JP5594669B2 - 臭素回収方法およびその装置。 - Google Patents
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Description
ここで、ミラー指数(Miller index)とは、任意の結晶の格子面を表現するために一般的に使用される指数である。具体的には、結晶の単位格子の原点から面が結晶軸と交わる点までの距離のその軸の単位の長さに対する比の逆数であり、ダイヤモンド構造のような立方晶系結晶の場合、各結晶軸の単位長さをaとすると、ある結晶面が原点から各々a/h、a/k、a/lの長さが離れた点で軸と交わっている場合のミラー指数は(hkl)で表される。
比重に応じて最適に補正された電解電圧を印加できることとなり、塩素の生成を精度よく抑えて臭素を選択的に電解回収することができる。
以下、本発明の第1の実施形態に係る臭素回収方法を臭素回収装置と共に図1に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態に係る臭素回収装置のブロック図及びフローチャートを示す。
モンド電極は、例えば、モリブデン(Mo)を下地基板として、ホウ素(B)を添加(ドープ)されたダイヤモンド薄膜の薄膜の電極を使用することができる。このホウ素の添加量としては、製造コストを抑えつつ低電力で効率的な電解を行う観点から、ボロン量が1019〜1021(個/cm3)の範囲で、導電性ダイヤモンド電極に10-2(Ω・cm)程度の導電性を与える量であることが好ましい。
E(25℃)
=E0−0.059 log 0.47mol・dm-3
=1.360 + 0.019
=1.379 V
E(25℃)
=E0−0.059 log 5.13mol・dm-3
=1.360 - 0.042
=1.318 V
E(60℃)
=E0−0.066 log 0.47mol・dm-3
=1.36 + 0.0216
=1.382 V
E(60℃)
=E0−0.066 log 5.13mol・dm-3
=1.360 - 0.0467
=1.313 V
となる。
この臭素回収部200は、電気分解により発生した臭素を、水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液内でバブリングし、このバブリングにより生成する臭化ナトリウム(NaBr)として臭素を回収する。
まず、前記電解槽1は、前記海水生成部100で生成された海水溶液を、コンプレッサー101を経由して供給される(S1)。前記温度センサ31は、この電解槽1により貯蔵された前記海水溶液の温度を検出し、前記比重計32は、前記海水溶液の比重を検出する(S2)。
目標量の臭素を回収できていない場合には、前記電解槽1は、電解槽の海水溶液量が閾値以上であるかを確認する(S7)。前記電解槽1の海水溶液量が閾値以上の場合には、上記S2からの処理を繰り返す。
電解槽の海水溶液量が閾値より少ない場合には、前記海水生成部100は、海水溶液を前記電解槽1に再度供給し(上記S1)、上記S2からの処理を繰り返す。
以下、本発明の第2の実施形態に係る臭素回収方法及び臭素回収装置を図2(b)〜(d)に基づいて説明する。図2(b)〜(d)は、本実施形態に係る臭素回収装置の電解槽の構成を示す構成図を示す。
センサ31と、前記比重計32と、前記検出部3とを備える構成である。
本発明の特徴を更に具体的に示すため以下に実施例を記すが、本発明はこれらの実施例によって制限されるものではない。
電極の作成
電解に使用する陽極電極として、導電性ダイヤモンド電極を使用した。導電性ダイヤモンド電極は、ミラー指数が(110)で示されるダイヤモンド結晶構造のダイヤモンド結晶から作成した。図3は、本発明の実施形態に係るダイヤモンド電極の合成に関する実験結果を示す。
。また、ダイヤモンド結晶のミラー指数が(110)の合成条件として、ホウ素―炭素源ガス流量は5ccm〜17.5ccm、合成温度は800〜900℃、希釈用水素ガス流量は200ccm、反応圧力は8×103(Pa)の実験条件で作成できる。各々35時間にわたり添加されたダイヤモンド薄膜の電位窓を計測した結果を示す。同図(b)は、縦軸に電流密度(mA/cm2)を示し、横軸に銀/塩化銀電極を基準電極とする電位(V)を示す。この導電性ダイヤモンド薄膜は、同図(b)に示すように、各電位窓は、ホウ素流量が10ccmの場合は3.2V、5ccmの場合は2.7V、3.5ccmの場合は2.1Vという結果が得られた。なお、対照例として、金(Au)の場合の電位窓は、1.8Vであった。この結果から、ホウ素の流量が10ccmの場合には、導電性に優れたダイヤモンド薄膜を生成できることがわかった。
また、作成した導電性ダイヤモンド電極の大きさ及び膜厚は、25mmφ及び20μmとした。
比重が1.26(密度が1.26kg/L)の海水溶液(にがり)に対して、電解電圧を1.38V〜1.55V(銀/塩化銀電極基準)の範囲内に維持して120時間電解を行った。この電解により発生した臭素を、1M水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液175mlを用いてバブリングし、このバブリングにより臭化ナトリウム(NaBr)を生成させて回収した。
装置を用いた。CV測定条件として、最大出力電流は100mA、走査速度は200mV/sec、走査電圧幅は−1.1〜2.3V、スキャン回数は1サイクルとした。同図(b)〜(d)は、縦軸に差微分曲線と電流密度(mA/cm2)を示し、横軸に電位(銀/塩化銀電極基準)を示す。
比重を変更した各海水溶液に対して、電解処理を行った。図5(b)は、本発明の実施形態に係る比重を1.03〜1.28(密度が1.03kg/L〜1.28kg/L)に変更した場合のサイクリックボルタンメトリー測定により得た電流−電圧の実験結果を示す。CV測定条件として、最大出力電流は100mA、走査速度は200mV/sec、走査電圧幅は−1.1〜2.3V、スキャン回数は1サイクルとした。同図(b)は、縦軸が差微分曲線と電流密度(mA/cm2)を示し、横軸が電位(銀/塩化銀電極基準)を示す。
11 陽極電極
12 陰極電極
13 参照電極
14 注入孔
15 排出孔
16 高分子電解膜
17 発生ガス放出口
2 電源部
3 検出部
31 温度センサ
32 比重計
4 制御部
100 海水生成部
101 コンプレッサー
200 臭素回収部
300 攪拌器
Claims (8)
- 陽極及び陰極の電解用電極のうち少なくとも陽極の電解用電極に導電性ダイヤモンド電極を用いて、海水から成る水溶液に含有された臭素を電解回収する臭素回収方法であって、
前記電解用電極間に常温常圧で1.38V〜1.55V(銀/塩化銀電極基準)の電解電圧を印加することを
特徴とする臭素回収方法。 - 請求項1に記載の臭素回収方法において、
前記導電性ダイヤモンド電極が、ミラー指数が(110)で示されるダイヤモンド結晶構造から成ることを特徴とする臭素回収方法。 - 請求項1又は請求項2に記載の臭素回収方法において、
前記水溶液の比重が、1.21〜1.34であることを
特徴とする臭素回収方法。
- 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の臭素回収方法において、
ネルンストの式に基づいて、前記水溶液の温度及び/又は比重に応じて前記電解電圧を制御することを
特徴とする臭素回収方法。 - 陽極及び陰極の電解用電極のうち少なくとも陽極の電解用電極に導電性ダイヤモンド電極を用いて、海水から成る水溶液に含有された臭素を電解回収する臭素回収装置であって、
前記水溶液を貯蔵するとともに、当該貯蔵された水溶液の少なくとも一部に前記電解用電極の各々が浸漬するように配設された貯蔵手段と、
前記電解用電極間に常温常圧で1.38V〜1.55V(銀/塩化銀電極基準)の電解電圧を印加する印加手段とを備えることを
特徴とする臭素回収装置。 - 請求項5に記載の臭素回収装置において、
前記水溶液貯蔵手段により貯蔵された水溶液の温度及び/又は比重から成る水溶液特性を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記水溶液特性からネルンストの式により導かれる電圧に基づいて、前記電解電圧を制御する制御手段とを備えることを
特徴とする臭素回収装置。 - 請求項5又は請求項6に記載の臭素回収装置において、
前記導電性ダイヤモンド電極が、ミラー指数が(110)で示されるダイヤモンド結晶構造から成ることを
特徴とする臭素回収装置。 - 請求項5ないし請求項7のいずれかに記載の臭素回収装置において、
前記貯蔵手段に貯蔵された水溶液の比重が、1.21〜1.34であることを
特徴とする臭素回収装置。
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