JPH01127689A - 水酸化アルカリ水溶液の濃縮方法 - Google Patents
水酸化アルカリ水溶液の濃縮方法Info
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- JPH01127689A JPH01127689A JP28595187A JP28595187A JPH01127689A JP H01127689 A JPH01127689 A JP H01127689A JP 28595187 A JP28595187 A JP 28595187A JP 28595187 A JP28595187 A JP 28595187A JP H01127689 A JPH01127689 A JP H01127689A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は水酸化アルカリ水溶液の濃縮方法、さらに詳し
くは塩化アルカリの電解によって生成する相対的に低濃
度の水酸化アルカリ水溶液の濃縮方法に関するものであ
る。
くは塩化アルカリの電解によって生成する相対的に低濃
度の水酸化アルカリ水溶液の濃縮方法に関するものであ
る。
従来の技術
塩化アルカリの電解槽は一般に陰極と陽極とイオン交換
層もしくはアスベスト隔膜と陰極電解液室と陽極電解液
室とから構成され、塩化アルカリとして、例えば塩化ナ
トリウムを用いた場合には次のような電極反応が起る。
層もしくはアスベスト隔膜と陰極電解液室と陽極電解液
室とから構成され、塩化アルカリとして、例えば塩化ナ
トリウムを用いた場合には次のような電極反応が起る。
陰極： ２Ｈ２０＋２ｅ →）ｂ ＋ ２０８−
（１）陽［１： ２ＣＩ−→Ｃ１２＋２ｅ
（２）全反応： ２Ｈ２０＋ ２ＮａＣ１−＋
ｔ１２＋ ２ＮａＯ１−１）Ｃｌｚ （３）こ
の反応によって陰極で生成する水酸化ナトリウムの水溶
液は、製品として考える場合、５０％程度の１１度を有
することが必要であるが、実際には３０〜３５％に抑え
られているのが実情である。これは、例えばイオン交換
膜法の塩化ナトリウムの電解槽では、陰極電解液室の水
酸化プトリウムの濃度を高くすると陽極電解液室側に水
酸化イオン（ＯＨ−）が漏洩し、このため、ＦＸ１１４
の触媒として一般に用いられている酸化ルテニウムの溶
解や陽極でｐ塩素発生反応以外の酸素の発生といった不
都合な現象が起るばかりか、Ｎ流動率の低下やイオン交
換１１（７）ＩＲ降下といった不都合も起るからである
。
（１）陽［１： ２ＣＩ−→Ｃ１２＋２ｅ
（２）全反応： ２Ｈ２０＋ ２ＮａＣ１−＋
ｔ１２＋ ２ＮａＯ１−１）Ｃｌｚ （３）こ
の反応によって陰極で生成する水酸化ナトリウムの水溶
液は、製品として考える場合、５０％程度の１１度を有
することが必要であるが、実際には３０〜３５％に抑え
られているのが実情である。これは、例えばイオン交換
膜法の塩化ナトリウムの電解槽では、陰極電解液室の水
酸化プトリウムの濃度を高くすると陽極電解液室側に水
酸化イオン（ＯＨ−）が漏洩し、このため、ＦＸ１１４
の触媒として一般に用いられている酸化ルテニウムの溶
解や陽極でｐ塩素発生反応以外の酸素の発生といった不
都合な現象が起るばかりか、Ｎ流動率の低下やイオン交
換１１（７）ＩＲ降下といった不都合も起るからである
。
従来、水酸化ナトリウムの水溶液を濃縮するには、熱に
よって水分を蒸発させる方法が採用されているが、その
際の熱エネルギーを電力原単位として換算すると、水酸
化ナトリウム１ ｔｏｎ当り約７５０ ｗｈと、かなり
大きくなる。
よって水分を蒸発させる方法が採用されているが、その
際の熱エネルギーを電力原単位として換算すると、水酸
化ナトリウム１ ｔｏｎ当り約７５０ ｗｈと、かなり
大きくなる。
一方、最近、新しい水酸化ナトリウムの濃縮方法として
陽イオン交換膜を隔膜とする水素−空気燃料電池を利用
する方法が提案されている。（Ｅ。
陽イオン交換膜を隔膜とする水素−空気燃料電池を利用
する方法が提案されている。（Ｅ。
Ｊ 、 Ｔ ａｙｌＯ「等 Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｅｌｅ
ｃｔｒＯＣｈｅｌｉＣａｌｓｏｃｉｅｔｙ、 Ｓｐｒｉ
ｎｇ Ｍｅｅｔｉｎｇ、 Ｍａｙ １Ｏ−１５（１９
この方法は塩化ナトリウムの電解で生成する３０％の水
酸化ナトリウム水溶液を燃料電池の陽イオン交換膜と正
極（空気極）との間に形成される正極電解液室および陽
イオン交換膜と負極（水素極）との間に形成される負極
電解液室に供給すると共に、塩化ナトリウムの１解で陰
極から生成する水素を燃料電池の負極（水素極）に供給
し、燃料電池を作動させると、正極電解液室の水酸化ナ
トリウム水溶液のｍ度が高くなる（５０％）という原理
に基ずくものである。なお、この方法では負極電解液室
の水酸化ナトリウム水溶液の濃度は低下（約２１％）す
るが、この低８１度の水酸化ナトリウム水溶液は再び塩
化ナトリウムの電解槽の陰極電解１室に戻される。また
、この燃料電池の作動によって得られる電力は塩化ナト
リウムの電解に利用される。
ｃｔｒＯＣｈｅｌｉＣａｌｓｏｃｉｅｔｙ、 Ｓｐｒｉ
ｎｇ Ｍｅｅｔｉｎｇ、 Ｍａｙ １Ｏ−１５（１９
この方法は塩化ナトリウムの電解で生成する３０％の水
酸化ナトリウム水溶液を燃料電池の陽イオン交換膜と正
極（空気極）との間に形成される正極電解液室および陽
イオン交換膜と負極（水素極）との間に形成される負極
電解液室に供給すると共に、塩化ナトリウムの１解で陰
極から生成する水素を燃料電池の負極（水素極）に供給
し、燃料電池を作動させると、正極電解液室の水酸化ナ
トリウム水溶液のｍ度が高くなる（５０％）という原理
に基ずくものである。なお、この方法では負極電解液室
の水酸化ナトリウム水溶液の濃度は低下（約２１％）す
るが、この低８１度の水酸化ナトリウム水溶液は再び塩
化ナトリウムの電解槽の陰極電解１室に戻される。また
、この燃料電池の作動によって得られる電力は塩化ナト
リウムの電解に利用される。
通例の塩化ナトリウムの電解時の電力原単位は水酸化ナ
トリウム１ ｔｏｎ当り電解電力に２２００ ｋｗｈ。
トリウム１ ｔｏｎ当り電解電力に２２００ ｋｗｈ。
蒸発による濃縮に７５０ ｋｗｈ、合計２９５０ ｋｗ
ｈとされているのに対し、この燃料電池を併用したシス
テムの場合、１９５０ ｋｗｈと大幅に低減され、層れ
た提案であると云うことができる。
ｈとされているのに対し、この燃料電池を併用したシス
テムの場合、１９５０ ｋｗｈと大幅に低減され、層れ
た提案であると云うことができる。
発明が解決すべき問題点
熱エネルギーによって水酸化アルカリ水溶液をｍ縮する
方法は、その熱エネルギーが大きいが故に問題がある。
方法は、その熱エネルギーが大きいが故に問題がある。
また、上述の燃料電池併用法は塩化アルカリの電解によ
って生成する水素を消費してしまう、換言すると水素を
電気エネルギーに変換しているにすぎないという点に問
題がある。また、空気中には０．０３％ｐｉ喰の二酸化
炭素が含有されているが、この二酸化炭素が製品である
水酸化ナトリウムの水ＷＪ液液中混入すると、炭酸アル
カリが生成し、製品の純度が低下するという問題しある
。この点については、予め二酸化炭素を除去した空気を
燃料電池に供給すればよいね番ノであるが、そのための
経費がかなり大きいという難点がある。
って生成する水素を消費してしまう、換言すると水素を
電気エネルギーに変換しているにすぎないという点に問
題がある。また、空気中には０．０３％ｐｉ喰の二酸化
炭素が含有されているが、この二酸化炭素が製品である
水酸化ナトリウムの水ＷＪ液液中混入すると、炭酸アル
カリが生成し、製品の純度が低下するという問題しある
。この点については、予め二酸化炭素を除去した空気を
燃料電池に供給すればよいね番ノであるが、そのための
経費がかなり大きいという難点がある。
また、燃料電池を運転するには複雑な制御系が必要であ
るし、さらには、燃料電池で作られる電力を塩化アルカ
リの電解に利用するには、新たに電源制御１５ＡＷ１が
必要になる。従って、燃料電池および電源制御２Ｉｌｖ
ｔ置の最初の設備投資が大きくなることも、工業的観点
からみると、一つの障害になる。
るし、さらには、燃料電池で作られる電力を塩化アルカ
リの電解に利用するには、新たに電源制御１５ＡＷ１が
必要になる。従って、燃料電池および電源制御２Ｉｌｖ
ｔ置の最初の設備投資が大きくなることも、工業的観点
からみると、一つの障害になる。
問題点を解決するための手段
本発明は上述の如き問題点を解決するため、水素吸蔵合
金を主体とする陽極と水素発生極としての陰極と陽イオ
ン交換膜と陽極電解液室と陰極電解液室とを備える電気
化学装置を用意し、陽極電解液室および陰極電解液室の
双方に、濃縮を行なおうとする相対的に低１１度の水酸
化アルカリ水溶液を供給し、陽・陰両極間に直流電流を
通ｒＲすることにより、陽極において水素の電解酸化反
応を起させ、陰極において水素の発生反応を起させ、さ
らに陰極から発生する水素を陽極に再循環せしめると共
に吸蔵せしめる間に、陰極電解液室中の水酸化アルカリ
水溶液のＩＩを相対的に？３濃麿にせしめることを特徴
とするものである。
金を主体とする陽極と水素発生極としての陰極と陽イオ
ン交換膜と陽極電解液室と陰極電解液室とを備える電気
化学装置を用意し、陽極電解液室および陰極電解液室の
双方に、濃縮を行なおうとする相対的に低１１度の水酸
化アルカリ水溶液を供給し、陽・陰両極間に直流電流を
通ｒＲすることにより、陽極において水素の電解酸化反
応を起させ、陰極において水素の発生反応を起させ、さ
らに陰極から発生する水素を陽極に再循環せしめると共
に吸蔵せしめる間に、陰極電解液室中の水酸化アルカリ
水溶液のＩＩを相対的に？３濃麿にせしめることを特徴
とするものである。
作 用
陽極として水素の電解酸化を起させる水素吸蔵合金を主
体とする１楊を、陰極として水素発生極を配し、前記画
電極の間に陽イオン交換膜を配し、陽イオン交換膜と陽
極との間に形成される陽極電解液室および陽イオン交換
膜と陰極との間に形成される陰極電解液室に３０〜３５
％の水酸化ナトリウムもしくは水酸化カリウムの水溶液
を供給すると共に、外部電源から陽・陰極間に直流電流
を通電すると次のような電極反応が起る。
体とする１楊を、陰極として水素発生極を配し、前記画
電極の間に陽イオン交換膜を配し、陽イオン交換膜と陽
極との間に形成される陽極電解液室および陽イオン交換
膜と陰極との間に形成される陰極電解液室に３０〜３５
％の水酸化ナトリウムもしくは水酸化カリウムの水溶液
を供給すると共に、外部電源から陽・陰極間に直流電流
を通電すると次のような電極反応が起る。
陽極： Ｈ２＋ ２０Ｈ−−＋ ２８２０＋２８
（４）陰極： ２Ｈ２０＋２８−） ８２ ＋ ２
０日−（５）即ち、陽極では水素吸蔵合金中の水素が電
解酸化され、陰極でガス状の水素が発生する。従って、
全反応としては水素が陽極側から陰極側に移行す゛ る
だけで、見掛上は何も起らず、理論電解電圧はＯＶであ
る。ただし、実際には各７４極の過電圧と陽イオン交換
膜および溶液部の抵抗によるＩＲ降下があるので、０．
３〜０．４Ｖの電圧は必要となる。
（４）陰極： ２Ｈ２０＋２８−） ８２ ＋ ２
０日−（５）即ち、陽極では水素吸蔵合金中の水素が電
解酸化され、陰極でガス状の水素が発生する。従って、
全反応としては水素が陽極側から陰極側に移行す゛ る
だけで、見掛上は何も起らず、理論電解電圧はＯＶであ
る。ただし、実際には各７４極の過電圧と陽イオン交換
膜および溶液部の抵抗によるＩＲ降下があるので、０．
３〜０．４Ｖの電圧は必要となる。
一方、陽イオン交換膜は、アルカリ金属イオンは通す（
陽極側から陰極側に）が、水酸イオンは通さないので、
（５）式の反応により陰極電解液室で水酸化アルカリが
どんどん生成し、その濃度が高くなる。換言すると、水
酸化アルカリのａｌｉｉが起る。これに対して陽極電解
液室では（７１）式の反応により、水が生成するので、
水酸化アルカリの濃度が低下する。この低濃度になった
水酸化アルカリ水溶液は再び塩化アルカリ電解槽の陰極
電解液室に戻せばよい。
陽極側から陰極側に）が、水酸イオンは通さないので、
（５）式の反応により陰極電解液室で水酸化アルカリが
どんどん生成し、その濃度が高くなる。換言すると、水
酸化アルカリのａｌｉｉが起る。これに対して陽極電解
液室では（７１）式の反応により、水が生成するので、
水酸化アルカリの濃度が低下する。この低濃度になった
水酸化アルカリ水溶液は再び塩化アルカリ電解槽の陰極
電解液室に戻せばよい。
一方、陰極から発生するガス状の水素は電気化学装置の
外に一旦取り出し、陽極に再循環させ、陽極の水素吸蔵
合金に吸蔵せしめることによって、水素系は一種の密閉
系となる。また、このように、水素を水素吸蔵合金に再
循環せしめるためには、陽極を一種のガス拡散電極とし
て、その電極の背面にガス室を形成する必要がある。そ
のためには、水素板Ｊ１′ｆ４極を製造する方法として
、水素吸蔵合金粉末単独か、ニッケル粉末などの水素吸
蔵性のない金属粉末との混合粉末にフッ素樹脂などの旧
水性を有する結着剤を加え、加圧成型するのがよい。水
素吸蔵合金としては希土類元素とニッケル。
外に一旦取り出し、陽極に再循環させ、陽極の水素吸蔵
合金に吸蔵せしめることによって、水素系は一種の密閉
系となる。また、このように、水素を水素吸蔵合金に再
循環せしめるためには、陽極を一種のガス拡散電極とし
て、その電極の背面にガス室を形成する必要がある。そ
のためには、水素板Ｊ１′ｆ４極を製造する方法として
、水素吸蔵合金粉末単独か、ニッケル粉末などの水素吸
蔵性のない金属粉末との混合粉末にフッ素樹脂などの旧
水性を有する結着剤を加え、加圧成型するのがよい。水
素吸蔵合金としては希土類元素とニッケル。
コバルト、アルミニウム、その他の金属との多元系合金
が優れているが、必ずしもこれらに限定されない。
が優れているが、必ずしもこれらに限定されない。
陽イオン交換膜としてはパーフルオロカーボンを骨格と
し、スルフォン酸基、カルボンＭ基、もしくはこれら双
方のイオン交換基を有するものが適当である。
し、スルフォン酸基、カルボンＭ基、もしくはこれら双
方のイオン交換基を有するものが適当である。
実 施 例
図は本発明の一実施例による電気化学的水酸化ナトリウ
ム濃縮装置の断面構造を示したものである。
ム濃縮装置の断面構造を示したものである。
電気化学的水酸化ナトリウム水溶液濃縮装置はＬａ Ｎ
ｌ□、５ｃＯユΔ１゜１．からなる組成の水素吸蔵合金
粉末１００部に対し、カルボニルニッケル粉末１０部お
よびポリテトラフルオロエチレン３０部を混合して加圧
成型し、水素気流中２８０℃で熱処理して１！７られる
陽極１と、カルボニルニッケル粉末を水素気流中８５０
℃で焼結して１９られる陰極２と、パーフルオロカーボ
ンスルフオン酸ソーダからなる陽イオン交換膜３と、こ
の陽イオン交換１１Ａ３によって隔離された陽極電解液
室４と陰極電解液室５とから構成されている。
ｌ□、５ｃＯユΔ１゜１．からなる組成の水素吸蔵合金
粉末１００部に対し、カルボニルニッケル粉末１０部お
よびポリテトラフルオロエチレン３０部を混合して加圧
成型し、水素気流中２８０℃で熱処理して１！７られる
陽極１と、カルボニルニッケル粉末を水素気流中８５０
℃で焼結して１９られる陰極２と、パーフルオロカーボ
ンスルフオン酸ソーダからなる陽イオン交換膜３と、こ
の陽イオン交換１１Ａ３によって隔離された陽極電解液
室４と陰極電解液室５とから構成されている。
濃縮を行なおうとする３０％の水酸化ナトリウム水溶液
は水酸化ナトリウム水溶液供給口６から陽極電解液室４
および陰極電解液室５の双方に供給される。次に、陽極
１と陰極２との間に２０Ａ／ｄｎｔの電流密度で直流電
流を通電すると、電圧は０．４Ｖになる。また、この通
電の間に陰極２から発生する水素を水素導出ロアから取
り出し、循環ポンプ８により陽極１の背面に形成された
水素ガス室９に供給する。
は水酸化ナトリウム水溶液供給口６から陽極電解液室４
および陰極電解液室５の双方に供給される。次に、陽極
１と陰極２との間に２０Ａ／ｄｎｔの電流密度で直流電
流を通電すると、電圧は０．４Ｖになる。また、この通
電の間に陰極２から発生する水素を水素導出ロアから取
り出し、循環ポンプ８により陽極１の背面に形成された
水素ガス室９に供給する。
かくして、陽極電解液導出口１０から導出される水酸化
ナトリウム水溶液の濃度は２０％になり、陰極電解液導
出口１１から取り出される水酸化ナトリウム水溶液のＩ
ｌａは５０％になった。
ナトリウム水溶液の濃度は２０％になり、陰極電解液導
出口１１から取り出される水酸化ナトリウム水溶液のＩ
ｌａは５０％になった。
発明の効果
本発明の方法によって３０％の水酸化ナトリウム水溶液
を５０％に濃縮する際の水酸化ナトリウム１ｔｏｎ当り
の電力原単位は１０７ ｋｗｈとなり、熱エネルギーで
濃縮する場合の電力原単位７５０ ｋｗｈの実に１４％
となる。
を５０％に濃縮する際の水酸化ナトリウム１ｔｏｎ当り
の電力原単位は１０７ ｋｗｈとなり、熱エネルギーで
濃縮する場合の電力原単位７５０ ｋｗｈの実に１４％
となる。
このように本発明は極めて少ないエネルギーで水酸化ア
ルカリ水溶液を濃縮する方法を提供するものであり、そ
の工業的１１１ｉ！ｌｉは大きい。
ルカリ水溶液を濃縮する方法を提供するものであり、そ
の工業的１１１ｉ！ｌｉは大きい。
図は本発明の一実施例にかかる電気化学的水酸化ナトリ
ウム濃縮装冒の概略断面図である。 １・・・・・・陽極 ２・・・・・・陰掻３
・・・・・・陽イオン交換膜
ウム濃縮装冒の概略断面図である。 １・・・・・・陽極 ２・・・・・・陰掻３
・・・・・・陽イオン交換膜
Claims (1)
- 水素吸蔵合金を主体とする陽極と水素発生極としての陰
極と陽イオン交換膜と陽極電解液室と陰極電解液室とを
備える電気化学装置において、陽極電解液室と陰極電解
液室に相対的に低濃度の水酸化アルカリ水溶液を供給し
、陽・陰両極間に直流電流を通電することにより、陽極
において水素の電解酸化反応を起させ、陰極において水
素の発生反応を起させ、さらに陰極から発生する水素を
陽極に再循環せしめると共に吸蔵せしめる間に、陰極電
解液室中の水酸化アルカリ水溶液の濃度を相対的に高濃
度にせしめることを特徴とする水酸化アルカリ水溶液の
濃縮方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28595187A JPH01127689A (ja) | 1987-11-12 | 1987-11-12 | 水酸化アルカリ水溶液の濃縮方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28595187A JPH01127689A (ja) | 1987-11-12 | 1987-11-12 | 水酸化アルカリ水溶液の濃縮方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01127689A true JPH01127689A (ja) | 1989-05-19 |
Family
ID=17698076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28595187A Pending JPH01127689A (ja) | 1987-11-12 | 1987-11-12 | 水酸化アルカリ水溶液の濃縮方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01127689A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100513182B1 (ko) * | 2001-04-18 | 2005-09-08 | 쯔루미소다 가부시끼가이샤 | 알칼리 용액의 정제 장치 및 그 방법 |
| US7399729B2 (en) | 2003-12-22 | 2008-07-15 | General Electric Company | Catalyst system for the reduction of NOx |
| CN100585587C (zh) | 2001-01-29 | 2010-01-27 | 美国索尼电脑娱乐公司 | 响应客户的搜索请求来提供变换过的信息的系统及利用计算机的方法 |
-
1987
- 1987-11-12 JP JP28595187A patent/JPH01127689A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100585587C (zh) | 2001-01-29 | 2010-01-27 | 美国索尼电脑娱乐公司 | 响应客户的搜索请求来提供变换过的信息的系统及利用计算机的方法 |
| KR100513182B1 (ko) * | 2001-04-18 | 2005-09-08 | 쯔루미소다 가부시끼가이샤 | 알칼리 용액의 정제 장치 및 그 방법 |
| US7399729B2 (en) | 2003-12-22 | 2008-07-15 | General Electric Company | Catalyst system for the reduction of NOx |
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