JP4582784B2 - イオン交換膜電解方法 - Google Patents
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Description
そこで、既存の塩水供給設備を用いて運転を行うために、各イオン交換膜電解槽に供給する塩水の供給量を減少させて運転すると、イオン交換膜電解槽から取り出される淡塩水濃度が低下し、陽極室から陰極室への電気浸透水が増加し電流効率が大きく低下する。
また、電気分解設備の塩水供給設備の塩水供給能力を拡大することなく電解槽の数を増加させて、電解槽の数を増加させる前に比べて濃度が低下させた状態で電気分解を前記のイオン交換膜電解方法である。
陽極室から陰極室へのアルカリ金属イオンに伴う電気浸透水量が5mol/F以上である前記のイオン交換膜電解方法である。
本発明のように、陽極とイオン交換膜との間に間隔を設けた場合には、塩水供給設備の能力を増大せずにイオン交換膜電解槽の個数を増加させるのみで塩素、アルカリ金属水酸化物水溶液等の増産が可能となる。
図1は、陽極とイオン交換膜との間隔、および電流密度を変化させて電気分解を行った場合の、陽極とイオン交換膜との間隔を横軸に示し、換算電解槽電圧を示す図を縦軸に示した図である。
電気分解条件は、以下のとおりである。
イオン交換膜 旭硝子製フレミオンF8934
陽極 ペルメレック電極製 貴金属酸化物被覆電極
陰極 電極触媒被覆ニッケル電極
陽極室 塩化ナトリウム水溶液濃度 195g/l
陰極室 水酸化ナトリウム水溶液濃度 32質量%
電解温度 90℃
電流密度を、3kA/m2 、4kA/m2 、5kA/m2 、6kA/m2 、7kA/m2 に設定して、陽極とイオン交換膜との間隔を変えて電気分解した場合の電解槽電圧を測定した。
一般に、工業的な電気分解に用いられる電解槽において、電極とイオン交換膜の間隔を所望の大きさに設定するには工夫を要するが、面積が大きな電極およびイオン交換膜を有するイオン交換膜電解槽において、それぞれの間隔を小さな間隔に設定することに比べて、大きな間隔に設定することが有利であり、陽極とイオン交換膜との間隔を1mm以上とすることによって電解槽電圧に最小値が表れることは工業的なイオン交換膜電解槽においては有用である。
X:電流密度(kA/m2)
Y:陽極と陽イオン交換膜の間隔(mm)
とすれば、 Y=A・X+1.01 …式1 の関係がある。
ただし、X:電流密度(kA/m2)、係数A:0.074mm・m2/kA
したがって、陽極と陽イオン交換膜との間隔Yは、この式で示される間隔よりも大きくすることが好ましいが、電極間隔が大きくなると電解槽電圧の上昇が大きくなるので、
Y=B・X …式2
ただし、X:電流密度(kA/m2)、係数B:0.725mm・m2/kA
よりも小さくすることが好ましい。
本発明のイオン交換膜電解方法における陰極室への電気浸透水と陽極室の出口の淡塩水濃度は、食塩水の電気分解の場合、次の式3で表されることが分かった。この関係を図2に示す。
y=−a・x+b ………………式3
ここに、
a,b :正の値の係数
x :淡塩水濃度(g/l)
y :イオン交換膜の浸透水(mol/F)
a0≒an ………………式4
b0<bn ………………式5
また、本発明のイオン交換膜電解方法は、陰極として水素発生電極を使用したイオン交換膜電解方法について説明をしたが、陰極として酸素によって水素発生反応が起こらないようにしたガス拡散電極を用いたイオン交換膜電解方法に用いた場合にも高い電気浸透水量と高い電流効率を維持して電気分解を行うことができるので好ましい。
以下に、実施例、比較例を示し本発明を説明する。
イオン交換膜と陽極との間隔を1.5mmとし、また、イオン交換膜と陰極との間隔を0mm、すなわちイオン交換膜と陰極とを密着して配置した。
また、陽極室の食塩水濃度を2.99mol/l、陰極室の水酸化ナトリウム水溶液濃度32質量%、電流密度4kA/m2 、温度90℃の条件で電気分解したところ、電解槽電圧は、3.01V、陽極室から陰極室への電気浸透水量は5.2mol/Fであり、電流効率は97.5%であった。
陽極とイオン交換膜とを密着させた点を除き、陽極室の食塩濃度を含めた他の条件は実施例1と同様にして電気分解を行ったところ、陽極室から陰極室への電気浸透水量は、4.8mol/Fであり、電流効率は96.5%であった。
陽極とイオン交換膜とを密着させた点を除き、陽極室の食塩濃度を含めた他の条件は実施例2と同様にして電気分解を行ったところ、陽極室から陰極室への電気浸透水量は、5.0mol/Fであり、電流効率は95.5%であった。
陽極とイオン交換膜とを密着させた点を除き、陽極室の食塩濃度を含めた他の条件は実施例3と同様にして電気分解を行ったところ、陽極室から陰極室への電気浸透水量は、4.5mol/Fであり、電流効率は97.0%であった。
陽極とイオン交換膜とを密着させて、陽極室の食塩水濃度を2.56mol/lとした点を除き、他の条件は実施例1と同様にして電気分解を行ったところ、陽極室から陰極室への電気浸透水量は、4.8mol/Fであり、電流効率は95.0%であった。
Claims (3)
- イオン交換膜電解方法において、陽イオン交換膜で区画された陽極室内のアルカリ金属塩化物水溶液の濃度を2.7mol/lないし3.3mol/lの値とし、陽イオン交換膜と陽極との間隔を、X・A+1.01mm以上、X・B以下の大きさに設定し、陽イオン交換膜と陰極とを密着させて電気分解することを特徴とするイオン交換膜電解方法。
ただし、X:電流密度(kA/m2)、A:0.074mm・m2/kA、B:0.725mm・m2/kA - 電気分解設備の塩水供給設備の塩水供給能力を拡大することなく電解槽の数を増加させて、電解槽の数を増加させる前に比べて濃度が低下させた状態で電気分解を行うことを特徴とする請求項1記載のイオン交換膜電解方法。
- 陽極室から陰極室へのアルカリ金属イオンに伴う電気浸透水量が5mol/F以上であることを特徴とする請求項1または2記載の記載のイオン交換膜電解方法。
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