JP4339337B2 - 電気分解用陰極の活性化方法および電気分解方法 - Google Patents
電気分解用陰極の活性化方法および電気分解方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4339337B2 JP4339337B2 JP2006199357A JP2006199357A JP4339337B2 JP 4339337 B2 JP4339337 B2 JP 4339337B2 JP 2006199357 A JP2006199357 A JP 2006199357A JP 2006199357 A JP2006199357 A JP 2006199357A JP 4339337 B2 JP4339337 B2 JP 4339337B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cathode
- electrolysis
- compound
- platinum group
- aqueous solution
- 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.)
- Active
Links
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 title claims description 140
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 35
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 title claims description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 141
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 94
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 75
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 59
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical group [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 52
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 47
- -1 platinum group compound Chemical class 0.000 claims description 45
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 27
- 229910001508 alkali metal halide Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 150000008045 alkali metal halides Chemical class 0.000 claims description 26
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 24
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 150000002504 iridium compounds Chemical class 0.000 claims description 18
- 150000008044 alkali metal hydroxides Chemical class 0.000 claims description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 15
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 14
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 12
- 150000003058 platinum compounds Chemical class 0.000 claims description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 150000003284 rhodium compounds Chemical class 0.000 claims description 7
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims description 6
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 85
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 85
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 39
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 37
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 30
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 21
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 14
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 14
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 14
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 13
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 12
- DANYXEHCMQHDNX-UHFFFAOYSA-K trichloroiridium Chemical compound Cl[Ir](Cl)Cl DANYXEHCMQHDNX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 12
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 11
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- SONJTKJMTWTJCT-UHFFFAOYSA-K rhodium(iii) chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Cl-].[Rh+3] SONJTKJMTWTJCT-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 8
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 5
- UNILWMWFPHPYOR-KXEYIPSPSA-M 1-[6-[2-[3-[3-[3-[2-[2-[3-[[2-[2-[[(2r)-1-[[2-[[(2r)-1-[3-[2-[2-[3-[[2-(2-amino-2-oxoethoxy)acetyl]amino]propoxy]ethoxy]ethoxy]propylamino]-3-hydroxy-1-oxopropan-2-yl]amino]-2-oxoethyl]amino]-3-[(2r)-2,3-di(hexadecanoyloxy)propyl]sulfanyl-1-oxopropan-2-yl Chemical compound O=C1C(SCCC(=O)NCCCOCCOCCOCCCNC(=O)COCC(=O)N[C@@H](CSC[C@@H](COC(=O)CCCCCCCCCCCCCCC)OC(=O)CCCCCCCCCCCCCCC)C(=O)NCC(=O)N[C@H](CO)C(=O)NCCCOCCOCCOCCCNC(=O)COCC(N)=O)CC(=O)N1CCNC(=O)CCCCCN\1C2=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C2CC/1=C/C=C/C=C/C1=[N+](CC)C2=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C2C1 UNILWMWFPHPYOR-KXEYIPSPSA-M 0.000 description 4
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- FOSZYDNAURUMOT-UHFFFAOYSA-J azane;platinum(4+);tetrachloride Chemical compound N.N.N.N.[Cl-].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[Pt+4] FOSZYDNAURUMOT-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 4
- 125000002843 carboxylic acid group Chemical group 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 4
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 description 4
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 3
- 229910002094 inorganic tetrachloropalladate Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 3
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000002908 osmium compounds Chemical class 0.000 description 3
- 150000002941 palladium compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 150000003304 ruthenium compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 3
- 229920003934 Aciplex® Polymers 0.000 description 2
- 229920003935 Flemion® Polymers 0.000 description 2
- 229910021638 Iridium(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 2
- 229910021604 Rhodium(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229940045985 antineoplastic platinum compound Drugs 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000002659 electrodeposit Substances 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- HTFVQFACYFEXPR-UHFFFAOYSA-K iridium(3+);tribromide Chemical compound Br[Ir](Br)Br HTFVQFACYFEXPR-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- GSNZLGXNWYUHMI-UHFFFAOYSA-N iridium(3+);trinitrate Chemical compound [Ir+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O GSNZLGXNWYUHMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- JIWAALDUIFCBLV-UHFFFAOYSA-N oxoosmium Chemical compound [Os]=O JIWAALDUIFCBLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PIBWKRNGBLPSSY-UHFFFAOYSA-L palladium(II) chloride Chemical compound Cl[Pd]Cl PIBWKRNGBLPSSY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- GPNDARIEYHPYAY-UHFFFAOYSA-N palladium(ii) nitrate Chemical compound [Pd+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O GPNDARIEYHPYAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M potassium bromide Chemical compound [K+].[Br-] IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 2
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- MMRXYMKDBFSWJR-UHFFFAOYSA-K rhodium(3+);tribromide Chemical compound [Br-].[Br-].[Br-].[Rh+3] MMRXYMKDBFSWJR-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- VXNYVYJABGOSBX-UHFFFAOYSA-N rhodium(3+);trinitrate Chemical compound [Rh+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VXNYVYJABGOSBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 2
- WYRXRHOISWEUST-UHFFFAOYSA-K ruthenium(3+);tribromide Chemical compound [Br-].[Br-].[Br-].[Ru+3] WYRXRHOISWEUST-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- GTCKPGDAPXUISX-UHFFFAOYSA-N ruthenium(3+);trinitrate Chemical compound [Ru+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O GTCKPGDAPXUISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YBCAZPLXEGKKFM-UHFFFAOYSA-K ruthenium(iii) chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Cl-].[Ru+3] YBCAZPLXEGKKFM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M sodium bromide Chemical compound [Na+].[Br-] JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- MPVSPHKBQDMOHE-UHFFFAOYSA-J tetrabromoosmium Chemical compound Br[Os](Br)(Br)Br MPVSPHKBQDMOHE-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- UAIHPMFLFVHDIN-UHFFFAOYSA-K trichloroosmium Chemical compound Cl[Os](Cl)Cl UAIHPMFLFVHDIN-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007868 Raney catalyst Substances 0.000 description 1
- 229910000564 Raney nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical group [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DOSXDVYWNFUSBU-UHFFFAOYSA-N [O-][N+](=O)[Pt][N+]([O-])=O Chemical compound [O-][N+](=O)[Pt][N+]([O-])=O DOSXDVYWNFUSBU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- 159000000009 barium salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000007 calcium salts Chemical class 0.000 description 1
- ABDBNWQRPYOPDF-UHFFFAOYSA-N carbonofluoridic acid Chemical compound OC(F)=O ABDBNWQRPYOPDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- RPYSFYBAYJBKCR-UHFFFAOYSA-L dichloropalladium;dihydrochloride Chemical compound [H+].[H+].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[Pd+2] RPYSFYBAYJBKCR-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- QDFSUBJINZTEPH-UHFFFAOYSA-N ethane-1,2-diamine;rhodium Chemical compound [Rh].NCCN QDFSUBJINZTEPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 1
- UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N fluorosulfonic acid Chemical compound OS(F)(=O)=O UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WCKWXPBDKSOVOK-UHFFFAOYSA-H hexachlororuthenium Chemical compound Cl[Ru](Cl)(Cl)(Cl)(Cl)Cl WCKWXPBDKSOVOK-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 125000001183 hydrocarbyl group Chemical group 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 159000000003 magnesium salts Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 150000002816 nickel compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910000487 osmium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- INIOZDBICVTGEO-UHFFFAOYSA-L palladium(ii) bromide Chemical compound Br[Pd]Br INIOZDBICVTGEO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M potassium benzoate Chemical compound [K+].[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1 XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- JBXWMZTZQQGLAG-UHFFFAOYSA-H tetrafluoroplatinum(2+) difluoride Chemical compound F[Pt](F)(F)(F)(F)F JBXWMZTZQQGLAG-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Description
本発明は、隔膜法またはイオン交換膜法による電気分解の技術分野に属し、詳しくは、電気分解槽の陰極室が備える陰極の活性を回復する方法と、ハロゲン化アルカリ金属水溶液の電気分解方法に関する。本発明は、また、水酸化アルカリ金属水溶液、ハロゲンガスおよび水素ガスよりなる群から選択される少なくとも１種の製造方法に関する。
従来、隔膜法またはイオン交換膜法によるハロゲン化アルカリ金属水溶液の電気分解では、軟鉄製の陰極を用いることが主流であった。しかし、軟鉄製の陰極は、水素過電圧が高いため、電気分解の際に、高い印加電圧が必要となる。その結果、電力消費が多くなることが知られている。
電力消費の削減は、電気分解業界における重要課題である。そこで、軟鉄に比べて低い水素過電圧を示す陰極（以下、低水素過電圧陰極と記す）を用いることが提案されている。低水素過電圧陰極には、陰極芯体上に所定の電極触媒層を形成したものが用いられている。電極触媒層は、ニッケル、コバルト、白金族元素、これらの酸化物などを１種以上含む。電極触媒層は、様々な表面処理技術により、陰極芯体の表面に形成される。例えば、合金メッキ、分散・複合メッキ、貴金属の熱分解コーティング、プラズマ溶射、浸漬（溶融メッキ法）などによる表面処理が行われる。
しかし、低水素過電圧陰極を用いる場合でも、長期間に亘り電気分解を継続的に行うと、種々の原因で陰極が劣化する。例えば、陰極の表面に水素過電圧の高い物質（鉛や鉄など）が付着または電着し、陰極の活性が低下する。その結果、陰極の水素過電圧は上昇する。
また、金属製の電極触媒層は、酸化によって活性が低下することが知られている。電極触媒層の酸化は、電気分解槽の運転停止時や、イオン交換膜を交換するために陰極を電気分解槽から取り出したときに進行する。さらに、金属酸化物を用いた電極触媒層は、還元によって活性が低下したり、内部応力によって陰極から剥がれたりすることが知られている。
活性が低下した陰極には、通常、電極触媒層の再形成処理が施される。その際、電気分解槽の運転は停止される。電極触媒層の再形成処理は、陰極室に陰極を取り付けたままの状態または陰極室から陰極を取り外した状態で行われる。しかし、電極触媒層の再形成処理は、相当に高い費用を要する。また、電極触媒層の再形成処理を施している間は、電気分解槽の運転を停止しなければならない。運転を継続しようとすれば、予備の電気分解槽を購入する必要があり、設備利用の経済性が低くなる。
一方、活性が低下した陰極をそのまま用いれば、陰極の水素過電圧が高くなっているため、電気分解に要する電圧も高くなる。よって、電力消費が大きくなり、ハロゲンガスや水酸化物などの製造コストが増加する。経済性の観点からは、電気分解槽の運転を停止することなく、低下した陰極の活性を回復させることが望ましい。
このような要望に対し、陰極室に白金族化合物（白金族元素の化合物）を添加することが提案されている（特許文献１参照）。陰極室に白金族化合物を添加することにより、電気分解槽の運転を停止することなく、陰極の活性を回復させる一定の効果が得られる。陰極室に添加された白金族化合物には、陰極の水素過電圧を低下させる作用があると考えられる。
特開昭６４−１１９８８号公報
特許文献１では、白金族化合物のうちの、塩化白金酸の効果が具体的に述べられている。活性が低下した陰極を具備する陰極室に塩化白金酸を添加すると、その直後は、陰極の水素過電圧が低下し、一時的に活性が回復する。
しかし、電気分解を更に継続すると、水素過電圧は再び上昇を始める。一定期間経過後には、塩化白金酸を陰極室に添加する前の水素過電圧に戻ってしまう。再び水素過電圧を低下させるためには、塩化白金酸を陰極室に再度添加する必要がある。しかし、塩化白金酸は高価であるため、その使用量が多くなると、経費が嵩むという問題が生じる。
以上のように、特許文献１は、電気分解を長期間に亘り継続する場合に、水素過電圧の上昇を経済的に抑制する方法を提案するものではない。なお、特許文献１は、陰極の水素過電圧を顕著に低下させる複数の白金族化合物の具体的な組み合わせを提案するものではない。
本発明者らは、白金族化合物の中でも、特に、イリジウム化合物とイリジウム以外の白金族元素の化合物とを併用する場合に、陰極を活性化させる効果が大きくなることを見出し、本発明を完成するに至った。
ここで、陰極を活性化させる効果として、陰極の水素過電圧を低下させる効果（活性回復効果）が発現する。
ここで、陰極を活性化させる効果として、陰極の水素過電圧を低下させる効果（活性回復効果）が発現する。
すなわち、本発明は、陽極室および陰極室を有する電気分解槽と、陽極室に備えられた陽極と、陰極室に備えられた陰極とを用いる、ハロゲン化アルカリ金属水溶液の電気分解において、陰極室内に、水またはハロゲン化アルカリ金属水溶液に可溶である白金族化合物（白金族元素の化合物）を添加する工程を有し、白金族化合物が、イリジウム化合物を含み、かつ、イリジウム以外の白金族元素の化合物を少なくとも１種含む、電気分解用陰極の活性化方法（活性回復方法）に関する。
なお、白金族元素とは、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）の総称である。
なお、白金族元素とは、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）の総称である。
陰極室内に添加する白金族化合物のうちの「イリジウム以外の白金族元素の化合物」は、白金化合物およびロジウム化合物よりなる群から選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。なかでもイリジウム化合物と白金化合物との２成分のみの組み合わせが好ましい。２成分の組み合わせとしては、イリジウム化合物と白金化合物との組み合わせ、またはイリジウム化合物とロジウム化合物との組み合わせが挙げられる。当該２成分の組み合わせに、他の白金族化合物を添加して３成分以上の組み合わせを用いても構わない。
陰極室内に添加する白金族化合物の合計量は、陰極の有効電気分解面積の１ｍ2あたり、１０-7〜１０-2モルが好適である。
ここで、陰極の有効電気分解面積とは、電気分解に使用される陰極の寸法を示す。例えば、長方形の陰極の縦方向の寸法をＸ、横方向の寸法をＹとすると、有効電気分解面積Ｓは、Ｘ×Ｙで表される（Ｓ＝ＸＹ）。なお、陰極芯体は、例えばエキスパンドメタル、パンチングメタル、メッシュなどからなり、網目構造を有する。よって、有効電気分解面積Ｓは、網目の開口（孔）の面積も含んでいる。
ここで、陰極の有効電気分解面積とは、電気分解に使用される陰極の寸法を示す。例えば、長方形の陰極の縦方向の寸法をＸ、横方向の寸法をＹとすると、有効電気分解面積Ｓは、Ｘ×Ｙで表される（Ｓ＝ＸＹ）。なお、陰極芯体は、例えばエキスパンドメタル、パンチングメタル、メッシュなどからなり、網目構造を有する。よって、有効電気分解面積Ｓは、網目の開口（孔）の面積も含んでいる。
本発明は、また、陽極室および陰極室を有する電気分解槽と、陽極室に備えられた陽極と、陰極室に備えられた陰極とを用い、ハロゲン化アルカリ金属水溶液を電気分解して、水酸化アルカリ金属水溶液、ハロゲンガスおよび水素ガスよりなる群から選択される少なくとも１種を製造する電気分解方法であって、陰極室内に、白金族元素が添加されており、白金族元素が、イリジウムを含み、かつ、イリジウム以外の白金族元素を少なくとも１種含む、電気分解方法（または水酸化アルカリ金属水溶液、ハロゲンガスもしくは水素の製造方法）に関する。
イリジウム以外の白金族元素には、白金およびロジウムよりなる群から選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。なかでもイリジウム化合物と白金化合物との２成分のみの組み合わせが好ましい。２成分の組み合わせとしては、イリジウム化合物と白金化合物との組み合わせ、またはイリジウム化合物とロジウム化合物との組み合わせが挙げられる。当該２成分の組み合わせに、他の白金族化合物を添加して３成分以上の組み合わせを用いても構わない。
イリジウム以外の白金族元素には、白金およびロジウムよりなる群から選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。なかでもイリジウム化合物と白金化合物との２成分のみの組み合わせが好ましい。２成分の組み合わせとしては、イリジウム化合物と白金化合物との組み合わせ、またはイリジウム化合物とロジウム化合物との組み合わせが挙げられる。当該２成分の組み合わせに、他の白金族化合物を添加して３成分以上の組み合わせを用いても構わない。
本発明が特に好適に適用される製造方法としては、例えばハロゲン化アルカリ金属水溶液として食塩水を用いて、水酸化アルカリ金属水溶液として苛性ソーダ水溶液を製造する方法、ハロゲンガスとして塩素ガスを製造する方法が挙げられる。
本発明では、電気分解槽の温度を６５〜９０℃に設定し、電流密度を０．１ｋＡ／ｍ2〜１０ｋＡ／ｍ2に設定して電気分解を行うことが好ましい。ここで、電流密度は、陰極の有効電気分解面積の１ｍ2あたりの電流値をいう。
本発明によれば、ハロゲン化アルカリ金属水溶液の電気分解において、電気分解槽の運転を停止することなく、水素過電圧を低下させるという効果を得ることができる。
本発明は、隔膜法またはイオン交換膜法によるハロゲン化アルカリ金属水溶液の電気分解に関連する。ここで、ハロゲン化アルカリ金属水溶液とは、水溶性のハロゲン化アルカリ金属を水に溶解したものである。水溶性のハロゲン化アルカリ金属の種類は特に限定されない。例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、臭化ナトリウム、臭化カリウムなどを例示できる。
本発明は、特に、塩化ナトリウム水溶液または塩化カリウム水溶液の電気分解に好適であり、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液などの水酸化アルカリ金属水溶液の製造に利用することができる。
本発明は、陽極室および陰極室を有する電気分解槽と、陽極室に備えられた陽極と、陰極室に備えられた陰極とを用いて実施される。陰極は、通常、ハロゲン化アルカリ金属水溶液の電気分解に用いられる低水素過電圧陰極であれば特に限定されない。例えば、ニッケル化合物被膜を有する陰極、多孔質ニッケルからなる陰極、ラネーニッケル合金からなる陰極などを用いることができる。
低水素過電圧陰極は、陰極芯体上に電極触媒物質としてのニッケル、コバルト、白金族元素などの金属単独、もしくはこれらの金属混合物、またはこれらの金属酸化物の電極触媒層が形成された低水素過電圧陰極を用いることが好ましい。
一般に、低水素過電圧陰極は、陰極芯体上に所定の電極触媒層を形成することにより得られる。電極触媒層は、ニッケル、コバルト、白金族元素、これらの酸化物などを１種以上含む。例えば、合金メッキ、分散・複合メッキ、貴金属の熱分解コーティング、プラズマ溶射、浸漬（溶融メッキ）、またはこれらの技術を組み合わせて表面処理が行われる。
電気分解槽において、陽極室と陰極室とは、隔膜またはイオン交換膜により区切られている。隔膜およびイオン交換膜の種類は特に限定されない。一般的な隔膜法およびイオン交換膜法で用いられているイオン交換膜および隔膜であれば用いることができる。イオン交換膜としては、例えば、含フッ素陽イオン交換膜が用いられる。
イオン交換膜の構造は、特に限定されないが、例えば、補強材と、高含水率層と、低含水率層とを含むイオン交換膜が例示される。イオン交換膜の補強材としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）繊維などが好適である。高含水率層および低含水率層としては、スルホン酸基フッ素系ポリマー（パーフルオロスルホン酸樹脂）またはカルボン酸基を有するフッ素系ポリマー（パーフルオロカルボン酸樹脂）が好適である。なかでも、高含水率層が、スルホン酸基を有するフッ素系ポリマーからなり、低含水率層が、カルボン酸基を有するフッ素系ポリマーからなるイオン交換膜が特に好適である。
ここで、スルホン酸基を有するフッ素系ポリマーおよびカルボン酸基を有するフッ素系ポリマーは、例えば、一般式（１）および（２）：
で表される繰り返し単位を含む。
ただし、一般式（１）および（２）において、Ｘは、フッ素原子または−ＣＦ3であり、Ｙは、一般式（３）：
ただし、一般式（１）および（２）において、Ｘは、フッ素原子または−ＣＦ3であり、Ｙは、一般式（３）：
で表される炭化水素基である。
ただし、一般式（３）において、Ａは−ＳＯ3Ｍまたは−ＣＯＯＭであり、Ｍはアルカリ金属であり、ｍは０〜２の整数、ｎは１〜４の整数である。アルカリ金属Ｍとしては、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）などが挙げられる。
ただし、一般式（３）において、Ａは−ＳＯ3Ｍまたは−ＣＯＯＭであり、Ｍはアルカリ金属であり、ｍは０〜２の整数、ｎは１〜４の整数である。アルカリ金属Ｍとしては、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）などが挙げられる。
イオン交換膜の厚さは、特に限定されないが、例えば５０〜５００μｍが好ましく、１００〜３００μｍが更に好ましい。イオン交換膜の厚さがこの範囲であれば、十分な強度が得られ、電気分解中におけるイオン交換膜の破損も抑制される。また、イオン交換膜が適度な厚さであれば、電気分解槽が過度に大きくなることもない。膜表面に気泡が付着すると、電気抵抗が増大するため、イオン交換膜の陽極側および陰極側の表面に、ガス付着防止層を設けてもよい。
本発明で用いることのできる市販の含フッ素陽イオン交換膜として、例えば、Ｎａｆｉｏｎ（Ｒ）（ナフィオン（Ｒ））（デュポン株式会社製）、Ｆｌｅｍｉｏｎ（Ｒ）（フレミオン（Ｒ））（旭硝子株式会社製）、Ａｃｉｐｌｅｘ（Ｒ）（アシプレックス（Ｒ））（旭化成ケミカルズ株式会社製）などが挙げられる。
陰極室に添加する白金族化合物は、水または水酸化アルカリ金属水溶液に可溶であればよく、特に限定されない。ただし、本発明は、白金族化合物として、イリジウム化合物とイリジウム以外の白金族元素の化合物とを陰極室に添加する点に特徴を有する。イリジウム化合物とイリジウム以外の白金族元素の化合物とを併用することにより、白金族化合物を単独で用いる場合に比べて、白金族元素単位重量あたりの水素過電圧をより確実に低下させることができるという効果を得ることができる。
イリジウム化合物としては、例えば、三塩化イリジウム、三臭化イリジウム、硝酸イリジウム、イリジウム酸、イリジウム酸塩、ヘキサクロロイリジウム酸、ヘキサクロロイリジウム酸塩、ヘキサアンミンイリジウム酸、ヘキサアンミンイリジウム酸塩、ペンタアンミンアクアイリジウム酸、ペンタアンミンアクアイリジウム酸塩などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
なかでも、三塩化イリジウム、三臭化イリジウム、硝酸イリジウム、ヘキサクロロイリジウム酸、ヘキサクロロイリジウム酸塩、ヘキサアンミンイリジウム酸、ヘキサアンミンイリジウム酸塩などが好ましい。
なかでも、三塩化イリジウム、三臭化イリジウム、硝酸イリジウム、ヘキサクロロイリジウム酸、ヘキサクロロイリジウム酸塩、ヘキサアンミンイリジウム酸、ヘキサアンミンイリジウム酸塩などが好ましい。
白金化合物としては、例えば、ヘキサフルオロ白金酸、ヘキサフルオロ白金酸塩、テトラクロロ白金酸、テトラクロロ白金酸塩、ヘキサクロロ白金酸、ヘキサクロロ白金酸塩、ヘキサヒドロキソ白金酸、ヘキサヒドロキソ白金酸塩、ヘキサアンミン白金酸、ヘキサアンミン白金酸塩、テトラニトロ白金酸、テトラニトロ白金酸塩、ジクロロジアンミン白金、テトラクロロジアンミン白金、ビスグリシナト白金、ジクロロビス(エチレンジアンミン)白金、ジアンミンジニトロ白金、テトラアンミン塩化白金、テトラアンミン塩化白金塩などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
なかでも、テトラクロロ白金酸、テトラクロロ白金酸塩、ヘキサクロロ白金酸、ヘキサクロロ白金酸塩、ヘキサヒドロキソ白金酸、ヘキサヒドロキソ白金酸塩、ヘキサアンミン白金酸、ヘキサアンミン白金酸塩、ジクロロジアンミン白金、テトラクロロジアンミン白金、ジアンミンジニトロ白金、テトラアンミン塩化白金、テトラアンミン塩化白金塩などが好ましい。
なかでも、テトラクロロ白金酸、テトラクロロ白金酸塩、ヘキサクロロ白金酸、ヘキサクロロ白金酸塩、ヘキサヒドロキソ白金酸、ヘキサヒドロキソ白金酸塩、ヘキサアンミン白金酸、ヘキサアンミン白金酸塩、ジクロロジアンミン白金、テトラクロロジアンミン白金、ジアンミンジニトロ白金、テトラアンミン塩化白金、テトラアンミン塩化白金塩などが好ましい。
ロジウム化合物としては、例えば、過酸化ロジウム、硝酸ロジウム、三塩化ロジウム、三臭化ロジウム、ヘキサフルオロロジウム酸、ヘキサフルオロロジウム酸塩、ヘキサシアノロジウム酸、ヘキサシアノロジウム酸塩、ヘキサアンミンロジウム酸、ヘキサアンミンロジウム酸塩、ジクロロビス(エチレンジアミン)ロジウム、ヘキサクロロロジウム酸、ヘキサクロロロジウム酸塩などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
なかでも、硝酸ロジウム、三塩化ロジウム、三臭化ロジウム、ヘキサフルオロロジウム酸、ヘキサフルオロロジウム酸塩、ヘキサシアノロジウム酸、ヘキサシアノロジウム酸塩、ヘキサアンミンロジウム酸、ヘキサアンミンロジウム酸塩、ヘキサクロロロジウム酸、ヘキサクロロロジウム酸塩などが好ましい。
なかでも、硝酸ロジウム、三塩化ロジウム、三臭化ロジウム、ヘキサフルオロロジウム酸、ヘキサフルオロロジウム酸塩、ヘキサシアノロジウム酸、ヘキサシアノロジウム酸塩、ヘキサアンミンロジウム酸、ヘキサアンミンロジウム酸塩、ヘキサクロロロジウム酸、ヘキサクロロロジウム酸塩などが好ましい。
ルテニウム化合物としては、例えば、三塩化ルテニウム、三臭化ルテニウム、硝酸ルテニウム、ルテニウム酸、ルテニウム酸塩、ペンタクロロルテニウム酸、ペンタクロロルテニウム酸塩、ヘキサシアノルテニウム酸、ヘキサシアノルテニウム酸塩、ペンタクロロアクアルテニウム酸、ペンタクロロアクアルテニウム酸塩、ペンタクロロニトロシルルテニウム酸、ペンタクロロニトロシルルテニウム酸塩、ヘキサクロロルテニウム酸、ヘキサクロロルテニウム酸塩などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
なかでも、三塩化ルテニウム、三臭化ルテニウム、硝酸ルテニウム、ペンタクロロルテニウム酸、ペンタクロロルテニウム酸塩、ヘキサシアノルテニウム酸、ヘキサシアノルテニウム酸塩、ペンタクロロニトロシルルテニウム酸、ペンタクロロニトロシルルテニウム酸塩、ヘキサクロロルテニウム酸、ヘキサクロロルテニウム酸塩などが好ましい。
なかでも、三塩化ルテニウム、三臭化ルテニウム、硝酸ルテニウム、ペンタクロロルテニウム酸、ペンタクロロルテニウム酸塩、ヘキサシアノルテニウム酸、ヘキサシアノルテニウム酸塩、ペンタクロロニトロシルルテニウム酸、ペンタクロロニトロシルルテニウム酸塩、ヘキサクロロルテニウム酸、ヘキサクロロルテニウム酸塩などが好ましい。
オスミウム化合物としては、例えば、三塩化オスミウム、臭化オスミウム、酸化オスミウム、オスミウム酸、オスミウム酸塩、ヘキサクロロオスミウム酸、ヘキサクロロオスミウム酸塩、ヘキサアンミンオスミウム、ヘキサシアノオスミウム酸、ヘキサシアノオスミウム酸塩、テトラクロロジオキソオスミウム酸、テトラクロロジオキソオスミウム酸塩などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
なかでも、三塩化オスミウム、臭化オスミウム、ヘキサクロロオスミウム酸、ヘキサクロロオスミウム酸塩、ヘキサアンミンオスミウム、ヘキサシアノオスミウム酸、ヘキサシアノオスミウム酸塩、テトラクロロジオキソオスミウム酸、テトラクロロジオキソオスミウム酸塩などが好ましい。
なかでも、三塩化オスミウム、臭化オスミウム、ヘキサクロロオスミウム酸、ヘキサクロロオスミウム酸塩、ヘキサアンミンオスミウム、ヘキサシアノオスミウム酸、ヘキサシアノオスミウム酸塩、テトラクロロジオキソオスミウム酸、テトラクロロジオキソオスミウム酸塩などが好ましい。
パラジウム化合物としては、例えば、二塩化パラジウム、二臭化パラジウム、硝酸パラジウム、パラジウム酸、パラジウム酸塩、テトラクロロパラジウム酸、テトラクロロパラジウム酸塩、テトラブロモパラジウム酸、テトラブロモパラジウム酸塩、テトラアンミンパラジウム酸、テトラアンミンパラジウム酸塩、テトラニトロパラジウム酸、テトラニトロパラジウム酸塩、ビス（エチレンジアンミン）パラジウムなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
なかでも、二塩化パラジウム、硝酸パラジウム、テトラクロロパラジウム酸、テトラクロロパラジウム酸塩、テトラブロモパラジウム酸、テトラブロモパラジウム酸塩、テトラアンミンパラジウム酸、テトラアンミンパラジウム酸塩、テトラニトロパラジウム酸、テトラニトロパラジウム酸塩、ビス（エチレンジアンミン）パラジウムなどが好ましい。
なかでも、二塩化パラジウム、硝酸パラジウム、テトラクロロパラジウム酸、テトラクロロパラジウム酸塩、テトラブロモパラジウム酸、テトラブロモパラジウム酸塩、テトラアンミンパラジウム酸、テトラアンミンパラジウム酸塩、テトラニトロパラジウム酸、テトラニトロパラジウム酸塩、ビス（エチレンジアンミン）パラジウムなどが好ましい。
イリジウム化合物とイリジウム以外の白金族元素の化合物との合計に占める、イリジウム以外の白金族元素の化合物の割合は、特に限定されないが、イリジウム以外の白金族元素の化合物とイリジウム元素との重量比が１：９〜９：１となる割合が好ましい。イリジウム以外の白金族元素の化合物の割合が大き過ぎる（イリジウム化合物の割合が小さ過ぎる）と、イリジウム以外の白金族元素の化合物とイリジウム化合物とを併用することによる相乗効果が十分に発揮されない場合がある。
白金族化合物として、白金化合物およびイリジウム化合物を併用し、更に、ロジウム化合物、ルテニウム化合物、オスミウム化合物、パラジウム化合物などを陰極室に添加する場合、白金族化合物全体に占める、白金化合物とイリジウム化合物との合計量の割合は、５０重量％以上とするが好ましく、６０重量％以上とすることが特に好ましい。
なお、ロジウム化合物、白金化合物、ルテニウム化合物、イリジウム化合物、オスミウム化合物およびパラジウム化合物の具体例として例示した塩の金属成分としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が好ましい。特にナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩、バリウム塩などが好適である。
陰極室内への白金族化合物の添加は、所定期間毎に、継続的に行うことが好ましい。１回当たりに添加する白金族化合物の合計量は、陰極の有効電気分解面積の１ｍ2あたり、１０-7〜１０-2モルが好適であり、１０-5〜１０-2モルが更に好適であり、１０-3〜１０-2モルが特に好適である。この程度の量であれば、水素過電圧を回復させる効果を十分に得ることができ、コスト的にも有利である。なお、陰極室内への白金族化合物の添加を行ってから、再度、白金族化合物の添加を行うまでの期間は任意であり、規則的でもよく、不規則的でもよい。例えば、陰極の水素過電圧が、予め定められた所定値に達したときに、陰極室内への白金族化合物の添加を行えばよい。
ハロゲン化アルカリ金属水溶液の電気分解で、陰極に供給される物質としては、例えば純水のみを用いる場合、および水で希釈されたハロゲン化アルカリ金属水溶液を用いる場合などがあるが、本発明はいずれの場合においても適用することができる。
ハロゲン化アルカリ金属水溶液の電気分解で、陰極に供給される物質としては、例えば純水のみを用いる場合、および水で希釈されたハロゲン化アルカリ金属水溶液を用いる場合などがあるが、本発明はいずれの場合においても適用することができる。
白金族化合物を陰極室内に添加する工程は、特に限定されないが、例えば、電気分解槽の陰極室に連通する配管に白金族化合物を供給し、その配管から陰極室に導入することができる。例えば、食塩水の電気分解を行う場合、陰極室には、苛性ソーダ水溶液を供給する配管（陰極溶液用配管）と、陰極室に水を供給する配管（水用配管）が存在する。よって、陰極溶液用配管または水用配管に白金族化合物を供給することができる。
特に、陰極溶液用配管の陰極室の近傍に供給ノズルを設け、そのノズルに白金族化合物を供給することにより、白金族化合物の配管内への付着が軽減され、白金族化合物を陰極室内に効率よく導入することができる。また、供給ノズルの出口を陰極溶液用配管の中央まで突き出させ、配管壁から離れた管内流路の中央付近に白金族化合物を供給することが好ましい。
白金族化合物は、固体のまま配管に供給してもよく、水に溶解させて水溶液として供給してもよい。ただし、水溶液の状態で白金族化合物を陰極室に添加する方が、白金族化合物が速やかに陰極溶液と混合され、陰極室に効率良く供給される。
陰極室への白金族化合物の添加は、電気分解槽の運転中に行うことが最も好ましい。電気分解槽の運転中において、陰極の有効電気分解面積１ｍ2当たりの電流密度は、０．１ｋＡ／ｍ2〜１０ｋＡ／ｍ2が好適であり、０．５ｋＡ／ｍ2〜８ｋＡ／ｍ2が更に好適であり、１ｋＡ／ｍ2〜８ｋＡ／ｍ2が特に好適である。電流密度が０．１ｋＡ／ｍ2〜１０ｋＡ／ｍ2である場合、劣化している陰極は、発生期の水素によって還元性が高くなっている。よって、陰極室内に添加された白金族化合物は、選択的に陰極表面に付着または電着する。これにより、陰極の活性を回復させる効果が極めて顕著となる。
ハロゲン化アルカリ金属水溶液の電気分解では、陰極溶液として、水酸化アルカリ金属水溶液が用いられる。水酸化アルカリ金属水溶液には、苛性ソーダ水溶液などが用いられる。例えば、食塩水の電気分解においては、陰極室内に、濃度２０〜４０重量％の苛性ソーダ水溶液が生成する。陰極室で生成した苛性ソーダ水溶液は、陰極室から回収され、例えば１９〜３９重量％の濃度にまで希釈され、またはそのままの濃度で陰極溶液として用いられる。
電気分解槽の温度は、特に限定されず、それが通常用いられる温度範囲であればよい。ただし、イオン交換膜を利用する場合には、イオン交換膜の性能を最大限に発揮させる観点から、電流密度に応じて、電気分解槽の温度を適正範囲に設定することが好ましい。温度の適正範囲は膜の種類によって若干異なるが、例えば、電流密度が０．１ｋＡ／ｍ2以上、１ｋＡ／ｍ2未満の場合には、６５〜７４℃、１ｋＡ／ｍ2以上、２ｋＡ／ｍ2未満の場合には、６８〜７７℃が好ましく、２ｋＡ／ｍ2以上、３ｋＡ／ｍ2未満の場合には、７４〜８５℃が好ましく、３ｋＡ／ｍ2以上、４ｋＡ／ｍ2未満の場合には、７７〜８８℃が好ましく、４ｋＡ／ｍ2以上、１０ｋＡ／ｍ2以下の場合には、９０℃以下が好ましい。
一般に、イオン交換膜は、電気分解槽の温度が上昇または低下することで、物理的に伸縮する。すなわち、電気分解槽の温度は、イオン交換膜の性能に影響を与えることが知られている。イオン交換膜を用いる場合、電気分解槽の温度範囲は、６５〜９０℃の範囲が好適である。９０℃以下の温度であれば、イオン交換膜に皺が発生したり、傷が発生したりするのを防止できる。また、電気分解槽の温度が６５℃以上であれば、温度低下に伴うイオン交換膜の収縮を防止でき、電流効率の低下を防止できる。また、膜内への電解溶液の浸透が容易になり、膜に与えられるダメージを軽減できる。
本発明の活性回復方法は、例えばイオン交換膜法により、ハロゲン化アルカリ金属水溶液の電気分解を行う場合に適用することができる。例えば含フッ素陽イオン交換膜によって、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とに区分された電気分解槽を用い、陽極室にハロゲン化アルカリ金属水溶液（陽極溶液）を供給し、陰極室に水酸化アルカリ金属水溶液（陰極溶液）を供給する。
陽極と陰極との間に電圧を印加すると、ハロゲン化アルカリ金属水溶液の電気分解が進行する。その際、陽極室ではハロゲンガスが発生し、陰極室では水素ガスが発生し、同時に、陰極室に供給された水酸化アルカリ金属水溶液よりも高濃度の水酸化アルカリ金属水溶液（陰極生成物）が生成する。
また、電気分解後に陽極室から未分解のハロゲン化アルカリ金属水溶液（陽極生成物）が排出される。例えば、ハロゲン化アルカリ金属水溶液が食塩水の場合には、電気分解後に陽極室から未分解食塩水である淡塩水（陽極生成物）が排出される。また、陰極室で生成する苛性ソーダ溶液（陰極生成物）は、一部製品として抜き取られ、抜き取った残りの苛性ソーダ溶液に純水を加え希釈したものまたは希釈しないままの苛性ソーダ溶液をさらに陰極溶液として食塩水電気分解を行う。
このとき、白金族化合物は、純水と混合して、純水とともに陰極溶液に供給することができる。あるいは、白金族化合物は、陰極室の近傍に設けられた陰極溶液用配管に供給し、陰極溶液とともに陰極室に導入することができる。陰極室に導入された白金族化合物は、陰極の表面に付着または電着する。以上の操作は、電気分解装置の運転を停止することなく行うことができる。
このとき、白金族化合物は、純水と混合して、純水とともに陰極溶液に供給することができる。あるいは、白金族化合物は、陰極室の近傍に設けられた陰極溶液用配管に供給し、陰極溶液とともに陰極室に導入することができる。陰極室に導入された白金族化合物は、陰極の表面に付着または電着する。以上の操作は、電気分解装置の運転を停止することなく行うことができる。
より具体的に、本発明の活性回復方法について、図１を用いてより具体的に説明する。図１は本発明を適用し得る電気分解装置の一例としてイオン交換膜法を用いた食塩水電気分解の模式図である。
電気分解槽１は、含フッ素陽イオン交換膜２によって、陽極５を有する陽極室３と陰極６を有する陰極室４とに区画される。陽極室３に食塩水(陽極溶液７)を供給し、陰極室４に苛性ソーダ水溶液(陰極溶液８)を供給し、電気分解を行う。電気分解によって陽極室３からは塩素ガス(陽極生成ガス９)が発生し、陰極室４からは苛性ソーダ溶液(陰極生成物１２)と水素ガス１１が発生する。
電気分解槽１は、含フッ素陽イオン交換膜２によって、陽極５を有する陽極室３と陰極６を有する陰極室４とに区画される。陽極室３に食塩水(陽極溶液７)を供給し、陰極室４に苛性ソーダ水溶液(陰極溶液８)を供給し、電気分解を行う。電気分解によって陽極室３からは塩素ガス(陽極生成ガス９)が発生し、陰極室４からは苛性ソーダ溶液(陰極生成物１２)と水素ガス１１が発生する。
また、電気分解後に陽極室３から未分解食塩水である淡塩水(陽極生成物１０)が排出される。また、陰極室４で生成する苛性ソーダ濃度２０〜３５重量％の苛性ソーダ溶液(陰極生成物１２)は、一部製品１２ａとして抜き取られ、抜き取った後の残りの苛性ソーダ溶液に純水１４を加え希釈したものまたは希釈しないままの苛性ソーダ溶液１２ｂをさらに陰極溶液８として食塩水電気分解を行う。
白金族化合物１３は、純水１４に混合させて陰極溶液８に供給するか、または陰極室近傍の苛性ソーダ溶液配管８ａに供給し、陰極溶液８に混合させることにより陰極室４内へ供給され、白金族化合物が陰極６の表面に付着または電着される。
白金族化合物１３は、純水１４に混合させて陰極溶液８に供給するか、または陰極室近傍の苛性ソーダ溶液配管８ａに供給し、陰極溶液８に混合させることにより陰極室４内へ供給され、白金族化合物が陰極６の表面に付着または電着される。
陰極室４内に白金族化合物１３を添加する工程は、連続的に行ってもよく、断続的に行ってもよい。例えば、長期にわたる電気分解操業により、陰極の活性が低下したタイミングで陰極室４に白金族化合物１３を添加してもよく、陰極溶液８に含まれている不純物により、短期的に陰極の活性が低下したときに添加してもよい。陰極室４に白金族化合物１３を添加する回数は特に限定されず、何回でも添加することができる。
本発明は、水酸化アルカリ金属水溶液、ハロゲンガスおよび水素の製造方法を包含する。本発明で製造される水酸化アルカリ金属水溶液としては、例えば水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液などが例示される。本発明は、特に、水酸化ナトリウム水溶液の製造に適している。また、本発明で製造されるハロゲンガスとしては、例えば塩素、臭素などが例示される。
次に、図１の電気分解装置を用いて、ハロゲン化アルカリ金属水溶液である食塩水の電気分解を行う場合について説明する。
電気分解槽１の陽極室３には、陽極溶液７として食塩水が供給される。陰極室４には、陰極溶液８として、苛性ソーダ水溶液が供給される。陽極５と陰極６との間に電圧を印加すると、食塩水の電気分解が進行する。食塩水の電気分解時には、陰極室４で水素ガス１１（Ｈ2）が発生するとともに、水酸化物イオン（ＯＨ-）が生成する。一方、陽極室３では、ハロゲンガス９として塩素ガス（Ｃｌ2）が発生するとともに、ナトリウムイオン（Ｎａ+）が生成する。このナトリウムイオンが、含フッ素陽イオン交換膜２を通って、陽極室３から陰極室４へ移動し、陰極室４の水酸化物イオンと結合する。よって、陰極室４では、陰極生成物１２として、例えば苛性ソーダ濃度が２０〜４０重量％の苛性ソーダ水溶液が得られる。
電気分解槽１の陽極室３には、陽極溶液７として食塩水が供給される。陰極室４には、陰極溶液８として、苛性ソーダ水溶液が供給される。陽極５と陰極６との間に電圧を印加すると、食塩水の電気分解が進行する。食塩水の電気分解時には、陰極室４で水素ガス１１（Ｈ2）が発生するとともに、水酸化物イオン（ＯＨ-）が生成する。一方、陽極室３では、ハロゲンガス９として塩素ガス（Ｃｌ2）が発生するとともに、ナトリウムイオン（Ｎａ+）が生成する。このナトリウムイオンが、含フッ素陽イオン交換膜２を通って、陽極室３から陰極室４へ移動し、陰極室４の水酸化物イオンと結合する。よって、陰極室４では、陰極生成物１２として、例えば苛性ソーダ濃度が２０〜４０重量％の苛性ソーダ水溶液が得られる。
なお、陰極室で生成する苛性ソーダ水溶液の濃度は、電流密度１〜１０ｋＡ／ｍ2の場合、２０〜４０重量％が好ましく、３０〜３３重量％が更に好ましい。生成する苛性ソーダ濃度が２０〜４０重量％であれば、イオン交換膜２の収縮を抑制でき、電解液をイオン交換膜に充分に浸透させることができる。さらに、生成する苛性ソーダ濃度が２０〜４０重量％であれば、イオン交換膜２の膨張を抑制できるため、陽極から陰極へのＮａＣｌの移動が生じにくくなる。よって、苛性ソーダ水溶液中の食塩濃度の上昇を防止でき、製品の品質が向上する。
苛性ソーダ循環型の電気分解槽の場合、電気分解後、陽極室３からは、陽極生成物１０として、低濃度の食塩水が排出される。陰極生成物１２である高濃度の苛性ソーダ水溶液の一部は、製品１２ａとして抜き取られる。残りの高濃度の苛性ソーダ水溶液には、純水１４が加えられて、例えば１９〜３９重量％の苛性ソーダ濃度に希釈される。希釈された苛性ソーダ水溶液は、陰極溶液８として、陰極室４に供給される。なお、残りの高濃度の苛性ソーダ水溶液を、希釈せずにそのまま陰極室４に供給する場合もある。
食塩水は、原料塩を水に溶解することにより製造される。得られた食塩水は、１次精製および２次精製などの前工程で不純物を除去することが好ましい。陽極室３に供給される食塩水の食塩濃度は、１６０〜３２０ｇ／Ｌが好ましく、２００〜３１０ｇ／Ｌが更に好ましい。食塩水の食塩濃度が１６０〜３２０ｇ／Ｌであれば、イオン交換膜２の収縮を抑制でき、電解液をイオン交換膜に充分に浸透させることができる。
電気分解後、陽極室３から排出される食塩水の食塩濃度は、１５０〜３００ｇ／Ｌが好ましく、１８０〜２５０ｇ／Ｌが更に好ましい。陽極室３から排出される食塩水の食塩濃度を１５０〜３００ｇ／Ｌとすることで、イオン交換膜２の膨張を抑制でき、イオン交換膜に皺や傷が発生するのを防止できる。
陰極室に供給する苛性ソーダ水溶液には、上述のように、電気分解によって製造された高濃度苛性ソーダ水溶液に純水を加えて希釈したものの他に、希釈しないままの高濃度の苛性ソーダ水溶液を用いることもできる。
本発明に用いる電気分解槽は、特に限定されない。電気分解で一般的に用いられている電気分解槽と同様でよい。例えば、単極式電気分解槽、複極式電気分解槽なども用いることができる。
以下に、本発明を実施例および比較例に基づいて、より具体的に説明する。ただし、本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。特に、以下の実施例では、含フッ素陽イオン交換膜を用いるイオン交換膜法で電気分解を行ったが、その他のイオン交換膜法および一般的な隔膜法による電気分解にも本発明を適用できる。
（比較例１）
図１に示されているような電気分解装置に於いて、陰極６として、陰極芯体の表面に炭素質微粒子を分散させたニッケルメッキをし、その表面に常法の電気メッキにより含硫黄ニッケルメッキ層を形成させた陰極を用いた。陰極の有効電気分解面積は０．０１ｍ2とした。陽極５としては、ＲｕＯ2の被膜を有するＴｉ製エキスパンドメタルを用いた。イオン交換膜２としては、スルホン酸基とカルボン酸基からなる含フッ素陽イオン交換膜を有効電気分解面積０．０１ｍ2に加工した後、それを締付型電気分解槽１内に設置した。
図１に示されているような電気分解装置に於いて、陰極６として、陰極芯体の表面に炭素質微粒子を分散させたニッケルメッキをし、その表面に常法の電気メッキにより含硫黄ニッケルメッキ層を形成させた陰極を用いた。陰極の有効電気分解面積は０．０１ｍ2とした。陽極５としては、ＲｕＯ2の被膜を有するＴｉ製エキスパンドメタルを用いた。イオン交換膜２としては、スルホン酸基とカルボン酸基からなる含フッ素陽イオン交換膜を有効電気分解面積０．０１ｍ2に加工した後、それを締付型電気分解槽１内に設置した。
電気分解槽温度８２℃および電流密度３．０ｋＡ／ｍ2の条件のもとで、陽極溶液として陽極室３内へ食塩濃度３１０ｇ／Ｌの食塩水７を供給し、電気分解によって陽極室出口で塩素ガス９と食塩濃度２００ｇ／Ｌの陽極生成物１０を排出するように食塩水７の流量を調整した。また、陰極室４内には苛性ソーダ濃度３２重量％の苛性ソーダ水溶液８を供給し、電気分解によって水素ガス１１と苛性ソーダ濃度３３重量％の苛性ソーダ水溶液１２を排出するように苛性ソーダ水溶液８の流量を調整した。このような電気分解条件のもとで、電圧および電流効率推移が安定するまで１０日間電気分解を行った。この時の陰極６の水素過電圧は０．１０Ｖであった。
この後、電気分解槽の運転を継続していくと、陰極６の水素過電圧は徐々に上昇していき、水素過電圧が０．１７Ｖまで達した。この時、水素過電圧の上昇した状態の電気分解槽の運転を停止することなく、陰極室４内へ白金元素を１５重量％含む塩化白金酸水溶液１３を１．５×１０-2ｇ(Ｈ2ＰｔＣｌ6・６Ｈ2Ｏを６．０×１０-3ｇ)添加した。よって、陰極の有効電気分解面積１ｍ2あたりの塩化白金酸量は１．２×１０-3モルであった。この水溶液１３の添加直後から電気分解電圧は徐々に下がりはじめ、所定量の添加終了後一日経過した時の水素過電圧は０．１４６Ｖであった。その後、電気分解槽の運転を継続していき、添加後から７ヶ月経過した時の陰極６の水素過電圧を測定した。この時、水素過電圧は０．１８８Ｖまで上昇し、水素過電圧上昇速度（Ｖｒ）は６．０ｍＶ／ｍｏｎｔｈであった。
図２は、陰極の水素過電圧上昇速度（Ｖｒ）を説明するための模式的グラフである。このグラフに於いて、横軸は電気分解月数（Ｍｏｎｔｈ）を表し、縦軸は陰極の水素過電圧（ｍＶ）を表している。ｘmとｙnは、白金族化合物を添加する前と後における水素過電圧をそれぞれ表している。すなわち、白金族化合物を添加することによって、水素過電圧をＡ＝ｘm−ｙnだけ低下させる（陰極の活性を回復させる）ことができる。しかし、陰極６の活性を回復させた後に於いても、電気分解をさらに継続させていけば、月数Ｂ（Ｍｏｎｔｈ）の後に於いて水素過電圧は再度上昇してｘm+1に至る。この場合に、水素過電圧上昇速度はＶｒ＝（ｘm+1−ｙn）／Ｂで表される。
すなわち、陰極６の水素過電圧を長期間にわたって低く維持するためには、白金族化合物は、水素過電圧の低減Ａ（ｍＶ）または水素過電圧上昇速度Ｖｒ（ｍＶ／ｍｏｎｔｈ）の抑制の少なくともいずれかに於いて顕著な効果を有することが望まれる。
なお、本願においては、陰極の水素過電圧はカレントインタラプター法で測定した。カレントインタラプター法とは、電解電流を瞬時に遮断し、電流遮断時の電圧波形から電気抵抗による電圧損失を測定する方法である。
図１に示されているように、電流遮断には定電流パルス発生器（北斗電工株式会社製）１７を用い、電流遮断前後の電極電位の測定はデジタルオシロスコープ（日本テクトロニクス株式会社製）１８を用いた。水素過電圧の測定条件は、温度８０℃、苛性ソーダ濃度３２重量％、および電流密度３．０ｋＡ／ｍ2であり、参照電極には白金黒電極１６を使用した。また、電解電圧は、陰極を取り付けている陰極枠と陽極を取り付けている陽極枠に電圧計１５の測定端子を接続して測定した。
図１に示されているように、電流遮断には定電流パルス発生器（北斗電工株式会社製）１７を用い、電流遮断前後の電極電位の測定はデジタルオシロスコープ（日本テクトロニクス株式会社製）１８を用いた。水素過電圧の測定条件は、温度８０℃、苛性ソーダ濃度３２重量％、および電流密度３．０ｋＡ／ｍ2であり、参照電極には白金黒電極１６を使用した。また、電解電圧は、陰極を取り付けている陰極枠と陽極を取り付けている陽極枠に電圧計１５の測定端子を接続して測定した。
（比較例２）
比較例１と全く同一条件の電気分解を継続し、陰極６の水素過電圧が上昇して、水素過電圧が比較例１と同じく０．１７Ｖに達した時、陰極室４内へ白金元素を１５重量％含む塩化白金酸水溶液１３を２．２×１０-2ｇ(Ｈ2ＰｔＣｌ6・６Ｈ2Ｏを８．７×１０-3ｇ)添加した。よって、陰極の有効電気分解面積１ｍ2あたりの塩化白金酸量は１．７×１０-3モルであった。この水溶液１３の添加直後から電気分解電圧は徐々に下がりはじめ、所定量を添加終了後一日経過した時の水素過電圧は０．１３９Ｖであった。その後、電気分解槽の運転を継続していき、添加後から７ヶ月経過した時の陰極６の水素過電圧を測定した。この時、水素過電圧は０．１７８Ｖまで上昇し、水素過電圧上昇速度（Ｖｒ）は５．６ｍＶ／ｍｏｎｔｈであった。
比較例１と全く同一条件の電気分解を継続し、陰極６の水素過電圧が上昇して、水素過電圧が比較例１と同じく０．１７Ｖに達した時、陰極室４内へ白金元素を１５重量％含む塩化白金酸水溶液１３を２．２×１０-2ｇ(Ｈ2ＰｔＣｌ6・６Ｈ2Ｏを８．７×１０-3ｇ)添加した。よって、陰極の有効電気分解面積１ｍ2あたりの塩化白金酸量は１．７×１０-3モルであった。この水溶液１３の添加直後から電気分解電圧は徐々に下がりはじめ、所定量を添加終了後一日経過した時の水素過電圧は０．１３９Ｖであった。その後、電気分解槽の運転を継続していき、添加後から７ヶ月経過した時の陰極６の水素過電圧を測定した。この時、水素過電圧は０．１７８Ｖまで上昇し、水素過電圧上昇速度（Ｖｒ）は５．６ｍＶ／ｍｏｎｔｈであった。
（比較例３）
比較例１と全く同一条件の電気分解を継続し、陰極６の水素過電圧が上昇して、水素過電圧が比較例１と同じく０．１７Ｖに達した時、陰極室４内へ白金元素を１５重量％含む塩化白金酸水溶液１３を２．４×１０-2ｇ(Ｈ2ＰｔＣｌ6・６Ｈ2Ｏを９．７×１０-3ｇ)添加した。よって、陰極の有効電気分解面積１ｍ2あたりの塩化白金酸量は１．９×１０-3モルであった。この水溶液１３の添加直後から電気分解電圧は徐々に下がりはじめ、所定量を添加終了後一日経過した時の水素過電圧は０．１３４Ｖであった。その後、電気分解槽の運転を継続していき、添加後から７ヶ月経過した時の陰極６の水素過電圧を測定した。この時、水素過電圧は０．１７４Ｖまで上昇し、水素過電圧上昇速度（Ｖｒ）は５．７ｍＶ／ｍｏｎｔｈであった。
比較例１と全く同一条件の電気分解を継続し、陰極６の水素過電圧が上昇して、水素過電圧が比較例１と同じく０．１７Ｖに達した時、陰極室４内へ白金元素を１５重量％含む塩化白金酸水溶液１３を２．４×１０-2ｇ(Ｈ2ＰｔＣｌ6・６Ｈ2Ｏを９．７×１０-3ｇ)添加した。よって、陰極の有効電気分解面積１ｍ2あたりの塩化白金酸量は１．９×１０-3モルであった。この水溶液１３の添加直後から電気分解電圧は徐々に下がりはじめ、所定量を添加終了後一日経過した時の水素過電圧は０．１３４Ｖであった。その後、電気分解槽の運転を継続していき、添加後から７ヶ月経過した時の陰極６の水素過電圧を測定した。この時、水素過電圧は０．１７４Ｖまで上昇し、水素過電圧上昇速度（Ｖｒ）は５．７ｍＶ／ｍｏｎｔｈであった。
（比較例４）
比較例１と全く同一条件の電気分解を継続し、陰極６の水素過電圧が上昇して、水素過電圧が比較例１と同じく０．１７Ｖに達した時、陰極室４内へイリジウム元素を１５重量％含む塩化イリジウム水溶液１３を１．５×１０-2ｇ(Ｈ2ＩｒＣｌ6・６Ｈ2Ｏを６．０×１０-3ｇ)添加した。よって、陰極の有効電気分解面積１ｍ2あたりの塩化イリジウム量は１．２×１０-3モルであった。この水溶液１３の添加直後から電気分解電圧は徐々に下がりはじめ、所定量を添加終了後一日経過した時の水素過電圧は０．１４９Ｖであった。その後、電気分解槽の運転を継続していき、添加後から７ヶ月経過した時の陰極６の水素過電圧を測定した。この時、水素過電圧は０．１９２Ｖまで上昇し、水素過電圧上昇速度（Ｖｒ）は６．２ｍＶ／ｍｏｎｔｈであった。
比較例１と全く同一条件の電気分解を継続し、陰極６の水素過電圧が上昇して、水素過電圧が比較例１と同じく０．１７Ｖに達した時、陰極室４内へイリジウム元素を１５重量％含む塩化イリジウム水溶液１３を１．５×１０-2ｇ(Ｈ2ＩｒＣｌ6・６Ｈ2Ｏを６．０×１０-3ｇ)添加した。よって、陰極の有効電気分解面積１ｍ2あたりの塩化イリジウム量は１．２×１０-3モルであった。この水溶液１３の添加直後から電気分解電圧は徐々に下がりはじめ、所定量を添加終了後一日経過した時の水素過電圧は０．１４９Ｖであった。その後、電気分解槽の運転を継続していき、添加後から７ヶ月経過した時の陰極６の水素過電圧を測定した。この時、水素過電圧は０．１９２Ｖまで上昇し、水素過電圧上昇速度（Ｖｒ）は６．２ｍＶ／ｍｏｎｔｈであった。
（比較例５）
比較例１と全く同一条件の電気分解を継続し、陰極６の水素過電圧が上昇して、水素過電圧が比較例１と同じく０．１７Ｖに達した時、陰極室４内へロジウム元素を１５重量％含む塩化ロジウム水溶液１３を１．５×１０-2ｇ(ＲｈＣｌ3・３Ｈ2Ｏを５．８×１０-3ｇ)添加した。よって、陰極の有効電気分解面積１ｍ2あたりの塩化ロジウム量は２．２×１０-3モルであった。この水溶液１３の添加直後から電気分解電圧は徐々に下がりはじめ、所定量を添加終了後一日経過した時の水素過電圧は０．１４７Ｖであった。その後、電気分解槽の運転を継続していき、添加後から７ヶ月経過した時の陰極６の水素過電圧を測定した。この時、水素過電圧は０．１８６Ｖまで上昇し、水素過電圧上昇速度（Ｖｒ）は５．６ｍＶ／ｍｏｎｔｈであった。
比較例１と全く同一条件の電気分解を継続し、陰極６の水素過電圧が上昇して、水素過電圧が比較例１と同じく０．１７Ｖに達した時、陰極室４内へロジウム元素を１５重量％含む塩化ロジウム水溶液１３を１．５×１０-2ｇ(ＲｈＣｌ3・３Ｈ2Ｏを５．８×１０-3ｇ)添加した。よって、陰極の有効電気分解面積１ｍ2あたりの塩化ロジウム量は２．２×１０-3モルであった。この水溶液１３の添加直後から電気分解電圧は徐々に下がりはじめ、所定量を添加終了後一日経過した時の水素過電圧は０．１４７Ｖであった。その後、電気分解槽の運転を継続していき、添加後から７ヶ月経過した時の陰極６の水素過電圧を測定した。この時、水素過電圧は０．１８６Ｖまで上昇し、水素過電圧上昇速度（Ｖｒ）は５．６ｍＶ／ｍｏｎｔｈであった。
（実施例１）
比較例１と全く同一条件の電気分解を継続し、陰極６の水素過電圧が上昇して、水素過電圧が比較例１と同じく０．１７Ｖに達した時、陰極室４内へ白金元素を１５重量％含む塩化白金酸水溶液とイリジウム元素を１５重量％含む塩化イリジウム水溶液との体積比１：１の混合水溶液１３を１．５×１０-2ｇ(Ｈ2ＰｔＣｌ6・６Ｈ2Ｏを３．０×１０-3ｇとＨ2ＩｒＣｌ6・６Ｈ2Ｏを３．０×１０-3ｇ)添加した。よって、陰極の有効電気分解面積１ｍ2あたりの塩化白金酸量は５．８×１０-4モル、塩化イリジウム量は５．８×１０-3モルであった。この混合溶液１３の添加直後から電気分解電圧は徐々に下がりはじめ、所定量を添加終了後一日経過した時の水素過電圧は０．１４２Ｖであった。その後、電気分解槽の運転を継続していき、添加後から７ヶ月経過した時の陰極６の水素過電圧を測定した。この時、水素過電圧は０．１８４Ｖまで上昇し、水素過電圧上昇速度（Ｖｒ）は６．２ｍＶ／ｍｏｎｔｈであった。
比較例１と全く同一条件の電気分解を継続し、陰極６の水素過電圧が上昇して、水素過電圧が比較例１と同じく０．１７Ｖに達した時、陰極室４内へ白金元素を１５重量％含む塩化白金酸水溶液とイリジウム元素を１５重量％含む塩化イリジウム水溶液との体積比１：１の混合水溶液１３を１．５×１０-2ｇ(Ｈ2ＰｔＣｌ6・６Ｈ2Ｏを３．０×１０-3ｇとＨ2ＩｒＣｌ6・６Ｈ2Ｏを３．０×１０-3ｇ)添加した。よって、陰極の有効電気分解面積１ｍ2あたりの塩化白金酸量は５．８×１０-4モル、塩化イリジウム量は５．８×１０-3モルであった。この混合溶液１３の添加直後から電気分解電圧は徐々に下がりはじめ、所定量を添加終了後一日経過した時の水素過電圧は０．１４２Ｖであった。その後、電気分解槽の運転を継続していき、添加後から７ヶ月経過した時の陰極６の水素過電圧を測定した。この時、水素過電圧は０．１８４Ｖまで上昇し、水素過電圧上昇速度（Ｖｒ）は６．２ｍＶ／ｍｏｎｔｈであった。
以上のことから、塩化白金酸水溶液のみ、または塩化イリジウム水溶液のみを添加する比較例１〜４の場合に比べて、塩化白金酸水溶液と塩化イリジウム水溶液との混合水溶液を添加する本実施例１に於いては、白金族元素単位重量あたりの水素過電圧の低下Ａがさらに改善され得ることがわかる。
（実施例２）
比較例１と全く同一条件の電気分解を継続し、陰極６の水素過電圧が上昇して、水素過電圧が比較例１と同じく０．１７Ｖに達した時、陰極室４内へ、イリジウム元素を１５重量％含む塩化イリジウム水溶液とロジウム元素を１５重量％含む塩化ロジウム水溶液との体積比１：１の混合水溶液１３を１．５×１０-2ｇ(Ｈ2ＩｒＣｌ6・６Ｈ2Ｏを３．０×１０-3ｇとＲｈＣｌ3・３Ｈ2Ｏを２．９×１０-3ｇ)添加した。よって、陰極の有効電気分解面積１ｍ2あたりの塩化イリジウム量は５．８×１０-3モル、塩化ロジウム量は１．１×１０-3モルであった。この混合溶液１３の添加直後から電気分解電圧は徐々に下がりはじめ、所定量を添加終了後一日経過した時の水素過電圧は０．１４４Ｖであった。その後、電気分解槽の運転を継続していき、添加後から７ヶ月経過した時の陰極６の水素過電圧を測定した。この時、水素過電圧は０．１８５Ｖまで上昇し、水素過電圧上昇速度（Ｖｒ）は５．８ｍＶ／ｍｏｎｔｈであった。
比較例１と全く同一条件の電気分解を継続し、陰極６の水素過電圧が上昇して、水素過電圧が比較例１と同じく０．１７Ｖに達した時、陰極室４内へ、イリジウム元素を１５重量％含む塩化イリジウム水溶液とロジウム元素を１５重量％含む塩化ロジウム水溶液との体積比１：１の混合水溶液１３を１．５×１０-2ｇ(Ｈ2ＩｒＣｌ6・６Ｈ2Ｏを３．０×１０-3ｇとＲｈＣｌ3・３Ｈ2Ｏを２．９×１０-3ｇ)添加した。よって、陰極の有効電気分解面積１ｍ2あたりの塩化イリジウム量は５．８×１０-3モル、塩化ロジウム量は１．１×１０-3モルであった。この混合溶液１３の添加直後から電気分解電圧は徐々に下がりはじめ、所定量を添加終了後一日経過した時の水素過電圧は０．１４４Ｖであった。その後、電気分解槽の運転を継続していき、添加後から７ヶ月経過した時の陰極６の水素過電圧を測定した。この時、水素過電圧は０．１８５Ｖまで上昇し、水素過電圧上昇速度（Ｖｒ）は５．８ｍＶ／ｍｏｎｔｈであった。
以上のことから、塩化白金酸水溶液のみ、塩化イリジウム水溶液のみ、または塩化ロジウム水溶液のみを添加する比較例１〜５の場合に比べて、塩化イリジウム水溶液と塩化ロジウムとの混合水溶液を添加する本実施例２に於いては、白金族元素単位重量あたりの水素過電圧の低下Ａがさらに改善され得ることがわかる。
最後に、以上の比較例１〜５および実施例１〜２における結果の要約が、次の表１において示されている。
最後に、以上の比較例１〜５および実施例１〜２における結果の要約が、次の表１において示されている。
本発明は、隔膜法またはイオン交換膜法によるハロゲン化アルカリ金属水溶液の電気分解全般に適用可能である。本発明によれば、電気分解槽の陰極室が備える陰極の活性を効果的に回復させることができる。よって、電気分解の操業効率を高めることができ、操業コストを低減することができる。
１ 電気分解槽、２ イオン交換膜、３ 陽極室、４ 陰極室、５ 陽極、６ 陰極、７ 陽極溶液、８ 陰極溶液（苛性ソーダ溶液）、８ａ 陰極溶液用配管（苛性ソーダ溶液用配管）、９ 陽極生成ガス、１０ 陽極生成物、１１ 水素ガス、１２ 陰極生成物（苛性ソーダ溶液）、１２ａ 製品としての苛性ソーダ溶液、１２ｂ 陰極生成物１２から一部製品１２ａを抜き取った後の残りの苛性ソーダ溶液に純水を加えて希釈したものまたは希釈しないままの苛性ソーダ溶液、１３ 可溶性白金族化合物、１４ 純水、１５ 電圧計、１６ 参照電極としての白金黒電極、１７ 定電流パルス発生器、１８ 電極電位の測定用のデジタルオシロスコープ。
Claims (8)
- 陽極室および陰極室を有する電気分解槽と、前記陽極室に備えられた陽極と、前記陰極室に備えられた陰極とを用いる、ハロゲン化アルカリ金属水溶液の電気分解において、
前記陰極室内に、水またはハロゲン化アルカリ金属水溶液に可溶である白金族化合物を添加する工程を有し、前記白金族化合物が、イリジウム化合物を含み、かつ、イリジウム以外の白金族元素の化合物を少なくとも１種含む、電気分解用陰極の活性化方法。 - 前記イリジウム以外の白金族元素の化合物が、白金化合物およびロジウム化合物よりなる群から選択される少なくとも１種を含む、請求項１記載の電気分解用陰極の活性化方法。
- 前記陰極室内に添加する前記白金族化合物の合計量が、前記陰極の有効電気分解面積の１ｍ2あたり、１０-7〜１０-2モルである、請求項１記載の電気分解用陰極の活性化方法。
- 陽極室および陰極室を有する電気分解槽と、前記陽極室に備えられた陽極と、前記陰極室に備えられた陰極とを用い、ハロゲン化アルカリ金属水溶液を電気分解して、水酸化アルカリ金属水溶液、ハロゲンガスおよび水素ガスよりなる群から選択される少なくとも１種を製造する電気分解方法であって、
前記陰極室内に、白金族元素が添加されており、前記白金族元素が、イリジウムを含み、かつ、イリジウム以外の白金族元素を少なくとも１種含む、電気分解方法。 - 前記イリジウム以外の白金族元素が、白金およびロジウムよりなる群から選択される少なくとも１種を含む、請求項４記載の電気分解方法。
- 前記ハロゲン化アルカリ金属水溶液が、食塩水であり、前記水酸化アルカリ金属水溶液が、苛性ソーダ水溶液であり、前記ハロゲンガスが、塩素ガスである、請求項４記載の電気分解方法。
- 前記電気分解槽の温度を６５〜９０℃に、前記陰極の有効電気分解面積の１ｍ2あたりの電流密度を０．１ｋＡ／ｍ2〜１０ｋＡ／ｍ2に設定して、ハロゲン化アルカリ金属水溶液の電気分解を行う、請求項４記載の電気分解方法。
- 請求項４記載の電気分解方法を用いる、水酸化アルカリ金属水溶液、ハロゲンガスおよび水素ガスよりなる群から選択される少なくとも１種の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006199357A JP4339337B2 (ja) | 2005-09-16 | 2006-07-21 | 電気分解用陰極の活性化方法および電気分解方法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005269524 | 2005-09-16 | ||
| JP2006199357A JP4339337B2 (ja) | 2005-09-16 | 2006-07-21 | 電気分解用陰極の活性化方法および電気分解方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2007107089A JP2007107089A (ja) | 2007-04-26 |
| JP4339337B2 true JP4339337B2 (ja) | 2009-10-07 |
Family
ID=38033180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006199357A Active JP4339337B2 (ja) | 2005-09-16 | 2006-07-21 | 電気分解用陰極の活性化方法および電気分解方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4339337B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007003554A1 (de) * | 2007-01-24 | 2008-07-31 | Bayer Materialscience Ag | Verfahren zur Leistungsverbesserung von Nickelelektroden |
| JP6397396B2 (ja) | 2015-12-28 | 2018-09-26 | デノラ・ペルメレック株式会社 | アルカリ水電解方法 |
| HUE057761T2 (hu) * | 2018-07-20 | 2022-06-28 | Covestro Deutschland Ag | Eljárás nikkel elektródok teljesítményének javítására |
| EP3670706B1 (de) * | 2018-12-18 | 2024-02-21 | Covestro Deutschland AG | Verfahren zur membran-elektrolyse von alkalichloridlösungen mit gasdiffusionselektrode |
-
2006
- 2006-07-21 JP JP2006199357A patent/JP4339337B2/ja active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2007107089A (ja) | 2007-04-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5732111B2 (ja) | ニッケル電極の性能を向上させる方法 | |
| US5133843A (en) | Method for the recovery of metals from the membrane of electrochemical cells | |
| JP6315884B2 (ja) | 酸素消費電極を用いるアルカリ金属塩化物の電気分解法 | |
| JPS6127472B2 (ja) | ||
| JP2009215580A (ja) | 水素発生用陰極 | |
| JP4339337B2 (ja) | 電気分解用陰極の活性化方法および電気分解方法 | |
| JP3893408B1 (ja) | 電気分解用陰極の活性化方法および電気分解方法 | |
| JP6315885B2 (ja) | 酸素消費電極をマイクロギャップ配置において用いるアルカリ金属塩化物の電気分解法 | |
| EP0139382B1 (en) | Production of cathode for use in electrolytic cell | |
| JP6438744B2 (ja) | 電解用陰極の活性化方法 | |
| KR102283328B1 (ko) | 환원 전극의 재생방법 | |
| JP2006052434A (ja) | 食塩水電解槽の性能回復方法ならびに該方法により処理された含フッ素陽イオン交換膜を用いた生産苛性ソーダ溶液および塩素の製造方法 | |
| JP2004300510A (ja) | ガス拡散陰極を用いたイオン交換膜型電解槽の保護方法 | |
| JPS586789B2 (ja) | 酸化パラジウム系陽極の劣化防止方法 | |
| WO2013054341A4 (en) | Effect of operating parameters on the performance of electrochemical cell in copper-chlorine cycle | |
| KR20210032469A (ko) | 니켈 전극의 성능을 개선시키는 방법 | |
| JP5271429B2 (ja) | 水素発生用陰極 | |
| JP2006183113A (ja) | 食塩水電解槽の性能回復方法ならびに該方法により処理された陰極を用いた生産苛性ソーダ溶液および塩素の製造方法 | |
| JP6753195B2 (ja) | 水素発生用電極の製造方法及び水素発生用電極を用いた電気分解方法 | |
| JPH0527712B2 (ja) | ||
| JP2003147565A (ja) | ガス拡散電極の性能回復方法 | |
| US20220364250A1 (en) | Electrode for Electrolysis | |
| WO2019051510A2 (en) | DAMPING LAYER CATALYZED IN A MULTILAYER ELECTRODE | |
| Yamaguchi et al. | A Nickel‐Based Composite Electroplated Cathode for the Membrane‐Type Chlor‐Alkali Cell | |
| Wendt et al. | Electrochemical Cell and Plant Engineering |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080604 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090605 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090701 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4339337 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120710 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130710 Year of fee payment: 4 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130710 Year of fee payment: 4 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |