离子交换膜电解槽以及弹性体的制作方法_2

文档序号:9768914阅读:来源:国知局
子交换膜电解槽的一实施例进行说明。而且,在各图中,图像的尺寸比例和实际的尺寸比例不必一致。
[0039]如图1?图3所示,本实施例所涉及的离子交换膜电解槽I包括层叠的多个电解槽单元2和分别配置在相邻的电解槽2、2之间的离子交换膜3。而且,在本实施例所涉及的电解槽单元2为包括阳极室2a和阴极室2b的多极式电解槽单元。
[0040]离子交换膜电解槽I包括配置在阳极室2a的上部的阳极室侧气液分离部14、向阳极室2a供应阳极液的阳极液供应部15、排出气体和浓度降低了的阳极液的阳极液排出部
16。另外,离子交换膜电解槽I包括配置在阴极室2b的上部的阴极室侧气液分离部17、向阴极室2b供应阴极液的阴极液供应部18、排出气体和浓度升高了的阴极液的阴极液排出部19。
[0041]如图1?图5所示,电解槽单元2包括将阳极室2a和阴极室2b间隔开的隔壁4。另外,电解槽单元2包括:从隔壁的一侧(图1、图2以及图4中的右侧,图3以及图5中的下侧)与隔壁4有间隔地配置的作为第一电极的阳极5、和从隔壁的另一侧(图1、图2以及图4中的左侧,图3以及图5中的上侧)与隔壁4有间隔地配置的基部6。
[0042]电解槽单元2包括:比基部6更位于另一侧地配置的作为第二电极的阴极7,和以弹性变形的状态配置于基部6和阴极7之间的多个弹性体8。另外,电解槽单元2包括将弹性体8固定在基部6上的多个固定体9。
[0043]电解槽单元2包括对离子交换膜3进行密封的环状的密封部(例如,垫圈)10、10。另外,电解槽单元2包括:用于保持阳极5的、连接隔壁4和阳极5的阳极保持部11;用于保持阴极7的、连接隔壁4和基部6的基部保持部(也称作“第二电极保持部”)12;与隔壁4连接的、支撑密封部10的密封支撑部13。
[0044]通过将离子交换膜3配置在相邻的电解槽单元2、2之间,而使其被配置在一个的电解槽单元2的阳极5和另一个的电解槽单元2的阴极7之间。另外,离子交换膜3以及隔壁4将阳极室2a和阴极室2b区划开。
[0045]而且,通过弹性体8朝向离子交换膜3按压阴极7,从而使离子交换膜3紧贴阳极5和阴极7。此外,在本实施例中,由于在阳极5侧和阴极7侧的电解液液压不同(具体地,由于阴极7侧的液压比阳极5侧的液压更大),因此离子交换膜3还被该压力差按压而紧贴阳极5。
[0046]阳极5包括具有导电性的基材、覆盖基材的表面并具有催化产生氯气的功能的催化层。具体地,用碱、有机溶剂洗净导电性的基材后,进行表面处理,进一步通过供给具有催化产生氯气的功能的混合氧化物,从而形成阳极5。另外,阳极5具有刚性。
[0047]为了兼有机械强度和经济性,阳极5厚度优选为0.5?2.0mm。例如,在阳极5的厚度薄的情况下,由于机械强度降低,基材在被表面处理时会变形,阳极5会由于工作时产生的电解压力而变形。其结果是,在离子交换膜3和阳极5之间产生间隙,电解电压变大。相反地,在阳极5的厚度厚的情况下,原材料成本上升,经济性降低。
[0048]作为阳极5的基材的材质,可列举钛或钛合金等。而且,作为钛或钛合金,可列举日本工业标准(JIS标准)所规定的一种、两种、三种、四种的各种工业用纯钛或添加了镍、钌、组、钮、妈等而提尚了耐腐蚀性的钦合金,添加了招、1凡、钥、锡、铁、络、银等的钦合金等。[0049 ]具体地,作为阳极5的基材,优选具有耐腐蚀性的钛制成的金属网或钛制成的冲孔金属,从经济性的观点出发,特别优选为钛制成的金属网。为了兼有机械强度和透液性,这样的阳极5的基材的开孔率优选为25?75%。
[0050]作为阳极5的催化层的材质,S卩,作为覆盖基体表面的电极活性物质,优选为从由铱、钌、铀、钯等铂族金属,钛、钽、铌、钨、锆等阀金属和锡所组成的群中选出的一种以上的金属的氧化物或它们的混合氧化物。作为一个例子,可列举铱-钌-钛混合氧化物、铱-钌_铂-钛混合氧化物、铂以及铱氧化物。
[0051]作为对阳极5的基材进行的表面处理,可列举机械表面处理以及化学表面处理。作为机械表面处理方法,存在使用细小的研磨材料,使基材的表面致密地凹凸化的喷丸处理方法,另外,作为化学表面处理的方法,存在于草酸、硝酸、硫酸、盐酸、氢氟酸等的溶液中进行化学蚀刻处理的方法。
[0052]这样的表面处理,可单独进行上述化学表面处理或单独进行上述机械表面处理,也可组合两种处理方法。而且,为了同时确保透液性和对离子交换膜3的保护,在阳极5的表面上形成的凹凸的高低差的最大值优选为3?50μηι,更优选为5?40μηι。
[0053]基部6相对于相邻的电解槽单元2的阳极5间隔地被固定。而且,在基部6和相邻的电解槽单元2的阳极5之间,介入有离子交换膜3、阴极7以及弹性体8。另外,基部6具有刚性。而且,在本实施例中,基部6被用作间距式电解槽(在离子交换膜和阴极之间具有间距的电解槽)中的阴极。
[0054]S卩,本实施例所涉及的离子交换膜电解槽I是,通过在作为间距式电解槽的阴极的基部6与离子交换膜3之间设置阴极7以及弹性体8,从而将间距式电解槽改造为零极距式电解槽(离子交换膜与阴极紧贴的电解槽)。因此,基部6可以是基部阴极或旧阴极,阴极7可以是安装阴极或新阴极。
[0055]为了兼有机械强度和经济性,基部6的厚度优选为0.5?2.0mm。另外,基部6包括具有导电性的基材。作为这样的基部6的基材的材质,可列举镍、不锈钢、铜等。具体地,作为基部6的基材,优选具有耐腐蚀性的镍制成的金属网或镍制成的冲孔金属。而且,为了兼有机械强度和透液性,基部6的基材的开孔率优选为25?75 %。
[0056]阴极7配置在基部6与相邻的电解槽单元2的阳极5之间。另外,阴极7被配置于其与基部6之间的弹性体8朝向离子交换膜3按压。而且,在阴极7与相邻的电解槽单元2的阳极5之间配置离子交换膜3,以阴极7和该阳极5夹持离子交换膜3。而且,阴极7具有挠性和弹性。
[0057]阴极7包括具有导电性的基材和覆盖住基材的表面的、具有催化产生氢气的功能的催化层。阴极7的厚度优选为0.0I?0.5mm,其中,催化层的厚度优选为1.0?20μηι。
[0058]从耐腐蚀性等点出发,阴极7的基材可以为镍制成的金属网、镍制成的冲孔金属、镍制成的细网、镍制成的平织网,例如优选为镍制成的细网或镍制成的平织网。这样的阴极7的基材的开孔率优选为25?75%。
[0059]如图2?图7所示,弹性体8包括固定在基部6上的固定部81,和从固定部81延伸、通过在基部6以及阴极7之间弹性变形而按压阴极7的弹性部82。而且,弹性体8具有导电性,以电连接作为基部阴极的基部6和阴极7。
[0060]在本实施例中,弹性体8由板状的基材、且可一体形成固定部81和弹性部82。这样的弹性体8的基材的厚度,S卩,固定部81以及弹性部82的厚度优选为0.02?0.3mm,另外,特别优选为0.1?0.20_。例如,弹性体8可单独使用镍、不锈钢或铜,或者也可以通过对基材进行镀镍、镀铂、焙烧铂系金属,使其具有催化产生氢气的功
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