JP3008953B2 - Ion-exchange membrane electrolytic cell - Google Patents
Ion-exchange membrane electrolytic cellInfo
- Publication number
- JP3008953B2 JP3008953B2 JP2186026A JP18602690A JP3008953B2 JP 3008953 B2 JP3008953 B2 JP 3008953B2 JP 2186026 A JP2186026 A JP 2186026A JP 18602690 A JP18602690 A JP 18602690A JP 3008953 B2 JP3008953 B2 JP 3008953B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrolytic cell
- electrode
- exchange membrane
- conductive support
- conductive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、イオン交換膜法電解槽に関し、とくにアル
カリ金属塩化物の水溶液の電気分解に使用するイオン交
換膜法電解槽に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ion exchange membrane electrolytic cell, and more particularly to an ion exchange membrane electrolytic cell used for electrolysis of an aqueous solution of an alkali metal chloride.
［従来の技術］ アルカリ金属塩化物水溶液の電気分解によってアルカ
リ金属水酸化物と塩素を製造する方法は、従来は、陰極
として水銀を使用して電気分解で生成したアルカリ金属
のアマルガムを解汞して水素と高純度のアルカリ金属水
酸化物を得る水銀法が主流であったが、水銀による公害
問題から、アスベストの隔膜を使用する隔膜法へと製法
の転換が行われた。ところが、隔膜法では、陽極室へ供
給した塩化アルカリの水溶液を隔膜を介して陰極室へ導
入することが原理的に避けられず、得られる10％程度の
アルカリ金属水酸化物の水溶液から蒸発濃縮を行っても
アルカリ金属塩化物を除去することが行われているが、
蒸発濃縮によってもアルカリ金属塩化物の混入は避けら
れず、また水銀法に比べて電気分解に要するエネルギー
は少ないものの蒸発に多くのエネルギーを必要とするた
めに、総合的な消費エネルギーは大きいという問題点を
有していた。[Prior Art] A method for producing an alkali metal hydroxide and chlorine by electrolysis of an aqueous alkali metal chloride solution has conventionally been carried out by dissolving alkali metal amalgam produced by electrolysis using mercury as a cathode. The mercury method, which produces hydrogen and high-purity alkali metal hydroxides, was the mainstream method, but due to the problem of pollution caused by mercury, the production method was switched to a diaphragm method using an asbestos diaphragm. However, in the diaphragm method, it is in principle unavoidable to introduce the aqueous solution of alkali chloride supplied to the anode chamber into the cathode chamber through the diaphragm, and the resulting aqueous solution of about 10% alkali metal hydroxide is concentrated by evaporation. Is performed to remove alkali metal chlorides,
Alkali metal chlorides are inevitably mixed in by evaporation and concentration, and the energy required for electrolysis is less than that of the mercury method, but more energy is required for evaporation, so the overall energy consumption is large. Had a point.
このため、得られるアルカリ金属水酸化物の純度が高
くまた、水酸化ナトリウムの濃度が30数％であるために
濃縮に要するエネルギーが小さく総合的な消費エネルギ
ーが小さい陽イオン交換膜を使用するイオン交換膜法へ
と製法の転換が進んでいる。For this reason, the purity of the obtained alkali metal hydroxide is high, and since the concentration of sodium hydroxide is 30% or more, the energy required for concentration is small and the total energy consumption is small. The conversion of the production method to the exchange membrane method is progressing.
イオン交換膜法による塩化アルカリの電解方法では、
電解電圧を低下させるために各種の工夫が行われてい
る。例えば、使用する電極に形成する電極触媒や電極の
形状等に各種の工夫が行われており、また電解方法にお
いても、陰極室の圧力を陽極室よりも大きくして陽イオ
ン交換膜を陽極に密着させて電解電圧を低下させること
が採用されている。In the electrolysis method of alkali chloride by the ion exchange membrane method,
Various devices have been devised to reduce the electrolysis voltage. For example, various contrivances have been made to the electrode catalyst and the shape of the electrode to be formed on the electrode to be used, and also in the electrolysis method, the pressure of the cathode chamber is made larger than that of the anode chamber, and the cation exchange membrane is used as the anode. Adhesion is used to reduce the electrolytic voltage.
［発明が解決しようとする課題］ イオン交換膜を陽極に接触する方法では、陽極液によ
るオーム損を低下させることが可能となるが、イオン交
換膜を使用する電気分解におけるオーム損の最大の原因
は、陽イオン交換膜それ自身にあり、このオーム損は通
常の運転条件において300ないし300mV程度の電圧となっ
て表れる。そこで、陽イオン交換膜それ自身を改良する
ことはもちろん重要なことであるが、それとともに陽イ
オン交換膜内の電流密度を均一化して陽イオン交換膜に
おける実質的なホーム損を減少させることが行われてい
る。[Problems to be Solved by the Invention] In the method of contacting the ion exchange membrane with the anode, the ohmic loss due to the anolyte can be reduced, but the largest cause of the ohmic loss in the electrolysis using the ion exchange membrane. Is in the cation exchange membrane itself, and this ohmic loss appears as a voltage of about 300 to 300 mV under normal operating conditions. Therefore, it is of course important to improve the cation exchange membrane itself, but at the same time, it is necessary to make the current density in the cation exchange membrane uniform and reduce the substantial home loss in the cation exchange membrane. Is being done.
そのような観点から陽極を平滑化したエキスパンデッ
ドメタルを使用する（特公平１−46596号公報）こと
や、電極板にはエキスパンデッドメタルに代えて穴明板
を使用すること（特公平１−16915号公報）が提案され
ている。From such a viewpoint, it is necessary to use an expanded metal having a smoothed anode (Japanese Patent Publication No. 1-46596), and to use a perforated plate for the electrode plate instead of the expanded metal (Japanese Patent Publication No. Hei 4-46596). No. 1-16915) has been proposed.
また、陽極面の網状体の網目の繰り返し周期をちいさ
くした目開きも小さいいわゆるファインメッシュを使用
すると更に電解電圧を低下させることが可能であること
が知られている。It is also known that the use of a so-called fine mesh having a small repetition period of the mesh of the mesh on the anode side and having a small opening can further reduce the electrolytic voltage.
ファインメッシュの目開きは、使用する材料のよって
制限を受けるために、目開きを小さくしようとすると、
どうしても薄い板厚のものが必要となる。たとえば、エ
キスパンデッドメタルからなる目開きの長径6mm、短径4
mm、刻み巾（ストランド）1mm程度の典型的なファイン
メッシュでは板厚が0.8mm程度になり、また、それより
目開きが小さいものの場合には板厚は0.5mm程度となる
ので、電極としての物理的な強度に問題が生じる。Fine mesh openings are limited by the material used, so if you try to make them smaller,
It is absolutely necessary to have a thin plate. For example, the long diameter of the aperture made of expanded metal is 6 mm, and the short diameter is 4
mm, the thickness of a typical fine mesh with a step width (strand) of about 1 mm is about 0.8 mm, and if the aperture is smaller than that, the sheet thickness is about 0.5 mm. A problem occurs in physical strength.
そこで、このような問題の解決方法として、予め目開
きの大きいエキスパンデッドメタル等の基体上に目開き
の小さい機械的な強度が十分ではないファインメッシュ
を取り付けて使用することが提案されている。Therefore, as a solution to such a problem, it has been proposed to use a fine mesh having a small aperture and insufficient mechanical strength on a base such as an expanded metal having a large aperture in advance. .
目開きの大きなエキスパンデッドメタルの基体上に目
開きの小さいファインメッシュを取り付ける方法には、
エキスパンデッドメタルの基体上にあらかじめ目開きの
大きなファインメッシュの電極基材を取り付けて、これ
を電極の基材として処理をする方法があるが、この方法
では、一体となった電極の基材に電極触媒物質を被覆す
れば、あとは通常のエキスパンデッドメタルからなる電
極と同様に取り扱えられる。しかしながら、電極基材の
被覆すべき面積はファインメッシュと共存する目開きの
大きなエキスパンデッドメタルにも及ぶので、白金族の
金属化合物を含有する高価な電極触媒用の材料が約２倍
必要となり、また電極の実質的な電解部分が３次元的に
広がるので、電極で発生する気泡の離脱が悪くなった
り、食塩電解の場合には陽極のファインメッシュ部分へ
の、食塩水の供給が部分的に悪くなるために、副反応で
ある酸素発生反応が起こり、陽極から発生する塩素の純
度が低下する問題があった。To attach a fine mesh with a small aperture on an expanded metal base with a large aperture,
There is a method in which a fine mesh electrode base material with a large aperture is attached to an expanded metal base material in advance, and this is used as the electrode base material. In this method, however, the integrated electrode base material is used. If the electrode catalyst material is coated on the electrode, it can be handled in the same manner as an ordinary electrode made of expanded metal. However, since the area of the electrode substrate to be covered extends to the expanded metal having a large aperture coexisting with the fine mesh, about twice as much expensive electrode catalyst material containing a platinum group metal compound is required. In addition, since the substantial electrolytic portion of the electrode spreads three-dimensionally, the separation of bubbles generated at the electrode becomes worse, and in the case of salt electrolysis, the supply of the salt solution to the fine mesh portion of the anode is partially performed. As a result, an oxygen generation reaction, which is a side reaction, occurs, and the purity of chlorine generated from the anode decreases.
一方、あらかじめファインメッシュに電極触媒物質を
被覆したものを、電解槽に取り付けた目開きの大きなエ
キスパンデッドメタル等の基体に溶接する方法も行なわ
れるが、この場合には、電極触媒物質はファインメッシ
ュのみを被覆する量で十分であって、電極物質が前者の
方法のように多量に必要になるという問題はなく、また
電解特性が基体によって悪影響を受けることはない。On the other hand, a method in which a fine mesh previously coated with an electrode catalyst substance is welded to a base such as an expanded metal having a large opening attached to an electrolytic cell, but in this case, the electrode catalyst substance is finely divided. It is sufficient to cover only the mesh, there is no problem that a large amount of electrode material is required as in the former method, and the electrolytic properties are not adversely affected by the substrate.
しかしながら、エキスパンデッドメタルとして使用す
るチタン等の金属は電解時に陽極酸化されて通電は不可
能となるので、電解時には下地のエキスパンデッドメタ
ルからファインメッシュへの電流の通電は、下地のエキ
スパンデッドメタル等との接触によっては行われないの
で、下地のエキスパンデッドメタル等とファインメッシ
ュとは両者の溶接部分のみで通電されることとなるの
で、両者の溶接部分は間隔を小さくしないと電気抵抗が
大きくなったり、ファインメッシュ上での電流分布の不
均一が生じたり、さらに、陽イオン交換膜をファインメ
ッシュを設けた電極に密着して食塩の電解をする際に
は、下地となる金属が陽イオン交換膜に接触すると陽イ
オン交換膜の陰極側から拡散したアルカリによってチタ
ン等が腐食を起こすという問題もあった。However, titanium and other metals used as expanded metal are anodized during electrolysis and cannot be energized. Therefore, during electrolysis, current is applied from the underlying expanded metal to the fine mesh only when the underlying expanded metal is used. Since it is not performed by contact with dead metal etc., the expanded metal etc. of the base and the fine mesh are energized only at the welding portion of both, so if the gap between the welding portions of both is not reduced, electric When the resistance increases, the current distribution becomes uneven on the fine mesh, or when the cation exchange membrane is in close contact with the electrode on which the fine mesh is provided to electrolyze the salt, When titanium comes into contact with the cation exchange membrane, the alkali diffused from the cathode side of the cation exchange membrane causes corrosion of titanium etc. Problem was also there.
［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記したような問題を解消するために、フ
ァインメッシュへの通電を溶接部のみではなく下地の金
属との接触部分からも通電できるようにしたもので、下
地の金属の表面に電気分解の環境において耐食性の大き
な導電性の酸化物の被覆を形成することにより、下地の
金属の表面に耐食性と導電性を与えて低い電圧で安定に
電気分解を進めることを可能としたものである。[Means for Solving the Problems] In order to solve the above-described problems, the present invention is configured such that current can be supplied to the fine mesh not only from the welded portion but also from the contact portion with the underlying metal. By forming a conductive oxide coating with high corrosion resistance in the environment of electrolysis on the surface of the underlying metal, it imparts corrosion resistance and conductivity to the surface of the underlying metal to stably perform electrolysis at a low voltage. It is possible to proceed.
すなわち本発明のイオン交換膜法電解槽は、ファイン
メッシュを取り付ける金属の支持体に、ファインメッシ
ュの陽極としての反応を阻害したり、陽極酸化によって
溶接部以外からの通電ができなくなるために生じるオー
ム損の増大や、槽電圧の上昇を防止するために、支持体
となる下地の金属に電極としての作用を有さない導電性
の酸化物層を形成するものである。That is, the ion-exchange membrane electrolytic cell of the present invention has an ohmic surface formed on the metal support to which the fine mesh is attached, because it inhibits the reaction of the fine mesh as an anode, and the anodic oxidation makes it impossible to conduct electricity from other than the welded portion. In order to prevent an increase in loss and an increase in cell voltage, a conductive oxide layer having no function as an electrode is formed on a base metal serving as a support.
本発明のイオン交換膜法電解槽のファインメッシュの
支持体に形成する導電性酸化物層は親水性を有し、液の
流れをまったく阻害せず、また生成気体の気泡が下地の
基体部分で成長することなしにそのまま通過させること
ができるものを見いだしたものである。The conductive oxide layer formed on the support of the fine mesh of the electrolytic cell of the ion exchange membrane method of the present invention has hydrophilicity, does not hinder the flow of the liquid at all, and bubbles of the generated gas are formed on the underlying base portion. They have found something that can pass through without growing.
本発明に使用するファインメッシュの下地として使用
する導電性支持体には、厚さ0.8mmないし1.5mm程度のチ
タンまたはチタン合金製のエキスパンデッドメタルが使
用されるが、このエキスパンデッドメタルは電極として
作用するファインメッシュに導電性と機械的強度を与え
るを主要な役割を果たしている。For the conductive support used as a base of the fine mesh used in the present invention, an expanded metal made of titanium or a titanium alloy having a thickness of about 0.8 mm to 1.5 mm is used. It plays a major role in giving conductivity and mechanical strength to the fine mesh acting as an electrode.
例えば、食塩水のイオン交換膜法電解槽においては、
イオン交換膜は陽極に密着して運転されている。食塩の
イオン交換膜法電解槽の陰極液は通常30％ないし35％の
水酸化ナトリウム水溶液であり、陽極液は180g/lないし
220g/lの食塩水であるのでこの比重差と液面の差および
両者の気相部の圧力の差がイオン交換膜を通じて陽極表
面に与えられており、これにより陽極表面は、イオン交
換膜と密着するが、陽極には大きな圧力が加わることに
なる。For example, in a saline ion-exchange membrane electrolytic cell,
The ion exchange membrane is operated in close contact with the anode. The catholyte of a salt ion exchange membrane electrolyzer is usually a 30% to 35% aqueous sodium hydroxide solution, and the anolyte is 180 g / l or less.
Since the saline solution is 220 g / l, the difference between the specific gravity and the liquid level and the difference between the pressures of both gas phases are given to the anode surface through the ion-exchange membrane. Although they adhere, a large pressure is applied to the anode.
したがって、陽極のファインメッシュを支持するため
に使用するエキスパンデッドメタルにはこの圧力に耐え
る十分な強度を必要とするので、厚さ0.8mmないし1.5mm
のエキスパンデッドメタルの強度はこの目的に適合して
いる必要があるがその形状は特に限定されない。しか
し、表面に設ける網状体の電極を薄くしかも目開きの細
かいものとするためには、表面に設けるファインメッシ
ュの強度の点から、下地のエキスパンデッドメタルは、
ロール圧延していないものでも良いがその凹凸の大きな
ものはファインメッシュの平坦度を保持する上からは好
ましくはない。Therefore, the expanded metal used to support the fine mesh of the anode must have sufficient strength to withstand this pressure.
Although the strength of the expanded metal must be suitable for this purpose, its shape is not particularly limited. However, in order to make the mesh electrode provided on the surface thin and the mesh fine, from the viewpoint of the strength of the fine mesh provided on the surface, the expanded metal of the base is
Rolls that have not been rolled may be used, but those with large irregularities are not preferred from the viewpoint of maintaining the flatness of the fine mesh.
このような目的に使用するエキスパンデッドメタルは
完全に平滑化したものではなく、いわゆるハーフロール
と呼ばれるものが好ましく、もとの板厚に対して10％な
いし100％程度みかけの厚さが厚くなるようにロール圧
延を弱く行ったものが好ましく、完全に平滑化した場合
は、下地のめエキスパンデッドメタルによって電解時の
ガス抜けまたは電解液の供給が阻害される場合があるの
でわずかに傾きを持たせたものの方が良い。The expanded metal used for such a purpose is not completely smooth, but is preferably a so-called half roll, and the apparent thickness is about 10% to 100% of the original thickness. It is preferable that the roll rolling is performed weakly so that if the surface is completely smoothed, gas expansion or supply of the electrolyte during electrolysis may be hindered by the expanded metal of the underlayer, so that the roll is slightly inclined. It is better to have one.
またその形状は特には問わないが、エキスパンデッド
メタルの目開きの刻み巾（ストランド）は2mm以下とな
るようにした方が望ましい。これは、2mm以上あると、
下地のエキスパンデッドメタルが電解中にイオン交換膜
と直接密着した場合には、この部分が電極として作用し
ない部分であるために、密着したイオン交換膜内部に
は、食塩などが析出したブリスターを発生させるおそれ
があるからである。Although the shape is not particularly limited, it is preferable that the step width (strand) of the opening of the expanded metal is 2 mm or less. If this is more than 2mm
If the underlying expanded metal is in direct contact with the ion exchange membrane during electrolysis, this is the part that does not act as an electrode. This is because there is a possibility that it may occur.
この下地のエキスパンデッドメタルへの導電性の酸化
物の形成方法には、各種の方法があるが、特に酸素含有
雰囲気において熱的に表面に形成した酸化物はあとから
電気化学的な酸化を受けても導電性は損なわれないこと
を見いだしたものである。There are various methods for forming a conductive oxide on the underlying expanded metal. Particularly, oxides that are thermally formed on the surface in an oxygen-containing atmosphere are subjected to electrochemical oxidation later. It has been found that the conductivity is not impaired even if it is received.
すなわち、下地のチタンまたはその合金製のエキスパ
ンデッドメタルを空気等の酸化性雰囲気中において焼成
することによって表面に酸化物を形成するものである
が、焼成雰囲気が空気の場合には焼成温度は450℃ない
し700℃であることが好ましく、焼成温度が450℃以下で
は酸化物の成長が十分でなく又、700℃以上では酸化物
自体がもろくなり、基体から剥がれやすくなる。しかし
ながらこの温度範囲は、焼成雰囲気の酸素の分圧を変化
させた場合には、温度範囲を400℃ないし900℃までに変
えて設定することが可能である。In other words, an oxide is formed on the surface by firing the underlying expanded metal made of titanium or its alloy in an oxidizing atmosphere such as air, but when the firing atmosphere is air, the firing temperature is The temperature is preferably 450 ° C. to 700 ° C., and when the firing temperature is 450 ° C. or lower, the oxide does not grow sufficiently. When the firing temperature is 700 ° C. or higher, the oxide itself becomes brittle and easily peels off from the substrate. However, this temperature range can be set by changing the temperature range from 400 ° C. to 900 ° C. when the partial pressure of oxygen in the firing atmosphere is changed.
また、熱分解被覆法によっても表面に酸化物層の被覆
を形成することが可能である。たとえばチタンの塩化物
の水溶液、ブチルチタネートの塩酸やアルコール溶液
に、生成したチタン酸化物をルチル型とする作用を有す
る微量のタンタル、ニオブ又はルテニウム、イリジウム
化合物を溶解したものを表面に塗付し空気中等の酸化性
雰囲気で400℃ないし600℃にて焼成することにより形成
することができる。この操作を数回繰り返すことによ
り、親水性および導電性の良好な被覆を形成することが
可能となる。Also, it is possible to form a coating of an oxide layer on the surface by a thermal decomposition coating method. For example, a solution of a small amount of tantalum, niobium or ruthenium, or an iridium compound having a function of converting the generated titanium oxide into a rutile type is coated on the surface of an aqueous solution of titanium chloride, a hydrochloric acid or alcohol solution of butyl titanate, and applied to the surface. It can be formed by firing at 400 ° C. to 600 ° C. in an oxidizing atmosphere such as air. By repeating this operation several times, it becomes possible to form a coating having good hydrophilicity and conductivity.
被覆として形成する酸化チタンには多くの形態のもの
が使用可能であるが、酸化被膜の安定性の点からルチル
型であることが望ましく、そのためには上記したような
添加物を加えるが、その量は10重量％以下であることが
望ましい。特にイリジウムやルテニウムが30重量％を超
過すると電極触媒物質としての作用が顕著になり、電極
としての作用を有しない導電性の基体を得るという所期
の目的を達成することができなくなるので、このような
白金族の金属を含有する物質を添加する場合には注意を
要する。また、同じルチル型構造を有するアルコキシ錫
等の熱分解による導電性酸化物も導電性に劣るが使用す
ることが可能である。Many forms can be used for the titanium oxide to be formed as the coating, but it is preferable that the titanium oxide is a rutile type in view of the stability of the oxide film. Preferably, the amount is less than 10% by weight. In particular, when iridium or ruthenium exceeds 30% by weight, the effect as an electrode catalyst material becomes remarkable, and the intended purpose of obtaining a conductive substrate having no function as an electrode cannot be achieved. Care must be taken when adding such a substance containing a platinum group metal. In addition, a conductive oxide obtained by thermal decomposition such as alkoxytin having the same rutile structure can also be used although it has poor conductivity.
以上のようにして製造した導電性の酸化物の被覆を形
成したエキスパンデッドメタルの基体上に常法で製造し
た目開きの小さいファインメッシュからなる不溶性金属
電極を取り付ける。An insoluble metal electrode made of a fine mesh with a small aperture manufactured by a conventional method is mounted on the expanded metal substrate having a conductive oxide coating formed as described above.
ファインメッシュの形状については各種のものが使用
可能であるが、板厚が0.2mmより薄くなると、エキスパ
ンデッドメタル化することが困難となる。また、0.2mm
以下であってもパンチドメタルとすることは可能である
ものの実用的な電解槽に使用する電極の面積が0.2m2な
いし5m2であることを考えると0.2mm以下であると実用的
ではない。Various types of fine meshes can be used, but if the plate thickness is less than 0.2 mm, it becomes difficult to form an expanded metal. Also, 0.2mm
Practical area of the electrode for use in electrolytic cells as can be not practical as it is 0.2mm or less considering that it is a to 0.2 m 2 no 5 m 2 be a punched metal even less .
また0.8mm以上では、実用的にファインメッシュと呼
ばれる細い目開きを多数有する網状体は製造することが
できなくなるので、板厚は望ましくは0.3mmないし0.6mm
程度のものが使用される。特に好ましい目開きとして
は、エキスパンデッドメタルの場合には目開きの長径が
3mmないし10mm、短径は2mmないし7mm程度で開口率が25
％ないし60％程度の目開きを有するものであり、このよ
うなエキスパンデッドメタルの電極基体を使用し、常法
により電極触媒の被覆を行なったものが使用される。フ
ァインメッシュの電極基体はエキスパンデッドメタルで
なくてもパンチドメタル等の多孔板等をはじめとして同
様の機能を果たす電極基材を任意に利用することが可能
である。When the thickness is 0.8 mm or more, a mesh having a large number of fine openings called a practically fine mesh cannot be manufactured, so the plate thickness is preferably 0.3 mm to 0.6 mm.
Some are used. As a particularly preferred aperture, in the case of expanded metal, the major axis of the aperture is
3mm to 10mm, minor diameter is about 2mm to 7mm and aperture ratio is 25
%, Having an opening of about 60%, and an electrode catalyst coated by a conventional method using such an expanded metal electrode substrate is used. The electrode substrate of the fine mesh is not limited to expanded metal, and any electrode substrate having the same function as a perforated plate made of punched metal or the like can be arbitrarily used.
下地のエキスパンデッドメタルからなる導電性支持体
へのファインメッシュの取り付けは、通常の溶接方法で
良く、電流分布および機械的な取り付けの安定性を考慮
して行えばよいが、スポット溶接によって取り付けた場
合には、溶接箇所の電極触媒の被覆は熱により損傷を受
けるのでスポット溶接の箇所は少ない方が好ましい。The attachment of the fine mesh to the conductive support consisting of the underlying expanded metal may be performed by a normal welding method, and may be performed in consideration of the current distribution and the stability of the mechanical attachment. In such a case, the coating of the electrode catalyst at the welding location is damaged by heat, so that it is preferable that the number of spot welding locations is small.
本発明の電極は、溶接部以外のファインメッシュと導
電性支持体であるエキスパンデッドメタルが接触してい
る部分からの導通も見られるので、ファインメッシュと
導電性支持体との溶接箇所はスポット溶接のみによって
導電接続を行う場合に比べて少なくても良く、その問題
は25mmないし100mmの間隔で十分である。Since the electrode of the present invention also shows conduction from the portion where the fine mesh other than the welded portion and the expanded metal as the conductive support are in contact, the welding portion between the fine mesh and the conductive support is spotted. Compared with the case where the conductive connection is made only by welding, the number may be smaller, and the problem is that a gap of 25 to 100 mm is sufficient.
［作用］ 本発明は、導電性支持体上に、微細な目開きを有する
網状体であるファインメッシュの基材上に電極触媒物質
の被覆を形成した不溶性金属電極を取り付けたイオン交
換膜法電解槽において、導電性支持体の表面に電極触媒
活性を有しない導電性被覆を形成したことにより、微細
な目開きを有する不溶性電極を取り付ける際に網状体へ
の導電接続をはじめとする電解特性を改善することが可
能となる。[Action] The present invention relates to an ion-exchange membrane electrolysis method in which an insoluble metal electrode in which a coating of an electrode catalyst material is formed on a fine mesh base material, which is a net having fine openings, is mounted on a conductive support. In the tank, by forming a conductive coating having no electrocatalytic activity on the surface of the conductive support, the electrolytic properties such as conductive connection to the mesh when attaching an insoluble electrode with fine openings are improved. It can be improved.
［実施例］ 以下に本発明の実施例を示し、本発明をさらに詳細に
説明する。[Examples] Examples of the present invention will be described below, and the present invention will be described in more detail.
第１図は本発明のイオン交換膜法電解槽を複極式の電
解槽に適用した場合の単位電解槽の陽極側から見た部分
切り欠き斜視図である。FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of a unit electrolytic cell viewed from the anode side when the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention is applied to a bipolar electrolytic cell.
単位電解槽１は、電解槽枠体２に取り付けた隔壁３に
よって陽極室と陰極室に分離されている。隔壁の陽極室
側はチタンまたはパラジウム、ルテニウム等を含むチタ
ンを主成分とする合金で構成され隔壁の陰極室側はニッ
ケル、ステンレス等で構成され、隔壁は両者の接合体で
構成されている。The unit electrolytic cell 1 is separated into an anode chamber and a cathode chamber by a partition wall 3 attached to an electrolytic cell frame 2. The anode compartment side of the partition is made of titanium or an alloy mainly containing titanium containing palladium, ruthenium or the like, the cathode compartment side of the partition is made of nickel, stainless steel or the like, and the partition is made of a joined body of both.
陽極室にはチタンまたはその合金製の陽極リブ４が設
けられており、陽極リブには導電性支持体５が取り付け
られており、導電性支持体上には微細な目開きを有する
網状体であるファインメッシュの陽極６が溶接によって
取り付けられている。The anode chamber is provided with an anode rib 4 made of titanium or an alloy thereof, and a conductive support 5 is attached to the anode rib. On the conductive support, a mesh having fine openings is formed. A fine mesh anode 6 is attached by welding.
また、陰極室側には陰極リブ７が設けられており、陰
極リブにはニッケル、ステンレス等の金属のエキスパン
デッドメタル等の多孔板の基体上に陰極触媒物質の被覆
を形成した陰極８が取り付けられている。Further, a cathode rib 7 is provided on the cathode chamber side. The cathode rib has a cathode 8 in which a coating of a cathode catalyst material is formed on a base of a perforated plate of expanded metal such as nickel or stainless steel. Installed.
単位電解槽のフランジ面９にはガスケットを設けて陽
イオン交換膜と交互に積層してイオン交換膜法電解槽が
組み立てられる。A gasket is provided on the flange surface 9 of the unit electrolytic cell and alternately laminated with a cation exchange membrane to assemble an ion exchange membrane electrolytic cell.
第２図は、陽極部分の一部の断面図であるが、陽極リ
ブ４に取り付けた導電性支持体５の表面には、導電性被
膜10が形成されており、導電性支持体の表面の導電性被
覆からは、網状体の陽極６との溶接部分以外の両者の接
触部からも通電が行われる。FIG. 2 is a cross-sectional view of a part of the anode portion. The conductive coating 10 is formed on the surface of the conductive support 5 attached to the anode rib 4, and the surface of the conductive support is From the conductive coating, electricity is also supplied from the contact portions of the mesh body other than the welded portion with the anode 6.
導電性支持体には、単位電解槽に取り付ける前にあら
かじめ酸素含有雰囲気において450℃ないし700℃で、表
面にチタンの酸化物の導電性の被覆を形成するか、ある
いはチタン含有化合物の液を塗布して熱分解することに
よって酸化物の被覆を形成している。Conductive coating of titanium oxide on the surface of the conductive support at 450 ° C to 700 ° C in an oxygen-containing atmosphere before application to the unit electrolytic cell, or application of a titanium-containing compound solution And thermal decomposition to form an oxide coating.
また、導電性支持体には厚さ0.8mmないし1.5mmから製
造した刻み巾2mm以下のエキスパンデッドメタルを使用
する。An expanded metal having a step width of 2 mm or less manufactured from a thickness of 0.8 mm to 1.5 mm is used for the conductive support.
導電性支持体上には、0.2mmないし0.8mmのファインメ
ッシュと呼ばれる細い目開きを多数有する網状体８を溶
接しており、網状体は、導電性支持体と同様の材質のエ
キスパンデッドメタルまたはパンチドメタルで構成し、
その表面には酸化ルテニウム−酸化チタン系等の電極触
媒物質の被覆を形成している。On the conductive support, a mesh 8 having a large number of fine openings called a fine mesh of 0.2 mm to 0.8 mm is welded, and the mesh is an expanded metal made of the same material as the conductive support. Or composed of punched metal,
The surface is coated with an electrode catalyst material such as a ruthenium oxide-titanium oxide system.
導電性支持体上には網状体を20mmないし100mmの間隔
でスポット溶接して取り付けている。The mesh is spot-welded on the conductive support at intervals of 20 to 100 mm.
実施例１ 導電性支持体には、厚さ1.5mmの板から製造した目開
きの長径10mm、短径5mm、見かけ厚さ1.7mmとなるように
ロール圧延したエキスパンデッドメタルを使用し、これ
を520℃で１時間空気中で焼成することにより表面に薄
い青色を呈する酸化物層４を形成した。一方、導電性支
持体に取り付ける電極には、厚み0.35mmの板から製造し
た目開きの大きさが長径6mm、短径4mm、見かけ厚さが0.
4mmとなるようにロール圧延したエキスパンデッドメタ
ルを基材として、これにルテニウムとチタンの酸化物系
の電極触媒物質を被覆した電極を使用した。Example 1 An expanded metal roll-rolled to a conductive support having a major diameter of 10 mm, a minor diameter of 5 mm, and an apparent thickness of 1.7 mm manufactured from a 1.5 mm thick plate was used. Was fired in air at 520 ° C. for 1 hour to form a light blue oxide layer 4 on the surface. On the other hand, for the electrode attached to the conductive support, the size of the aperture manufactured from a 0.35 mm thick plate has a major axis of 6 mm, a minor axis of 4 mm, and an apparent thickness of 0.
An expanded metal roll-rolled to 4 mm was used as a base material, and an electrode coated with an oxide-based electrode catalyst material of ruthenium and titanium was used.
この電極を40mm間隔でスポット溶接を行なって縦1000
mm、横100mmのイオン交換膜法電解槽の導電性支持体に
取り付けて、イオン交換膜には、ナフィオン90209（デ
ュポン社製）を使用し、電流密度40A/dm2、温度90℃、
陽極の食塩水濃度200g/l、陰極液の水酸化ナトリウム水
溶液の濃度32％で電解を行ったところ、槽電圧は3.15V
であった。This electrode is spot-welded at 40 mm intervals to a length of 1000
mm, 100 mm horizontal ion-exchange membrane method Attached to the conductive support of the electrolytic cell, Nafion 90209 (manufactured by DuPont) is used for the ion-exchange membrane, current density 40 A / dm 2 , temperature 90 ° C,
When electrolysis was performed at a saline solution concentration of the anode of 200 g / l and a sodium hydroxide aqueous solution of the catholyte at a concentration of 32%, the cell voltage was 3.15 V
Met.
実施例２ 導電性支持体として厚み1.2mmの板を目開きの長径12.
6mm、短径6.3mm、見かけの厚さ1.6mmのロール圧延した
エキスパンデッドメタルの表面をサンドブラスト処理を
して更に濃度30％の80℃の硫酸にて処理し、その表面に
モル比で90:10となるように塩化チタンと塩化ルテニウ
ムを加えた塩酸水溶液を塗付し450℃で10分間加熱して
熱分解を行なって、酸化チタンと酸化ルテニウムの複合
酸化物を形成した。この操作を４回繰り返した。この酸
化物をＸ線回折法で分析を行ったところ見かけ結晶子サ
イズが200オングストロームのルチル型酸化物であるこ
とがわかった。Example 2 A plate having a thickness of 1.2 mm was used as a conductive support and the major axis of the aperture was 12.
The surface of the rolled expanded metal having a diameter of 6 mm, a minor diameter of 6.3 mm, and an apparent thickness of 1.6 mm is subjected to sandblasting, and further treated with sulfuric acid at a concentration of 30% at 80 ° C. : 10 was applied with a hydrochloric acid aqueous solution to which titanium chloride and ruthenium chloride were added, and heated at 450 ° C for 10 minutes to perform thermal decomposition to form a composite oxide of titanium oxide and ruthenium oxide. This operation was repeated four times. Analysis of this oxide by X-ray diffraction revealed that it was a rutile oxide having an apparent crystallite size of 200 Å.
厚さ0.5mmの板に直径1mmの径の穴を1.5mmのピッチで
設けた多孔板に実施例１と同様の方法で電極触媒被覆を
形成した電極を上記の導電性支持体上に50mmの間隔でス
ポット溶接を行った取り付けた。An electrode obtained by forming an electrode catalyst coating on a perforated plate in which holes having a diameter of 1 mm are provided at a pitch of 1.5 mm in a plate having a thickness of 0.5 mm in the same manner as in Example 1 was placed on the above-mentioned conductive support by 50 mm. Spot welding was performed at intervals.
この電極を実施例１と同様のイオン交換膜法電解槽に
おいて電気分解を行ったところ、槽電圧は3.10Vであっ
た。The electrode was electrolyzed in the same ion exchange membrane electrolytic cell as in Example 1, and the cell voltage was 3.10 V.
比較例１ 導電性支持体の表面に酸化物の形成の処理を行わなか
った点を除いて実施例１と同じ条件で電解したところ槽
電圧は3.30Vであった。Comparative Example 1 Electrolysis was performed under the same conditions as in Example 1 except that no treatment for forming an oxide was performed on the surface of the conductive support, and the cell voltage was 3.30 V.
［発明の効果］ 本発明の電解槽は導電性支持体上に、微細な目開きを
有するファインメッシュの基材上に電極触媒物質の被膜
を形成した不溶性金属電極を取り付けたものであるが、
導電性支持体の表面に電極触媒活性を有しない導電性被
覆を形成したことによって、導電性支持体の腐食を防止
すると共に導電性支持体から電極との溶接部以外の接触
部分においても十分な通電を形成することができるの
で、溶接箇所を減少させると共に、低電圧での運転が可
能である。[Effects of the Invention] The electrolytic cell of the present invention is one in which an insoluble metal electrode in which a coating of an electrode catalyst substance is formed on a fine mesh substrate having fine openings is attached on a conductive support.
By forming a conductive coating having no electrocatalytic activity on the surface of the conductive support, it is possible to prevent corrosion of the conductive support and at the contact portion other than the welded portion with the electrode from the conductive support. Since energization can be formed, it is possible to reduce the number of welding points and operate at a low voltage.
第１図は、本発明のイオン交換膜法電解槽を複極式の電
解槽に適用した場合の単位電極槽の陽極側から見た分解
斜視図である。第２図は、第１図をＡ−Ａ線で切断した
陽極部分の一部の断面図を示す。 １……単位電解槽、２……電解槽枠体、３……隔壁、４
……陽極リブ、５……導電性支持体、６……ファインメ
ッシュの陽極、７……陰極リブ、８……陰極、９……フ
ランジ面、10……導電性被膜FIG. 1 is an exploded perspective view from the anode side of a unit electrode tank when the ion exchange membrane method electrolytic cell of the present invention is applied to a bipolar electrolytic cell. FIG. 2 is a cross-sectional view of a part of the anode portion taken along the line AA in FIG. 1 unit electrolytic cell, 2 electrolytic cell frame, 3 partition wall, 4
... Anode ribs, 5 ... Conductive support, 6 ... Fine mesh anode, 7 ... Cathode ribs, 8 ... Cathode, 9 ... Flange surface, 10 ... Conductive coating
Claims (6)
ファインメッシュの基材上に電極触媒物質の被膜を形成
した不溶性金属電極を取り付けたイオン交換膜法電解槽
において、導電性支持体の表面に電極不媒活性を有しな
い導電性被覆を形成したことを特徴とするイオン交換膜
法電解槽。1. An ion-exchange membrane electrolytic cell comprising a conductive support and an insoluble metal electrode formed by forming a coating of an electrode catalyst substance on a fine mesh base material having fine openings on a conductive support. An electrolytic cell having an ion-exchange membrane method, wherein a conductive coating having no electrode immobilizing activity is formed on the surface of a body.
得られた金属酸化物であることを特徴とする請求項１記
載のイオン交換膜法電解槽。2. The electrolytic cell according to claim 1, wherein the conductive coating is a metal oxide obtained by firing the conductive support.
なり、その表面にチタン化合物を含む導電性の熱分解酸
化物を形成したことを特徴とする請求項１記載のイオン
交換膜法電解槽。3. The electrolytic cell according to claim 1, wherein the conductive support is made of titanium or a titanium alloy, and a conductive pyrolytic oxide containing a titanium compound is formed on the surface of the conductive support. .
ール圧延を行なったエキスパンデッドメタルであること
を特徴とする請求項１記載のイオン交換膜法電解槽。4. The electrolytic cell according to claim 1, wherein the conductive support is a rolled expanded metal having a thickness of 0.8 mm or more.
いし0.8mmであり、目開きの長径が2mmないし10mm、短径
が1.5mmないし7mm、開口率が25％ないし60％のエキスパ
ンデッドメタルであることを特徴とする請求項１記載の
イオン交換膜法電解槽。5. The base material of the insoluble metal electrode having a thickness of 0.2 mm to 0.8 mm, a major axis of the aperture of 2 mm to 10 mm, a minor axis of 1.5 mm to 7 mm, and an aperture ratio of 25% to 60%. The ion exchange membrane method electrolytic cell according to claim 1, wherein the electrolytic cell is an expanded metal.
し0.8mmのパンチドメタルであることを特徴とする請求
項１記載のイオン交換膜法電解槽。6. The electrolytic cell according to claim 1, wherein the substrate of the insoluble metal electrode is a punched metal having a thickness of 0.2 to 0.8 mm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2186026A JP3008953B2 (en) | 1990-07-12 | 1990-07-12 | Ion-exchange membrane electrolytic cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2186026A JP3008953B2 (en) | 1990-07-12 | 1990-07-12 | Ion-exchange membrane electrolytic cell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0474881A JPH0474881A (en) | 1992-03-10 |
| JP3008953B2 true JP3008953B2 (en) | 2000-02-14 |
Family
ID=16181099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2186026A Expired - Fee Related JP3008953B2 (en) | 1990-07-12 | 1990-07-12 | Ion-exchange membrane electrolytic cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3008953B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100510093B1 (en) * | 2003-04-23 | 2005-08-24 | 한창용 | An anode for electrolysis of water and an electrolytic cell comprising the same |
-
1990
- 1990-07-12 JP JP2186026A patent/JP3008953B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0474881A (en) | 1992-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5082543A (en) | Filter press electrolysis cell | |
| EP0031660B1 (en) | Electrolysis apparatus using a diaphragm of a solid polymer electrolyte, and a method for the production of the same | |
| JP2009215580A (en) | Cathode for hydrogen generation | |
| JPH0125836B2 (en) | ||
| JPS607710B2 (en) | Electrolysis method of alkali metal chloride using diaphragm electrolyzer | |
| US7211177B2 (en) | Electrode for electrolysis in acidic media | |
| JP3420820B2 (en) | Method and apparatus for producing electrolytic acidic water | |
| JP2641584B2 (en) | Anode with dimensional stability | |
| JP3080971B2 (en) | Electrode structure for ozone production and method for producing the same | |
| US3948750A (en) | Hollow bipolar electrode | |
| US4749452A (en) | Multi-layer electrode membrane-assembly and electrolysis process using same | |
| JPS59133384A (en) | Electrolytic cell | |
| JPS63140093A (en) | Electrode structure for gas forming electrolytic cell | |
| JP3008953B2 (en) | Ion-exchange membrane electrolytic cell | |
| JPS6120635B2 (en) | ||
| NO861978L (en) | CATALYTIC COMPOSITION MATERIALS, SPECIFICALLY FOR ELECTROLYSE ELECTRODES, AND MANUFACTURING METHOD. | |
| JP3264535B2 (en) | Gas electrode structure and electrolysis method using the gas electrode structure | |
| JPS6342710B2 (en) | ||
| US6165333A (en) | Cathode assembly and method of reactivation | |
| JPH0346551B2 (en) | ||
| JPS5871382A (en) | Electrolytic cell | |
| JP3167054B2 (en) | Electrolytic cell | |
| JPH0633474B2 (en) | Water electrolysis method | |
| JPS57116783A (en) | Production of hydrogen and halogen | |
| JP4582784B2 (en) | Ion exchange membrane electrolysis method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |