JP6542080B2 - 電解水素水の溶存水素量向上方法 - Google Patents
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Description
また本発明は、溶存水素量が向上した電解水素水の製造方法、及び溶存水素量向上用電極に関する。
電解水生成装置は、例えば、イオン交換膜により隔てられた陰極室と陽極室とを備えた電解槽を設けて、この電解槽で水を電気分解することにより、陰極室から電解水素水を、また陽極室から電解酸性水をそれぞれ得るように構成されている。
すなわち、陽極室および陰極室における陽極および陰極では、以下のような電気分解反応が行われる。
陽極: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e−
陰極: 2H2O + 2e− → H2 + 2OH−
しかし、従来の電解水生成装置では、陰極室の陰極により生じた水素が水素ガスとして空気中に放出され易く、そのため電解水素水中に含まれる溶存水素量を十分に高めることができず、改善が望まれていた。
また本発明の別の目的は、該方法により、溶存水素量が向上した電解水素水の製造方法を提供すること、さらに、電解水素水の溶存水素量を向上させるために用いる電極を提供することにある。
すなわち本発明は以下の通りである。
2.前記被膜が、Pt、Au及びWを含有する被膜である、前記1に記載の方法。
3.前記被膜の膜厚が0.05〜1μmである前記1または2の記載の方法。
4.前記1〜3のいずれか1に記載の方法により、溶存水素量が向上した電解水素水の製造方法。
5.Tiを含有する基材の上に、Ptと、AuおよびWの少なくとも一方を含有する被膜を有する、溶存水素量向上用電極。
図1は、本発明の方法に使用する電極の一実施形態を説明するための断面図である。
図1において、電極10は、Tiを含有する基材102の上に、Ptと、AuおよびWの少なくとも一方を含有する被膜104が形成されている。
なお基材102は、被膜104を形成する前に、清浄化処理を行うことができる。清浄化処理は、例えば基材102表面を有機溶剤とアルカリで脱脂洗浄する方法が挙げられる。また基材102は、被膜104を形成する前に、化学エッチング処理やブラスト処理等の公知の粗面化処理を行うこともできる。
基材102のサイズは、本発明に使用する電極が用いられる電解水生成装置の規模に応じて適宜設定すればよい。
該被膜104は、Ptと、AuおよびWの少なくとも一方を含有する。Ptは水の電気分解の際に水素を発生させる性質を担い、Auは前記水素を脱離する性質を担い、Wは、前記水素を吸着する性質を担うと推測される。該被膜104が、Ptと、AuおよびWの少なくとも一方を含有する場合、Ptと、AuおよびWの少なくとも一方の比率は、前者:後者(at%)として、1:1〜100:1が好ましく、10:1〜100:1がさらに好ましい。この形態の場合、めっき浴に用いられるPt化合物としては、例えば、塩化白金、塩化白金酸、塩化白金酸塩、水酸化白金酸、水酸化白金酸塩、ジニトロジアンミン白金錯塩、ジニトロスルフィド白金錯塩、テトラアンミン白金錯塩、ヘキサアンミン白金錯塩等が挙げられる。Au化合物としては、例えば、シアン化金カリウム、亜硫酸金ナトリウム等が挙げられる。W化合物としては、例えば、タングステン酸、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸カリウム、タングステン酸アンモニウム等が挙げられる。
また、上記方法によって製造された電解水素水は、溶存水素量が向上した電解水素水となる。溶存水素量が向上した電解水素水は、例えば飲料用や人工透析用等として用いることができる。
図2に示すような電極10を作成した。
まず、Tiからなる基材102を準備した(神戸製鋼所製)。基材102に対し、イートレックス(EEJA製)を用いた脱脂処理を行い、基材表面を清浄化処理した。
続いて、Auを10g/l含有するpH=14の第1電解めっき液を調製した。なお、第1電解めっき液には、Au化合物としてシアン化金カリウムを用い、これを水に溶解させたものを用いた。
次に、清浄化処理した基材102に対し、上記第1電解めっき液を用いた電解めっきを行った。電解めっき条件は、めっき温度50℃、電流密度2A/dm2、めっき時間1分とした。電解めっき完了後、基材102を水洗、乾燥し、基材102上に膜厚0.1μmのAuからなる被膜104aを形成した。
続いて、Ptを5g/l、Wを5g/l含有するpH=1の第2電解めっき液を調製した。なお、第2電解めっき液には、Pt化合物として塩化白金酸、W化合物としてタングステン酸ナトリウムを用い、これを水に溶解させたものを用いた。
図3は、実施例1で得られた電極の断面図および表面の電子顕微鏡写真(1000倍および10000倍)である。
続いて、得られた電極を用いて水の電気分解を行い、電解水素水中の溶存水素量(DH/μg/L)を調べた。水の電気分解は、図8に示すように、プラスチック製のセルに隔膜を隔てて、電極を5枚設置した電解槽に水道水(市水、水温20℃)を供給し、上記電極に直流電源で電流を流すことによって行った。水の電気分解は以下の条件で行った。
・流量:2.5L/min(入口)
・電流密度:1.4A/dm2
・電極:70×100×0.5t
・電極枚数:5枚
・電極触媒膜厚:0.1μm
・電極間隔:2mm
水の電気分解後、陰極側の水の溶存水素量を、溶存水素計(製品名:DHDI−1、東亜DKK製)を用いて経時的に測定した(電気分解開始時から10分間測定)。結果を図9に示す。
実施例1において、第2電解めっき液としてPtを5g/l含有するpH=1の電解めっき液を用いたこと以外は、実施例1を繰り返した。実施例2で得られた電極の断面図および表面の電子顕微鏡写真(1000倍および10000倍)を図4に、電解水素水中の溶存水素量(DH/μg/L)の結果を図9に示す。
実施例1において、被膜104aの膜厚を0.05μmにし、被膜104bを設けなかったこと以外は、実施例1を繰り返した。比較例1で得られた電極の断面図および表面の電子顕微鏡写真(1000倍および10000倍)を図5に、電解水素水中の溶存水素量(DH/μg/L)の結果を図9に示す。
実施例1において、電極として厚さ1mmのW板を用いたこと以外は、実施例1を繰り返した。比較例2で得られた電極の断面図および表面の電子顕微鏡写真(1000倍および10000倍)を図6に、電解水素水中の溶存水素量(DH/μg/L)の結果を図9に示す。
実施例2において、被膜104aを設けずに、膜厚を0.1μmの被膜104bを設けたこと以外は、実施例1を繰り返した。比較例3で得られた電極の断面図および表面の電子顕微鏡写真(1000倍および10000倍)を図7に、電解水素水中の溶存水素量(DH/μg/L)の結果を図9に示す。
これに対し、比較例1〜3では、本発明で規定する電極の条件を満たしていないため、実施例に比べ溶存水素量が低下している。
なお、実施例1において被膜104bのPt−Wの代わりにPt−Irを使用した場合、比較例3と同様の結果を得た。
102 基材
104 被膜
Claims (5)
- Tiを含有する基材の上に、Auを含む層と、PtまたはPt−W合金を含む層とをこの順で形成した被膜を有する電極を使用して水の電気分解を行い、電解水素水の溶存水素量を向上させる方法。
- Tiを含有する基材の上に、Auを含む層と、Pt−W合金を含む層とをこの順で形成した被膜を有する電極を使用して水の電気分解を行い、電解水素水の溶存水素量を向上させる方法。
- 前記被膜の膜厚が0.05〜1μmである請求項1または2に記載の方法。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法により、溶存水素量が向上した電解水素水の製造方法。
- Tiを含有する基材の上に、Auを含む層と、PtまたはPt−W合金を含む層とをこの順で形成した被膜を有する、溶存水素量向上用電極。
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