JPH0230784A - 塩酸の電解および生成方法 - 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、ガス拡散電極を用い、塩酸を含む電解液を電
解し塩素ガスおよび／または水素ガスを得る方法と、希
塩酸溶液を電解液に変えて用い、塩素ガスと水素ガスを
供給して、電気エネルギーおよび塩酸溶液を生成させる
方法に関するものである。

（従来技術とその問題点） 従来、塩素ガスと同時に水素ガスを得る方法は、食塩電
解により塩素ガスと水素ガスを得る方法が一般的に用い
られている。

また、塩酸を得る方法としては、工業的な製法として食
塩電解で生成した塩素ガスと水素ガスを化合させる合成
法によって製造されている。

該製造法では、石英の反応管中で化合させる方法で不活
性ガスの存在や触媒を充填して、爆発防止のため水素ガ
スを過剰にいれ塩素ガスと化合し高温の塩化水素を石英
蛇管で冷却する方法が行われている。

前者は、電解中に電極面にガスが発生するため電解効率
が悪くなり、浴電圧が高くなり、隔膜電解しているため
、膜抵抗もあり極間距離を狭くするにも限界があるとい
う欠点があった。

後者では、高濃度のものが得られるが、化合条件の調整
等に注意が必要となるため、装置が複雑で大型化して操
作も繁雑になる等の問題があった。

（発明の目的） 本発明は、上記従来の問題点を解決するために成された
もので、ガス拡散電極を陽極と陰極に用い極間を狭くし
て電解効率を上げ、電解液は塩酸を含む溶液を用いると
いう簡便な装置と方法で塩素ガスと水素ガスを得る方法
と、上記電解液に変え希塩酸溶液を用い、塩素ガスと水
素ガスを供給して燃料電池を構成し電気エネルギーおよ
び塩酸を得るきいう方法を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の塩酸の電解方法は、陽極および陰極にガス拡散
電極を用いて塩酸を含む溶液を電解することを特徴とす
るものである。

本発明の塩酸の生成方法は、電解液に希塩酸溶液を用い
陽極および陰極にガス拡散電極を用い、陽極の電解液外
側より塩素ガスを陰極の電解液外側より水素ガスを供給
し、水素−塩素燃料電池とし、電力をえることおよび電
解液中に塩酸を生成すること特徴とするものである。

以下本発明の詳細について説明する。

ガス拡散電極は反応層とガス拡散層の二層を有する膜状
体のもので、反応層は、平均粒径４２０オンダストロン
グの撥水性カーボンブラックと親水性カーボンブラック
、平均粒径０．３ミクロンのポリテトラフルオロエチレ
ン（以下ＰＴＦＥとよぶ）と溶媒としてソルベントナフ
サからなり、その混合比は７：４：４：２０の割合で、
さらに白金ブラック平均粒径２０オングストロームを膜
厚０．Ｌｍｍに成型したときに、０．　５６ｍｇ／ｃ［
ＩＩ担持する割合を加え、混合して圧縮成型したのち、
２８０℃で加熱乾燥して溶媒を除去したものである。

該反応層の特性は、電極としての導電性を持たせるため
にカーボンブラックが用いられている。

親水性カーボンブラックは電解液との濡れ性を良くする
ためであり、撥水性カーボンブラックは電極としての性
能を損なうことなく電解液の漏れを防ぐことができ、さ
らに、適度の撥水性を持たせるためにＰＴＦＥを加えて
いる。

また、白金は全体に均一分散しており、酸化還元反応を
促進するためである。

なお、塩素ガス発生側のガス拡散電極の反応層に、白金
に変えて酸化パラジウムまたは白金イリジウム合金を白
金と同量担持させるとより塩素ガスの発生過電圧を０．
１〜０．２■低下させることができる。

ガス拡散層は、０．１ミクロン以下の疎水性細孔のみを
有する膜で、平均粒径４２０オングストロームの撥水性
カーボンブラックと平均粒径０．３ミクロンのＰＴＦＥ
と溶媒としてソルベントナフサとを６：４：１８の割合
で混合し、厚さ０．４〜０．６ｍｍに成型し、２８０℃
で加熱乾燥して溶媒を除去したものである。

該ガス拡販層は、電解液の漏れを防ぐために１水性カー
ボンブラツクとＰＴＦＥを用いている。

特に、ガスの通過性を高めるための細孔を有するもので
ある。

ガス拡散電極は、上記の反応層とガス拡散層を接合した
もので、該ガス拡散電極は補強を施して用いることもで
きる。例えば金属の網状体に耐塩素および耐酸性の樹脂
被覆をしたものを用いて該ガス拡散電極を挟み固定すれ
ばよい。

第一図は本発明に関する塩素ガスおよび水素ガス発生装
置（以下「ガス発生装置」とよぶ。）の−例を示した模
式図である。

ガス発生装置１は電解液２に反応層３１．３２が接する
ように極間１　ｗ以下に固定されたガス拡散電極５１．
５２と水素ガス取り出し口６を有する水素ガス室７と塩
素ガス取り出し口８を有する塩素ガス室９と電解液を供
給および取り出すために導管ｉ０ａ、１０ｂと外部より
電力を供給するためガス拡散電極に接続した陽極と陰極
の端子１１ａ、ｌｌｂから構成されている。

電解液２として塩酸を含む溶液（塩酸２〜１２モル／１
を含み電解質として食塩を０〜４モル／ｌ含む）を用い
電圧１．５Ｖ、電流密度２００ｍＡ／ｃＩＩＩで電解す
ると塩酸を含む溶液の電解が行われ陰極側の反応層３２
中で水素ガスが発生するが、該水素ガスはガス拡散層４
２を通過して、水素ガス室７に出る。

水素ガス室７の水素ガスは水素ガス取り出し口６から取
り出す。

陽極側では電解液中の塩素イオンがガス拡散電極５１の
反応層３１中で塩素ガスとなりガス拡散層を通過して塩
素ガス室９にでる。

塩素ガス室９の塩素ガスは塩素ガス取り出し口８から取
り出す。

導管１０ｂより電解後の電解液を取り出し、電解液貯留
容器等に入れておき、再利用する場合は塩酸を加えて調
整する。

また、連続的に電解を行う場合は、該電解液貯留容器か
ら導管１０ａに電解液を導くようにすればよい。

ガス拡散電極５１．５２の極間を１＋ｎｍ以下にするの
は、電解効率を高めるためであり、これを可能としてい
るのは、ガス拡散電極の反応層中で生成するガスがガス
拡散層から通過して電解液中に気泡が発生しないので安
定した電解ができるのである。

また、従来法の食塩電解では、隔膜を使用されており、
膜による抵抗が生じ０．３Ｖ程度の電力を余分に消費す
るが、本発明では、塩酸を電解するため隔膜の必要はな
く余分な電力消費がない。

尚、短時間により多くのガスを必要とするには上記電極
の表面積を大きくすればよく、同一装置を組み合わせた
り、あるいは電極を大きくするなど自由にできる。

第２図は、本発明に関する塩酸生成装置の一例を示した
模式図である。

塩酸生成装置１２は、第１図のガス発生装置とほぼ同一
の形式でよく、ガス拡散電極５１．５２を導電性の線１
４で接続すればよい。

塩酸の生成方法は、水素ガス取り出し口６より水素ガス
を供給し、塩素ガス取り出し口８より塩素ガスを供給す
る。

また、電解液に変えて塩化水素の吸収液１３として希塩
酸０．５〜ｌＯモル／１を用いる。

供給した水素ガスは、水素ガス室７に入りガス拡散電極
５２のガス拡散層４２を通過して反応層３２で水素イオ
ンと電子になる。

該水素イオンは希塩酸中に入り、該電子は導電性の線１
４を伝わり対極側へ流れる。

供給した塩素ガスは、塩素ガス室９に入りガス拡散電極
５１のガス拡散層４１を通過して反応層３１で電子を得
て塩素イオンとなり希塩酸中に入り塩酸が生成する。

供給する水素ガスと塩素ガスは最大で２ｋｇ／ｃｎｆ程
度の圧力があればよく、吸収液として希塩酸を用いるの
は、導電性と生成した塩酸を再利用するのに適するから
である。

尚、上記塩酸生成中に電子が移動するため、電力として
取り出すこともでき、また、ガス発生装置を用いて、使
用済の廃塩酸を電解して塩素ガスと水素ガスを得ること
もでき、さらに、ガス発生装置と塩酸生成装置を組み合
わせて廃塩酸を精製することもできる。

その他、太陽エネルギー、深夜電力等を利用し水素ガス
と塩素ガスにエネルギを変換して貯留しておき、必要な
ときに水素ガスと塩素ガスを用いて電力として取り出す
二次電池としても利用できる。

以下、本発明の実施例について説明する。

実施例・１ 第１図に示したガス発生装置を用い、電解液として塩酸
５モル／βを含む塩化す）　ＩＪウム溶液（１２０ｇ／
β）を用い、極間０．９ｍｍとして、１、５Ｖの電圧で
電解した。

使用したガス拡散電極は反応層が０．１化の厚さで、ガ
ス拡散層が０．５ｍｍの厚さにして圧縮成型し接合し１
０ｃｍＸ１０ｃｍの大きさにしたもので、水素ガス発生
側のガス拡散電極の反応層には触媒として白金を担持し
たものを用い、塩素ガス発生側のガス拡散電極の反応層
には触媒として白金イリジウム３０％を担持したものを
用いた。

塩素ガス発生量は０．１１！／分で、水素ガス発生量は
０．１４ｆｌ／分であった。

実施例・２ 実施例・１と同一条件で、極間を０．６＋ｎｎ＋にして
電解電圧を１．４８Ｖで行ったところ、塩素ガスの発生
量は実施例・１と変わらず、浴電圧の変化も見られなか
った。

実施例・３ ガス発生装置は実施例・１と同様として、電解液として
塩酸３モル／βを含む塩化ナトリウム溶液（２４０ｇ／
ｊｌりを用い、極間０．９ｍｍとして、１．５４の電圧
で電解した。

使用したガス拡散電極は１０ｃｍＸ１０ｃｍのもので、
水素ガス発生側のガス拡散電極の反応層には触媒として
白金を担持したものを用い、塩素ガス発生側のガス拡散
電極の反応層には触媒として酸化パラジウムを担持した
ものを用いた。

塩素ガス発生量は０．１：ｌ／分で、水素ガス発生ｌは
０．１３Ｒ／分であった。

実施例・４ 実施例・３と同一条件で、極間を０．６ｍｍにして電解
電圧を１．５０Ｖで行ったところ、塩素ガスの発生量は
実施例・３（！：変わらず、浴電圧の時間変化も見られ
なかった。

実施例・５ 第２図に示した塩酸生成装置を用い、用いたガス拡散電
極は実施例・１と同じものを用い、極間は０．９ｍｍと
して塩酸合成電池を構成した。

希塩酸３モル／ｌの電解液を２００ｍ１をポンプで循環
させながら、水素ガスおよび塩素ガスを０　、　０５　
ｋｇ／ａｎ！の圧力を保持して供給したところ、３０分
後の希塩酸濃度は５．１モル／βになっていた。

そのままの状態で継続し１時間後の希塩酸濃度は７．１
モル／βであった。

また、電池電圧を測定したところ０．９８Ｖであった。

実施例・６ 実施例・５と同一条件で、極間を０．６ｍｒａにして、
水素ガスおよび塩素ガスの圧力を０．５ｋｇ／ｃｒｄに
して行ったところ、３０分後の希塩酸濃度は５．０モル
／ｌになっていた。

そのままの状態で継続し１時間後の希塩酸濃度は７．０
モル／ｌであった。

また、電池電圧を測定したところ１．ＯＯＶであった。

実施例・７ 塩酸生成装置は実施例・５と同様のものを用い、用いた
ガス拡散電極は実施例・３と同じものを用い、極間は０
．９ｍｍとして導電性の線は銅線を用いた。

希塩酸２モル／βを電解液として、水素ガスおよび塩素
ガスを０　、　０２　ｋｇ／ｃｍの圧力を保持して供給
したところ、３０分後の希塩酸濃度は４．２モル／ｌに
なっていた。

そのままの状態で継続し１時間後の希塩酸濃度は６．３
モル／１であった。

また、電池電圧を測定したところ０．９６Ｖであった。

実施例・８ 実施例・７と同一条件で、極間を０．６１１１１１１に
して、水素ガスおよび塩素ガスの圧力を１．５ｋｇ／ｃ
ｒｄにして行ったところ、３０分後の希塩酸濃度は５．
３モル／βになっていた。

そのままの状態で継続し１時間後の希塩酸濃度は８．５
モル／ｌであった。

また、電池電圧を測定したところ０．９６Ｖであった。

（発明の効果） 本発明の塩酸の電解方法は、陽極および陰極にガス拡散
電極を用いるので、従来法のように電解液中に水素や塩
素のガスが発生することがなく、電極間をｌ　ｍｍ以下
に狭めることができ、理論電解電圧に極めて近い低い電
圧で電解でき、電解効率を向上することができるもので
ある。また従来アルカリ中和処理をし排水していた塩酸
を含む廃液を電解して塩素ガスや水素ガスを低コストで
回収することができ、さらにこれらのガスを本発明のも
う一つの方法により塩酸を生成するようにすれば、廃液
から塩酸を回収、精製することができるのみならず電気
エネルギーも回収できる。

−力木発明の塩酸の生成方法は、上記発明同様陽極およ
び陰極にガス拡散電極を用いるので、塩素ガスと水素ガ
スで簡単に電池を構成することができ、塩酸を生成する
と同時に電気エネルギーを得ることができる。また従来
法のように装置が複雑かつ大型である必要もなく操作も
簡単である。

さらに太陽エネルギー等の貯蔵を塩酸を電解して塩素と
水素ガスにかえておき、必要なときにその塩素と水素ガ
スで塩酸を生成して電気エネルギーを取り出すことがで
きる二次電池としても働き、その利用は極めて広いもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の塩酸の電解方法を示す概略図、第２図
は本発明の塩酸の生成方法を示す概略図である。 出願人　　田中貴金属工業株式会社 古屋長−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、陽極および陰極にガス拡散電極を用いて塩酸を含む
   溶液を電解することを特徴とする塩酸の電解方法。 ２、電解液に希塩酸溶液を用い、陽極および陰極にガス
   拡散電極を用い、陽極気室より塩素ガスを、陰極気室よ
   り水素ガスを供給し水素−塩素燃料電池とし、電気エネ
   ルギーおよび電解液中に塩酸を生成することを特徴とす
   る塩酸の生成方法。