JPS5813630B2 - 電解塩素ガス発生方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水処理装置等に使用する塩素ガス発生装置に於
ける塩素ガス発生方法に係る。

先に本出願人は特公昭４４−１６９９０号公報記載の如
く揚水装置を提案したが、これは井戸、貯水池もしくは
河川等からモーターポンプ装置によって飲料水もしくは
工業用水を汲みあげる揚水装畳に塩素ガスを作用せしめ
る殺菌装置を併設したもので、殺菌装置は塩素ガス発生
装置を含み、これは通電による電解液の電気分解によっ
て塩素ガスを発生せしめ、この発生ガスを混合装置を用
いて揚水中に混合するものであるが、電解液としてＮ
ａ Ｃ ｌ水溶液を使用すると、Ｃｌ２の発生に伴いＮ
ａ Ｃｌ中のＮａ＋があまって液がアルカリ性になり
、電解効率及びＣｌ２ガス発生能力が低下して塩素ガス
が発生しなくなってしまう。

また塩素ボンベより塩素の注入を行うことは、危険物の
貯蔵という問題とともに取扱いに危険が伴い家庭用等の
簡易型としては不適である。

その他Ｎ ａ Ｃ ｌ溶液に代えてＭｇＣｌ２飽和水溶
液の電解によるＣｌ２ガス発生法があるが、発生塩素量
と等量の生成Ｍｇ（ＯＨ）２が溶解度小のため、Ｃｌ２
と０２ガス発生の競争反応はＮ ａ Ｃ ｌの場合に比
して非常に少ないが、Ｃｌ２の再溶解やＭｇ（ＣＨ）２
のコロイド状分散物が電極や電解槽に凝集固化して、抵
抗増大や槽外除去が困難となる欠点を有する。

これらの点を考慮して本発明は１個の電解槽を陽極室と
陰極室とに陰イオン交換膜で区切り、陽極室液はＮａＣ
ｌ ： ＡｌＣｌ３が重量比で５０：１〜１０：１の飽
和水溶液の如き両性酸化物形成能を有する金属塩化物を
Ｎ ａ Ｃ ｌ３に添加した水溶液を充填陰極室液には
前記金属塩化物と、該金属塩化物の金属と鎖塩もしくは
複塩形成能のある酒石酸、グルコン酸等の有機酸との混
合物をその混合比がモル比で１：３以上の組成を有する
飽和水溶液よりなるものを充填して電解するようにした
ものである。

本発明方法を、発明方法を実施する図面の実施例装置に
より説明する。

１は１個の電解槽で、グラファイト等の陽極２ａを有す
る陽極室２と、同じくグラファイト等の陰極３ａを有す
る陰極室３とが中央の陰イオン交換膜４で仕切られる。

５は陽極室液でＮａＣｌ：ＡｌＣｌ３が５０：１〜１０
：１の割合の範囲で混ぜられる飽和水溶液である。

又６は陰極室液で、両性酸化物形成能を有するＦ ｅ
Ｃｌ ２ ，Ａｌ Ｃ ｌｓ 等の金属塩化物と、該金
属塩化物を構成する金属と錯塩もしくは複塩形成能のあ
る酒石酸、グルコン酸等の有機酸との混合物で、金属塩
化物と有機酸との混合比がモル比で１：３以上の組成を
有する飽和水溶液よりなる。

かくて電圧が印加されない状態では両室２，３が仕切ら
れて両室液５，６が混合することはないが、両極２ａ
，３ａ間に電圧を印加すれば電解が行われ、陽極室２か
らＣｌ２ガスが、また陰極室３からＨ２ガスが発生して
、これを例えば前述公報記載の如き揚水殺菌の塩素ガス
発生装置として用いるのである。

本発明は間歇的に長期間にわたって用いられる電解塩素
ガス発生装置の塩素ガスを生成供給する塩化物電解質と
してＮ ａ Ｃ ｌを用いた場合の改良であって陰イオ
ン交換膜４を設けておくことにより電解によるＣｌ２ガ
スの発生に伴い生成する陽極室２のＮａ＋は、交換膜４
を通って陰極室３から入ってくるＣｌ一により中和され
て、陽極室２のアルカリ化を防止して電解能率を低下さ
せることなくＣｌ２ガスの効率の良い発生を継続せしめ
、他方上記中和によりアルカリに対して耐蝕性の少ない
交換膜を保護し、また非通電時には陰極室３の溶存物が
陰イオン交換膜４を介して陽極室２に透過拡散すること
が少なく好都合である。

また陽極室２にＮ ａ Ｃ ｌに対し５０：１〜１０：
１の割合でＡｌＣｌ３やＦｅＣｌ２等の金属塩化物を添
加したのは電解により陰極室３から交換膜４を介して陽
極室２に供給されるＣｌ−の透過率が電流に対して１：
１に対応せず、このため陽極室がＮａ＋リツチのアルカ
リ化の傾向となるのを上記塩化物がＣｌ−を供給したり
、またそれが両酸性である所から之が自から酸として作
用しＮａ＋４中和するよう作用し、長時間の電解におけ
る陽極室２のアルカリ化による電解効率の低下を防止す
るのである。

また陰極室３に前記金属塩化物の金属と錯塩もしくは複
塩形成能を有する酒石酸やグルコン酸等の有機酸がモル
比で１：３以上、即ち有機酸が充分多い割合で混合され
ているのは陽極室２へのＣｌ−の供給により生成するｉ
やＦｅ等の金属イオンの増大を該金属と有機酸との錯塩
または複塩形成により防止し、陰極室３からのＣｌ一の
供給を継続せしめるためであって、上記錯塩または複塩
を形成せしめるためには前記のモル比混合とすることが
必要である。

即ちこの陰極室３には電解によりＣｌ−を生成し陰イオ
ン交換膜４を介して陽極室２に前記Ｃｌ−を供給するＡ
ｉＣｌ３やＦ ｅ Ｃ １３ ２等の金属塩化物があれ
ば良いことになるが、このＡｌＣｌ３やＦｅＣｌ２のみ
ではＣｌ−の放出によりＡＡ（ＯＨ）３やＦｅ（ＯＨ）
２等が生成してＭｇＣｌ２水溶液電解の場合と同様コロ
イド状沈澱物が生成するだけでなく、これが電極や電解
槽に凝集固化し、付着等して通電抵抗増大及び清掃困難
等の欠点を生ずるものであるが、前記の如く錯酸や複塩
を形成する有機酸を混合して錯塩や複塩を形成させれば
、前記の如き沈澱物や付着物が生成されず、前記の欠点
を防止し得ることになるからである。

上記の陽極室２及び陰極室３に混入される金属塩化物、
及び陰極室３に混入される有機酸としてはこの塩素ガス
発生装置を少くとも飲料水の殺等菌処理に使用する場合
には電解の結果生ずる生成物やそのものが蒸気等ととも
に水中に仮令含まれたとして人体や人蓄に害のないもの
を選択使用することが必要となるのは勿論である。

例えば本発明の電解による塩素ガス発生方法に於いては
、その作動原理のみによれば前記両性酸化物形成能を有
する金属塩化物として周期律表中Ｚｎ．Ｃｄ，Ｈｇを含
むｎｂ族、Ａｌ，Ｃａ ．Ｉｎ ，Ｔｌを含むＩｂ族、
Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂを含むＩＸｂ族、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉの
Ｆｅ族、及びＢｅ，Ｃｒ等の金属の塩化物を使用し得る
ものであるが、処理の対象が飲料水等の場合にはＺｎ
，Ｃｄ ，Ｈｇ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｂｅ及びＣｒ等の塩化物
の使用は避けなければならないが如くである。

またこのようなことは前記金属塩化物を構成する金属と
錯塩もしくは複塩形成能のある有機酸の場合も同様であ
って該有機酸としては前述酒石酸、グルコン酸等の（１
）酒石酸によって代表される水酸基含有有機酸化合物の
外に、（２）ＥＤＴＡによって代表されるアミノ若しく
はイミノの含有有機酸化合物、（３）チオグリコール酸
によって代表される硫黄基含有有機酸化合物、及び、（
４）フイチン酸、フミン酸によって代表されるその他有
機酸化合物等をも作動原理的には使用可能であるが、上
記（３）及び（４）に属する有機酸には電解の際の有害
物を生成するものがある等の問題があるから広く一般的
にはその使用は難しい。

次に本発明を実施例により説明するとＮａＣｌ ：３
０ ０ ｇ／ｌ及びＡｌＣｌ３： ３ ０ｇ／ｌの水溶
液をＨＣｌ及びＮａＯＨでＰＨを約１．１に調整した液
１０００ｍｌを陽極室に、乳酸；４００ｇ／ｌ及びＡｌ
Ｃｌ３１ ２ ０ｇ／ｌの水溶液をＨＣ６及びＮａＯ．
ＨでＰＨを約２．０に調整した液を陰極室に充填し、１
４ｍｍψ×３００ｍｍのフエライト電極を陽極として約
１００ｍｍの浸漬長さとなるように陽極室に設置すると
共に、７ ０ ｍｍ× ７ ０ ｍｍ× １ ０ｃｍ（
ｔ）のグラファイト電極を陰極として陰極室に浸漬し、
両電極の交換膜を介する対向間隙を約３０ｍｍに設定す
る。

陰イオン交換膜は、母体：スチロール・ブタジエン、交
換基：第四級アンモニウム、電気抵抗：３〜４Ωｄ、輸
率０．９２以上（但し０．５Ｎ ． ＮａＣｌ ）とい
う特性を有するＡ社製のものを膜面積：約９５ｃｍ’と
して用いた。

温度は約２３〜２５℃を保つように強制冷却し、電圧約
５．２Ｖで電解した所電流密度は陽極：約１ ０ Ａ
／ ｄｍ２、陰極：約８ Ａ ／ ｄｍ２、陰イオン交
換膜：約４ Ａ ／ ｄｍ２となった。

電解の電気量約２０ＡＨで、発生塩素ガス量外を調べた
所次のような結果が得られた。

即ち、陽極室の水溶液のＰＨ約１．３、液量変化約＋１
２ｍｌ（ ＋ １．２％）に対し、陰極室の水溶液の
ＰＨ約３．６、液量変化約−１ ８ｍｌ（ − １．８
％ ）であり、電流効率Ｃｅｆｆ ：９８．９％以上
であった。

なお陰イオン交換膜保護のためには陽極室と陰極室とを
等圧に保つことが望ましく、このため電解槽内の各室上
部のガス溜空間を連通するように構成しておくと、この
部分で蒸気等による他室液への浸透拡散または交換が行
なわれるから槽１内の各室２，３は完全に区切っておき
、各室内ガス圧がほぼ等しくなるようガス導出を行なう
方が良い。

例えば前記公報記載の如き場合は陰極室で発生するＨ２
ガスは不要であるが、各室より導出したガス導出パイプ
を夫々または途中で一体としてアスピレータ部へ連結し
、発生ガスの吸出を行なうようにすれば交換膜に圧力が
加わらず寿命を損うことがない。

以上のように本発明の塩素ガス発生方法によれば塩素ガ
スを電解により生成供給する塩化物電解質としてＮ ａ
Ｃ ｌを用いた場合の電解及びガス発生効率が高くて
長期間の使用が可能な電解塩素ガス発生装置を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明方法を実施する実施例装置の側断面図である
。 １は電解槽、２は陽極室、３は陰極室、４は陰イオン交
換膜、５は陽極室液、６は陰極室液。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 陰イオン交換膜電解槽を使用し、陽極室には周期律
   表中のｍｂ族及び鉄族の金属の塩化物の少くとも１種を
   添加したＮａＯｌ′水溶液を充填し、陰極室には上記金
   属の塩化物と、該金属塩化物を構成する金属と錯塩もし
   くは複塩形成能のある水酸基含有カルボン酸及びアミノ
   基もしくはイミノキ含有カルボン酸から選ばれたカルボ
   ン酸の少くとも１種を混合した水溶液を充填し、電解す
   ることにより陽極室より塩素ガスを回収することを特徴
   とする電解塩素ガス発生方法。