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JPS6249355B2 - - Google Patents
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JPS6249355B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6249355B2
JPS6249355B2 JP56079362A JP7936281A JPS6249355B2 JP S6249355 B2 JPS6249355 B2 JP S6249355B2 JP 56079362 A JP56079362 A JP 56079362A JP 7936281 A JP7936281 A JP 7936281A JP S6249355 B2 JPS6249355 B2 JP S6249355B2
Authority
JP
Japan
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electrode
electrolytic
current density
current
reaction
Prior art date
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Application number
JP56079362A
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JPS57194265A (en
Inventor
Akihiro Tanaka
Kenji Ueda
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

Landscapes

  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電流効率の高い電解処理方法に関す
るものである。
電気分解法は、特定物質の分離・精製或いは廃
水の分解・回収処理等の工業規模のものから、電
気化学的測定法として知られる測定分野に至るま
での広範な部門で実用されている。
第1図は従来の電解法の原理説明図を示すもの
である。
第1図において、1は電解槽、2は同電解槽1
内に入れられた電解液、3及び4は同電解液2中
に配設された陽極及び陰極、5及び6は同陽極3
及び陰極4に一側がそれぞれ接続されたリード
線、7は同リード線5及び6の他側が接続された
電源である。このような構成において通電するこ
とにより電解処理が行われる。尚、電源7は定電
流或いは定電圧の直流電源であるが、通常の実用
規模での電解では定電流が多く使用される。
第2図及び第3図は第1図の原理にもとづいて
従来の電解法で実用されている電解槽の基本的な
電極構成の例である。
第2図において、ある一定の有効面積を持つ平
板状の陽極3と陰極4が図中の矢印方向で流入出
する電解液を介して対向している。第2図の変形
として他にも数多くの発明、考案があるが、それ
ら全てが第1図の原理にもとづいたものである。
第3図は他の例として、主陽極3Aと主陰極4
Aの間の図中矢印方向で流入出する電解液部に復
極性の微粒子、例えば炭素粒子を介在させた分散
系電極群Pから成る電解法である。
この方法は電解液中における電極表面積を、他
の従来法の二次元的な考え方から三次元的な考え
方に思考転換を行い、該三次元的な方法により著
しく増大させたものであるが、基本原理は第1図
或いは第2図と同じである。
しかし、以上の従来法には次のような欠点があ
る。
一般に、電解反応を行う時に電流効率を良好に
維持するためには、加えた電流が目的とする電極
反応に対して有効に使われるよう工夫すべきであ
る。
今、第1図において次式のような酸化還元電極
反応が起つている場合、 xO+mX+neyR+zZ ……(1) (Ox+neRed) 電極反応が物質移動に律速されていれば、その一
般式は、電流密度i、反応成分の溶液本体中の濃
度Cm、電極界面の濃度Co及び拡散層厚さδ、反
応成分の拡散定数Dとするとき、次の関係で示さ
れる。
i=nFD(Cm−Co)/δ ……(2) 但し、nは反応電子数、Fはフアラデー定数で
ある。
その場合の限界電流密度ilは、Co=0であるか
ら、 il=nFD(Cm)/δ ……(3) となり、最大の限界電流密度ilは溶液本体中の反
応成分の濃度Cmに依存する。
しかし、このCmは電解の進行につれて減少す
るものであるから、反応進行中、成分の濃度変化
は電解時間と次のような関係にある。
Cx=Cm・e-t ……(4) 但し、Cxは時間tにおける反応成分の濃度で
ある。
ここで、αは電極面積S、処理液量V等の処理
条件によつて定まる因子であり、一般に次式で示
すことができる。
但し、A=0.43・Dγ/δであり、γは電極の
形状に関する係数である。
以上の関係式は、ある量の被処理液が常に一定
の電極面積Sのもとで設定された条件(例えば定
電流条件)により処理されるため、処理液中の対
象となる反応成分Cxが電解時間tとともに減少
するにも拘わらず、電解電流密度は対象反応成分
の初期濃度Cmの条件のまゝで処理されることを
示す。
従つて、従来電解法は本質的に次のような欠点
を有するのである。
(1) 対象反応成分濃度Cxが減少するにつれて限
界電流密度ilが小さくなるため、電流効率向上
のためには電流密度をそれに応じて小さくする
必要があるが、そうすると処理するのに要する
電解時間tが著しく長くなる。
(2) 一定条件で電解を続けると、電流損失を生
じ、主反応に対する副反応の増大が生じ、処理
末期の収率が悪くなつて電流効率が低下する。
それらの欠点がある故、電解法では希薄濃度の
成分に対しては他の物理的な処理方法に比べ適用
に制限を受けていた。
なお、上記(1),(2)の欠点は第4図によつて確か
められた。
第4図は定電流電解法によつて処理成分を分解
除去した結果(線A)と、ある目的物質を製品と
して生成させたときの結果(線B)を傾向値で示
すが、実線A,Bで示すようにいずれの場合も処
理時間と共に除去率又は収率が低下する。
本発明は、上記従来電解法の欠点を改善し、よ
り高い電流効率で、しかも処理時間を短縮(すな
わち第4図の点線A′,B′に示すような結果とな
るように)することのできる電解処理方法を提供
するものである。
すなわち本発明は、被処理液中の対象反応成分
の電解進行による濃度の変化に対応して電解電流
密度と電極面積を変えることにより、常に一定の
電流で電解処理を行うことを特徴とする電解処理
方法に関するものである。
ところで、反応速度(すなわち電流密度)iL
は、前述の(3),(4)式より、 iL=nFD/δ・Cm・e-t ……(6) となり、また電極面積をSとしたときの全電解電
流Iは、 I=iLS=K1・Cm・e-t・S ……(7) (但し、K1=nFD/δ) となる。この(6),(7)式より明らかなように電解電
流Iは時間とともに指数凾数的に減少し、反応速
度iLは低下する。
そこで、電極面積Sを時間とともに S=K2e〓t ……(8) 但し、K2は常数で、理想的にはK2=1である
が、電流効率が電流密度によつて必ずしも一定で
なく、従つてK2も実状に応じて決定される。) のように増加すれば、全電解電流Iは、 I=K1・Cm・e-t・K2・e〓t ……(9) となり、初期濃度Cmに対応した電流Iによつ
て、反応時間Tは、 T=nFCmV/Wg・I ……(10) (但し、Wgは反応成分の原子量である。) で示される。
例えば濃厚液の場合、通常は限界電流密度ilま
で高めた状態での電解操作を行うのはまれで、適
当な電流密度が電流効率、反応時間、電解装置コ
ストから選ばれる。電解が進んで対象成分濃度が
希薄になると物質移動律速になるので、電流密度
を下げる必要がある。しかし、それでは反応速度
が落ちるので、電極面積Sをそれに応じて増加さ
せる必要がある。理想的には前記したようにS=
e〓tの指数凾数となるが、 S=αt1→αt2→αt3……αto と段階状に変えても充分目的を達成することがで
きる。
なお、本発明は濃厚液に限らず、濃厚液から希
薄液まで高い電流効率と高い反応速度の処理を行
うことができる。
以下、添付図面を参照して本発明方法の具体的
な操作態様を説明する。
第5図A,Bは本発明方法を実施する際に使用
される電解槽の一例を示すもので、第5図Aは縦
断側面図、第5図Bは第5図AのV−V線断面矢
視図である。
第5図A,Bのものは金属電極板を11a,1
1b,11c,11dと4枚電解槽に収納したも
ので、12,12,12はプラスチツク側
板を示す。電極板11a,11b,11c,11
dは、面積Sa,Sb,Sc,Sdが電解液入口13か
ら出口14に向つて順次大きくなつており、絶縁
板を兼ねたプラスチツク支持板15で電解槽内に
支持されている。電解液は支持板15の途中にあ
けられた小穴16を通つて流れるようになつてい
る。
第5図A,Bに示すものは、電解室が3室より
なるものであるが、必要に応じて第5図A,Bに
示す要領で電解室を増減できる。
このような装置で電極板11a〜11dの外側
から通電すれば、陽・陰極電流密度は、それぞれ 陽極電流密度ia ia1=I/Sa,ia2=I/Sb, ia3=I/Sc 陰極電流密度ic ic1=I/Sb,ic2=I/Sc, ic3=I/Sd と次第に小さくなるが、全電流はIであり、電極
板11a,11b間で低下した濃度に相当する電
流と、最適な電流密度を保持できることになる。
この電極板11a〜11dの面積Sa〜Sdの変
化または電流密度ia1〜ia3,ic1〜ic3の変化は、電
解槽の幾何学的構造を変えることによつてどのよ
うにでも変えることができ、電解系の特性によつ
て任意に選べばよい。
第6,7図は電解槽の他の例を示すもので、第
6図は円錐形電解槽、第7図は球形電解槽であ
る。
第6図において、第1番目の電極11を半径
r1、第n番目の電極11nを半径rnとし、電極1
と電極11n間の距離をln、この円錐の頂点
と電極11間の距離をl1とすると、 rn:(l1+ln)=r1:l1 rn=r(l+ln)/l ……(11) となり、電極11nの面積Snは Sn=〔r(l+ln)/lπ……(12) で表わせるから、電流密度は となる。
また、第7図のものは、中央の半球電極11
を同心球として構成されたもので、中央の半球電
極11の表面積S1は S1=2πr〓 であり、第n番目の半球電極11nの表面積Sn
は Sn=2πr〓 であり、電流密度は中心からの距離rnの2乗に反
比例して in=1…n=I/2πr〓 ……(14) のように減少する。
上記の他に電極板の面積の変化を種々の凾数系
に組込むことは極めて容易であり、これらは電解
系によつて適宜選択できる。
本発明の実施例を以下に述べる。
実施例 主に有機性の廃水の他、無機性の廃水も一部採
用して、4〜5種類の廃水を対象に下記実験条件
で実施した。
(1) 実験例1 1 電極材 ;PbO2/陽極、SuS/陰極 2 電流密度 ;10A/dm2→1A/dm2に変化
させる 3 廃水処理量;0.5と1 (2) 実験例2 1 電極材 ;Ti−Pt/陽極及びC材/陽極
と、SuS/陰極 2 電流密度 ;10A/dm2→1A/dm2と5A/
dm2→1A/dm2について実施 3 廃水処理量;0.5 実験結果は、第8図に処理成分残留濃度
(COD,NH4−N,シアン、及びCr6+等の有価金
属塩)の減衰を実線D傾向値で示すように、一点
破線Aの従来法に比し、点線A′の理論カーブに
近づいていることから、処理末期では電流密度を
下げる方法が高収率を得て有効なことがわかつ
た。
実験例 塩水中の塩素イオンを対象反応成分にして次式
の電極反応 2Cl-→Cl2+2e を行なわせ、次式の反応で次亜塩素酸溶液として
取出す。
Cl2+2NaOH→NaClO+NaCl+H2O その場合、生成濃度を7000×10000ppmまで濃
縮電解する為には従来電解法では生成した次亜塩
素酸濃度が高くなるにつれ 6ClO-+3H2O→2ClO3 -+6H++4Cl-+3/2O2
6e;ClO-の放電 ClO-+2H++2e→Cl-+H2O;ClO-の還元 等の主なる副反応が生じ性能低下が顕著であつ
た。
かゝる欠点を改善する目的で本発明により次の
実験条件で実施した。
1 電極材 ;Ti−Pt、酸化物電極/陽極、SuS
及びTi/陰極 2 電流密度;3→30A/dm2,10→30A/dm2 3 電量濃度;2〜20AH/ その結果第8図の一点破線Bで示す従来法に比
べ、実線Eで示す本発明法が点線B′の理論カーブ
に近づき高性能を得ていることから、処理末期に
は電流密度を大きくして電極の反応速度を速くす
ることが有効であることを確認した。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の電解法の原理を説明する図、第
2図および第3図は第1図の原理に基いて従来の
電解法で実用されている電解槽の基本的な電極構
成の例を示す図、第4図は従来の電解法による処
理成分の分解除去結果と目的物質の生成結果を示
す図表、第5図A,B、第6図および第7図は本
発明法を実施する際に使用される電解槽の例を示
す図、第8図は本発明方法による実験例で得られ
た結果を示す図表である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 被処理液中の対象反応成分の電解進行による
    濃度の変化に対応して電解電流密度と電極面積を
    変えることを特徴とする電解処理方法。
JP56079362A 1981-05-27 1981-05-27 Electrolytic treatment method Granted JPS57194265A (en)

Priority Applications (1)

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JP56079362A JPS57194265A (en) 1981-05-27 1981-05-27 Electrolytic treatment method

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