JPS63312988A - 水酸化アルカリの製造方法 - Google Patents
水酸化アルカリの製造方法Info
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
未発IJIは、水酸化アルカリ水溶液の製造方法に関す
るものであり、特に王室型イオン交換膜法において、陽
極から酸水溶液を、陰極から比較的高濃度の水酸化アル
カリを製造する方法に関するものである。
るものであり、特に王室型イオン交換膜法において、陽
極から酸水溶液を、陰極から比較的高濃度の水酸化アル
カリを製造する方法に関するものである。
[従来の技術]
塩化アルカリ水溶゛液を電解して、水酸化アルカリと塩
素との製造において、含フツ素陽イオン交換膜を隔膜と
して使用する所謂イオン交換脱法アルカリ電解は、高純
度、高濃度の水酸化アルカリが、それまでの従来法に比
べ低エネルギー消費量にて製造できることから、近年国
際的に普及しつつある。
素との製造において、含フツ素陽イオン交換膜を隔膜と
して使用する所謂イオン交換脱法アルカリ電解は、高純
度、高濃度の水酸化アルカリが、それまでの従来法に比
べ低エネルギー消費量にて製造できることから、近年国
際的に普及しつつある。
一方、芒硝等のアルカリ金属塩水溶液を電解して、水酸
化アルカリと酸との製造では、塩化アルカリ電解と異な
り、イオン交換膜に耐蝕性(特に1耐塩素性)が必要と
されないため、炭化水素系の陰イオン交換II々と陽イ
オン交換膜を各々陽極側と陰極側に配した王室型電解が
行なわれている。しかしながら、従来のスチレン−ジビ
ニルベンゼン共重合体のスルホン化陽イオン交換膜を使
用した場合、高い電流効率で電解できるのは、陰極側の
水酸化アルカリ濃度が10〜15重量%どまりである。
化アルカリと酸との製造では、塩化アルカリ電解と異な
り、イオン交換膜に耐蝕性(特に1耐塩素性)が必要と
されないため、炭化水素系の陰イオン交換II々と陽イ
オン交換膜を各々陽極側と陰極側に配した王室型電解が
行なわれている。しかしながら、従来のスチレン−ジビ
ニルベンゼン共重合体のスルホン化陽イオン交換膜を使
用した場合、高い電流効率で電解できるのは、陰極側の
水酸化アルカリ濃度が10〜15重量%どまりである。
高い電流効率で、高濃度の水酸化アルカリを得る目的で
、塩化アルカリ電解用に使用されている少なくとも陰極
側にカルボン酸基を有する含フツ素陽イオン交換膜を王
室型電解の陰極側に使用した場合でも、長期にわったて
低電圧で高い電流効率が得られるのも濃度がおよそ38
〜40重量%までの水酸化アルカリを製造する場合に限
られることが見い出された。本発明者の研究によると、
水酸化アルカリのeJIVがおよそ40重積%までは9
4〜98%の高い電流効率が得られるが、それよりも高
濃度になると電流効率が急に低下することが見出された
。また、このように高濃度になると、膜抵抗も急に大き
くなり電解電圧が丘昇し、−週間ないし一年間の長期に
わたって運転した場合には、電流効率も次第に低下して
ゆく現象が見られた。このような高濃度の水酸化アルカ
リで長期間運転した膜の陰極側表面のイオン交換容量を
61一定してみるとカルボン酸基の分解により表面のイ
オン交換容量が低下していることが明らかになった。か
くして膜の陰極側にカルボン酸基を有する陽イオン交換
膜では、−ヒ記のような高濃度の水酸化アルカリを1業
的に製造するのは好ましくない。
、塩化アルカリ電解用に使用されている少なくとも陰極
側にカルボン酸基を有する含フツ素陽イオン交換膜を王
室型電解の陰極側に使用した場合でも、長期にわったて
低電圧で高い電流効率が得られるのも濃度がおよそ38
〜40重量%までの水酸化アルカリを製造する場合に限
られることが見い出された。本発明者の研究によると、
水酸化アルカリのeJIVがおよそ40重積%までは9
4〜98%の高い電流効率が得られるが、それよりも高
濃度になると電流効率が急に低下することが見出された
。また、このように高濃度になると、膜抵抗も急に大き
くなり電解電圧が丘昇し、−週間ないし一年間の長期に
わたって運転した場合には、電流効率も次第に低下して
ゆく現象が見られた。このような高濃度の水酸化アルカ
リで長期間運転した膜の陰極側表面のイオン交換容量を
61一定してみるとカルボン酸基の分解により表面のイ
オン交換容量が低下していることが明らかになった。か
くして膜の陰極側にカルボン酸基を有する陽イオン交換
膜では、−ヒ記のような高濃度の水酸化アルカリを1業
的に製造するのは好ましくない。
しかしながら高濃度の水酸化アルカリを高い電流効率、
低い電解電圧で製造できるようになると、従来水酸化ア
ルカリの濃縮に要してぃたエネルギーを節減もしくは不
要にすることができる。
低い電解電圧で製造できるようになると、従来水酸化ア
ルカリの濃縮に要してぃたエネルギーを節減もしくは不
要にすることができる。
[発明の解決しようとする問題点1
本発明は、アルカリ金属塩水溶液の電解において、陰極
より高濃度、好ましくは濃度42重量%以F、特には4
5重量%以りの水酸化アルカリを製造するにあたり、初
期において高電流効率を午えるばかりでなく、長期間運
転した場合も高い電流効率を保持できるイオン交換膜を
使用した高濃度水酸化アルカリの製造方法を提供するこ
とを目的とする。
より高濃度、好ましくは濃度42重量%以F、特には4
5重量%以りの水酸化アルカリを製造するにあたり、初
期において高電流効率を午えるばかりでなく、長期間運
転した場合も高い電流効率を保持できるイオン交換膜を
使用した高濃度水酸化アルカリの製造方法を提供するこ
とを目的とする。
E問題点を解決するための手段]
本発明は前述の問題点を解決すべくなされたものであり
、耐アルカリ性を有する厚さ 5JL腸以りの一503
M又/および−OM基(Xはアルカリ金属)を有する第
一の層の陽イオン交換体と、45重量%MaOH水溶液
中の含水率が2〜7重量%であり、厚さが5ル腸以Eの
−CO2N基(Mはアルカリ金属)を有する第二の層の
少なくても二層からなる陽イオン交換膜を、第一の層を
陰極室に向は配し、陽極側には、陰イオン交換膜を配し
た圧室型電解槽の中間室に、アルカリ金属塩水溶液を供
給して電解することを特徴とする水酸化アルカリの製造
方法を提供するものである。
、耐アルカリ性を有する厚さ 5JL腸以りの一503
M又/および−OM基(Xはアルカリ金属)を有する第
一の層の陽イオン交換体と、45重量%MaOH水溶液
中の含水率が2〜7重量%であり、厚さが5ル腸以Eの
−CO2N基(Mはアルカリ金属)を有する第二の層の
少なくても二層からなる陽イオン交換膜を、第一の層を
陰極室に向は配し、陽極側には、陰イオン交換膜を配し
た圧室型電解槽の中間室に、アルカリ金属塩水溶液を供
給して電解することを特徴とする水酸化アルカリの製造
方法を提供するものである。
更に詳しくは水酸化アルカリの濃度が、好ましくは35
重楡%以り、特に42重量%以上の水酸化アルカリの製
造方法に関するものである。
重楡%以り、特に42重量%以上の水酸化アルカリの製
造方法に関するものである。
本発明に使用する陽イオン交換膜の陰極側に向は配す耐
アルカリ性を有する陽イオン交換体は、35重量%以上
、特に42重量%以Hの水酸化アルカリに対し耐蝕性を
有する陽イオン交換体であれば、いずれも使用でき、好
ましくはスルホン化スチレン−ジビニルベンゼン共重合
体、ヒドロキシスチレン−ジビニルベンゼン共重合体1
等の炭化水素系架橋体や、−503M基や−CRfRf
’ON基を有する含フツ素系線状重合体等が例示される
。
アルカリ性を有する陽イオン交換体は、35重量%以上
、特に42重量%以Hの水酸化アルカリに対し耐蝕性を
有する陽イオン交換体であれば、いずれも使用でき、好
ましくはスルホン化スチレン−ジビニルベンゼン共重合
体、ヒドロキシスチレン−ジビニルベンゼン共重合体1
等の炭化水素系架橋体や、−503M基や−CRfRf
’ON基を有する含フツ素系線状重合体等が例示される
。
本発明に使用する陽イオン交換膜の耐アルカリ性陽イオ
ン交換樹脂層を有する第一の層の厚さは5μm以−に、
好ましくは10〜200 gtaである。5gmよりも
薄い場合には45重量%以りの水酸化アルカリを製造す
る場合に十分な電流効率が得られず、カルボン酸基の高
濃度アルカリによる劣化も上方に防止できない、 2
00p層を超えると膜抵抗が大きくなり、電解電圧が高
くなるため好ましくない。
ン交換樹脂層を有する第一の層の厚さは5μm以−に、
好ましくは10〜200 gtaである。5gmよりも
薄い場合には45重量%以りの水酸化アルカリを製造す
る場合に十分な電流効率が得られず、カルボン酸基の高
濃度アルカリによる劣化も上方に防止できない、 2
00p層を超えると膜抵抗が大きくなり、電解電圧が高
くなるため好ましくない。
耐アルカリ性陽イオン交換樹脂からなる第一の層は、イ
オン交換樹脂単独でも使用できるが、第一層と後で述べ
る第二層との耐剥離性の改善や、第一層の機械的強度、
例えば脆性の改善を目的として、第一層のイオン交換樹
脂層に各種の添加材を加えることが出来る。
オン交換樹脂単独でも使用できるが、第一層と後で述べ
る第二層との耐剥離性の改善や、第一層の機械的強度、
例えば脆性の改善を目的として、第一層のイオン交換樹
脂層に各種の添加材を加えることが出来る。
そのような添加材としては、実質的にイオン交換基を有
しない耐アルカリ性高分子や、耐アルカリ性無機化合物
のウェブ、小繊維、粒子等が使用できる。ウェブを構成
する繊維径又は小繊維径および粒子径は第一の層の厚さ
のr以下、好ましくは三分の一以下の径を有するものが
使用される。第一層に添加される耐アルカリ性無機化合
物としては、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル
、インジウム、スズ、マンガン、ニッケル、コバルトの
水酸化物、酸化物、窒化物、炭化物、ケイ素の窒化物、
炭化物及びそれらの混合物から選択される。又、イオン
交換基を有しない耐アルカリ性高分子としては、ポリエ
チレン、ボプロピレン等のポリオレフィン、ポリフッ化
ビニル、ポリ三フフ化エチレン、ポリテトラフルオロエ
チレン、ポリフッ化ビニリデン、四フッ化エチレン/六
フッ化プロピレン)I−重合体、四フッ化エチレン/パ
ーフルオロプロピルビニルエーテル共重合体、四フッ化
エチレン/パーフルオロメチルビニルエーテル共重合体
などの含フツ素カーボン重合体が例示される。該耐アル
カリ性高分子又は、耐アルカリ性無機物は、第一の層中
、容積比率(耐アルカリ性物質の容y!/(耐アルカリ
性物質の容積+陽イオン交換樹脂の容積))として、好
ましくは75%以下、更に好ましくは20〜60%を、
好ましくは均一に含有せしめるのが適切である。この場
合、該粒子の乎均粒径又は小繊維の平均線径は、第一の
層の厚みの二分の一以下であって、且つ20終履以下、
特には10終鳳以下であることが好ましい、この範囲か
らはずれると、理由は明らかではないが、電流効率の低
下もしくは耐久性の低下を招く、更に、陽イオン交換膜
の耐アルカリ性陽イオン交換体の第一層に可溶性の添加
材を加えることもできる。可溶性の添加材、例えばS
i02、AI、 Al(OH)3 、粒子等のアルカリ
に可溶な無機物や炭化水素系又は含フッ素系の低分子量
の有機化合物、ポリマー、界面活性剤など(以下造孔剤
と呼ぶ)を第一の層を形成する陽イオン交換体又はその
前駆体に好ましくは5〜85容量%、特には20〜80
容量%を含むものを製I模し、これをアルカリ及び/又
は水を含む溶液等に浸せきして上記造孔剤を溶出する方
法が挙げられる。かくして得られる多孔層は、少なくと
も製膜後の水又はアルカリ水溶液等の液体に濡れていな
い状態において、孔の貫通性が小さいことが好ましい0
本発明においては、孔の貫通性は、製膜後の乾いた状態
の多孔体について、ガーレーナンバー、即ち、圧力差0
.0132kg/c諺2の下で1001の空気が6.4
5cm2の面積を通過する秒数で評価され、そのf〆1
が1000以−ヒであることが好ましい、透過性がこれ
よりも大きい多孔体では、陰極室より高濃度の水酸化ア
ルカリがカルボン酸層の表面まで侵入するため好ましく
ない、実際の電解条件下では、該多孔体層は、ある場合
においては。
しない耐アルカリ性高分子や、耐アルカリ性無機化合物
のウェブ、小繊維、粒子等が使用できる。ウェブを構成
する繊維径又は小繊維径および粒子径は第一の層の厚さ
のr以下、好ましくは三分の一以下の径を有するものが
使用される。第一層に添加される耐アルカリ性無機化合
物としては、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル
、インジウム、スズ、マンガン、ニッケル、コバルトの
水酸化物、酸化物、窒化物、炭化物、ケイ素の窒化物、
炭化物及びそれらの混合物から選択される。又、イオン
交換基を有しない耐アルカリ性高分子としては、ポリエ
チレン、ボプロピレン等のポリオレフィン、ポリフッ化
ビニル、ポリ三フフ化エチレン、ポリテトラフルオロエ
チレン、ポリフッ化ビニリデン、四フッ化エチレン/六
フッ化プロピレン)I−重合体、四フッ化エチレン/パ
ーフルオロプロピルビニルエーテル共重合体、四フッ化
エチレン/パーフルオロメチルビニルエーテル共重合体
などの含フツ素カーボン重合体が例示される。該耐アル
カリ性高分子又は、耐アルカリ性無機物は、第一の層中
、容積比率(耐アルカリ性物質の容y!/(耐アルカリ
性物質の容積+陽イオン交換樹脂の容積))として、好
ましくは75%以下、更に好ましくは20〜60%を、
好ましくは均一に含有せしめるのが適切である。この場
合、該粒子の乎均粒径又は小繊維の平均線径は、第一の
層の厚みの二分の一以下であって、且つ20終履以下、
特には10終鳳以下であることが好ましい、この範囲か
らはずれると、理由は明らかではないが、電流効率の低
下もしくは耐久性の低下を招く、更に、陽イオン交換膜
の耐アルカリ性陽イオン交換体の第一層に可溶性の添加
材を加えることもできる。可溶性の添加材、例えばS
i02、AI、 Al(OH)3 、粒子等のアルカリ
に可溶な無機物や炭化水素系又は含フッ素系の低分子量
の有機化合物、ポリマー、界面活性剤など(以下造孔剤
と呼ぶ)を第一の層を形成する陽イオン交換体又はその
前駆体に好ましくは5〜85容量%、特には20〜80
容量%を含むものを製I模し、これをアルカリ及び/又
は水を含む溶液等に浸せきして上記造孔剤を溶出する方
法が挙げられる。かくして得られる多孔層は、少なくと
も製膜後の水又はアルカリ水溶液等の液体に濡れていな
い状態において、孔の貫通性が小さいことが好ましい0
本発明においては、孔の貫通性は、製膜後の乾いた状態
の多孔体について、ガーレーナンバー、即ち、圧力差0
.0132kg/c諺2の下で1001の空気が6.4
5cm2の面積を通過する秒数で評価され、そのf〆1
が1000以−ヒであることが好ましい、透過性がこれ
よりも大きい多孔体では、陰極室より高濃度の水酸化ア
ルカリがカルボン酸層の表面まで侵入するため好ましく
ない、実際の電解条件下では、該多孔体層は、ある場合
においては。
イオンの流れの影響等により、微細な孔ができてもかま
わない。
わない。
本発明者らの研究によれば、第一の層が多孔化された陽
イオン交換体でなくとも、42重量%以−L、特には4
5重量%以上のNaOH水溶液で高い電流効率を出すこ
とが回走であるが、第一の層を多孔化することにより、
更に長期に渡って安定して高い電流効率を得ることが可
能になった。そのメカニズムは必ずしも明らかではない
が、第一の層に空孔な設けることにより、第一の層の剥
離や、クラックを発生させる応力が緩和されるためと思
われる。
イオン交換体でなくとも、42重量%以−L、特には4
5重量%以上のNaOH水溶液で高い電流効率を出すこ
とが回走であるが、第一の層を多孔化することにより、
更に長期に渡って安定して高い電流効率を得ることが可
能になった。そのメカニズムは必ずしも明らかではない
が、第一の層に空孔な設けることにより、第一の層の剥
離や、クラックを発生させる応力が緩和されるためと思
われる。
次に本発明に使用する陽イオン交換膜の第二の層は厚さ
5終腸以−Lの−GO2M (Mはアルカリ金属)を
有する陽イオン交換体が使用される。
5終腸以−Lの−GO2M (Mはアルカリ金属)を
有する陽イオン交換体が使用される。
−GO?’14基を含有する陽イオン交換体としては、
アクリル酸、メタクリル酸とジビニルベンの共重合体等
の架橋重合体や、アクリル酸、メタクリル酸とエチレン
との共重合体や、パーフルオロビニルエーテルのカルボ
ン酸エステルと4弗化エチレンの共重合体等の線状重合
体が例示される。なかでも、エチレン又は、4弗化エチ
レンと共重合した一COyH基を含有した線状重合体が
高濃度水酸化アルカリで高い電流効率が得られるので好
ましい、−002M基を含有した線状重合体が、高濃度
の水酸化アルカリ中で高い電流効率を示す理由は明らか
にされていないが、線状重合体が高濃度水酸化アルカリ
中で収縮して含水率が低下することから膜中のイオンが
透過する孔が小さくなるためと解釈される。
アクリル酸、メタクリル酸とジビニルベンの共重合体等
の架橋重合体や、アクリル酸、メタクリル酸とエチレン
との共重合体や、パーフルオロビニルエーテルのカルボ
ン酸エステルと4弗化エチレンの共重合体等の線状重合
体が例示される。なかでも、エチレン又は、4弗化エチ
レンと共重合した一COyH基を含有した線状重合体が
高濃度水酸化アルカリで高い電流効率が得られるので好
ましい、−002M基を含有した線状重合体が、高濃度
の水酸化アルカリ中で高い電流効率を示す理由は明らか
にされていないが、線状重合体が高濃度水酸化アルカリ
中で収縮して含水率が低下することから膜中のイオンが
透過する孔が小さくなるためと解釈される。
かくして、陽イオン交換膜の第二の層は、45重量%M
aOH水溶液中の含水率が、2〜7重量%、好ましくは
2.5〜5重量%の範囲にあることが好ましい、この範
囲から外れると上のに高い゛、I!:流効率が得られな
い、ここで本発明において45重喰%MaOH中の含水
率とは、陽イオン交換11りを電解運転温度の45重量
%MaOH水溶液に18時間浸せきし、25℃に冷却後
、膜表面のアルカリ水溶液を拭きとった後の重量をag
、その膜を90°Cのイオン交換水に16時間浸せきし
た後、130℃で16時間真空乾燥したときの重量をb
gとしたとき、 含水率(%) = (a −b) / bXlooで!
Lえられるものをいう。
aOH水溶液中の含水率が、2〜7重量%、好ましくは
2.5〜5重量%の範囲にあることが好ましい、この範
囲から外れると上のに高い゛、I!:流効率が得られな
い、ここで本発明において45重喰%MaOH中の含水
率とは、陽イオン交換11りを電解運転温度の45重量
%MaOH水溶液に18時間浸せきし、25℃に冷却後
、膜表面のアルカリ水溶液を拭きとった後の重量をag
、その膜を90°Cのイオン交換水に16時間浸せきし
た後、130℃で16時間真空乾燥したときの重量をb
gとしたとき、 含水率(%) = (a −b) / bXlooで!
Lえられるものをいう。
そのような含水率をあたえる一GO2M基を含有する重
合体として、イオン交換容量0.6〜1.8ミリ当量/
g乾燥樹脂、好ましくは0.85〜1.8 ミリ当量/
g乾燥樹脂の (メタ)アクリル酸エチレン共重合体、
(メタ)アクリル酸−プロピレン共重合体又はCO2
Mal含有パーフルオロカーボン爪合体の厚さ5〜30
0 gtaが使用される。
合体として、イオン交換容量0.6〜1.8ミリ当量/
g乾燥樹脂、好ましくは0.85〜1.8 ミリ当量/
g乾燥樹脂の (メタ)アクリル酸エチレン共重合体、
(メタ)アクリル酸−プロピレン共重合体又はCO2
Mal含有パーフルオロカーボン爪合体の厚さ5〜30
0 gtaが使用される。
本発明で使用する陽イオン交換膜の第一層及び第二層で
使用される陽イオン交換性含フツ素重合体は少なくとも
二種の単量体の共重合体からなり、好ましくは次の(イ
)及び(ロ)の重合単位をもつ共重合体からなる。
使用される陽イオン交換性含フツ素重合体は少なくとも
二種の単量体の共重合体からなり、好ましくは次の(イ
)及び(ロ)の重合単位をもつ共重合体からなる。
(() −(CF2JXX’)−、(0) −(C
F2−CX)−+4 ココテ、x、x’は、−F、−CI 、 −H又は−C
F3テあり、Aは一9O314、−CRfRf’ON又
は−co2x (には水素、アルカリ金属、Rf、Rf
’は炭素数1−10のパーフルオロアルキル基)又は加
水分解等により、これらの基に転化する基を表し、Yは
、次のちのから選ばれるが、そこで、z、z’は−F又
は1161−10のパーフルオロアルキル基であり、!
+y、2は 1−10の整数を表す。
F2−CX)−+4 ココテ、x、x’は、−F、−CI 、 −H又は−C
F3テあり、Aは一9O314、−CRfRf’ON又
は−co2x (には水素、アルカリ金属、Rf、Rf
’は炭素数1−10のパーフルオロアルキル基)又は加
水分解等により、これらの基に転化する基を表し、Yは
、次のちのから選ばれるが、そこで、z、z’は−F又
は1161−10のパーフルオロアルキル基であり、!
+y、2は 1−10の整数を表す。
−(CF2)!−,−0−(CFz)x−、−(0−C
F2−OF)x−。
F2−OF)x−。
−(0−OF−Oh )y−0−(CF)z−ZZ゛
さらに、 (イ)及び(ロ)の重合単位の他に1次のよ
うな重合単位を含んでいてもよい。
うな重合単位を含んでいてもよい。
lCF?(:F)−−(CF2−CF)−0−Z
(0−CF2−CF) x−0−ZZ゛ なお、L記重合体中の(ロ)の含有量は、含フツ素重合
体が」−記イオン交換容量を形成するように選ばれる。
(0−CF2−CF) x−0−ZZ゛ なお、L記重合体中の(ロ)の含有量は、含フツ素重合
体が」−記イオン交換容量を形成するように選ばれる。
l−配合フッ素重合体は、好ましくは加水分解されたも
のがパーフルオロカーボン重合体であることが適切であ
り、その好ましい例は、CF2 =CF2 とCF2−
CFOFG20F (CFz)OGF20F2S02
Fとの共重合体、CF2 =CF2 とCFz−CFO
(CFz)2〜5SO2Fとの共重合体、CFz −C
F2 とCF2冨CFOFC2CF2 C(CF3 )
20Hとの共重合体、CF2−CF2 と0F2=CF
OCCF2 )2〜5GO7CH3との共重合体、更に
は、CF2−CF2 とCF2−CFOCF2CF(C
F+)0(CFz)?−GO2CH3との共重合体が例
示される。
のがパーフルオロカーボン重合体であることが適切であ
り、その好ましい例は、CF2 =CF2 とCF2−
CFOFG20F (CFz)OGF20F2S02
Fとの共重合体、CF2 =CF2 とCFz−CFO
(CFz)2〜5SO2Fとの共重合体、CFz −C
F2 とCF2冨CFOFC2CF2 C(CF3 )
20Hとの共重合体、CF2−CF2 と0F2=CF
OCCF2 )2〜5GO7CH3との共重合体、更に
は、CF2−CF2 とCF2−CFOCF2CF(C
F+)0(CFz)?−GO2CH3との共重合体が例
示される。
第一の層と第二の層の積層は、種々の方法を採用するこ
とができる0例えば、第一の層と第二の層又はその曲駆
体からなる別々のフィルムを類ブレスにより積層する方
法、第一の層及び第二の層を回持に共押し出しにより積
層する方法(米国特許4437952号)、予め乾式も
しくは湿式製11りにより製膜された第一の層もしくは
第二の層の旧にもう一方の層を構成する陽イオン交換体
又はその前駆体等を含有する溶液又はモノマーを塗布し
、乾燥又は重合して積層する方法などが採用され得る。
とができる0例えば、第一の層と第二の層又はその曲駆
体からなる別々のフィルムを類ブレスにより積層する方
法、第一の層及び第二の層を回持に共押し出しにより積
層する方法(米国特許4437952号)、予め乾式も
しくは湿式製11りにより製膜された第一の層もしくは
第二の層の旧にもう一方の層を構成する陽イオン交換体
又はその前駆体等を含有する溶液又はモノマーを塗布し
、乾燥又は重合して積層する方法などが採用され得る。
本発明で使用される陽イオン交換膜においては、第一の
層及び第二の層に加えて必要により、更に第三の層を積
層することができる。かかる好ましい例として、第二の
層の陽極側に、厚み30〜350pmの好ましくは一5
03M基又は−GO2M基(Mはアルカリ金属)のイオ
ン交換基を有する炭化水素重合体又は含フツ素重合体か
らなり、第二の層よりも比抵抗の小さい層が好ましい。
層及び第二の層に加えて必要により、更に第三の層を積
層することができる。かかる好ましい例として、第二の
層の陽極側に、厚み30〜350pmの好ましくは一5
03M基又は−GO2M基(Mはアルカリ金属)のイオ
ン交換基を有する炭化水素重合体又は含フツ素重合体か
らなり、第二の層よりも比抵抗の小さい層が好ましい。
更に、第二の層又は第三の層の陽極側に、厚み10〜4
50 uLraの気孔率30〜95%を有し1表面及び
内部を親水化した多孔性含フツ素重合体の第四の層を積
層することができる。かかる第三の層や第四の層を積層
することにより、第一の層及び第二の層のみからなる膜
に比べて、膜の機械的強度を更に大きく安定化すること
ができる。
50 uLraの気孔率30〜95%を有し1表面及び
内部を親水化した多孔性含フツ素重合体の第四の層を積
層することができる。かかる第三の層や第四の層を積層
することにより、第一の層及び第二の層のみからなる膜
に比べて、膜の機械的強度を更に大きく安定化すること
ができる。
更に、−■−記に加えて、本発明で使用される陽イオン
交換11りは、1−記第一の層、第二の層更には第三の
層の積層を強固に行なうために、必要により結合層を設
けることができる。
交換11りは、1−記第一の層、第二の層更には第三の
層の積層を強固に行なうために、必要により結合層を設
けることができる。
また、本発明の陽イオン交換膜の好ましくは陽極側の層
に、必要に応じて例えばポリプロピレン、ポリテトラフ
ルオロエチレンなどの耐熱性、耐アルカリ性の重合体製
のウェブなどの補強材を埋め込むこともできる。
に、必要に応じて例えばポリプロピレン、ポリテトラフ
ルオロエチレンなどの耐熱性、耐アルカリ性の重合体製
のウェブなどの補強材を埋め込むこともできる。
J二記陽イオン交換膜は、そのままでも使用できるが、
好ましくは、陽イオン交換膜の少なくとも一表面に、特
に好ましくは、少なくともイオン交換膜の陰極側表面に
水素ガス解放のための処理を施すことにより、電流効率
の長期安定性を改良する効果の他に電解下における電圧
を更送低減することができる。
好ましくは、陽イオン交換膜の少なくとも一表面に、特
に好ましくは、少なくともイオン交換膜の陰極側表面に
水素ガス解放のための処理を施すことにより、電流効率
の長期安定性を改良する効果の他に電解下における電圧
を更送低減することができる。
該イオン交換膜の表面にガス解放のための処理を施す方
法としては、膜表面に微細な凹凸を施す方法(特公昭H
−28495号)、電解槽に鉄、ジルコニア等を含む液
を供給して、膜表面に親水性無機粒子をデポジットする
方法 (特開昭56−152980号)、ガス及び液透
過性の電極活性を有しない粒子を含む多孔質層を設ける
方法(特開昭58−75583号及び特開昭57−39
185号公報)等が例示される。
法としては、膜表面に微細な凹凸を施す方法(特公昭H
−28495号)、電解槽に鉄、ジルコニア等を含む液
を供給して、膜表面に親水性無機粒子をデポジットする
方法 (特開昭56−152980号)、ガス及び液透
過性の電極活性を有しない粒子を含む多孔質層を設ける
方法(特開昭58−75583号及び特開昭57−39
185号公報)等が例示される。
かくして形成した陽イオン交換膜は、第一の層を陰極に
向は配置し、一方、陽極側に陰イオン交換膜を配するこ
とで、王室型電解槽を形成する。
向は配置し、一方、陽極側に陰イオン交換膜を配するこ
とで、王室型電解槽を形成する。
陽極側に使用する陰イオン交換膜は、特に限定する必要
はないが、好ましくは、陽極に生成する酸水溶液に対し
耐蝕性を有し、且つ酸製造の効率を高くするために、水
素イオンを透過しにくい陰イオン交換膜が使用される。
はないが、好ましくは、陽極に生成する酸水溶液に対し
耐蝕性を有し、且つ酸製造の効率を高くするために、水
素イオンを透過しにくい陰イオン交換膜が使用される。
そのような陰イオン交換膜として、ビニルピリジン−ジ
ビニルベンゼン共重合膜、ビニルイミダゾール−ジビニ
ルベンゼン共重合膜、ポリアミン−エポキシ縮合1漠、
アミ7基含有シラン−エポキシ基含有シラン縮合膜の架
橋型弱塩基性陰イオン交換1漠や、フッ素系アニオン交
換膜−(CF2−CF2 )x −(CF2−0F)V
−(OC12CF)m−0(CF2)n−AF3 (Aは、四級アンモニウム基又は/あるいは1〜3級ア
ミノ基を含有する官俺基) 等が例示できる。
ビニルベンゼン共重合膜、ビニルイミダゾール−ジビニ
ルベンゼン共重合膜、ポリアミン−エポキシ縮合1漠、
アミ7基含有シラン−エポキシ基含有シラン縮合膜の架
橋型弱塩基性陰イオン交換1漠や、フッ素系アニオン交
換膜−(CF2−CF2 )x −(CF2−0F)V
−(OC12CF)m−0(CF2)n−AF3 (Aは、四級アンモニウム基又は/あるいは1〜3級ア
ミノ基を含有する官俺基) 等が例示できる。
かくして、陰イオン交換膜と陽イオン交換膜で区分され
た中間室に、アルカリ金属塩水溶液を供給し、陽イオン
交換膜で区分された陰極室に水又は稀釈水酸化アルカリ
溶液を、又陰イオン交換膜で区分された陽極室に水又は
稀釈醸水溶液を供給し電解することで、陰極から高濃度
の水酸化アルカリを、陽極室から酸水溶液を製造するこ
とができる。
た中間室に、アルカリ金属塩水溶液を供給し、陽イオン
交換膜で区分された陰極室に水又は稀釈水酸化アルカリ
溶液を、又陰イオン交換膜で区分された陽極室に水又は
稀釈醸水溶液を供給し電解することで、陰極から高濃度
の水酸化アルカリを、陽極室から酸水溶液を製造するこ
とができる。
本発明に用いる電解槽の陽極及び陰極としては、従来公
知の電極材料を用いることができるが[1的とする゛逝
解プロセスの電極反応に対し、安価で低過電圧を示し、
かつ耐蝕性の優れた電極材料が適宜選択される。
知の電極材料を用いることができるが[1的とする゛逝
解プロセスの電極反応に対し、安価で低過電圧を示し、
かつ耐蝕性の優れた電極材料が適宜選択される。
[実施例]
実施例1
イオン交換容量1.33 ミリ当量/g乾燥樹脂のCF
2 =lCF?/CF2−CFO(C:Fz )3−C
OOCH3共重合体(共重合体A)からなる厚さ200
gmのフィルム上に、イオン交換容量1.1 ミリ当量
/g乾燥樹脂のCF2 =CF2 /CF7本CFOC
FzCF(Oh)O(CF2)2sO3H(共重合体B
)と平均粒径5終腫のZ「02粒子を372の体積割合
で含むエタノール混合液を塗布、乾燥することにより、
厚さ501L11の共重合体BとZ r0202部を形
成し 120°Cにて熱プレスを施した0次いで苛性ソ
ーダ溶液で加水分解し陽イオン交換膜を得た。
2 =lCF?/CF2−CFO(C:Fz )3−C
OOCH3共重合体(共重合体A)からなる厚さ200
gmのフィルム上に、イオン交換容量1.1 ミリ当量
/g乾燥樹脂のCF2 =CF2 /CF7本CFOC
FzCF(Oh)O(CF2)2sO3H(共重合体B
)と平均粒径5終腫のZ「02粒子を372の体積割合
で含むエタノール混合液を塗布、乾燥することにより、
厚さ501L11の共重合体BとZ r0202部を形
成し 120°Cにて熱プレスを施した0次いで苛性ソ
ーダ溶液で加水分解し陽イオン交換膜を得た。
一方、アニオン交換膜は、ジビニベンゼン20部、4−
ビニルピリジン38部、スチレン42部からなる七ツマ
ー溶液を、ポリプロピレン支持体に含浸して重合し、厚
さ150 tL膳の弱塩基性陰イオン交換膜を得た。
ビニルピリジン38部、スチレン42部からなる七ツマ
ー溶液を、ポリプロピレン支持体に含浸して重合し、厚
さ150 tL膳の弱塩基性陰イオン交換膜を得た。
かくして得られた陽イオン交換膜の厚さ50IL11の
共重合体BとZrO2からなる層側に、 5LIS30
4製パンチトメタルを52重量%の−・Y性ソーダ中、
150°Cで52時間エツチング処理して得られた低
水素過電圧陰極を、又アニオン交換膜を、チタンのパン
チトメタルに貴金属酸化を被rU した陽極側に配し、
陽イオン交換膜と陰イオン交換膜で区分された厚さio
amの中間室に3.5NNa2SOs水溶液を供給しつ
つ、陰極室のNaOH濃度を45屯量%に、又陽極室の
硫酸濃度を4Nに保ちつつ、90℃、電流密度30A/
dm2にて電解せしめたところ、摺電圧4.5Vで、I
JY性ソーダ生成の電流効率95%、硫酸生成の電流効
率85%であった。
共重合体BとZrO2からなる層側に、 5LIS30
4製パンチトメタルを52重量%の−・Y性ソーダ中、
150°Cで52時間エツチング処理して得られた低
水素過電圧陰極を、又アニオン交換膜を、チタンのパン
チトメタルに貴金属酸化を被rU した陽極側に配し、
陽イオン交換膜と陰イオン交換膜で区分された厚さio
amの中間室に3.5NNa2SOs水溶液を供給しつ
つ、陰極室のNaOH濃度を45屯量%に、又陽極室の
硫酸濃度を4Nに保ちつつ、90℃、電流密度30A/
dm2にて電解せしめたところ、摺電圧4.5Vで、I
JY性ソーダ生成の電流効率95%、硫酸生成の電流効
率85%であった。
比較例1
実施例1において、陽イオン交換膜の片面に共重合体B
とZ r02の混合層を形成させない以外同様に電解し
た。その結果、摺電圧4.8Vで、%7性ソーダ生成の
電流効率88%、硫酸生成の電流効率85%であった。
とZ r02の混合層を形成させない以外同様に電解し
た。その結果、摺電圧4.8Vで、%7性ソーダ生成の
電流効率88%、硫酸生成の電流効率85%であった。
実施例2
共重合体A(カルボキシル基1.33ミリ当量/g)の
40鉢厚と共重合体B(スルホン酸基11ミリ当量/g
)の 180 !厚を積層した0次いで、共重合体A側
に、孔径が065島、膜厚が30uL空隙率80%のポ
リテトラフルオロエチレン製多孔体を積層し、該多孔体
に共重合体Bのエタノール溶液を繰り返し吹き付けるこ
とにより、該多孔体内部に共重合体Bの層を形成した後
、苛性カリ溶液で加水分解した。
40鉢厚と共重合体B(スルホン酸基11ミリ当量/g
)の 180 !厚を積層した0次いで、共重合体A側
に、孔径が065島、膜厚が30uL空隙率80%のポ
リテトラフルオロエチレン製多孔体を積層し、該多孔体
に共重合体Bのエタノール溶液を繰り返し吹き付けるこ
とにより、該多孔体内部に共重合体Bの層を形成した後
、苛性カリ溶液で加水分解した。
かくして得た陽イオン交換膜の共重合体Bを充填された
多孔体層側を陰極に向け、実施例1と同様に王室型電解
槽を組み立てた。中間室に4Nの硝酸ソーダを供給しつ
つ、陰極室のNaOH濃度を45重量%に、又陽極室の
硝酸濃度を8N/1に保ちつつ、50℃、電流密度10
A/da2にて電解せしめたところ、摺電圧4.2vで
、苛性ソーダ生成の電流効率95%、硝酸生成の電流効
率88%であった。
多孔体層側を陰極に向け、実施例1と同様に王室型電解
槽を組み立てた。中間室に4Nの硝酸ソーダを供給しつ
つ、陰極室のNaOH濃度を45重量%に、又陽極室の
硝酸濃度を8N/1に保ちつつ、50℃、電流密度10
A/da2にて電解せしめたところ、摺電圧4.2vで
、苛性ソーダ生成の電流効率95%、硝酸生成の電流効
率88%であった。
比較例2
実施例2において使用した共重合体B 180ル膜を
単独に用いた以外は、全て同様に電解した。その結果、
/・Y性ソーダ生成の−[流動率は65%であった。
単独に用いた以外は、全て同様に電解した。その結果、
/・Y性ソーダ生成の−[流動率は65%であった。
実施例3
イオン交換容量 1.4 ミリ当量/g乾燥樹脂のエチ
レン−アクリル醜共重合体からなる厚さ100ルのフィ
ルム上に、孔径0.lp、厚さ80ル空隙率70%のポ
リプロピレン多孔体を積層した0次いで該多孔体に、ス
チレンBO%、ジビニルベンゼン5%ジオクチルフタレ
ート35%の七ツマー溶液を含浸重合させた後、スルホ
ン化処理した。
レン−アクリル醜共重合体からなる厚さ100ルのフィ
ルム上に、孔径0.lp、厚さ80ル空隙率70%のポ
リプロピレン多孔体を積層した0次いで該多孔体に、ス
チレンBO%、ジビニルベンゼン5%ジオクチルフタレ
ート35%の七ツマー溶液を含浸重合させた後、スルホ
ン化処理した。
かくして得られた陽イオン交換膜のスルホン化スチレン
−ジビニルベンゼン重合体を含浸した多孔体側を陰極側
に向は配置した以外は、実施例2と同様に電解したとこ
ろ、陰極室より45%MaOH溶液が電流効率94%で
生成した。
−ジビニルベンゼン重合体を含浸した多孔体側を陰極側
に向は配置した以外は、実施例2と同様に電解したとこ
ろ、陰極室より45%MaOH溶液が電流効率94%で
生成した。
比較例3
実施例3において、多孔体の積層及びスチレン−ジビニ
ルベンゼンの含浸重合を行なわない以外全く同様にして
電解したところ、陰極室よ945%溶液が゛電流効率8
0%で生成した。
ルベンゼンの含浸重合を行なわない以外全く同様にして
電解したところ、陰極室よ945%溶液が゛電流効率8
0%で生成した。
比較例4
陽イオン交換IQとして、スチレン−ジビニルヘンセン
の共ffi合体のスルホン化膜(厚さ150JLm)を
使用した以外、実施例3と同様にして電解したところ、
陰極室より45%MaOH溶液が電流効率40%で生成
した。
の共ffi合体のスルホン化膜(厚さ150JLm)を
使用した以外、実施例3と同様にして電解したところ、
陰極室より45%MaOH溶液が電流効率40%で生成
した。
手続宇甫正書(方式)
■、事件の表示
昭和62年特許願第149151号
2、発明の名称
水酸化アルカリの製造方法
3、補正をする者
事件との関係 特許出願人
住 所 東京都千代田区丸の内二丁目1番2号氏名
(004)旭硝子株式会社 6、補正により増加する発明の数 なし7、補正
の対象 明細書 8、補正の内容 願書に最初に添付した明細書の浄書・別紙の通り(内容
に変更なし)
(004)旭硝子株式会社 6、補正により増加する発明の数 なし7、補正
の対象 明細書 8、補正の内容 願書に最初に添付した明細書の浄書・別紙の通り(内容
に変更なし)
Claims (3)
- (1)耐アルカリ性を有する厚さ5μm以上の−SO_
3M(Mはアルカリ金属を表す)及び/又は−OM基を
有する第一の層の陽イオン交換体と、45重量%MaO
H水溶液中の含水率が2〜7重量%であり、厚さが5μ
m以上の−CO_2M基(Mはアルカリ金属)を有する
第二の層との少なくても二層からなる陽イオン交換膜を
、第一の層を陰極室に向けて配し、陽極側には、陰イオ
ン交換膜を配した三室型電解槽の中間室にアルカリ金属
塩水溶液を供給して電解することを特徴とする水酸化ア
ルカリの製造方法。 - (2)陽イオン交換膜の第二の層が、厚さ5〜300μ
m、イオン交換容量0〜1.8ミリ当量/g乾燥樹脂の
−CO_2M基含有の線状重合体からなる層である特許
請求の範囲(1)の方法。 - (3)アルカリ金属塩溶液を、陰イオン交換膜と陽イオ
ン交換膜とで区分された中間室に供給し、陰イオン交換
膜で区分された陽極室から酸水溶液を、陽イオン交換膜
で区分された陰極室から、35〜55重量%の水酸化ア
ルカリ溶液を製造する特許請求の範囲(1)〜(2)の
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62149151A JPS63312988A (ja) | 1987-06-17 | 1987-06-17 | 水酸化アルカリの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62149151A JPS63312988A (ja) | 1987-06-17 | 1987-06-17 | 水酸化アルカリの製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63312988A true JPS63312988A (ja) | 1988-12-21 |
Family
ID=15468895
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62149151A Pending JPS63312988A (ja) | 1987-06-17 | 1987-06-17 | 水酸化アルカリの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63312988A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8834688B2 (en) | 2009-02-10 | 2014-09-16 | Calera Corporation | Low-voltage alkaline production using hydrogen and electrocatalytic electrodes |
US8869477B2 (en) | 2008-09-30 | 2014-10-28 | Calera Corporation | Formed building materials |
US8883104B2 (en) | 2009-03-02 | 2014-11-11 | Calera Corporation | Gas stream multi-pollutants control systems and methods |
US8894830B2 (en) | 2008-07-16 | 2014-11-25 | Celera Corporation | CO2 utilization in electrochemical systems |
US9133581B2 (en) | 2008-10-31 | 2015-09-15 | Calera Corporation | Non-cementitious compositions comprising vaterite and methods thereof |
US9260314B2 (en) | 2007-12-28 | 2016-02-16 | Calera Corporation | Methods and systems for utilizing waste sources of metal oxides |
-
1987
- 1987-06-17 JP JP62149151A patent/JPS63312988A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9260314B2 (en) | 2007-12-28 | 2016-02-16 | Calera Corporation | Methods and systems for utilizing waste sources of metal oxides |
US8894830B2 (en) | 2008-07-16 | 2014-11-25 | Celera Corporation | CO2 utilization in electrochemical systems |
US8869477B2 (en) | 2008-09-30 | 2014-10-28 | Calera Corporation | Formed building materials |
US9133581B2 (en) | 2008-10-31 | 2015-09-15 | Calera Corporation | Non-cementitious compositions comprising vaterite and methods thereof |
US8834688B2 (en) | 2009-02-10 | 2014-09-16 | Calera Corporation | Low-voltage alkaline production using hydrogen and electrocatalytic electrodes |
US9267211B2 (en) | 2009-02-10 | 2016-02-23 | Calera Corporation | Low-voltage alkaline production using hydrogen and electrocatalytic electrodes |
US8883104B2 (en) | 2009-03-02 | 2014-11-11 | Calera Corporation | Gas stream multi-pollutants control systems and methods |
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