JPS63506B2

JPS63506B2 -

Info

Publication number: JPS63506B2
Application number: JP55040454A
Authority: JP
Inventors: Keiji Kawasaki
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1980-03-31
Filing date: 1980-03-31
Publication date: 1988-01-07
Also published as: JPS56139685A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は陰、陽両極間に陽イオン交換膜を設置
して塩化アルカリ水溶液の電解を行うにあたり該
電解を低電解電圧下に行い得る方法に関するもの
である。より詳細には上記陽イオン交換膜を陰、陽両極
間に不動状態に固定保持することにより該両極間
距離を可及的に短縮して塩化アルカリ水溶液の電
解を行う方法にある。陰極と陽極との間に陽イオン交換膜を放置して
陰極室と陽極室とを構成して水溶液の電気分解を
行ういわゆるイオン交換膜法が実施されている
が、使用されるイオン交換膜は一般には例えば
100μないし300μ程度の薄膜であり、一般には自
己支持性がない。それ故、電解中に電解液の流れ
により揺れ動くことが多く、若し陰、陽両極間距
離が短い場合は、該イオン交換膜の一部分が電極
に接触し、その部分は大電流が流れてイオン交換
膜を損傷しやすい。従つて両電極間距離の短縮による電解電圧の低
下には限度があり、この問題の解決策が種々提案
されている。即ち、陰、陽両極室の電解液にヘツ
ド差を設けてイオン交換膜をいずれかの電極に押
しつけてイオン交換膜の動揺をなくする方法（特
開昭51−68477、特開昭51−103099）、一方の電極
表面にイオン交換膜を重ね該イオン交換膜と他の
電極間に導電性のばらばらの粒子状物を充填して
該イオン交換膜の位置を安定して固定する方法
（特開昭54−17375）、電極板表面の平滑仕上げ精
度を高めてイオン交換膜を挾む方法（特開昭54−
47877、特開昭54−60295、特開昭54−88898）の
他イオン交換膜と電極表面間に合成樹脂製のスペ
ーサーを介在させる方法（特開昭54−77285）等
が開示されている。しかしこれらの方法を実施しても目的とする電
解電圧の低減は不充分であるばかりかイオン交換
膜の固定方法には種々の問題点があり、所期の目
的は充分達成されたとはいえない。即ち、前記圧
力差を利用する方法では、電解液の上部と下部で
イオン交換膜にかかる圧力に差があり、更に圧力
差を一定に保持すること自体が困難であり、圧力
差に変動があるとイオン交換膜の動揺をきたしや
すいので極間距離の短縮には限度がある。また前
記ばらばらの粒子状物を充填する方法は電解槽の
組立、解体時にばらばらの小片物を扱う煩雑さが
あること、該粒子状物を密に充填する場合、イオ
ン交換膜をずらせる方向の力がはたらくため該膜
に皺が生じやすいこと、充填する間隙部分がせま
い場合は該間隙部分に均一に前記粒子状物を充填
することが困難であること、発生ガスが該粒子状
充填層背面に抜けず充填層からそのまま出るため
ガスギヤツプに基づく電解電圧の上昇を来たすな
ど問題点が多い。一方、前記電極で挾む方法は特
に電極表面積が広い場合等においては両電極を均
一に突きあわせられるほど平滑に仕上げ精度を上
げることの他両電極のねじれ変形防止等が実際上
難しい。更に前記スペーサーの利用の場合該スペーサー
の占める面積によつては電極面上の電流密度にば
らつきを生じ、またイオン交換膜および電極面全
面にわたり合成樹脂製ネツト等非導電性材料を介
在させることは発生ガスが滞留しやすい点及び極
間距離が拡がることにより電解電圧低減効果が下
る点で問題がある。本発明者はこれら諸問題点を考慮して研究した
結果いわゆるイオン交換膜法における、電極間距
離の短縮を容易に行い得て有効に電解電圧を低下
させることに成功し、本発明を完成するに到つ
た。本発明の要旨は、陽極と陰極間に陽イオン交換
膜を設置して塩化アルカリ水溶液を電解する方法
において、陽極およびまたは陰極として、相互に
からまりあつた導電性繊維状物集合体薄層を用い
該薄層の外面には集電体を配して両電極、陽イオ
ン交換膜及び集電体を一体的に締めつけて電解す
る塩化アルカリ水溶液の電解方法にある。以下本発明を詳細に説明する。通常、陽極としてはバルブメタル製またはバル
ブメタル酸化物等を被覆したボツクス型の金属電
極が用いられ、陰極としては、鋼製金網が用いら
れるが本発明においては陽極及びまたは陰極とし
て相互にからまりあつた導電性繊維状集合体薄層
を用いるものであり、イオン交換膜を挾んで両極
を締めつけることにより両電極は極度に接近する
が、前記繊維状集合体は締めつけ力が弱い場合ま
たは全面にわたり不均一である場合はイオン交換
膜を通しての電流は場所的に一様でないため、該
集合体内の電流分布にも不均一を生じ好ましくな
い。この問題は該集合体の外面に金網状、格子状
の発生ガスを背面に通す多孔板等であつて導電性
の集電体を当て、必要ならばこれを更に耐彎曲性
補強材で補強して前記両極とともに締めつけるこ
とにより解決しうることを見出した。該集電体を
利用することにより電流は該集電体全面に流れる
ので該集合体内電流分布に不均一は生じない。な
お該集電体の導電性は前記集合体に比べ少くとも
悪くない材料が用いられ、その例としては陽極側
の場合はチタンその他のバルブメタル製基材に白
金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジ
ウム又はこれらの酸化物単独もしくは混合物等の
被覆したものが挙げられ、陰極側の場合はニツケ
ル、鉄、ステンレス鋼、チタン、白金族金属等が
挙げられる。本発明において用いられる相互にからまりあつ
た導電性繊維状物集合体薄層とは、接する電解液
とか電解により発生するガスに耐蝕性を有する導
電性材料単体あるいはこれらの材料を被覆した複
合体からなる繊維状物の集合体薄層であり該集合
体の態様としては綿状のウエブ、フエルト、低密
度ウエブ焼結体、織布あるいは網体等の弾力性の
あるシート状物がある。なおここにいうウエブと
は適当な長さに切つた繊維を開繊維にかけて綿状
にしたものを言い、フエルトとは前記ウエブにニ
ードルパンチ等をかけてからみ合いを強化したも
のである。また低密度ウエブ焼結体とは前記ウエ
ブを軽く圧縮した状態で焼結し、繊維状物を相互
に固着させた弾力性のある焼結体を指す。この場合、該薄層の性能は目付け（ｇ／cm²）及
び締めつけ後の厚み（mm）に支配されるが、締め
つけ後の厚みが小の場合、目付けが小に過ぎると
イオン交換膜の均一な密着性を低下させ、大に過
ぎると、大きい締めつけ力を要し、また、イオン
交換膜の損傷を来たし易い。一方締めつけ後の厚
みが大の場合、目付けが小に過ぎるとガスギヤツ
プを生じ易く、電解電圧を上昇させてしまう。し
かし逆に大に過ぎることは技術的にも経済的にも
意味がない。即ち繊維状物使用量の増大とガスギ
ヤツプの発生は避けられないことである。結局、
締めつけ後の厚みは大き過ぎないようまた小に過
ぎないようにして適当な目付けを選ばなければな
らないが締めつけ後の厚みは通常、0.1〜５mmが
好適である。なお、該厚みを再現性よく一定にするため該集
合体周囲部分に耐蝕性金属または合成樹脂製のス
ペーサーを置くと便利である。また該繊維状物に
適する導電性材料としては、陰極として用いる場
合には鉄、ニツケル、鉄とニツケルのうち少くと
も１を含有する合金および白金族金属からなる群
から選ばれる材料が好適であるが、これら材料か
らなる繊維表面に水素過電圧の低い公知の材料を
コーテイングまたはメツキしてもよい。一方、陽
極として用いる場合には白金族金属、該金属の酸
化物あるいは炭素等の材料が使用に適する。なお
陽極の場合も陽極液に対して耐蝕性があり且つ塩
素化電圧の低い公知の材料をコーテイングまたは
メツキして用いてもよい。なお、陽イオン交換膜材質は特に限定されるも
のではないが通常用いられるものとしては弗素化
ビニル、ジビニルベンゼン系ポリマー等を含有す
る陽イオン交換膜等が用いられる。以上述べた両電極、イオン交換膜、集電体の一
体化は種々の方法がとられるが、バネにより単位
毎に締めつける方法、あるいは単位毎でなくフイ
ルタープレス形式に締めつける方法等があるがこ
れらの方法に特に限定されるものではない。本発明は以上説明した構成をとることにより電
極に陽イオン交換膜を均一で且つ極度に接近させ
得、しかも該接近方法が容易に実施し得て、終局
的には低電解電圧で電解しうる効果を伴うことを
見出したものである。以下実施例でもつて本発明の効果を説明する。実施例１酸化ルテニウムで被覆したチタン製エクスパン
ドメタルスクリーンの陽極、ステンレス鋼製エク
スパンドメタルスクリーンの陰極用集電体をフツ
素樹脂系陽イオン交換膜（商品名ナフイオン
＃315）にて仕切り、かつ陰極用集電体とイオン
交換膜との間に第１表に示す各種の導電性繊維状
物集合体薄層を介在させ、全体を全面にわたり締
めつけて電解槽の構成に供した。電解槽の陽極室に310ｇ／の食塩水を供給し、
陰極室にはイオン交換水を供給して80℃の温度条
件、20A／ｄm²の電流密度条件にて電解を行なつ
た。この場合の陰極液は20wt％NaOH濃度、陽
極液、陰極液面は、ほぼ同一とした。このような条件下での電解の結果を第１表に示
す。なお、実施例において、導電性繊維状物集合体
薄層を用いず且つ陰極用集電体を陰極として用
い、電極間距離を５mmとし、その中間にイオン交
換膜を固定した場合の結果を比較例として同表に
示した。

【表】

【表】実施例２陰極用集電体とイオン交換膜との間に第２表に
示す各種の導電性繊維状物集合体の薄層を介在さ
せ、その周囲に該薄層厚みを一定にするために、
第２表に示す厚さのテフロン製スペーサーをおい
た他は実施例１と同じ方法で電解槽を構成し電解
を行つた。その電解の結果を第２表に示す。第２表に示した比較例２は前記比較例１の値を
転記したものである。

【表】実施例３酸化ルテニウムで被覆したチタン製エクスパン
ドメタルスクリーンの陽極用集電体、ステンレス
鋼製エクスパンドメタルスクリーンの陰極用集電
体をフツ素樹脂系陽イオン交換膜（商品名ナフイ
オン＃315）にて仕切り、かつ、陽極用集電体と
イオン交換膜との間に炭素繊維のウエブ（線径
0.01mmφ、目付0.026ｇ／cm²）、陰極用集電体とイ
オン交換膜との間に鉄繊維のウエブ（線径0.025
mmφ、目付0.27ｇ／cm²）を介在させ両集電体をイ
オン交換膜に向けて押しつけ、電解槽の構成に供
した。電解槽の陽極室に310ｇ／の塩水を供給し、
陰極室にイオン交換水を供給して80℃の温度条
件、20A／ｄm²の電流密度条件にて電解を行なつ
た。この場合の陰極液は20wt％のNaOH濃度、陽
極液、陰極液面はほぼ同一とした。このような条件下での電解の結果、電解電圧は
3.35Vであつた。

Claims

【特許請求の範囲】１陽極と陰極間に陽イオン交換膜を設置して塩
化アルカリ水溶液を電解する方法において、陽極
およびまたは陰極として、相互にからまりあつた
導電性繊維状物集合体薄層を用い該薄層の外面に
は集電体を配して両電極、陽イオン交換膜及び集
電体を一体的に締めつけて電解することを特徴と
する塩化アルカリ水溶液の電解方法。２表面の滑らかな陽極板表面に陽イオン交換
膜、相互にからまりあつた導電性繊維状物集合体
薄層及び陰極集電体をこの順序で重ねて一体的に
締めつけて電解する特許請求の範囲第１項記載の
塩化アルカリ水溶液の電解方法。３陰極として用いる、相互にからまりあつた導
電性繊維状物集合体薄層を構成する繊維状物が
鉄、ニツケルおよび鉄とニツケルの少くとも１を
含有する合金からなる群から選ばれる材料を使用
した単独もしくは混合繊維状物である特許請求の
範囲第１もしくは２項記載の塩化アルカリ水溶液
の電解方法。