JPS5848686A - 塩化アルカリ水溶液電解用陽イオン交換膜 - 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】 本発明は、電極と陽イオン交換膜とを一体化してなる新
規な塩化アルカリ水浴液電解用陽イオン交換膜に関する
ものである。

陽イオン交換膜１に用いる塩化アルカリ水鹸液の電解方
法は、従来技術の水銀法、アスベスト隔膜法よりも省エ
ネルギー、無公害技術として注目され、実プラントとし
てもすでに稼動している状況である。省エネルギー技術
といえども変動費に占める亀カコストは多く、４０〜６
０９６である。したがって、これまで電解電力の低減の
ための努力開発が鋭意性なわれている。

飼えば、一般に一定電流効率の下でのｉｌｌ正圧低減、
電極の活性化処理による電極過電圧の低減。

電解槽の給排室機構の改良による導体抵抗低減による導
体電圧の低減、１！解プロセスの組会せによる理論分解
電圧の低減、苛性ンーダ水齢液の微積、濃度、圧力、温
度等の運転条件の改良による電圧の低減、さらに陽極と
陰極の間の両極間距離を蜘かくすることによる液抵抗低
減による液間電圧の低減等が提案されている。これらの
内で特に両極間距離を短かくすることは液抵抗の低減に
は有効であるが、ある程度以下に両極間距離を短縮させ
ることＦｉ電流分布の不拘−及び膜惨間の部分に存在す
るガス赦の増加勢を生じ電圧上昇の要因となシ、目的に
反して電圧上昇をまねくものである。

したがって、従来の電極構造体を用いる方法では陽イオ
ン交換膜の相異あるいは電解条件によってそれぞれ最適
両極間距離が存在する。その両極間距離は一般に極めて
短か＜２Ｘ〜４鬼であるが、近年その距離をさらに短縮
して陽イオン交換膜と電極を接合又は密着して一体化し
た膜を用いて電解する方法としてＥｌｌ）Ｅ法（８ｏ１
１ｄ　Ｐｏｌｙｍｅｒｕｉｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　Ｐｒ
ｏｃｅｓｓ）と呼ばれる技術が、％−昭５３−１０２２
７８号公報で開示されている。又、特開昭５４−４７８
７７号公報には、機械的に陰陽両電極そのものを陽イオ
ン交換膜に密着させることが提案されている。又、特開
昭５５−１３１） １８７号公報には、圧着によりガス及び液透過性の陰陽
両電極を膜面に密着させることも提案されている。更に
、特開昭５２−７８７８８号公報及び同５３−５２２９
７号公報には、陰陽電極を膜の片側表１ｉＬｉを埋め込
んだ装置が提案されている。

これらの方法においては、両極間距離は実質的に陽イオ
ン交換膜の厚さだけであり、猷抵抗龜はば無視できるた
めに、これを塩化アル゛カリ水醒沿の電解に用いた楊台
は、ある程度の初期電圧の低下が期待できるものの、特
開昭５５−１６４０８６号公報で指摘される不都合が生
ずる。

更に、陽イオン交換膜を用いる塩化アルカリ水ｆｉ液の
電解法における運転条件は極めて苛酷な状態である。例
えば、陰極室は強いアルカリ性であり、陽極室は酸性で
あり、しかも酸化性の強い塩素イオンで飽和されて釣る
。父、電解槽内は高温であ、ると一時に頻繁な水素ガス
、塩素ガスの圧変動が生じる状態である。その上に、塩
化アルカリ金属ｔ％の電解生成物は各製品の基砿製品で
あることから、電解運転は２年以上の長期間の安定した
連続運転が必要であるにもかかわらず、かかる電解方法
でＦ′ｉ電極表面が均一活性面であることから陽イオン
交換膜表面と密着又は密接すべき揚台においても、電解
反応を生じガスの発生が起こる。

それ故に、本来の液抵抗がｔｌは無視できると考える効
果よシも、ガスによる遮へい効果が長期的に大きくなり
、又腋の不攪拌層が増して次第に電圧上昇を招く結果と
なる。又、長期的には電極と陽イオン交換膜の剥離が起
こり、ポリテトラフルオロエチレン（ｐＴｒｚ）等をバ
インダーとして用いる密着電極では製品の汚染を招く、
したがって本発明者らは、電解電圧を低下させる手段と
共に長期安定連続運転可能な現実的電解方法を見出すべ
°く棟々研究、検討した結果、本発明に到達した。

すなわち、本発明の骨子は、電極の片側表面を活性化し
、他面を不活性化した電極を陽イオン交換膜の陰極側と
陽極側の両表面、又は片面に密着あるいは埋設せしめて
なる一体化した陽イオン交換膜にある。

以下、本発明の態様につき具体的に詳述する。

本発明において、陰・陽極の片側表面の不活性化＠Ｊを
陽イオン交換膜に密着あるいは埋設する手段は、圧接方
法が有効である。

圧接方法としてに、陽イオン交換ｌｌいの隘・１ｌｌＩ
極面の少なくとも一方に、陰６陽極の片側表ＵｋＪヲ活
性化し、他面を不活性化してなる両電極の不活性面を膜
圓に接するように設置し、電極の両側表面にα５％以下
のテフロンのシートを設置し、更にその外側両面からス
テンレス、ニッケル等の半坦変の良い硬い板ではさみ、
面圧１０〜５０　Ｋｇ　／　ｃｌｌ”で、釦［１００℃
〜２００℃、好ましくは１８０℃前後で１０分間圧接し
て電極と陽イオン交換膜を一体化する。又は、平板を用
いず、膜０％極。

テフロンシートをそれぞれ目的に仕せて設置し、ロール
掛けすることによるラミネーション方式の圧接方法も可
能である。この揚台の分電体、又は集電体としては構造
的に弾力性のあるフラットトップ織、トンキャップ織、
タイロッド織、菱形織又はからみ編み等の金網、スプリ
ング、ワイヤーメッシェ、デミ゛スターあるいは波板を
積層して構成する。

更に、給電体又は導電体としては、）（ンチングメタル
（多孔板）、エクスノくンドメタル、ロッドメタル°（
格子）、フィンガープレート吟の合体構造物で構成する
。分電体と給電体又は集電体と導電体は溶接接合してお
くことが好ましいが、導電体の弾性力を利用して圧接接
合することも可能である。給電体と導電体は各極室の極
室枠に溶接接合し、極室外部の給排電ブスノ（−に接触
抵抗の最も少ない方法で、しかも機械強度的にも十分な
強度で接合する。

電流は、極室外のブスバーよシ給電体を通り分電体で分
散される。更に、電流Ｆｉ陽イオン交換膜に密着、埋設
された電極の活性面に分配され、電極の活性表面で電気
化学反応を起こし、その表面から塩素ガスを発生する。

次に陽イオン交換膜の陰極側表面の電極の活性面で電気
化学反応により集められた電流は、集電体全通して導電
体にまとめられて極室外の電気的に接続されたブスバー
で導電される。

陰電極の活性表面からは水素ガスと水酸化アルカリ溶液
が生成する。又、膜の陰・陽極面のいずれか一方のみを
電極と一体化し次階イオン交換膜金用いる場合でも、導
電体の構成はまった′く同じ態様で通電することができ
る。

給電体及び分電体の材質としては、チタン、タンタル又
はニオブ等の塩化アルカリ水溶液で耐食性がある材質が
用いられる。

給電体は通常の２４−構造体であり、分電体は弾力性を
保つため、金網の場合その線径ＣＬ１〜１．ＯＸ・ｉ開
き４０〜１００メツシユ、積層厚さ１〜５Ｘであるもの
が好ましい。

又、集電体及び導電体は、鉄、ステンレス、ニッケル、
モネル、ハステロイ等の水酸化アルカリ溶液に耐食性の
ある材質が４ｆ！川される。

導電体は通常の導電構造体であり、集電体は分電体と同
一の構造体とすることが好ましい。

本発明における１、極の陽極としては、チタン。

タンタル、ニオブ等のバルブメタルを基材とした平織、
フラットトップ織、トンキャップ織、スダレ織等の金網
、又は開孔直径が２Ｘ以下の密多孔板の片側全面を白金
族金に４酸化物、白金族金属酸化物と他金属酸化物との
混合物又は白金族全綱と他の金属との含＊＊固溶体等で
被覆し活性化して用いる。

陰極としては、ニッケルを基材とした陽極と同一の多孔
体又は金網の片側全面をニッケルメッキ。

ニッケル溶射、スパタリング等で活性被覆して用いる。

両電極とも金網の場合、線径１１〜α２）、目開き８０
〜１“００メツシエで活性被＠＄２０〜７０チの電極を
用いる。好ましくは活性被覆率４０％以下の電極を用い
る。

陽極及び陰極の不活性面は、活性面を研磨して金−基材
そのままを用いてもよいが、更に不活性処理金して使用
することもできる。不活性処理方法としては、活性面を
研磨した電極基材表面に耐食性樹脂、例えはテフｐンパ
ウダー等を塗布し、焼成して不活性化する方法、又は高
過電正金ｋＩ４溶液を塗布する方法も可能である。

陶、本発明に用いられるイオン９：換膜としては特に限
定はなく、一般に塩化アルカリ全綱電解に使用されるも
のがすべて朗いられる。

イオン交換基としては、スルホン酸基とカルボン酸基の
組合せが最適である。この場合、カルボンＮ基の存在す
る面を陽極面にして用いるのが鮫も好ましい。ビ）の母
体としては、フルロカーボン糸の樹脂が耐ｔ４ｉ素性の
面で優れている。

第１図は、本発明の一態様の陽イオン交換＊ｔ−設置し
てなる電解槽の概念図である。

陽イオン交換膜（１）には陽極基材（２）と隘極基材侭
）が密着埋設されている。両極には、陽極活性被覆（船
と陰極活性被覆（５）が設置されている。両電極の活性
表面に均一に電ｔＩＬを流すｔめの分電体（荀と集゛電
体（つ及び給電体（８）と導電体（９）がそれぞれ電気
的に接続設置されている。極室外へＦｉ陽極ブスバー輔
と陰極ブスバー０で給導電する。陽極室（至）及び陰極
室（２）はそれぞれの極室液に対して十分な耐食性を有
する金属を用いる。例えば、陽極室枠υは酸性塩化ナト
リウム水＃液に耐食性のあるチタン。

タンタル等が用いられる。又、陰極室枠替は苛性アルカ
リ水浴敵に耐食性のある鉄、ニッケル等が用いられる。

両極室は、給導電機構の他に塩化す）　ＩＪウム水溶液
の供給ノズル鱒、塩化ナトリウム水溶液と塩素ガスの排
出ノズル曽、水の供給ノズル（２）、苛性アルカリ水浴
液と水素ガスの排出ノズルυの機構で構成されている。

以下、具体例によって、効果の一例を示す。なお、本発
明は、これら具体例によって何ら限定されるものでない
。

実施例１ ＣＦ、　＝ＣＦ、と（：！Ｆ、　−ＯＦ’−トＣＦ、　
−ＣＩＰ（ＯＦ、）−０−ＯＦ、　−８０，ＩＦとのモ
ノマーｔ−１，Ｌ　２−トリクロロ−１２，２−）リフ
ルオロエタン中パーフルオロプロピオニルペルオキシド
を開始剤として共重合体を得７’Ｃ（スルホン酸基とし
ての交換容置はα９１　ｍ−ｅｑ／ｆ）（Ａポリマー）
。同様にしてＯＦ、　ｍｃＦ、とＣＦ、　−ＣＰ−０−
（Ｆ、　−０Ｆ（（！Ｆ、）−０−ＣＦ、−ＣＯＯＣＨ
，との共重合体を得た（カルボン酸基としての交換容歓
は１．１ｍ−ｅｑ／ｍ）　（Ｂポリマー）。

次にＡポリマーを４ミルの厚さで、Ｂポリマー全５ミル
の厚さでそれぞれフィルムに成型したのち、これらのフ
ィルムを２枚重ね合わせ熱圧着し、１枚のフィルムとし
た。続いて、該フィルムを濃度１０ｍ１％のＮａＯＨ／
メタノール（重置比１／１）で８０℃、６時間加水分解
を行ない、陽イオン交換膜を得た。この膜のカルボン酸
基を有する面に、片側全面をニッケル溶剤により活性化
した開孔の長手方向２％で開孔率４０％のエクスパンド
メタル陰電極と、スルホン酸基を有する面に片側全面を
塩化ルテニウムでコーティングし、５６０℃で焼成して
活性化した陰極と同形のエクスパンドメタルのｌｌｌ！
１１極を圧接プレスにより密着埋設した一体化膜を用い
て４ｔｈ２の電極面を有するセルで、電流布［５０Ａ／
ｄａ”、温度８０℃、陽極室に飽和東塩水、陰極室に濃
度５０重Ｉｉｓのカセイソーダ水溶液をそれぞれに供給
し′）つ電解したところ、電圧ｉｔ五２■、ＩＩ流効率
は９４チであった。

しかも１６０日間の連続運転で何らの変化もなかった。

実施例２ 実施ｆＰＪ１と同等の処理をし′ｆｃ爾イオ／交換膜を
用いた。この膜のカルボン酸基を有する面に、電極全面
１＝ツケル溶射により活性化した開孔の長手方向２Ｘで
開孔率４０チのエクスパンドメタル陰電極の膜面側に四
フク化エチレン樹脂のボリアｑンＭ−５１（ダイキン工
業製品）粉末を塗布し３５０℃で焼結して不活性化した
陰電極と、スルホン酸基を有する面に、電極全面を塩化
ルテニウムでコーティングし、３６０℃で焼成して活性
化した陰極と同形状のエクスパンドメタル陽電極の膜面
側を陰電極と同一の処理により不活性化した陽電極とを
圧接プレスにより密着埋設した一体化膜を用いて実施例
１と同じ条件で電解したところ、電圧は五１５■、電流
効率は９４チでおった。

しかも２００日間の連続運転で何らの変化もなかった。

比較ガ１ 実施例１とＮ１様の膜管用いて全面活性化した一極を膜
に密着埋設することなく電解槽内に設置して実施例１と
同一条件で電解したところ、電圧ｉ５Ｖ、電流効率は９
４％であった。−

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一態様の陽イオン交換膜を設置して
なる電解槽の概念図である。 １・・・陽イオン交換膜　　１１−・・陰極ブスバー２
・−・陽極基材　　　　　１２・・・陽極室枠５・・・
陰極基材　　　　　１５・・・陰極室枠°４・・・陽極
活性波ｅｋ１°４・・・供給ノズル５・−・陰極活性波
ｅ１１５・・・排出ノズル６・・・分電体　　　　　　
１６−・−供給ノズル７・・・集電体　　　　　　１７
・・・排出ノズル８・・・給電体　　　　　　１８・・
・陽極室９・・・導電体　　　　　　１９・・・陰極室
１０・・・陽極ブスバー 特許出願人　東洋１達工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｔ　陰・陽極の片側表面を活性化し、他面を不活性化し
   てなる両電極の不活性面のいずれか一方ま友両方を陽イ
   オン交換膜に密着あるいは埋設して一体化した塩化アル
   カリ水浴液電解用陽イオン交換膜。