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JPH0570716B2 - - Google Patents
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JPH0570716B2 - - Google Patents

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JPH0570716B2
JPH0570716B2 JP17803385A JP17803385A JPH0570716B2 JP H0570716 B2 JPH0570716 B2 JP H0570716B2 JP 17803385 A JP17803385 A JP 17803385A JP 17803385 A JP17803385 A JP 17803385A JP H0570716 B2 JPH0570716 B2 JP H0570716B2
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Japan
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gas
gas permeable
layer
solution
separation module
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Yoshihiko Shirakawa
Satoru Motoo
Choichi Furuya
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SHIRAKAWA SEISAKUSHO KK
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SHIRAKAWA SEISAKUSHO KK
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J7/00Apparatus for generating gases
    • B01J7/02Apparatus for generating gases by wet methods

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、水溶液の電気分解およびガスの精
製・分離などを行うことのできるガス分離モジユ
ールに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION "Field of Industrial Application" The present invention relates to a gas separation module capable of electrolyzing aqueous solutions and purifying and separating gases.

「従来の技術」 水溶液の電気分解等に用いられる電解装置は、
従来、溶液が貯えられる容器と、この容器内に設
けられた陰極および陽極と、これら陽極、陰極間
に設けられた隔膜とから構成されていた。この電
解装置では、隔壁によつて各極に発生する電解生
成物の混合が防止されている。この種の電解装置
にあつては、通常、陽極・陰極がニツケルメツキ
の施された鋼板等で形成され、隔膜がアスベスト
などで形成されている。
"Conventional technology" Electrolyzers used for electrolysis of aqueous solutions, etc.
Conventionally, it has been composed of a container in which a solution is stored, a cathode and an anode provided within the container, and a diaphragm provided between the anode and the cathode. In this electrolyzer, the partition wall prevents the electrolysis products generated at each electrode from mixing. In this type of electrolyzer, the anode and cathode are usually made of nickel-plated steel plates, and the diaphragm is made of asbestos or the like.

このような電解装置でのアルカリ水溶液(苛性
ソーダ20%溶液や苛性カリ25%溶液など)の電解
は、極間に電圧約1.9V〜2.2V、電流約5〜10A/
dm2を印加することによつて行なわれている。
Electrolysis of alkaline aqueous solutions (20% caustic soda solution, 25% caustic potassium solution, etc.) in such an electrolyzer requires a voltage of approximately 1.9 V to 2.2 V and a current of approximately 5 to 10 A/min between the electrodes.
This is done by applying dm2 .

「発明の解決しようとする問題点」 このような従来の電解装置にあつては、次のよ
うな問題があつた。
"Problems to be Solved by the Invention" Such conventional electrolyzers have had the following problems.

(1) 陽極、陰極に発生した電解生成物の気泡が電
解液中に滞留するため、大きな過電圧を生じ
る。このため、電解分解を行うのに高電圧が必
要になる。
(1) Bubbles from electrolysis products generated at the anode and cathode remain in the electrolyte, resulting in a large overvoltage. For this reason, high voltage is required to perform electrolytic decomposition.

(2) また、電解生成物の混合防止のために設けら
れた隔膜によつて、陽極、陰極間の距離が大き
く、電流効率が低い。
(2) Furthermore, due to the diaphragm provided to prevent mixing of electrolyzed products, the distance between the anode and cathode is large, resulting in low current efficiency.

(3) さらに、このような隔膜で電解生成物の混合
を防止する電解装置にあつては、生成物である
水素ガスや酸素ガスを高圧で生産しようとして
高圧下で電解を行うと、陽極から発生するガス
の量と陰極から発生するガスの量の差により生
じる圧力差の制御が困難となり、陽極と陰極に
発生したガス隔膜を通して混合してしまう問題
があつた。このため、従来の隔膜を備えた電解
装置で高圧のガスを得るには、生成ガスを改め
て圧縮しなければならなかつた。
(3) Furthermore, in electrolyzers that use such diaphragms to prevent mixing of electrolyzed products, if electrolysis is performed under high pressure to produce the products hydrogen gas and oxygen gas at high pressure, the anode It is difficult to control the pressure difference caused by the difference between the amount of gas generated and the amount of gas generated from the cathode, and there is a problem in that the gases generated at the anode and cathode mix through the diaphragm. Therefore, in order to obtain high-pressure gas in an electrolyzer equipped with a conventional diaphragm, the produced gas had to be compressed again.

(4) また、アスベストは発ガン性を有する等の問
題が指摘されており、このようなアスベストか
らなる隔膜を備えた電解装置の設置には、様々
な制限が伴う不満があつた。
(4) In addition, problems such as asbestos being carcinogenic have been pointed out, and there have been complaints that the installation of electrolyzers equipped with such asbestos diaphragms comes with various restrictions.

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、溶
液の電解や溶液からのガスの精製と分離を効率良
くなしえ、陽極または陰極に発生した電界生成物
の気泡を速やかに除去して電気分解の伴う過電圧
の発生を防止でき、電流密度を向上できるととも
に、高価な触媒の使用量を低減できるガス分離モ
ジユールの提供を目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and enables efficient electrolysis of a solution and purification and separation of gas from the solution. The purpose of the present invention is to provide a gas separation module that can prevent the occurrence of overvoltage associated with the current density, improve current density, and reduce the amount of expensive catalyst used.

「問題点を解決するための手段」 本発明のガス分離モジユールは、溶液の電気分
解を行うための陽極と陰極の電極をそれぞれ備
え、溶液が供給排出される溶液室と、この溶液室
に隔壁を介して連接された一室以上の気室とを具
備してなり、上記隔壁の少なくとも一部が、導電
性を有する微粒子を多数結合してなり、口径0.5μ
m以下の多数の孔を有し、空孔率40〜80%の多孔
質のガス浸透層と、このガス浸透層の表面側に一
体化され、導電性微粒子を結合してなり、口径
0.5μm以下の多数の孔を有し、空孔率40〜80%の
多孔質体であつて、内部に前記溶液の電気分解の
反応を促進する触媒を担持した反応層とを具備す
るガス浸透膜により形成されると共に、上記溶液
室の電極の陰極と陽極の少なくとも一方が前記ガ
ス浸透膜により構成され、前記反応層が溶液室側
に向けられ、前記反応層が前記ガス浸透層よりも
薄く形成されてなるものである。
"Means for Solving the Problems" The gas separation module of the present invention includes an anode and a cathode electrode for electrolyzing a solution, a solution chamber into which a solution is supplied and discharged, and a partition wall in this solution chamber. at least a part of the partition wall is formed by bonding a large number of electrically conductive fine particles, and has a diameter of 0.5 μm.
A porous gas permeable layer with a porosity of 40 to 80% and a large number of pores of less than
A gas permeable material having a large number of pores of 0.5 μm or less and a porosity of 40 to 80%, and comprising a reaction layer carrying a catalyst therein to promote the electrolysis reaction of the solution. at least one of the cathode and the anode of the electrode in the solution chamber is formed by the gas permeable membrane, the reaction layer is directed toward the solution chamber, and the reaction layer is thinner than the gas permeation layer. It is something that is formed.

「実施例」 以下、図面を参照して本発明のガス分離モジユ
ールを詳しく説明する。
"Example" Hereinafter, the gas separation module of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は、本発明のガス分離モジユールの第一
実施例を示すもので、図中符号1は溶液室であ
る。溶液室1は、電解液が貯えられる部分で、幅
の狭い空間によつて形成されている。この溶液室
1の幅は、通常1.5〜0.8mm程度に形成されるが、
この値に制限されることはなく、装置の組み立て
精度や電解液の貯留に支障なければさらに狭くす
ることも可能である。この例のガス分離モジユー
ルにあつては、溶液室1の両端部にそれぞれ外部
に通じる開口1a,1bが設けられており、溶液
室1を電解液が流通するように形成されている。
この溶液室1の狭い間隔で向き合う側壁1c,1
dのうち、一方の側壁1cには電極2が取り付け
られている。この電極2は金属製のもので、ニツ
ケルメツキが施された鋼板が好適に用いられる。
また、他方の側壁1dには、電極2に対向する位
置に隔壁3を介して気室4が設けられている。こ
の気室4は、分離、発生したガスを回収する室
で、隔壁3と対向する側に外部に通じる流路4a
が形成されている。
FIG. 1 shows a first embodiment of the gas separation module of the present invention, and reference numeral 1 in the figure represents a solution chamber. The solution chamber 1 is a part where an electrolytic solution is stored, and is formed by a narrow space. The width of this solution chamber 1 is normally formed to be about 1.5 to 0.8 mm.
It is not limited to this value, and can be made even narrower if it does not affect the assembly accuracy of the device or the storage of the electrolyte. In the gas separation module of this example, openings 1a and 1b communicating with the outside are provided at both ends of the solution chamber 1, respectively, and the electrolyte is formed to flow through the solution chamber 1.
Side walls 1c, 1 of this solution chamber 1 facing each other at a narrow interval
d, an electrode 2 is attached to one side wall 1c. This electrode 2 is made of metal, and a nickel-plated steel plate is preferably used.
Furthermore, an air chamber 4 is provided on the other side wall 1d at a position facing the electrode 2 with a partition wall 3 interposed therebetween. This air chamber 4 is a chamber for recovering separated and generated gas, and has a flow path 4a leading to the outside on the side facing the partition wall 3.
is formed.

この例のガス分離モジユールにあつては、隔壁
3の全体がガス浸透膜5によつて形成されてい
る。
In the gas separation module of this example, the partition wall 3 is entirely formed of the gas permeable membrane 5.

このガス浸透膜5は導電性とガス透過性を有す
るもので、第2図に示すように、ガス浸透層5a
と反応層5bとから形成されている。そして、こ
のガス浸透膜5は反応層5bが溶液室1に面する
ようにガス分離モジユールに取り付けられてい
る。
This gas permeable membrane 5 has electrical conductivity and gas permeability, and as shown in FIG.
and a reaction layer 5b. This gas permeable membrane 5 is attached to the gas separation module so that the reaction layer 5b faces the solution chamber 1.

ガス浸透膜5のガス浸透層5aは、導電性を有
す微粒子(以下、導電性微粒子と略称する)が結
合されてなる多孔性の層である。このガス浸透層
5aに形成される孔は、口径0.5μm以下、好まし
くは800Å以下の連続した孔であることが望まし
い。孔の口径が0.5μmを越えるとガス浸透層5a
は、気体状態の分子だけでなく液体状態の分子を
も透過し得るものとなり、気液分離機能が低下す
る不都合を生じる。
The gas permeable layer 5a of the gas permeable membrane 5 is a porous layer formed by bonding conductive fine particles (hereinafter abbreviated as conductive fine particles). The pores formed in the gas permeable layer 5a are preferably continuous pores with a diameter of 0.5 μm or less, preferably 800 Å or less. If the pore diameter exceeds 0.5 μm, the gas permeable layer 5a
is capable of permeating not only molecules in a gaseous state but also molecules in a liquid state, resulting in a disadvantage that the gas-liquid separation function is deteriorated.

また、ガス浸透層5aの空孔率は40%〜80%程
度であることが望ましい。ガス浸透層5aの空孔
率が80%を越えると得られるガス浸透膜5の耐水
圧強度が不十分となり、また空孔率40%未満にな
るとガス浸透層5aのガス透過速度が低下して分
解生成ガスを効率良く放出できなくなるので、い
ずれの場合も好ましくない。
Further, the porosity of the gas permeable layer 5a is preferably about 40% to 80%. If the porosity of the gas permeable layer 5a exceeds 80%, the water pressure resistance strength of the resulting gas permeable membrane 5 will be insufficient, and if the porosity is less than 40%, the gas permeation rate of the gas permeable layer 5a will decrease. Either case is unfavorable because the decomposition product gas cannot be efficiently released.

このガス浸透層5aをなす導電性微粒子の材料
には、鉄、ニツケル、銀、銅等の金属、無定形炭
素、黒鉛等の炭素、導電性酸化チタン、ホウ素化
合物[ランタンボライド(LaB6)、チタンボライ
ド(TiB2)]等の導電性セラミツクスなど種々の
ものを用いることができる。その中でも、炭素
は、優れた撥水性と耐食性を有し、得られるガス
浸透膜5が長寿命でかつ良好な耐薬品性を有する
ものとなるので好ましく用いられる。
Materials for the conductive fine particles forming the gas permeable layer 5a include metals such as iron, nickel, silver, and copper, amorphous carbon, carbon such as graphite, conductive titanium oxide, and boron compounds [lanthanum boride (LaB 6 )]. Various materials can be used, such as conductive ceramics such as titanium boride (TiB 2 )]. Among them, carbon is preferably used because it has excellent water repellency and corrosion resistance, and the resulting gas permeable membrane 5 has a long life and good chemical resistance.

ここで用いられる導電性微粒子としては、粒径
0.1μm以下のものが好適である。粒径が0.1μmを
越えると、ガス浸透層5aに口径の大きな孔が形
成される不都合を生じる。
The conductive fine particles used here have a particle size of
A thickness of 0.1 μm or less is preferable. If the particle size exceeds 0.1 μm, a problem arises in that large pores are formed in the gas permeable layer 5a.

ガス浸透層5aをなすこれら導電性微粒子は、
バインダーを介して、あるいは焼結等により結合
されている。この実施例のガス浸透膜5のガス浸
透層5aにあつては、バインダーとしての有機高
分子化合物によつて導電性微粒子が結合されてい
る。
These conductive fine particles forming the gas permeable layer 5a are
They are bonded via a binder or by sintering or the like. In the gas permeable layer 5a of the gas permeable membrane 5 of this embodiment, conductive fine particles are bound by an organic polymer compound as a binder.

このガス浸透層5aの導電性微粒子を結合する
有機高分子化合物には、フツ素樹脂、ケイ樹脂、
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニ
トリル、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポ
リエチレンテレフタレート等種々の合成樹脂材料
を利用することができる。中でも、ポリテトラフ
ルオロエチレン(PTFE)、ポリクロロトリフル
オロエチレン、ポリビニルデンフルオライド、四
フツ化エチレン−六フツ化プロピレン共重合体
(FEP)等のフツ素樹脂、その中でも特にPTFE
は、酸にもアルカリにも侵されない優れた耐食性
を有すると共に優れた撥水性を有し、得られるガ
ス浸透膜5が長寿命でかつ耐薬品性を有するもの
となるので、好ましく用いられる。また、PTFE
にFEP等の2種以上の合成樹脂材料が混合され
たものも好適に用いられる。
The organic polymer compound that binds the conductive fine particles of the gas permeable layer 5a includes fluororesin, silicone resin,
Various synthetic resin materials can be used, such as polyethylene, polypropylene, polyacrylonitrile, polyvinyl chloride, polycarbonate, and polyethylene terephthalate. Among them, fluororesins such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polychlorotrifluoroethylene, polyvinyldene fluoride, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), and especially PTFE
is preferably used because it has excellent corrosion resistance that is not attacked by acids or alkalis, and has excellent water repellency, and the resulting gas permeable membrane 5 has a long life and chemical resistance. Also, PTFE
A mixture of two or more synthetic resin materials such as FEP and the like is also suitably used.

このように有機高分子化合物を用いて導電性微
粒子を結合する場合、有機高分子化合物の添加量
は、有機高分子化合物にPTFE、導電性微粒子に
カーボンブラツクを用いた場合を例にとると、通
常、それらの合計量に対する重量比でPTFEが10
%〜60%程度とされる。有機高分子化合物の添加
量が60%を越えると、形成されるガス浸透層5a
の電気抵抗が大きくなるうえ、ガス浸透層5aの
ガス透過性が悪化する。また、添加量が10%未満
になると導電性微粒子の結合が不十分になり、ガ
ス浸透層5aの強度が低下する。
When the conductive fine particles are bonded using an organic polymer compound in this way, the amount of the organic polymer compound to be added is as follows, for example, when PTFE is used as the organic polymer compound and carbon black is used as the conductive fine particles. Usually 10% of PTFE by weight relative to their total amount
It is said to be around 60%. When the amount of organic polymer compound added exceeds 60%, a gas permeable layer 5a is formed.
The electrical resistance of the gas permeable layer 5a increases, and the gas permeability of the gas permeable layer 5a deteriorates. Furthermore, if the amount added is less than 10%, the binding of the conductive fine particles becomes insufficient and the strength of the gas permeable layer 5a decreases.

このガス浸透層5aは、厚さ2mm程度以下に形
成されることが望ましい。このガス浸透層5aの
厚さが2mmを越えると、ガス浸透層5aのガス透
過速度が低下する不都合が生じる。また、このガ
ス浸透層5aの厚さが0.3mm未満になると、ガス
浸透層5aの強度が低下する不都合が生じる場合
がある。ただし、製造条件によつては0.1mm以下
でも十分な強度を有するガス浸透層5aを得るこ
とが可能である。
This gas permeable layer 5a is desirably formed to have a thickness of approximately 2 mm or less. If the thickness of the gas permeable layer 5a exceeds 2 mm, a disadvantage arises in that the gas permeation rate of the gas permeable layer 5a decreases. Furthermore, if the thickness of the gas permeable layer 5a is less than 0.3 mm, the strength of the gas permeable layer 5a may be reduced. However, depending on manufacturing conditions, it is possible to obtain a gas permeable layer 5a having sufficient strength even with a thickness of 0.1 mm or less.

このガス浸透層5aの表面に形成された反応層
5bは、触媒が担持せしめられてなるものであ
る。
The reaction layer 5b formed on the surface of the gas permeable layer 5a supports a catalyst.

反応層5bに用いる触媒としては、電気分解等
の化学反応を促進するニツケル(Ni)、コバルト
(Co)、鉄(Fe)等の鉄族元素あるいは、白金
(Pt)、ルテニウム(Ru)、金(Au)、銀(Ag)、
銅(Cu)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、パラ
ジウム(Pd)等の貴金属元素あるいはそれらの
酸化物またはそれらの合金等からなる触媒などの
各種のものを利用できる。中でも、水溶液等の電
気分解には、Ni、Pt、Ruなどからなる触媒が、
電解効率を大幅に向上し得る点で、好ましく用い
られる。
Catalysts used in the reaction layer 5b include iron group elements such as nickel (Ni), cobalt (Co), and iron (Fe), which promote chemical reactions such as electrolysis, or platinum (Pt), ruthenium (Ru), and gold. (Au), silver (Ag),
Various catalysts can be used, such as catalysts made of noble metal elements such as copper (Cu), chromium (Cr), manganese (Mn), and palladium (Pd), their oxides, or their alloys. Among them, catalysts made of Ni, Pt, Ru, etc. are used for electrolysis of aqueous solutions, etc.
It is preferably used because it can significantly improve electrolytic efficiency.

反応層5bにおいて、これら触媒は、担体に担
持せしめられて固定されている。担体には様々の
ものを利用できる。この反応層5bを形成する担
体には、より多くの触媒を担持し得る点で、多孔
質のものが好ましく用いられる。その場合、孔の
口径は、0.5μm〜0.01μm程度とされ、反応層5
bの空孔率は40%〜80%程度とされる。
In the reaction layer 5b, these catalysts are supported and fixed on a carrier. Various carriers can be used. A porous carrier is preferably used as the carrier forming the reaction layer 5b since it can support a larger amount of catalyst. In that case, the diameter of the hole is approximately 0.5 μm to 0.01 μm, and the reaction layer 5
The porosity of b is approximately 40% to 80%.

反応層5bの口径が0.5μmを越えると、反応層
5bの強度が低下する。また、口径が0.01μm未
満になると反応層5bに溶液が浸透し難くなり、
反応層5bの表面のみしか電気分解等の反応に寄
与せず、反応効率が低下する不都合が生じる。
When the diameter of the reaction layer 5b exceeds 0.5 μm, the strength of the reaction layer 5b decreases. In addition, when the diameter is less than 0.01 μm, it becomes difficult for the solution to penetrate into the reaction layer 5b.
Only the surface of the reaction layer 5b contributes to reactions such as electrolysis, resulting in a disadvantage that the reaction efficiency is reduced.

また、反応層5bをなす担体の空孔率が80%を
越えると、得られる反応層5bは耐久性が不十分
なもなとなり好ましくない。空孔率が40%未満に
なると十分な量の触媒を担持せしめることができ
ず好ましくない。
Furthermore, if the porosity of the carrier constituting the reaction layer 5b exceeds 80%, the resulting reaction layer 5b will have insufficient durability, which is not preferable. If the porosity is less than 40%, a sufficient amount of catalyst cannot be supported, which is not preferable.

この反応層5bをなす担体には、アルミナ
(Al2O3)、シリカ(SiO2)等のセラミツクスや導
電性微粒子などをバインダーや焼結処理により結
合したものを各種利用できる。中でも、導電性微
粒子が結合されてなるものは、反応層5bの電気
抵抗を小さくできる点で好ましい。
As the carrier forming the reaction layer 5b, various types of ceramics such as alumina (Al 2 O 3 ) and silica (SiO 2 ), conductive fine particles, etc. bound together by a binder or sintering treatment can be used. Among these, those formed by bonding conductive fine particles are preferable because they can reduce the electrical resistance of the reaction layer 5b.

反応層5bの導電性微粒子としては、銀、銅、
ニツケル、金等の金属や無定形炭素、黒鉛等の炭
素など、ガス浸透層5aをなす導電性微粒子と同
様のものを用いることができる。
The conductive fine particles of the reaction layer 5b include silver, copper,
The same conductive particles as those forming the gas permeable layer 5a can be used, such as metals such as nickel and gold, and carbons such as amorphous carbon and graphite.

この導電性微粒子としては、粒径0.5μm以下の
ものが好適に用いられる。粒径が0.5μmを越える
と、ガス浸透層5aに口径の大きな孔が形成され
る不都合を生じる。
As the conductive fine particles, those having a particle size of 0.5 μm or less are preferably used. If the particle size exceeds 0.5 μm, a problem arises in that large pores are formed in the gas permeable layer 5a.

そして、この実施例の膜の反応層5bは、上記
ガス浸透層5aと同様、バインダとしての有機高
分子化合物によつて導電性微粒子が結合されてい
る。この有機高分子化合物としては、上記ガス浸
透層5aに用いた有機高分子化合物と同様のもの
を利用できる。
Similarly to the gas permeable layer 5a, the reaction layer 5b of the membrane of this example has conductive fine particles bound by an organic polymer compound as a binder. As this organic polymer compound, the same organic polymer compound as used for the gas permeable layer 5a can be used.

また、この反応層5bは、水溶液と適度に接触
し得るように、親水性の部分と撥水性の部分が網
目状に微細に分布した構造であることが望まし
い。このような構造の反応層5bは、担体を親水
性の微粒子と撥水性の微粒子との混合物で作成す
ることにより形成される。このような微粒子とし
ては、例えば撥水性のものとして一般のアセチレ
ンブラツク、親水性のものとしてVulcanXC−
72R(親水性カーボン、商品名:キヤボツト社製)
などが挙げられる。
Further, it is desirable that the reaction layer 5b has a structure in which hydrophilic portions and water-repellent portions are finely distributed in a network so as to be able to appropriately contact the aqueous solution. The reaction layer 5b having such a structure is formed by making the carrier a mixture of hydrophilic fine particles and water-repellent fine particles. Examples of such fine particles include general acetylene black as a water-repellent particle, and VulcanXC- as a hydrophilic particle.
72R (hydrophilic carbon, product name: manufactured by Kyabot Co., Ltd.)
Examples include.

この反応層5bは、厚さが約1.0mm以下に形成
されることが望ましい。この反応層5bの厚さが
1.0mmを越えると、反応層5bで生成されたガス
がガス浸透層5aへ透過し難くなる不都合が生じ
る。
This reaction layer 5b is desirably formed to have a thickness of about 1.0 mm or less. The thickness of this reaction layer 5b is
If it exceeds 1.0 mm, there will be an inconvenience that the gas generated in the reaction layer 5b will be difficult to permeate into the gas permeable layer 5a.

次に、本発明のガス分離モジユールに用いられ
るのガス浸透膜5の製造方法の一例を説明する。
Next, an example of a method for manufacturing the gas permeable membrane 5 used in the gas separation module of the present invention will be described.

説明は、バインダとしての有機高分子化合物に
PTFEを用い、導電性微粒子にカーボンブラツク
を用いたガス浸透膜を例にして行なう。
The explanation is based on organic polymer compounds as binders.
We will use a gas permeable membrane made of PTFE and carbon black as conductive particles as an example.

このガス浸透膜を製造するには、まず、平均粒
径0.042μmのカーボンブラツク70重量部と、平均
粒径0.25μmのPTFE30重量部とを十分混合して
混合物Aを作成する。また、親水性を有する
VulcanXC−72R、70重量部と平均粒径0.25μmの
PTFEとを十分混合して混合物Bを作成する。つ
いで、これら混合物A、BをA:B=4:6の比
で混合し、有機溶媒(ナフサ)を加えて、均一に
混練する。これを加圧して厚さ0.4mmのシートA
を成形する。
To manufacture this gas permeable membrane, first, 70 parts by weight of carbon black having an average particle size of 0.042 μm and 30 parts by weight of PTFE having an average particle size of 0.25 μm are thoroughly mixed to prepare a mixture A. It also has hydrophilic properties.
VulcanXC−72R, 70 parts by weight and average particle size 0.25μm
Mixture B is prepared by sufficiently mixing with PTFE. Next, these mixtures A and B are mixed at a ratio of A:B=4:6, an organic solvent (naphtha) is added, and the mixture is uniformly kneaded. Press this to create a sheet A with a thickness of 0.4 mm.
to form.

これとは別に、平均粒径0.042μmのカーボンブ
ラツク70重量部と平均粒径0.25μmのPTFE30重
量部を十分混合した混合物Cを作成し、これに有
機溶媒(ナフサ)を加えペースト状にし、均一に
なるように十分混練する。このものを加圧して、
厚さ2.5mmのシートBを成形する。
Separately, a mixture C was prepared by sufficiently mixing 70 parts by weight of carbon black with an average particle size of 0.042 μm and 30 parts by weight of PTFE with an average particle size of 0.25 μm, and an organic solvent (naphtha) was added to this mixture to form a paste. Knead thoroughly until it becomes . Pressurize this thing,
Form sheet B with a thickness of 2.5 mm.

このように成形された2種類のシートA、Bを
重ね合わせてローラで圧接して一体に接合しつつ
厚さ0.9mmのシートとする。このものを乾燥して
用いた溶媒を揮散させ、ついで280℃の加熱炉中
で熱処理する。次に、このものを380℃で所定時
間ホツトプレスして、厚さ0.8mmのシート状に成
形する。ついで、上記シートAにより形成された
部分に触媒を担持せしめる。
The two types of sheets A and B formed in this way are overlapped and pressed together with a roller to be joined together to form a sheet with a thickness of 0.9 mm. This product is dried to evaporate the solvent used, and then heat treated in a heating oven at 280°C. Next, this material is hot pressed at 380° C. for a predetermined period of time to form a sheet with a thickness of 0.8 mm. Next, a catalyst is supported on the portion formed by the sheet A.

触媒を担持せしめる方法としては、触媒が溶か
された溶液(触媒溶液)を、シート表面に塗布あ
るいはスプレーしてシート内に浸透せしめ、この
後これを乾燥する方法が簡便である。このように
すると、反応層5bの内部にまで触触を担持させ
ることができる。
A simple method for supporting the catalyst is to apply or spray a solution in which the catalyst is dissolved (catalyst solution) onto the surface of the sheet and allow it to penetrate into the sheet, and then dry it. In this way, the touch can be carried even inside the reaction layer 5b.

なお、このガス浸透膜5には必要により金属網
を貼着する。金属網を貼着する場合、その位置
は、ガス浸透層5a側の表面、反応層5b側の表
面、ガス浸透層5aと反応層5bとの間のいずれ
であつてもよい。金属網としては、銅、ピツケ
ル、金メツキされた銅、DSA型チタン等の電気
伝導性の良い金属からなるものが好適に用いられ
る。また、金属網のメツシユは30〜100程度であ
ることが望ましく、金属網をなす金属繊維には径
100μm〜500μm程度のものが好適に用いられる。
Note that a metal mesh is attached to this gas permeable membrane 5 if necessary. When pasting a metal net, its position may be on the surface on the gas permeable layer 5a side, on the surface on the reaction layer 5b side, or between the gas permeable layer 5a and the reaction layer 5b. As the metal mesh, one made of a metal with good electrical conductivity such as copper, pickle, gold-plated copper, DSA type titanium, etc. is suitably used. In addition, it is desirable that the mesh size of the metal net is about 30 to 100, and the metal fibers that make up the metal net have a diameter of about 30 to 100.
A material having a diameter of about 100 μm to 500 μm is preferably used.

また、ガス浸透層5aと反応層5bとの間ある
いは反応層5bの表面に金属網を設けた場合に
は、ガス浸透層5aは導電性である必要がない。
そのため、担体としてフツ化カーボン、疎水性シ
リカ等の導電性のないものを使用することができ
る。
Further, when a metal mesh is provided between the gas permeable layer 5a and the reaction layer 5b or on the surface of the reaction layer 5b, the gas permeable layer 5a does not need to be electrically conductive.
Therefore, non-conductive materials such as carbon fluoride and hydrophobic silica can be used as the carrier.

このような金属網の貼着は、例えば上記シート
A,Bを重ね合わせる際に適宜な位置に金属網を
セツトし、これをホツトプレスすることにより行
なわれる。
Such adhesion of the metal net is carried out, for example, by setting the metal net at an appropriate position when superimposing the sheets A and B, and hot-pressing the same.

このようなガス浸透膜5を備えた本発明のガス
分離モジユールは、第3図に示すような電解装置
に組み込まれて、実用に供される。第3図に示す
電解装置は、ガス分離モジユールの溶液室1の開
口1a,1bと電解液タンク6が連結されて、閉
じた電解液流路7が形成されたものである。ガス
分離モジユールの開口1aと電解液タンク6の間
の電解液流路7には、電解液中の異物を除去する
フイルター8と、電解液を循環せしめるポンプ9
が設けられている。他方、ガス分離モジユールの
開口1bと電解液タンク6との間の電解液流路7
には、ガス分離モジユールの溶液室1の電極2で
発生したガスを分離する気液分離器10と電解液
を所定の温度に維持する冷却器11が設けられて
いる。
The gas separation module of the present invention equipped with such a gas permeable membrane 5 is incorporated into an electrolyzer as shown in FIG. 3 and put into practical use. In the electrolysis device shown in FIG. 3, openings 1a and 1b of a solution chamber 1 of a gas separation module are connected to an electrolyte tank 6 to form a closed electrolyte flow path 7. An electrolyte flow path 7 between the opening 1a of the gas separation module and the electrolyte tank 6 is provided with a filter 8 for removing foreign matter from the electrolyte and a pump 9 for circulating the electrolyte.
is provided. On the other hand, an electrolyte flow path 7 between the opening 1b of the gas separation module and the electrolyte tank 6
is equipped with a gas-liquid separator 10 that separates gas generated at the electrode 2 of the solution chamber 1 of the gas separation module, and a cooler 11 that maintains the electrolyte at a predetermined temperature.

また、ガス分離モジユールの気室4の流路4a
には得られたガスを冷却する冷却器12が連設さ
れている。
In addition, the flow path 4a of the air chamber 4 of the gas separation module
A cooler 12 for cooling the obtained gas is connected thereto.

「作用」 次に、本発明のガス分離モジユールの作用を、
第3図に示した電解装置の動作に沿つて説明す
る。
“Function” Next, the function of the gas separation module of the present invention is as follows.
The operation of the electrolyzer shown in FIG. 3 will be explained.

第3図は電解装置で水の電気分解を行う場合に
は、まず、ポンプ9を駆動してガス分離モジユー
ルの溶液室1に電解溶液を循環させる。この状態
で、溶液室1に設けられた電極2と隔壁3をなす
ガス浸透膜5に通電し電気分解を行う。すると、
ガス分離モジユールの電極2およびガス浸透膜5
の反応層5bには、極性に応じて酸素ガス、水素
ガスが発生する。この時、ガス浸透膜5の反応層
5bに発生したガスは、ガス浸透層5aに形成さ
れた口径800Å以下の孔を通過して気室4に放出
される。この気室4に放出されるガスの圧力は、
溶液室1の電解溶液の圧力とほぼ等しい。他方、
電極2に発生したガスは電解溶液と共に溶液室1
の開口1bから流出し、次段に設けられた気液分
離器10で電解溶液から分離されて取り出され
る。
In FIG. 3, when electrolyzing water using an electrolysis device, first, the pump 9 is driven to circulate the electrolytic solution into the solution chamber 1 of the gas separation module. In this state, electricity is applied to the electrode 2 provided in the solution chamber 1 and the gas permeable membrane 5 forming the partition wall 3 to perform electrolysis. Then,
Electrode 2 and gas permeable membrane 5 of gas separation module
Oxygen gas and hydrogen gas are generated in the reaction layer 5b depending on the polarity. At this time, the gas generated in the reaction layer 5b of the gas permeable membrane 5 is released into the air chamber 4 through a hole having a diameter of 800 Å or less formed in the gas permeable layer 5a. The pressure of the gas released into the air chamber 4 is
This is approximately equal to the pressure of the electrolytic solution in the solution chamber 1. On the other hand,
The gas generated at the electrode 2 is transferred to the solution chamber 1 together with the electrolytic solution.
The liquid flows out from the opening 1b, and is separated from the electrolytic solution and taken out by the gas-liquid separator 10 provided at the next stage.

実施例 2 第4図は本発明のガス分離モジユールの第二実
施例を示すもので、上記第一実施例のものと同一
構成部分には同一符号を付して説明を簡略化す
る。
Embodiment 2 FIG. 4 shows a second embodiment of the gas separation module of the present invention, in which the same components as those of the first embodiment are given the same reference numerals to simplify the explanation.

この例のガス分離モジユールにあつては、溶液
室1にメツシユ状の電極2が設けられており、こ
のメツシユ状の電極2と対向する位置に第3の開
口1eが形成されている。
In the gas separation module of this example, a mesh-shaped electrode 2 is provided in the solution chamber 1, and a third opening 1e is formed at a position facing the mesh-shaped electrode 2.

この例のガス分離モジユールにあつては、電解
溶液が開口1a,1bから溶液室1に供給され、
電極2を通過して開口1eから排出される。そし
て、メツシユ状の電極2で発生した電解生成物
は、この電極2を通過して電解溶液と共に開口1
eから排出される。この結果、このガス分離モジ
ユールにあつては、電極2に発生した電解生成物
の排出効率が良好となる。
In the gas separation module of this example, an electrolytic solution is supplied to the solution chamber 1 from the openings 1a and 1b,
It passes through the electrode 2 and is discharged from the opening 1e. The electrolytic products generated at the mesh-shaped electrode 2 pass through the electrode 2 and pass through the opening 1 along with the electrolytic solution.
It is discharged from e. As a result, in this gas separation module, the efficiency of discharging the electrolysis products generated at the electrode 2 is improved.

実施例 3 第5図は本発明のガス分離モジユールの第三実
施例を示すもので、上記第一実施例のものと同一
構成部分には同一符号を付して説明を簡略化す
る。
Embodiment 3 FIG. 5 shows a third embodiment of the gas separation module of the present invention, and the same components as those of the first embodiment are given the same reference numerals to simplify the explanation.

この例のガス分離モユールにあつては、溶液室
1に二つの気室4,4が、互いに対向するように
設けられており、それぞれガス浸透膜5,5のな
す隔壁3,3によつて、溶液室1と仕切られてい
る。
In the gas separation module of this example, two air chambers 4, 4 are provided in the solution chamber 1 so as to face each other, and are separated by partition walls 3, 3 formed by gas permeable membranes 5, 5, respectively. , separated from the solution chamber 1.

この例のガス分離モジユールにあつては、2箇
所にガス浸透膜5,5が設けられているので、こ
れらをそれぞれ陰極、陽極とすることにより電気
分解を行うことができる。そして、電解分解によ
り各ガス浸透膜5,5で発生したガスは、それぞ
れガス浸透層5a,5aの口径800Å以下の孔を
通過して気室4,4に放出される。この例のガス
分離モジユールにあつては、陰極、陽極の生成ガ
スがいずれも溶液室1から気室4,4に放出され
るので、上記第一実施例のモジユールのように気
液分離器10を連接する必要がない。
In the gas separation module of this example, the gas permeable membranes 5, 5 are provided at two locations, so that electrolysis can be carried out by using these as a cathode and an anode, respectively. Then, the gas generated in each gas permeable membrane 5, 5 by electrolytic decomposition passes through the hole having a diameter of 800 Å or less in the gas permeable layer 5a, 5a, respectively, and is released into the air chambers 4, 4. In the gas separation module of this example, the gas produced at the cathode and the anode are both discharged from the solution chamber 1 to the air chambers 4, 4, so the gas-liquid separator 10 is There is no need to connect them.

実験例 1 第5図に示したガス分離モジユールを試作し
て、水の電気分解を行い水素ガスと酸素ガスを生
産した。ガス浸透膜A,B間の距離は1mmに設定
した。
Experimental Example 1 The gas separation module shown in FIG. 5 was prototyped, and water was electrolyzed to produce hydrogen gas and oxygen gas. The distance between gas permeable membranes A and B was set to 1 mm.

この実験に用いられたガス浸透膜A,Bの仕様
は以下の通りである。
The specifications of the gas permeable membranes A and B used in this experiment are as follows.

() ガス浸透膜A 構造:厚さ0.1mmの反応層5bと厚さ0.5mmのガ
ス浸透層5aと銅製の網とが順次積層されて
なる3層構造。
() Gas permeable membrane A Structure: Three-layer structure in which a reaction layer 5b with a thickness of 0.1 mm, a gas permeable layer 5a with a thickness of 0.5 mm, and a copper mesh are sequentially laminated.

面積:900cm2 (a) 反応層5b 組成:カーボン65重量部、平均粒径0.042μ
m PTFE35重量部、平均粒径0.25μm 触媒:RuO2、粒径100Å (b) ガス浸透層5a 組成:カーボン70重量部、平均粒径0.042μ
m PTFE30重量部、平均粒径0.25μm 空孔率:65% 孔の口径:平均460Å () ガス浸透膜B 構造:厚さ0.1mmの反応層5bと厚さ0.5mmのガ
ス浸透層5aと銅製の網とが順次積層されて
なる3層構造。
Area: 900cm 2 (a) Reaction layer 5b Composition: 65 parts by weight of carbon, average particle size 0.042μ
m PTFE35 parts by weight, average particle size 0.25μm Catalyst: RuO 2 , particle size 100Å (b) Gas permeable layer 5a Composition: 70 parts by weight carbon, average particle size 0.042μm
m 30 parts by weight of PTFE, average particle size 0.25 μm Porosity: 65% Pore diameter: Average 460 Å () Gas permeable membrane B Structure: 0.1 mm thick reaction layer 5b, 0.5 mm thick gas permeable layer 5a, made of copper A three-layer structure in which the nets and nets are laminated in sequence.

面積:900cm2 (a) 反応層5b 組成:カーボン70重量部、平均粒径0.038μ
m PTFE30重量部、平均粒径0.25μm 触媒:白金系、粒径50Å (b) ガス浸透層5a 組成:カーボン70重量部、平均粒径0.042μ
m PTFE30重量部、平均粒径0.25μm 空孔率:65% 孔の口径:平均450Å このようなガス浸透膜A,Bが取り付けられた
ガス分離モジユールの溶液室1に20mol%の希硫
酸溶液を0.12/分で供給しつつ、ガス浸透膜
A,B間に電圧1.8V、電流900Aを印加した。こ
の際、ガス浸透膜Aを陽極、ガス浸透膜Bを陽極
とした。
Area: 900cm 2 (a) Reaction layer 5b Composition: 70 parts by weight of carbon, average particle size 0.038μ
m 30 parts by weight of PTFE, average particle size 0.25 μm Catalyst: Platinum-based, particle size 50 Å (b) Gas permeable layer 5a Composition: 70 parts by weight carbon, average particle size 0.042 μm
m PTFE 30 parts by weight, average particle size 0.25 μm Porosity: 65% Pore diameter: average 450 Å A 20 mol% dilute sulfuric acid solution was placed in the solution chamber 1 of the gas separation module equipped with such gas permeable membranes A and B. A voltage of 1.8 V and a current of 900 A were applied between gas permeable membranes A and B while supplying the gas at a rate of 0.12/min. At this time, gas permeable membrane A was used as an anode, and gas permeable membrane B was used as an anode.

以上の条件で装置を運転したところ、気室4,
4からそれぞれ酸素ガス3.13/分(標準状態
下)と、水素ガス6.25/分(標準状態下)と得
ることができた。
When the device was operated under the above conditions, air chamber 4,
4, oxygen gas was obtained at 3.13/min (under standard conditions) and hydrogen gas at 6.25/min (under standard conditions), respectively.

ついで、上記硫酸溶液の代わりに、アルカリ溶
液(25wt%水酸化カリウム溶液)、中性溶液
(20wt%硫酸ナトリウム溶液)等を用いて同様の
実験を行つたところ、同様に酸素ガス、水素ガス
を生産することができた。これら酸素ガス、水素
ガスの純度は99.999%であつた。
Next, we conducted a similar experiment using an alkaline solution (25wt% potassium hydroxide solution), a neutral solution (20wt% sodium sulfate solution), etc. instead of the sulfuric acid solution, and found that oxygen gas and hydrogen gas were also was able to produce it. The purity of these oxygen gas and hydrogen gas was 99.999%.

この実験の間に、ガス分離モジユールの溶液室
1の圧力を2.2Kg/cm2・Gに上げたところ、気室
4,4から回収されるガスの圧力はいずれも2.0
Kg/cm2・Gとなつた。ついでさらに溶液室1の圧
力を7.2Kg/cm2・Gとしたところ、得られたガス
の圧力はいずれも7.0Kg/cm2・Gとなり、本発明
のガス分離モジユールは溶液室1の圧力を高める
ことで気室4,4から得られるガスを昇圧できる
ことが判明した。そして、溶液室1の圧力を徐々
に上げたところ、圧力20Kg/cm2・Gまでガス浸透
膜5,5からの溶液の透過は見られず、本発明の
ガス分離モジユールは溶液室1を高圧に維持でき
ることが確認できた。溶液室1の圧力を20Kg/
cm2・Gとしたとき、得られたガスの圧力は19.0
Kg/cm2・Gであつた。
During this experiment, when the pressure in the solution chamber 1 of the gas separation module was increased to 2.2 Kg/cm 2 G, the pressure of the gas recovered from the gas chambers 4 and 4 was both 2.0
Kg/ cm2・G. Then, when the pressure in the solution chamber 1 was further increased to 7.2Kg/cm 2・G, the pressure of the obtained gases became 7.0Kg/cm 2・G, and the gas separation module of the present invention lowered the pressure in the solution chamber 1 It has been found that the gas obtained from the air chambers 4, 4 can be pressurized by increasing the pressure. When the pressure in the solution chamber 1 was gradually increased, no permeation of the solution through the gas permeable membranes 5, 5 was observed up to a pressure of 20 kg/cm 2 G. It was confirmed that it was possible to maintain the Reduce the pressure of solution chamber 1 to 20Kg/
When cm 2・G, the pressure of the obtained gas is 19.0
It was Kg/cm 2・G.

なお、浸透膜A,Bのうち一方をメツシユ状の
白金メツキチタン製電極に取り替えてガス分離モ
ジユールを運転したところ、同様に酸素ガス、水
素ガスを得ることができた。このようにモジユー
ルを運転したところ膜5の寿命を延ばすことがで
きた。
When the gas separation module was operated with one of the permeable membranes A and B replaced with a mesh-like platinum-plated titanium electrode, oxygen gas and hydrogen gas could be obtained in the same manner. When the module was operated in this manner, the life of the membrane 5 could be extended.

実験例 2 実験例1で試作したガス分離モジユールを用い
て、炭酸ガスと水素ガスを生産を行つた。
Experimental Example 2 Using the gas separation module prototyped in Experimental Example 1, carbon dioxide gas and hydrogen gas were produced.

この実験に用いられたガス浸透膜A,Bの仕様
は以下の通りである。
The specifications of the gas permeable membranes A and B used in this experiment are as follows.

() ガス浸透膜A 構造:厚さ0.1mmの反応層5bと厚さ0.5mmのガ
ス浸透層5aと銅製の網とが順次積層されて
なる3層構造。
() Gas permeable membrane A Structure: Three-layer structure in which a reaction layer 5b with a thickness of 0.1 mm, a gas permeable layer 5a with a thickness of 0.5 mm, and a copper net are laminated in sequence.

面積:900cm2 (a) 反応層5b 組成:カーボン70重量部、平均粒径0.042μ
m PTFE30重量部、平均粒径0.25μm 触媒:粒径50Åの白金系触媒および粒径
100ÅのRuO2系触媒 (b) ガス浸透層5a 組成:カーボン70重量部、平均粒径0.042μ
m PTFE30重量部、平均粒径0.25μm 空孔率:65% 孔の口径:平均450Å () ガス浸透膜B 構造:厚さ0.1mmの反応層5bと厚さ0.5mmのガ
ス浸透層5aと銅製の網とが順次積層されて
なる3層構造。
Area: 900cm 2 (a) Reaction layer 5b Composition: 70 parts by weight of carbon, average particle size 0.042μ
m PTFE 30 parts by weight, average particle size 0.25 μm Catalyst: Platinum catalyst with particle size 50 Å and particle size
100Å RuO 2 catalyst (b) Gas permeation layer 5a Composition: 70 parts by weight of carbon, average particle size 0.042μ
m 30 parts by weight of PTFE, average particle size 0.25 μm Porosity: 65% Pore diameter: Average 450 Å () Gas permeable membrane B Structure: 0.1 mm thick reaction layer 5b, 0.5 mm thick gas permeable layer 5a, made of copper A three-layer structure in which the nets and nets are laminated in sequence.

面積:900cm2 (a) 反応層5b 組成:カーボン70重量部、平均粒径0.038μ
m PTFE30重量部、平均粒径0.25μm 触媒:白金系、粒径50Å (b) ガス浸透層5a 組成:カーボン70重量部、平均粒径0.042μ
m PTFE30重量部、平均粒径0.25μm 空孔率:65% 孔の口径:平均450Å 実験に際してまず、0.5mol/希硫酸溶液に
メタノールを10vol%混合して原料溶液を作成し
た。そして、ガス分離モジユール溶液室1にこの
原料溶液を0.1分、2.0Kg/cm2・Gで供給しつ
つ、ガス浸透膜A,B間に電圧0.6〜0.7V、電流
450Aを印加した。この際、ガス浸透膜Aを陽極、
ガス浸透膜Bを陰極とした。また、原料溶液の温
度は65℃であつた。
Area: 900cm 2 (a) Reaction layer 5b Composition: 70 parts by weight of carbon, average particle size 0.038μ
m 30 parts by weight of PTFE, average particle size 0.25 μm Catalyst: Platinum-based, particle size 50 Å (b) Gas permeable layer 5a Composition: 70 parts by weight carbon, average particle size 0.042 μm
m PTFE 30 parts by weight, average particle size 0.25 μm Porosity: 65% Pore diameter: average 450 Å In the experiment, first, a raw material solution was prepared by mixing 10 vol% methanol with a 0.5 mol/diluted sulfuric acid solution. Then, while supplying this raw material solution to the gas separation module solution chamber 1 for 0.1 minute at 2.0 kg/cm 2 G, a voltage of 0.6 to 0.7 V and a current of 0.6 to 0.7 V were applied between the gas permeable membranes A and B.
450A was applied. At this time, gas permeable membrane A is used as an anode,
Gas permeable membrane B was used as a cathode. Further, the temperature of the raw material solution was 65°C.

以上の条件で装置を運転したところ、陽極であ
るガス浸透膜A側の気室4から純度99.9%、圧力
1.5Kg/cm2・Gの炭酸ガスを標準状態に換算して
毎分1.03得られ、陰極であるガス浸透膜B側の
気室4から純度99.9%、圧力1.5Kg/cm2・Gの水
素ガスを標準状態に換算して毎分6.24を得るこ
とができた。
When the device was operated under the above conditions, the air chamber 4 on the gas permeable membrane A side, which is the anode, showed a purity of 99.9% and pressure.
Carbon dioxide gas of 1.5Kg/cm 2 G is converted to standard conditions and is obtained at 1.03 per minute, and hydrogen with a purity of 99.9% and a pressure of 1.5Kg/cm 2 G is produced from the air chamber 4 on the gas permeable membrane B side, which is the cathode. By converting the gas to standard conditions, we were able to obtain 6.24 per minute.

この装置にあつては、メタノールが減極作用を
果し、電力使用量を大幅に低減できた。
In this device, methanol has a depolarizing effect, making it possible to significantly reduce power consumption.

実験例 3 第4図に示した分離モジユールを試作して、水
電解を行なつた。
Experimental Example 3 The separation module shown in Figure 4 was prototyped and water electrolysis was performed.

ガス分離モジユールの電極2には、白金メツキ
されたチタン製メツシユ状電極を用いた。
As the electrode 2 of the gas separation module, a platinum-plated titanium mesh electrode was used.

また、ガス浸透膜5には、次の仕様のものを用
いた。
Furthermore, the gas permeable membrane 5 used had the following specifications.

構造:厚さ0.1mmの反応層5bと厚さ0.5mmのガス
浸透層5aと銅製の網とが順次積層されてなる
3層構造。
Structure: Three-layer structure in which a reaction layer 5b with a thickness of 0.1 mm, a gas permeation layer 5a with a thickness of 0.5 mm, and a copper net are laminated in sequence.

面積:900cm2 (a) 反応層5b 組成:カーボン70重量部、平均粒径0.038μm PTFE30重量部、平均粒径0.25μm FEP5重量部、平均粒径0.2μm 触媒:ニツケル系、平均粒径300Å (b) ガス浸透層5a 組成:カーボン50重量部、平均粒径0.042μm フツ化カーボン20重量部、平均粒径0.01μm PTFE30重量部、平均粒径0.25μm 空孔率:64% 孔の口径:平均440Å これら電極2とガス浸透膜5との間隔は1mmで
あつた。
Area: 900 cm 2 (a) Reaction layer 5b Composition: 70 parts by weight of carbon, average particle size 0.038 μm 30 parts by weight PTFE, average particle size 0.25 μm 5 parts by weight FEP, average particle size 0.2 μm Catalyst: Nickel-based, average particle size 300 Å ( b) Gas permeation layer 5a Composition: 50 parts by weight of carbon, average particle size 0.042 μm 20 parts by weight of carbon fluoride, average particle size 0.01 μm 30 parts by weight PTFE, average particle size 0.25 μm Porosity: 64% Pore diameter: Average 440 Å The distance between these electrodes 2 and the gas permeable membrane 5 was 1 mm.

このようなガス分離モジユールにより、電極2
を陽極、ガス分離膜5を陰極とし、電流密度
50A/dm2、浴電圧2.3Vで5%硫酸溶液を電解し
たところ、気室4から純度99.999%の水素ガスを
得ることができた。
With such a gas separation module, the electrode 2
is the anode, the gas separation membrane 5 is the cathode, and the current density is
When a 5% sulfuric acid solution was electrolyzed at 50 A/dm 2 and a bath voltage of 2.3 V, hydrogen gas with a purity of 99.999% could be obtained from the air chamber 4.

この状態でガス分離モジユールを30日間連続運
転したところ、浴電圧は2.3Vで一定であつた。
この結果、このガス分離モジユールは実用に十分
耐え得るものであることが判明した。
When the gas separation module was operated continuously for 30 days under this condition, the bath voltage remained constant at 2.3V.
As a result, it was found that this gas separation module was sufficiently durable for practical use.

また、このメツシユ状の電極2を用いたガス分
離モジユールにあつては、電極2で発生したガス
が硫酸溶液に流れに乗つて開口1eから速やかに
排出された。
In addition, in the gas separation module using this mesh-shaped electrode 2, the gas generated at the electrode 2 was quickly discharged from the opening 1e along with the flow of the sulfuric acid solution.

さらに、この実験にあつては、電解溶液として
硫酸溶液を用いたので、気液分離を良好に行なう
ことができた。
Furthermore, in this experiment, since a sulfuric acid solution was used as the electrolytic solution, gas-liquid separation could be performed satisfactorily.

この実験に際して、電流密度を200Aまで順次
変化させたところ、第6図に示すように、電流密
度に比例して浴電圧が上昇した。
In this experiment, when the current density was successively varied up to 200 A, the bath voltage increased in proportion to the current density, as shown in FIG.

また、この実験と逆に電極2を陰極、ガス浸透
膜5を陽極とした電解を行ない、電流密度を変化
させたところ、第7図に示すように、電流密度の
上昇と共に浴電圧が低下した。
In addition, when electrolysis was carried out with electrode 2 as the cathode and gas permeable membrane 5 as the anode, and the current density was varied, as shown in Fig. 7, the bath voltage decreased as the current density increased, as shown in Figure 7. .

なお、本発明のガス分離モジユールは上記実施
例に限られるものではない。例えば、本発明のガ
ス分離モジユールによれば、イオン化できる気体
であれば、酸素ガスや水素ガスだけでなく、塩素
ガスなどの各種のガスを生産、精製できる。
Note that the gas separation module of the present invention is not limited to the above embodiments. For example, according to the gas separation module of the present invention, various gases such as not only oxygen gas and hydrogen gas but also chlorine gas can be produced and purified as long as they can be ionized.

また、本発明のガス分離モジユールを実用に供
する場合は、モジユールを複数個連設して用いて
も良いことは勿論である。
Furthermore, when the gas separation module of the present invention is put to practical use, it goes without saying that a plurality of modules may be used in series.

さらに、本発明のガス分離モジユールは、水の
電解やガスの分離・精製だけでなく、燃料電池等
にも利用できる利用範囲の広いものである。
Furthermore, the gas separation module of the present invention has a wide range of applications, and can be used not only for water electrolysis and gas separation and purification, but also for fuel cells and the like.

「発明の効果」 以上説明したように、本発明のガス分離モジユ
ールは、導電性を有する微粒子を結合して口径
0.05μm以下の多数の孔を有し空孔率を40〜80%
とした多孔質のガス浸透層と、このガス浸透層の
表面側に一体化し、導電性微粒子を結合してな
り、口径0.5μm以下の多数の孔を有し、空効率40
〜80の多孔質体であつて、内部に前記溶液の電気
分解の反応を促進する触媒を担持した反応層とを
具備するガス浸透膜により電極を形成したものな
ので、溶液の電気分解やガスの精製・分離を効率
良くなしうるものとなる。
"Effects of the Invention" As explained above, the gas separation module of the present invention combines conductive fine particles to
Has a large number of pores of 0.05 μm or less, and has a porosity of 40 to 80%.
It is made by combining a porous gas permeable layer with conductive fine particles integrated on the surface side of this gas permeable layer, and has a large number of pores with a diameter of 0.5 μm or less, and has an air efficiency of 40
The electrode is formed by a gas permeable membrane, which is a porous material with a thickness of ~80 mm and has a reaction layer supporting a catalyst that promotes the electrolysis reaction of the solution. Purification and separation can be carried out efficiently.

また、本発明のガスモジユールは、導電性微粒
子を結合し、口径0.5μm以下の多数の孔を有し、
空孔率40〜80%の多孔質体であつて、内部に前記
溶液の電気分解の反応を促進する触媒を担持した
厚さ1.0mm以下の反応層を有するガス浸透膜を備
えているので、前記反応層に、触媒を広く担持さ
せることができるので、高価な白金等の触媒の使
用量を低減することができ、電解装置の製造コス
トを低減することができる。更に、前記反応層を
ガス浸透層よりも薄く形成しているので触媒の使
用量を少なくできるとともに、この薄い多孔質の
反応層で電解を促進し、促進された電解により生
じる反応生成物の気泡をガス浸透層に確実に導く
ことができる。
Further, the gas module of the present invention combines conductive fine particles and has a large number of pores with a diameter of 0.5 μm or less,
It is a porous body with a porosity of 40 to 80%, and is equipped with a gas permeable membrane having a reaction layer with a thickness of 1.0 mm or less that supports a catalyst that promotes the electrolysis reaction of the solution. Since the catalyst can be widely supported on the reaction layer, the amount of expensive catalyst such as platinum used can be reduced, and the manufacturing cost of the electrolyzer can be reduced. Furthermore, since the reaction layer is formed thinner than the gas permeation layer, the amount of catalyst used can be reduced, and this thin porous reaction layer promotes electrolysis, and the bubbles of reaction products generated by the accelerated electrolysis are removed. can be reliably guided to the gas permeation layer.

そして、本発明のガス分離モジユールを電解装
置に用いた場合、電極としてのガス浸透膜の反応
層で発生したガスは、そのガス浸透膜のガス浸透
層を透過して系外に速やかに放出される。この結
果、電極としてのガス浸透膜の表面が気泡で覆わ
れたり、溶液室内に生成ガスが滞留するといつた
ことがなく、生成ガスによる減極や過電圧を低減
できる。従つて、本発明のガス分離モジユールに
よれば、より低い電圧で電流効率良く(99.5%以
上の電流効率を実現できる)電気分解を行うこと
ができる。また、電流密度を100〜500A/dm2
大幅に向上できる(従来、一般に水電解装置に有
つては最高10〜20A/dm2程度)。
When the gas separation module of the present invention is used in an electrolytic device, the gas generated in the reaction layer of the gas permeable membrane as an electrode is quickly released to the outside of the system through the gas permeable layer of the gas permeable membrane. Ru. As a result, the surface of the gas permeable membrane serving as an electrode is not covered with bubbles or the generated gas remains in the solution chamber, and depolarization and overvoltage caused by the generated gas can be reduced. Therefore, according to the gas separation module of the present invention, electrolysis can be performed with a lower voltage and with good current efficiency (a current efficiency of 99.5% or more can be achieved). In addition, the current density can be significantly improved to 100 to 500 A/dm 2 (conventionally, the maximum for water electrolysis devices is about 10 to 20 A/dm 2 ).

また、本発明のガス分離モジユールにあつて
は、ガス浸透膜から生成ガスを直ちに系外に放出
できるので、陽極・陰極に隔膜を設ける必要がな
い。従つて、本発明のガス分離モジユールにあつ
ては、陽極・陰極間の距離を十分に小さくでき、
これによつても装置の電流効率の向上、極間電圧
の低下を図ることができる。さらに、隔膜を設け
る必要がないので、溶液室を縮小でき、電解装置
の小型化を実現できる。
Furthermore, in the gas separation module of the present invention, the generated gas can be immediately released from the system through the gas permeable membrane, so there is no need to provide a diaphragm at the anode and cathode. Therefore, in the gas separation module of the present invention, the distance between the anode and the cathode can be made sufficiently small;
This also makes it possible to improve the current efficiency of the device and reduce the voltage between electrodes. Furthermore, since there is no need to provide a diaphragm, the solution chamber can be reduced and the size of the electrolytic device can be reduced.

さらに、本発明のガス分離モジユールにあつて
は、発生したガスが直ちにガス浸透膜から系外に
放出されるので、陽極、陰極で得られる各生成ガ
スの差圧の管理が不要であるうえ、溶液室の圧力
とほぼ等しい圧力のガスを得ることができる。従
つて、本発明のガス分離モジユールは溶液室の圧
力を昇圧して、高圧のガスを生産、精製すること
ができ、ガスの昇圧装置として利用することも可
能である。また、本発明のガス分離モジユールを
構成するガス浸透膜は、強い耐圧強度を有するの
で、かなり高圧のガスを容易に生産することがで
きる。
Furthermore, in the gas separation module of the present invention, the generated gas is immediately released from the gas permeable membrane to the outside of the system, so there is no need to manage the differential pressure of each generated gas obtained at the anode and cathode. It is possible to obtain gas at a pressure approximately equal to the pressure in the solution chamber. Therefore, the gas separation module of the present invention can increase the pressure in the solution chamber to produce and purify high-pressure gas, and can also be used as a gas pressurization device. Further, since the gas permeable membrane constituting the gas separation module of the present invention has high pressure resistance, gas at considerably high pressure can be easily produced.

さらに、本発明のガス分離モジユールを構成す
るガス浸透膜は気液分離機能を有するので、本発
明のガス分離モジユールによればこのガス浸透膜
でガスが精製され、純度の高い(99.999%以上)
ガスを得ることができる。
Furthermore, since the gas permeable membrane constituting the gas separation module of the present invention has a gas-liquid separation function, the gas is purified by the gas permeable membrane according to the gas separation module of the present invention, and has a high purity (99.999% or more).
You can get gas.

また、本発明のガス分離モジユールにあつて
は、隔膜が不要なので、発ガン性を有するアスベ
ストを用いる必要がなく、電解装置の設置を任意
に行うことができる。
Further, since the gas separation module of the present invention does not require a diaphragm, there is no need to use carcinogenic asbestos, and the electrolytic device can be installed as desired.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明のガス分離モジユールの一実施
例を示す断面図、第2図は本発明のガス分離モジ
ユールに用いられるガス浸透膜の一例を示す断面
図、第3図は第一実施例のガス分離モジユールを
備えた電解装置の一例を示す概略構成図、第4図
ないし第5図はそれぞれ本発明のガス分離モジユ
ールの第二、第三の実施例を示す断面図、第6図
および第7図は実験例3で調べた電流密度と浴電
圧の関係を示すグラフである。 1……溶液室、2……電極、3……隔壁、4…
…気室、5……ガス浸透膜、5a……ガス浸透
層、5b……反応層。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of the gas separation module of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the gas permeable membrane used in the gas separation module of the present invention, and FIG. 3 is a first embodiment. 4 and 5 are cross-sectional views showing second and third embodiments of the gas separation module of the present invention, and FIG. 6 and FIG. FIG. 7 is a graph showing the relationship between current density and bath voltage investigated in Experimental Example 3. 1... Solution chamber, 2... Electrode, 3... Partition wall, 4...
...Air chamber, 5...Gas permeable membrane, 5a...Gas permeable layer, 5b...Reaction layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 溶液の電気分解を行うための陽極と陰極の電
極をそれぞれ備え、溶液が供給排出される溶液室
と、この溶液室に隔壁を介して連接された一室以
上の気室とを具備してなり、 上記隔壁の少なくとも一部が、 導電性を有する微粒子を多数結合してなり、口
径0.5μm以下の多数の孔を有し、空孔率40〜80%
の厚さ2.0mm以下の多孔性のガス浸透層と、 このガス浸透層の表面側に一体化され、導電性
微粒子を結合してなり、口径0.5μm以下の多数の
孔を有する空孔率40〜80%の多孔質体であつて、
内部に前記溶液の電気分解の反応を促進する触媒
を担持した厚さ1.0mm以下の反応層とを具備する
ガス浸透膜により形成されると共に、 上記溶液室の電極の陰極と陽極の少なくとも一
方が前記ガス浸透膜により構成され、前記反応層
が溶液室側に向けられ、前記反応層が前記ガス浸
透層よりも薄く形成されてなることを特徴とする
ガス分離モジユール。
[Scope of Claims] 1. A solution chamber provided with anode and cathode electrodes for electrolyzing a solution, into which a solution is supplied and discharged, and one or more gas chambers connected to this solution chamber via a partition wall. at least a part of the partition wall is formed by bonding a large number of conductive fine particles, has a large number of pores with a diameter of 0.5 μm or less, and has a porosity of 40 to 80%.
A porous gas-permeable layer with a thickness of 2.0 mm or less, and conductive fine particles integrated on the surface side of this gas-permeable layer, with a porosity of 40% having a large number of pores with a diameter of 0.5 μm or less. ~80% porous material,
It is formed of a gas permeable membrane comprising a reaction layer with a thickness of 1.0 mm or less that supports a catalyst for promoting the electrolysis reaction of the solution, and at least one of the cathode and the anode of the electrode of the solution chamber is formed. A gas separation module comprising the gas permeable membrane, wherein the reaction layer faces the solution chamber side, and the reaction layer is formed thinner than the gas permeation layer.
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