零极距食盐电解槽用阳极、食盐电解槽以及利用该食盐电解槽的食盐电解方法_2

文档序号:8448804阅读:来源:国知局
进行喷砂。喷砂是指,将含有砂状粒子的高压气体喷到材料表面的表面处理方法,也可以采用公知的方法。喷砂中,例如可以通过调整使用的研磨剂种类、喷砂处理的时间,可控制导电体基体的表面粗糙度。砂状粒子中含有氧化铝、玻璃以及铁等。之后,根据需要也可进行脱脂等。
[0052]步骤B中,向导电性基体浸渍酸进行表面处理。作为酸,不进行特别地限定,例如,可以举出,硫酸、硝酸、盐酸、草酸、氢氟酸等。
[0053]步骤A和/或,步骤B的结果是,经该制造方法所获得的电解用电极,其催化剂层表面被高粗糙化,凹凸高度差的最大值为55?70 μ m,其结果能够充分地确保透液性,并且能够通过增加表面积降低电解电压。
[0054]步骤C中,经步骤A和/或步骤B之后,在导电性基体的表面形成催化剂层。作为形成催化剂层的材料,只要是能够活性化电解的材料即可,不特别限定,可制备铟、钌、铂等铂族金属和阀金属的混合氧化物,具体为,铟-钽混合氧化物、铟-钌-钛混合氧化物、铟-钌-铂混合氧化物等的电极活性物质的金属盐溶液,将其涂敷在导电性基体的表面上烘干后,以既定加热温度烧制。由此,可以得到本实施例食盐的电解用电极。
[0055]上述实施例中,对喷砂和/或浸渍在酸之后,在导电体基体的表面上形成催化剂层的情况进行说明。但是,本发明不限于该示例,除了导电体基体和催化剂层以外还可以有其他层。例如,进行喷砂之后,形成催化剂层之前,在导电性基体表面上形成基础层,之后在基础层上形成催化剂层也是可以的。作为基础层可以举例含有氧化钽的层、钽溅射层等。
[0056]本发明的零极距食盐电解槽,包括:如上所得到的阳极、阴极、在所述阳极和所述阴极之间以接触状态配置的离子交换膜。该零极距食盐电解槽可适用于多极式食盐电解槽或单极式食盐电解槽。
[0057]本发明的零极距食盐电解槽,通过如图1、2所示的零极距食盐电解槽用电极单元U,可以由具有阳极20的阳极室20A和具有阴极30的阴极室30A构成。该电极单元是用在零极距式离子交换膜法食盐电解槽上的电极单元,图示示例中,既定数量的电极单元U以同一极性被纵列配置,通过在相邻的电极单元U-U之间配置离子交换膜I形成多极式食盐电解槽。另外,单极式食盐电解槽的情况下,在一个电极单元U上形成阳极20或阴极30中的任一个,各个电极单元U通过插入离子交换膜I而交替配置以形成单极式食盐电解槽。
[0058]如图1、2所示,每个电极单元U包括:在与纵向成直角的垂直隔壁11的一侧支撑刚性结构的阳极20和在另一侧支撑阴极结构30的电极支撑框架10。
[0059]为了支撑阳极20,在垂直的隔壁11的一侧的表面上安装以横向既定间隔配置的垂直的多个纵向肋12,在其前端安装有阳极20。阳极20和其背后的隔壁11之间为阳极室20A,在每个纵向肋12上设置多个贯通孔12a,以使阳极室20A的电解液横向上自由地流动。
[0060]同样地,电极支撑框架10的垂直隔壁11的另一侧的表面上安装以横向既定间隔配置的垂直的多个纵向肋13,在其前端安装有阴极结构30。阴极结构30和其背后的隔壁11之间为阴极室30A,在每个纵向肋13上设置多个贯通孔13a,以使阴极室30A的电解液横向上自由地流动。
[0061 ]图3中,虽然示出了板状的导电性基体21,为使导电性基体21具有透液性,具有多个开口。也就是说,刚性结构的阳极20由,具有透液性的高刚性板状的导电性基体21,例如由开口率为25?75%的钛制金属板网或穿孔金属网构成的导电性基体21,和形成在导电性基体21的正面侧的表面上具有活性的催化剂层22构成。优选地,导电性基体的开口率为30?60%。
[0062]刚性结构的阳极20的包括催化剂层的厚度优选为0.5?2.0mm,导电性基体21的厚度优选为0.5?2.0mm,食盐电解用阳极的催化剂层22的厚度优选为I?5 ym。另外,催化剂层表面的平均粗糙度优选为3 μπι?30 μπι,催化剂层表面的凹凸高度差的最大值为55 ?70 μ m0
[0063]在此,催化剂层表面的凹凸高度差的范围为55 ym?70 μπι,优选为60 ym?70 μπι,更优选为65 μπι?70 μπι。催化剂层表面的凹凸高度差不满55 μπι时,由于表面积较小透液性不够充分,因此不能充分地降低槽电压。另一方面,当超过70 μπι时,随着阴极向离子交换膜紧贴,向阳极的离子交换膜的按压力增加时,离子交换膜容易损伤的同时,由于难以保持电解液流动的均一性,不能充分降低槽电压。
[0064]另外,催化剂层表面的平均粗糙度的范围优选为3 μπι?30 μπι,更有选为5 μπι?25 μ m,再优选为6 μ m?20 μ m。催化剂层表面的平均粗糙度不满3 μ m时,表面积较小透液性不够充分。另一方面,当超过30 μ m时,伴随着阴极向离子交换膜的紧贴,向阳极的离子交换膜的按压力增加时,会损伤离子交换膜。
[0065]零极距食盐电解槽运作时的电流密度范围优选为lkA/m2以上、5kA/m2以下,更优选为lkA/m2以上、4kA/m2以下。电流密度超过5kA/m2时,由于伴随着阴极向离子交换膜紧贝占,向阳极的离子交换膜的按压力增加,因此容易损伤离子交换膜的同时,由于难以保持电解液流动的均一性,不能充分降低槽电压。
[0066]另外,使用表面粗糙度测定机SJ-301 (株式会社三丰制)测定催化剂层表面的平均粗糙度以及凹凸高度差的最大值。首先,根据JIS B0601-1994,使用粗糙度标准片进行校正。之后,将测定面水平方向设置,并将驱动检测部置于被测定物体上,检测器的触针轻轻划过被测定物体表面的细微凹凸,通过触针的上下方向位移以及横向的移动量计算催化剂层表面的平均粗糙度以及凹凸高度差的最大值。
[0067]以降低电解电压的观点来看,阴极结构30的活性阴极33优选为,在具有透液性的导电性基体33a的表面形成的具有活性的催化剂层33b的活性电极。作为阴极的导电性基体33a,从耐腐蚀性等考虑优选为,镍制金属板网、镍制穿孔金属网或镍制细网,从经济性以及减轻向离子交换膜的损坏等观点来看,优选为柔性结构的镍制细网。与阳极20的情况相同,这些导电性基体33a的开口率以机械强度、透液性等观点来看优选为25?75 %,以机械性强度和经济性两个观点来看,包含催化剂层33b的阴极33的厚度优选为0.7?2.0mm。
[0068]作为阴极结构30的导电性弹性体32优选为,将导电性金属细丝错综成垫状的导电性缓冲垫或弹簧形状的导电性弹性体32。其原因是,柔软性高且经济性良好的缘故。作为导电性弹性体32的材质,优选为与阴极的材质相同的镍。导电性缓冲垫的线直径通常为0.05?0.3謹,优选为0.07?0.2謹,更优选为0.1?0.1 5mm η
[0069]导电性缓冲垫的体积密度优选为0.2?2kg/m2,在未负载状态下的厚度为5?1mm,电极单元连接后紧贴离子交换膜的状态下优选为4?8mm。那是因为,如果不具有某种程度的机械强度,就无法确保从阴极向阳极按压离子交换膜的压力。
[0070]作为弹簧形状的导电性弹性体32,优选为压缩前的弹簧高度为1.5mm?6mm,之后即使被均匀压缩成弹簧高度为1.0?2.5mm的情况下,也能够回复到被压缩的距离以上的导电性弹性体。导电性弹性体32的弹性斥力优选为7?15kPa。
[0071]弹簧形状的导电性弹性体32如图4所示,包括:纵向延伸的平滑的固定部41和横向的从固定部41延伸的形成为凹凸状的弹性部42。导电性弹性体32的固定部41能够利用孔部41a通过固定部材固定在背板31上。另外,凹凸状地形成的弹性部42为波浪状或一个以上的边以I度以上弯曲的形状,如图所示的示例中,底座支撑部42a被背板31支撑,阴极支撑部42b支撑活性阴极33。图4中,弹性部42虽然设置在固定部41的两侧对称的位置,但是也可以将弹性部42设置在两侧非对称的位置上(例如,交替的位置)。
[0072]作为弹簧形状的导电性弹性体32,例如基材厚度为0.02?0.3mm,纵向平滑的
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