JP2002080986A - オゾン発生用電極、これを用いたオゾン水製造方法及びオゾン水製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高濃度で高純度のオゾン水を効率よく安価に
製造し、製造プロセスで溶出金属による被処理水の汚染
を防止することによって人体に安全で飲用や食品の殺菌
洗浄が可能なオゾン生成電極の提供およびオゾン生成電
極を用いコンパクトでメンテナンス性に優れ保守管理が
容易で、省エネルギー性に優れたオゾン水製造方法およ
び装置の提供をする。 【解決手段】 多孔質体又は網状体で形成された電極基
材１６と、白金族元素の酸化物および白金族元素を含む
合金の内何れか一からなる複合組成物を含み前記電極基
材１６を被覆する電極触媒１７とを有して構成されたオ
ゾン発生用電極である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は食品や水等に対する
洗浄殺菌作用を有したオゾンを生成するためのオゾン発
生用電極、これを用いたオゾン製造方法及びオゾン製造
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】オゾンを発生させる方法としては、紫
外線照射による方法、放電による方法および水の電
解による方法が知られている。

【０００３】紫外線照射によるオゾン発生方法は、他
の方法に比べオゾン発生装置の構成が比較的簡単にでき
るが、オゾン１ｋｇあたりの所要電力は５５０ｋＷｈ／
ｋｇ−Ｏ₃で他の方法に比べ（放電法で２０ｋＷｈ／ｋ
ｇ−Ｏ₃、電解法で６０ｋＷｈ／ｋｇ−Ｏ₃程度であると
いわれている）大きいという欠点がある。

【０００４】放電によるオゾン発生方法は、上記のオ
ゾン生成方法の内では生成するオゾン１ｋｇあたりの所
要電力が低く、最もオゾン生成効率に優れた方法である
ので、工業的なオゾン発生装置に適用されている。しか
し放電法によるオゾン生成ではオゾンを水に溶解させて
使用する場合、生成したオゾンを気液接触させて液相に
溶解させる操作が必要になるため操作が煩雑化し手間が
かかることは不可避である。またオゾン製造のコストを
下げるため通常、原料ガスとして空気を使用している。
しかし空気に含まれる窒素分子が酸化され硝酸を生成す
るため、生成したオゾン水は強い酸性を示し、装置の腐
食や飲用水の殺菌洗浄の用途には使用できないという問
題がある。こうした問題を解決するために放電を行う前
に空気中の水分を除去する方法や、生成した窒素酸化物
を除去する方法（特開平７−３３０３１０号公報）が提
案されている。また空気を原料ガスに使用した場合、窒
素が空気中で約８０％の体積を占めるため生成したオゾ
ンの分圧は低くなり、気体の溶解量は気体の分圧に比例
するので、オゾンの水への溶解量は小さく高濃度のオゾ
ン水を得ることは困難である。

【０００５】水の電解によるオゾン発生方法では、比
較的高濃度のオゾン水が容易に得られるため、優れたオ
ゾン生成方法である。

【０００６】一般に、オゾンによる殺菌処理の特徴のひ
とつにオゾンの殺菌効果は、いわゆるａｌｌ ｏｒ ｎ
ｏｎｅ ｅｆｆｅｃｔと呼ばれるように、所要オゾン量
が充分あれば完全に作用するが、不足すればほとんど効
果がない。代表的な指標菌である大腸菌では２〜３ｐｐ
ｍの濃度のオゾン水が必要である。従って飲用水や食品
の殺菌や洗浄に使用するためは、高濃度でオゾンを溶解
させる必要があるので、高濃度オゾン水を製造する手段
としては、水の電解法が望ましいことになる。また電解
法によるオゾン生成では、生成したオゾン水のｐＨが原
水のｐＨに対し著しい変化を起こすことがなく、複雑な
気液接触装置を必要としないのでクリーンで煩雑な手間
を要しないオゾン生成法であるといえる。

【０００７】このような特性を有する水の電解による
オゾン発生方法に関して、以下のような技術が知られて
いる。

【０００８】（１）特開平５−２５５８７９号公報（以
下イ号公報という）には、陰極−イオン交換膜−陽極を
密着させて構成した電極構造体の陰極としてイオン交換
膜側に触媒を偏在させたガス電極を使用し、陽極側にイ
オン交換水を陰極側に酸素ガスを供給しながら電解を行
なうことによって高濃度で高純度のオゾンを効率よく低
消費電力で製造する装置が示されている。この技術では
陽極電極触媒としてβ−ＰｂＯ₂を電着によって作製し
たものが使用されている。

【０００９】（２）特許第２８４０７５３号公報（以下
ロ号公報という）には、パーフロロスルフォン酸型のカ
チオン交換樹脂膜を用いた水電解によるオゾン製造法に
おいて白金被覆側をカチオン交換膜の陰極側に圧接し陽
極に二酸化鉛電極を用いたゼロギャップ電解によるオゾ
ンの電解製造法が示されている。

【００１０】（３）特開平８−１３４６７７号（以下ハ
号公報という）には、処理水を電極と貴金属製ラス網の
間を通過させて電気分解し、発生するオゾン混合気泡を
流路変更と渦流を用い、発生直後に直ちにオゾンを水中
に引き込むことによって生成したオゾンを最大限水中に
溶解させるものが開示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の方法は以下
のような課題を有していた。

【００１２】（１）イ号公報やロ号公報に記載の二酸化
鉛電極を用いたオゾン電解製造法では、用いられている
二酸化鉛（β−ＰｂＯ₂）が水質汚濁防止法に指定され
る有害物質であるため人体に直接摂取される飲用水や食
品の洗浄殺菌の用途には使用できないという課題があっ
た。

【００１３】（２）こうした方法で製造したオゾン水を
連続曝気処理に使用するためには気液分離装置で液相か
ら一旦オゾンを分離し再度気液接触装置を用いて水相に
オゾン溶解処理を必要とする。このため、高濃度オゾン
が容易に生成可能であるという電解法の大きなメリット
が失われ、処理操作が煩雑化し手間と費用がかかるとい
った欠点があった。

【００１４】（３）ハ号公報に記載の処理水を貴金属製
ラス網の間を通過させるオゾン発生装置では、陽極で発
生したガスが複雑な流路のため電極とラス網の間に滞留
することになり電極間抵抗の上昇を招き、電流効率が低
下するという課題があった。

【００１５】本発明は従来の課題を解決するものであ
り、高濃度で高純度のオゾン水を効率よく安価に製造
し、製造プロセスで溶出金属による被処理水の汚染を防
止することによって人体に安全で飲用水や食品の殺菌洗
浄が可能なオゾン発生用電極の提供及び、コンパクトで
メンテナンス性や省エネルギー性に優れたオゾン水製造
方法及びオゾン水製造装置を提供することを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明のオゾン発生用電極は、多孔質体又は網状体で
形成された電極基材と、白金族元素の酸化物および白金
族元素を含む合金の内何れか一からなる複合組成物を含
み前記電極基材を被覆する電極触媒とを有して構成され
ている。

【００１７】この構成により、高濃度で高純度のオゾン
水を効率よく安価に製造し、製造プロセスで溶出金属に
よる被処理水の汚染を防止することによって人体に安全
で飲用水や食品の殺菌洗浄が可能なオゾン生成電極を提
供できる。

【００１８】また、本発明のオゾン発生用電極を用いた
オゾン水製造方法は、請求項１〜３に記載のオゾン発生
用電極を備えた陽極と、ガス拡散物質に形成された電極
触媒を有する陰極との間に、両電極のそれぞれの電極触
媒面に当接してカチオン交換膜を配置し、前記陽極と前
記陰極に通電して供給される水の電気化学的反応によっ
てオゾンを生成するように構成されている。

【００１９】この構成によって、コンパクトでメンテナ
ンスや保守管理が容易で、省エネルギー性に優れたオゾ
ン水製造方法を提供できる。

【００２０】本発明のオゾン水製造装置は、請求項１〜
３の内何れか１項に記載のオゾン発生用電極を備えた陽
極と、ガス拡散物質に形成された電極触媒を有する陰極
と、前記陽極及び陰極のそれぞれの電極触媒面に当接し
て結合するカチオン交換膜と、前記陽極の配置された陽
極室を保持する陽極ジャケットと、前記陰極の配置され
た陰極室を保持する陰極ジャケットと、前記陽極ジャケ
ットおよび前記陰極ジャケットのそれぞれの集電端子と
接触する面に設けられたガスと処理水を通過させる供給
部と、前記陽極ジャケットと前記陰極ジャケットを互い
に締結して形成される電解槽と、前記電解槽の電極間に
直流電流を流す電圧印加部とを備えて構成されている。

【００２１】この構成によって、オゾン発生電極を用い
コンパクトでメンテナンス性に優れ保守管理が容易で、
省エネルギー性に優れたオゾン水製造方法を提供でき
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】請求項１に記載のオゾン発生用電
極は、多孔質体又は網状体で形成された電極基材と、白
金族元素の酸化物および白金族元素を含む合金の内何れ
か一からなる複合組成物を含み前記電極基材を被覆する
電極触媒とを有して構成される。

【００２３】この構成によって以下の作用が得られる。

【００２４】（ａ）多孔質体又は網状体で形成された電
極基材上に電極触媒が形成されているので被処理水との
接触面積を増大させて発生するオゾンの濃度を高めるこ
とができると共に高純度のオゾンが得られる。

【００２５】（ｂ）二酸化鉛等の環境に有害な金属が溶
出しないので、安全性の高いオゾン水を製造できる。ま
た、このような有害成分の除去処理を省略して、処理装
置を安価にかつコンパクトに構成することができる。

【００２６】（ｃ）オゾン発生に係る所要電力が低減さ
れ、安価な処理費用で、オゾン水を製造することができ
る。

【００２７】（ｄ）高濃度のオゾン水が供給できるの
で、代表的な指標菌である大腸菌を効率的に殺菌して飲
用水や食品の安全性を効果的に高めることができる。

【００２８】（ｅ）電解法によるオゾン水の生成では、
生成したオゾン水のｐＨが原水のｐＨに対し著しい変化
を起こすことがない。

【００２９】（ｆ）複雑な気液分離及び気液接触装置が
不要なので、処理装置を安価、コンパクトに構成でき、
かつ手間と費用を省くことができる。

【００３０】ここで、白金族元素は周期表８〜１０族に
属する元素のうち、ルテニウムＲｕ、ロジウムＲｈ、パ
ラジウムＰｄ、オスミウムＯｓ、イリジウムＩｒおよび
白金Ｐｔの６元素をいう。これらの白金族元素は単体と
しての密度が大きく（＞１２ｇ／ｃｍ³）、化学反応性
に乏しいなどの特性を有している。

【００３１】多孔質体又は網状体で形成された電極基材
は、チタンや白金、銅、ニオブ、金、ネオジウム、ジル
コニウム等の金属からなる網状体や、多孔質体を用いる
ことができる。

【００３２】多孔質体を用いる場合にはその空孔率を２
０〜７０％、好ましくは５５〜６５％の範囲とすること
が以下の理由から望ましい。即ち空孔率が５５％より少
なくなるにつれ、処理水との接触面積が少なくなるため
に電気分解の効率が低下して高濃度のオゾンを生成する
ことが困難になる傾向があり、逆に６５％を超えるにつ
れ電極材として強度が不足して、耐久性が低下する傾向
が現れ、これらの傾向は、空孔率が２０％より少なくな
るか、７０％を超えるとさらに顕著になるからである。

【００３３】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のオゾン発生用電極において、前記複合組成物の白金族
原子の一部が３価金属原子と置換した組成であるように
構成されている。

【００３４】これによって、請求項１の作用の他、以下
の作用が得られる。

【００３５】（ａ）白金族原子の一部を置換した３価金
属原子の電極活性化作用により、陽極酸化における水分
解によって生成した水酸基が容易に電極に捕捉されやす
くなるので、オゾン生成を効率よく行うことができる。

【００３６】（ｂ）３価金属原子の置換操作を電極基材
のメッキ液における金属の比率等により調整して、所望
の電極特性を付与することができ、電極をコンパクトに
構成して省エネルギー性に優れたオゾン発生用電極を提
供できる。

【００３７】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載のオゾン発生用電極において、前記３価金属原子
が、バナジウム、クロム、コバルト、鉄、イットリウ
ム、ランタン、ビスマスのうち少なくとも１種類以上の
元素であるように構成されている。

【００３８】この構成によって、請求項１又は２の作用
の他、以下の作用が得られる。

【００３９】（ａ）バナジウム、クロム、コバルト、
鉄、イットリウム、ランタン、ビスマスの白金族元素へ
の添加効果により捕捉された水酸基と酸素とを反応しや
すくして、より低い電極電位でオゾンが生成やすくな
り、オゾン生成の省エネルギー化が可能になるという作
用を有する。

【００４０】（ｂ）これらの元素の種類及び含有量、構
成比率等を変えることで電極特性を変化させ、所定の電
極電位を有するオゾン発生用電極を得ることができる。
従って、使用状況や処理費用に応じて、これら元素の中
から選択して、安価な費用でオゾン発生用電極を構成す
ることができる。

【００４１】請求項４に記載のオゾン水製造法は、請求
項１〜３に記載のオゾン発生用電極を備えた陽極と、ガ
ス拡散物質に形成された電極触媒を有する陰極との間
に、両電極のそれぞれの電極触媒面に当接してカチオン
交換膜を配置し、前記陽極と前記陰極に通電して供給さ
れる水の電気化学的反応によってオゾンを生成させるよ
うに構成されている。

【００４２】これによって、以下の作用が得られる。

【００４３】（ａ）陰極がガス拡散物質を有しているの
で、電極触媒表面で発生したガスを連通気孔を介して容
易に外部に排出できる。これにより、触媒表面を常時活
性化して大電流を流すことができ、高濃度のオゾンの生
成が速やかにでき、高効率でオゾンを製造できるという
効果を有する。

【００４４】（ｂ）ガス拡散物質の一部を親水性部分で
残りの部分を疎水性部分で形成することができ、これに
より陰極電極触媒表面へのガス体の物質移動が容易にな
るので電極表面への電極反応物質の供給速度が大きくな
り、高濃度のオゾンの生成が速やかにできる。

【００４５】（ｃ）また、水処理用電極を陽極に、ガス
拡散物質と電極触媒からなる電極を陰極とし、両電極の
電極が付与された面がカチオン交換膜に接合して被処理
水中に配置し、前記陽極と陰極に直流を通電し電気化学
的反応によってオゾンを生成するので高効率でオゾンを
製造できる。

【００４６】（ｄ）陽極及び陰極のそれぞれの電極触媒
がカチオン交換膜を介して所定間隔を有して接合されて
いるので、カチオン交換膜を通して無駄なくカチオンを
移動させ、オゾン発生の効率を高めることができる。

【００４７】（ｅ）多孔質体又は網状体で形成された電
極基材上に電極触媒が形成されているので被処理水との
接触面積を増大させて発生するオゾンの濃度を高めるこ
とができる。

【００４８】（ｆ）二酸化鉛等の環境に有害な金属が溶
出しないので、安全性の高いオゾン水を製造できる。ま
た、このような有害成分の除去処理を省略して、処理装
置を安価にかつコンパクトに構成することができる。

【００４９】（ｇ）高濃度のオゾン水が供給できるの
で、大腸菌等を効率的に殺菌して飲用水や食品の安全性
を効果的に高めることができる。

【００５０】（ｈ）生成したオゾン水のｐＨが原水のｐ
Ｈに対し著しい変化を起こすことがなく、複雑な気液接
触装置を必要としないので煩雑な手間を要しない。

【００５１】ここで、ガス拡散物質は、電極触媒で発生
したガスを外部へ拡散させる連通気孔等を有したもので
あって、例えば、その一部がカーボン等の親水性部分で
構成され、残りの部分が、ポリテトラフルオロエチレン
等の疎水性部分で構成されるようなガス透過性を有した
シート状のものである。

【００５２】カチオン交換膜としては、ジビニルベンゼ
ンで架橋したポリスチレンなどの母体合成樹脂に、フェ
ノール性ヒドロキシ基、カルボキシ基、スルホン基など
酸性基が結合した高分子酸等を好適に用いることができ
る。イオン交換により生成した高分子酸の塩は水に不溶
であり、水溶液中から陽イオンを除去できる。

【００５３】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
のオゾン水製造方法において、前記陰極の電極触媒が白
金族元素を有して構成されている。

【００５４】これによって、請求項４の作用の他、以下
の作用が得られる。

【００５５】（ａ）電極触媒が白金族元素で構成されて
いるので、低電圧で効率よくオゾン製造を行うことがで
きる。

【００５６】（ｂ）環境に有害な金属成分を含有しない
ので、安全性の高いオゾン水を製造できる。

【００５７】請求項６に記載のオゾン水製造装置は、請
求項１〜３の内何れか１項に記載のオゾン発生用電極を
備えた陽極と、連通気孔を有したガス拡散物質に形成さ
れる電極触媒を有する陰極と、前記陽極及び陰極のそれ
ぞれの電極触媒面に当接して結合するカチオン交換膜
と、前記陽極の配置された陽極室を保持する陽極ジャケ
ットと、前記陰極の配置された陰極室を保持する陰極ジ
ャケットと、前記陽極ジャケットおよび前記陰極ジャケ
ットのそれぞれの集電端子と接触する面に設けられたガ
スと処理水を通過させる供給部と、前記陽極ジャケット
と前記陰極ジャケットを互いに締結して形成される電解
槽と、前記電解槽の電極間に直流電流を流す電圧印加部
とを備えて構成されている。

【００５８】この構成によって、以下の作用が得られ
る。

【００５９】（ａ）カチオン交換膜を介して陽極と陰極
とが接合されているので、装置構成をコンパクトにし
て、しかも極間電圧が低くエネルギー効率の優れた電解
装置を実現できる。

【００６０】（ｂ）多孔質体又は網状体で形成された電
極基材上に電極触媒が形成されているので被処理水との
接触面積を増大させて発生するオゾンの濃度を高めるこ
とができる。

【００６１】（ｃ）陰極の電極触媒が連通気孔を有した
ガス拡散物質により支持されているので、電極触媒表面
で発生したガスを容易に外部に排出できる。これによ
り、触媒表面が常時活性化され、高濃度のオゾンが効率
よく生成できる。

【００６２】（ｄ）二酸化鉛等の環境に有害な金属成分
が溶出しないので、安全性の高いオゾン水を製造でき
る。有害成分の除去処理を省略して、処理装置を安価に
かつコンパクトに構成することができる。

【００６３】（ｅ）気液分離装置と気液接触装置を省く
ことができるので、処理装置を安価にかつコンパクトに
構成できる。

【００６４】請求項７に記載の発明は、請求項６に記載
のオゾン水製造装置において、前記陰極室に酸素を含む
気体を吹き込むように構成されている。

【００６５】この構成によって、請求項６の作用の他、
以下の作用が得られる。

【００６６】（ａ）陰極において電解によって生成する
水素ガス量を低減することができるので水素ガスによる
爆発の危険がない。

【００６７】（ｂ）陰極から陽極に押し出されてくる水
素ガスによる陽極室のオゾン濃度の低下を防止すること
ができる。

【００６８】（ｃ）陰極より流入する水素ガスによる陽
極における抵抗の上昇が防止できるので、電流効率の低
下を防止できる。

【００６９】次に本発明の実施形態におけるオゾン生成
電極について具体的に説明する。

【００７０】（実施の形態１）図１は実施の形態１のオ
ゾン発生用電極の模式構成図である。

【００７１】図１において、１は実施の形態１のオゾン
発生電極である陽極、２は電極基材、３は電極基材２を
被覆する中間層、４は中間層３の上に形成された白金族
元素の複合組成物を含む電極触媒である。

【００７２】オゾン発生用電極となる陽極１は以下のよ
うにして作製した。

【００７３】まず、線径０．１ｍｍのチタン繊維を焼結
して得られる縦横それぞれ５０ｍｍ×１２０ｍｍ、板厚
２ｍｍの焼結体（空孔率６０％）を電極基材２として作
製した。

【００７４】この電極基材２の片面をテープによってマ
スキングし、他方の表面に（表１）のメッキ条件で白金
の電気メッキを行なって、皮膜厚さ３μｍの白金からな
る中間層３を形成して、白金下地処理を施した。

【００７５】次いで（表２）の組成のメッキ液と条件で
温度８０℃、１．５Ａ／ｄｍ²の電流密度の条件で前記
中間層３に電気メッキを施して、中間層３の白金上に白
金−クロムメッキ層を形成し、さらに５５０℃の温度で
酸素３０％−窒素７０％雰囲気中、ガス流量２００ｍＬ
／ｍｉｎで熱処理を行った。これにより、図１に示すよ
うにチタンからなる多孔質体で形成された電極基材２
と、白金からなる中間層３と、クロム−白金酸化物を含
む複合組成物からなる電極触媒４とが設けられたオゾン
発生用電極（陽極１）が得られた。

【００７６】

【表１】

【００７７】

【表２】

【００７８】カチオン交換膜は以下のようにして作成し
た。

【００７９】このカチオン交換膜として、イオン交換膜
であるナフィオン１１７（米国デユポン社登録商標）を
１２０℃で熱処理したものを使用した。

【００８０】陰極は以下のようにして作成した。

【００８１】本発明でガス拡散電極を用いる理由は、気
体の拡散は一般に低いため、気体の拡散速度で律速にな
り、全体の反応が低下するのを防止するためである。ま
た、親水性部分と疎水性部分を混在させる理由は、陰極
に供給される酸素ガスと陰極内から電極外に向かう水分
子が混在するので、速やかに水分子を反応系から除去す
るためである。

【００８２】親水性である黒鉛粉末（デンカ工業社製）
と疎水性であるテフロン（米国デユポン社登録商標）を
含む水懸濁液を混合し、カーボン織布の両面に２００℃
で加熱圧着した。

【００８３】この片面に白金を担持させたカーボンとテ
フロンとの水懸濁液とナフィオン（米国デユポン社登録
商標）溶液の混合物を１２０℃で加熱圧着し陰極とし
た。

【００８４】以上の陽極１、陰極およびイオン交換膜の
有効面積は６０ｃｍ²であった。

【００８５】（実施の形態２）実施の形態１のチタン繊
維焼結体の代わりに白金線径０．１ｍｍの線を２００メ
ッシュに編んだ白金網を電極基材として使用し、下地に
白金層を形成する工程を除いては実施の形態１と同じ工
程により作製される構成のオゾン発生用電極（陽極）を
得た。これらの陽極およびこの陽極に接合されるイオン
交換膜の有効面積は６０ｃｍ²であった。

【００８６】（実施の形態３）図２は実施の形態３のオ
ゾン水製造装置の模式構成図である。

【００８７】図２において、１０は実施の形態３のオゾ
ン水製造装置、１１は陽極部を保持する陽極ジャケッ
ト、１２は陰極部を保持する陰極ジャケット、１３は陽
極ジャケット１１及び陰極ジャケット１２の中間に配置
されたカチオン交換膜、１４は陰極部を構成する連続気
孔を有したガス拡散物質、１５はガス拡散物質１４に被
覆形成されカチオン交換膜１３に接して配置される陰極
部の電極触媒、１６は陽極１の多孔質体からなる電極基
材、１７は電極基材１６に形成され、カチオン交換膜１
３に接して配置される陽極部の電極触媒、１８は陽極部
及び陰極部に連接する集電端子、１９はＯリング、２０
は陽極ジャケット１１と陰極ジャケット１２を接合する
ボルト及びナット等の接合部材、２１は陽極ジャケット
１１に水を供給する供給口、２２はガスと水の排出口、
２３は陰極ジャケット１２に酸素を含んだガスを導入す
る導入口、２４は電極触媒１５と電極触媒１７間に直流
電流を流して、陽極ジャケット１１及び陰極ジャケット
１２を含む電解槽内の水を電解させるための電圧印加部
である。

【００８８】ここで、陽極ジャケット１１及び陰極ジャ
ケット１２の集電体との接触面が台形に加工されている
のはナットとボルトからなる結合部材２０によってジャ
ケットを締め込むことによって集電体、陽極、カチオン
交換膜１３、陰極および集電体を圧接する効果と電解し
たときに陰極室、陽極室を流れる水の通水抵抗を低減し
ガスの移動を速やかに行うことを目的としている。

【００８９】ガス拡散物質１４は、親水性である黒鉛
と、疎水性であるテフロンと、カーボン織布を素材とし
て形成され、親水性部分と疎水性部分とが共存する特性
を有している。

【００９０】ガス拡散物質１４に被覆される電極触媒１
５は、担持カーボンと、テフロン水懸濁液とナフィオン
溶液混合物を素材として、加熱圧着して作製されてい
る。

【００９１】次に本発明の前記オゾン水製造装置１０に
適用するオゾン水発生方法について、具体例で説明す
る。オゾン発生用電極は実施の形態１乃至２で得られた
ものを使用し、比較例に用いる電極として以下の構成の
比較電極を準備した。

【００９２】比較電極は、線径０．１ｍｍのチタン繊維
を焼結し得られる縦横それぞれ５０ｍｍ×１２０ｍｍ、
板厚２ｍｍの焼結体（空孔率６０％）の片面をテープに
よってマスキングし他方の表面に温度８０℃、１．５Ａ
／ｄｍ²の電流密度で（表１）の組成のメッキ浴を用い
白金の電気メッキを行ない３μｍの白金メッキ皮膜層を
施した。

【００９３】イオン交換膜としてカチオン交換膜である
ナフィオン１１７（米国デユポン社登録商標）を１２０
℃の熱処理を行ったものを使用した。黒鉛粉末（デンカ
工業社製）とテフロン（米国デユポン社登録商標）水懸
濁液を混合し、カーボン織布の両面に２００℃で加熱圧
着した。この片面に白金担持カーボンとテフロン水懸濁
液とナフィオン（米国デユポン社登録商標）溶液の混合
物をさらに１２０℃で加熱圧着し陰極とした。これらの
電極および前記イオン交換膜の有効面積は６０ｃｍ²で
あった。これを比較電極の構成とした。

【００９４】（実施例１）実施の形態１のオゾン発生用
電極１を陽極として用い、イオン交換膜、および陰極を
密着させてチタン製の電解槽に組み込んだ。陽極に活性
炭と中空糸膜フィルターによって残留塩素と固形物を除
去した水を恒温槽を用いて液温を３０℃に保持しながら
定流量ポンプで供給した。陰極側には酸素ボンベからレ
ギュレーターで減圧した酸素を供給した。電流密度は１
００Ａ／ｄｍ²で電解した。

【００９５】（実施例２）実施の形態２の白金金網を電
極基材とした陽極、イオン交換膜、および陰極をそれぞ
れ密着させてチタン製の電解槽に組み込んだ。陽極に活
性炭と中空糸膜フィルターによって塩素と固形物を除去
した水を恒温槽を用いて液温を３０℃に保持しながら定
流量ポンプで供給した。陰極側には酸素ボンベからレギ
ュレーターで減圧した酸素を供給した。電流密度は１０
０Ａ／ｄｍ²で電解した。

【００９６】（比較例）前記比較電極からなる陽極、イ
オン交換膜、および陰極をそれぞれ積層させてチタン製
の電解槽に組み込んだ。陽極に水をポンプで供給し陰極
側には酸素を供給した。液温を恒温槽を用いて３０℃に
保持しながら１００Ａ／ｄｍ²の電流密度で電解した。

【００９７】以上の結果を（表３）に示す。（表３）か
ら明らかなように比較電極を備えた電解装置では陽極側
の水出口からの処理水のオゾン濃度は０．９ｐｐｍであ
り、所要電力はオゾン１ｇあたり１１８５ｗｈであっ
た。一方、実施形態１、２による電解では陽極側の水出
口からの処理水のオゾン濃度はそれぞれ３．３ｐｐｍと
３．５ｐｐｍであり、所要電力はオゾン１ｇあたり２４
２ｗｈと２２８ｗｈで高濃度のオゾン水が高濃度で得ら
れている。なお、高濃度のオゾン水を得たいときは陽極
ヘの被処理水の供給を減らすかあるいは電解電圧を上げ
ることで対応できる。

【００９８】

【表３】

【００９９】本実施の形態のオゾン発生用電極を用いた
オゾン水製造方法は以上の構成を有するので以下の作用
を有する。

【０１００】（ａ）陰極がガス拡散物質を有しているの
で、電極触媒表面へのガスの物質移動が容易にして、大
電流を流すことができ、高濃度のオゾンの生成が速やか
にでき、高効率でオゾンを製造できるという効果を有す
る。

【０１０１】（ｂ）多孔質の電極基材に白金の複合組成
物からなる電極触媒を被覆して陽極とする一方、ガス拡
散物質と電極触媒からなる電極を陰極とし、両電極の電
極が付与された面がカチオン交換膜に接合して被処理水
中に配置し、前記陽極と陰極に直流を通電し電気化学的
反応によってオゾンを生成するので高効率でオゾンを製
造できる。

【０１０２】（ｃ）陽極及び陰極のそれぞれの電極触媒
がカチオン交換膜を介して所定間隔を有して接合されて
いるので、カチオン交換膜を通して無駄なくカチオンを
移動させ、オゾン発生の効率を高めることができる。

【０１０３】（ｄ）多孔質体で形成された電極基材上に
電極触媒が形成されているので被処理水との接触面積を
増大させて発生するオゾンの濃度を高めることができ
る。

【０１０４】（ｅ）電極触媒には二酸化鉛等の環境に有
害な金属が含まれていないので、安全性の高いオゾン水
を製造できる。また、このような有害成分の除去処理を
省略して、処理装置を安価にかつコンパクトに構成でき
る。

【０１０５】（ｆ）高濃度のオゾン水が供給できるの
で、大腸菌等を効率的に殺菌して飲用水や食品の安全性
を効果的に高めることができる。

【０１０６】（ｇ）生成したオゾン水のｐＨが原水のｐ
Ｈに対し著しい変化を起こすことがなく、ｐＨの変化を
抑制するための複雑な気液接触装置を省略できる。

【０１０７】

【発明の効果】請求項１に記載のオゾン発生用電極によ
れば、以下の効果が得られる。

【０１０８】（ａ）多孔質体又は網状体で形成された電
極基材上に電極触媒が形成されているので被処理水との
接触面積を増大させて発生するオゾンの濃度を高めるこ
とができると共に高純度のオゾンが得られる。

【０１０９】（ｂ）二酸化鉛等の環境に有害な金属が溶
出しないので、安全性の高いオゾン水を製造できる。ま
た、このような有害成分の除去処理を省略して、処理装
置を安価にかつコンパクトに構成することができる。

【０１１０】（ｃ）オゾン発生に係る所要電力が低減さ
れ、安価な処理費用で、オゾン水を製造することができ
る。

【０１１１】（ｄ）高濃度のオゾン水が供給できるの
で、代表的な指標菌である大腸菌を効率的に殺菌して飲
用水や食品の安全性を効果的に高めることができる。

【０１１２】（ｅ）電解法によるオゾン水の生成では、
生成したオゾン水のｐＨが原水のｐＨに対し著しい変化
を起こすことがなく、複雑な気液接触装置を必要としな
いのでクリーンで煩雑な手間を要しないオゾン生成を提
供できる。

【０１１３】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
の効果の他、以下の効果が得られる。

【０１１４】（ａ）白金族原子の一部を置換した３価金
属原子の電極活性化効果により、陽極酸化における水分
解によって生成した水酸基が容易に電極に捕捉されやす
くなるので、オゾン生成を効率よく行うことができる。

【０１１５】（ｂ）３価金属原子の置換操作を電極基材
のメッキ液における金属の比率等により調整して、所望
の電極特性を付与することができ、電極をコンパクトに
構成して省エネルギー性に優れたオゾン発生用電極を提
供できる。

【０１１６】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
又は２の効果の他、以下の効果が得られる。

【０１１７】（ａ）バナジウム、クロム、コバルト、
鉄、イットリウム、ランタン、ビスマスの白金族元素へ
の添加効果により捕捉された水酸基と酸素とを反応しや
すくして、より低い電極電位でオゾンが生成やすくな
り、オゾン生成の省エネルギー化が可能になるという効
果を有する。

【０１１８】（ｂ）これらの元素の種類及び含有量、構
成比率等を変えることで電極特性を変化させ、所定の電
極電位を有するオゾン発生用電極を得ることができる。
従って、使用状況や処理費用に応じて、これら元素の中
から選択して、安価な費用でオゾン発生用電極を構成す
ることができる。

【０１１９】請求項４に記載のオゾン水製造法によれ
ば、以下の効果が得られる。

【０１２０】（ａ）陰極がガス拡散物質を有しているの
で、電極触媒表面で発生したガスを、連通気孔を介して
容易に外部に排出できる。これにより、触媒表面を常時
活性化して大電流を流すことができ、高濃度のオゾンの
生成が速やかにでき、オゾンを高効率で製造できるとい
う効果を有する。

【０１２１】（ｂ）ガス拡散物質の一部を親水性部分で
残りの部分を疎水性部分で形成することができ、これに
より陰極電極触媒表面へのガス体の物質移動が容易にな
るので電極表面への電極反応物質の供給速度が大きくな
り、高濃度のオゾンの生成が速やかにできる。

【０１２２】（ｃ）また、水処理用電極を陽極に、ガス
拡散物質と電極触媒からなる電極を陰極とし、両電極の
電極が付与された面がカチオン交換膜に接合して被処理
水中に配置し、前記陽極と陰極に直流を通電し電気化学
的反応によってオゾンを生成するので高効率でオゾンを
製造できる。

【０１２３】（ｄ）陽極及び陰極のそれぞれの電極触媒
がカチオン交換膜を介して所定間隔を有して接合されて
いるので、カチオン交換膜を通して無駄なくカチオンを
移動させ、オゾン発生の効率を高めることができる。

【０１２４】（ｅ）多孔質体又は網状体で形成された電
極基材上に電極触媒が形成されているので被処理水との
接触面積を増大させて発生するオゾンの濃度を高めるこ
とができる。

【０１２５】（ｆ）二酸化鉛等の環境に有害な金属が溶
出しないので、安全性の高いオゾン水を製造できる。ま
た、このような有害成分の除去処理を省略して、処理装
置を安価にかつコンパクトに構成できる。

【０１２６】（ｇ）高濃度のオゾン水が供給できるの
で、大腸菌等を効率的に殺菌して飲用水や食品の安全性
を効果的に高めることができる。

【０１２７】（ｈ）生成したオゾン水のｐＨが原水のｐ
Ｈに対し著しい変化を起こすことがなく、複雑な気液接
触装置を必要としないので煩雑な手間を要しない。

【０１２８】請求項５に記載の発明によれば、請求項４
の効果の他、以下の効果が得られる。

【０１２９】（ａ）電極触媒が白金族元素で構成されて
いるので、低電圧で効率よくオゾン水の製造を行うこと
ができる。

【０１３０】（ｂ）環境に有害な金属成分を含有しない
ので、食品や飲用水として安全性の高いオゾン水を製造
できる。

【０１３１】請求項６に記載のオゾン水製造装置によれ
ば、以下の効果が得られる。

【０１３２】（ａ）カチオン交換膜を介して陽極と陰極
とが接合されているので、装置構成をコンパクトにし
て、しかも極間電圧が低くエネルギー効率の優れた電解
装置を実現できる。

【０１３３】（ｂ）多孔質体又は網状体で形成された電
極基材上に電極触媒が形成されているので被処理水との
接触面積を増大させて発生するオゾンの濃度を高めるこ
とができる。

【０１３４】（ｃ）二酸化鉛等の環境に有害な金属成分
が溶出しないので、安全性の高いオゾン水を製造でき
る。有害成分の除去処理を省略して、処理装置を安価に
かつコンパクトに構成することができる。

【０１３５】請求項７に記載の発明によれば、請求項６
の効果の他、以下の効果が得られる。

【０１３６】（ａ）陰極において電解によって生成する
水素ガス量を低減することができるので水素ガスによる
爆発の危険がない。

【０１３７】（ｂ）陰極から陽極に押し出されてくる水
素ガスによる陽極室のオゾン濃度の低下を防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１のオゾン発生用電極の模式構成図

【図２】実施の形態３のオゾン水製造装置の模式構成図

【符号の説明】

１ オゾン発生電極（陽極） ２ 電極基材 ３ 中間層 ４ 電極触媒 １０ オゾン水製造装置 １１ 陽極ジャケット １２ 陰極ジャケット １３ カチオン交換膜 １４ ガス拡散物質 １５ 電極触媒 １６ 電極基材 １７ 電極触媒 １８ 集電端子 １９ Ｏリング ２０ 接合部材 ２１ 供給口 ２２ 排出口 ２３ 導入口 ２４ 電圧印加部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多孔質体又は網状体で形成された電極基材
   と、白金族元素の酸化物および白金族元素を含む合金の
   内何れか一からなる複合組成物を含み前記電極基材を被
   覆する電極触媒とを有することを特徴とするオゾン発生
   用電極。
2. 【請求項２】前記複合組成物の白金族原子の一部が３価
   金属原子と置換した組成であることを特徴とする請求項
   １に記載のオゾン発生用電極。
3. 【請求項３】前記３価金属原子が、バナジウム、クロ
   ム、コバルト、鉄、イットリウム、ランタン、ビスマス
   のうち少なくとも１種類以上の元素であることを特徴と
   する請求項１又は２に記載のオゾン発生用電極。
4. 【請求項４】請求項１〜３に記載のオゾン発生用電極を
   備えた陽極と、ガス拡散物質に形成された電極触媒を有
   する陰極との間に、両電極のそれぞれの電極触媒面に当
   接してカチオン交換膜を配置し、前記陽極と前記陰極に
   通電して供給される水の電気化学的反応によってオゾン
   を生成させることを特徴とするオゾン水製造法。
5. 【請求項５】前記陰極の電極触媒が白金族元素を有して
   構成されていることを特徴とする請求項４に記載のオゾ
   ン水製造法。
6. 【請求項６】請求項１〜３の内何れか１項に記載のオゾ
   ン発生用電極を備えた陽極と、連通気孔を有したガス拡
   散物質に形成される電極触媒を有する陰極と、前記陽極
   及び陰極のそれぞれの電極触媒面に当接して結合するカ
   チオン交換膜と、前記陽極の配置された陽極室を保持す
   る陽極ジャケットと、前記陰極の配置された陰極室を保
   持する陰極ジャケットと、前記陽極ジャケットおよび前
   記陰極ジャケットのそれぞれの集電端子と接触する面に
   設けられたガスと処理水を通過させる供給部と、前記陽
   極ジャケットと前記陰極ジャケットを互いに締結して形
   成される電解槽と、前記電解槽の電極間に直流電流を流
   す電圧印加部とを備えたことを特徴とするオゾン水製造
   装置。
7. 【請求項７】前記陰極室に酸素を含む気体を吹き込むこ
   とを特徴とする請求項６に記載のオゾン水製造装置。