JPH10310892A

JPH10310892A - 水又は水溶液の電解用電極板

Info

Publication number: JPH10310892A
Application number: JP9117944A
Authority: JP
Inventors: Minehiro Kamiyama; 峰宏上山; Osamu Yoshimoto; 修吉本
Original assignee: Toyo Tanso Co Ltd
Current assignee: Toyo Tanso Co Ltd
Priority date: 1997-05-08
Filing date: 1997-05-08
Publication date: 1998-11-24

Abstract

(57)【要約】【課題】電解水の汚染を極力少ないものとするととも
に、黒濁や割れが生じ難い、炭素質物質と樹脂からなる
水又は水溶液の電解用電極板を提供する。【解決手段】炭素質物質と樹脂を組成物としてなる水
又は水溶液の電解用電極板において、不純物が灰分で 1
％以下、全気孔率が 5％以下、更に曲げ強度が10MPa 以
上に形成されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水又は水溶液の電
解用電極板（以下単に電極板と言うこともある）に関
し、詳細には酸素や二酸化炭素の発生を伴う水又は水を
溶媒とした電解質の水溶液の電解に陽極として用いるの
に適した電極板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、植物類の生育を促進するために炭
素電極を用い二酸化炭素を溶存せしめた水又は水溶液が
注目されている。このような水又は水溶液を得るため
に、石油又は石炭コークスをフィラーとし、コールター
ルピッチ等をバインダーとして成形、焼成、黒鉛化して
得られた黒鉛材料からなる電極を陽極として水溶液系の
電解浴中で電気分解（電解）を行うと、電極表面のみな
らず、気孔中でも陽極酸化が生じ、黒鉛粒子が多量に脱
落し、遂には電解浴が真っ黒になってしまう。また、熱
硬化性樹脂から調製した気孔が殆ど存在しないガラス質
炭素を陽極として電解を行うと、局所酸化的な陽極酸化
が生じ、電極表面に剥離が起こり、最後には折損し、電
解不能に陥ってしまう。

【０００３】そこで、本出願人は、上記従来技術の欠点
を解消し、酸素や二酸化炭素の発生を伴う水又は水を溶
媒とした電解質の水溶液の電解に陽極として用い、陽極
酸化が生じても炭素粉の脱落が少なく、且つ電極の折損
が生じない電解用電極を開発し、これを先に出願した
（特開平 7− 34280号公報参照）。

【０００４】上記先願の発明は、炭素質物質50〜90質量
％と樹脂硬化物10〜50質量％とを組成物としてなる電解
用電極であって、炭素質物質と樹脂硬化物が前記範囲で
あれば、電極の固有抵抗を低くできると共に二酸化炭素
の発生効率を高めることができ、しかも炭素粉の脱落を
少なくして、且つ電極の折損を生じさせることなく水又
は水溶液の電解ができる。この電極は、炭素質物質と樹
脂を前記範囲で混合したものを温度 180℃前後及び圧力
20MPa前後で熱圧成形して製造されるものであるから、
炭素質物質（炭素粉）は樹脂硬化物によって結合保持さ
れた形態となっており、これにより、電解に使用しても
樹脂硬化物から炭素粉が離脱しにくいため炭素粉の脱落
が少なくなったものと考えられる。また、樹脂硬化物は
電解によって消耗することは殆ど無いので電極の折損や
崩壊が防止できたものと考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記先願の
発明による電解用電極は、炭素質物質と樹脂硬化物の混
合比率を限定することで炭素粉の脱落を少なくし、一般
の炭素電極や黒鉛電極に比較して水又は水溶液の電解用
電極としての性能を優れたものとしたが、水又は水溶液
の電解用電極板の性能に特に大きな影響を及ぼす要因と
しては、炭素質物質と樹脂の配合以外に、不純物、気
孔、強度が挙げられ、例えば不純物が多いと、電解中
に陽極から溶解した不純物で電解水が汚染され用途によ
っては使用できなくなる。気孔が多くあると、陽極側
では炭素の消耗が内部から起こり、電極板寿命が短くな
る。陰極側では析出物が内部に生じ、極性を切り替えた
時に析出物が電極板から離れ難くなる。強度が低いと
吸水による膨張で割れが生じ易くなり、電極板寿命が短
くなる。等の問題を起こすことになる。

【０００６】本発明は、上記事情に基づいてなしたもの
であって、その目的は、電解水の汚染を極力少ないもの
とするとともに、黒濁や割れが生じ難い、炭素質物質と
樹脂からなる水又は水溶液の電解用電極板を提供するも
のである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る水又は水溶液の電解用電極板は、炭
素質物質と樹脂を組成物としてなる水又は水溶液の電解
用電極板において、不純物が灰分で 1％以下、全気孔率
が 5％以下、更に曲げ強度が 10MPa以上に形成されてな
るものである。

【０００８】そして、上記本発明に係る水又は水溶液の
電解用電極板においては、樹脂が加熱され樹脂硬化物に
形成されてあってもよい。

【０００９】また、上記本発明に係る水又は水溶液の電
解用電極板においては、炭素質物質が50〜90質量％、樹
脂硬化物が10〜50質量％の組成物からなるものであって
もよい。

【００１０】以下、本発明の構成並びに作用を詳細に説
明する。炭素電極中の不純物は原料に由来するもので、
Fe、Ca、Mg、Al、B 、Ni、Si、Ti、V などがある。陽極
側電極の主に炭素質物質中にこれらの不純物が存在する
と、水を電気分解するに従って電極が消耗し、含有する
不純物がイオンとなって溶出し、電解水が汚染されるこ
とになる。不純物は全てが植物に対する毒性を有するわ
けではないが、「植物の環境と整理」A.H.Fitter, R.K.
M.Hay 著（学会出版センター）第６章「イオン成分の毒
性」に各種イオンの毒性について述べられてあるよう
に、Al、Niは植物に不要で毒性を示し、その他のイオン
も植物の性質や土壌により毒性を示す。つまり、植物に
散布する水としては、不純物が多く含まれる電解水は好
ましくなく、時として有害となることがある。特に植物
の葉面に散布する水は、葉の表面で蒸発し濃縮されるこ
ともあり、前記文献に記載されている水よりも電解水の
場合は影響が大きいと考える。電解水中の不純物がどの
程度であれば無害かは、植物種やイオンの毒性に対する
耐性、土壌の性質などにより一概には言えない。しか
し、今までの各種植物への試験結果から、炭素電極板中
の全不純物が灰分で 1％以下であれば、不純物が原因と
思われる植物に対する毒性が現れていないので、植物に
使用する電解水の生成用電極として好ましいと考えた。
このようなことから、本発明では不純物を灰分で 1％以
下としたものである。なお、灰分の測定はJIS R 7221の
測定方法を用いる。

【００１１】ところで、電極板中の灰分は、バインダー
に使われる樹脂やピッチには通常灰分がほとんど無いの
で、原料となる炭素材の種類により電極板の灰分がほぼ
決定される。例えば天然黒鉛は不純物が多い。しかし、
選別、酸洗浄、黒鉛化などの脱灰処理を行えば灰分を少
なくできる。酸洗浄とは黒鉛中の金属類を容易に溶解で
きる金属塩に変化させ、水で黒鉛中から洗い流す方法で
ある。また黒鉛化と呼ばれる3000℃程度の高温処理をす
ると不純物が気化し灰分を 1％以下の低濃度に低減でき
る。

【００１２】一方、水又は水溶液の電気分解中に生じる
炭素電極板の折損や割れは、炭素電極板の強度と関係し
ている。水の界面付近で生じる電極板の折損は、電解に
より消耗した炭素電極板の残った部分の強度に依存する
ので、炭素と樹脂の配合割合には影響されない。電極板
寿命の末期に現れる縦割れは、樹脂が吸水して膨張する
ことによる応力が原因と考えられる。従って、縦割れを
防止するには強度を増加させる必要があると考えられ
る。このようなことから、本発明では曲げ強度を10MPa
以上としたものである。なお、曲げ強度の測定は炭素協
会規格（JCAS-10-1968）の測定方法を用いる。

【００１３】また、電極板の寿命が短くなる原因として
気孔が挙げられる。気孔が多くあると、陽極側では炭素
の消耗が内部から起こるとともに、電解に伴い強度にも
影響を及ぼすことが考えられる。このようなことから、
本発明では全気孔率を 5％以下としたものである。な
お、全気孔率（％）は（真比重−嵩比重）× 100／真比
重により求め、真比重の測定はJIS R 7221の測定方法を
用いる。

【００１４】すなわち、本発明の炭素電極板では、不純
物を灰分で 1％以下、全気孔率を 5％以下、更に曲げ強
度を 10MPa以上としたので、これらが相乗的に作用し、
電極板を構成する炭素質物質による電解水の汚染を少な
くできるとともに、炭素質物質を均一に消耗させ黒濁や
割れを少なくして電極板自体の寿命を長くすることがで
きる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を説明す
る。予め脱灰処理をして不純物量が灰分で 1％以下の黒
鉛粉を原料とする。この黒鉛粉と樹脂を混ねつ、粉砕し
た後、予熱した金型に入れ、所定温度（ 190℃前後）で
加圧下（圧力 20MPa程度）で熱圧成形する。このように
して得られた成形体からは、不純物が灰分で 1％以下
で、熱圧成形により樹脂が気孔を埋め硬化することで、
全気孔率が 5％以下及び曲げ強度が 10MPa以上の電解用
電極板が得られる。つまり、このように人造黒鉛と樹脂
との混合物を熱を加えながら成形すると、ほとんど気孔
の無いものができる。また樹脂の配合割合が多ければ、
黒鉛粒子間の接合強度が増えるので、樹脂の配合割合を
10〜50質量％以内で調節するとよい。

【００１６】また、炭素質物質とピッチを混ねつ、粉
砕、成形、焼成してできた炭素材料に3000℃程度の高温
を加え黒鉛化し、できた黒鉛材（曲げ強度約 10MPa程
度）を板状に成形し、この黒鉛板に樹脂を含浸させ気孔
を埋めて成形することもできる。このようにして得られ
た成形体からも、不純物が灰分で 1％以下、全気孔率が
5％以下及び曲げ強度が 10MPa以上の電解用電極板が得
られる。この場合、樹脂の揮発成分や収縮により全ての
気孔が埋まるわけではないが、この含浸操作を繰り返せ
ば、ほぼ気孔が無くなる。含浸操作により強度は若干増
加するが、基材の強度の影響が大きい。以下に、その他
の製造手段も交え実施例と比較例を説明する。

【００１７】

【実施例】

〔実施例１〕予め脱灰処理を施して不純物量が灰分で 1
％以下の人造黒鉛70質量％に樹脂30質量％を配合して混
ねつ、粉砕した後、予熱した金型に入れ、温度 190℃の
鉄板上で 20MPaの圧力で30分間熱圧成形した。得られた
成形体の特性は、灰分： 0.2％，気孔率： 1％以下（気
孔で0.005cc/g)，曲げ強度：90MPa であった。

【００１８】〔実施例２〕炭素材料に3000℃程度の高温
を加え黒鉛化してできた黒鉛材（曲げ強度約 38MPa程
度）を板状に成形し、この黒鉛板に気孔が 5％以下にな
るまで樹脂を含浸させて成形した。得られた成形体の特
性は、灰分： 0.1％，気孔率： 3％，曲げ強度：40MPa
であった。

【００１９】〔実施例３〕不純物量が灰分で 1％以下の
天然黒鉛75質量％とピッチバインダー25質量％を混ね
つ、粉砕、型成形、焼成した炭素材に、気孔が 5％以下
になるまで樹脂を含浸させて成形した。得られた成形体
の特性は、灰分： 1％，気孔率： 5％，曲げ強度：10MP
a であった。この例では、焼成した基材を用いたので強
度が上記実施例１と２に比較して低い。また気孔も多く
樹脂で埋めるには繰り返し行う必要がある。また灰分が
1％程度の天然黒鉛を原料としたので灰分も高いものに
なった。

【００２０】〔比較例１〕実施例３とは別の天然黒鉛85
質量％とピッチバインダー15質量％を混ねつ、粉砕、型
成形、焼成した。得られた成形体の特性は、灰分： 3
％，気孔率：20％，曲げ強度：8MPaであった。この例で
は、ピッチバインダーを実施例３よりも少なくして焼成
したので強度が実施例３よりも低くなった。また樹脂含
浸を施さず焼成したままの基材としたので気孔も多くな
った。また灰分が 3％程度の天然黒鉛を原料としたので
灰分も高いものになった。

【００２１】次に、上述した実施例１〜３と比較例１で
得られた成形体を長さ 200mm×幅50mm×厚さ 5mmの電極
板とし、 2リットルの水に長さ 150mmまで浸漬させて 1
00mAの電流を流し電解を行った。極性の切り替えは 4時
間毎に行った。その結果、実施例２と３の電極板は、実
施例１の電極板に比べて黒濁が多く認められたものの十
分使用し得るものであった。これに対して比較例１の電
極板は、数回の極性切り替え中に陰極表面の析出物が十
分に離れなくなり、表面に残る現象が認められた。黒濁
も実施例３よりも非常に多く、 5日後に折損、崩壊し
た。また、比較例１は電極板からの無機物（例えばFe、
Al、Siなど）の溶出が多く、水中の電解質の組成が変化
した。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る水又
は水溶液の電解用電極によれば、植物に害となる不純物
による電解水の汚染を極力少ないものにでき、また黒濁
や割れを生じさせることなく、寿命を長くして二酸化炭
素の生成を円滑に効率良く生成させることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素質物質と樹脂を組成物としてなる水
又は水溶液の電解用電極板において、不純物が灰分で 1
％以下、全気孔率が 5％以下、更に曲げ強度が 10MPa以
上に形成されてなることを特徴とする水又は水溶液の電
解用電極板。
【請求項２】樹脂が樹脂硬化物である請求項１記載の
水又は水溶液の電解用電極板。
【請求項３】炭素質物質が50〜90質量％、樹脂硬化物
が10〜50質量％の組成物からなる請求項１記載の水又は
水溶液の電解用電極板。