TWI539031B - 電性分解裝置 - Google Patents

Description

電性分解裝置

本發明係與於陽極側發生氣體之類型的電性分解裝置相關。

傳統上，例如，以含有亞氯酸鹽之電解液的電性分解來製造二氧化氯氣體之方法為大家所熟知(專利文獻1)。

以電解液之電性分解而於陽極側發生氣體時，陰極側之液性(pH)隨時間而變化係大家所熟知的事。此種液性變化對陽極周邊之電解液會產生不良影響，可能導致電解液安定性降低，接著，使氣體之發生效率降低。

專利文獻2，記載著：在具備陰極及陽極之無隔膜電解槽內對電解液供應直流電流來進行電性分解，藉此來發生二氧化氯之二氧化氯製造方法。具體而言，該方法，係對含有氯化鹼、亞氯酸鹼及pH調整劑之前述電解液，以該電解液之pH為4～8之狀態，供應直流電流來行電性分解，電性分解中，必須對電性分解所消耗之亞氯酸鹼進行補充，而從電解槽外部對電解液供應亞氯酸鹼之水溶液，再從電解液中取出所發生之二氧化氯的1液型電解式二氧化氯製造方法。

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開平9-279376公報

[專利文獻2]國際公開第2009/154143號手冊

依據專利文獻2之二氧化氯製造方法，藉由管制電解液之pH，可以防止陰極側之液性變化對陽極產生影響所造成的電解液安定性降低，而解決電解途中之氣體發生效率降低的問題。假設，省略了管制pH之步驟，應可更簡單地來製造二氧化氯。

所以，本發明之目的，係在提供可以更簡單地防止陰極側之液性變化對陽極產生不良影響之電性分解裝置。

為了達成上述目的，本發明之電性分解裝置的第一特徵構成，係在將陽極及陰極浸漬於電解液之狀態進行電性分解，而從前述陽極側發生氣體之電性分解裝置，其構成上，分別配設著具備前述陽極之陽極槽及具備前述陰極之陰極槽，前述陽極槽，配設著：以對槽內供應電解液為目的之供應口、以對由該供應口所供應之電解液吹入灌氣用氣體為目的之陽極灌氣裝置、以及將該陽極槽所發生之氣體導引至槽外之氣體取出管，配設有一端連結於前述陽極槽、另一端連結於前述陰極槽之連通管，可藉由前述連通管使供應給前述陽極槽之電解液流入前述陰極槽，且介由該連通管內之電解液使前述陽極與前述陰極之間進行通電，藉由電性分解而發生於前述陽極槽內之氣體，可以做為前述灌氣用氣體且可從前述氣體取出管釋放至前述陽極槽之外部，且流過前述陰極槽之電解液可連續地被排出。

依據本構成，從供應口對具備陽極之陽極槽內部供應電解液時，電解液被充填於該陽極槽，同時，電解液流過用以連結陽極槽及陰極槽之連通管內部，也充填於該電解液陰極槽之內部。在陽極及陰極浸漬於電解液之狀態對兩極施加電壓，電流介由連通管內部之電解液流動而進行電性分解。因為於陽極槽配設著陽極灌氣裝置來對陽極槽內之電解液吹入灌氣用氣體(空氣‧隋性氣體)，因為電性分解而於陽極槽內所發生之氣體，被陽極灌氣裝置與空氣一起從氣體取出管釋放至陽極槽之外部。

因為電解液中之成分(例如，亞氯酸鹽等)在電性分解中被消耗，必須從電解槽外部進行補充。藉由從配設於陽極槽之供應口連續地供應補充之電解液、或半連續地(間歇性地)供應，而使電解液從陽極槽流向陰極槽，陰極槽側之電解液難以逆流至陽極槽側。藉此，可以防止陰極側之液性變化對陽極槽的不良影響。

亦即，因為防止陽極槽之電解液劣化於未然而使陽極槽維持低pH，故可維持氣體之發生效率。

本發明之電性分解裝置的第二特徵構成，係在將陽極及陰極浸漬於含有亞氯酸鹽之電解液的狀態進行電性分解，而從前述陽極側發生二氧化氯之電性分解裝置，其備成上，分別配設著具備前述陽極之陽極槽及具備前述陰極之陰極槽，前述陽極槽，配設著：以對槽內電解液供應之供應口、以對該供應口所供應之電解液吹入灌氣用氣體為目的之陽極灌氣裝置、以及將該陽極槽所發生之氣體導引至槽外之氣體取出管，配設有一端連結於前述陽極槽、另一端連結於前述陰極槽之連通管，可藉由前述連通管使供應給前述陽極槽之電解液流入前述陰極槽，且介由該連通管內之電解液使前述陽極與前述陰極之間進行通電，藉於電性分解而發生於前述陽極槽內之二氧化氯，可以做為前述灌氣用氣體且可從前述氣體取出管釋放至前述陽極槽之外部，且流過前述陰極槽之電解液可連續地被排出。

依據本構成，因為電解液含有亞氯酸鹽，而由陽極側發生二氧化氯氣體。因為電性分解而發生於陽極槽內之二氧化氯氣體，藉由陽極灌氣裝置，與灌氣用氣體(空氣、隋性氣體)一起被從氣體取出管釋放至陽極槽之外部。

其次，藉由從配設於陽極槽之供應口連續地供應含有亞氯酸鹽之電解液、或半連續地(間歇性地)供應，而使電解液從陽極槽流向陰極槽，陰極槽側之電解液難以逆流至陽極槽側。藉此，可以防止陰極側之液性變化對陽極槽的不良影響。

亦即，因為防止陽極槽之電解液劣化於未然而使陽極槽維持低pH，故可維持氣體之發生效率。

本發明之電性分解裝置的第三特徵構成，其構成上，配設著：一端連結於前述陽極槽之上部，另一端連結於前述陰極槽之上部的氣體回收管、及對前述陰極槽之電解液吹入灌氣用氣體的陰極灌氣裝置，溶存於前述陰極槽之電解液之二氧化氯，與前述灌氣用氣體一起，介由前述氣體回收管與前述氣體取出管被取出至前述陽極槽之外部。

依據本構成，因為配設著以氣體回收管連結陽極槽及陰極槽之上部且對陰極槽之電解液吹入灌氣用氣體(空氣‧隋性氣體)的陰極灌氣裝置，發生於陽極槽而溶存於電解液之二氧化氯氣體，即使通過連通管移向陰極槽，由陰極槽內之陰極灌氣裝置與灌氣用氣體一起被取出，而可介由氣體回收管與氣體取出管被取出至陽極槽之外部。

本發明之電性分解裝置的第四特徵構成，於前述連通管之內部，配設著部分的口徑較小之狹窄部。

依據本構成，因為藉由狹窄部可更有效地防止陰極槽內之電解液逆流至陽極槽內，藉由維持陽極槽內之低pH而可期待發生效率與灌氣效率之提昇。而且，因為狹窄部只為一部分，對於通電時之電流流動幾乎沒有影響，而無需擔心該連通管之成本過高的問題。

以下，參照圖式，針對本發明之實施例進行說明。

本發明之電性分解裝置，係在將陽極及陰極浸漬於電解液之狀態進行電性分解，而使用於從陽極側發生氣體之電性分解。

如第1圖所示，本發明之電性分解裝置10，分別配設著具陽極12之陽極槽14及具陰極16之陰極槽18。陽極槽14與陰極槽18，分別具有收容電解液之收容空間，其形狀、容積等，沒有限制。

本實施形態時，陽極槽14與陰極槽18，係以分離之圓柱狀槽來例示。然而，只要為陽極槽12之電解液13與陰極槽18之電解液13不容易混合之構成即可，例如，亦可以隔板等區隔單一收容空間來當作陽極槽與陰極槽之形態。

陽極槽14，配設著以對槽內供應電解液13為目的之供應口20、以對由該供應口20所供應之電解液13吹入灌氣用氣體為目的之陽極灌氣裝置22、以及將該陽極槽14所發生之氣體導引至槽外之氣體取出管24。

陰極槽18，配設著對該陰極槽18之電解液13吹入灌氣用氣體之陰極灌氣裝置26。

陽極灌氣裝置22與陰極灌氣裝置26，例如，可以為從壓縮機(圖外)對陽極槽14與陰極槽18進行壓縮空氣之送氣的構成。例如，可將電性分解所發生之氣體有效率地導引至槽外而從陽極槽14與陰極槽18之底部附近供應灌氣用氣體之構成。

此外，配設一端連結於陽極槽14、另一端連結於陰極槽18之連通管28。藉由該連通管28可使對陽極槽14供應之電解液13流向陰極槽18，且介由該連通管28內之電解液13，陽極12及陰極16之間可進行通電。

連通管28，例如，係可以由細管狀之部材所構成。此時，連通管28，係具有可防止電解液13從陰極槽18逆流至陽極槽14且不會妨礙從陽極槽14對陰極槽18之通電程度之內徑的構成。

為了防止該逆流，例如，於連通管28，只要將與陽極槽14之連接位置設定在高於與陰極槽18之連接位置即可。此時，陽極槽14所發生之氣體難以移至陰極槽18。

因為電性分解而發生於陽極槽14內之氣體，與灌氣用氣體一起被從氣體取出管24釋放至陽極槽14外部的構成，而為可將流過陰極槽18之電解液13連續地被排出至排液槽34的構成。

氣體取出管24，為了容易回收發生氣體與灌氣用氣體，例如，亦可以連接於吸引裝置(圖外)。

此外，配設一端連結於陽極槽14之上部、另一端連結於陰極槽18之上部之氣體回收管30。陰極槽18之溶存於電解液13之氣體，與灌氣用氣體一起，經由氣體回收管30與氣體取出管24被取出至陽極槽14外部。

與灌氣用氣體一起被從陽極槽14取出之氣體，回收至氣體回收槽(圖外)。此時，亦可配合需要，為將期望之氣體與灌氣用氣體分離之構成。

(發生氣體)

本發明之電性分解裝置10可製造之氣體，例如，二氧化氯、氯、臭氧。亦可以使用氯化鹼、氯化鹼土類當作電解液來發生氯氣體。

(亞氯酸鹽)

本發明所使用之亞氯酸鹽，例如，亞氯酸鹼金屬鹽及亞氯酸鹼土類金屬鹽。亞氯酸鹼金屬鹽，例如，亞氯酸鈉、亞氯酸鉀、亞氯酸鋰，亞氯酸鹼土類金屬鹽，例如，亞氯酸鈣、亞氯酸鎂、亞氯酸鋇。其中，以容易取得之觀點而言，應為亞氯酸鈉、亞氯酸鉀，最好為亞氯酸鈉。該等亞氯氧鹼可以單獨使用1種，亦可併用2種以上。

電解液13之亞氯酸鹽的比例，應為0.1重量%～30重量%。0.1重量%以下時，發生二氧化氯時，可能有亞氯酸鹽不足的問題，超過30重量%時，可能有亞氯酸鹽達到飽和而析出結晶的問題。以安全性、安定性、及二氧化氯之發生效率等而言，應在1重量%～10重量%之範圍。此外，亞氯酸鹽，因為在電性分解中被消耗，必須從電解槽外部供應電解液。電解液13之電性分解中，應從陽極槽14之供應口20連續地供應含有亞氯酸鹽之電解液、或半連續地(間歇地)供應。

(電極)

電性分解所使用之電極，只要使用傳統所知者即可，然而，應使用可將氧氣體之發生抑制於最小且可有效率地發生二氧化氯之電極。

陰極材料，例如，鈦、不鏽鋼、鎳、鎳‧鉻合金、或其他閥用鉛錫黃銅。此外，陽極材料，例如，由白金、金、鈀、銥、銠、或釕等之貴金屬、石墨、石墨氈、多層石墨布、石墨織布、碳、鈦、或白金電鍍之白金覆蓋材料、鈦、鉭、鈮、或鋯之閥用鉛錫黃銅之氧化物所構成的電極等，適合使用塗佈著電極觸媒者。

此外，以有效率地發生二氧化氯而言，最好擴大電極面積來縮小電流密度。具體而言，電極面積應為1A/dm²以下。

(灌氣用氣體)

本發明，以對所發生之二氧化氯氣體等溶存於電解液之氣體進行灌氣、脫氣‧收集為目的之氣體，係使用空氣，然而，並未受限於此，亦可使用隋性氣體。隋性氣體，例如，氮氣體、氬、氦等。此外，陰極槽18時，由陰極灌氣裝置26所供應之氣體，為二氧化氯氣體、臭氧氣體。氯氣體，因為與陰極槽18內之鹼產生反應而成為次亞氯ClO^-，故無法進行灌氣。

(電解液)

本發明之電性分解裝置10所使用之電解液13，也可為了提高電性分解之效率，即使少量也要儘量增加二氧化氯之發生量，配合需要，來進行氯化鹼之混合。氯化鹼，例如，氯化鉀、氯化鈉、氯化鋰、氯化鈣等。可以單獨使用該等之1種，亦可併用複數。電解液13之氯化鹼的比例，應為1重量%以上，2重量%以上、溶解度以下更佳。氯化鹼之比例為1重量%以下時，無法安定地發生氯氣體，而可能妨礙到二氧化氯的發生。提高電解液中之氯化鹼濃度，以有效率地發生二氧化氯之點而言，很好，然而，若接近溶解度附近，則電解液中容易析出氯化鹼而產生不良影響。

[實施例]

本實施例時，係針對發生氣體為二氧化氯時來進行說明。

第1圖，係本發明之電性分解裝置10之略示說明圖。如圖所示，分別配設著具備由Pt/Ir鍍鈦電極(10mm×20mm)所構成之板狀陽極12的圓筒狀陽極槽14、及具備由鈦極(10mm×20mm)所構成之板狀陰極16的圓筒狀陰極槽18。

陽極槽14，配設著：以將電解液13供應給槽內為目的之供應口20、以對該供應口20所供應之電解液13吹入灌氣用氣體(空氣或隋性氣體)為目的之陽極灌氣裝置22、以及連通陽極槽14之內外而以從陽極槽14將所發生之氣體導引至槽外為目的之氣體取出管24。此外，陰極槽18，亦配設著以對電解液13吹入灌氣用氣體(空氣或隋性氣體)為目的之陰極灌氣裝置26。

陽極槽14及陰極槽18，於各下部，互相以連通管28相連。亦即，配設著一端連結於陽極槽14之下部、另一端連結於陰極槽18之下部之內徑2mm～20mm(直徑)之連通管28，藉由該連通管28，對陽極槽14供應之電解液13流入陰極槽18，且介由連通管28內部之電解液13，可使陽極12及陰極16之間進行通電。

此外，連結兩槽之連通管28，如第3圖所示，於陰極槽18附近，配設著部分(長2mm～20nm之範圍)較小徑(直徑0.5mm～5mm)之內腔的狹窄部28a。此外，陽極槽14及陰極槽18之各上部，連結著氣體回收管30，空氣可以流通。

從供應口20，對陽極槽14之內部，供應含有25重量%亞氯酸鈉與氯化鈉之電解液13(電解液1000g中、25重量%亞氯酸鈉66ml(亞氯酸鈉2重量%)、100%氯化鈉100g(氯化鈉10重量%)、水834g)，對陽極槽14充填電解液13。

同時，電解液13流過連通管28內，同時對陰極槽18之內部進行充填。在陽極12及陰極16浸漬於電解液13之狀態對兩極施加電壓，介由連通管28內部之電解液13，電流流過而實施電性分解(電流5.4mA、電壓10V)。

因為藉由陽極槽14之陽極灌氣裝置22，對陽極槽14內之電解液13吹入灌氣用氣體(空氣及隋性氣體)，因電性分解而於陽極槽14內發生之二氧化氯，與灌氣用氣體一起被從氣體取出管24釋出至陽極槽14外部。

電性分解中，可利用電解液點滴裝置40(第2圖)，從供應口20對陽極槽14之內部間歇或連續地補充電解液13。具體而言，以1～10m/時間之比例，每間隔5分鐘，連續滴下電解液13。

如此，因為從陽極槽14之供應口20以電解液點滴裝置連續補充電解液13，使電解液13從陽極槽14緩慢流向陰極槽18，則陰極槽18之電解液13難以流向陽極槽14。藉此，可以防止陰極16側之液性變化對陽極槽14產生不良影響，而防止陽極槽14之電解液劣化，進而維持氣體之發生效率。

如此，因為電解液13從陽極槽14緩慢流向陰極槽18，陽極槽14所發生之溶存於電解液13的二氧化氯氣體，也會隨著該流動而通過連通管28內移至陰極槽18，並於陰極槽18內由陰極灌氣裝置26將其與灌氣用氣體一起取出，並介由氣體回收管30與氣體取出管24而連續地取出至陽極槽14外部。

陰極槽18內之電解液13，通過電解液回收管32之內部而向排液槽34流下，從排出管38被連續地排出。此時，空氣壓力調節(壓力排除)，係利用通氣管36來實施。

如上面所述，連通管28，於其內部，配設有部分口徑較小之狹窄部28a。藉由形成狹窄部28a，可更有效地防止陰極槽18內之電解液13逆流回陽極槽14內。

若只考慮防止陰極槽18內之電解液13逆流回陽極槽14，只要使用全長皆細之管狀物當作連通管28使用即可，然而，此時，電流難以流通。如本發明所示，將連通管28之一部配設成口徑較小之狹窄部28a，不但可以防止電解液13之逆流，也可防止電流難以流通的情形，相對地，可使以發生二氧化氯氣體之電流流過為目的之電壓較低，對於觸電等也可確保安全性。

此外，前面所述之電解液點滴裝置40，例如，係使用矩形體狀之藥液槽40(參照第2圖)。亦即，藥液槽40之槽本體42，係由底板42a、周側板42b、及天板42c所構成。天板42c，配設著：貫通其而朝下方延伸到達底板42a為止之注入管44(其下端部配設著通氣孔44a)、及排壓管46(其開口部46a可自由開閉)。

底板42a，則配設著與陽極槽14之供應口20相連之供應排出管48。該供應排出管48，配設著調節流過其內部之電解液13之流量之附計時器的電磁閥50。

開放排壓管46之開口部46a且關閉供應排出管48之狀態，將完成調製之電解液13從注入管44注入槽本體42內部，至特定高度為止進行電解液13之充填(參照第2圖中之假設虛線)。其後，關閉排壓管46之開口部46a，打開供應排出管48，槽本體42內之電解液13利用自重流下，介由供應口20而供應給陽極槽14。此時，因為排壓管46之開口部46a關閉，隨著電解液13之落下，槽本體42之內壓成為負壓。

槽本體42內之電解液13的水位逐步下降，於注入管44之下端停止階段注入流量呈現安定，附計時器之電磁閥50開始ON-OFF之動作(供應排出管48間歇地開放一定時間)，而由藥液槽40來調整陽極槽14之電解液13之供應量。

將電解液13供應給陽極槽14之期間，藥液槽40內之電解液13減少，如前面所述，槽本體42之內壓成為負壓，連結至外氣之注入管44的下端部，配設有通氣孔44a，停止於注入管44之下端位置之電解液13水位，保持其現有狀態。

所以，於供應排出管48之內部流動之電解液13，因為不會受到槽本體42內之電解液貯存量變化(自重變化)所產生之壓力變化的影響，流過供應排出管48內部之電解液13的流量極為安定化，即使為較少之流量，卻可維持大致一定之量。藉此，即使只考慮到單位時間之氣體發生量相對少量(例如，0.01mg～100mg/小時)之低量氣體發生時，亦可充份對應，而長時間地安定且持續來發生一定比例之氣體。

此外，設置場所之溫度急速(1～10℃/分)上昇時，室溫若變動，電解液點滴裝置之藥液槽40內之空氣受溫而膨脹，將電解液13壓出注入管44而使液面上昇，流量有時會因而上昇。此時，如第2圖所示，若設置排氣泵51及流量調整閥52，就可使液面更為安定。

本發明之電性分解裝置，可以利用於：在將陽極及陰極浸漬於電解液之狀態實施電性分解，而從前述陽極側發生氣體之電性分解。

10．．．電性分解裝置

12．．．陽極

13．．．電解液

14．．．陽極槽

16．．．陰極

18．．．陰極槽

20．．．供應口

22．．．陽極灌氣裝置

24．．．氣體取出管

26．．．陰極灌氣裝置

28．．．連通管

28a．．．狹窄部

30．．．氣體回收管

第1圖係本發明之電性分解裝置的概略圖。

第2圖係本發明之電性分解裝置所使用之電解液點滴裝置的概略圖。

第3圖係配設有狹窄部之連通管的重要部位概略圖。

10．．．電性分解裝置

12．．．陽極

13．．．電解液

14．．．陽極槽

16．．．陰極

18．．．陰極槽

20．．．供應口

22．．．陽極灌氣裝置

24．．．氣體取出管

26．．．陰極灌氣裝置

28．．．連通管

30．．．氣體回收管

32．．．電解液回收管

34．．．排液槽

36．．．通氣管

38．．．排出管

Claims (2)

1. 一種電性分解裝置，係將陽極及陰極浸漬於含有亞氯酸鹽之電解液的狀態下進行電性分解，而從前述陽極側發生二氧化氯，其特徵為：分別配設著具備前述陽極之陽極槽及具備前述陰極之陰極槽，其構成上，於前述陽極槽，配設著：以對槽內供應電解液為目的之供應口、以對由該供應口所供應之電解液吹入灌氣用氣體為目的之陽極灌氣裝置、以及將該陽極槽所發生之氣體導引至槽外之氣體取出管，其構成上，配設有一端連結於前述陽極槽、另一端連結於前述陰極槽之連通管，可藉由前述連通管使供應前述陽極槽之電解液流入前述陰極槽，且可介由該連通管內之電解液使前述陽極與前述陰極之間進行通電，藉由電性分解於前述陽極槽內所發生之二氧化氯，可以為前述灌氣用氣體且可從前述氣體取出管釋出至前述陽極槽之外部，且流過前述陰極槽之電解液可連續地排出，設置將一端連結於前述陽極槽之上部，將另一端連結於前述陰極槽之上部之氣體回收管，和於前述陰極槽之電解液吹入曝氣用空氣之陰極曝氣裝置；伴隨前述曝氣用空氣，將溶存於前述陰極槽之電解液之二氧化氯，經由前述氣體回收管及前述氣體取出管，取出至 前述陽極槽之外部而構成。
2. 如申請專利範圍第1項之記載之電性分解裝置，其中於前述連通管之內部，配設著部分口徑較小之狹窄部。