JPS5871382A - 電解槽 - Google Patents

電解槽

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JPS5871382A
JPS5871382A JP56167068A JP16706881A JPS5871382A JP S5871382 A JPS5871382 A JP S5871382A JP 56167068 A JP56167068 A JP 56167068A JP 16706881 A JP16706881 A JP 16706881A JP S5871382 A JPS5871382 A JP S5871382A
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JP
Japan
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cathode
chamber
anode
electrolytic cell
corrosion
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JP56167068A
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Michihiro Akazawa
赤沢 道博
Nobuhiro Kawasaki
川嵜 信弘
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Tosoh Corp
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Toyo Soda Manufacturing Co Ltd
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 リ水溶液の電解において、陰・陽極室を耐食性金属薄板
によシ形成する新規な電解槽に関するものである。
陽イオン交換膜をW18Iとして食塩水溶液の電解を行
ない、塩lL′&よび苛性ソーダを製造する方法は公知
である。陽イオン交換膜を用いる電解方法は、陰極で生
成する苛性ソーダ中に混入する食塩の量が極めて少なく
、又、水銀法やアスベスト隔膜法などに比較して公害問
題もなく、近年になって特に注目されてき九。
#.極室で得られる苛性ソーダの濃度及び電流効率を高
めるべく陽イオン交換膜の開発,改良がなされ、最近で
は3 0 wt%以上の苛性ソーダを9。
チ以上の高い電流効率で得ることができるパーフルオロ
カーボン重合体を基材とし走降イオン交換膜が開発され
、現在一部では商業化されている。
一方、近年エネルギー節約の重要性が世界的に認識され
つつあり、この分野におrては電解電力を極力少なくす
ること、即ち、電槽電圧を極力低下させることが強く望
まれている。これまで電槽電圧を低下させる目的で発生
するガスを電極の背面に抜は易くするために1エキスバ
ンドメタル。
パンチメタル、金網状などの多孔性電極を使用したり、
あるいけ陽イオン交換膜の組成、交換基の種類を特定化
する等の種々の手段が提案されている。一方、電槽電圧
を低下させる手段として液の循環、気液分離構造、極間
の減少勢の電解槽構造も提案されている。また、近年さ
らに省エネルギーの見知から電極間距離が実質的にゼロ
であり、陵に密着一体化した状態で電解する方法として
8p、pc法(solid Po11mPr Elec
trOlyte Proceae)と呼れる技術が特開
昭55−102278号で開示されている。また、省エ
ネルギーの面から電力消費の一鳩の低下が望まれ、特願
昭55−92295に鉄よシも低い水軍過電圧を有する
陰極の開発が種々なされている。しかし、それらの活性
陰極を用いる方法では、鉄の溶出量が短期間に極端に増
加する現象が認められる。この現象は更に高温。
高アルカリ濃度指向という厳しい電解条件下においては
、一層顕著に現われ7?。し九がって、対アルカリ耐食
性を有するニッケル等の金網を用いて陰極室を構成する
ことが考えられる。しかしながら、陰極室の構成金属す
べてにニッケルを用いることは高価であシ、実用的でな
いとされてきた。
陽イオン交換膜を用いる電解槽は、現在フィルタープレ
ス形のバイポーラ−タイプとモノボーラータイグとが実
施され、ている。電解槽の構成上、モノポーラ−タイプ
では給排電方式が複雑であり、バイポーラ−タイプでは
陰・陽極室間の電気的接続方式が複雑である。電気的接
続方法は、ネジ込み式又は耐水素透過性金属を間に入れ
た爆着方式尋が開示されているが、それらの方法は高価
であると共に、長期運転下で問題となるところである。
本発明者らは、これらの問題点を一挙に解決すべく種々
検討の結果、本発明に至ったものである。
本発明は、陽イオン交換膜を隔膜とするノ・ロゲン化ア
ルカリ電解槽において、陰・陽極室を耐食性金属薄板を
用い、プレス加工等によシ波形に成形し、ネジ込み方式
又は爆着方式のコネク夛−を用いることなく電流を陽極
室から陰極室への圧接接合により給電し、コネクターに
よる電圧ロスをなくすと共K、陽イオン交換膜と電極は
実質的に密着接合されてなる電解槽を多数組合せた複極
式電解槽を要旨とするものである。
添付した図面により、本発明を更KWlF−しく説明す
る。これらの図面は複極式電解檜についてのものである
が、本発明が複極式電解槽にのみ限定されるものではな
い。
第1図は、本発明による複極式電解槽構造を示す見取図
である。第2図は、陽・電波形極室薄板であり、極室薄
板の垂直断面図を第5図に、その水平断面図を第4図に
示す。また第5図は陽イオン交換模、電極、ガスケット
等を組立てた状態の水平断面図である。
第1図において17は陽極室薄板固定用の額縁状室枠で
あり、1は対塩素耐食性金属の波板状にプレス加工され
た陽極室薄板であり、2は該室枠の下部に設けられた塩
水の給液ノズルであり、3は陽極室液及び電解発生塩素
ガスの排出ノズルであ)、4Fi対苛性耐食性金属の波
板状にプレス加工された陰極室薄板であシ、5は純水又
は希薄苛性水溶液の給液ノズルであシ、6は取得苛性水
溶液及び電解発生水素ガスの排出ノズルであり、7は陽
極側のエンドプレートであり、8は陰極側のエンドプレ
ートである。9は陽イオン交換膜であり、10は電流を
極室内に均一に分流するための給排電ブスバーであり%
11Fi各セルを均一に締付けるために設けたタイミツ
ドである。
第1図の如く組立てられた複極式電解槽の所定の個所に
塩水、純水(又は希薄苛性水溶液)を供給しつつ電解を
行なった場合の電流は陽極ブスバー→陽極エンドプレー
ト→陽極室薄板→陽極→陽イオン交換膜→隘極→隘極室
薄板→陽極室薄板→・・・→陰%エンドブレ′−ト→陰
極ブス/く−と流れる。陽極では陽極反応が起こシ塩素
ガスが発生する。該電極と阻イオン交換膜は実質的に密
接構造となっているため、電解発生ガスは、膜と電極の
間に滞留することなく、電極の後方に速やかに排出され
、極室上部の排出ノズルよシ陽極液と共に電槽外に排出
される。陰極では陰極反応により水素ガスと苛性ソーダ
が生成する。生成物はほぼ陽極室と同一の流動状態で上
部排出ノズルよシミ電槽外に排出される。
次に、本発明の電解槽に用いる各構成1ttscの関係
を詳しく説明する。
陽イオン交換膜としては、その官能基がカルボン酸基又
はスルホ/酸基又はそれらの混合膜であり、ハイドロカ
ーボン系の陽イオン交換膜であってもパーフルオロ系の
陽イオン交換膜でありでもよい。さらに、膜の両表面が
平坦かつ平滑なる膜が好ましい。
陽極としては、チタン基体上k、例えば常用の白金族金
属やそれらの合金又はこれら金属や合金陰極としては、
白金属金属、ニッケル、コバルトあるいはこれらの合金
金属を用いるか、又はニッケル、鉄系金属の基体上に低
い水素過電圧を有する金属被覆をメッキ法文は溶射法等
により施こして用いるのが好ましい。電極形状は、エキ
スバンドメタル、パンチトメタル、ワイヤーメッシェ等
の気体透過性と液体透過性を保持せしめた多孔体であシ
、イオン交換膜に接しない側の電極面は機械加工等によ
シ平坦かつ平滑な面にし九上で、電気的9機械的に十分
接続されていることが必要である。
電極厚みはto5g以下、平坦度は15X以下であるこ
とが好ましい。
極室薄板としては、陽極室はチタン、陰極室はニッケル
、鉄系金属を用いることができるが、水素過電圧の低い
活性陰極を用いる場合はニッケルを用いることが好まし
い。
@2図は、極室薄板あ平面図であり、12は極室液の給
液ノズルであシ、13は極室液及び電解発生ガスの排液
ノズルであシ、14は電極に接する波形の凸部であり、
15は対極室に接する波形の凹部である。凹凸の間隙は
3〜30%であシ、好ましくは5〜10%である。また
凸部の高さ、即ち極室スペースは5〜30%であシ、好
ましくは3〜18Xである。凸部は電極との圧接接続部
であシ、凹部は対極室との圧接接続部である。し喪がっ
て、凹凸の頂点は2〜5Xの幅で精度よく平坦で平滑な
面が出ていなければならない。また、凹凸部の頂点には
黒鉛等の導電性被膜を形成するこ七は有効である。16
は給液の均一な分散と排出気液の集合を行なうための合
理的に設計された凹部である。
極室薄板の厚さは、ニッケル、チタン基体t−朗いる本
発明では対極室液の耐食性及び電気導体としての面積は
十分であるため、経済性と加工性から選足すれば良く、
通用板厚はCL5〜五〇zであシ、好ましくは1〜2%
である。
第5図は、極室薄板の垂直By断面図を、第4図はその
水平d断面図を示す。
17は極室薄板を固定する額縁状の室枠であり、材質は
鉄又は鉄系合金で十分である。
以上の如く、本発明の要旨は電極と膜が密接して−る友
め、構造上の問題となる陽極室と陰極室のコネクター構
造を用いることなく、圧接接合のみで通電が可能となる
点を見出したものである。
さらに、理解を明瞭にするため、各構成要素を組立てた
電解槽の水平断面図をtJ5図に示す。第5図において
18はカルシウム、マグネシウム等の溶出の少ないクロ
ロプレンゴムあるいil篤PI)Mゴム等のガスケット
であシ、19は陽極であり、20は陰極であり、他の個
所は前記記載の番号と同じである。
次K、実施例により本発明を更に詳しく説明する。
実施例1 厚みt0%、1辺が12051.他辺が120mのニッ
ケル板とチタン板をプレス加工し、凸部の高さ5%、凹
凸のピッチ10%に波形加工した陰・陽極室板を用い、
多孔質電極として陽極はチタン基材の全面に塩化ルテニ
ウムを塗布し、360’Cで焼成して活性化したM−2
0マイクロメ、シー(桂田グレーチング製)を用い、陰
極はニッケル製M−20マイクロメッシェ(桂田グレー
チング製)をそのまま用いた。
陽イオン交換膜としては、QiF、 −〇馬とCF、 
−OF’−0−OF、 −CF(OF、 )−〇−CF
、−80.Fとを1.1.2−トVクロロ−1,2,2
−トリフルオロエタン中バーフルオロプロピオニルペル
オキシドを開始剤として共重合して得た共重合体(スル
ポン酸基としての交換容量はα91m−θq/r) (
ムボリマー)、トOF、 <F、と(!F、 <F’−
0−CF、 −0F((!?、)−0−(!?、 −C
<)OCR。
とを共重合して得た共重合体(カルボン酸基としての交
換容量は1.1 m−eq#) (Bポリマー)をムボ
リマーを4ミルの厚さで、Bポリマーを3ミルの厚さで
それぞれフィルムに成型したのち、これらのフィルムを
2枚重ね合せて熱圧着し、1枚のフィルムとし、続いて
該フィルムを濃度10 vt%のNaoa/メタノール
(重量比1/1)で80’C。
6時間加水分解を行なって得た陽イオン交換膜を用%/
&九。
次に、このようにして得られた膜、陰・陽電極及び陰争
陽極室薄板を順次多槽のフィルタープレス式電解槽に組
上げ、両端にエンドプレートを設電して、タイロッドで
均一に締上げて複極式電解槽と′した。そして電解槽両
端のブスバーにそれぞれ直流電源を接続した。そして次
の条件により食塩水の電解を行なった。
供給塩水濃度     230% 生成苛性ソーダ濃F!t32wtチ 電流密*        50A/dg!電檜温li!
90℃ 1槽当〉の電槽電圧  五407 従来装置Kよるイオン交換膜電解の場合、上記と同じ条
件で1槽当シの電槽電圧は五80v以上であシ、本発明
による電槽電圧の低減効果の大きいことがわかる。
実施例2 実施例1における陰極をN1塩1101〜tOモル溶液
のチオ尿素及び/又は硫黄の酸化数が5以下のオキソ酸
塩の少なくとも一種、硫黄濃度に対し11115倍モル
濃度以上のアンモニウムイオンを含むニッケル、ニッケ
ル浴によりニッケルメッキして活性化したM−20マイ
クロメツシユ極を用いて実施例1と同じ運転条件で電解
し良ところ、電槽電圧は己207であっ友。また200
日間の運転でも極室薄板等の腐食は全く起らなかった。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による複極式電解槽構造を示す見取図
、第2図は陽・陰極波形極室薄板、第3図は極室薄板の
垂直断面図、第4図は水平断面図および第5図は陽イオ
ン交換膜、電極、ガスケット等を組立てた状態の水平断
面図である。 第1図において、17は陽極室薄板固定用の額縁状室枠
であり、1は対塩素耐食性金属の波板状にプレス加工さ
れた陽極室薄板であり、2は該室枠の下部に設けられた
塩水の給液ノズルであり、3は陽極室液及び電解発生塩
素ガスの排出ノズルでシ、4は対苛性耐食性金属の波板
状にプレス加工された陰極室薄板であり、5は純水又は
希薄苛性水溶液の給液ノズルであり、6は取得苛性水溶
液及び電解発生水素ガスの排出ノズルであり、7Fi陽
極側のエンドプレートであシ、8は陰極側のエンドプレ
ートである。9は陽イオン交換膜であり、10は電流を
極室内に均一に分流するための給排電ブスバーであり、
11は各セルを均一に締付けるために設けたタイロッド
である。 第2図において、12は極室液の給液ノズルであり、1
5は極室液及び電解発生ガスの排液ノズルである。14
は電極に接する波形の凸部であシ、15は対極室に接す
る波形の凹部である。 第5図において、18はカルシウム、マグネシウム等の
溶出の少ないクロロプレンゴムらるいIdnPDMゴム
等のガスケットであり、19は陽極であり、20は陰極
である。他の番号は各−記載の番号と同じである。 特許出m、4  東洋曹達工業株式会社第1図 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 陽イオン交換膜を用い陽極室と陰極室とを区割し、
    陽極室に塩化アルカリ水溶液を供給して陽極室より塩累
    ガス、陰極室より水素ガス並びに苛性ソーダを取得する
    電解槽において、陰・陽極室を耐食性金属薄板によシ形
    成してな・る電解槽。 2 耐食性金属薄板を波形とした特許請求の範囲第1項
    記載の電解槽。 3 陰極側の耐食性金属薄板がニッケル、陽極側の耐食
    性金属薄板がチタンである特許請求の範囲@1または2
    項記載の電解槽。 4 陰・#I極室形成耐食性金属薄板を導電体として用
    いる特許請求の範囲第1,2ま友は3項記載の電解槽。 5 陰拳陽極を陽イオン交換膜に密着あるいは近接して
    なる特許請求の範囲第1.2.3または4項記載の電解
    槽。
JP56167068A 1981-10-21 1981-10-21 電解槽 Granted JPS5871382A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS646610A (en) * 1987-06-29 1989-01-11 Roken Kk High-speed treatment method of cremation and crematory therefor
DE4318533B4 (de) * 1992-06-03 2005-03-10 Tosoh Corp Bipolare Elektrolysezelle und deren Verwendung
US7175745B2 (en) 2000-09-08 2007-02-13 Asahi Kasei Chemicals Corporation Method of manufacturing electrolyzer unit, and method and system for welding electrolyzer unit and electrolyzer unit rib
CN113358513A (zh) * 2021-07-08 2021-09-07 济南大学 一种应用在摩擦磨损试验机上的电化学动态测试装置

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CN113358513A (zh) * 2021-07-08 2021-09-07 济南大学 一种应用在摩擦磨损试验机上的电化学动态测试装置

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JPS6147230B2 (ja) 1986-10-17

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