JP2002004075A - 塩水中の塩素酸塩の分解方法 - Google Patents

塩水中の塩素酸塩の分解方法

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JP2002004075A
JP2002004075A JP2000185370A JP2000185370A JP2002004075A JP 2002004075 A JP2002004075 A JP 2002004075A JP 2000185370 A JP2000185370 A JP 2000185370A JP 2000185370 A JP2000185370 A JP 2000185370A JP 2002004075 A JP2002004075 A JP 2002004075A
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salt water
hydrogen
ruthenium
catalyst
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Osamu Ando
治 安藤
Sei Imayoshi
聖 今吉
Akihiro Sakata
昭博 坂田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 塩酸等を使用することなく、塩素酸塩の分解
効率の高い新規な塩素酸塩の分解方法の提供。 【解決手段】 塩素酸塩を含有する塩水を、粒状または
粉状の活性炭に担持させたルテニウムまたは酸化ルテニ
ウム触媒の存在下に、水素または水素含有ガスと接触せ
しめることを特徴とする塩水中の塩素酸塩の分解方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は塩素酸塩を含有する
塩水中の塩素酸塩の分解方法に関し、更に詳しくは、イ
オン交換膜法塩化アルカリの電解において、循環塩水中
に蓄積してくる塩素酸塩をルテニウム系触媒を用いて水
素ガスと反応させて分解除去することにより塩素酸塩の
蓄積を防止する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】イオン交換膜法塩化アルカリの電解にお
いては、陽極室より排出される濃度の低下した塩水に塩
化アルカリを飽和させ循環使用している。しかしなが
ら、この循環中に塩水中の塩素酸塩が蓄積増加してく
る。塩素酸塩の蓄積による影響はイオン交換膜の劣化、
製品苛性アルカリ中への混入による品質低下、並びに苛
性アルカリを濃縮する際の濃縮缶の腐食等が考えられる
ので、一般に塩水中の塩素酸塩濃度は25g/リットル
以下、望ましくは10g/リットル以下であることが要
求されている。
【0003】塩素酸塩の蓄積を防止するために、従来よ
り種々の方法が継続的に検討されてきた。例えば、晶析
法としては特開昭51-144399号が、還元法としては特公
昭55-16081号、特開昭55-123396号、特開昭60-77982
号、特公昭63-514号、特開平03-65507号、特開平03-153
890号、特開平03-294491号、特公平05-29605号、特開平
05-147928号が、塩酸法としては特開昭53-18498号、特
開昭53-110998号、特開昭54-28294号、特開昭57-19225
号、特公昭61-7478号、特開昭63-129015号、特開平01-2
5992号、特開平04-45295号、特開平04-65317号、特開平
05-4818号、特開平09-111487号が、樹脂法としては特開
平04-88183号、特開平04-88184号、特開平08-165589号
が、電解法としては特開平08-165589号が、ハ゜ーシ゛法(塩
素酸塩濃度が高くなった塩水の一部を抜き出して消費
し、新たな塩水を追加する方法)としては特開昭56-755
82号等が提案されている。
【0004】これらの方法の内、晶析法、還元法、電解
法および樹脂法は、効率が悪く、コスト高になり、また
電解プロセス自体に影響を及ぼす薬剤を使用する場合が
あること等の欠点を有するため、工業的には塩酸法およ
びパージ法が主流となっている。一方で、塩酸法および
パージ法においても夫々克服しなくてはならない問題は
ある。すなわち、塩酸法においては反応液中の塩素イオ
ン濃度・温度条件により反応速度が規定されるため、塩
素酸塩分解設備の操業条件が限定され、操業費用も多大
になること、副反応により爆発性のガスが発生すること
等の問題がある。パージ法においては、塩水中の塩素酸
塩、ボウ硝、食塩、有機塩素化合物他微量不純物のパー
ジ先に与える影響が無視できなくなってきていること、
操業条件によっては食塩ロスが経済的に大きな問題とな
ってこと等である。
【0005】これらを改良した方法として、イオン交換
膜法塩化アルカリ電解槽に供給される循環塩水を、循環
経路中に設けられた触媒層に水素又は水素を含むガスの
存在下で流通せしめる方法が提案されており(特開昭5
6−163286号)、触媒層として、周期律表第VI
II族にある鉄、コバルト、ニッケル、白金、ルテニウ
ム、パラジウム、ロジウム、イリジウム等の金属または
その酸化物から選ばれる触媒の使用が開示されている。
この方法によれば、電解槽に塩酸を添加しないため、電
解槽の電流効率損失分に相当する塩酸量または塩素酸塩
分解工程に添加する塩酸量を厳密に管理することはない
という特長を有する。
【0006】しかしながら、この方法では塩素酸塩の分
解効率が低く、例えば実施例1において、触媒100c
cと飽和塩水300ccを混合して5分間水素ガスをバ
ブリングした結果では、触媒としてRuO2系を用いた
場合では、25℃でClO3 -分解率が19.8%、60
℃においては69.8%で、白金ブラックを用いた場合
では、25℃で32.0%、60℃では73.3%と低
いものであった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、従来
の塩水中の塩素酸塩の分解方法における上記各問題を解
決し、塩酸等を使用することなく、塩素酸塩の分解効率
の高い新規な塩素酸塩の分解方法を提供することであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、塩素酸塩
を含有する塩水を、触媒の存在下で水素または水素含有
ガスと接触せしめることによる塩水中の塩素酸塩の分解
方法を鋭意検討した結果、触媒としてルテニウムおよび
酸化ルテニウムが優れていることを発見すると共に、触
媒を担持する担体の種類および形状が塩素酸塩の分解に
大いに寄与するという予想外の事実を見出し、本発明を
完成するに至った。
【0009】即ち本発明は、塩素酸塩を含有する塩水
を、粒状または粉状の活性炭に担持させたルテニウムま
たは酸化ルテニウム触媒の存在下に、水素または水素含
有ガスと接触せしめることを特徴とする塩水中の塩素酸
塩の分解方法である。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の具体的手段は次のとおり
である。本発明で用いる触媒はルテニウムまたは酸化ル
テニウムである。塩素酸塩の分解は、触媒に吸蔵された
水素ガスが触媒表面に存在する塩素酸塩と、例えば式
(1)のように反応して起こる。 NaClO3 +3H2 → NaCl + 3H2O (1) この反応速度は、触媒の吸蔵水素ガス量および反応温度
に依存する。
【0011】水素ガスを吸蔵する金属としては、ルテニ
ウム以外に、ニッケル、白金、パラジウム等の周期律表
第VIII族の金属が挙げられる。しかしながら、本発
明者等が検討した結果、塩水中の塩素酸塩の分解に関し
ては、ルテニウムが著しく優れた効果を有していること
を見出した。
【0012】本発明では、ルテニウムとして金属ルテニ
ウム以外に酸化ルテニウムも使用できる。しかしながら
酸化ルテニウムは結局のところ、水素により還元されて
金属ルテニウムとなり、塩素酸塩の分解反応に寄与する
ものであるから、敢えて酸化ルテニウムを使用しなくと
も良く、実際金属ルテニウムの方が分解効率が高く好ま
しい。
【0013】本発明は、ルテニウムまたは酸化ルテニウ
ム触媒を、特定形状の活性炭に担持させた点に特徴を有
する。即ち、粒状または粉末状のものが、不定形や板状
のものに比べ、塩素酸塩の分解速度が大きいため使用す
るものである。粒径は600μm以下のものが塩素酸塩
の分解速度が大きいので好ましく、より好ましくは40
0μm以下、特に好ましくは100〜400μmの範囲
の粒状のものである。前述の特開昭56−163286
号では、周期律第VIII族にある金属及びその酸化物
から選ばれる1種又は2種以上からなる触媒を使用する
ものであるが、これら触媒が担体との組合わせにより反
応効率が異なる点についての開示はない。本発明者等
は、これらのうち、ルテニウム系触媒と活性炭との組み
合わせが、著しく反応効率が高くなることを見出し、加
えて、担持する活性炭が粒径300μm程度の粒状のも
のがより広い範囲の条件で効率が高いことを発見した。
【0014】ルテニウムを活性炭に担持させる方法とし
ては、ルテニウム塩の溶液に活性炭を浸漬した後、乾燥
させて加熱還元する方法等が挙げられる。ルテニウムま
たは酸化ルテニウムの活性炭に対する好ましい担持率
は、2質量%以上で、より好ましくは4質量%以上であ
る。2質量%未満では、分解反応が遅く実用的ではな
い。
【0015】塩素酸塩の分解反応は、水素を用いるが純
粋な水素でなく、工業的に副生されたような水素含有ガ
スでも使用可能である。
【0016】分解反応は25℃以上で行えば良いが、本
発明によれば、後述の実施例にもあるように、50℃で
60%以上の反応率が得られる。電解槽からの戻り塩水
は概ね65〜95℃であるので、特に加熱することなく
高効率で塩素酸塩の分解が実施できることになる。分解
反応はpHが低い方が早く進行し、pH2.5以下とす
るのが好ましい。但し、pHが1以下では、活性炭に担
持したルテニウムが溶出する恐れがあるので、好ましく
ない。
【0017】なお、ルテニウムは塩酸酸性・酸素存在条
件でゆっくりと溶出する。このため、水素還元雰囲気下
で反応させることが必要である。また、活性炭自体も酸
性又は中性、60℃以上でクロレートとの反応をおこ
し、塩素の存在下で反応が促進されるが、この反応は水
素還元反応に比べ非常に遅く、反応効率の向上には寄与
していない。
【0018】分解反応はバッチ式でも連続式でも可能だ
が、生産性の点から連続式が好ましい。連続式の場合、
塩水中の塩素酸塩濃度を一定に保つためには、イオン交
換膜法電解槽の陽極室での塩素酸塩生成量と分解反応に
よる分解量が等しくなるように負荷を決定することが好
ましい。このため、循環塩水のうち一部を抜き出しし、
分解装置で塩素酸塩を分解した後、塩水を循環系に戻す
方法が好ましい。抜き出しの比率は循環塩水に対して2
〜30%、好ましくは2〜10%の範囲である。
【0019】分解反応の反応器としては、槽型反応器・
充填層型反応器いずれも使用可能である。塩素酸塩分解
工程に供する塩水中の塩素酸塩の濃度は、あまり高いと
分解に時間を要し、分解しきれずに残る塩素酸塩が出て
くるため、25g/リットル以下が好ましく、更に18
g/リットル以下である。塩水に対する触媒の割合は多
い方が、塩素酸塩の分解速度が早くて好ましいが、多す
ぎると経済的でないので、分解の装置・条件等を加味し
て適宜定めるのが良い。
【0020】本発明による塩素酸塩の分解方法の工程を
図1および2に示す。図1は、塩素酸塩の分解方法の工
程図の一例で、例えば主塩水循環系より一部を抜き出さ
れた塩水および水素を、触媒が必要量投入されている分
解装置1に供給する。内部温度は25℃以上であれば特
に加熱しなくて良い。分解装置1で塩素酸塩が低減した
塩水/触媒混合液は触媒分離装置2に導入される。触媒
分離はデカンター・液体サイクロン等を使用することで
容易に実施できる。触媒分離装置2より分離された触媒
は分解装置1にリサイクルする。塩水は主塩水循環系に
返送する。分解装置1より放出される未反応の水素はリ
サイクル使用してもよいし、そのままパージしても良
い。
【0021】図2は塩素酸塩分解装置1における塩水お
よび水素の流れを詳細に示した工程図である。塩水、水
素の供給方法は、共に下降流(A)でも、上昇流(B)
でも、ガス液向流(C)でも良い。しかし、ガス液向流の
場合はガスは上昇流であるので分解効率が良く好まし
い。分解装置1内では触媒が保持されており、そこを塩
水と水素が互いに触媒と接触しながら通過するようにな
っている。
【0022】
【作用】本発明の特定の活性炭に担持させたルテニウム
または酸化ルテニウム触媒が、単なるルテニウムまたは
酸化ルテニウムより、塩素酸塩の分解効率が遥かに高い
理由は定かではないが、当該活性炭による水素の高速吸
脱着・表面拡散現象により触媒に速やかに水素が供給さ
れるため、水素供給量が、前記式(1)で示される反応
に要する当量分となっているためと推定される。
【0023】
【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明す
る。但し、本発明は実施例のみに限定されるものではな
い。
【0024】実施例1 表1に示す種類の触媒各5.8gを容器に入れた。イオ
ン交換膜法電解の戻り塩水を脱塩素した、ClO3 -濃度
6.4g/リットルの食塩水500ml(pH4〜5)を
入れ、攪拌して80℃に安定させた。水素ガスを2リッ
トル/分吹き込んで2時間反応させた。塩水中の塩素酸
塩の濃度を測定し、反応率を表1に示した。
【0025】
【表1】
【0026】実施例2 ClO3 -濃度5g/リットルの塩水1,000mlを容
器に入れ、触媒を4g(但し、Ru/ジルコニア担体のみ
9g)を添加した。液をpH2に調整の後、攪拌して8
0℃に保ち、水素ガスを2リットル/分吹き込んで2時
間反応させた。塩水中の塩素酸塩の濃度を測定し、反応
率を表2に示した。
【0027】
【表2】
【0028】実施例3 表3記載の濃度の塩素酸塩を含む塩水300ml(pH
=2)と表3記載の触媒100ml(担持率5質量%)
を混合し、25℃または60℃で水素を吹き込み5分間
反応させた。塩水中の塩素酸塩の濃度を測定し、反応率
を表3に示した。
【0029】
【表3】
【0030】実施例4 ClO3 -濃度6g/リットルの塩水を1,000ml取
り、表4記載の触媒を混合し、液をpH2に調整後、5
0℃に保ち、水素ガスを2リットル/分で吹込み2時間
反応させた。塩水中の塩素酸塩の濃度を測定し、反応率
を表4に示した。
【0031】
【表4】
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、イオン交換膜法電解槽
の戻り塩水等の塩素酸塩を含有する塩水から高効率で塩
素酸塩を除去することができ、イオン交換膜法電解の生
産性の向上に大いに寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の塩素酸塩の分解方法の工程の一例を
示す工程図である。
【図2】 塩素酸塩分解装置における塩水および水素の
流れを詳細に示した工程図である。
【符号の説明】
1 塩素酸塩分解装置 2 触媒分離装置 3 塩水 4 水素ガス 5 触媒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G069 AA03 AA08 BA08A BA08B BB02A BB02B BB04A BB04B BC70A BC70B CB81 DA06 EB18X EB18Y FA02 FB44 4K021 BA03 BC02 BC03 CA15 DB31 EA09

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 塩素酸塩を含有する塩水を、粒状または
    粉状の活性炭に担持させたルテニウムまたは酸化ルテニ
    ウム触媒の存在下に、水素または水素含有ガスと接触せ
    しめることを特徴とする塩水中の塩素酸塩の分解方法。
  2. 【請求項2】 粒状の活性炭が粒径600μm以下のも
    のである請求項1の塩水中の塩素酸塩の分解方法。
  3. 【請求項3】 塩素酸塩を含有する塩水が、イオン交換
    膜法塩化アルカリ電解槽に供給される塩水である請求項
    1または2の塩水中の塩素酸塩の分解方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102634813A (zh) * 2012-03-19 2012-08-15 山东东岳氟硅材料有限公司 提高氯酸盐分解效率的方法
CN104651878A (zh) * 2014-11-20 2015-05-27 新疆中泰化学股份有限公司 碱液除氧装置和碱液连续除氧装置及其使用方法

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