JPH01234585A - ガス拡散電極を用いる電解方法及び装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電解プロセスの方法及び装置に関する。

［従来の技術］ 従来、イオン交換膜を隔膜として電解を行なうイオン交
換膜プロセスがある。例えば、陽極と陰極の間に陰イオ
ン交換膜と陽イオン交換膜を交互に配し、通電すること
で食塩水を濃縮する電気透析、あるいは陽極液と陰極液
を陰イオン交換膜で分離し、陰極液とし・た廃酸から陽
極液に硫酸等を回収する電解プロセスがある。

［発明が解決しようとする問題点コ ところで、これらの電解プロセスでは通電するための電
極から力゛ス発生が伴う。例えば、食塩水を電気透析し
て濃厚潅水とする場合には陽極で塩素、陰極で水素が発
生する。電解法による酸回収において硫酸の場合では陽
極で酸素、陰極で水素が発生する。発生塩素は大気に放
出すると有毒、腐食性が強く処理が厄介で危険性も高い
。叉、発生酸素、水素は通常大気に放出され、利用価値
のないものである。さらに水素は爆発の危険もある。

塩素又は酸素と水素を発生させるためには数Ｖの電解電
圧が必要であり、この発生気体が利用されない場合は無
駄にエネルギーが消費されたことになり電解プロセスの
運転コストの高い原因にもなっている。

［発明の目的コ 本発明の目的はイオン交換膜等を用いた電解プロセスに
おいて電解槽外に不用な気体を放出せず、無公害、しか
も省エネルギー、高能率、さらに装置を小型化でき、作
業性の良い電解方法及び装置を提供することを目的とす
るものである。

［問題点を解決するための手段］ イオン交換膜を有する電解装置においてガス拡せ散電極
を陰極と陽極に配し、一方の電極で発生した気体を他方
の電極で酸化または還元消費するようにした。また、陰
極でガス発生を伴わない電解装置において陽極をガス拡
散電極とし、水素を陽極に供給するように構成した。

［作用］ イオン交換膜を有する電解装置において上記の如く構成
したのでガス拡散電極が気体発生を伴う場合、例えは、
水素が発生する陰極とすると通常の板状電極では電解液
中に気泡が発生するがガス拡散電極では気体は電解液側
に気泡として発生せず電極背面から取り出すことが出来
る。この水素をガス拡散電極から成る他方の陽極で酸化
消費することで発生ガスが電解槽内で処理され系外に出
ることがなくなった。結果的に陰極室の水素イオンが陽
極室に移動したことになる。

また、塩素が発生する陽極とすると通常の板状電極では
電解液中に塩素気泡が発生するがガス拡散電極では電極
背面から取り出すことが出来、この塩素をガス拡散電極
から成る他方の陰極で還元消費することで塩素ガスが電
解槽内で処理され系外ここ出ることがなくなった。その
結果、陽極室の塩素イオンが陰極室に移動したことにな
る。本発明の反応層を有するガス拡散電極を用いれば膜
状に成っているので水素イオン、塩素イオンを容易に移
動できる。

陰極からガス発生を伴わない電解装置においては水素を
陽極のガス拡散電極に供給し酸化させるので、塩素又は
酸素ガスが生成しないようになった。このため有毒、腐
食性が強く処理が厄介で危険性も高い塩素が発生しなく
なった。その結果、装置の腐食が少なくなり、電極の寿
命は酸化雰囲気におかれなでため長くなった。叉、酸素
、水素も通常大気に放出されなくなり爆発の危険もなく
なった。電解液中に気泡が放出されないのでバブルエフ
ェクトがなくなり過電圧の減少、極間距離の減少による
低過電圧化が可能となった。極間距離の減少によりコン
パクトな装置となる。塩素または酸素の発生ここ必要で
あった電圧分が削減された結果、２から３■の浴電圧が
低下しその分消費電力が減少した。塩素又は酸素と水素
を発生させるための電圧が不用になった結果、省エネル
ギーの電解装置となった。

［実施例１コ イオン交換膜電解プロセスの例として広く知られている
従来の電気透析装置では第１図に示すように陰、陽イオ
ン交換膜２．１ではさまれた脱塩室８にＮａＣｌ　１２
を供給し、電解するとＮａ”、Ｃトイオンはそれぞれ陰
、陽イオン交換膜２．１を透過し濃縮室９で濃縮され、
陰極４では水素が陽極３では塩素が発生し、陰極室７か
ら水素１５が、陽極室６から塩素１７が排出される。こ
のとき陰極室では力性ソータ゛が生成する。塩素とＮａ
ＯＨが不用な場合にはこのプロセスは不向きである。

本発明を適用した電解装置を第２図によって説明すると
、５０は縦１２０ｍｍ、横１２０ｍｍ、奥行き７０ｍｍ
の電解槽、ｌは陽イオン交換膜、２は陰イオン交換膜、
３と４は１２０ｍｍ角のガス拡散電極から成る陽極と陰
極、陽極と陰極の気室は接続管１６で接続されている。

次に上記構成の電解装置を用いる本発明の電気透析装置
の電解方法を説明する。　陽極室６と脱塩室８にはＮａ
Ｃｌ水が供給される。気室、接続管に前もって塩素ガス
な満たし、電極に通電すると陽極室６０Ｃ１−イオンは
陽極３で塩素に酸化され気室５に塩素ガスとして放出さ
れ、接続管１６を通り陰極の気室５に移動し陰極で再び
ＣＩ−イオンになる。　　このＣ１−イオンと陽イオン
交換膜を透過したＮａ”イオンとでＮａＣｌとなる。　
このように本方式では陰極室７も濃縮室として働き、塩
素、水素が発生することが無かった。本発明の装置では
塩素発生と塩素還元を行なうため反応をさせるのに必要
な摺電圧が１．２Ｖと著しく低下した。本実施例では単
一の電解槽の陽極気室と陰極気室とを接続したが複数の
電解槽の陽極気室と陰極気室を接続してもよいことは言
うまでもない。

［実施例２］ ＮａＣｌ水から塩酸と力性曹達への分離に適用した電解
槽の構成を第３図に示す。

脱塩室８にＮａＣｌ水、陽極室６に希塩酸、陰極室７に
希ＮａＯＨ水をいれ、陰極と陽極の気室５接続管１６に
水素を充填しておき通電すると陰極で水素が発生し、陰
極の気室、接続管１６を通り陽極の気室から陽極のガス
拡散電極に供給され酸化して再び■゛付ンなる。陰極室
ではこの■゛イオン陰イオン交換膜を透過してきたＣ１
−イオンとで塩酸が生成する。陽極室では陽イオン交換
膜を透過したＮａ”イオンとは陰極で水素が発生したこ
とで生成したＯＨ−イオンとでＮａＯＨが生成される。

塩素ガスが発生せず塩酸と力性ソーダが製造できた。

他の塩の酸／アルカリへの分離に同様に適用できる。各
産業から排出される塩廃液の量は莫大なものである。塩
廃液を酸とアルカリに分離して再利用することは、環境
上あるいは経済上の価値の有ることである。

［実施例３コ 電解法による酸回収に適用した場合を第４図に示す。耐
酸性に優れたフッ素系陽イオン交換膜２と二枚のガス拡
散電極３．４を使用し、接続管１６を上下に付は上部接
続管にはシリカゲルを充填した乾燥管を、下部接続管に
は循環ポンプ２１を付加し、水素を乾燥しながら循環す
る。また水素補給装置から漏れた水素は補給されるよう
にした。陰極液７に廃酸として１止の硫酸をいれて電解
すると陽極液６に、電流効率約５０％で４０％濃度の硫
酸を回収できた。塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸、リン酸、
クロム酸等の酸回収が可能である。

同様に耐酸性に優れたフッ素系カチオン交換膜と二枚の
ガス拡散電極を使用し、陰極液に廃アルカリをいれて電
解すると陰極液に、高電流効率で高濃度のアルカリを回
収できる。

［実施例４］ 貴金属処理に適用した場合を第５図に示す。ガス拡散電
極から成る陽極３と陰イオン交換膜２、白金板２４で電
解槽を構成し、陽極液６に希塩Ｍ２５、陰極液に１５０
ｐｐｍの白金イオンを含む塩酸溶液２６を、供給口から
水素ガスを供給し電解を行なった。その結果、Ｉ　、５
ｍＡ／　ｄｍ２で２５時間電解したところＰｔは９７％
析出し、その電流効率は４０％であった。また、陰極で
は塩素が発生せず塩酸の濃度が増加した。

以上の例では陰極と陽極のガス拡散電極が電解槽の両端
に分離されていたが第６図のようにガス拡散電極の反応
層を外側にむけ対象に配置してもよい。さらに第７図の
ようにガス拡散層を中心に両面に一体接合した物であっ
てもよい。

この電極は疎水性カーボン微粒子としてアセチレンブラ
ックとポリテトラフロロエチレンディスバージョンとの
混合物をソルベントナフサと共にロール機でシートとし
たものに、親水性カーボンブラック、疎水性カーボンブ
ラック及びポリテトラフロロエチレンディスバージョン
との混合物をソルベントナフサと共にシートとした二枚
を両側に重ね１ｍｍ程度にし、２８０℃で２時間加熱処
理、３８０℃で６００ｋｇ／ｃｎ＋２でホットプレスし
た後、反応層に白金を担持する事で得られる。

これらの電極は塩素イオン、水素イオンのイオン交換膜
として使用できる。

以上の実施例以外に貴金属イオンのような複数の酸化状
態を取る多価金属イオンについては、触媒等の用途にお
いてはある一定の価数で存在することが必要である。こ
のような価数交換制御法、＝１０− さらに電解イオン置換法等にも本発明が適用できる。

［発明の効果コ 以上の説明で判るように本発明によればイオン交換膜プ
ロセス等の電解装置においてガス拡散電極を一方の電極
とすると発生気体は電解液側に気泡として発生せず電極
背面から取り出すことが出来る。この気体をガス拡散電
極から成る他方の電極に導きは消費することで一方の電
極室から他方の電極室にイオンを移動させることができ
る。すなわち、イオン交換膜の代わりに使用できる。そ
の結果、塩素ガス又は酸素ガス等が陽極から、水素ガス
が陰極から発生しなくなった。陰極からガス発生を伴わ
ない電解装置においては水素を陽極のガス拡散電極に供
給し酸化させるので、塩素又は酸素ガスが生成しないよ
うになった。このため有毒、腐食性が強く処理が厄介で
危険性も高い塩素が発生しなくなった。叉、酸素、水素
も通常大気に放出されなくなり爆発の危険もなくなった
。塩素又は酸素と水素を発生させるための電圧が不用に
なり省エネルギーの電解装置となった。電解液中に気泡
が放出されないのでバブルエフェクトがなくなり過電圧
の減少、極間距離の減少による低過電圧化が可能となっ
た。低公害、省エネルギー、コンパクトな電解装置とす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電解透析装置の構成図。第２図は本発明
を電解透析装置に適用した構成図。第３図は塩の酸／ア
ルカリの分離装置を構成した図。 第４図は硫酸の濃縮装置を構成した図。第５図は白金の
回収装置を構成した図を示す。第６図はガス拡散電極を
二枚合わせた図。第７図はガス拡散層の両面に反応層が
接合された電極を示す図。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）、電解プロセスにおいて陰極及び陽極がガス拡散
   電極とから成り、一方の電極で電極反応で発生した気体
   を他方の電極で電極反応で消費させ、一方の電極室から
   他方の電極室にイオンを移動させることを特徴とする電
   解方法。
2. （２）、電解プロセスにおいて陰極と陽極のガス拡散電
   極の気室どうしを密閉接続し、一方の電極で発生した気
   体を、他方の電極に導くようにしたことを特徴とする電
   解装置。
3. （３）、疎水性カーボン微粒子とポリテトラフロロエチ
   レン等の弗素樹脂とから成るガス拡散膜の両面に親水性
   カーボン微粒子、触媒、疎水性カーボン微粒子及び弗素
   樹脂とからなる膜が接合されてなることを特徴とする特
   許請求の範囲２に示した電解装置用電極。
4. （４）、イオン交換膜と陽極がガス拡散電極とから成る
   電解装置において水素を陽極に供給し酸化生成物を生成
   しないようにしたことを特徴とする電解方法。
5. （５）、イオン交換膜と陽極がガス拡散電極とから成る
   電解装置において水素の供給口と排出口とを有すること
   を特徴とする電解装置。