JPS5921959B2 - 過酸化水素の製造に適した電極を製造するための方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は９００℃よりも高温で灼熱した活性炭粉末を結
合剤と疎水性の添加剤とに混合し、この混合物の形態で
導電性の支持骨組に結合させる、過酸化水素の製造に適
した電極を製造するための方法に関する。

過酸化水素を製造するためには多くの方法が公知である
。

本発明が前提とする方法においては、過酸化水素を水溶
性の電解液中での酸素の陰極還元により製造する。その
際この還元に必要な酸素を圧力の下で、ガス透過性で、
且、活性炭で被覆された陰極を通して前記の電解液中に
導く。この電解液による前記の陰極の湿潤を防止するた
めに、この陰極は活性炭の他にさらに疎水性の添加剤を
含む。西ドイツ国公開特許公報第２３５３２５９号によ
り公知となつている電極の製造方法においては、９００
℃よりも高温で、且、真空中での原料活性炭粉末を灼熱
することにより、過酸化水素の製造に適した活性炭の表
面構造が形成される。

活性炭の表面の不純物は真空中での灼熱処理中に物理的
な放出によつて除去される。しかしながらこの方法にお
ける短所は、活性炭の最適な特性を得るためには比較的
長い灼熱時間を必要とすることであり、このことは高温
に加熱され、且、真空状態にある反応容器に大きな力学
的応力をもたらすこととなつている。本発明の目的は、
電気分解の手段で過酸化水素を大規模に製造するのに適
し、且、大きな電流密度と大きな電流効率とが珠好な長
時間性能の下で達成され、且、経済的に製造され得る電
極を開発することである。

この目的は、原料活性炭粉末を水素雰囲気中で灼熱し、
且、冷却させることにより達成される。

この冷却に引き続いて活性炭粉末を、結合剤と疎水性の
添加剤とを含む溶剤に混合する。この混合物を導電性の
支持骨組上に塗装した後に、この混合物をこの支持骨組
上で乾燥させる。本発明の方法に示すように、活性炭粉
末の灼熱処理の際に水素が存在すると、過酸化水素の製
造に適した表面構造が化学的に還元性の雰囲気の下で形
成される。

水素雰囲気の中で活性炭粉末を灼熱すると、真空中で原
料活性炭粉末を灼熱処理する公知の方法に較べて、過酸
化水素の製造に適した表面構造を製造するための灼熱時
間が著しく短縮されることがわかつた。水素雰囲気中で
活性炭粉末を冷却させた後の活性炭粉末には、電気分解
手段で過酸化水素の経済的な製造を可能とする性質が備
わつている。灼熱処理された活性炭粉末を結合剤と疎水
性の添加剤とに混合する。本発明の方法において優れて
いることは、この混合を室温で行なうことが可能であり
、熱処理、特に前記の混合物の半融焼結する必要ないこ
とである。前記の混合物を調整するために溶剤を用いる
が、これにより前記の混合物を支持骨組に塗装すること
が極めて容易になる。本発明の方法の優れた実施形態は
、原料活性炭粉末を、この活性炭粉末中に混入する水素
ガス流により灼熱し、且、冷却することである。

その際この水素との反応により発生した反応生成物が活
性炭粉末から加速度的に分離除去される。又、この灼熱
処理反応の反応容器は常圧の下にあり、その結果本発明
が優れているのはこの反応容器の壁部が、真空中で活性
炭粉末を灼熱処理する公知の方法を実施するための反応
容器に比較してはるかに力学的負荷が少ないことである
。本発明の長所としてかわつていることは、活性炭粉末
を少なくとも３０分間灼熱することである。

このような灼熱時間は活性炭粉末中の不適切な表面構造
を除去するために充分である。最適な灼熱温度範囲は１
０００℃と１２５０℃との間であることがわかつた。目
的に適つているのは、前記の灼熱を行なう反応室の体積
が、水素ガスにより１時間あたり２回から７回まで置換
されるように前記の反応容器中の水素ガス流量を調整す
ることである。好ましいのは、活性炭粉末を水素雰囲気
で灼熱する場合と水素ガス流中で灼熱する場合との何れ
の場合においても、この灼熱時間を１時間から２時間ま
での間の時間に保つことである。このような製造方法の
条件の下で電極の電流密度のみならず動作時間もこの電
極の活性を減少させることなく本質的に改善することが
出来る。活性炭粉末を前記の結合剤と前記の疎水性の添
加剤とに可能な限り一様に分布させ、均一な混合物を得
るために優れていることは、前記の原料活性炭粉末とし
て４０ミクロンよりも小さな粒径を有する粉末を使用す
ることである。

その結果前記の支持骨組上に良好な多孔性の層を得るた
めに、前記の灼熱の後に既に選別した活性炭を再度ふる
い別けする必要がなくなる。前記の混合物を支持骨組上
に塗装することを容易にするためには、この混合物の調
整の際に１００ミリリツトルの溶剤あたりに２グラムか
ら１０グラムまでの活性炭粉末と０．２グラムから１グ
ラムまでのゴムを混合することである。この希釈によつ
て前記の支持骨組の表面上に充分に微細な活性炭層が形
成される。その結果この活性炭層を貫通するために必要
なガス圧力を極めて低く保つことが可能である。前記の
支持骨組としては０．０５ミリメータから０．３ミリメ
ータまでの間のメツシユ幅を有する金属ワイヤ網を使用
する。このような支持骨組においては前記の活性炭層の
良好な付着と共に、一様で、且、Ｉ滑らかな表面も得ら
れる。本発明の方法に従つて製造された電極を電解室で
満たされた電解セル中で使用することが可能であり、そ
の際この電解セルは超過圧力の下にある１個のガス室に
連結されたガス透過性の１個の炭素陰極と、１個の隔膜
によつてこの炭素陰極から分離されている１個の陽極と
を有する。

前記の炭素陰極としては活性炭粉末により被覆された前
記の支持骨組が使用されており、この支持骨組は前記の
ガス室とは反対の側面において１個の金属格子により支
持されている。これによつてこの金属格子と前記の被覆
された支持骨組との密な接触が達成さ民その結果大面積
の電極において全電極面に渡つて常に一様な電流供給が
なされている。本発明の方法を実施例を用いてより詳細
に説明する。内容積３００立方センチメータの石英製の
反応容器中に４０ミクロンよりも小さな粒径を有する粉
砕された５０グラムの活性炭を充填した。

前記の反応容器と、この反応容器に含まれている前記の
活性炭とを通して純粋な水素を流通させた。この水素の
流量は１時間当り約１リツトルであり、これは１時間当
り３３回の体積置換に相当する。前記の反応容器中に含
まれていた空気が水素によつて完全に置換された後に、
この反応容器の加熱を開始して灼熱温度１１００℃に為
した。前記の活性炭粉末を１１００℃において１時間灼
熱し、その後水素がス流中で冷却通気した。この活性炭
粉末を結合剤と、疎水性の添加剤と共に溶剤中で調整す
るために、まず最初に１０グラムの天然ゴムを２００ミ
リリツトルのトルオールと２００ミリリツトルのキシロ
ールとの中に溶解させる。

次にこの溶液の２０ミリリツトルをさらに３０ミリリツ
トルのトルオールと３０ミリリツトルのキシロールとで
稀釈する。この稀釈された溶液の２０ミリリツトル当り
に前記の灼熱処理された活性炭粉末１グラムを、前記の
疎水性の添加剤としての４０ミクロンより小さな粒径を
有する粉末状のポリテトラフルオルエチレン（ＰＴＦＥ
）０．３グラムと共に加える。この混合物を塗装可能な
ペーストに処理する。支持骨組としては円形状のニツケ
ル網を使用し、このニツケル網は０．１ミリメートルの
ワイヤ径と０．１６ミリメートルのメツシユ幅とを有す
る。

ニツケル網は５０平方センチメートルの面積上に前記の
活性炭ペーストの塗装層を有し、その際特殊鋼網の乾燥
後、活性炭粉末の結合剤と、疎水性の添加剤との混合物
が前記の特殊鋼網の１平方センチメートル当り１０ミリ
グラムの活性炭に相当する層厚をもつて残留する。前述
したように製造した電極と過酸化水奏を製造するための
電解セル中で陰極として使用する。

酸素の陰極還元のためにこの陰極に空気を貫通させる。
この電解セル中では陽極としてニツケル板を使用する。
この電解セルは前記の陽極と前記の陰極との間で固定さ
れた１個のプラスチツク隔膜を有し、このプラスチツク
隔膜によつてこの電解セルは１個の陽極室と１個の陰極
室とに分割されている。電解液としては４規定の苛性カ
リ溶液を使用する。この苛性カリ溶液は１時間当り２５
０ミリリツトルの速度で前記の電解セルを通つて流れる
。この苛性カリ溶液はまず最初に前記の陽極室に導びか
れ、ここから陰極室に到達し、引き続いて、過酸化水素
を製出するための分離装置に導びかれる。純化された苛
性カリ溶液は再び前記の陽極室に還流する。本発明の方
法によつて製造された陰極に２０アンペア／平方デシメ
ートルの電流密度をもつて負荷すると、１００時間の稼
動時間において過酸化水素に対する電流効率９１パーセ
ントが生じた。

稼動中のセル電圧はニツケル板を陽極として使用する際
に１．８ボルトであつた。前記の電解液の温度は２５℃
であつた。さらに他の電極では同一の電流密度２０アン
ペア／平方デシメートルで、且、セル電圧１．６ボルト
で、且、４８時度の稼動時間の際に過酸化水素に対する
電流効率は９８．５パーセントであつた。次に本発明の
方法により製造された電極の使用方法を実施例を用いて
より詳細に説明する。

図面は１種のいわゆる展開図の形での電解セルの陰極ユ
ニツトの模式図を示す。前記の陰極は１個のガス室１に
連結されており、このガス室に１個の管路２を介して酸
素、又は酸素を含有する気体を送入する。

前記の陰極は本発明の方法に従つて、活性炭と結合剤及
び疎水性の添加剤との混合物の層３を被覆した、支持骨
組として使用されている微細網のニツケル製の支持網４
から形成される。

この支持網４は縁部において荒いメツシユのニツケル網
５に結合されており、このニツケル網に１個のニツケル
枠材６が張られており、このニツケル枠材が前記の支持
網４の前記のガス室１に対して反対側の側面において、
前記の荒いメツシユのニツケル網５を支持している。前
記の支持網４の縁部領域においてこの支持網４と前記の
ガス室１の壁部７との間に１個のパツキング８があり、
このバツキングがガス室１の壁部７に前記のニツケル枠
材を張つた後に気密な漏止めとして作用する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の方法により製造された陰極を用１た電解
セルの模式図である。 図中、１はガス室、３は層、 ４は支持網である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ９００℃よりも高温で灼熱した活性炭粉末を結合剤
   と疎水性の添加剤とに混合し、この混合物の形態で導電
   性の支持骨組に結合させる、過酸化水素の製造に適した
   電極を製造するための方法において、原料活性炭粉末を
   水素雰囲気中で灼熱し、且、冷却させることを特徴とす
   る方法。 ２ 前記の水素雰囲気が前記の活性炭粉末中に混入する
   水素ガス流によつて形成されることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 前記の活性炭粉末を少なくとも３０分間灼熱するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項、又は第２項に記
   載の方法。 ４ 前記の灼熱を１０００℃と１２５０℃との間の温度
   範囲で行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項か
   ら第３項までの何れか１項に記載の方法。 ５ 前記の灼熱を行なう反応室の体積が前記の水素ガス
   流により１時間あたり２回から７回まで置換されるよう
   に、この水素ガス流量を調整することを特徴とする特許
   請求の範囲第２項から第４項までの何れか１項に記載の
   方法。 ６ 前記の活性炭粉末を１時間から２時間までの間の時
   間灼熱することを特徴とする特許請求の範囲第１項、又
   は第２項に記載の方法。 ７ 前記の原料活性炭の粒径が４０ミクロンよりも小さ
   いことを特徴とする特許請求の範囲第１項、又は第２項
   に記載の方法。