JP3304481B2 - 過酸化水素製造用電解槽及び過酸化水素の電解的製造方法 - Google Patents
過酸化水素製造用電解槽及び過酸化水素の電解的製造方法Info
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- JP3304481B2 JP3304481B2 JP06268593A JP6268593A JP3304481B2 JP 3304481 B2 JP3304481 B2 JP 3304481B2 JP 06268593 A JP06268593 A JP 06268593A JP 6268593 A JP6268593 A JP 6268593A JP 3304481 B2 JP3304481 B2 JP 3304481B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高効率で各種用途に酸
化剤として使用される過酸化水素を酸素の電解還元によ
り製造するための電解槽及び前記過酸化水素の製造方法
に関する。
化剤として使用される過酸化水素を酸素の電解還元によ
り製造するための電解槽及び前記過酸化水素の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来技術とその問題点】過酸化水素はパルプの漂白等
に使用される酸化剤であり、この過酸化水素をガス電極
を使用して酸素や空気等の酸素含有ガスから製造する技
術は従来からあり、最近でも研究が続けられている（電
気化学57，11，1073，1989）。ガス電極は陽極又は陰極
で通常発生する酸素ガス又は水素ガスに水素ガス又は酸
素ガスをそれぞれ供給してガス発生を抑制し、このガス
発生に伴う電圧分だけ電力消費を抑えることを目的とし
ている。
に使用される酸化剤であり、この過酸化水素をガス電極
を使用して酸素や空気等の酸素含有ガスから製造する技
術は従来からあり、最近でも研究が続けられている（電
気化学57，11，1073，1989）。ガス電極は陽極又は陰極
で通常発生する酸素ガス又は水素ガスに水素ガス又は酸
素ガスをそれぞれ供給してガス発生を抑制し、このガス
発生に伴う電圧分だけ電力消費を抑えることを目的とし
ている。
【０００３】このガス陰極自体は周知であり（例えば特
公平２−29757 号公報、特開昭59−25179 号公報）、こ
れらはいずれも約0.8 〜１Ｖの電圧低下を達成してい
る。前記ガス電極は片面に疎水性多孔層を設け、他面又
は該疎水層上に電解触媒を担持した親水層を設けて成
り、主として導電性炭素表面に白金を担持して製造され
る。
公平２−29757 号公報、特開昭59−25179 号公報）、こ
れらはいずれも約0.8 〜１Ｖの電圧低下を達成してい
る。前記ガス電極は片面に疎水性多孔層を設け、他面又
は該疎水層上に電解触媒を担持した親水層を設けて成
り、主として導電性炭素表面に白金を担持して製造され
る。
【０００４】しかしこれらの電極は電解初期には良好な
性能を示すものの触媒自体が水酸化アルカリ水溶液等の
電解液に直接触れ、その中で電気化学反応が行われるた
め、触媒の耐性が不充分で短期間で触媒活性を失ってし
まうという問題点があり、更に気液が相互にリークしな
い大面積のガス電極を作製することは極めて困難であり
工業的規模の電解用として実用化されたガス電極は存在
しない。更にこのガス電極ではガスとして空気を使用す
ると空気中の二酸化炭素が電解室で水酸化アルカリと反
応して炭酸ナトリウムに変換されて膜の目詰まりを生じ
させ使用不能になることを回避するため、使用ガス中の
二酸化炭素除去が大きな問題となっている。
性能を示すものの触媒自体が水酸化アルカリ水溶液等の
電解液に直接触れ、その中で電気化学反応が行われるた
め、触媒の耐性が不充分で短期間で触媒活性を失ってし
まうという問題点があり、更に気液が相互にリークしな
い大面積のガス電極を作製することは極めて困難であり
工業的規模の電解用として実用化されたガス電極は存在
しない。更にこのガス電極ではガスとして空気を使用す
ると空気中の二酸化炭素が電解室で水酸化アルカリと反
応して炭酸ナトリウムに変換されて膜の目詰まりを生じ
させ使用不能になることを回避するため、使用ガス中の
二酸化炭素除去が大きな問題となっている。
【０００５】又ガス電極をイオン交換膜と一体化した構
造体が提案され（米国特許3,124,520 号）ているが、こ
の構造体ではガス電極から電解液室にＨ+ （陽極）及び
ＯＨ- （陰極）を供給され、この提案はガス電極の大型
化に有利なように思えるが、具体的な使用条件等が不明
であり、過酸化水素製造用としての暗示もなく依然とし
て実用化には至っていない。このように塩化アルカリ電
解用等としてガス電極を使用する省エネルギー化につい
ては、実用化の予測はある程度立っているが、実現のた
めの手段、ガス電極の長寿命化等の具体的手法について
は依然として見出されていないのが実情である。前述の
電気化学57，11，1073，1989には、陽イオン交換膜及び
陰イオン交換膜により陽極室−中間室−陰極室に区画さ
れた過酸化水素製造用電解槽が記載され前記陰極室には
ガス陰極が収容されて過酸化水素の電解的製造を行うこ
とが提案されているが、陰極室内のガス陰極が前記陰イ
オン交換膜に密着していないため該ガス陰極が腐食性の
ある水酸化カリウム水溶液である陰極液と接触しその寿
命の短縮化を招いている。
造体が提案され（米国特許3,124,520 号）ているが、こ
の構造体ではガス電極から電解液室にＨ+ （陽極）及び
ＯＨ- （陰極）を供給され、この提案はガス電極の大型
化に有利なように思えるが、具体的な使用条件等が不明
であり、過酸化水素製造用としての暗示もなく依然とし
て実用化には至っていない。このように塩化アルカリ電
解用等としてガス電極を使用する省エネルギー化につい
ては、実用化の予測はある程度立っているが、実現のた
めの手段、ガス電極の長寿命化等の具体的手法について
は依然として見出されていないのが実情である。前述の
電気化学57，11，1073，1989には、陽イオン交換膜及び
陰イオン交換膜により陽極室−中間室−陰極室に区画さ
れた過酸化水素製造用電解槽が記載され前記陰極室には
ガス陰極が収容されて過酸化水素の電解的製造を行うこ
とが提案されているが、陰極室内のガス陰極が前記陰イ
オン交換膜に密着していないため該ガス陰極が腐食性の
ある水酸化カリウム水溶液である陰極液と接触しその寿
命の短縮化を招いている。
【０００６】
【発明の目的】本発明は、ガス陰極を使用する酸素の電
解還元による過酸化水素の製造に使用する電解槽及び該
電解槽を使用する過酸化水素の電解的製造方法、特に前
記ガス陰極の電極性能を長期間良好に維持しながらかつ
工業的規模での電解を可能にする過酸化水素製造用電解
槽及び過酸化水素の電解的製造方法を提供することを目
的とする。
解還元による過酸化水素の製造に使用する電解槽及び該
電解槽を使用する過酸化水素の電解的製造方法、特に前
記ガス陰極の電極性能を長期間良好に維持しながらかつ
工業的規模での電解を可能にする過酸化水素製造用電解
槽及び過酸化水素の電解的製造方法を提供することを目
的とする。
【０００７】
【問題点を解決するための手段】本発明に係わる過酸化
水素製造用電解槽は、陽イオン交換膜により陽極を収容
する陽極室とガス陰極を収容する陰極室とに区画され、
更に該陰極室が前記ガス陰極に密着する陰イオン交換膜
により前記陽極室と接する溶液室と前記ガス陰極を収容
するガス室とに区画されたことを特徴とする過酸化水素
製造用電解槽であり、本発明方法はこのような構成から
成る電解槽の陽極室と溶液室に水や水酸化アルカリ水溶
液を、又前記ガス室に酸素含有ガスを供給しながら電解
を行い、前記溶液室で過酸化水素を生成することを特徴
とする過酸化水素の電解的製造方法である。以下本発明
を詳細に説明する。
水素製造用電解槽は、陽イオン交換膜により陽極を収容
する陽極室とガス陰極を収容する陰極室とに区画され、
更に該陰極室が前記ガス陰極に密着する陰イオン交換膜
により前記陽極室と接する溶液室と前記ガス陰極を収容
するガス室とに区画されたことを特徴とする過酸化水素
製造用電解槽であり、本発明方法はこのような構成から
成る電解槽の陽極室と溶液室に水や水酸化アルカリ水溶
液を、又前記ガス室に酸素含有ガスを供給しながら電解
を行い、前記溶液室で過酸化水素を生成することを特徴
とする過酸化水素の電解的製造方法である。以下本発明
を詳細に説明する。
【０００８】前述の通り従来のガス陰極を使用する過酸
化水素の電解的製造では耐食性がさほど十分でない前記
ガス陰極が通常腐食性である陰極液と直接接触し該陰極
液の化学的腐食性により前記ガス陰極の触媒層が消耗し
これが過酸化水素の電解的製造におけるガス陰極の短寿
命化の一因と考えられている。しかし本発明者らは、過
酸化水素の電解的製造における陰極の役割は陰極室へ過
酸化水素イオンを供給することであると認識し、それ以
外の機能は極力排除するよう試みた。つまり本発明の電
解槽及び電解方法は、電解槽を陽イオン交換膜により陽
極室とガス陰極を収容する陰極室とに区画し、更に前記
ガス陰極に密着する陰イオン交換膜により前記陰極室を
溶液室とガス室とに区画することにより、前記ガス陰極
が存在するガス室内に電解液が存在せず本来的に腐食性
物質と接触しないことに加えて、前記陰イオン交換膜の
存在によりガス陰極が直接腐食性のある電解液と接触す
ることを防止し前記ガス陰極の長寿命化を意図する。
化水素の電解的製造では耐食性がさほど十分でない前記
ガス陰極が通常腐食性である陰極液と直接接触し該陰極
液の化学的腐食性により前記ガス陰極の触媒層が消耗し
これが過酸化水素の電解的製造におけるガス陰極の短寿
命化の一因と考えられている。しかし本発明者らは、過
酸化水素の電解的製造における陰極の役割は陰極室へ過
酸化水素イオンを供給することであると認識し、それ以
外の機能は極力排除するよう試みた。つまり本発明の電
解槽及び電解方法は、電解槽を陽イオン交換膜により陽
極室とガス陰極を収容する陰極室とに区画し、更に前記
ガス陰極に密着する陰イオン交換膜により前記陰極室を
溶液室とガス室とに区画することにより、前記ガス陰極
が存在するガス室内に電解液が存在せず本来的に腐食性
物質と接触しないことに加えて、前記陰イオン交換膜の
存在によりガス陰極が直接腐食性のある電解液と接触す
ることを防止し前記ガス陰極の長寿命化を意図する。
【０００９】このように陽イオン交換膜、陰イオン交換
膜及びガス陰極を配置し陽極室及び溶液室に水又は希釈
水酸化アルカリ水溶液を、ガス室に酸素や空気等の酸素
含有ガスを供給すると、該酸素含有ガス中の酸素がガス
陰極上で還元されてＯＨ- イオン及びＨＯ2 - イオンと
なって前記陰イオン交換膜を浸透して溶液室に達し、該
溶液室内で水素イオン（Ｈ+ ）又はアルカリイオンと反
応して過酸化水素又は過酸化水素アルカリと水酸化アル
カリを生成する。この電解フローにおいて、溶液室中に
供給されかつ存在する水酸化アルカリ中のナトリウムイ
オン等のガス室方向への浸透が前記陰イオン交換膜によ
り阻止され、又ガス陰極表面で生成するＨＯ2 - イオン
はその電荷により陰イオン交換膜を浸透して溶液室方向
に移動し再度陰極に接触することが防止され、該イオン
の移動は前記ナトリウムイオンのガス陰極への接触を更
に確実に防止し、実質的に前記ガス陰極は腐食性の電解
液中のイオンと接触することがなくなり、ガス陰極の寿
命を長くすることができる。
膜及びガス陰極を配置し陽極室及び溶液室に水又は希釈
水酸化アルカリ水溶液を、ガス室に酸素や空気等の酸素
含有ガスを供給すると、該酸素含有ガス中の酸素がガス
陰極上で還元されてＯＨ- イオン及びＨＯ2 - イオンと
なって前記陰イオン交換膜を浸透して溶液室に達し、該
溶液室内で水素イオン（Ｈ+ ）又はアルカリイオンと反
応して過酸化水素又は過酸化水素アルカリと水酸化アル
カリを生成する。この電解フローにおいて、溶液室中に
供給されかつ存在する水酸化アルカリ中のナトリウムイ
オン等のガス室方向への浸透が前記陰イオン交換膜によ
り阻止され、又ガス陰極表面で生成するＨＯ2 - イオン
はその電荷により陰イオン交換膜を浸透して溶液室方向
に移動し再度陰極に接触することが防止され、該イオン
の移動は前記ナトリウムイオンのガス陰極への接触を更
に確実に防止し、実質的に前記ガス陰極は腐食性の電解
液中のイオンと接触することがなくなり、ガス陰極の寿
命を長くすることができる。
【００１０】更に多孔質である前記ガス陰極自体により
陰極室を溶液室とガス室とに区画する方式と比較して本
発明における電解槽及び電解方法は、両室の分離をガス
陰極と該ガス陰極より遙に緻密で液不浸透性に優れた陰
イオン交換膜により行っているため、気液リーク特に溶
液室の腐食性の陰極液のガス室への浸透を確実に防止し
てガス陰極の劣化及び電流効率の低下を抑制できるた
め、高電流密度での操業を必要とする工業的規模の電解
にも使用することができる。但し電解反応の進行に従っ
て触媒とガスとの接触面積が小さくなったり、生成した
イオンの移動に若干の制限が生じたりするため、小型の
電解セル例えば燃料電池の場合のようには所望の性能が
実現される訳ではなく、特に高電流密度では過電圧が大
きくなりがちであり、実用上は５ＫＡ／ｍ2 以下の電流
密度で操業を行うことが望ましい。
陰極室を溶液室とガス室とに区画する方式と比較して本
発明における電解槽及び電解方法は、両室の分離をガス
陰極と該ガス陰極より遙に緻密で液不浸透性に優れた陰
イオン交換膜により行っているため、気液リーク特に溶
液室の腐食性の陰極液のガス室への浸透を確実に防止し
てガス陰極の劣化及び電流効率の低下を抑制できるた
め、高電流密度での操業を必要とする工業的規模の電解
にも使用することができる。但し電解反応の進行に従っ
て触媒とガスとの接触面積が小さくなったり、生成した
イオンの移動に若干の制限が生じたりするため、小型の
電解セル例えば燃料電池の場合のようには所望の性能が
実現される訳ではなく、特に高電流密度では過電圧が大
きくなりがちであり、実用上は５ＫＡ／ｍ2 以下の電流
密度で操業を行うことが望ましい。
【００１１】過酸化水素の電解的製造の実用的電流密度
である１ＫＡ／ｍ2 では、陰イオン交換膜の性能にもよ
るが、従来の水素発生陰極の場合と比較して、酸素を陰
極室に供給しながら電解を行う場合には約0.9 Ｖ、空気
を供給しながら電解を行う場合には約0.8 Ｖの電解電圧
の低下が見られる。又前述した供給ガス中の二酸化炭素
は膜の目詰まりの原因になることがあり本発明でも例外
ではないが、供給前に酸素含有ガスを石灰水中を通すこ
とにより実質的に膜の目詰まりを防止することができ
る。これは従来のように親水層でガスと液が直接会合す
るのではないからと推測される。本発明の電解槽は従来
のフィルタープレス型電解槽として構成することが望ま
しい。又オンサイトでの組立及び運転を容易に行うこと
ができる。
である１ＫＡ／ｍ2 では、陰イオン交換膜の性能にもよ
るが、従来の水素発生陰極の場合と比較して、酸素を陰
極室に供給しながら電解を行う場合には約0.9 Ｖ、空気
を供給しながら電解を行う場合には約0.8 Ｖの電解電圧
の低下が見られる。又前述した供給ガス中の二酸化炭素
は膜の目詰まりの原因になることがあり本発明でも例外
ではないが、供給前に酸素含有ガスを石灰水中を通すこ
とにより実質的に膜の目詰まりを防止することができ
る。これは従来のように親水層でガスと液が直接会合す
るのではないからと推測される。本発明の電解槽は従来
のフィルタープレス型電解槽として構成することが望ま
しい。又オンサイトでの組立及び運転を容易に行うこと
ができる。
【００１２】本発明に使用する陰イオン交換膜は約10重
量％の高濃度の高温水酸化アルカリ水溶液に接触するこ
とがある。そのため従来の陽イオン交換膜に使用されて
いるような高耐アルカリ性のフッ素樹脂系イオン交換膜
を使用することが好ましいが、炭化水素系のイオン交換
膜も数カ月程度の運転では問題なく使用することがで
き、これはガス陰極の特徴的な作用である陰極側からの
陰イオンの移行とそれに伴う随伴水によって陰イオン交
換膜表面が保護されること及びガス発生による気泡の攪
拌効果がないことからと推測される。しかし１年以上の
連続運転の場合には上述のフッ素樹脂系イオン交換膜を
使用すべきである。本発明に使用できる陰イオン交換膜
としては、徳山曹達株式会社の商品名ネオセプタＡＣＬ
Ｅ−５Ｐ、東ソー株式会社のフッ素系陰イオン交換膜で
ある商品名トスフレックスＩＥ−ＳＦ３４等がある。又
前記陰イオン交換膜は粒状の陰イオン交換樹脂から成膜
したものであってもよい。
量％の高濃度の高温水酸化アルカリ水溶液に接触するこ
とがある。そのため従来の陽イオン交換膜に使用されて
いるような高耐アルカリ性のフッ素樹脂系イオン交換膜
を使用することが好ましいが、炭化水素系のイオン交換
膜も数カ月程度の運転では問題なく使用することがで
き、これはガス陰極の特徴的な作用である陰極側からの
陰イオンの移行とそれに伴う随伴水によって陰イオン交
換膜表面が保護されること及びガス発生による気泡の攪
拌効果がないことからと推測される。しかし１年以上の
連続運転の場合には上述のフッ素樹脂系イオン交換膜を
使用すべきである。本発明に使用できる陰イオン交換膜
としては、徳山曹達株式会社の商品名ネオセプタＡＣＬ
Ｅ−５Ｐ、東ソー株式会社のフッ素系陰イオン交換膜で
ある商品名トスフレックスＩＥ−ＳＦ３４等がある。又
前記陰イオン交換膜は粒状の陰イオン交換樹脂から成膜
したものであってもよい。
【００１３】この陰イオン交換膜はガス陰極が腐食性の
陰極液と直接接触することを防止するとともに、溶液室
内の陰極液が該陰イオン交換膜を浸透しガス陰極と接触
することも防止する。従って前記陰イオン交換膜はその
周縁を確実に電解槽の室枠等で締着して液のリークを防
止しなければならない。
陰極液と直接接触することを防止するとともに、溶液室
内の陰極液が該陰イオン交換膜を浸透しガス陰極と接触
することも防止する。従って前記陰イオン交換膜はその
周縁を確実に電解槽の室枠等で締着して液のリークを防
止しなければならない。
【００１４】前記陰イオン交換膜のガス室側に設置する
ガス陰極は、 Ｈ2 Ｏ ＋ Ｏ2 ＋ ２ｅ- → ＨＯ2 - ＋ ＯＨ- の反応で過酸化水素イオンを生成する機能を有し、生成
したイオンは前記陰イオン交換膜を通して電場により溶
液室に移行する。ガス陰極はガス室中に液と接触しない
ように配置される。従って液相における会合が生じない
ため、従来の疎水層と親水層の２層により構成される電
極であっても、又疎水層中に触媒を埋め込んだ形態の電
極であってもよい。該ガス陰極は例えば白金や銀等の触
媒を担持した炭素粉末やグラファイト粉末とポリテトラ
フルオロエチレン（以下ＰＴＦＥという）のような撥水
性樹脂の分散剤を混合しシート状に加工した従来のガス
電極を使用すればよく、芯材としてカーボンクロスや金
属メッシュを使用することもできる。該ガス電極に給電
するための集電体としては例えば白金あるいは銀メッキ
したステンレス、ニッケル及び銅等の多孔体（エキスパ
ンドメッシュ、パンチプレート等）又は多孔質焼結体を
使用し、これを前記ガス陰極に圧接して給電する。
ガス陰極は、 Ｈ2 Ｏ ＋ Ｏ2 ＋ ２ｅ- → ＨＯ2 - ＋ ＯＨ- の反応で過酸化水素イオンを生成する機能を有し、生成
したイオンは前記陰イオン交換膜を通して電場により溶
液室に移行する。ガス陰極はガス室中に液と接触しない
ように配置される。従って液相における会合が生じない
ため、従来の疎水層と親水層の２層により構成される電
極であっても、又疎水層中に触媒を埋め込んだ形態の電
極であってもよい。該ガス陰極は例えば白金や銀等の触
媒を担持した炭素粉末やグラファイト粉末とポリテトラ
フルオロエチレン（以下ＰＴＦＥという）のような撥水
性樹脂の分散剤を混合しシート状に加工した従来のガス
電極を使用すればよく、芯材としてカーボンクロスや金
属メッシュを使用することもできる。該ガス電極に給電
するための集電体としては例えば白金あるいは銀メッキ
したステンレス、ニッケル及び銅等の多孔体（エキスパ
ンドメッシュ、パンチプレート等）又は多孔質焼結体を
使用し、これを前記ガス陰極に圧接して給電する。
【００１５】陽イオン交換膜によって前記溶液室から区
画される陽極室に収容される陽極は寸法安定性陽極（Ｄ
ＳＡ）として知られるチタン等のバルブメタル基体上に
貴金属酸化物を主体とする触媒層を担持した電極を使用
することが好ましい。前記陽イオン交換膜は通常のイオ
ン交換膜法塩化アルカリ電解に使用されるフッ素系イオ
ン交換膜を使用することが好ましく、これらのイオン交
換膜としては例えば米国デュポン社性の商品名ナフィオ
ン、旭硝子株式会社の商品名フレミオン、旭化成株式会
社の商品名アシプレックスＦ等がある。
画される陽極室に収容される陽極は寸法安定性陽極（Ｄ
ＳＡ）として知られるチタン等のバルブメタル基体上に
貴金属酸化物を主体とする触媒層を担持した電極を使用
することが好ましい。前記陽イオン交換膜は通常のイオ
ン交換膜法塩化アルカリ電解に使用されるフッ素系イオ
ン交換膜を使用することが好ましく、これらのイオン交
換膜としては例えば米国デュポン社性の商品名ナフィオ
ン、旭硝子株式会社の商品名フレミオン、旭化成株式会
社の商品名アシプレックスＦ等がある。
【００１６】次に添付図面に基づいて本発明方法を説明
する。図１は本発明に係わる過酸化水素製造用電解槽の
一例を示す概略縦断面図である。電解槽本体１は陽イオ
ン交換膜２により陽極室３と陰極室４とに区画され、陽
極室３内には前記陽イオン交換膜２に密着するようにＤ
ＳＥ等である陽極５が設置されている。前記陰極室４は
陰イオン交換膜６により更に陽極室３側の溶液室７と該
陰イオン交換膜６に密着するガス陰極８及び該ガス陰極
８に給電するためのメッシュ状の集電体９が収容された
ガス室10とに区画されている。前記陽極室３の側壁の下
部及び上部にはそれぞれ希釈水酸化アルカリ水溶液供給
口11及び希釈水酸化アルカリ水溶液取出口12が設置さ
れ、前記溶液室７の下面及び上面にはそれぞれ希釈水酸
化アルカリ水溶液供給口13及び過酸化水素及び濃厚水酸
化アルカリ水溶液取出口14が設置され、更にガス室10の
側壁の上部及び下部にはそれぞれ酸素含有ガス供給口15
及び酸素含有ガス取出口16が設置されている。
する。図１は本発明に係わる過酸化水素製造用電解槽の
一例を示す概略縦断面図である。電解槽本体１は陽イオ
ン交換膜２により陽極室３と陰極室４とに区画され、陽
極室３内には前記陽イオン交換膜２に密着するようにＤ
ＳＥ等である陽極５が設置されている。前記陰極室４は
陰イオン交換膜６により更に陽極室３側の溶液室７と該
陰イオン交換膜６に密着するガス陰極８及び該ガス陰極
８に給電するためのメッシュ状の集電体９が収容された
ガス室10とに区画されている。前記陽極室３の側壁の下
部及び上部にはそれぞれ希釈水酸化アルカリ水溶液供給
口11及び希釈水酸化アルカリ水溶液取出口12が設置さ
れ、前記溶液室７の下面及び上面にはそれぞれ希釈水酸
化アルカリ水溶液供給口13及び過酸化水素及び濃厚水酸
化アルカリ水溶液取出口14が設置され、更にガス室10の
側壁の上部及び下部にはそれぞれ酸素含有ガス供給口15
及び酸素含有ガス取出口16が設置されている。
【００１７】この電解槽本体１の陽極室３及び溶液室７
に希釈水酸化アルカリ水溶液を、又ガス室10に酸素含有
ガスを供給しながら両極に通電すると、ガス陰極８表面
で生成する過酸化水素イオン及び水酸化イオンが陰イオ
ン交換膜６を浸透して該溶液室７で過酸化水素と水酸化
アルカリを生成する。陽極室で生成する酸素ガスはガス
室に循環し酸素含有ガス供給源として使用することが望
ましい。この過酸化水素の電解的製造において、ガス室
内のガス陰極はガス室内に実質的に腐食性物質が存在せ
ずかつ溶液室に存在する陰極液である水酸化アルカリ水
溶液は陰イオン交換膜により確実にガス陰極から分離さ
れ陰極液のリークが防止されるためガス陰極８の寿命が
延びる。又通常のガス電極の場合と異なり溶液室とガス
室がイオン交換膜で区画され前記水酸化アルカリ水溶液
のリークが確実に防止され、大型の電解槽でも使用でき
るため、図示の電解槽は工業的規模の電解にも適用する
ことができる。
に希釈水酸化アルカリ水溶液を、又ガス室10に酸素含有
ガスを供給しながら両極に通電すると、ガス陰極８表面
で生成する過酸化水素イオン及び水酸化イオンが陰イオ
ン交換膜６を浸透して該溶液室７で過酸化水素と水酸化
アルカリを生成する。陽極室で生成する酸素ガスはガス
室に循環し酸素含有ガス供給源として使用することが望
ましい。この過酸化水素の電解的製造において、ガス室
内のガス陰極はガス室内に実質的に腐食性物質が存在せ
ずかつ溶液室に存在する陰極液である水酸化アルカリ水
溶液は陰イオン交換膜により確実にガス陰極から分離さ
れ陰極液のリークが防止されるためガス陰極８の寿命が
延びる。又通常のガス電極の場合と異なり溶液室とガス
室がイオン交換膜で区画され前記水酸化アルカリ水溶液
のリークが確実に防止され、大型の電解槽でも使用でき
るため、図示の電解槽は工業的規模の電解にも適用する
ことができる。
【００１８】
【実施例】次に本発明による過酸化水素の電解製造を例
示する実施例を記載するが、本発明はこれらに限定され
るものではない。
示する実施例を記載するが、本発明はこれらに限定され
るものではない。
【実施例１】平均粒径７μｍの黒鉛粉末（ＴＧＰ−７、
東海カーボン株式会社製）とポリテトラフルオロエチレ
ンディスパージョン30Ｊ（三井フロロケミカル株式会社
製）を重量比が２：１となるように混合し、室温で溶媒
を揮発させた後、この混合物をチタン板上に展開し、上
下２枚のチタン板に挟みロール掛けによりシート状に加
工し、このシートを空気中350 ℃で10分間焼成しガス電
極とした。このガス電極の片面にニッケル製エキスパン
ドメッシュ（長径４ｍｍ、短径２ｍｍ、板厚0.2 ｍｍ）
を集電体として配置し、他面に陰イオン交換膜（徳山曹
達株式会社製ＡＣＬＥ−５Ｐ）を配置して一体化し、ガ
ス電極構造体とした。該構造体を、ナフィオン117 （米
国デュポン社製）の陽イオン交換膜で陽極室と陰極室と
に区画したアクリル樹脂製電解槽の陰極室内に組み込
み、前記陰イオン交換膜により前記陰極室を陽極室側の
溶液室と前記ガス電極及び集電体を有するガス室とに区
画した。前記陽極室にはニッケル製酸素発生用陽極（長
径８ｍｍ、短径3.7 ｍｍ、板厚１ｍｍ）を前記陽イオン
交換膜に接するように配置し、該陽極室及び前記溶液室
には10％水酸化ナトリウム水溶液を満たした。陽極で発
生した酸素は配管を通して前記ガス室に供給するように
し、更に発生量の10％に相当する過剰の酸素ガスを前記
ガス室に供給した。室温にて10Ａ／dm2 の電流密度で電
解を行ったところ槽電圧は1.6 Ｖで、前記溶液室で２％
の過酸化水素が生成し、このときの電流効率は80％であ
った。
東海カーボン株式会社製）とポリテトラフルオロエチレ
ンディスパージョン30Ｊ（三井フロロケミカル株式会社
製）を重量比が２：１となるように混合し、室温で溶媒
を揮発させた後、この混合物をチタン板上に展開し、上
下２枚のチタン板に挟みロール掛けによりシート状に加
工し、このシートを空気中350 ℃で10分間焼成しガス電
極とした。このガス電極の片面にニッケル製エキスパン
ドメッシュ（長径４ｍｍ、短径２ｍｍ、板厚0.2 ｍｍ）
を集電体として配置し、他面に陰イオン交換膜（徳山曹
達株式会社製ＡＣＬＥ−５Ｐ）を配置して一体化し、ガ
ス電極構造体とした。該構造体を、ナフィオン117 （米
国デュポン社製）の陽イオン交換膜で陽極室と陰極室と
に区画したアクリル樹脂製電解槽の陰極室内に組み込
み、前記陰イオン交換膜により前記陰極室を陽極室側の
溶液室と前記ガス電極及び集電体を有するガス室とに区
画した。前記陽極室にはニッケル製酸素発生用陽極（長
径８ｍｍ、短径3.7 ｍｍ、板厚１ｍｍ）を前記陽イオン
交換膜に接するように配置し、該陽極室及び前記溶液室
には10％水酸化ナトリウム水溶液を満たした。陽極で発
生した酸素は配管を通して前記ガス室に供給するように
し、更に発生量の10％に相当する過剰の酸素ガスを前記
ガス室に供給した。室温にて10Ａ／dm2 の電流密度で電
解を行ったところ槽電圧は1.6 Ｖで、前記溶液室で２％
の過酸化水素が生成し、このときの電流効率は80％であ
った。
【比較例１】陰イオン交換膜を使用しなかったこと以外
は実施例１と同様にして電解槽を組み立て、実施例１と
同一条件で電解を行ったところ、槽電圧は1.2 Ｖと低か
ったが、電解開始10分後に溶液室からガス室に水酸化ナ
トリウム水溶液がリークしはじめた。
は実施例１と同様にして電解槽を組み立て、実施例１と
同一条件で電解を行ったところ、槽電圧は1.2 Ｖと低か
ったが、電解開始10分後に溶液室からガス室に水酸化ナ
トリウム水溶液がリークしはじめた。
【００２４】
【発明の効果】本発明は、陽イオン交換膜により陽極を
収容する陽極室とガス陰極を収容する陰極室とに区画さ
れ、更に該陰極室が前記ガス陰極に密着する陰イオン交
換膜により前記陽極室と接する溶液室と前記ガス陰極を
収容するガス室とに区画されたことを特徴とする過酸化
水素製造用電解槽である。
収容する陽極室とガス陰極を収容する陰極室とに区画さ
れ、更に該陰極室が前記ガス陰極に密着する陰イオン交
換膜により前記陽極室と接する溶液室と前記ガス陰極を
収容するガス室とに区画されたことを特徴とする過酸化
水素製造用電解槽である。
【００２５】本発明では、腐食性の陰極液の存在する溶
液室とガス陰極が存在するガス室とが緻密な陰イオン交
換膜で区画されかつガス陰極が存在するガス室内に本来
的に腐食性物質が存在しないため、耐性に劣るガス陰極
が直接腐食性物質と直接接触することが回避され、従っ
て前記ガス陰極の長寿命化が達成される。しかも前記陰
イオン交換膜により確実に溶液室とガス室が区画されて
いるため、前記陰極液のガス室へのリークが防止され、
従って前記ガス陰極が間接的にも陰極液と接触すること
も防止され、より長寿命化が達成できる。
液室とガス陰極が存在するガス室とが緻密な陰イオン交
換膜で区画されかつガス陰極が存在するガス室内に本来
的に腐食性物質が存在しないため、耐性に劣るガス陰極
が直接腐食性物質と直接接触することが回避され、従っ
て前記ガス陰極の長寿命化が達成される。しかも前記陰
イオン交換膜により確実に溶液室とガス室が区画されて
いるため、前記陰極液のガス室へのリークが防止され、
従って前記ガス陰極が間接的にも陰極液と接触すること
も防止され、より長寿命化が達成できる。
【００２６】そして電解槽を大型化するにつれ溶液室の
陰極液のガス室へのリークの防止が困難になるが、本発
明の電解槽では前述の通りリークをほぼ完全に阻止する
ことができ、本発明は電解槽の大型化及びそれによる工
業的規模の操業をも可能にする。本発明による電解方法
の場合も同様に、陰イオン交換膜の使用によるガス陰極
の長寿命化を達成できかつ電解槽の大型化にも寄与する
ことができる。
陰極液のガス室へのリークの防止が困難になるが、本発
明の電解槽では前述の通りリークをほぼ完全に阻止する
ことができ、本発明は電解槽の大型化及びそれによる工
業的規模の操業をも可能にする。本発明による電解方法
の場合も同様に、陰イオン交換膜の使用によるガス陰極
の長寿命化を達成できかつ電解槽の大型化にも寄与する
ことができる。
【図１】本発明に係わる過酸化水素製造用電解槽の一例
を示す概略縦断面図。
を示す概略縦断面図。
１・・・電解槽本体 ２・・・陽イオン交換膜 ３・・
・陽極室 ４・・・陰極室 ５・・・陽極 ６・・・陰
イオン交換膜 ７・・・溶液室 ８・・・ガス陰極 ９
・・・集電体 10・・・ガス室
・陽極室 ４・・・陰極室 ５・・・陽極 ６・・・陰
イオン交換膜 ７・・・溶液室 ８・・・ガス陰極 ９
・・・集電体 10・・・ガス室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−132498（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−47578（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−69384（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C25B 1/00 - 15/08
Claims (3)
- 【請求項１】 陽イオン交換膜により陽極を収容する陽
極室とガス陰極を収容する陰極室とに区画され、更に該
陰極室が前記ガス陰極に密着する陰イオン交換膜により
前記陽極室と接する溶液室と前記ガス陰極を収容するガ
ス室とに区画されたことを特徴とする過酸化水素製造用
電解槽。 - 【請求項２】 陽イオン交換膜により陽極を収容する陽
極室とガス陰極を収容する陰極室とに区画され、更に該
陰極室が前記ガス陰極に密着する陰イオン交換膜により
前記陽極室と接する溶液室と前記ガス陰極を収容するガ
ス室とに区画された過酸化水素製造用電解槽の前記ガス
室に酸素含有ガスを供給しながら電解を行い、前記溶液
室で過酸化水素を前記陽極室で酸素をそれぞれ生成する
ことを特徴とする過酸化水素の製造方法。 - 【請求項３】 陽極室で生成する酸素をガス室に循環し
過酸化水素製造原料とする請求項２に記載の方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06268593A JP3304481B2 (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 過酸化水素製造用電解槽及び過酸化水素の電解的製造方法 |
| DE69418239T DE69418239T2 (de) | 1993-02-26 | 1994-02-04 | Elektrolysezelle und Verfahren zur Herstellung von Alkalimetall-Hydroxid und Wasserstoff-Peroxyd |
| AT94830041T ATE179765T1 (de) | 1993-02-26 | 1994-02-04 | Elektrolysezelle und verfahren zur herstellung von alkalimetall-hydroxid und wasserstoff-peroxyd |
| ES94830041T ES2132364T3 (es) | 1993-02-26 | 1994-02-04 | Celula de electrolisis y procedimientos de produccion de hidroxido alcalino y de peroxido de hidrogeno. |
| EP94830041A EP0612864B1 (en) | 1993-02-26 | 1994-02-04 | Electrolytic cell and processes for producing alkali hydroxide and hydrogen peroxide |
| US08/196,442 US5437771A (en) | 1993-02-26 | 1994-02-15 | Electrolytic cell and processes for producing alkali hydroxide and hydrogen peroxide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06268593A JP3304481B2 (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 過酸化水素製造用電解槽及び過酸化水素の電解的製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06248482A JPH06248482A (ja) | 1994-09-06 |
| JP3304481B2 true JP3304481B2 (ja) | 2002-07-22 |
Family
ID=13207393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06268593A Expired - Fee Related JP3304481B2 (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 過酸化水素製造用電解槽及び過酸化水素の電解的製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3304481B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2457885A (en) * | 2008-02-26 | 2009-09-02 | Dyson Technology Ltd | Spray dispenser for dispensing hydrogen peroxide-bearing water |
| JP4968628B2 (ja) * | 2008-04-10 | 2012-07-04 | 国立大学法人 新潟大学 | オゾン水と過酸化水素水の同時製造装置 |
-
1993
- 1993-02-26 JP JP06268593A patent/JP3304481B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06248482A (ja) | 1994-09-06 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |