JPS62235492A - イオン交換膜の装着方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、アルカリ金属塩水溶液の電解に用いるフィル
タープレス型電解槽にイオン変換膜を装着する方法に関
する。詳しくは、予め寸法安定化処理したイオン交換膜
の特定部分のイオン交換基を除去して電解槽に装着する
方法を提供するものである。

（従来技術およびその問題点） フィルタープレス型電解槽は、内部に陽極を収納した陽
極室枠と内部に陰極を収納した陰極室枠（これら両者を
総称して電極室枠とも称する）とをイオン交換膜を介し
て相対させた基本構造（：３−ニットセルと称する）よ
シなる。この場合、１つの陽極室と１つの陰極室とが隔
壁を介して接合し、各室内にある陽極および陰極の間が
電気的に接続された複極式構造、及び陰極室と陰極室と
が夫々独立に形成される単極式構造がある。いずれの構
造にあっても、これらの電極室は多数重合して締付けら
れ、−個のフィルタープレス型電解槽として形成される
。

かかるフィルタープレス型電解槽においては、外部に電
解液および気体が渥れるのを防止するために、電極室枠
である陰極室枠と陰極室枠との間にそれぞれ・ぐツキン
を挿着してイオン交換膜を込み締め付けている。

ところで、上記したようなフィルタープレス型電解槽に
おいては、構造上で陽極側・ンツキンとイオン交換膜と
の隙間に電解時に低濃度のアルカリ金属塩水溶液の溜り
部分を生ずる問題がある。特に工業的な大型のフィルタ
ープレス型側ＩＢは、重量も大きくなるため、一般には
電極室枠を架台上に乗せて該枠１司にイオン＝ＺＰ、を
膜および・ぐツキンを一枚づつ順次に挿入し、人手によ
りこれを保持しつつ、仄の７＝極室枠を押しつけ挾み込
む作業により組立てられる。このような作業による場合
、挾み込む時に電極室枠間で締付枠部に若干のズレを生
じることが避けられなかったり、また締付時にパツキン
全成極ヱ粋の周縁部に一致するようにはり合わせ挿着し
ようとしても、パツキン間でズレが生ずることも避けら
れなかった。このような陽極室枠のパツキンが陰極室枠
のパツキンよシもずれて―極室内に入っている状態の電
解槽をアルカリ金属塩水浴液の電解に供した場合には、
締め付けが不十分な陽極側の・セラキン部ておいて、！
・ぐツキ／とイオン交換膜とに隙間を生じて塩水が存在
することになる。したがって、実際にｉｐ？＃を実施し
た場合、電流は上記した・ぐツキンとイオン交換膜との
隙間部分にもイオン交換膜を介して流れるが、そｎに伴
い該隙間部分における塩水の供給が不足をきたす。その
ため、上記の隙間部に対応するイオン交換膜の陽極側面
において塩濃度が低下することによυ、陰極側面に多量
の水ぶくれが生じ、イオン交換膜の破損を生ずるばか９
か。

その破損した膜部分から陰極室中へ陽極液が混入し、生
成した苛性アルカリ中へ塩類が混入したシ、逆に陽極室
へ陰極液が混入して電流効率の低下を招くなどの問題を
起こす。このような状態が生じてイオン交換膜が破損し
た場合、該イオン交換膜の交換を余儀なくされ、アルカ
リ金属塩水溶液のフィルタープレス型電解槽を長期間に
わた多連続運転することが困難となる。

上記の問題を解消するために、例えばフィルタープレス
型電解槽を締め付けた際に陰極室側パツキンの内縁が陽
極室側パツキンより内側に存在する如く構成すること（
実開昭５９−２８５５８号）、陰極室枠側パツキンとイ
オン交換膜又は陰極室枠の間にテフロン等の絶縁性フィ
ルムを該フィルムの内縁が陽極室側パツキンよシ内側に
存在するごとく介在させること、或いは陰極室枠の圧接
面の内縁が陽極室枠の内縁よりも内側に存在するごとく
構成すること（実開昭５９−７６５６５号）が提案され
ている。しかしながら、前２者の構成では、上記問題を
ある程度まで解決することができるが、陰極室側の・や
ツキン及び絶縁性フィルムはイオン交換膜と該パツキン
又は絶縁性フィルムの密着（圧接）が不十分である。他
方、後者の構成では、イオン交換膜に接する／４’ツキ
ンおよび陽極の面が同−勝上に位置する場合に有効であ
るが、一般に陽極がチタン等の材料ではそのような形状
に加工することが難しいために、パツキンと陽極との面
が同一線上に位置できない場合も多く、特に７９２４７
面の方が凸状になる場合にはイオン交換膜とパツキンと
が十分に密着されない。

（問題点を解決するための手段） 本発明者等は、フィルタープレス型電解槽におけるイオ
ン交換膜の上記した如き劣化について着目して、その防
止するための１＋ｌｊ便な手段について鋭意検討した。

その結果、イオン交換膜を予め膨潤させた状態で該イオ
ン交換膜の所定部分におけるイオン交換基を除去した後
、該イオン交換膜をフィルタープレス型電解槽に装着す
ることによって、アルカリ金属塩水溶液の電解における
問題点が容易に解消される効果を見い出し、本発明を提
案するに至った。即ち、本発明はイオン交換膜と電極室
枠とを交互に多数配列して締め付けたフィルタープレス
型アルカリ金属塩水溶液の電解槽において、予め寸法安
定化処理したイオン交換膜を少なくとも電極室枠との締
付面の内縁よシ内側の周辺部に存在する該イオン交換膜
のイオン交換基を除去して電解槽に装着することを特似
とするイオン交換膜の装着方法である。

本発明に用いる′電解槽は、イオン交換膜と電極室枠と
をパツキンを介して交互に多数配列して締め付けたフィ
ルタープレス型の構成を有する限りにおいて、単極型で
も複極型でもよい。電解槽に用いられる電極室枠は、一
般に額縁状の形状を有し、その内部に陽極または陰極が
それぞれ取付け構成された陽極室枠および陰極室枠とが
ある。陽極室枠の材質は耐塩素性の金属やプラスチック
、また陰極室枠は耐アルカリ土類金属やプラスチックが
使用される。この際、電極室枠の細かな形状は電解槽や
電極の形状により任意に選定すればよく、また電極の材
質、形状等も公知のものが特に制限なく匣用できるが、
特に孔径の小さいものが加工性に優れるため好ましく用
いられる。また、・母ツキンは中央に欠損部を有する形
状で、該パツキンの外形、欠損部の形状、サイズ、厚み
及び材質等は特に限定されるものでない。

本発明における最大の特徴は、上記したフィルタープレ
ス型電解槽に装着するイオン交換膜を予め寸法安定化処
理した後、１穫室枠との締付面の内縁より内側の周辺部
に存在する該イオン交換膜のイオン交換基を除去するこ
とにある。即ち、このような処理したイオン交換膜を装
着しまた電解槽においては、電極室枠との締付部の内縁
より内側に存在する部分の該イオン交換膜がイオン交換
基を有していないため、その部分には′電解゛亀流が流
れず、したがって、上記した締め付は部におけるイオン
交換膜の水ぶくれによる破損が防止される。

かかる本発明の効果を達成するためには、特にイオン交
換膜を予め寸法安定化処理することが極めて重要である
。即ち、予め寸法安定化処理をすることなく単に所定部
分のイオン交換基を抜いたイオン交換膜あるいは所定部
分のイオン交換基を抜いた後に寸法安定化処理したイオ
ン交換膜を装着した電解槽においては、該イオン交換膜
が電解時に接触する溶液によりｅ潤あるいは収縮してシ
ワまたはピンホールの発生に至ったり、イオン交換基を
除去した膜部分の位置がダレるため締め付は部において
水ぶくれが生じる結果を招く。なお、本発明において「
内側」とは電極室内部という甘味で、イオン交換膜にお
いてイオン交換基を除去する部分は少なくとも締付部の
内縁よシ内側の周辺部であシ、一般には電極室枠の内周
縁部よシ５〜５０＋ａ＋程度の内側である。

本発明に用いられる寸法安定化処理は、イオン交換膜を
アルカリ金属塩水溶液の電解に、供するに際して、該膜
が電解溶液によシ膨潤または収縮しないように安定化す
ることで、公知の方法が特に制限なく用いられる。例え
ばイオン交換膜を？’ｒａＨＣＯ３溶液に浸漬し、次い
で純水に浸漬する方法、イオン交換膜を膨潤させる溶媒
と接触させた後、周辺を固定して収縮させる処理を施こ
す方法（特開昭５８−１６３４４６号）、さらに固定し
た状態で熱処理を行い、次いで再び有様溶媒で膨潤させ
る方法（特開昭５９−８４９２５号〕などがある。これ
らの方法に用いる溶媒としては、例えばメタノール、エ
タノール、：１２°ロバノール、エチレングリコール、
プロピレングリコール、グリセリン等の１〜３価のアル
コールやエーテル、水等が一般的である。また、上記し
たイオン交換膜の膨潤は、線倍率が１．１倍以上となる
ように溶媒に浸漬する方法、また収縮は乾燥により５０
〜１００％の復元率で収縮させる方法が一般的でアシ、
これらはイオン交換膜の種類や電解条件等に応じて適宜
選定すればよい。

本発明においてイオン交換膜の所定部分におけるイオン
交換基を除去する方法は、該イオン交換膜のイオン交換
基の４類に応じて公知の方法を適宜採用することができ
るが、一般に熱プレスによる方法が好ましい。したがっ
て、電解槽は１寸法安定化処理したイオン交換膜の予め
決定した所定の位置に熱ブレスした該イオン交換膜を装
着する方法、或いはイオン交換膜の装着時に直接に熱プ
レスする方法などによって構成される。かかる熱プレス
の条件はイオン交換膜の種類によシ異なるが、パーフル
オロカーがン系の陽イオン交換ｇ　。

場合には一般Ｋ　５　ｋｌｌ／ｃＩｒＬ以上の圧力で３
００℃以上の温度に１０秒以上接触させる方法が適当で
ある。

本発明に用いられるイオン交換膜は、アルカリ金属塩水
溶液の電解に耐久性を有するものであれば特に制限さｎ
ないが、一般には陽イオン交換基を有する所謂パー７０
ロカーゴン系の陽イオン交換膜が好適に用いられる。又
、アルカリ金属塩水溶液の電解方法は、例えば陽極室に
３〜５規定軸の塩化ナトリウム等の塩水を供給し、一方
の陰極室には水または希釈アルカリ金属水酸化物溶液を
供給し、一般に常温〜９５℃の温度、電流密度１０〜５
０　Ａ／　ｄｍ２０条件で電解を行なう方法など公知の
イオン交換膜法プロセスにおける条件を特に制限なく採
用することができる。

（効果） 本発明によれば、イオン交換膜を寸法安定化処理した後
、電極室枠との締付面の内縁よシ内側に存在するイオン
交換基を除去して電解槽に装着するため、電解槽を締め
付けた際に電極室枠との締付面の内縁よシ内側に存在す
るイオン交換膜の部分がイオン交換基を有さないため、
電解時における前記した諸問題を解決することができる
。

（実施例） 以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明するが１本発
明は以下の実施例に特に限定されるものではない。

実施例１ ・ぐ−フロロカーボン系の陽イオン交換膜（Ｋ型）を、
膜面積ｍ当Ｄ６０１の２　Ｔｏ　ＮａＨＣＯ３水溶液に
２５℃の温度で８時間浸漬し、その後に膜面積当り６０
１の純水に２５℃の温度で８時間浸漬して寸法安定化処
理を行なった。

その後、陽イオン交換膜の陽極ガスケットの内縁部に相
当する部分より外側に１０ｗ幅、内側に２０ｗ幅で湿状
態のまま下記条件で熱プレスを行い、上記の該当部分の
イオン交換基を除去した。

得られたイオン交換膜を寛解相に装着し、下記条件で３
６０日間電解した後に膜を取シ出したところ、膜面に水
ぶくれの発生は見られなかった。また、電流効率も初期
９６％でスタートし最終的に９５％を保った。

熱プレス条件二　　′ ブレス圧：１０敏１Ｇ 温　　　度：　　３００〜３５０℃ 加熱時間：　２０　ｓｅｃ 電解条件： 電流密度二４　ＯＡ％ｄｍ２ 電解理屈：９０℃ 陽極液ＮａＣ２Ｍ度：　２１０１１／１陰極液ＮａＯＨ
９度：３２ｗｔ％ 通電面積：　２．７　ｍ２ 比較例１ 実施例に示す寸法安定化処理を実施した後、熱プレスを
実施しないｔまに電解槽に装着し、３６０日間電解した
後に膜を取シ出したところ、陽極ガスケット内縁部に沿
って膜面に水ぶくれが生じていた。また電流効率も初期
９６ｑ６でスタートしたが最終的に９０係まで低下した
。

比較例２ 熱プレスを実施した後に実施例に示す寸法安定化処理を
実施したところ５熱プレスを実施した部分と実施しなか
った部分とで膜の伸び率が大きく異なるためシワが発生
し電槽への膜セットが出来なかった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）イオン交換膜と電極室枠とを交互に多数配列して締
   め付けて構成するフィルタープレス型アルカリ金属塩水
   溶液の電解槽において、予め寸法安定化処理したイオン
   交換膜を少なくとも電極室枠との締付面における内縁よ
   り内側の周辺部に存在する該イオン交換膜のイオン交換
   基を除去して電解槽に装着することを特徴とするイオン
   交換膜の装着方法。