(57)【要約】      （修正有）【課題】炭素繊維の円筒形電極を用いた両電極の表面積が大きく両電極が平行で電解効率の高い電解方法を提供する。【解決手段】可撓性がある炭素繊維（ＣＦ）をらせん巻して円筒形にするか、シート状にしたＣＦを円筒形（これらをＣＦパイプと呼称）にして、ＣＦパイプ１５の中に炭素棒をＣＦパイプの内側の面と炭素棒の面が平行になるように入れて、ＣＦパイプを陽極とし炭素丸棒を陰極した同じ容積の電解槽内で、平板電極を平行に浸漬するよりも向き合う電極の表面積が大きな電解装置ができる。この装置により電解を行う。また、陰極の炭素棒に替えてＦｅ（鉄）パイプ１６またはＰｔ（白金）パイプを用いることにより、Ｆｅ丸棒またはＰｔ丸棒を用いるよりＦｅまたはＰｔの使用量が節約できる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
極めて微細で長繊維の炭素繊維（ＣＦと略記。ＣＦのＰＡＮ系、ピッチ系などの別は問わない）は可撓性があり、柔軟性を要する形状に加工できるので、ＣＦを電気分解（電解）の電極に用いる。
ＣＦをらせん巻して円筒をつくる。また、ＣＦをシート状に加工したもので円筒をつくる。また、ＣＦを細分化したチップを成型して円筒をつくる。これらの円筒をＣＦパイプと呼称する。
但し、ＣＦパイプがばらけないように、金属を含まない導電性がある耐水性耐薬品性の接着物質（炭素同素体が混合しているものを含む）で固める。
ＣＦパイプの内径より小さな外径の鉄（Ｆｅ）パイプを、ＣＦパイプの中へＣＦパイプと平行になるように入れる。この場合、ＣＦパイプとＦｅパイプは電解に必要な間隔をあける。
この組合せのＣＦパイプとＦｅパイプをＮａＣｌ水溶液に浸漬し、ＣＦパイプを陽極、Ｆｅパイプを陰極として直流電圧を加えると、陽極でＣｌ２を発生し、陰極でＨ２が発生して、陰極側にＮａＯＨが生ずる電解の方法。
【請求項２】
請求項１の方法で、Ｆｅパイプに替えて白金（Ｐｔ）パイプを用いて電解をする方法。
【請求項３】
請求項１の方法でのＣＦパイプより細いＣＦパイプをつくり、Ｆｅパイプに替えて細いＣＦパイプを用いて電解をする方法。
【請求項４】
請求項１の方法で、陰極にＦｅ丸棒またはＰｔ丸棒または炭素丸棒を用いて電解をする方法。
【請求項５】
請求項１の方法で、ＣＦパイプに替えて、炭素（Ｃ：炭素同素体が混合しているものを含む）を円筒形に成型したＣパイプを用いて電解をする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、炭素（黒鉛：Ｃ）に比し、可撓性が優れている炭素繊維（ＣＦ）で円筒をつくり、または炭素を成型して円筒をつくり、これらを電極に用いて効率的な電気分解（電解）を行なう技術に関する。
【背景技術】
【０００２】  ２本の炭素電極をＮａＣｌ水溶液（電解液）に浸漬して両極に直流電圧を加えると、電極と電解液の界面で電子ｅ−の授受が行われ、陰極でＨ２Ｏが還元されてＨ２を発生し、陽極でＣｌ−が酸化されてＣｌ２を発生する。そして、陰極の近くにＮａＯＨが生成する。
即ち、陰極で：２Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→Ｈ２＋２ＯＨ−                      （１）
陽極で：２Ｃｌ−→Ｃｌ２＋２ｅ−                              （２）
全体で：２ＮａＣｌ＋２Ｈ２Ｏ→２ＮａＯＨ＋Ｈ２＋Ｃｌ２        （３）
この化学反応で、教科書などの解説に用いられている説明図には、従来より誤り、または曖昧さが見受けられる（［０００４］で示す）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  電解の化学反応は、電極と電解液の界面で電子ｅ−の授受によって進行するので、加える直流電圧の大きさが一定なら、電極の表面積が大きいほど電子ｅ−の授受は効果的に行われる。
容積が限られている電解槽内で、表面積が大きい電極をつくるためには、２本の電極を太くすればよいが限度がある。
ＣＦをらせん状に巻いて円筒形にしたり、シート状にしたＣＦを円筒形にする。また、細分化したＣＦチップを成型して円筒をつくる。以下、これらをＣＦパイプと呼称する。
また、Ｃを成型して円筒をつくり、これをＣパイプと呼称する。
ＣＦは主成分がＣであるから、ＣパイプはＣＦパイプの範疇に入る。
ＣＦパイプは、限られた容積の電解槽内で、表面積が大きい電極として用いることができる。
従って、ＣＦパイプ電極による電解の特長を示すことが、発明が解決しようとする課題である。
但し、ＣＦパイプ電極はばらけないように、金属を含まない導電性がある耐水性耐薬品性の接着物質（炭素同素体が混合しているものを含む）で固める。
また、ＣＦパイプ電極を電解液に浸漬すると、毛細管現象で電解液が電極端子まで上昇し、電源接続端子の金属に影響を及ぼすので、これを防ぐために、図１のようにＣＦの一部を接着剤で固めたものを電極に接続して電極端子とする。
なお、以下に示す電解は９Ｖの直流電源で行った。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  ＮａＣｌ水溶液の電解について、教科書などで解説するのに用いられている従来の説明図から導かれる横断面図を図２に示す。
図２によると、電解によって発生するＨ２とＣｌ２の気泡は、陽極と陰極の両電極の周囲面にほぼ均一に付着（グレーで示す）している。
直径５ｍｍの炭素棒による電解をして両電極を観察すると、図２のように見える。
直径１０ｍｍの炭素棒を用いて電解をすると、両電極の周囲面の気泡は図３に示すように、互いに両電極に近い面に多く付着（グレーで示す）しているのが観察される。
そこで、直径５ｍｍの炭素棒に付着している気泡を注意深く観察すると、両電極の気泡は互いに両電極に近い面に密生し、両電極の互いに遠い面の気泡の付着は少なく、図２のようには見えないで図３のように見えることが確かめられる。【０００５】  ＣｕＣｌ２の水溶液に、直径１０ｍｍの炭素棒を浸漬して電解をすると、
Ｃｕ２＋＋２Ｃｌ−→Ｃｕ＋Ｃｌ２                          （４）
の化学反応によって、陰極の表面にＣｕが析出し、陽極の表面ではＣｌ２が発生する。これをよく観察すると、Ｃｕは陰極の陽極に近い面に多く付着し、Ｃｌ２は陽極の陰極に近い面に多く付着している。
この現象に関する教科書などの説明図でも、Ｃｕは陰極の周囲面にほぼ均一に付着し、Ｃｌ２の気泡は陽極の周囲面にほぼ均一に付着しているように記されている。【０００６】  〔０００４〕と〔０００５〕の現象は、円柱形の電極を用いる電解に関する従来の教科書などの説明図は誤り、または曖昧であることを示しており、両電極の周囲面は互いに等間隔で平行を保つことが、電極反応による物質が両電極面でほぼ均一に生ずるための条件であることを示唆している。【０００７】  そこで、横断面図が図４のように、ＣＦパイプ電極の中へ炭素棒電極を入れた電解装置をつくる。但し、ＣＦパイプの内面と炭素棒の周囲面は平行である。
図４の装置にＮａＣｌ水溶液を入れて電解をすると、各電極面にＨ２とＣｌ２の気泡がほぼ均一に付着（グレーで示す）する。
また、ＣｕＣｌ２水溶液を図４の装置に入れて電解をすると、陰極面にＣｕがほぼ均一に析出付着し、陽極面にＣｌ２の気泡がほぼ均一に付着（グレーで示す）する。
これらの現象は、２枚の平板電極を電解液に平行に浸漬して電解をする場合と同様に、陽極と陰極が円筒と円柱であっても、相対する面が平行であれば、電極反応によって生ずる物質は、両電極の周囲面にほぼ均一に生ずることを示している。【０００８】  電解の化学反応は、電極と電解液の界面で電子ｅ−の授受によって進行するので、図４の陰極に鉄（Ｆｅ）パイプを用いて、ＮａＣｌ水溶液の電解を行う（図５）と、陰極と陽極の面にそれぞれＨ２とＣｌ２の気泡がほぼ均一に付着（グレーで示す）する。
また、Ｆｅパイプ電極に替えて、陽極のＣＦパイプ電極より細いＣＦパイプ電極を用いても、同様の現象が観られる。【０００９】  ［０００４］［０００５］［０００６］［０００７］［０００８］等で確かめたように、ＣＦパイプ電極の中へ炭素棒電極またはＦｅパイプ電極を入れて行う新しい電解方法を開発したのが、課題を解決するための手段である。
【発明の効果】
【００１０】  ＣＦパイプ電極を用いる電解方法によって、電極と電解液の界面での電子ｅ−の授受が界面全体で均一に行なわれ、次のようなＣＦパイプ電極の発明効果がある。
１．電極がＣＦ−ＦｅまたはＣＦ−Ｐｔの場合：ＣＦパイプ電極を太く、Ｆｅパイプ電極またはＰｔパイプ電極を細くして、ＣＦパイプ電極の中へＦｅパイプ電極またはＰｔパイプ電極を入れ、互いの面を平行に保ち、ＣＦパイプ電極を陽極とし、Ｆｅパイプ電極またはＰｔパイプ電極を陰極として電解をする。これによって、Ｆｅ丸棒電極またはＰｔ丸棒電極を用いるより、ＦｅまたはＰｔの使用が節約できる。
２．電極がＣＦ−ＣＦの場合：太いＣＦパイプ電極の中へ細いＣＦパイプ電極を入れ、互いの面を平行に保って電解をする。この場合は、陽極と陰極の選択は自由である。
なお、ＣパイプをＣＦパイプと代替できるが、強度に難点があるので、これを補うためにＣにＣＦチップを混合して成型する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】  ［００１０］で示したように、ＣＦパイプ電極を使うことにより、ＦｅまたはＰｔを節約したＦｅパイプ電極またはＰｔパイプ電極の使用が可能になった。
従って、これらの電極を電解方法に応じた組合せによって、限られた容積の電解槽の中で、電子ｅ−の授受が効率よく行われる電極面積の大きな電解装置ができる。
例えば、ＮａＯＨの工業生産は、鉄網（Ｆｅ）を円筒形にした陰極の中に、円柱形の炭素棒を陽極として入れ、陰極と陽極の間に陽イオン交換膜を設けた装置（図６）によって行われているが、ＣＦパイプの開発によって、両電極は図６の位置と入替が可能になる。
即ち、陰極の鉄網（Ｆｅ）の位置にＣＦパイプ（通水孔をあける）を設けて陽極とし、陽極の炭素棒の位置にＦｅパイプを設けて陰極としたＮａＯＨの工業生産装置（図７）をつくることができる。
Ｆｅの水素発生過電圧は希少金属で高価なＰｔについで小さいために、ＮａＯＨの工業生産装置にＦｅが用いられている（丸善発行：渡辺正ほか３氏著「電気化学」）が、ＣＦパイプ電極を用いた図７の装置にするとＦｅの使用量が節約されるばかりか、Ｐｔの使用量を節約できるのでＰｔパイプ電極の使用も可能になり、ＮａＯＨの工業生産効率向上に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】  電極と電極端子を示す図
【図２】  教科書などの電解説明図の縦断面図から導いた横断面図
【図３】  直径１０ｍｍの炭素電極による電解を示す横断面図
【図４】  ＣＦパイプ電極の中心に炭素電極を入れた電解装置の横断面図
【図５】  図４の炭素電極の代りに、Ｆｅパイプ電極またはＣＦパイプ電極を入れた電解装置の横断面図
【図６】  従来のＮａＯＨの工業生産装置の原理を示す側断面図
【図７】  ＣＦパイプ電極（陽極）とＦｅパイプ電極（陰極）を用いた本発明によるＮａＯＨ工業生産装置の原理を示す側断面図
【符号の説明】
【００１３】  １    電極（ＣＦまたは黒鉛）
２    電極端子（ＣＦ）
３    接着剤（例えばエポキシ系）
４    電極と電極端子を結合
５    電解液（ＮａＣｌ水溶液またはＣｕＣｌ２水溶液）
６    陽極（炭素棒）
７    陰極（炭素棒）
８    電解液（ＮａＣｌ水溶液またはＣｕＣｌ２水溶液）
９    陽極（炭素棒）
１０  陰極（炭素棒）
１１  電解液（ＮａＣｌ水溶液またはＣｕＣｌ２水溶液）
１２  陽極（ＣＦパイプ）
１３  陰極（炭素棒）
１４  電解液（ＮａＣｌ水溶液）
１５  陽極（ＣＦパイプ）
１６  陰極（ＦｅパイプまたはＣＦパイプ）
１７  陽極室（ＮａＣｌ水溶液）
１８  陽極（炭素棒）
１９  陰極室（水）
２０  陽イオン交換膜
２１  プラスチックなどの網
２２  陰極（鉄網）
２３  陽極室（ＮａＣｌ水溶液）
２４  陽イオン交換膜（旭化成ケミカルズ社製を使用）
２５  プラスチックなどの網
２６  陽極（ＣＦパイプ）
２７  陰極室（水）
２８  陰極（Ｆｅパイプ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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