JPH0417686A

JPH0417686A - 電解酸化方法および装置

Info

Publication number: JPH0417686A
Application number: JP2120853A
Authority: JP
Inventors: Choichi Furuya; 長一古屋
Original assignee: Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
Current assignee: Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
Priority date: 1990-05-10
Filing date: 1990-05-10
Publication date: 1992-01-22

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、水溶液中の還元物質、イオンを能率よく酸化
する方法および装置に関するものである。

（従来技術とその問題点）従来、水溶液中の還元物質、イオンを電解酸化する方法
および装置は、陰極室と陽極室を隔膜で仕切り、白金メ
ツキを施したチタン製陽極、白金製陰極等を用いて電解
酸化することが行われているが陽極室でのみ酸化が行わ
れて、陰極では還元反応である水素発生が生じるので陰
極室では酸化反応をさせることができず、還元物質、イ
オンを含有する水溶液は陽極室に供給し、陰極室には適
当な電解液を供給して行うため電解酸化が能率よく行わ
れていないという欠点があった。

（発明の目的）本発明は、上記従来法の欠点を解決するために成された
もので、電解酸化時の陰極からの水素発生をなくし、さ
らに陰極室でも酸化反応をさせるという電解酸化方法お
よ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）本発明は、陰極室と陽極室を隔膜で仕切り、陰極を疎水
性細孔部を有するガス拡散層と触媒を担持した親水性部
を有する反応層が接合されて成るガス拡散電極とし、該
ガス拡散電極のガス拡散層側に気体の供給口と排出口を
有する気室が設けられ、前記陰極室と陽極室に還元物質
を含有する水溶液を電解液として供給するように構成し
た電解酸化装置で、還元物質を含有する水溶液を前記電
解酸化装置の陰極室と陽極室に供給し、陰極のガス拡散
電極のガス拡散層側に設けられた気室に水素を供給しな
がら電解して陰極でも酸化反応をさせることを特徴とす
る電解酸化方法である。

以下、本発明について詳細に説明する。

まず、電解酸化装置の陰極としてのガス拡散電極は、疎
水性カーボン微粒子とポリテトラフロロエチレン（以下
ｒＰＴＦＥ」という。）等の弗素樹脂とから成るガス拡
散層に触媒が担持された親水性カーボン微粒子または触
媒微粒子と疎水性カーボン微粒子および弗素樹脂とから
成る反応層を接合して作製されたものである。

前記ガス拡散電極の反応層は触媒が担持された親水性カ
ーホン微粒子または触媒微粒子と弗素樹脂から成る親水
部と疎水性カーホン微粒子とＰＴＦＥ等の弗素樹脂とか
ら成る疎水部とが微細に混合された薄い膜状のものであ
る。

触媒を含む親水部は電解液が浸透することができ、疎水
部は細孔を有しており気体が透過できる構造となってい
る。

また、電極表面積は見かけの５００倍以上である。

前記ガス拡散電極のガス拡散層は、疎水性カーボン微粒
子とＰＴＦＥ等の弗素樹脂から成る薄い膜状のもので、
空孔率は６０％以上で疎水性細孔から成るので、そのた
め気体は容易に透過できるが電解液の浸透は阻止される
。

例えば、膜の片側に２０Ｋｇ／ｃｉの水圧をかけても他
方に水は漏れないが水素ガスは容易に反応層に供給され
る。

また、陰極室の電解液を気体の圧力より高くしておけば
、供給する酸素等の酸化剤の圧力を５ｋｇ／　ｃｒｄ以
上にでき酸化電流密度を上げることができる。

以上のように作製された反応層とガス拡散層を熱圧着し
て接合し、ガス拡散電極としているもので厚みは約０．
６ｍｍの薄い膜状のものである。

なお、触媒としては白金でよ（、担持量は０．５６ｍ　
ｇ　／　ａ１以下でよい。

前記ガス拡散電極のガス拡散層側に酸素ガス等の酸化剤
を供給するための供給口と排出口を有する気室が設けら
れており、陰極室と陽極室を仕切る隔膜はイオン交換膜
で例えばデュポン社製のナフィオン膜でよく、陽極に用
いる電極は白金等の不溶性電極でよい。

また、電解液を供給、排出するために陰極室および陽極
室にそれぞれ供給口と排出口が設けられ陽極室側の排出
口と陰極室側の供給口とを導管等で接続させることがで
きる構造となっている。

以上の電解酸化装置を用いて還元物質、イオンが含有す
る水溶液の酸化方法について説明すると、該水溶液を陰
極室および陽極室に供給し、陰極のガス拡散電極のガス
拡散層側に設けられた気室に酸素ガスあるいは塩素ガス
等の酸化剤ガスを供給しながら電解すると、陽極室の陽
極面で電解酸化が行われ、水溶液中の還元物質、イオン
は酸化される。

また、陰極室では前記供給されている酸化剤ガスがガス
拡散電極のガス拡散層を透過して反応層の白金触媒が担
持された親水件部付近の疎水性細孔に入る。

一方陰極室に供給された水溶液は該反応層の親水性部に
浸透し電解により水素が発生するが、前記供給されてい
る酸化剤ガスの還元反応により電流が流れるので従来の
電解槽のように陰極がら水素が発生しなくなる。

そのため電極電位はＯ，ＳＶ（水素電極基準）より貴と
なるため、この電位で酸化できるヒドラジン等の還元物
質は電極表面で酸素と局部電池を構成して酸化分解でき
るので陰極でも酸化できるのである。

以下、本発明に係わる実施例を記載するが該実施例は本
発明を限定するものではない。

（実施例１）本発明を適用した電解装置を第１図によって説明すると
、電解槽ｌは縦１２０ｍｍ、横１２０ｍｍ、奥行き５０
ｍｍで、３０ｍｍの電解液室の片方に１２０ｍｍ角の白
金を０．５６ｍｇ／ａｄ担持したガス拡散電極２を、そ
の外側に気室３を設は酸素等の酸化剤ガスの供給口４と
排出口５が接続されている。

隔膜６としてイオン交換膜（デュポン社製：商品名ナフ
ィオン１１７）を使い陰極室７と陽極室８に仕切り、陽
極９は１００ｍｍ角の５０メツシユの白金網を使用した
。

次に上記構成の電解装置１０を用いる本発明の酸化方法
を説明する。

陰極液１１として１％ヒドラジン水溶液、陽極液１２と
して１％硫酸第一鉄を含む１Ｍ硫酸溶液を供給して電解
電圧ｏ、ｓｏｖで電解した。

陰極のガス拡散電極２の外側の気室３に酸素を供給しな
がら行ったところ、陰極では供給された酸素によってヒ
ドラジンは局部電池反応で酸化され窒素と水になり、陽
極９では２価の鉄イオンが電解酸化で３価の鉄イオンに
酸化された。

電流を流すのに必要な陰極反応は陰極のガス拡散電極２
で起こる酸素還元反応である。

局部電池反応と酸素還元反応は同時に進行できるもので
、ガス拡散電極の有利な特徴であり、ヒドラジンと２価
の鉄が酸化された効率は電流効率で２４６％であった。

（実施例２）実施例１と同じ装置ｌＯを用い、隔膜に多孔質膜（Ｇｅ
ｌｍａｎ　５ｃｉｅｎｃｅｓ社、５ｙｎｐｏｒ　１５）
を使用し、陰極室７と陽極室８に、電解液として１％ヒ
ドラジンと１％硫酸第一鉄を含む１Ｍ硫酸溶液を供給し
て電解電圧ｏ、ｓｏｖで電解した。

まず、陰極でヒドラジンはガス拡散電極２の外側の気室
３から供給された酸素と局部電池反応で酸化され窒素と
水になり、陽極でヒドラジンと２価の鉄イオンが３価の
鉄イオンに酸化された。

電流効率は１８７％であった。

（実施例３）実施例２と同様に電解酸化する溶液を０．１％ホルムア
ルデヒド、０．１Ｍ硫酸第二鉄と１Ｍ硫酸を陰極室７お
よび陽極室８に満たし、陰極のガス拡散電極２の外側の
気室３に酸素を供給しながら電流密度１５ｍＡ／ｃｎｒ
で定電流電解を行った。

ホルムアルデヒド濃度がＩＰＰＭ以下となった時点で電
流効率を求めると２８６％であった。

しかし共存する硫酸第二鉄は硫酸第一鉄に還元されなか
った。

また、陰極では酸素が還元され電解液中には水素が発生
することはなかった。

（実施例４）実施例２と同様に電解酸化する溶液を２％ヒドラジン、
２Ｍ硝酸、２％硝酸ヒドロキシルアミン、０．１ＭＦｅ
’“溶液を陰極室７と陽極室８に循環供給し、電流密度
５０ｍＡ／ａｌで定電流電解を行った。

陰極のガス拡散電極２の外側の気室３に酸素を供給しな
がら行ったところ、反応開始後８時間でヒドラジンはＩ
ＰＰＭ以下、ヒドロキシルアミンは２ＰＰＭ以下となっ
た。

またＦｅ’−はＦｅ’　”となった。

電流効率は１９３％であった。

（従来例）従来例の電解槽は第２図に示すように板状の白金陰極１
３、白金メツキを施したチタン製陽極１４を用い、隔膜
６で陰極室７と陽極室８を仕切った構造のものを用い、
陰極液１２として１％ヒドラジン水溶液、陽極液１１と
して１％硫酸第一鉄を含む１Ｍ硫酸溶液を供給し、電解
電圧１．８Ｖで電解した。

陽極１４でヒドラジンは酸化され窒素と水になり、２価
の鉄イオンは３価の鉄イオンになったが反応終期には酸
素ガスが発生した。

また、陰極１３では水素が発生し、酸化に要した電流効
率は８６％であった。

（発明の効果）以上説明したとおり、本発明の電解酸化装置および方法
によれば、従来不可能であった陰極側でも局部電池によ
る酸化反応を行わせることが可能となり、極めて能率よ
（水溶液中の還元物質、イオンを酸化させることができ
るという画期的なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に適用した電解装置の構造図、第２図は
従来の電解装置の構造図である。出願人　　田中貴金属工業株式会社同　古屋長６・・・癌膠１２・・・陽秒孜

Claims

【特許請求の範囲】

（１）陰極室と陽極室を隔膜で仕切り、陰極を疎水性細
孔部を有するガス拡散層と触媒を担持した親水性部を有
する反応層が接合されて成るガス拡散電極とし、該ガス
拡散電極のガス拡散層側に気体の供給口と排出口を有す
る気室が設けられ、前記陰極室と陽極室に還元物質を含
有する水溶液を電解液として供給するように構成した電
解酸化装置。
（２）還元物質を含有する水溶液を前記電解酸化装置の
陰極室と陽極室に供給し、陰極のガス拡散電極のガス拡
散層側に設けられた気室に酸化剤を供給しながら電解し
て陰極でも酸化反応をさせることを特徴とする電解酸化
方法。