 금속성 귀금속은 흑연 전극 상에 침적된다. 이러한 절차의 하나의 상당한 단점은 귀금속 침적이 단지 짧은 시간 동안만 목적하는 전압 저하 효과를 생성하므로 끊임없이 재생해야 하며, 이로 인해 특히 귀금속이 많이 소비된다는 점이다. EP 683 247 A1호에 따르면, 또다른 단점은 귀금속이 전지 하류의 전체 장치 시스템에 침적될 수 있다는 점이다.
EP 683 247 A1호는 귀금속 코팅, 예를 들어 이리듐 및/또는 로듐 코팅을 흑연 표면의 세공에 생성하는 흑연 전극의 제조 방법을 기술한다. EP 683 247 A1호에 따른 흑연 전극은 탄소 원자가 2 내지 4개인 일가 또는 다가 알코올 또는 알코올 혼합물 중의 이리듐 염 또는 로듐 염, 또는 이리듐 염 또는 로듐 염과 다른 백금족 금속의 혼합물의 용액을 흑연에 도입함으로써 생성된다. 이어서 상기 용액으로 함침된 흑연체의 표면을 약 1 mm 이하의 깊이로 개방 기체 화염에 의해 200 내지 450℃의 온도로 2 내지 10분 동안 가열하며, 개방 기체 화염은 위에서 아래로 수직으로 함침된 흑연체에 적용하고, 이렇게 할 때에만 함침된 흑연체가 모두 기체 화염 아래에 위치하게 된다.
<본 발명의 실시양태>
본 발명의 실시양태는 (1) 흑연 전극의 표면을 귀금속 화합물의 수용액으로 코팅하는 단계, (2) 용매를 제거하는 단계, 및 (3) 환원 기체 및/또는 산소를 거의 함유하지 않는 기체의 존재하에서 150 내지 650℃에서 흑연 전극을 뜨임질(tempering)하는 단계를 포함하는, 귀금속으로 주로 코팅된 전기분해 공정용 흑연 전극의 제조 방법이다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 상기 전기분해 공정이 염화수소산의 전기분해인 상기 방법이다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 상기 귀금속 화합물이 이리듐, 루테늄, 로듐, 백금 및 팔라듐 화합물, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물인 상기 방법이다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 상기 귀금속 화합물이 무기산 또는 유기산의 염 또는 착체 화합물인 상기 방법이다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 상기 귀금속 화합물이 이리듐, 루테늄, 로듐, 백금 또는 팔라듐 할라이드, 아세테이트, 옥살레이트, 니트레이트 또는 펜탄디오네이트인 상기 방법이다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 상기 귀금속 화합물이 이리듐, 루테늄, 로듐, 백금 또는 팔라듐 할라이드인 상기 방법이다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 상기 귀금속 화합물이 이리듐, 루테늄, 로듐, 백금 또는 팔라듐 클로라이드인 상기 방법이다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 상기 귀금속 화합물이 이리듐 클로라이드인 상기 방법이다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 상기 이리듐 클로라이드가 IrCl3, IrCl4, 또는 IrCl3와 IrCl4의 혼합물인 상기 방법이다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 생성된 귀금속 코팅이 흑연 전극의 면적을 기 준으로 5 내지 40 g/㎡의 귀금속을 함유하는 것인 상기 방법이다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 생성된 귀금속 코팅이 흑연 전극의 면적을 기준으로 7.5 내지 20 g/㎡의 귀금속을 함유하는 것인 상기 방법이다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 상기 뜨임질을 200 내지 450℃에서 수행하는 상기 방법이다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 상기 뜨임질을 250 내지 350℃에서 수행하는 상기 방법이다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 환원 기체 및/또는 산소를 거의 함유하지 않는 기체가 화학적으로 불활성인 기체의 기체 혼합물로 이루어진 것인 상기 방법이다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 상기 화학적으로 불활성인 기체의 기체 혼합물이 질소 또는 희유기체와 수소의 혼합물인 상기 방법이다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 상기 혼합물 중 수소의 비율이 1 내지 5.5 부피％ 범위인 상기 방법이다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 상기 뜨임질의 처리 시간이 1 내지 5 시간인 상기 방법이다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 상기 처리 시간이 2 내지 3 시간인 상기 방법이다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 상기 환원 및/또는 산소를 거의 함유하지 않는 기체 중 산소 비율이 5 부피％ 이하인 상기 방법이다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 상기 환원 및/또는 산소를 거의 함유하지 않는 기체 중 산소 비율이 3 부피％ 이하인 상기 방법이다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 상기 환원 및/또는 산소를 거의 함유하지 않는 기체 중 산소 비율이 1 부피％ 이하인 상기 방법이다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 상기 방법에 따라 제조된 흑연 전극이다.
본 방법은 염화수소산 전기분해의 작업 조건 하에서 특정 시간 동안 안정하고 재생할 필요가 없는 귀금속 코팅을 생성한다.
EP 683 247 A1에 따른 방법의 단점은, 이 방법에 의해 개량된 전극에서의 과전압 저하가 여전히 전기분해에 최적이지 않다는 점, 공기 중에서 폭발성 혼합물을 형성할 수 있어 개방 화염으로 작업하는 이 방법에서 특별한 안전 수단을 요구하는 알콜계 용매의 사용, 및 가열 동안의 온도 제어가 사용된 기체 화염, 함침된 흑연 표면 및 흑연 벌크 사이의 큰 온도 차이로 인해 부정확하다는 점이다.
본 발명의 목적은 상기 언급된 단점을 나타내지 않는, 전기분해 방법용 흑연 전극의 개선된 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 흑연 전극의 표면을 귀금속 화합물의 수용액으로 코팅하고, 용매를 제거하고, 이어서 흑연 전극을 환원 기체 및/또는 산소를 거의 함유하지 않는 기체의 존재하에서 150 내지 650℃에서 뜨임질하는 것을 특징으로 하는, 전기분해 방법, 특히 염화수소산의 전기분해를 위한, 귀금속으로 주로 코팅된 흑연 전극의 제조 방법을 제공한다.
특히, 전극상에 완성된 코팅은 95 중량％ 이상, 바람직하게는 99 중량％ 이상의 귀금속을 함유한다.
사용된 귀금속 화합물은 특히 단독 또는 임의의 바람직한 혼합물로서의 이리 듐, 루테늄, 로듐, 백금 및 팔라듐 화합물, 특히 무기산 또는 유기산의 염 또는 착체 화합물을 포함하는 군으로부터의 1종 이상의 화합물로 이루어진다. 이리듐, 루테늄, 로듐, 백금 또는 팔라듐 할라이드, 아세테이트, 옥살레이트, 니트레이트 또는 펜탄디오네이트를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 귀금속의 할라이드, 특히 귀금속 클로라이드를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 예를 들어, IrCl3 또는 IrCl4 또는 이들 둘의 혼합물일 수 있는 이리듐 클로라이드를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 물이 용매로서 사용되는 경우, 상기 화합물은 또한 수화된 물을 함유할 수 있다. 그러나, 예를 들어 산성 이리듐 할라이드 용액, 예컨대 헥사클로로이리듐(IV)산을 사용하는 것도 또한 가능하다.
귀금속 화합물의 수용액은 표면 활성 물질, 특히 계면활성제, 다른 염 또는 특히 광산 및 또한 수 혼화성 유기 용매, 특히 알코올 또는 케톤을 추가적으로 함유할 수 있다.
귀금속 화합물의 양은 바람직하게는 생성된 코팅물이 흑연 전극의 면적, 즉 외부 치수(가장자리 길이)에 의해 한정된 지형적 표면적을 기준으로 5 내지 40 g/㎡, 바람직하게는 7.5 내지 20 g/㎡의 귀금속을 함유하도록 비율을 조정한다.
본 발명에 따른 방법의 하나의 바람직한 양태에서, 환원 기체 및/또는 산소를 거의 함유하지 않는 기체 분위기에서의 처리는 200 내지 450℃, 특히 바람직하게는 250 내지 350℃에서 수행한다.
처리는 특히 오븐 또는 가열 캐비넷에서 기체를 전극의 코팅 표면 위로 흐르 게 하여 수행한다. 이러한 목적을 위해 오븐 또는 가열 캐비넷은 예를 들어 기체 유입구 오리피스 및 기체 유출구를 갖고, 외부로부터 공기의 유입에 대해 밀봉된다. 예를 들어, 오븐이 완전하게 기밀성이지 않을 경우, 내부 챔버는 공기가 유입되는 것을 방지하기 위해서 주변 대기보다 약간 높은 압력에서 운전할 수 있다. 특히, 처리는 25 부피％ 이하, 바람직하게는 5 부피％ 이하, 특히 바람직하게는 2 부피％ 이하의 잔류 공기 농도로 수행한다. 뜨임질 기체 중 산소의 비율은 특히 5 부피％ 이하, 바람직하게는 3 부피％ 이하, 특히 바람직하게는 1 부피％ 이하이다.
바람직하게는, 사용되는 기체 분위기는 불활성 기체, 특히 질소 또는 희유기체, 바람직하게는 헬륨, 아르곤, 네온, 크립톤, 라돈 또는 크세논, 또는 이산화탄소, 또는 상기 불활성 기체 중 하나와 수소의 기체 혼합물, 또는 순수 수소로 이루어진다. 따라서, 수소의 비율은 0 부피％ (순수 불활성 기체) 내지 100 부피％ (순수 수소)의 범위일 수 있지만, 1 내지 5.5 부피％의 수소 농도를 사용하는 것이 바람직하다. 사용되는 불활성 기체는 특히 바람직하게는 질소이다. 원칙적으로 적합한 수소/질소 혼합물은 포밍 가스(forming gas)라는 이름으로 사전-혼합된 형태로 상업적으로 시판 중이다.
환원 및/또는 산소를 거의 함유하지 않는 분위기에서 처리 시간은 바람직하게는 1 내지 5 시간이고, 특히 바람직하게는 2 내지 3시간이다.
본 발명의 바람직한 하나의 실시양태에서, 오븐에 하나 이상의 흑연 전극을 적재한 후, 밀봉하고 먼저 실온에서 상기 기술된 기체 분위기를 사용하여 잔류 공기 농도가 25 부피％ 미만, 바람직하게는 5 부피％ 미만, 특히 바람직하게는 1 부 피％ 미만일 때까지 플러슁한다. 이어서 오븐을 목표 온도로 가열하고, 선택된 처리 시간 동안 상기 온도에 두며, 이들 두 작업 동안 여전히 기체로 플러슁한다. 이어서 오븐 챔버를 여전히 기체로 플러슁하면서 방치하여 냉각시키고, 온도가 100℃ 미만, 바람직하게는 50℃ 미만으로 떨어지면 내용물을 제거한다.
또한, 본 발명은 신규 코팅 방법에 의해서 수득된, 귀금속으로 코팅된 흑연 전극을 제공한다.
본 발명에 따른 방법에 의해서 코팅된 흑연 전극은 염화수소산의 전기분해에 의한 염소 및 수소의 제조에 매우 적합하다.
따라서, 본 발명은 또한 신규한 코팅 방법에 의해 수득된 귀금속으로 코팅된 흑연 전극의 염화수소산의, 전기분해에 의한 염소 및 수소의 제조시 전극(캐쏘드 및/또는 애노드)으로서의 용도를 제공한다.
본 발명에 따라 코팅된 흑연 전극을 사용한 염화수소산의 전기분해시 HCl 농도는 5 내지 36 중량％일 수 있다. 사용되는 염화수소산은 통상적으로 10 내지 30 중량％의 HCl 농도를 갖는다. HCl 농도는 바람직하게는 15 내지 25 중량％의 범위이다.
본 발명에 따라 코팅된 흑연 전극을 사용한 염화수소산의 전기분해는 통상적으로 30 내지 100℃, 바람직하게는 50 내지 100℃, 특히 바람직하게는 70 내지 90℃의 온도에서 운전된다.
본 발명에 따라 코팅된 흑연 전극은 바람직하게는 전극 흑연(기술적 전기분해 방법을 위한 흑연), 예를 들어 독일 뢰텐바흐 소재 그라피테 코바 게엠바하 사(Graphite COVA GmbH)로부터의 AX 또는 독일 마이팅겐 소재의 SGL 카르본 게엠바하사(SGL Carbon GmbH)에서 시판 중인 HL, ML 또는 AL 흑연과 같은 흑연 등급을 사용하여 제조된다. 이러한 특히 적합한 유형의 흑연은 통상적으로 특징적인 공극율(porosity) (누적 공극 부피)이 12 내지 23％이고, 고유 저항이 5.0 내지 12.5 μΩm이고, 벌크 밀도가 1.60 내지 1.80 g/㎤이고, 회분 함량이 0.1％ 미만이다.
전기분해시 형성된 기체(애노드: 염소, 캐쏘드: 수소)의 배출을 향상시키기 위해서, 흑연 전극의 표면은 예를 들어 폭 1 mm 내지 3 mm, 깊이 10 내지 30 mm, 이격 간격 3 내지 7 mm의 슬릿을 도입함으로써 구조화될 수 있다. 신규 코팅 방법은 코팅의 보다 높은 균일성으로 인해 구조화된 표면을 갖는 흑연 전극의 경우에 특히 유리하다는 것이 발견되었다.
격막 전기분해시 애노드 챔버 및 캐쏘드 챔버를 분리하는데 바람직하게 사용되는 격막은 PVC 직물, 혼합 PVC/PVDF 직물, 또는 PVDF 직물로 이루어진다.
폴리플루오로술폰산으로 이루어진 막 (예를 들어, 듀퐁사(DuPont)로부터의 나피온(Nafion)® 430 막)을 대체제로서 사용할 수도 있다.
본 발명에 따라 코팅된 흑연 전극에 의한 전기분해에 사용하기 바람직한 염화수소산은 예를 들어 유기 화합물, 예컨대 폴리이소시아네이트의 합성시 수득된다. 전기분해 전지에 도입하기 전의 염화수소산으로부터 불순물, 특히 유기 불순물을 제거하는 것이 유리하다고 증명되었다. 이는 염화수소산을 활성탄으로 처리함으로써 수행한다. 별법으로, 오존 또는 추출제로 처리할 수 있다. 무기 불순물 은 이온교환법에 의해서 제거할 수 있다.
본 발명은 하기 실시예에 의해 하기에 보다 자세하게 설명된다.
상기 기술된 모든 참고 문헌은 모든 유용한 목적을 위해 그 전문이 참조로 인용된다.
본 발명을 구체화하는 특정 구조를 나타내고 기술하였지만, 기본적인 본 발명 개념의 취지 및 범위를 벗어나지 않으면서 부분적으로 다양한 변형과 재배치(rearrangement)가 이루어질 수 있고, 이는 본원에서 나타내고 마찬가지로 기술된 특정 형태에 제한되지 않는다는 것은 당업자에게 명백할 것이다.
실시예 1 (비교 실시예 )
각각 100 mm x 100 mm의 면적, 60 mm의 두께, 및 대략 2 mm 폭 및 19 mm 깊이의 13개의 슬릿을 사용하여 구조화된 14개의 5 mm 폭의 랜드부(land)를 가진 2개의 코팅되지 않은 전극 (코바사로부터의 AX-20)과 PVC 격막을 갖는 전기분해 전지에서 염화수소산을 전기분해하였다. 염화수소산을 전극 챔버 둘다에서 6 ℓ/시간의 속도로 내부 회로 주변에 펌핑하였다. 캐쏘드 및 애노드의 표면 사이의 거리 (모두 수직)는 5 mm이고 슬릿은 수직 방향으로 있었다. 전지 하우징은 내산성 및 내염소성 플라스틱으로 이루어졌다. 캐쏘드 및 애노드를 전류 공급 핀을 갖는 전지 하우징에 밀봉하였다. 2개의 반쪽 전지를 PVC 격막으로 분리하였다. 전해질을 두 반쪽 전지 주변에 펌핑하였고, 처리량을 2 ℓ/시간 내지 10 ℓ/시간 사이의 범위에서 변화시킬 수 있었다. 새로운 30％ 염화수소산을 전기분해 동안 전해질 챔 버 중의 염화수소산의 나중 농도가 약 20 중량％가 되는 방식으로 계량 펌프를 사용하여 이들 회로에 도입하였다. 생성 기체 및 약해진 전해질은 기체/액체 분리기를 통해 전지를 빠져나갔다. 전류 50 A, 즉 전류 밀도 5 kA/㎡를 전력 발전기를 사용하여 확립하였다. 생성된 전지 전압을 피드(feed)에서 각각 절연된 2개의 흑연 팁을 이용하여 전극의 전면 가장자리에서 측정하였다.
5일의 운전 기간 후, 전지 전압은 75℃의 온도에서 1.97 볼트였다.
이어서 PVC 격막은 듀퐁으로부터의 나피온® 430 양이온 교환 막으로 교환하였다. 7일의 운전 기간 후, 전지 전압은 81℃의 온도에서 1.99 볼트였다.
실시예 2 (비교 실시예 )
이리듐(IV) 클로라이드 수화물 (IrCl4.H2O, Ir 함량 52.23 중량％) 0.286 g을 1,2-에탄디올 1.245 ㎖에 용해시켰다. 페인트용 솔을 사용하여, 상기 용액 모두를 실시예 1에서와 같은 구조 및 크기를 갖는 흑연 전극의 14개의 랜드부 표면(각각 5 mm x 100 mm)에 균일하게 도포하였다. 적용된 이리듐의 양은 흑연 전극의 기하학적 면적(100 mm x 100 mm)을 기준으로 15.0 g/㎡이었다. 대략 15분 후 용액으로 처리된 면 (이후 전기분해시 캐쏘드 측)을 부탄/프로판 가스 버너로부터의 화염을 사용하여 5분 동안 가열하였고, 5분 후 450℃의 온도에 도달하였으며, 판은 화염이 점화되기 전 버너 밑에 이미 위치시켰다. 90℃ 미만으로 냉각시킨 후, 흑연 전극의 랜드부 표면을 1,2-에탄디올(금속염의 추가 없이) 1.245 ㎖로 균일하게 도포하고, 이어서 가열을 즉시(기다리는 시간 없이) 반복하였다. 흑연 판을 실시 예 1에 기술된 전기분해 전지에 캐쏘드로서 설치하였다. 6 ℓ/시간의 전해질 처리량과 PVC 격막을 사용하여, 8일 동안 일정하게 유지되는 생성된 전지 전압은 전류 밀도 5 kA/㎡ 및 75℃의 온도에서 1.77 볼트였다.
실시예 3 (본 발명)
이리듐(IV) 클로라이드 수화물 (IrCl4.H2O, Ir 함량 52.23 중량％) 0.289 g을 탈이온수 1.512 g에 용해시켰다. 페인트용 솔을 사용하여, 모든 용액을 실시예 1과 동일한 구조와 크기를 갖는 흑연 전극의 14개의 랜드부 표면 (각각 5 mm x 100 mm)에 도포하여 흑연 전극의 면적(100 mm x 100 mm)을 기준으로 15.0 g/㎡의 이리듐 담지(loading)를 제공하였다. 이어서 코팅된 전극 블록을 내부 직경이 15 cm이고 내부 부피가 대략 5 ℓ인 수직 관 오븐에서 즉시 처리하였고, 전극 블록을 수소 5 부피％와 질소 95 부피％로 이루어진 부피 유속 50 ℓ/시간의 기체 혼합물을 사용하여 실온에서 30분의 시간 동안 초기에 플러슁하였다. 이어서 오븐을 대략 10℃/분의 속도로 250℃까지 가열하고, 전극 블록을 기체를 여전히 흘리면서 3시간 동안 뜨임질하였다. 이어서, 오븐 가열을 끄고, 전극 블록을 기체를 여전히 흘리면서 냉각시켰다. 대략 3 시간 후, 오븐 온도는 100℃ 미만으로 냉각되었고, 기체 흐름을 차단하고 밀폐된 오븐을 50℃ 미만의 온도로 밤새도록 추가적으로 냉각시킨 후에야, 오븐을 개방하여 전극을 제거하였다.
완성된 흑연 전극을 실시예 1에서 기술된 전기분해 전지에 캐쏘드로서 설치하였다. 6 ℓ/시간의 전해질 처리량으로 PVC 격막을 사용하면서, 작업 5일째날의 생성된 전지 전압은 전류 밀도 5 kA/㎡ 및 75℃의 온도에서 1.59 볼트이었다. 실험을 150일까지의 기간 동안 지속하였고, 전류 밀도와 온도를 차단 및 변경하였으나, 감지될 만큼의 품질 손실은 없었다.
실시예 4 (본 발명)
이리듐(IV) 클로라이드 수화물 (IrCl4.H2O, Ir 함량 52.23 중량％) 0.289 g을 탈이온수 1.525g에 용해시키고, 실시예 3에서와 같이 흑연 전극의 랜드부 표면에 도포하였다. 또한, 오븐에서의 후속 처리를 실시예 3에서와 같이 수행하였고, 유일한 차이점은 오븐을 450℃의 온도로 가열하고 상기 온도에서 처리 시간이 2시간이었다는 것이다.
완료된 흑연 전극을 실시예 1에 기술된 전기분해 전지에 캐쏘드로서 설치하였다. 6 ℓ/시간의 전해질 출력으로 PVC 격막을 사용하여, 작업 8일째날의 생성된 전지 전압은 전류 밀도 5 kA/㎡ 및 74℃의 온도에서 1.73 볼트이었다. 실험을 45일까지의 기간 동안 지속하였고, 온도를 차단 및 변경하였으나, 감지될 만큼의 품질 손실은 없었다.
실시예 5 (본 발명)
루테늄(III) 클로라이드 수화물 (RuCl3.H2O, Ru 함량 40.07 중량％) 0.190 g 및 이리듐(IV) 클로라이드 수화물 (IrCl4.H2O, Ir 함량 52.23 중량％) 0.143 g을 탈이온수 1.504 g에 용해시켰다. 페인트용 솔을 사용하여, 모든 용액을 실시예 1과 동일한 구조와 크기를 갖는 흑연 전극의 14개의 랜드부 표면 (각각 5 mm x 100 mm) 에 도포하여 흑연 전극의 면적(100 mm x 100 mm)을 기준으로 7.6 g/㎡의 루테늄 담지 및 7.5 g/㎡의 이리듐 담지를 제공하였다.
오븐 처리를 실시예 3과 유사하게 수행하였다.
완료된 흑연 전극을 실시예 1에 기술된 전기분해 전지에 캐쏘드로서 설치하였다. 6 ℓ/시간의 전해질 처리량으로 나피온® 430 양이온 교환 막을 사용하여, 작업 5일째날의 생성된 전지 전압은 전류 밀도 5 kA/㎡ 및 67℃의 온도에서 1.66 볼트이었다.

Claims (22)

  1. (1) 흑연 전극의 표면을 귀금속 화합물의 수용액으로 코팅하는 단계, (2) 용매를 제거하는 단계, 및 (3) 환원 기체 및/또는 산소를 거의 함유하지 않는(extensively oxygen-free) 기체의 존재하에 150 내지 650℃에서 흑연 전극을 뜨임질(tempering)하는 단계를 포함하는, 귀금속으로 주로 코팅된 전기분해 공정용 흑연 전극의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기분해 공정이 염화수소산의 전기분해인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 귀금속 화합물이 이리듐, 루테늄, 로듐, 백금 및 팔라듐 화합물, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물인 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 귀금속 화합물이 무기산 또는 유기산의 염 또는 착체 화합물인 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 귀금속 화합물이 이리듐, 루테늄, 로듐, 백금 또는 팔라듐 할라이드, 아세테이트, 옥살레이트, 니트레이트 또는 펜탄디오네이트인 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 귀금속 화합물이 이리듐, 루테늄, 로듐, 백금 또는 팔라듐 할라이드인 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 귀금속 화합물이 이리듐, 루테늄, 로듐, 백금 또는 팔라듐 클로라이드인 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 귀금속 화합물이 이리듐 클로라이드인 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 이리듐 클로라이드가 IrCl3, IrCl4, 또는 IrCl3와 IrCl4의 혼합물인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 생성된 귀금속 코팅이 흑연 전극의 면적을 기준으로 5 내지 40 g/㎡의 귀금속을 함유하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 생성된 귀금속 코팅이 흑연 전극의 면적을 기준으로 7.5 내지 20 g/㎡의 귀금속을 함유하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 뜨임질을 200 내지 450℃에서 수행하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 뜨임질을 250 내지 350℃에서 수행하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 환원 기체 및/또는 산소를 거의 함유하지 않는 기체가 화학적으로 불활성인 기체의 기체 혼합물로 이루어진 것인 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 화학적으로 불활성인 기체의 기체 혼합물이 질소 또는 희유기체와 수소의 혼합물인 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 혼합물 중 수소의 비율이 1 내지 5.5 부피％ 범위인 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 뜨임질의 처리 시간이 1 내지 5 시간인 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 처리 시간이 2 내지 3 시간인 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 환원 및/또는 산소를 거의 함유하지 않는 기체 중 산소 비율이 5 부피％ 이하인 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 환원 및/또는 산소를 거의 함유하지 않는 기체 중 산소 비율이 3 부피％ 이하인 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 환원 및/또는 산소를 거의 함유하지 않는 기체 중 산소 비율이 1 부피％ 이하인 방법.
  22. 제1항의 방법에 따라 제조된 흑연 전극.
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