(57)【要約】      （修正有）【課題】電気分解によって新しい物質を連続的に生成する電解槽であって、生成効率を犠牲にしないで、副生成物の生成を抑えながら、未電解物の残存比率を画期的に下げることのできる電解槽を提供する。【解決手段】連続電解においては、1組の電解槽では、電圧と電流の組み合わせを１種類しか設定できないので、せいぜい、電解槽入口の被電解物の組成と出口の組成の平均に相当する電解条件でしか電解できない。従って、出口組成よりさらに進んだ電解状態を得るためには、独立に電解条件を設定できる複数の電解ユニットを組み合わせて用いること以外に方法がないことから、連続電解において、未電解物質の比率を下げることのできる電解槽として、少なくとも対向電極間の電圧が、各電解槽間で独立に設定され、被電解物の一定方向の流路８，９を構成するように配設された２以上の電解槽１，２で構成された複合電解槽。【選択図】図１
2010126769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも対向電極間の電圧が、各電解槽間で独立に設定され、被電解物の一定方向の流路を構成するように配設された２以上の電解槽で構成された複合電解槽
【請求項２】
構成する電解槽の内、少なくとも１は他の電解槽と電極構成が異なることを特徴とする、請求項１記載の複合電解槽
【請求項３】
少なくとも１の単極式電解槽と、少なくとも１の複極式電解槽を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の複合電解槽
【請求項４】
複合された全ての電解槽が定電圧電解槽であって、対向電極間電圧が、複合された各電解槽間で異なることを特徴とする、請求項１乃至３の何れかに記載の複合電解槽
【請求項５】
複合された各電解槽における電解処理が、時間的に密接し、相互に継続して行われることを特徴とする、請求項１乃至４の何れかに記載の複合電解槽
【請求項６】
時間的に密接し、継続して行われる電解処理において、処理が、時間的に早い電解槽ほど対向電極間電圧が低電圧であることを特徴とする、請求項1乃至５の何れかに記載の複合電解槽
【請求項７】
複合された各電解槽間の対向電極間電圧の差が、時間的に直前又は直後に密接し継続処理する電解槽間で、０．１ボルト以上3ボルト以下であることを特徴とする、請求項１乃至６の何れかに記載の複合電解槽
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は物質の電気分解において、複数の電解槽で構成された複合電解槽で、連続的に電解する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解（電気分解）により物質を生成する方法は古くから、広い分野に亘って行われてきた。その主な理由は、電解が加熱や加圧などの手段と比較し、低いエネルギーで反応を進めることが可能なこと及び、電解電圧を選ぶことで、ある程度反応を選択することが可能であることである。
【０００３】
しかし、電解には欠点があり、その１つは、電圧や電流値が電解原料物質（イオン）濃度に依存してしまうことである。従って、生成純度や電解効率が原料物質濃度に依存することを意味する。連続電解を行う場合、物質の生成効率を維持するために必然的に電流や電圧の範囲を一定に固定する必要があるので、設定電解の下限条件を維持できないイオン濃度以下には電解できないのである。これは、処理後の原料中に一定レベルの未処理物質を含むことを意味し、目的によっては電解の後に、物理化学的処理による分離等の処理工程が必要になる場合がある。また、後処理自体が技術的に困難であったり、実用に適しないような費用がかかる場合は、未電解物の濃度が問題にならない程度になるまで処理速度を落として効率を犠牲にしなければならない場合もある。
【０００４】
一方、回分式電解であれば、電解条件の選択や電解時間も自由に設定可能であるため、このような問題は解消できる場合もあるが、その反面生成効率は大幅に犠牲にせざるを得ないので、生成コストの大幅な上昇を免れない。
【０００５】
そのため、電解反応を進めるための工夫は種々なされている。特許文献１には多段式の電解イオン水生成装置が記載されている。最初の電解槽で生成された酸性電解イオン水にハロゲン化物を添加し次段の電解槽に送り電解することにより強酸性イオン水を効率よく生成するという。一方、特許文献２には、１つの電解槽容器の中に、複数の電解槽ユニットを収容した、水の処置方法および処理装置が記載されている。筒型電解槽の内部液を、次々に隣接する電解槽ユニットに移して電解することにより、最後の電解槽ユニットから良好な性質の処理水が得られるとしている。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３９８７号公報
【特許文献２】特開平９−３１４１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者は目的とする電解反応を進め、副生成物の生成を抑えながら、未電解物の残存率を極限まで低下させる方法を得ることを目的に検討を重ねた。前述の、多段式の電解イオン水生成装置は、電解物に新たな原料を添加し電解する方法であるので、生成物濃度は高めることは可能と考えられるが、電解反応を進めるための工夫はなされていないため、未分解による不純物濃度も高くなるはずである。このような方法では、生成物の用途が制限されることもあり本来の目的を達成できないことが分かる。
【０００８】
又、前述の１つの電解槽内に複数の電解槽ユニットを収納した装置では、連続生成において滞留時間を長くするために流速を遅くした状態と同じことであり、生成効率は悪くなる。さらに、各電解槽ユニットの運転条件については触れられていないが、それらが同一であれば、未電解物の比率を変えることは困難である。
【０００９】
そこで、本発明者は、生成効率を犠牲にしないで、副生成物の生成を抑えながら、未電解物の残存比率を画期的に下げることのできる電解槽を提供することを本発明が解決しようとする課題とした。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
連続電解においては、1組の電解槽では、電圧と電流の組み合わせを１種類しか設定できないので、せいぜい、電解槽入口の被電解物の組成と出口の組成の平均に相当する電解条件でしか電解できないことを確認した。そのことから、出口組成よりさらに進んだ電解状態を得るためには、独立に電解条件を設定できる複数の電解ユニットを組み合わせて用いること以外に方法がないことを確認し、それに基づいて以下の各態様を提供した。
【００１１】
まず、連続電解において、未電解物質の比率を下げることのできる電解槽として、少なくとも対向電極間の電圧が、各電解槽間で独立に設定され、被電解物の一定方向の流路を構成するように配設された２以上の電解槽で構成された複合電解槽を、本課題解決手段の第１の態様とした。
【００１２】
又、第１の態様において、複合電解槽を構成する電解槽の内、少なくとも１は他の電解槽と電極構成が異なる複合電解槽を、本課題解決手段の第２の態様とした。
【００１３】
さらに又、第１又は２の態様において、少なくとも１の単極式電解槽と、少なくとも１の複極式電解槽を含む複合電解槽を、本課題解決手段の第３の態様とした。
【００１４】
さらに又、第１乃至３の何れかの態様において、複合された全ての電解槽が定電圧電解槽であって、対向電極間電圧が、複合された各電解槽間で異なる複合電解槽を、本課題解決手段の第４の態様とした。
【００１５】
さらに又、第１乃至４の何れかの態様において、複合された各電解槽における電解処理が、時間的に密接し、相互に継続して行われる複合電解槽を、本課題解決手段の第５の態様とした。
【００１６】
さらに又、第１乃至５の何れかの態様において、時間的に密接し、継続して行われる電解処理において、処理が時間的に早い電解槽ほど対向電極間電圧が低電圧である複合電解槽を、本課題解決手段の第６の態様とした。
【００１７】
そして最後に、第１乃至６の何れかの態様において、複合された各電解槽間の対向電極間電圧の差が、時間的に直前又は直後に密接し継続処理する電解槽間で、０．１ボルト以上3ボルト以下である複合電解槽を、本課題解決手段の第７の態様とし、本発明を完成させた。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の効果は以下の通りである。まず、少なくとも対向電極間の電圧が、各電解槽間で独立に設定され、被電解物の一定方向の流路を構成するように配設された２以上の電解槽で構成された複合電解槽としたことにより次の効果が得られる。初めの電解槽における電解電圧と異なる電圧で電解することが可能となることから、本質的に電解条件を変更することが可能になり、連続電解であっても、未電解物質の比率を下げることが容易となった。
【００１９】
又、複合電解槽を構成する電解槽の内、少なくとも１は他の電解槽と電極構成が異なる複合電解槽としたことにより、設定した電解条件、つまり電解電圧、電解電流及び被電解物の滞留時間等を自由に設定することが可能になり、一層未電解物の比率を下げる電解条件の設定が容易になった。
【００２０】
さらに又、少なくとも１の単極式電解槽と、少なくとも１の複極式電解槽を含む複合電解槽としたことにより、前述の電解条件の設定及び電源の選定が一層容易になった。
【００２１】
さらに又、複合された全ての電解槽が定電圧電解槽であって、対向電極間電圧が、複合された各電解槽間で異なる複合電解槽としたことにより、構成する各電解槽の電圧を固定して、他と異なる設定にすることが可能になり、なお一層、未分解物の比率を下げる電解条件の設定が容易になった。
【００２２】
さらに又、複合された各電解槽における電解処理が、時間的に密接し、相互に継続して行われる複合電解槽としたことにより、電解未了の被電解物が滞留され、副反応が進む可能性を最少にすることができた。
【００２３】
さらに又、時間的に密接し、継続して行われる電解処理において、処理が、時間的に早い電解槽ほど対向電極間電圧が低電圧である複合電解槽としたことにより、前段の電解における未電解物を効率よく電解することが可能になった。
【００２４】
そして最後に、複合された各電解槽間の対向電極間電圧の差が、時間的に直前又は直後に密接し継続処理する電解槽間で、０．１ボルト以上3ボルト以下である複合電解槽としたことにより、電解副反応を抑えて、未電解物の電解を効率よく行うことが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、本発明の的確な理解のために、本発明を実施するための最良の形態を示し説明する。
本発明における複合式電解槽とは、それぞれ独立もしくは半独立して機能する複数の電解槽で構成された電解槽をいう。それら構成する各電解槽は被電解液の１の流路を構成するように配設されてもよく、途中で分岐した被電解液の複数の流路を構成するように配設されてもよい。対向電極とは、複極式或いは単極式に拘らず、被電解液を挟んで直接向き合った電極であり、向き合った極面間の計算上の電圧或いは理論電圧を対向電極間の電圧としている。少なくとも対向電極間の電圧が独立に設定された２以上の電解槽とは、複合電階層を構成する個々の電解槽の対向電極間の電圧は、各電解槽間で必ず相互に独立して設定されていなければならない。
【００２６】
複極式と単極式は電解の目的や規模によって使い分けることができる。生成物の反応や効率が狭い範囲の電解電圧に依存する場合は、より細かい電圧設定が望ましいので、単極式が好適である。複極式においては電極間の被電解液の濃度分布や極面の状態により、実際の電圧分布が微妙に変化することがあるためである。しかし、大能力の電解槽には、電解槽の構成技術面から複極式が好適である。従って、相対的に単位時間でより多くの物質の電解を担うことになる前段の電解に複極式を配置し、後段に単極式を配置する方法が好適と考えられる。
【００２７】
電解方式には定電圧と定電流の2方式から選択されることが多いが、物質の生成量のみが優先される場合は定電流が好都合で、一方、原料の完全な転換が主目的の場合は定電圧が好適である。また、完全な物質の転換を目指すときは、副反応を起こさない範囲の複数の電圧による処理が電解程度の制御に好適である。
【００２８】
電解の進捗に伴って、被電解液の原料物質濃度は低くなっていく。従って、後段の電解槽になるに従って、電解抵抗の上昇に見合う電圧の上昇を行わないと電解反応の維持ができなくなる。但し、電圧の上限は副反応による不純物生成が生起しない電圧となる。塩素の生成反応など、多くの電解反応では５V程度が副反応の限界電圧であるため、電解槽間の電圧の上昇幅は、後段の電解槽の対向極間電圧がそれを超えないように  0.1ボルトから3ボルト、場合によっては０．１ボルトから1ボルト程度が好適である。
【実施例】
【００２９】
次に実施例によってさらに詳しく本発明を説明する。図１に示したのは、塩素イオンを電解酸化し塩素溶液を生成する複合電解槽の縦断面模式図である。この複合電解槽は2セル複極電解槽（１）と単セル単極電解槽（２）の２の電解槽で構成されている。電極板は全て同じサイズで１００×１５０ｍｍで、陽極側は酸化イリジウム、陰極側は白金で被覆したものである（田中貴金属社製）。電極板は、樹脂製の枠（５、６、７）に設けられた溝に固定され、その枠は外匡体（１５）に固定されている。被電解物質である塩酸は原料タンク（１１）に貯留され、ポンプ（１０）によって、まず主電解槽（１）に供給され電解された後副電解槽（２）に供給される。破線矢印（９）は被電解液の流れ方向を示している。電解槽の周囲には、冷却及び塩素溶解用の水の流れ（８、実線矢印）があり、複合電解槽の出口で、電解槽から排出された被電解液と混合され、塩素溶液（１２）となって排出される。主電解槽用の電源（１３）にはアステック社製LPS62を使用し、副電解槽用電源（１４）にはコーセル社製PBA75F-3R3を使用した。各電解槽の対向電極間電圧はそれぞれ２．２V及び２．８Vとした。この複合式電解槽を使って、６％塩酸溶液を原料として、２２０ml／ｈの流量で供給し、希釈水量を３００L／ｈで流し、主電解槽を８A、副電解槽を８Aに設定し電解した。得られた塩素溶液は４1ｐｐｍで、電解による塩素イオンから塩素への変換率は約９８％であった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】複合電解槽の断面模式図
【符号の説明】
【００３１】
３  主電解槽電極板
４  副電解槽電極板
【図１】
2010126769.tif 000003