JPS6143435B2

JPS6143435B2 -

Info

Publication number: JPS6143435B2
Application number: JP54112432A
Authority: JP
Inventors: Toshimasa Okazaki; Osahiro Nakagawa
Original assignee: Toagosei Co Ltd
Current assignee: Toagosei Co Ltd
Priority date: 1979-09-04
Filing date: 1979-09-04
Publication date: 1986-09-27
Also published as: JPS5638486A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は塩化アルカリ水溶液電解用電解槽、特
に、上記水溶液を電解するための、陽イオン交換
膜を使用する竪型電解槽に関する。

陽イオン交換膜を使用する電解方法は最近工業
的に実施されるようになつている。

一般に塩化アルカリの電解においては電力費の
全製造コストに対する割合が大きいため、電解操
作を行うのに必要な電圧の低下および電流効率の
向上に努力が払われている。

本発明者らは上記電解電圧の低下を可能にする
方法について種々検討している際に、1977年10
月、ジヨージア洲アトランタで開催された米国電
気化学協会で発表された「クロロアルカリセルに
おけるナフイヨン膜の電気化学的特性」と題する
デユポン社、ベルツイン氏の論文から、前記ナフ
イヨン膜が気泡に覆われることにより槽電圧が約
0.5V高くなることおよび従つてこの気泡の付着
を防止することが槽電圧の低下に有効であること
を知見し、この考え方を陽イオン交換膜を使用す
る竪型電解槽に利用すべく種々検討した結果、本
発明を完成したものである。

従つて本発明によれば、塩化アルカリ水溶液を
電解するための、陽イオン交換膜を使用する竪型
電解槽において、陰極面上に脱着可能なかつ可撓
性をする低水素過電圧の多孔性金属網、実質的に
液透過性でかつ水素ガス気泡透過性の多孔性フイ
ルムおよび陽イオン交換膜を上記の順序で重ね合
せ、そしてこれらを拡張可能な陽極により密着さ
せ、接触させることにより陰極構造体を構成させ
てある、塩化アルカリ水溶液電解用電解槽が提供
される。上記本発明の電解槽においては必要に応
じて更に陽極と陽イオン交換膜との間にスペーサ
ーを挿入することができる。

陽イオン交換膜を使用する通常の竪型電解槽に
おいては、陽極と陰極とを数mmの間隔を置いて設
置しそして多く場合、陽イオン交換膜は陽極側に
取付けられるが、本発明においては陽イオン交換
膜は前記した通り、多孔性金属網および多孔性フ
イルムを介して陰極側に取付けられている。

本発明で使用する陽イオン交換膜は陽極液およ
び陰極液の両者に対して耐蝕性を有する含フツ素
膜であることが好ましい。また、含フツ素膜とし
てはイオン交換基が強酸性基または弱酸性基であ
るもの、あるいはこれらの両者を有するものを使
用し得る。かかる含フツ素陽イオン交換膜として
は例えばデユポン社製のナフイヨン（Nafion）膜
を挙げることができる。

陰極板の材質は鉄、ニツケルまたはこれらを含
有する合金であることができ、またその形状はガ
ス抜きを考慮した場合、多孔性のもの、例えばエ
キスパンドメタル、金網、パンチングプレートま
たはスダレ状のものであることが好ましい。

陰極面上に重ねる低水素過電圧の多孔性金属網
は可撓性を有する、任意の形状をとり得るもので
あることが好ましい。かかる金属網としてはメツ
シユ（網）、金属製ウール、金属製織物等を挙げ
ることができる。これらの金属網は多孔性である
ことが必要であり、金網の場合、目の大きさは
600〜10メツシユ程度である。多孔性金属網の材
質は鉄、ニツケルあるいはステンレススチールで
あることができるが、ニツケルまたはニツケル合
金であることが好ましい。

上記多孔性金属網には低水素過電圧処理が施さ
れている。かかる低水素過電圧処理を施された金
属網としては前記基材にAl，Znを付着させた
後、溶出処理を施したもの、白金族金属等を被覆
したもの、NiまたはCoあるいはこれらを主成分
とする合金であつて金属状態あるいは酸化物、炭
化物の状態のものを被覆したもの等を挙げること
ができる。多孔性金属網は、通常陰極面上に単に
重ね合せるだけで使用し得るが、組立の際に不都
合な場合には細い針金等で部分的に固定すること
もできる。従つて、この金属網が劣化して水素過
電圧が上昇した場合には容易に交換できる。ま
た、使用上は拡張可能な陽極で密着させる程度で
十分に電気的に接触して作動する。

多孔性金属網上に載置される多孔性フイルムは
液やイオンに対しては透過性を有するが、電解に
より発生した水素ガス気泡に対しては実質的に不
透過性のフイルムである。このフイルムの孔径は
１〜100μ程度であり、厚さは0.05〜２mm程度で
ありまたその電気抵抗は10Ω⁻cm²以下であること
が好ましい。またこのフイルムは軟質のものであ
ることが好ましく、金属板のごとき硬質のものは
好ましくない。この目的に使用し得るフイルムと
してはポリプロピレン、テフロン、アスベストま
たはポリ塩化ビニルフイルム、あるいは、黒鉛粉
末をテフロン分散体またはテフロン粉末を用いて
焼結して得られたフイルム等を挙げることができ
る。また多孔性フイルムは網状、織布状、あるい
は、ウール状のものを半固めにしたもの、シート
状のもの等種々の形状のものであり得る。

上記多孔性フイルムを使用する目的は水素ガス
気泡が陽イオン交換膜面に付着するのを防止する
ことにあり、従つてこの目的に適合しかつ前記し
たごとき条件を満すものであればいかなるフイル
ムでも使用し得るが、経済性を考慮した場合に
は、特に、電気抵抗が前記した通り10Ω⁻cm²以下
のものであることが好ましい。

電解槽の運転を停止している際には塩素ガスが
陽極液から拡散により陽イオン交換膜を通過し、
該イオン交換膜と陰極、あるいは、本発明におけ
るごとく低水素過電圧の多孔性金属網を使用する
場合にはイオン交換膜と上記金属網との接触面が
著しく腐蝕され、その結果、イオン交換膜の陰極
面も汚染されることがある。本発明において前記
多孔性フイルムを使用する第２の目的はかかる幣
害を防止することにある。しかしながらかかる多
孔性フイルムを使用した場合においてもなお上記
したごとき腐蝕を生ずることがあるので、電解操
作の停止時には陽極液を塩化アルカリ水溶液や水
で置換することにより塩素ガスを可能な限り速や
かに除去することが好ましい。なお、上記したご
とき陰極等の腐蝕を防止するためには防蝕電流を
流すことが好ましい。この防蝕電流によりClo^-
が還元されるので、電流密度は陽イオン交換膜の
種類によつても異るが10〜100mA/dm²程度であ
ることが必要である。

本発明においては陰極板、多孔性金属網、多孔
性フイルムおよび陽イオン交換膜を密着状態にす
るためには、前記した通り、拡張可能な陽極が使
用される。かかる陽極は公知であり、例えば特公
昭50−35031号公報に記載されている。本発明で
使用される拡張可能な陽極は陰極方向に拡張する
スプリング機構を有するものである。竪型電解槽
においてはその分解時には陽極板が数ミリ数10ミ
リ程度、突出しているが、この突出部分は電解槽
の組立時に所定の寸法の突出位置まで縮少され、
その結果生ずる反撥力（弾力）により前記陰極構
成部材全体を圧縮し、接触させる。アスベスト隔
膜電解槽においては、陽極を縮少させた状態で組
立て、その後、ピンを抜いて陰極アスベスト面方
向に拡大させる方法も行い得るが、本発明で使用
する場合には電解槽の枠の上部が開放型でない場
合が多いので、上記したごときピンを抜くことに
つて陽極を拡張させるより、前記したごとく陽極
面を突出させた状態にし、組立時に圧縮する方法
を行うことが望ましい。

最後に、本発明においては電解槽を構成するに
あたつては陰極板と陽極板の間にある陽イオン交
換膜の部分と、上記電極の上方部および下方部に
ある上記交換膜の部分とがほぼ同一平面上にある
ことが好ましい。その理由はつぎの通りである；
例えば通常の電解槽において電極間距離を数ミリ
としかつ陽イオン交換膜として含フツ素系補強繊
維により強化されている含フツ素系フイルムを使
用した場合においても、電解槽枠上でパツキンに
よりシールされている部分あるいはその附近で上
記フイルムが破損することがある；本発明におい
てはイオン交換膜を前記した通り拡張可能な陽極
により圧迫しており従つて通常の方法の場合より
電解槽の枠附近でイオン交換膜にこれを破損する
ような力が加わる可能性が大きい；従つて本発明
では陽イオン交換膜全体が上記した通りほぼ同一
平面上にあることが好ましい。上記の目的は電解
槽枠およびパツキンの厚さ、電解槽および電極板
の寸法等を調節することにより達成できる。上記
の点に十分注意しないときはイオン交換膜が破損
する原因となる。

以下においては図面を参照しながら本発明を更
に具体的に説明する。

第１図は本発明による単極式竪型電解槽の部分
断面図、第２図は第１図の部分拡大図である。

第１図において、陽極室枠１には外部がチタ
ン、芯が銅のクラツド棒からなるリード棒２が取
付けられており、リード棒２にリブ３が熔接され
ている。このリブは拡張可能な陽極板４を構成す
るため電気導体とスプリング機構とを備えてい
る。一方、陰極室枠５（本図のものは末端陰極室
枠である）には、外部がSUS304，芯が銅のクラ
ツド棒からなるリード棒６が取付けられており、
このリード棒にはバー７が溶接され、バー７には
リブ８が熔接されている。リブ８には横方向の液
の流れを良好にするために孔９が適当にあけてあ
り、リブ８上にステンレススチールのラス網から
なる陰極板１０が取付けられている。陰極面上に
低水素過電圧の多孔性金属網１１が置かれてお
り、その上に多孔性フイルム１２が置かれてい
る。多孔性フイルム１２と陽イオン交換膜１３は
重ねて電解槽枠部でシールされている。多孔性フ
イルムはシール部が防水処理を施されており、そ
してこの部分が陽極室パツキン１４と陰極室パツ
キン１５により挾まれている。組立前の陽極板は
突出が大きい状態にある。組立てた状態では陽イ
オン交換膜はその電極間にある部分と電極枠の外
側にある部分とがほぼ同一平面となつている。陰
極室パツキン１５は電解槽枠より外側に突出して
おり、これによつて、液もれの際に陽極側と陰極
側とがシヨートするのを防止できる。

図面においては陽極と陽イオン交換膜の間にス
ペーサーを挿入した場合は示されていないが、ス
ペーサーを設けることにより陽極とイオン交換膜
との当り前での交換膜の変形を防止することがで
き、また、イオン交換膜の破損により陽極と陰極
がシヨートするのを防止することもできる。

以下に本発明の実施例および比較例を示す。

実施例１有効膜面積1dm²の電解槽を使用し、電流密度
25A/dm²で試験を行つた。陽極板として、Ir／Pt
＝3/7（重量比）を0.3μの厚さで塗布したチタン
ラス網（LW14×SW7×W1.5×T1.5mm）を拡張
可能な形状にしたものを使用した。陰極板として
SUS304ラス網（LW14×SW7×W1.5×T1.5mm）、
また低水素過電圧多孔性金属網としてニツケル鋼
（ピツチ1.3mm，線径0.35）にRuを0.6μの厚さで
塗布した後、空気中で400℃で焼成したものをそ
れぞれ使用した。多孔性フイルムとして約350メ
ツシユ目開きを有する、厚さ約0.2mmのテフロン
織布（電気抵抗0.05Ω⁻cm²）を使用し、陽イオン
交換膜としてナフイヨン336（デユポン社製）を
使用した。陰極室に25％KOH水溶液を、また、
陽極室に200ｇ/のKCl水溶液を装入してランプ
で70℃に加熱して１時間電解を行つた。その結果
3.4Vの電圧が得られた。

比較例１陰極から低水素過電圧多孔性金属網と多孔性フ
イルムを除いたこと以外実施例１と同一の試験を
行つた結果、3.6Vの電圧が得られた。通電１時
間後に切電し、10分後に液を抜き出して陽イオン
交換膜を点検したところ、交換膜の陰極面側にか
なりの量の鉄分の付着が認められた。

実施例２有効膜面積23dm²の電解槽を使用し、電流密度
30A/dm²で試験を行つた。陽極板、陰極板および
低水素過電圧多孔性金属網としては寸法が異るこ
と以外は実施例１と同一のものを使用した。多孔
性フイルムとしては厚さ0.5mmの「ポリフロンシ
ール」（ダイキン社製品）をエチルアルコールを
用いて親水化処理して使用した。なおこのフイル
ムの電気抵抗は0.11Ω⁻cm²であつた。イオン交換
膜としてはナフイヨン215を使用した。陰極室に
は28％NaOH水溶液を循環し、陽極室には300ｇ/
ｌNaClブラインを分解率50％で供給した。陰極板
をヒーターで加熱して電解槽に循環させることに
より槽出口温度を67〜73℃に保持した。３日間操
作を行つた結果、電圧3.6V，電流効率91％であ
つた。

比較例２陰極から多孔性金属網と多孔性フイルムを除い
たこと以外は実施例２と同一の方法を繰返した。
２日間操作を行つた結果、電圧3.75V，電流効率
90％であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による単極式竪型電解槽の部分
断面図、第２図は第１図の部分拡大図である。第１図および第２図において、１……陽極室
枠、２……リード棒、４……陽極板、５……陰極
室枠、６……リード棒、１０……陰極板、１１は
多孔性金属網、１２……多孔性フイルム、１３…
…陽イオン交換膜である。

Claims

【特許請求の範囲】

１塩化アルカリ水溶液を電解するための、陽イ
オン交換膜を使用する竪型電解槽において、陰極
面上に脱着可能なかつ可撓性を有する低水素過電
圧の多孔性金属網、実質的に液透過性でかつ水素
ガス気泡不透過性の多孔性フイルムおよび陽イオ
ン交換膜を上記の順序で重ね合せ、そしてこれら
を拡張可能な陽極により密着させ、接触させるこ
とにより陰極構造体を構成させてなる、塩化アル
カリ水溶液電解用電解槽。