JP3073968B2 - 塩水電解法 - Google Patents
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-
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-
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は塩水、正確には塩化
ナトリウム水溶液をメンブレンと気体のみが供給される
カソード隔室内に配置され且つメンブレンに直接支持さ
れたガス電極とを有する電解槽を用いて電気分解する方
法に関するものである。本発明は特に、「酸素還元カソ
ード」を用いて塩化ナトリウム水溶液を電気分解する水
酸化ナトリウム収率（電流効率）とメンブレン寿命とに
優れた水酸化ナトリウム水溶液の製造方法にある。
ナトリウム水溶液をメンブレンと気体のみが供給される
カソード隔室内に配置され且つメンブレンに直接支持さ
れたガス電極とを有する電解槽を用いて電気分解する方
法に関するものである。本発明は特に、「酸素還元カソ
ード」を用いて塩化ナトリウム水溶液を電気分解する水
酸化ナトリウム収率（電流効率）とメンブレン寿命とに
優れた水酸化ナトリウム水溶液の製造方法にある。
【０００２】
【従来技術】フッ化イオン交換膜の進歩は目覚ましく、
このイオン交換膜を用いた塩化ナトリウム溶液の電気分
解方法が開発されている。この方法では塩水電解槽のカ
ソード隔室内に水素と水酸化ナトリウムが生成し、アノ
ード隔室内で塩素が生成する。日本国特許第52124496号
はエネルギー消費を減すために酸素還元電極をカソード
として用い、水素の放出を防ぎ且つ電圧を大幅に低下さ
せるためにカソード隔室内に酸素含有ガスを導入するこ
とを提案している。理論的には下記(2)に示す酸素なし
のカソード反応の代わりに(1)に示す酸素供給を伴うカ
ソード反応を用いると電解電圧を1.23Ｖだけ低下させる
ことができる： ２Ｈ2Ｏ＋Ｏ2＋４ｅ-→ ４ＯＨ- (1) Ｅ＝＋0.40Ｖ（標準水素電極に対して） ４Ｈ2Ｏ＋４ｅ- → ２Ｈ2＋４ＯＨ- (２) Ｅ＝−0.83Ｖ（標準水素電極に対して）
このイオン交換膜を用いた塩化ナトリウム溶液の電気分
解方法が開発されている。この方法では塩水電解槽のカ
ソード隔室内に水素と水酸化ナトリウムが生成し、アノ
ード隔室内で塩素が生成する。日本国特許第52124496号
はエネルギー消費を減すために酸素還元電極をカソード
として用い、水素の放出を防ぎ且つ電圧を大幅に低下さ
せるためにカソード隔室内に酸素含有ガスを導入するこ
とを提案している。理論的には下記(2)に示す酸素なし
のカソード反応の代わりに(1)に示す酸素供給を伴うカ
ソード反応を用いると電解電圧を1.23Ｖだけ低下させる
ことができる： ２Ｈ2Ｏ＋Ｏ2＋４ｅ-→ ４ＯＨ- (1) Ｅ＝＋0.40Ｖ（標準水素電極に対して） ４Ｈ2Ｏ＋４ｅ- → ２Ｈ2＋４ＯＨ- (２) Ｅ＝−0.83Ｖ（標準水素電極に対して）
【０００３】一般に、ガス電極を用いる従来のメンブレ
ン電解槽は電解槽のカソード隔室内にガス電極を有し、
このガス電極は隔室をイオン交換膜側の溶液隔室とそれ
と反対側のガス隔室とに分ける。ガス電極は液体の通過
を阻止する疎水性を有し、一般に疎水性物質、例えばポ
リテトラフルオロエチレン樹脂（以下、PTFE）と触媒ま
たは担体に担持された触媒との混合物を成形して得られ
る。このガス電極は電解中に約90℃の高温の32重量％以
上の高濃度の水酸化ナトリウム水溶液に長期間曝される
と次第に疎水性を失って、溶液隔室中に存在する液体が
ガス隔室へ侵入する傾向がある。さらに、ガス電極は主
として炭素含有材料と樹脂との混合物で構成されている
ので、機械的に脆弱で、ひび割れしやすい。これらの欠
点のために、ガス電極は塩水の電気分解で実際に使用す
ることはできなかった。
ン電解槽は電解槽のカソード隔室内にガス電極を有し、
このガス電極は隔室をイオン交換膜側の溶液隔室とそれ
と反対側のガス隔室とに分ける。ガス電極は液体の通過
を阻止する疎水性を有し、一般に疎水性物質、例えばポ
リテトラフルオロエチレン樹脂（以下、PTFE）と触媒ま
たは担体に担持された触媒との混合物を成形して得られ
る。このガス電極は電解中に約90℃の高温の32重量％以
上の高濃度の水酸化ナトリウム水溶液に長期間曝される
と次第に疎水性を失って、溶液隔室中に存在する液体が
ガス隔室へ侵入する傾向がある。さらに、ガス電極は主
として炭素含有材料と樹脂との混合物で構成されている
ので、機械的に脆弱で、ひび割れしやすい。これらの欠
点のために、ガス電極は塩水の電気分解で実際に使用す
ることはできなかった。
【０００４】フランス国特許出願第2 711 675号にはこ
の形式の電解セルの構成は記載されている(第２頁第13
行目〜第３頁第７行目および図１）。日本国特許第61-6
155号には、上記欠点を解決するためにカソードガス電
極とイオン交換膜とを単一の一体構造物にした、カソー
ド隔室を分割しないガス電極／イオン交換膜一体型セル
が提案されている。このセル構造で機械的脆弱性の問題
は解決されるが、メンブレンおよびカソードの交換に欠
点がある。銀メッキしたニッケル格子上にPTFEを用いて
形成した白金メッキ炭素カソードを有するメンブレン電
解槽で水収支を計算すると、カソードで起こる電気化学
反応(1）は生成される水酸化ナトリウム４モルに対して
２モルの水（水酸化ナトリウム１モル当たり0.5モルの
水）を消費することがわかる。生成する水酸化ナトリウ
ムは30〜35％の濃度を有していなければならない。すな
わち、そうしないとメンブレンを介して戻って来る水酸
化イオンが増加して電流効率が低下し、さらにメンブレ
ンが物理的に劣化する。この仕様は塩素／ソーダ用メン
ブレンメーカーによって与えられ、全てのタイプのメン
ブレンに当てはまる。これは、生成した水酸化ナトリウ
ムを希釈するために水を添加、（濃度33％の水酸化ナト
リウムを得るために）水酸化ナトリウム１モルにつき4.
5モルの水を添加することを意味する。
の形式の電解セルの構成は記載されている(第２頁第13
行目〜第３頁第７行目および図１）。日本国特許第61-6
155号には、上記欠点を解決するためにカソードガス電
極とイオン交換膜とを単一の一体構造物にした、カソー
ド隔室を分割しないガス電極／イオン交換膜一体型セル
が提案されている。このセル構造で機械的脆弱性の問題
は解決されるが、メンブレンおよびカソードの交換に欠
点がある。銀メッキしたニッケル格子上にPTFEを用いて
形成した白金メッキ炭素カソードを有するメンブレン電
解槽で水収支を計算すると、カソードで起こる電気化学
反応(1）は生成される水酸化ナトリウム４モルに対して
２モルの水（水酸化ナトリウム１モル当たり0.5モルの
水）を消費することがわかる。生成する水酸化ナトリウ
ムは30〜35％の濃度を有していなければならない。すな
わち、そうしないとメンブレンを介して戻って来る水酸
化イオンが増加して電流効率が低下し、さらにメンブレ
ンが物理的に劣化する。この仕様は塩素／ソーダ用メン
ブレンメーカーによって与えられ、全てのタイプのメン
ブレンに当てはまる。これは、生成した水酸化ナトリウ
ムを希釈するために水を添加、（濃度33％の水酸化ナト
リウムを得るために）水酸化ナトリウム１モルにつき4.
5モルの水を添加することを意味する。
【０００５】アノード隔室内のNaCl濃度が220g/lの場
合、メンブレンを通過する浸透電気流によってカソード
隔室内にNa+１モルあたり3.5モルの水が供給される。水
酸化ナトリウム１モルあたり0.5＋4.5＝５モルの水が消
費され、水酸化ナトリウム１モルあたり3.5モルの水が
供給される。すなわち、従来の運転条件下では水酸化ナ
トリウム１モルあたり1.5モルの水が不足する。
合、メンブレンを通過する浸透電気流によってカソード
隔室内にNa+１モルあたり3.5モルの水が供給される。水
酸化ナトリウム１モルあたり0.5＋4.5＝５モルの水が消
費され、水酸化ナトリウム１モルあたり3.5モルの水が
供給される。すなわち、従来の運転条件下では水酸化ナ
トリウム１モルあたり1.5モルの水が不足する。
【０００６】欧州特許第686709号ではこの「失われた
水」を酸素中に水滴を分散させた形（霧状）で供給する
方法が提案されている。しかし、カソードはバインダと
して使用されるPTFEのために疎水性であり、相対的に小
さい。しかも、酸素が電極の背面と接触する。ガスによ
っ供給された水の全量がメンブレンに向かって（生成す
る水酸化ナトリウムの流れに逆らって）カソードを通過
するわけではないので、メンブレン／カソード境界面で
なく電極の背面で水酸化ナトリウムを希釈するよう作用
する。その結果、電気化学反応に必要な水がガスによっ
て供給されると仮定すると、メンブレンと接触して使用
可能な水の量は最大で水酸化ナトリウム１モルあたり3.
5モルになる。これはメンブレン／カソード境界面にお
ける水酸化ナトリウム濃度が40／(3.5×18＋40）×100
＝38.8％よりも高くなることを意味する。この条件での
電流効率は低く、メンブレンの寿命が短くなる。
水」を酸素中に水滴を分散させた形（霧状）で供給する
方法が提案されている。しかし、カソードはバインダと
して使用されるPTFEのために疎水性であり、相対的に小
さい。しかも、酸素が電極の背面と接触する。ガスによ
っ供給された水の全量がメンブレンに向かって（生成す
る水酸化ナトリウムの流れに逆らって）カソードを通過
するわけではないので、メンブレン／カソード境界面で
なく電極の背面で水酸化ナトリウムを希釈するよう作用
する。その結果、電気化学反応に必要な水がガスによっ
て供給されると仮定すると、メンブレンと接触して使用
可能な水の量は最大で水酸化ナトリウム１モルあたり3.
5モルになる。これはメンブレン／カソード境界面にお
ける水酸化ナトリウム濃度が40／(3.5×18＋40）×100
＝38.8％よりも高くなることを意味する。この条件での
電流効率は低く、メンブレンの寿命が短くなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明者はこの欠点の
ないメンブレンと酸素還元カソードとを有する電解セル
を用いて塩化ナトリウム水溶液を電気分解する方法を見
い出した。
ないメンブレンと酸素還元カソードとを有する電解セル
を用いて塩化ナトリウム水溶液を電気分解する方法を見
い出した。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、セル電解槽を
アノード隔室とカソード隔室とに分けるカチオン交換膜
を有し、カソード隔室内でカソードがカチオン交換膜に
直接支持され、カソード隔室に湿った酸素含有ガスが供
給される、カチオン交換膜と酸素還元カソードとを有す
る電解槽を用いて塩化ナトリウム水溶液を電気分解する
方法において、カチオン交換膜とカソードとの間の水酸
化ナトリウム濃度を38.8重量％以下にするために、塩化
ナトリウムの重量濃度が200ｇ／ｌ以下である塩化ナト
リウム水溶液（アノード液）を使用し、酸素含有ガスに
湿度を与える水が水蒸気の形をしていることを特徴とす
る方法を提供する。
アノード隔室とカソード隔室とに分けるカチオン交換膜
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直接支持され、カソード隔室に湿った酸素含有ガスが供
給される、カチオン交換膜と酸素還元カソードとを有す
る電解槽を用いて塩化ナトリウム水溶液を電気分解する
方法において、カチオン交換膜とカソードとの間の水酸
化ナトリウム濃度を38.8重量％以下にするために、塩化
ナトリウムの重量濃度が200ｇ／ｌ以下である塩化ナト
リウム水溶液（アノード液）を使用し、酸素含有ガスに
湿度を与える水が水蒸気の形をしていることを特徴とす
る方法を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明では、カソード隔室の温度
をアノード隔室の温度よりも高くすることができる。本
発明では、カソード隔室の温度はアノード隔室の温度よ
りも５℃〜20℃、好ましくは10℃〜15℃高くすることが
できる。カソード隔室には、50℃〜100℃、好ましくは8
0℃〜100℃に加熱された水にガスを吹き込む（バブリン
グする）ことによって予め湿度を与えた酸素含有ガスが
供給される。本発明では、給湿された酸素は酸素に水分
を与える水が水蒸気の形となるような方法で導入され
る。これはバブラーの温度をカソード隔室の温度以下に
することで達成される。給湿ガス中の水蒸気の割合（容
積比）は10％〜80％、好ましくは20％〜60％である。酸
素含有ガスは空気、酸素含有率の高い空気または酸素に
することができる。酸素を使用するのが好ましい。ガス
に占める酸素の割合（容積比）は少なくとも20％、好ま
しくは少なくとも50％にする。酸素含有率の高いガスは
予め除炭酸するのが好ましい。本発明ではカチオン交換
膜とカソードとの間の水酸化ナトリウム重量％は38.8％
以下、好ましくは37％以下である。本発明方法は水酸化
ナトリウム収率（電流効率）を高くし、カチオン交換膜
の寿命を延ばし、電解槽の電圧を大きく乱すことがない
という利点を有する。さらに、本発明方法で得られる水
酸化ナトリウムは、水素を発生させるカソードを用いた
従来法で得られる水酸化ナトリウムと同じ純度を有す
る。
をアノード隔室の温度よりも高くすることができる。本
発明では、カソード隔室の温度はアノード隔室の温度よ
りも５℃〜20℃、好ましくは10℃〜15℃高くすることが
できる。カソード隔室には、50℃〜100℃、好ましくは8
0℃〜100℃に加熱された水にガスを吹き込む（バブリン
グする）ことによって予め湿度を与えた酸素含有ガスが
供給される。本発明では、給湿された酸素は酸素に水分
を与える水が水蒸気の形となるような方法で導入され
る。これはバブラーの温度をカソード隔室の温度以下に
することで達成される。給湿ガス中の水蒸気の割合（容
積比）は10％〜80％、好ましくは20％〜60％である。酸
素含有ガスは空気、酸素含有率の高い空気または酸素に
することができる。酸素を使用するのが好ましい。ガス
に占める酸素の割合（容積比）は少なくとも20％、好ま
しくは少なくとも50％にする。酸素含有率の高いガスは
予め除炭酸するのが好ましい。本発明ではカチオン交換
膜とカソードとの間の水酸化ナトリウム重量％は38.8％
以下、好ましくは37％以下である。本発明方法は水酸化
ナトリウム収率（電流効率）を高くし、カチオン交換膜
の寿命を延ばし、電解槽の電圧を大きく乱すことがない
という利点を有する。さらに、本発明方法で得られる水
酸化ナトリウムは、水素を発生させるカソードを用いた
従来法で得られる水酸化ナトリウムと同じ純度を有す
る。
【００１０】以下、本発明方法を実施する装置の例を説
明する。図１は下記(a)〜(e)で構成される電解槽の概念
図である： (a) セル本体(1)と脱気装置(2)とで構成されるアノー
ド隔室。塩化ナトリウム溶液（塩水）は(3)を介して導
入され、ガスリフトによってセル本体と脱気装置との間
を循環する（ダクト(4)および(5)）。劣化した塩水の一
部は(7)を介してオーバーフロー(6)から除去される取。
濃縮された塩水を添加することによってアノード液中の
NaCl濃度を選択された値に保つことができる。 (b) RuＯ2で被覆されたチタン支持体で構成可能なアノ
ード(8) (c) カチオン交換膜(9) (d) 白金メッキされた炭素で被覆した銀メッキされた
ニッケル格子で構成可能なカソード(10)。これはメンブ
レン(9)に直接支持されている。 (e) セル本体で構成されるカソード隔室(11)。 酸素を含む給湿されたガスはセルの底部(12)から供給さ
れ、頭部(13)から作業圧力に維持するための水柱（図１
には図示せず）へ向かって出て行く。水酸化ナトリウム
はセル底部における所望濃度で(14)から直接抜き出され
る。
明する。図１は下記(a)〜(e)で構成される電解槽の概念
図である： (a) セル本体(1)と脱気装置(2)とで構成されるアノー
ド隔室。塩化ナトリウム溶液（塩水）は(3)を介して導
入され、ガスリフトによってセル本体と脱気装置との間
を循環する（ダクト(4)および(5)）。劣化した塩水の一
部は(7)を介してオーバーフロー(6)から除去される取。
濃縮された塩水を添加することによってアノード液中の
NaCl濃度を選択された値に保つことができる。 (b) RuＯ2で被覆されたチタン支持体で構成可能なアノ
ード(8) (c) カチオン交換膜(9) (d) 白金メッキされた炭素で被覆した銀メッキされた
ニッケル格子で構成可能なカソード(10)。これはメンブ
レン(9)に直接支持されている。 (e) セル本体で構成されるカソード隔室(11)。 酸素を含む給湿されたガスはセルの底部(12)から供給さ
れ、頭部(13)から作業圧力に維持するための水柱（図１
には図示せず）へ向かって出て行く。水酸化ナトリウム
はセル底部における所望濃度で(14)から直接抜き出され
る。
【００１１】カソード接続部とメンブレンとの間に毛細
管（毛細管は図１には示さず）を配置することによって
メンブレンとカソードとの間の水酸化ナトリウム濃度を
測定し、サンプリングすることができる。塩素は(15)か
ら出てゆく。NaClの水溶液は、先に定義のNaCl濃度（重
量濃度）で（3）を介してアノード隔室(1)へ導入され、
酸素を含む給湿されたガスは(12)を介してカソード隔室
(11)へ導入される。酸素含有ガスに湿度を与える水は水
蒸気の形をしている。上記装置では、液体の水の添加は
行われず、水酸化ナトリウムの循環も行われない。本発
明では、電解温度は80〜90℃に調節され、カソード隔室
の温度はアノード隔室の温度よりも高くすることができ
る。電極に電流密度を印加すると、NaCl水溶液の電気分
解によって生成する塩素がアノード隔室内に放出されて
(4)および(15)を介して放出され、酸素の還元によって
生成する水酸化イオンがメンブレンを介して循環するア
ルカリカチオンと共に水酸化ナトリウムを形成する。本
発明では酸素流量をカソード消費よりも大きくして操作
するのが有利である。酸素含有ガスを吹き込む水の温度
は、給湿された酸素含有ガスと同様に、セルの出口(14)
における水酸化ナトリウムの濃度を調節するために上昇
または低下させることができる。
管（毛細管は図１には示さず）を配置することによって
メンブレンとカソードとの間の水酸化ナトリウム濃度を
測定し、サンプリングすることができる。塩素は(15)か
ら出てゆく。NaClの水溶液は、先に定義のNaCl濃度（重
量濃度）で（3）を介してアノード隔室(1)へ導入され、
酸素を含む給湿されたガスは(12)を介してカソード隔室
(11)へ導入される。酸素含有ガスに湿度を与える水は水
蒸気の形をしている。上記装置では、液体の水の添加は
行われず、水酸化ナトリウムの循環も行われない。本発
明では、電解温度は80〜90℃に調節され、カソード隔室
の温度はアノード隔室の温度よりも高くすることができ
る。電極に電流密度を印加すると、NaCl水溶液の電気分
解によって生成する塩素がアノード隔室内に放出されて
(4)および(15)を介して放出され、酸素の還元によって
生成する水酸化イオンがメンブレンを介して循環するア
ルカリカチオンと共に水酸化ナトリウムを形成する。本
発明では酸素流量をカソード消費よりも大きくして操作
するのが有利である。酸素含有ガスを吹き込む水の温度
は、給湿された酸素含有ガスと同様に、セルの出口(14)
における水酸化ナトリウムの濃度を調節するために上昇
または低下させることができる。
【００１２】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明
する。図１に示した塩化ナトリウム水溶液の電解槽を使
用した。電源からアノード(+)とカソード(-)にた３〜４
kA／ｍ2の電流密度ｉを印加して電解する。アノード(8)
は酸化ルテニウムRuＯ2で被覆されたチタン支持体で構
成される。カソード(10)は銀メッキされたニッケル格子
上にPTFEを用いて形成された白金メッキされた炭素で構
成される（炭素上に10％のプラチナすなわち１cm 2あた
り0.56mgのPtを使用）。このカソードはイーテック(E-T
EC)社より市販のもの。カチオン交換膜(9)はポンドゥヌ
ムール(Pont de Nemours)社のナフィオン(Nafion N966)
である。使用ガスは純粋な酸素である。
する。図１に示した塩化ナトリウム水溶液の電解槽を使
用した。電源からアノード(+)とカソード(-)にた３〜４
kA／ｍ2の電流密度ｉを印加して電解する。アノード(8)
は酸化ルテニウムRuＯ2で被覆されたチタン支持体で構
成される。カソード(10)は銀メッキされたニッケル格子
上にPTFEを用いて形成された白金メッキされた炭素で構
成される（炭素上に10％のプラチナすなわち１cm 2あた
り0.56mgのPtを使用）。このカソードはイーテック(E-T
EC)社より市販のもの。カチオン交換膜(9)はポンドゥヌ
ムール(Pont de Nemours)社のナフィオン(Nafion N966)
である。使用ガスは純粋な酸素である。
【００１３】実施例１（本発明でない実施例） 塩素／水酸化ナトリウム電解槽を一般的な条件で使用す
る。 操作条件： Nafion N966メンブレン；RuＯ2で被覆されたチタン支持
体より成るアノード。 アノードの温度＝カソードの温度＝80℃ 電流密度ｉ＝３kA／ｍ2 酸素はセルに導入する前に80℃の水中にバブリングして
湿度を与える。流速は５リットル／時とする。給湿され
た酸素中の水蒸気の割合（体積％）は約55％である。 アノード液中のNaCl濃度（重量濃度）＝220ｇ／ｌ 電解槽の出口における水酸化ナトリウム濃度（重量％）
＝30％ メンブレンとカソードとの間の水酸化ナトリウム濃度
（重量％）＝40％ 電解槽の電圧＝2.2Ｖ 水酸化ナトリウム収率＝93％（24時間連続運転で算出さ
れた結果） 電解槽の出口における水酸化ナトリウム濃度は適性であ
るが、収率はこの種のメンブレンに関して期待される値
よりもはるかに低い。
る。 操作条件： Nafion N966メンブレン；RuＯ2で被覆されたチタン支持
体より成るアノード。 アノードの温度＝カソードの温度＝80℃ 電流密度ｉ＝３kA／ｍ2 酸素はセルに導入する前に80℃の水中にバブリングして
湿度を与える。流速は５リットル／時とする。給湿され
た酸素中の水蒸気の割合（体積％）は約55％である。 アノード液中のNaCl濃度（重量濃度）＝220ｇ／ｌ 電解槽の出口における水酸化ナトリウム濃度（重量％）
＝30％ メンブレンとカソードとの間の水酸化ナトリウム濃度
（重量％）＝40％ 電解槽の電圧＝2.2Ｖ 水酸化ナトリウム収率＝93％（24時間連続運転で算出さ
れた結果） 電解槽の出口における水酸化ナトリウム濃度は適性であ
るが、収率はこの種のメンブレンに関して期待される値
よりもはるかに低い。
【００１４】実施例２（本発明でない実施例） 酸素流量を増加して水を供給 操作条件： Nafion N966メンブレン；RuＯ2で被覆されたチタン支持
体より成るアノード。 アノードの温度＝カソードの温度＝80℃ 電流密度ｉ＝３kA／ｍ2 酸素はセルに導入する前に80℃の水中でバブリングして
湿度を与える。流速は実施例１の２倍にする。 アノード液中のNaCl濃度（重量濃度）＝220ｇ／ｌ 電解槽の出口における水酸化ナトリウム濃度（重量％）
＝28.5％ メンブレンとカソードとの間の水酸化ナトリウム濃度
（重量％）＝39％ 電解槽の電圧＝2.2Ｖ 水酸化ナトリウム収率＝93.4％（24時間連続運転で得ら
れる結果） 電解槽の出口における水酸化ナトリウム濃度があまりに
も低く、メンブレン／カソード境界面における水酸化ナ
トリウム濃度は高く、収率はほぼ同じである。すなわ
ち、酸素によって供給された水はカソードを通過してメ
ンブレン／カソード境界面における水酸化ナトリウムを
希釈せず、カソードの背面の水酸化ナトリウムを希釈す
るに過ぎない。
体より成るアノード。 アノードの温度＝カソードの温度＝80℃ 電流密度ｉ＝３kA／ｍ2 酸素はセルに導入する前に80℃の水中でバブリングして
湿度を与える。流速は実施例１の２倍にする。 アノード液中のNaCl濃度（重量濃度）＝220ｇ／ｌ 電解槽の出口における水酸化ナトリウム濃度（重量％）
＝28.5％ メンブレンとカソードとの間の水酸化ナトリウム濃度
（重量％）＝39％ 電解槽の電圧＝2.2Ｖ 水酸化ナトリウム収率＝93.4％（24時間連続運転で得ら
れる結果） 電解槽の出口における水酸化ナトリウム濃度があまりに
も低く、メンブレン／カソード境界面における水酸化ナ
トリウム濃度は高く、収率はほぼ同じである。すなわ
ち、酸素によって供給された水はカソードを通過してメ
ンブレン／カソード境界面における水酸化ナトリウムを
希釈せず、カソードの背面の水酸化ナトリウムを希釈す
るに過ぎない。
【００１５】実施例３（本発明実施例） アノード液中のNACL濃度を低下させる。 操作条件： Nafion N966メンブレン；RuＯ2で被覆されたチタン支持
体より成るアノード。 アノードの温度＝カソードの温度＝80℃ 電流密度ｉ＝３kA／ｍ2 酸素はセルに導入する前に80℃の水中でバブリングして
湿度を与える。酸素の流速は実施例１と同一である。 アノード液中のNaCl濃度（重量濃度）＝190ｇ／ｌ 電解槽の出口における水酸化ナトリウム濃度（重量％）
＝30％ メンブレンとカソードとの間の水酸化ナトリウム濃度
（重量％）＝37.5％ 電解槽の電圧＝2.2Ｖ 水酸化ナトリウム収率＝95.9％（24時間連続運転で得ら
れる結果） 電解槽の*出口における水酸化ナトリウム濃度は変わら
ず、収率は実施例１で得られたものに比べてはるかに高
く、電解槽の電圧は乱れない。
体より成るアノード。 アノードの温度＝カソードの温度＝80℃ 電流密度ｉ＝３kA／ｍ2 酸素はセルに導入する前に80℃の水中でバブリングして
湿度を与える。酸素の流速は実施例１と同一である。 アノード液中のNaCl濃度（重量濃度）＝190ｇ／ｌ 電解槽の出口における水酸化ナトリウム濃度（重量％）
＝30％ メンブレンとカソードとの間の水酸化ナトリウム濃度
（重量％）＝37.5％ 電解槽の電圧＝2.2Ｖ 水酸化ナトリウム収率＝95.9％（24時間連続運転で得ら
れる結果） 電解槽の*出口における水酸化ナトリウム濃度は変わら
ず、収率は実施例１で得られたものに比べてはるかに高
く、電解槽の電圧は乱れない。
【００１６】実施例４（本発明実施例） 操作条件はアノード液中のNaCl濃度（重量濃度）を170
ｇ／ｌにする点を除いて実施例３と同一である。 結果は以下の通り： 電解槽の出口における水酸化ナトリウム濃度（重量
％）：32％ メンブレンとカソードとの間の水酸化ナトリウム濃度
（重量％）：35％ 水酸化ナトリウム収率：96％
ｇ／ｌにする点を除いて実施例３と同一である。 結果は以下の通り： 電解槽の出口における水酸化ナトリウム濃度（重量
％）：32％ メンブレンとカソードとの間の水酸化ナトリウム濃度
（重量％）：35％ 水酸化ナトリウム収率：96％
【図１】 本発明による電解槽の概念図。
１ セル本体 ２ 脱気装置 ３、４、５ ダクト ６ オーバーフロー ８ アノード ９ カチオン交換膜 １０ カソード １１ カソード隔室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C25B 1/00 - 15/08
Claims (8)
- 【請求項１】 セル電解槽をアノード隔室とカソード隔
室とに分けるカチオン交換膜を有し、カソード隔室内で
カソードがカチオン交換膜に直接支持され、カソード隔
室に湿った酸素含有ガスを供給する、カチオン交換膜と
酸素還元カソードとを有する電解槽を用いて塩化ナトリ
ウム水溶液を電気分解する方法において、 カチオン交換膜とカソードとの間の水酸化ナトリウム濃
度を38.8重量％以下にするために、塩化ナトリウムの重
量濃度が200ｇ／ｌ以下である塩化ナトリウム水溶液
（アノード液）を使用し、酸素含有ガスに湿度を与える
水が水蒸気の形をしていることを特徴とする方法。 - 【請求項２】 塩化ナトリウム水溶液中の塩化ナトリウ
ムの重量濃度が160ｇ／ｌ〜190ｇ／ｌである請求項１に
記載の方法。 - 【請求項３】 ガスが酸素である請求項１または２に記
載の方法。 - 【請求項４】 湿った酸素含有ガス中の水蒸気の容積％
が10％〜80％である請求項１〜３のいずれか一項に記載
の方法。 - 【請求項５】 湿った酸素含有ガス中の水蒸気の容積％
が20％〜60％である請求項４に記載の方法。 - 【請求項６】 カソード隔室の温度をアノード隔室の温
度よりも高くする請求項１〜５のいずれか一項に記載の
方法。 - 【請求項７】 カソード隔室の温度をアノード隔室の温
度よりも５℃〜20℃高くする請求項６に記載の方法。 - 【請求項８】 カソード隔室の温度をアノード隔室の温
度よりも10℃〜15℃高くする請求項７に記載の方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9711795A FR2768751B1 (fr) | 1997-09-23 | 1997-09-23 | Procede d'electrolyse d'une saumure |
| FR9711795 | 1997-09-23 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11152591A JPH11152591A (ja) | 1999-06-08 |
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| CN102134724B (zh) * | 2010-12-31 | 2012-06-20 | 北京化工大学 | 阴离子膜电解槽装置用于纯碱生产中废液脱盐的方法 |
| CN106148992A (zh) * | 2015-04-20 | 2016-11-23 | 李坚 | 离子膜催化法或电渗析催化法水制氢及其应用 |
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| JP3344828B2 (ja) * | 1994-06-06 | 2002-11-18 | ペルメレック電極株式会社 | 塩水の電解方法 |
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