WO2010137283A1 - ガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽 - Google Patents

ガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽 Download PDF

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WO2010137283A1
WO2010137283A1 PCT/JP2010/003469 JP2010003469W WO2010137283A1 WO 2010137283 A1 WO2010137283 A1 WO 2010137283A1 JP 2010003469 W JP2010003469 W JP 2010003469W WO 2010137283 A1 WO2010137283 A1 WO 2010137283A1
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exchange membrane
gas diffusion
diffusion electrode
ion exchange
electrolytic cell
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PCT/JP2010/003469
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浅海清人
井口幸徳
浜守光晴
井筒智典
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クロリンエンジニアズ株式会社
東亞合成株式会社
株式会社カネカ
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Definitions

  • the present invention relates to an ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode used for electrolysis of an aqueous alkali metal chloride solution such as saline, and is particularly suitable for an ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a two-chamber method gas diffusion electrode. It is a thing.
  • a gas diffusion electrode-equipped ion exchange membrane electrolytic cell provided with a gas diffusion electrode is used as a means for reducing an electrolysis voltage by reacting with a gas taken from outside in the gas diffusion electrode.
  • an ion exchange membrane electrolyzer equipped with an aqueous solution of an alkali metal chloride using a gas diffusion electrode as a cathode an aqueous alkali chloride solution is supplied to the anode chamber, and chlorine gas is generated at the anode.
  • an oxygen-containing gas is supplied to the cathode chamber to reduce oxygen and produce an alkali metal hydroxide aqueous solution at the gas diffusion electrode.
  • the chlorine generation reaction and the oxygen reduction reaction are stopped.
  • chlorine is dissolved in the alkali metal chloride aqueous solution that is the anolyte
  • the potential of the anode and the anode chamber is chlorine.
  • the generated potential is maintained.
  • the gas diffusion electrode and the cathode chamber are in contact with the alkali metal hydroxide aqueous solution and the oxygen-containing gas, the voltage potential of the gas diffusion electrode and the cathode gas chamber maintains the oxygen reduction potential.
  • the anolyte remains in the anode chamber, but since no alkali metal hydroxide aqueous solution is generated in the cathode chamber, the cathode chamber is held in the hydrophilic layer. There is only a slight alkali metal hydroxide solution.
  • the catholyte is replaced with the anolyte.
  • the cathode chamber is made of a material having sufficient corrosion resistance with respect to an alkali metal hydroxide aqueous solution which is alkaline, but for example, with respect to an alkali metal chloride aqueous solution in the acidic to neutral range. Corrosion resistance is not enough.
  • an ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode in which a cathode chamber and an anode chamber equipped with a gas diffusion electrode are partitioned by an ion exchange membrane, the cathode chamber is prevented from corroding or deteriorating when the operation of the electrolytic cell is stopped.
  • an electrolytic cell protection method the supply of the oxygen-containing gas to the cathode chamber is stopped, and the cathode chamber is replaced with an alkali metal hydroxide aqueous solution from the oxygen-containing gas atmosphere, whereby an ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • the prior art is a means that can cope with various problems that occur in the operation stop state of the ion diffusion membrane electrolytic cell equipped with the gas diffusion electrode, when the operation of the ion exchange membrane electrolytic cell equipped with the gas diffusion electrode is stopped.
  • the operation of stopping the supply of the oxygen-containing gas into the cathode chamber and the subsequent operation of replacing the cathode chamber with an alkali metal hydroxide aqueous solution must be performed, and the protection of the cathode chamber starts immediately after the operation is stopped. It was not that.
  • the present invention relates to an ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode having a cathode chamber in which an anode, an ion exchange membrane, and a gas diffusion electrode are arranged, and the interior space of the cathode chamber in which the ion exchange membrane and the gas diffusion electrode are arranged is liquid.
  • the outer periphery of the liquid holding member is defined by a holding member, and the outer periphery of the liquid holding member is held in a space formed in a gasket or a cathode chamber frame constituting the cathode chamber.
  • the gas diffusion electrode-mounted ion exchange membrane electrolytic cell wherein the liquid holding member is a hydrophilic member that holds a liquid therein.
  • the hydrophilic member is a carbon fiber woven or non-woven fabric.
  • the liquid holding member is an ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode, the peripheral portion of which is sandwiched between gaskets arranged between the cathode chamber frame.
  • the liquid holding member is a gas diffusion electrode-mounted ion exchange membrane electrolytic cell in which a peripheral portion is sandwiched between gaskets arranged between the liquid holding member and the ion exchange membrane.
  • the space between the ion exchange membrane and the inside of the cathode chamber having the gas diffusion electrode is partitioned by the liquid holding member.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an embodiment of an ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an embodiment of an ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode of the present invention.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view illustrating one embodiment of an ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode of the present invention.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view illustrating another embodiment of an ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode of the present invention.
  • FIG. 2C is a cross-sectional view illustrating another embodiment of an ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an embodiment of an ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode of the present invention.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view illustrating one embodiment of an ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode of the present invention.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view illustrating another embodiment of an ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode of the present invention.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view illustrating one embodiment of an ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode of the present invention.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view illustrating another embodiment of an ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode of the present invention.
  • FIG. 3C is a cross-sectional view illustrating another embodiment of an ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode of the present invention.
  • Each cross-sectional view is a partial cross-sectional view showing only the upper part of the ion-exchange membrane electrolytic cell equipped with the gas diffusion electrode described in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an embodiment of an ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode of the present invention.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view illustrating an embodiment of the ion-exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode of the present invention, and is a partial cross-sectional view showing only the upper part of the ion-exchange membrane electrolytic cell equipped with the gas diffusion electrode described in FIG. It is.
  • FIG. 4B is an enlarged view illustrating a portion A in FIG. 4A.
  • the present invention relates to an ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode by partitioning the ion exchange membrane in the ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode and a space inside the cathode chamber in which the gas diffusion electrode is arranged by a liquid holding member. It has been found that the cathode chamber can be prevented from being damaged by the anolyte that moves in accordance with the concentration gradient in the ion exchange membrane from the anode chamber to the cathode chamber when the operation is stopped. It is.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an embodiment of an ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode according to the present invention.
  • An ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode used for electrolysis of a saline solution in which a single anode chamber and a single cathode chamber are laminated via an ion exchange membrane will be described as an example.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a gas diffusion electrode-mounted ion exchange membrane electrolytic cell cut along a plane perpendicular to the electrode surface.
  • the gas diffusion electrode-fitted ion exchange membrane electrolytic cell 1 is divided into an anode chamber 20 and a cathode chamber 30 by an ion exchange membrane 10, and is called a two-chamber method gas diffusion electrode-fitted ion exchange membrane electrolytic cell. It is.
  • the anode chamber 20 is provided with an anode 211, filled with saline as an anolyte 213, and an anolyte inlet 215 is provided at the bottom of the anode chamber 20.
  • an anolyte and gas outlet 217 whose concentration is reduced by electrolysis is provided in the upper part of the anode chamber, and the anode chamber frame 219 is laminated with the ion exchange membrane 10 via the anode chamber side gasket 221.
  • a cathode chamber 30 is provided on the surface of the ion exchange membrane 10 opposite to the anode chamber 20, and a gas diffusion electrode 313 is provided in the cathode chamber.
  • a liquid holding member 311 is disposed between the cathode chamber interior space 301 including the gas diffusion electrode 313 and the ion exchange membrane 10. The liquid holding member 311 is held in a space 325a formed in the cathode chamber side gasket when held by a cathode chamber side gasket 325 that extends outward beyond the outer periphery of the liquid holding member 311 and is kept airtight. .
  • the void formed in the gasket means, as will be described with reference to FIG.
  • liquid holding member 311 is not exposed to the outer space of the gas diffusion electrode-attached ion exchange membrane electrolyzer 1 at all portions including the laminated portion with the cathode chamber frame 323 or the end face. Further, leakage of gas or liquid through the liquid holding member 311 can be prevented.
  • the gas diffusion electrode 313 is provided with an elastic member 315 provided with a space through which gas passes in an inside made of a wire or the like on the opposite surface facing the liquid holding member 311.
  • the elastic member 315 forms a cathode gas chamber 317 in the cathode chamber by closely attaching the gas diffusion electrode 313 and the liquid holding member 311 to the ion exchange membrane 10 side, and contacts the back plate 327 of the cathode chamber 30 to contact the gas diffusion electrode 313.
  • An energization circuit is formed between the back plate 327 and the back plate 327.
  • An alkali metal chloride aqueous solution is supplied to the anode chamber 20 of the ion exchange membrane electrolytic cell 1 equipped with the gas diffusion electrode of the present invention, and the anode 211 is supplied to the cathode gas chamber 317 of the cathode chamber 30 while supplying an oxygen-containing gas from the oxygen inlet 319.
  • the gas diffusion electrode 313 When the gas diffusion electrode 313 is energized, the gas diffusion electrode 313 is supplied with water of the alkali metal hydroxide aqueous solution from the liquid holding member 311 side, and is supplied with oxygen-containing gas from the cathode gas chamber 317 side on the opposite side. Then, the formation reaction of the alkali metal hydroxide aqueous solution proceeds in the gas diffusion electrode 313.
  • the generated aqueous alkali metal hydroxide solution is transferred to the liquid holding member 311 due to the concentration gradient to be absorbed and held, and flows down inside the liquid holding member 311 and the cathode gas chamber side of the gas diffusion electrode 313 to exit the cathode gas chamber. 321 is discharged.
  • the cathode gas chamber 317 of the cathode chamber has a mist of high-concentration oxygen, water vapor, and alkali metal hydroxide aqueous solution, and the temperature reaches around 90 ° C. Therefore, the constituent members of the cathode chamber include nickel, nickel alloy, etc. Is used. In addition, the elastic member is made of a metal material having excellent corrosion resistance and high conductivity, and nickel and a high nickel alloy are used.
  • the potential of the gas diffusion electrode 313 is lower than the oxygen reduction potential by the amount of overvoltage.
  • electrolysis is stopped, it becomes equal to the oxygen reduction potential, so the potential becomes noble compared to when electrolysis is being performed. Under such conditions, even in the case of a nickel-based member, the corrosion of the inner wall surface of the cathode chamber 30, the elastic member 315, and the like proceeds when oxygen is present.
  • the inside of the cathode gas chamber 317 changes from alkaline to neutral, and further the presence of alkali metal chloride or the like. As a result, corrosion of the inner wall surface of the cathode chamber 30, the back plate 327, and the elastic member 315 occurs.
  • the ion exchange membrane 10 and the cathode interior space 301 in which the gas diffusion electrode 313 is disposed are partitioned by the liquid holding member 311.
  • the liquid holding member 311 exists between the cathode chamber interior space 301 and the ion exchange membrane 10
  • the anolyte filled in the anode chamber 20 follows the concentration gradient.
  • the inner wall surface of the cathode chamber 30 or the elastic member 315 can be prevented from being damaged as a result of being stored in the liquid holding member 311. It becomes possible.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating another embodiment of the ion-exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode of the present invention
  • FIGS. 2A, 2B, and 2C each show the ion attached to the gas diffusion electrode shown in FIG. It is the fragmentary sectional view which showed only the upper part of the exchange membrane electrolytic cell.
  • the 2A has a gas diffusion electrode 313 in the cathode chamber 30, and the upper part of the liquid holding member 311 arranged in contact with the ion exchange membrane 10 is a cathode
  • the cathode chamber frame 323 is disposed on the surface of the cathode chamber side gasket 325 on the side opposite to the ion exchange membrane 10.
  • An elastic member 315 is disposed on the back surface of the gas diffusion electrode 313.
  • an anode chamber side gasket 221 and an anode chamber frame 219 are arranged on the side of the anode chamber 20 of the ion exchange membrane 10 and laminated together.
  • the cathode chamber interior space 301 and the ion exchange membrane 10 are completely partitioned by the liquid holding member 311, and the outer peripheral portion of the liquid holding member 311 is in close contact with the ion exchange membrane, and all other Since the surface is held by the void 325a of the cathode chamber side gasket 325, there is no passage from the porous liquid holding member 311 to the external space, and the ion-exchange membrane electrolytic cell 1 fitted with the gas diffusion electrode is held airtight. Is done.
  • a step portion corresponding to the thickness of the liquid holding member is formed in the gasket so that the gasket is mounted.
  • a groove in which the liquid holding member can be mounted is formed instead of the step portion.
  • FIG. 2B is a partial cross-sectional view showing only the upper part of the electrolytic cell for explaining another embodiment.
  • the cathode chamber 30 has the gas diffusion electrode 313, and the side of the cathode chamber side gasket 325 in contact with the ion exchange membrane 10 holds liquid.
  • the gas diffusion electrode-mounted ion exchange membrane electrolytic cell 1 shown in FIG. 2B is provided with a sealing portion between the cathode chamber frame 323 and the member 311. is there.
  • An elastic member 315 is disposed on the back surface of the gas diffusion electrode 313.
  • an anode chamber side gasket 221 and an anode chamber frame 219 are arranged on the side of the anode chamber 20 of the ion exchange membrane 10 and laminated together. Also in this example, when the thickness of the liquid holding member 311 is small, the liquid holding member 311 is deformed by the cathode chamber side gasket 325 by sandwiching the liquid holding member 311 with the cathode chamber side gasket 325 to form the void 325a. Therefore, the outer peripheral portion including the end face of the liquid holding member 311 can be sealed by the cathode chamber side gasket 325 without providing a stepped portion or groove for mounting the liquid holding member 311.
  • the inside of the cathode chamber is formed by mounting the liquid holding member 311 after forming the void 325a in the cathode chamber side gasket 325 in advance, as shown in FIG. 2A. Since the space 301 and the ion exchange membrane 10 can be completely partitioned by the liquid holding member 311, there is no passage leading from the porous liquid holding member 311 to the external space, and the ion exchange membrane electrolytic cell 1 equipped with the gas diffusion electrode. Is kept airtight. Moreover, corrosion of the inside of the cathode gas chamber can be prevented and the performance of the electrolytic cell can be maintained for a long time while the operation of the ion-exchange membrane electrolytic cell equipped with the gas diffusion electrode is stopped.
  • FIG. 2C is a partial cross-sectional view showing only the upper part for explaining another embodiment of the ion diffusion membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode.
  • the outer periphery of the liquid holding member 311 is disposed on the cathode chamber frame 323 side of the cathode chamber side gasket 325, whereas FIG.
  • the cathode chamber 30 has a gas diffusion electrode 313.
  • the cathode chamber frame body side gasket 326 is provided on the cathode chamber frame body 323 side to provide a liquid holding member 311.
  • the outer peripheral portions of both surfaces of the gasket can be sandwiched between gaskets, and airtightness can be maintained by a space formed in the gasket by sandwiching.
  • An elastic member 315 is disposed on the back surface of the gas diffusion electrode 313.
  • an anode chamber side gasket 221 and an anode chamber frame 219 are arranged on the side of the anode chamber 20 of the ion exchange membrane 10 and laminated together.
  • the cathode chamber frame side gasket 326 is formed with a space 326a in advance on the side facing the cathode chamber side gasket, and the outer periphery of the liquid holding member 311 is attached to the space 326a. May be laminated.
  • the outer peripheral portion of the liquid holding member 311 is covered by both the cathode chamber side gasket 325 and the cathode chamber frame body side gasket 326, and the gas holding property of the liquid holding member 311 is more reliable. It is possible to provide an ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a diffusion electrode.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining another embodiment of the ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode of the present invention.
  • FIGS. 3A, 3B, and 3C are the gas diffusion electrode attachment shown in FIG. It is the fragmentary sectional view which showed only the upper part of the ion exchange membrane electrolyzer.
  • the gas diffusion electrode-equipped ion exchange membrane electrolytic cell 1 forms a space 325a on the cathode chamber frame 323 side of the cathode chamber side gasket 325, and the outer periphery of the liquid holding member 311 in the space 325a.
  • 3A the electrolytic cell shown in FIG.
  • 3A has a gas diffusion electrode 313 in the cathode chamber 30, an elastic member 315 is disposed on the back surface thereof, and a cathode chamber frame.
  • a space 323a is formed in the space 323, and the outer periphery of the liquid holding member 311 is attached to the space 323a and stacked.
  • an anode chamber side gasket 221 and an anode chamber frame 219 are arranged on the side of the anode chamber 20 of the ion exchange membrane 10 and laminated together.
  • the liquid holding member 311 As a result, one surface of the liquid holding member 311 is sealed by the cathode chamber side gasket 325, and all the other surfaces are covered by the voids 323a formed in the cathode chamber frame 323. Even the liquid holding member 311 made of a material can easily block the passage leading to the external space, so that the ion-exchange membrane electrolytic cell 1 equipped with the gas diffusion electrode is held airtight. In addition, during the operation stop of the ion exchange membrane electrolytic cell equipped with the gas diffusion electrode, corrosion inside the cathode gas chamber can be prevented, and the performance of the electrolytic cell can be maintained for a long time.
  • FIG. 3B is a diagram illustrating another embodiment of the present invention.
  • the outer peripheral portion of the liquid holding member 311 is sandwiched between gaskets and is hermetically held including the end face.
  • the gas diffusion electrode 313 is provided in the cathode chamber 30, and the cathode chamber side gasket 325 has a gasket extension 325 c extending to the cathode chamber interior space 301.
  • the gasket extension part 325c and the liquid holding member 311 are couple
  • an elastic member 315 is disposed on the back surface of the gas diffusion electrode 313.
  • the anode chamber side gasket 221 and the anode chamber frame 219 are disposed on the side of the anode chamber 20 of the ion exchange membrane 10 and are laminated integrally.
  • FIG. 3C is a diagram illustrating another embodiment.
  • the gas diffusion electrode 313 is smaller than the space formed by the cathode chamber frame 323, whereas the electrolytic cell shown in FIG. 3C has a liquid holding member 311.
  • the gas diffusion electrode 313 both extend to the space 325a formed in the cathode chamber side gasket 325 and are mounted in the space.
  • An elastic member 315 is disposed on the back surface of the gas diffusion electrode 313.
  • an anode chamber side gasket 221 and an anode chamber frame 219 are arranged on the side of the anode chamber 20 of the ion exchange membrane 10 and laminated together.
  • the ion exchange membrane 10 and the cathode interior space 301 are partitioned by the liquid holding member 311 mounted in the gasket space where the periphery is sealed, there is no passage from the liquid holding member 311 to the external space.
  • the gas diffusion electrode-mounted ion exchange membrane electrolytic cell 1 is kept airtight. Further, since the corrosion inside the cathode gas chamber can be prevented while the operation of the ion exchange membrane electrolytic cell equipped with the gas diffusion electrode is stopped, the performance of the electrolytic cell can be maintained for a long time.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an embodiment of an ion exchange membrane electrolytic cell equipped with a gas diffusion electrode according to the present invention, and FIG. It is sectional drawing.
  • FIG. 4B is an enlarged view illustrating a portion A in FIG. 4A. 1A, 1B, 1C, or 2A, the ion diffusion membrane electrolytic cell 1 equipped with the gas diffusion electrode has a gas diffusion electrode 313 in the cathode chamber 30, and the ion exchange membrane 10 of the cathode chamber side gasket 325.
  • the periphery of the liquid holding member 311 is in contact with the gasket on the outer peripheral portion of the liquid holding member 311.
  • a sealing portion 312 is formed on the surface 311a and the end surface 311b of the outer peripheral portion.
  • An elastic member 315 is disposed on the back surface of the gas diffusion electrode 313.
  • the anode chamber side gasket 221 and the anode chamber frame 219 are disposed on the side of the anode chamber 20 of the ion exchange membrane 10 and are laminated integrally.
  • a portion where the portion of the cathode chamber frame 323 that is in contact with the gasket is projected onto the liquid holding member 311 is formed with a sealing portion 312 in which a gap for holding the liquid is sealed. Therefore, even when the outer shape of the liquid holding member is formed in the same size as the cathode chamber frame body 323 or the cathode chamber side gasket 325 and laminated, it is possible to prevent leakage of liquid and gas from the end face of the laminated surface. Is possible. As described above, when the sealing portion is formed in the liquid holding member 311, the alignment of the liquid holding member 311 and the cathode chamber side gasket 325 at the time of assembling the electrolytic cell is easy, and the gas diffusion electrode-mounted ion exchange membrane can be easily assembled.
  • the sealing portion 312 can be formed by allowing the liquid member to penetrate the outer peripheral portion of the liquid holding member and then curing.
  • Examples of the liquid member include liquid rubber and silicone sealant material.
  • Example 1 An anode for salt water electrolysis (permelec electrode) having an effective electrode area of 620 mm wide and 1220 mm high and an ion exchange membrane (Aciplex F4403 made by Asahi Kasei Chemicals) are laminated on the anode chamber frame, Is a carbon fiber cloth (manufactured by Soltec Co., Ltd.) having a width of 630 mm, a height of 1230 mm, and a thickness of 0.4 mm, which is 5 mm larger than the inner dimension of the gasket, as a liquid holding member, and is laminated on an ion exchange membrane
  • a salt diffusion gas diffusion electrode (permelec electrode) having an effective electrode area width of 620 mm and height of 1220 mm is laminated thereon, and a nickel wire having a wire diameter of 0.17 mm is wound on the gas diffusion electrode as an elastic member.
  • a gas diffusion electrode-fitted ion exchange membrane electrolytic cell was produced in which a gasket having a width of 40 mm with the cathode chamber frame was laminated, and the periphery of the carbon fiber cloth was sealed with the gasket.
  • Saline is supplied so that the concentration in the anode chamber is 150 to 220 g / l, and an oxygen-containing gas is supplied to the cathode chamber.
  • the current density is 3 kA / m 2
  • the sodium hydroxide aqueous solution concentration is 32 to 34.
  • the electrolytic cell was dismantled after being operated in a continuous operation period of 37 to 88 days and operating period of 1 to 3 days with a total operation of 300 days and a total operation stop of 56 days. No corrosion occurred on the laminated surface of the cathode chamber frame with the gasket.
  • Comparative Example 1 A gas diffusion electrode is mounted in the same manner as in Example 1 except that the size of the liquid holding member is 5 mm smaller than the inner dimension of the gasket and the liquid holding member is mounted between the ion exchange membrane and the gas diffusion electrode. An ion exchange membrane electrolytic cell was produced. Next, in view of the occurrence of corrosion in the cathode chamber during the operation stop period, the operation was performed while changing the operation stop period as follows, and the presence or absence of the occurrence of corrosion was confirmed. After the operation period of 38 to 110 days and the operation stop period of 1 to 24 days, the total operation days of 265 days and the total stop days of 162 days were performed, and then the electrolytic cell was disassembled to find the inner surface of the cathode chamber frame. Pitting corrosion occurred. Further, corrosion occurred in a quarter portion of the laminated surface with the gasket of the cathode chamber frame.
  • the ion exchange membrane electrolytic cell equipped with the gas diffusion electrode of the present invention since the space inside the cathode chamber including the ion exchange membrane and the gas diffusion electrode is partitioned by the liquid holding member, the concentration gradient is maintained even when the operation of the electrolytic cell is stopped. Therefore, the anolyte that has migrated through the ion exchange membrane and reached the cathode chamber does not corrode each component in the cathode chamber, and the performance of the ion diffusion membrane electrolytic cell equipped with the gas diffusion electrode can be maintained for a long time.
  • Elastic member 317 ... Cathode gas chamber, 319 ... Oxygen inlet, 321 ... Cathode gas chamber outlet, 323 ... Cathode chamber frame, 323a ... Void, 325 ... Cathode chamber side gasket, 325a ... Void, 325c ... Gasket extension, 325d ... Joint, 326 ... Cathode chamber frame side gasket, 326a ... Void, 327 ... Back plate

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Abstract

　陽極、イオン交換膜、ガス拡散電極を配置した陰極室を有するガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽において、前記イオン交換膜と、前記ガス拡散電極を配置した陰極室内部空間が液体保持部材によって区画され、前記液体保持部材の外周部が、ガスケットあるいは前記陰極室を構成する陰極室枠体に形成された空所において保持されているか、前記液体保持部材の外周部および外周部端面は封口処理されたものか、あるいは前記液体保持部材の外周部がガスケットと接合して一体化されたもののいずれかであるガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽。

Description

ガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽
　本発明は、食塩水等のアルカリ金属塩化物水溶液の電気分解等に使用されるガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽に関するものであり、特に二室法ガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽に好適なものである。
　ガス拡散電極を設けたガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽は、ガス拡散電極において外部から取り入れた気体と反応させることによって電気分解電圧を減少させる手段として利用されている。
　ガス拡散電極を陰極に使用したアルカリ金属塩化物水溶液のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽では、陽極室には塩化アルカリ水溶液を供給し、陽極において塩素ガスを生成している。一方、陰極室には酸素含有気体を供給し、ガス拡散電極において酸素を還元すると共にアルカリ金属水酸化物水溶液を生成する。
　電解槽の運転を停止すると、塩素の発生反応および酸素の還元反応は停止するが、陽極液であるアルカリ金属塩化物水溶液中には塩素が溶存しているため、陽極及び陽極室の電位は塩素発生電位を保っている。一方、ガス拡散電極及び陰極室内は、アルカリ金属水酸化物水溶液と酸素含有気体に接触する条件にあるため、ガス拡散電極と陰極ガス室の電圧電位は酸素還元電位を保持している。
　ところが、運転を停止した場合には、陽極室には陽極液は残存しているが、陰極室ではアルカリ金属水酸化物水溶液の生成がなくなるため、陰極室側には、親水層に保持されたわずかなアルカリ金属水酸化物水溶液があるのみである。
　陽極室と陰極室との間の濃度勾配にしたがって、陽極室中の陽極液がイオン交換膜中を移行して陰極室に浸入すると、陰極液は陽極液に置換されてしまう。
　本来、陰極室はアルカリ性であるアルカリ金属水酸化物水溶液に対しては十分な耐食性を有する材料によって製造されているが、例えば、酸性から中性の範囲であるアルカリ金属塩化物水溶液に対しては耐食性が充分ではない。
　ガス拡散電極を備えた陰極室と陽極室とをイオン交換膜で区画したガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽において、電解槽の運転の停止時に陰極室が腐食したり触媒が劣化することを防止した電解槽の保護方法として、陰極室への酸素含有気体の供給を停止するとともに、陰極室を酸素含有気体雰囲気からアルカリ金属水酸化物水溶液で置換することによってガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽を保護することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４－３００５１０号公報
　しかしながら、従来技術は、ガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の運転停止状態において生じる各種の問題点に対処可能な手段であるものの、ガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の運転が停止した際に、陰極室内への酸素含有気体の供給を停止する操作とそれに続いて陰極室内をアルカリ金属水酸化物水溶液で置換する操作を行うことが必要であるとともに、運転停止と共に直ちに陰極室の保護が始まるというものではなかった。
　本発明は、陽極、イオン交換膜、ガス拡散電極を配置した陰極室を有するガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽において、前記イオン交換膜と、前記ガス拡散電極を配置した陰極室内部空間が液体保持部材によって区画され、前記液体保持部材の外周部が、ガスケットあるいは前記陰極室を構成する陰極室枠体に形成された空所において保持されているか、前記液体保持部材の外周部および外周部端面は封口処理されたものか、あるいは前記液体保持部材の外周部がガスケットと接合して一体化されたもののいずれかであるガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽である。
　前記液体保持部材が内部に液体を保持する親水性部材である前記のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽である。
　また、前記親水性部材が炭素繊維の織布または不織布である前記のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽である。
　前記液体保持部材は周縁部を陰極室枠体との間に配置したガスケットで挟持したものであるガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽である。
　前記液体保持部材は周縁部をイオン交換膜との間に配置したガスケットで挟持したものであるガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽である。
　本発明のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽は、イオン交換膜とガス拡散電極を有する陰極室内部空間との間が液体保持部材によって区画されているので、ガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の運転を停止した際には、陽極室からイオン交換膜を通じて移行した陽極液が陰極室壁面等への到達を防止することができ、ガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の性能を長期にわたり維持することが可能となる。
図１は、本発明のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の実施態様を説明する図であり、断面図である。 図２は、本発明のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の実施態様を説明する断面図である。図２Ａは、本発明のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の一実施態様を説明する断面図である。図２Ｂは、本発明のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の他の実施態様を説明する断面図である。図２Ｃは、本発明のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の他の実施態様を説明する断面図である。それぞれの断面図は、図１で説明したガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の上部のみを示した部分断面図である。 図３は、本発明のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の実施態様を説明する断面図である。図３Ａは、本発明のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の一実施態様を説明する断面図である。図３Ｂは、本発明のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の他の実施態様を説明する断面図である。図３Ｃは、本発明のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の他の実施態様を説明する断面図である。それぞれの断面図は、図１で説明したガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の上部のみを示した部分断面図である。 図４は、本発明のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の実施態様を説明する断面図である。図４Ａは、本発明のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の実施態様を説明する断面図であり、図１で説明したガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の上部のみを示した部分断面図である。また、図４Ｂは、図４ＡのＡの部分を拡大して説明する図である。
　本発明は、ガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽にイオン交換膜と、ガス拡散電極を配置した陰極室内部空間との間を液体保持部材によって区画することによってガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の運転を停止した際に、陽極室から陰極室へとイオン交換膜中を濃度勾配にしたがって移行する陽極液によって陰極室内部が損傷を受けることを防止することが可能であることを見出したものである。
　以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
　図１は、本発明のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の実施態様を説明する図であり、断面図である。
　単一の陽極室と単一の陰極室をイオン交換膜を介して積層した食塩水の電気分解に使用するガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽を例に挙げて説明する。
　図１は、ガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽を電極面に垂直な面で切断した断面図である。
　ガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽１は、イオン交換膜１０により陽極室２０と陰極室３０に区画されたものであり、二室法ガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽と称されているものである。
　陽極室２０には、陽極２１１が設けられており、内部には陽極液２１３として食塩水が充填されており、陽極室２０下部には陽極液入口２１５が設けられている。
　また、陽極室上部には電気分解によって濃度が低下した陽極液及び気体出口２１７が設けられており、陽極室枠体２１９は陽極室側ガスケット２２１を介してイオン交換膜１０と積層されている。
　一方、イオン交換膜１０の陽極室２０とは反対側の面には、陰極室３０が設けられており、陰極室内にはガス拡散電極３１３が設けられている。
　ガス拡散電極３１３を含む陰極室内部空間３０１と、イオン交換膜１０との間には、液体保持部材３１１が配置されている。
　液体保持部材３１１は、液体保持部材３１１の外周部を越えて外側へ延びる陰極室側ガスケット３２５で挟持された際に陰極室側ガスケットに形成された空所３２５ａにおいて保持され気密が保持されている。
　本発明において、ガスケットに形成された空所とは、図１で説明するように、ガスケットで挟持された際にガスケットが部分的に変形して形成された凹部、あるいはあらかじめガスケットに設けた凹部を意味する。
　このように、液体保持部材３１１は、陰極室枠体３２３との積層部、あるいは端面を含めたすべての部分がガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽１の外側の空間に露出することはないので、液体保持部材３１１を通じた気体、あるいは液体の漏洩を防止することができる。
　また、ガス拡散電極３１３は、液体保持部材３１１に面する側の反対面には、線材等で作製した内部に気体が通過する空間を設けた弾性部材３１５が配置されている。
　弾性部材３１５は、ガス拡散電極３１３、液体保持部材３１１をイオン交換膜１０側に密着して陰極室内に陰極ガス室３１７を形成し、陰極室３０の背面板３２７に接触してガス拡散電極３１３と背面板３２７との間に通電回路を形成している。
　本発明のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽１の陽極室２０にアルカリ金属塩化物水溶液を供給し、陰極室３０の陰極ガス室３１７に、酸素入口３１９から酸素含有気体を供給しながら陽極２１１とガス拡散電極３１３間に通電すると、ガス拡散電極３１３では液体保持部材３１１側からアルカリ金属水酸化物水溶液の水分が供給され、また反対面の陰極ガス室３１７側からは酸素含有気体が供給されてガス拡散電極３１３内においてアルカリ金属水酸化物水溶液の生成反応が進行する。
　生成したアルカリ金属水酸化物水溶液は濃度勾配によって液体保持部材３１１へ移行して吸収、保持されるとともに、液体保持部材３１１内部やガス拡散電極３１３の陰極ガス室側を流下して陰極ガス室出口３２１から排出される。
　陰極室の陰極ガス室３１７には、高濃度酸素、水蒸気、アルカリ金属水酸化物水溶液のミストが存在し、温度は９０℃前後に達するので、陰極室の構成部材には、ニッケル、ニッケル合金等が用いられている。また、弾性部材にも耐食性が優れるとともに、導電性が大きな金属材料が用いられており、ニッケル、高ニッケル合金が用いられている。
　本発明のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽１において電気分解反応が行われている場合には、ガス拡散電極３１３の電位は、酸素還元電位から過電圧分だけ卑になっている。電気分解を停止した場合、酸素還元電位と等しくなるから、電気分解が行われているときと比較すると電位は貴になる。
　このような条件下においては、ニッケル系の部材であっても、酸素が存在していると陰極室３０内壁面、および弾性部材３１５等の腐食が進むこととなる。
　また陽極室２０からイオン交換膜１０を通じてアルカリ金属塩化物水溶液が移行して陰極室３０へ到達すると、陰極ガス室３１７の内部はアルカリ性から中性に変化し、更にはアルカリ金属塩化物等の存在によって陰極室３０の内壁面、背面板３２７、および弾性部材３１５の腐食が生じる。
　本発明のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽１においては、イオン交換膜１０と、ガス拡散電極３１３を配置した陰極室内部空間３０１が液体保持部材３１１によって区画されている。
　その結果、運転停止時においても、陰極室内部空間３０１とイオン交換膜１０の間には、液体保持部材３１１が存在しているので、陽極室２０に充填されている陽極液が濃度勾配にしたがって、イオン交換膜１０を移行して陰極室３０側へと到達しても、液体保持部材３１１において貯留される結果、陰極室３０の内壁面あるいは弾性部材３１５が損傷を受けることを防止することが可能となる。
　図２は、本発明のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の他の実施態様を説明する断面図であり、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃはそれぞれ、図１で示したガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の上部のみを示した部分断面図である。
　図２Ａで示したガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽１は、陰極室３０には、ガス拡散電極３１３を有し、イオン交換膜１０に接して配置された液体保持部材３１１の上部は、陰極室側ガスケット３２５の陰極室内部側に設けた空所３２５ａに装着されており、前記陰極室側ガスケット３２５のイオン交換膜１０とは反対側の面は、陰極室枠体３２３が配置されている。また、ガス拡散電極３１３の背面には弾性部材３１５が配置されている。
　一方、イオン交換膜１０の陽極室２０側には、陽極室側ガスケット２２１、陽極室枠体２１９が配置されて一体に積層されている。
　陰極室内部空間３０１とイオン交換膜１０の間には、液体保持部材３１１によって完全に区画されているとともに、液体保持部材３１１の外周部は、一面がイオン交換膜と密着し、他のすべての面が陰極室側ガスケット３２５の空所３２５ａによって保持されているので、多孔質の液体保持部材３１１から外部の空間へつながる通路はなく、ガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽１は、気密に保持される。
　以上の説明では、ガスケットに液体保持部材の厚みに相当する段差部を形成してガスケットが装着されるようにする例を挙げたが、段差部に代えて液体保持部材を装着可能な溝を形成しても良い。
　このように、ガスケットに装着用の段差部あるいは溝を形成した場合には、液体保持部材として厚みが厚い部材を用いた場合にも液体保持部材との積層面あるいは液体保持部材の外周部の端面等からの液体、気体の漏洩を確実に防止することができるので、ガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の運転停止中において、陰極ガス室内部の腐食を防止することが可能であり、電解槽の性能を長期にわたり維持できる。
　図２Ｂは、他の実施態様を説明する電解槽の上部のみを示した部分断面図である。
　図１あるいは図２Ａで説明したガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽１では、陰極室３０には、ガス拡散電極３１３を有し、陰極室側ガスケット３２５のイオン交換膜１０と接する側は液体保持部材３１１の周囲を封止したものであるのに対して、図２Ｂで示したガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽１では、陰極室枠体３２３との間で封止部を設けたものである。また，ガス拡散電極３１３の背面には弾性部材３１５が配置されている。
　一方、イオン交換膜１０の陽極室２０側には、陽極室側ガスケット２２１、陽極室枠体２１９が配置されて一体に積層されている。
　この例でも、液体保持部材３１１の厚みが小さな場合には、液体保持部材３１１を陰極室側ガスケット３２５で挟持することによって液体保持部材３１１が陰極室側ガスケット３２５によって変形して空所３２５ａを形成するので、液体保持部材３１１を装着する段差部、あるいは溝を設けることなく、液体保持部材３１１の端面を含めた外周部を陰極室側ガスケット３２５によって封口することができる。
　一方、液体保持部材３１１の厚みが厚い場合には、図２Ａで示したものと同様に、陰極室側ガスケット３２５にあらかじめ空所３２５ａを形成して液体保持部材３１１を装着することで陰極室内部空間３０１とイオン交換膜１０の間を液体保持部材３１１によって完全に区画することができるので、多孔質の液体保持部材３１１から外部の空間へつながる通路はなくガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽１は、気密に保持される。
　また、ガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の運転停止中において、陰極ガス室内部の腐食が防止でき、電解槽の性能を長期にわたり維持することができる。
　図２Ｃは、ガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の他の実施態様を説明する上部のみを示した部分断面図である。
　図２Ｂで説明したガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽１では、陰極室側ガスケット３２５の陰極室枠体３２３側に液体保持部材３１１の外周部を配置したものであるのに対して、図２Ｃで示したものは、陰極室３０にはガス拡散電極３１３を有し、陰極室側ガスケット３２５に加えて、陰極室枠体３２３側には、陰極室枠体側ガスケット３２６を設けて液体保持部材３１１の両面の外周部をガスケットで挟み込み、挟持によってガスケットに形成される空所によって気密を保持することができる。
　また、ガス拡散電極３１３の背面には弾性部材３１５が配置されている。一方、イオン交換膜１０の陽極室２０側には、陽極室側ガスケット２２１、陽極室枠体２１９が配置されて一体に積層されている。
　また、図２Ａと同様に、陰極室枠体側ガスケット３２６には、陰極室側ガスケットに面する側に、あらかじめ空所３２６ａを形成して、空所３２６ａに液体保持部材３１１の外周部を装着して積層しても良い。
　図２Ｃで示したものでは、液体保持部材３１１の外周部は陰極室側ガスケット３２５と陰極室枠体側ガスケット３２６の両者によって覆われており、液体保持部材３１１の気密性の保持がより確実なガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽を提供することが可能となる。
　図３は、本発明のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の他の実施態様を説明する断面図であり、図３Ａ，図３Ｂ、図３Ｃは、それぞれ、図１で示したガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の上部のみを示した部分断面図である。
　図２Ａで示した電解槽は、ガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽１が陰極室側ガスケット３２５の陰極室枠体３２３側に空所３２５ａを形成し、空所３２５ａに液体保持部材３１１の外周部を装着したものであるのに対して、図３Ａで示した電解槽は、陰極室３０には、ガス拡散電極３１３を有し、その背面に弾性部材３１５を配置すると共に、陰極室枠体３２３に空所３２３ａを形成し、空所３２３ａに液体保持部材３１１の外周部を装着して積層したものである。
　一方、イオン交換膜１０の陽極室２０側には、陽極室側ガスケット２２１、陽極室枠体２１９が配置されて一体に積層されている。
　その結果、液体保持部材３１１は、一面が陰極室側ガスケット３２５によって密封されると共に、他のすべての面は陰極室枠体３２３に形成した空所３２３ａによって覆われているので、厚みの厚い多孔質体からなる液体保持部材３１１であっても外部の空間へつながる通路を容易に塞ぐことができるので、ガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽１は、気密に保持される。また、ガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の運転停止中において、陰極ガス室内部の腐食を防止することができ、電解槽の性能を長期にわたり維持することができる。
　図３Ｂは、本発明の他の実施態様を説明する図である。
　これまでに説明した実施態様では、すべて液体保持部材３１１の外周部がガスケットによって挟まれて、端面を含めて気密に保持されているものである。これに対して、図３Ｂで示す電解槽では、陰極室３０にガス拡散電極３１３を設けるとともに、陰極室側ガスケット３２５は、陰極室内部空間３０１へ延びるガスケット延長部３２５ｃを有している。そして、ガスケット延長部３２５ｃと液体保持部材３１１は、接合部３２５ｄにおいて結合されている。また、他の実施態様のものと同様に、ガス拡散電極３１３の背面には弾性部材３１５が配置されている。
　一方、イオン交換膜１０の陽極室２０側には、陽極室側ガスケット２２１、陽極室枠体２１９が配置されて一体に積層されている。
　その結果、液体保持部材３１１はすべて陰極室内部空間３０１に位置している。その結果、他の実施態様のものと同様にガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の運転停止中において、陰極ガス室内部の腐食の防止が可能であって、電解槽の性能を長期にわたり維持することが可能である。
　図３Ｃは、他の実施態様を説明する図である。
　これまでに説明した実施態様では、いずれもガス拡散電極３１３が、陰極室枠体３２３で形成される空間よりも小さなものであるのに対して、図３Ｃで示す電解槽は、液体保持部材３１１とガス拡散電極３１３が共に、陰極室側ガスケット３２５に形成した空所３２５ａにまで延びて空所に装着されているものである。また，ガス拡散電極３１３の背面には弾性部材３１５が配置されている。
　一方、イオン交換膜１０の陽極室２０側には、陽極室側ガスケット２２１、陽極室枠体２１９が配置されて一体に積層されている。
　イオン交換膜１０と陰極室内部空間３０１は、周辺部が密封されたガスケットの空所に装着された液体保持部材３１１によって区画されているので、液体保持部材３１１から外部の空間へつながる通路はなくガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽１は、気密に保持される。また、ガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の運転停止中において、陰極ガス室内部の腐食を防止することができるので電解槽の性能を長期にわたり維持することが可能である。
　図４は、本発明のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の実施態様を説明する図であり、図４Ａは図１で示したガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の上部のみを示した部分断面図である。図４Ｂは、図４ＡのＡの部分を拡大して説明する図である。
　図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃあるいは図２Ａで説明したガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽１では、陰極室３０には、ガス拡散電極３１３を有し、陰極室側ガスケット３２５のイオン交換膜１０の接する側において液体保持部材３１１の周囲を封止したものであるのに対して、図４Ａで示したガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽１では、液体保持部材３１１の外周部のガスケットと接する面３１１ａ及び外周部の端面３１１ｂに封口部３１２が形成されたものである。また、ガス拡散電極３１３の背面には弾性部材３１５が配置されている。
　一方、イオン交換膜１０の陽極室２０側には、陽極室側ガスケット２２１、陽極室枠体２１９が配置されて一体に積層されている。
　液体保持部材３１１に対して陰極室枠体３２３のガスケットと接する部分を投影した部分は、液体を保持する空隙が封口処理された封口部３１２が形成されている。したがって、液体保持部材の外形を陰極室枠体３２３、あるいは陰極室側ガスケット３２５と同様の大きさに形成して積層した場合にも積層面の端面からの液体、気体の漏洩を防止することが可能である。
　このように，液体保持部材３１１に封口部を形成すると、電解槽の組み立て時の液体保持部材３１１と陰極室側ガスケット３２５の位置合わせが容易であり、組み立てが容易なガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽を提供することが可能となる。
　封口部３１２は、液体保持部材の外周部に液状部材を浸透した後に硬化することによって形成することができる。液状部材としては、液状ゴム、シリコーン系シーラント材を挙げることができる。
　以下に、実施例、比較例を示して本発明を説明する。
実施例１
　陽極室枠体上に有効電極面積が幅６２０ｍｍ、高さ１２２０ｍｍの食塩水電気分解用陽極（ペルメレック電極製）と、イオン交換膜（旭化成ケミカルズ製アシプレックスＦ４４０３）を積層し、イオン交換膜面には、液体保持部材として、ガスケットの内寸よりも５ｍｍ大きな、幅６３０ｍｍ、高さ１２３０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの炭素繊維布（ゾルテック社製）を、イオン交換膜に積層し、更に炭素繊維布上に、有効電極面積が幅６２０ｍｍ、高さ１２２０ｍｍの食塩電解用ガス拡散電極（ペルメレック電極製）を積層し、ガス拡散電極上に弾性部材として、線径０．１７ｍｍのニッケル線を巻き幅０．４ｍｍ、巻径６ｍｍでコイル状として４個を配置した。次いで、陰極室枠体との積層面の幅が４０ｍｍのガスケットを積層して、炭素繊維布の周囲をガスケットで密封したガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽を作製した。
　陽極室の濃度が１５０～２２０ｇ／ｌになるように食塩水を供給し、陰極室には酸素含有気体を供給して８０℃において、電流密度３ｋＡ／ｍ2、水酸化ナトリウム水溶液濃度３２～３４質量％に保持して連続運転期間３７～８８日、運転停止期間１～３日の運転パターンで合計運転日数３００日、合計運転停止日数５６日の運転を行った後に、電解槽を解体したところ、陰極室枠体のガスケットとの積層面には腐食は発生していなかった。
比較例１
　液体保持部材の大きさを、ガスケットの内寸よりも５ｍｍ小さなものとして、液体保持部材をイオン交換膜とガス拡散電極の間に装着した点を除き、実施例１と同様にしてガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽を作製した。
　次に、運転停止期間に陰極室内の腐食が発生することに鑑み、以下のように、運転停止期間を変化させて運転を行い腐食の発生の有無を確認した。
　連続運転期間３８～１１０日、運転停止期間１～２４日の運転パターンで合計運転日数２６５日、合計停止日数１６２日の運転を行った後に、電解槽を解体したところ、陰極室枠体の内面に孔食が発生していた。また、陰極室枠体のガスケットとの積層面の１／４の部分に腐食が発生していた。
　本発明のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽は、イオン交換膜とガス拡散電極を含む陰極室内部空間の間を液体保持部材で区画したので、電解槽の運転停止時においても、濃度勾配にしたがってイオン交換膜を移行して陰極室に達した陽極液が陰極室内の各構成部材を腐食することがなく、ガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽の性能を長期にわたり維持することができる。
　１…ガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽、１０…イオン交換膜、２０…陽極室、３０…陰極室、２１１…陽極、２１３…陽極液、２１５…陽極液入口、２１７…陽極液及び気体出口、２１９…陽極室枠体、２２１…陽極室側ガスケット、３０１…陰極室内部空間、３１１…液体保持部材、３１１ａ…外周部のガスケットと接する面、３１１ｂ…外周部の端面、３１２…封口部、３１３…ガス拡散電極、３１５…弾性部材、３１７…陰極ガス室、３１９…酸素入口、３２１…陰極ガス室出口、３２３…陰極室枠体、３２３ａ…空所、３２５…陰極室側ガスケット、３２５ａ…空所、３２５ｃ…ガスケット延長部、３２５ｄ…接合部、３２６…陰極室枠体側ガスケット、３２６ａ…空所、３２７…背面板

Claims (5)

  1. 　陽極、イオン交換膜、ガス拡散電極を配置した陰極室を有するガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽において、前記イオン交換膜と、前記ガス拡散電極を配置した陰極室内部空間が液体保持部材によって区画され、前記液体保持部材の外周部が、ガスケットあるいは前記陰極室を構成する陰極室枠体に形成された空所において保持されているか、前記液体保持部材の外周部および外周部端面は封口処理されたものか、あるいは前記液体保持部材の外周部がガスケットと接合して一体化されたもののいずれかであることを特徴とするガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽。
  2. 　前記液体保持部材が内部空間に液体を保持する親水性部材であることを特徴とする請求項１に記載のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽。
  3. 　前記親水性部材が炭素繊維の織布または不織布であることを特徴とする請求項２に記載のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽。
  4. 　前記液体保持部材は周縁部を陰極室枠体との間に配置したガスケットで挟持したものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽。
  5. 　前記液体保持部材は周縁部をイオン交換膜との間に配置したガスケットで挟持したものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のガス拡散電極装着イオン交換膜電解槽。
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