(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩水の電気分解による次亜塩素酸塩の製造装置において、食塩水が供給される陽極室と、水が供給される陰極室とに陽イオン交換膜によって区画された電解槽の、陽極室の陰極室と対向する面とは反対側、あるいは電解槽上部に、電解槽と一体に次亜塩素酸塩反応槽を設け、次亜塩素酸塩反応槽と陽極室との間には、食塩濃度が低下した食塩水と塩素を含んだ陽極室生成物の全量を導入する陽極室生成物導入手段を設け、次亜塩素酸塩反応槽と陰極室との間には、水酸化ナトリウム水溶液と水素とを含んだ陰極室生成物の全量を導入する陰極室生成物導入手段を設けたことを特徴とする次亜塩素酸塩の製造装置。
【請求項２】
次亜塩素酸塩反応槽の生成物から水素を分離する水素分離手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の次亜塩素酸塩の製造装置。
【請求項３】
次亜塩素酸塩の循環槽および循環手段を設け、次亜塩素酸塩反応槽と循環槽の間を次亜塩素酸塩を循環することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の次亜塩素酸塩の製造装置。
【請求項４】
次亜塩素酸塩反応槽と循環槽を結合する管路中に冷却装置を設けたことを特徴とする請求項３記載の次亜塩素酸塩の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は次亜塩素酸塩の電解による製造装置に関し、とくに高濃度の次亜塩素酸塩を製造する取り級いの容易な装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
次亜塩素酸ナトリウムに代表される次亜塩素酸塩類は、漂自剤、殺菌剤として、上下水の処理、排水の処理から家庭の台所用あるいは洗濯用等の各方面で用いられている。次亜塩素酸塩の製造は、食塩水等のアルカリ金属塩化物の水溶液の電気分解によって得られたアルカリ金属水酸化物と塩素とを反応させて製造する方法、あるいはアルカリ金属塩化物を無隔膜電解槽において電気分解を行って、電解槽中で次亜塩素酸塩を直接製造する方法で行われている。アルカリ金属水酸化物と塩素を反応させる方法は、高濃度の次亜塩素酸塩を得ることができるので、次亜塩素酸塩を販売する目的で製造する場合にはこの方法で行われているが、アルカリ金属水酸化物と塩素を製造する電解設備が必要となるので、食塩水の電解工場において水酸化ナトリウムあるいは塩素の製造に付随して大規模に行われている。
【０００３】
図１１は、食塩水の電気分解によって得られる水酸化ナトリウム水溶液と塩素とを反応させて次亜塩素酸塩を製造する方法を示したものである。陽極室２１には陽極２２が設けられており、陰極室２３には陰極２４が設けられており、陽極室と陰極室が陽イオン交換膜２５によって区画されたイオン交換膜電解槽２６の陽極室には食塩水を供給し、陽極室２１からは濃度の低下した食塩水を取り出して脱塩素塔２７において、溶存している塩素を分離した後に食塩調整工程２８において食塩を溶解するとともに食塩水を精製して陽極室に循環している。
【０００４】
一方、陰極室２３には水２９を供給し陰極液の水酸化ナトリウム水溶液の濃度を一定に保侍しながら陰極液貯槽３０との間を循環している。そして、陰極液貯槽の水酸化ナトリウム水溶液を吸収塔３１において電解槽の陽極室で発生した塩素３２と反応させて次亜塩素酸ナトリウム水溶液を製造し、貯槽３３において貯蔵していた。
【０００５】
また、食塩などの水溶液を無隔膜電解槽において電気分解する方法も知られている。この方法では、生成する次亜塩素酸塩の濃度は比較的低濃度であるが、水の浄化や殺菌に直接利用することが可能な濃度のものを製造することができ、製造設備も水酸化アルカリと塩素を製造する電解設備に比べて簡単であるので、次亜塩素酸塩を必要とする現場において製造されている。しかも、電気分解による次亜塩素酸塩の製造は、次亜塩素酸塩の量に応じて通電する電流を調整することによって製造量を調製することが可能であり、得られるものは殺菌などに有効な塩素分がすべて水中に溶解しているので利用が容易であるという特徴を有している。
【０００６】
したがって、これまで液体塩素の貯蔵設備を設け、発生した気体状の塩素を溶解したり、あるいは濃厚な次亜塩素酸塩を貯蔵し希釈して使用する、塩素あるいは次亜塩素酸塩の使用設備においても、塩素等の貯蔵や運搬の必要がない現場での電気分解による次亜塩素酸の製造が行われるようになっている。
【０００７】
また、食塩などの塩化アルカリの水溶液を、無隔膜電解槽を使用して電気分解を行う方法の場合には、電解液として供給する塩水は濃度が２％ないし４％程度のものである。食塩濃度が高いほど陽極での塩素の発生効率は高いが、電気分解で製造した次亜塩素酸を含む塩水をそのまま水処理等に使用するために濃厚な塩水を使用すれば、高濃度の塩水が被処理水に混合するために、好ましくないので、通常は海水の食塩濃度程度のものを使用している。電気分解では、陽極側で生じた塩素と陰極側で生じたアルカリとの反応によって次亜塩素酸塩を生じるが、次亜塩素塩は電解槽中において更に電気分解を続けていると塩素酸塩へと変化する。したがって、比較的濃度が低い塩水を原料として無隔膜電解槽において高濃度の次亜塩素酸塩を製造しようとして、電解液の滞留時間を長くしても塩素酸塩の生成量が多くなるのみで、次亜塩素酸塩の生成効率は低下する。
【０００８】
そこで、高電流効率で次亜塩素酸塩を製造するためには、単位電解槽での電気分解率を高くせずに、陽極と陰極を備えた複数の電解槽を仕切板を介して多段式に設置した電解槽が提案されている（例えば、特公昭５２−２８１０４号公報、特公昭６１−４４９５６号公報）。ところが、このような方法において得られる次亜塩素酸の濃度は十分なものではなく、高効率で高濃度の次亜塩素酸塩を電気分解で製造する方法が求められていた。そこで、本出願人は、陽イオン交換膜によって区画した電解槽の陽極室において得られる濃度の低下したアルカリ金属塩化物水溶液を陰極室に加えて得られた次亜塩素酸塩を含有したアルカリ水溶液と陽極室で得られた塩素を反応させることによって高濃度の次亜塩素酸塩水溶液を得る方法を特開平５−１７９４７５号公報として提案しているが、この方法では、特定化学物質として安全上の規制がある塩素を発生させて陰極液と反応させるために、塩素製造設備と同様に取り扱う必要があり、塩素が機器の配管等から漏洩しないように保守には細心の注意を払う必要があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高濃度の次亜塩素酸塩を製造することが可能な次亜塩素酸塩の製造装置を提供することを課題とするものであり、食塩水のイオン交換膜電解槽による電気分解で得られる水酸化ナトリウムと塩素を用いた場合と同様の高濃度の次亜塩素酸塩の製造が可能であり、しかも塩素の漏洩の心配がない次亜塩素酸塩の製造装置を提供することを課題とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、塩水の電気分解による次亜塩素酸塩の製造装置において、食塩水が供給される陽極室と、水が供給される陰極室とに陽イオン交換膜によって区画された電解槽の、陽極室の陰極室と対向する面とは反対側、あるいは電解槽上部に、電解槽と一体に次亜塩素酸塩反応槽を設け、次亜塩素酸塩反応槽と陽極室との間には、食塩濃度が低下した食塩水と塩素を含んだ陽極室生成物の全量を導入する陽極室生成物導入手段を設け、次亜塩素酸塩反応槽と陰極室との間には、水酸化ナトリウム水溶液と水素とを含んだ陰極室生成物の全量を導入する陰極室生成物導入手段を設けた次亜塩素酸塩の製造装置である。
また、次亜塩素酸塩反応槽の生成物から水素を分離する水素分離手段を設けた前記の次亜塩素酸塩の製造装置である。
また、次亜塩素酸塩の循環槽および循環手段を設け、次亜塩素酸塩反応槽と循環槽の間を次亜塩素酸塩を循環する前記の次亜塩素酸塩の製造装置である。
また、次亜塩素酸塩反応槽と循環槽を結合する管路中に冷却装置を設けた前記の次亜塩素酸塩の製造装置である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の次亜塩素酸塩の製造装置は、陽イオン交換膜によって陰極室と陽極室に区画したイオン交換膜電解槽と一体に次亜塩素酸塩反応槽を設けるとともに、イオン交換膜電解槽で生成する塩素を電解槽外に取り出すことなく、陰極室で生成した水酸化アルカリ水溶液と反応させ、次亜塩素酸塩を製造するものである。
【００１２】
本発明の装置においては、陰極室の生成物を直接に次亜塩素酸塩反応槽に供給しても、あるいは次亜塩素酸塩の製造には不要な水素を陰極室の生成物から分離した後に次亜塩素酸塩反応槽に供給しても良いが、いずれの方法でも塩素を電解槽の外部に取り出すことがないので、陽極室で発生する塩素が配管等の損傷によって漏洩することはなく、製造設備の設置場所を選ばず、また保守も容易となる。
【００１３】
また、次亜塩素酸塩は、温度が高くなると分解するので、次亜塩素酸塩反応槽に接した冷却装置を設けたり、あるいは次亜塩素酸塩反応槽と次亜塩素酸塩循環槽の間に冷却装置を設けて循環ポンプ等によって循環して冷却をしても良い。
【００１４】
以下に、本発明を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の次亜塩素酸塩の製造装置の一実施例を示す図である。
陽イオン交換膜１によって区画されたイオン交換膜電解槽２の陰極室３にはニッケル、ステンレス、チタンあるいはこれらの金属に水素過電圧を低下させる陰極活性物質の被覆を形成した陰極４が設けられており、陽極室５には、チタン等の金属基体上に白金族の金属の酸化物を含む電極触媒物質の被覆が形成された陽極６が設けられている。陽極室５には食塩水溶解工程において食塩の溶解によって作製した食塩水７を供給し、陰極室には水８を供給して陰極液中の水酸化ナトリウムの濃度を一定に保持しながら電気分解を行う。陰極室３の上部からは、水酸化ナトリウム水溶液と水素を含んだ陰極室生成物を、陰極室生成物導入手段９によって次亜塩素酸塩反応槽１０に供給すると共に、陽極室５の上部からは、食塩濃度が低下した食塩水と塩素を含んだ陽極室生成物を陽極室生成物導入手段１１によって次亜塩素酸塩反応槽に供給する。次亜塩素酸塩反応槽１０において、塩素と水酸化ナトリウムが反応して次亜塩素酸塩が生成する。また、次亜塩素酸塩反応槽内では、陰極室で発生した水素気泡によって撹拌混合されるが、塩素と水酸化ナトリウム水溶液の反応効率を高めるために、邪魔板を設けたり充填物を充填しても良い。
【００１５】
次亜塩素酸塩水溶液は、水封安全器を備えた水素分離手段１２において水素１３を分離して、次亜塩素酸塩水溶液の循環槽１４に流入する。循環槽１４からは製品として次亜塩素酸塩水溶液１５を取り出すと共に、次亜塩素酸塩水溶液を循環ポンプ１６によって冷却装置１７に供給して次亜塩素酸塩水溶液の温度を冷却して次亜塩素酸塩反応槽１０に循環する。これによって、電解槽の温度上昇を防止すると共に、生成した次亜塩素酸塩の分解を防止することができる。
【００１６】
また、次亜塩素酸塩反応槽では、下記の電気分解によって
２ＮａＣｌ＋２Ｈ2Ｏ→２ＮａＯＨ＋Ｃｌ2＋Ｈ2
生成した水酸化ナトリウムと塩素の全量が、下記の反応式によって反応し、
２ＮａＯＨ＋Ｃｌ2→ＮａＣｌＯ＋ＮａＣｌ＋Ｈ2Ｏ
次亜塩素酸塩と等モルの食塩が生成する。一方、本発明の方法で次亜塩素酸塩反応槽に供給した塩水中には６０ないし７０ｇ／ｌの食塩が含まれているので、生成する次亜塩素酸塩の水溶液中には、次亜塩素酸塩の生成反応で生じた食塩と塩水中に含まれていた食塩の両者が含まれることとなる。したがって、食塩の濃度が問題となる用途において使用する場合には、陽極室への塩水の供給量を減少し、食塩の分解率を上昇させることによって陽極室中の食塩の含有量を減少させたり、あるいは、次亜塩素酸塩水溶液中から食塩を冷却等によって晶析させて分離しても良い。また、晶析して分離した食塩は原料塩として再度溶解して利用することができる。
本発明の装置では、陰極室へ供給する水の量の調製によって、使用目的に応じ低濃度から高濃度までの次亜塩素酸塩水溶液を製造することができる。
【００１７】
また、本発明の方法で使用するイオン交換膜電解槽の陽イオン交換膜には、フッ素樹脂系の陽イオン交換膜を用いることができるが、陰極で生成する水酸化ナトリウム水溶液の濃度をとくに高濃度とする必要はないので、低濃度用の陽イオン交換膜を用いることができる。
本発明の装置では、原料の食塩として不純物の少ないものを用いることにより、食塩の溶解によって得られた塩水を直接に使用することができるが、得られる食塩あるいは塩水に不純物が多く含まれている場合には、食塩水の溶解工程に食塩水の精製工程を設けても良い。
【００１８】
図２は、本発明の他の実施例を説明する図である。
図１で示した装置が、次亜塩素酸塩の循環回路内に冷却装置１７を有しているのに対して、図２で示した装置は、次亜塩素酸塩反応槽１０に接して冷却装置１７を設けて次亜塩素酸塩反応槽１０での発熱を直接に取り除くものであり、外部に冷却装置を設ける必要がない。次亜塩素酸塩反応槽１０と冷却装置１７との間の熱伝導面積を大きくし冷却効率を高めるために、隔壁部分には表面積の大きな部材で形成しても良い。
【００１９】
また、図３は、本発明の他の実施例を示す図である。
図３で示した装置は、図２で示した装置に比べて、小型の製造装置に適した装置であり、次亜塩素酸塩反応槽１０に接した冷却装置１７に冷却水１８を導入して冷却するものであり、次亜塩素酸塩反応槽１０から取り出した反応生成物を水素分離手段１２において水素１３を分離して次亜塩素酸塩水溶液１５を得るものである。循環装置を設けていないので、構造が簡単となり、小型の製造装置に適したものである。
【００２０】
また、図４は、本発明の他の実施例を示す図である。
図４で示した装置は、陰極室３から取り出した陰極室生成物を水素分離手段１２で水素１３を分離した後に循環槽１４へ供給し、循環槽１４から循環ポンプ１６によって冷却装置１７に供給して冷却した後に、次亜塩素酸塩反応槽１０に供給し、陽極室生成物導入手段１１から供給される陽極室生成物と反応させて反応生成物を循環槽１４へ供給し、次亜塩素酸塩水溶液１５を得るものである。
【００２１】
図５は、図４に示した装置において、冷却装置１７を次亜塩素酸塩水溶液の循環管路中に設けるのではなく、次亜塩素酸塩反応槽１０に接して冷却装置１７を設けて冷却水１８を供給して次亜塩素酸塩反応槽１０を冷却するものである。
【００２２】
また、図６は、本発明の他の実施例を示す図である。
図６で示した装置は、陰極室３から取り出した陰極室生成物を水素分離手段１２で水素１３を分離した後に次亜塩素酸塩反応槽１０へ上部から供給するとともに、陽極室生成物も陽極室生成物導入手段１１で供給される。次亜塩素酸塩反応槽１０には、邪魔板１９が設けられており、上部から下部へ向かって流れながら反応し、循環槽１４へ供給される。循環槽１４から次亜塩素酸塩水溶液を取り出すとともに、循環槽１４から循環ポンプ１６によって冷却装置１７へ送液して冷却して次亜塩素酸塩反応槽１０へ循環する。次亜塩素酸塩反応槽１７に邪魔板を設けるとともに、冷却装置１７において冷却された液が供給されるので、次亜塩素酸塩の反応および冷却効率を高めることができる。
【００２３】
また、図７は、本発明の他の実施例を説明する図である。
イオン交換膜電解槽２の上部に次亜塩素酸塩反応槽１０を設け、陰極室生成物導入手段９および陽極室生成物導入手段１１で陰極室生成物および陽極室生成物を供給して反応させる。反応生成物は、水素分離手段１２で水素１３を分離した後に循環槽１４へ供給され、循環ポンプ１６によって冷却装置１７によって冷却して次亜塩素酸塩反応槽１０へ循環する。この装置は、電解槽の陰極室と陽極室の上部に次亜塩素酸塩反応槽を設けたので、装置を小型化することが可能であり、装置を設置する面積が小さな場合に適する。
【００２４】
図８は、本発明の他の実施例を説明する図であり、比較的低濃度の次亜塩素酸塩の製造に適した装置である。
図８の装置は、陽極室５の上部の一部を次亜塩素酸塩反応槽１０としたものであり、陰極室と陽極室の上部の隔壁に貫通孔１９を形成し、陰極室３へ供給する水８と陽極室５へ供給する塩水７および循環する次亜塩素酸塩水溶液の流量を調整して、陰極室生成物が貫通孔２０を通過して陽極室５の上部へ流入するようにする。陽極室の上部で陰極室からの水酸化ナトリウム水溶液は、陽極室で発生した塩素と反応し、水素分離手段１２へ送られて水素を分離した後に、循環槽１４へと送られ、循環槽１４から次亜塩素酸塩水溶液１５が取り出される。
【００２５】
図９は、本発明の他の実施例を説明する図であり、図８の装置が陽極室５の上部の一部を次亜塩素酸塩反応槽としたものに対して、図９に示した装置は、陰極室３の上部を次亜塩素酸塩反応槽としたものであり、陰極室と陽極室の上部の隔壁に貫通孔２０を形成し、陽極室５へ供給する塩水７、陰極室３へ供給する水８とおよび循環する次亜塩素酸塩水溶液の流量を調整して、陽極室生成物が貫通孔２０を通過して陰極室３の上部へ流入するようにする。陰極室３で生成した水酸化ナトリウムは、陽極室からの塩素と反応し、次亜塩素酸塩を生成する。次亜塩素酸塩水溶液は、水素分離手段１２へ送られて水素を分離した後に、循環槽１４へと送られ、循環槽１４から次亜塩素酸塩水溶液１５が取り出されるとともに、循環ポンプ１６および冷却装置１７によって冷却されて陰極室へ循環される。この装置も図８に示した装置と同様に比較的濃度が低い次亜塩素酸塩を必要とする場合に適した装置であるが、陰極室の一部を反応槽としているために生成した次亜塩素酸塩が陰極表面で還元を受ける可能性があるので、図８のように、陽極室の一部を次亜塩素酸塩反応槽とする場合に比べて、電流効率が低くなる可能性があるが、電流効率が問題とならない小型の装置においては、充分に利用することができる。また、陰極として、次亜塩素酸塩の還元を抑制することができる陰極を用いることによって電流効率を改善することもできる。
【００２６】
図１０は、本発明の他の実施例を説明する図であり、図８および図９と同様に比較的濃度が低い次亜塩素酸塩の製造に適した装置である。陰極室３から陰極室生成物を取り出して、水素分離手段１２へ供給して水素１３を分離した後に、循環ポンプ１６によって陽極室５へ、塩水７とともに供給するものであり、陽極室５を次亜塩素酸塩反応槽として陽極室より次亜塩素酸塩水溶液１５を得るものである。また、次亜塩素酸塩反応槽を兼ねた陽極室５に接して冷却装置１７を設けて冷却水１８によって冷却して、次亜塩素酸塩の分解を抑制している。
以上のように、本発明の次亜塩素酸塩製造装置は、多様な実施態様が存在し、必要とする次亜塩素酸塩の濃度等に応じて、適当な装置を選択することができる。
【００２７】
【実施例】
以下に、実施例を示し本発明を説明する。
実施例１
縦３００ｍｍ、横１６５ｍｍの自金族金属の酸化物を含有する電極触媒物質を被覆した陽極を設けた陽極室、チタン陰極を有する陰極室、陽極室の陰極室に対向する面とは反対側に、厚さ１４ｍｍの次亜塩素酸塩反応槽を電解槽と一体に設け、フッ素樹脂系の陽イオン交換膜（デュポン社  ナフィオン３２４）を使用して、陽極室と陰極室を区画して電解槽を組み立てた。陽極室および陰極室の上部からは次亜塩素酸塩反応槽中ヘ、それぞれ直径１０ｍｍの導入手段を結合した。この電解槽に１００アンペアの電流を通電したところ、槽電圧は４Ｖであった。陽極室には３００ｇ／ｌの食塩水を１リットル／時間の流量で供給し、陰極室には、１．１リットル／時間で水を添加したところ、５８ｇ／ｌの次亜塩素酸塩水溶液が２．１リットル／時で得られた。次亜塩素酸塩の製造の電流効率は、９２％であった。また、このときの次亜塩素酸塩水溶液の循環量は、４０リットル／時間であり、冷却装置を用いて電解槽の温度は２６℃に保持した。
【００２８】
また、陰極室への水の添加量を３リットル／時間にした点を除き、他は同様の条件で動作させると、３２ｇ／ｌの次亜塩素酸塩水溶液が得られ、水の添加量を０．５リットル／時間にすると、９５ｇ／ｌの次亜塩素酸塩水溶液が得られた。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の次亜塩素酸塩の製造装置は、陽イオン交換膜を使用したアルカリ金属塩化物水溶液の電解槽と一体に次亜塩素酸塩反応槽を設けるとともに、電解槽の陽極室および陰極室の生成物の全量を次亜塩素酸塩反応槽に供給したので、陽極室で生成した塩素と陰極室で生成した水酸化ナトリウムを全量反応させることができ、しかも塩素が配管等から外部に漏洩する可能性がなく、保守の容易な高濃度の次亜塩素酸塩水溶液の製造装置が得られるので、低濃度から高濃度までの次亜塩素酸塩を次亜塩素酸塩の消費場所において容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の次亜塩素酸塩の製造装置の一実施例を説明する図である。
【図２】本発明の次亜塩素酸塩の製造装置の他の実施例を説明する図である。
【図３】本発明の次亜塩素酸塩の製造装置の他の実施例を説明する図である。
【図４】本発明の次亜塩素酸塩の製造装置の他の実施例を説明する図である。
【図５】本発明の次亜塩素酸塩の製造装置の他の実施例を説明する図である。
【図６】本発明の次亜塩素酸塩の製造装置の他の実施例を説明する図である。
【図７】本発明の次亜塩素酸塩の製造装置の他の実施例を説明する図である。
【図８】本発明の次亜塩素酸塩の製造装置の他の実施例を説明する図である。
【図９】本発明の次亜塩素酸塩の製造装置の他の実施例を説明する図である。
【図１０】本発明の次亜塩素酸塩の製造装置の他の実施例を説明する図である。
【図１１】イオン交換膜電解槽を用いた従来の次亜塩素酸塩の製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
１…陽イオン交換膜、２…イオン交換膜電解槽、３…陰極室、４…陰極、５…陽極室、６…陽極、７…食塩水、８…水、９…陰極室生成物導入手段、１０…次亜塩素酸塩反応槽、１１…陽極室生成物導入手段、１２…水封安全器、１３…水素、１４…循環槽、１５…次亜塩素酸塩水溶液、１６…循環ポンプ、１７…冷却装置、１８…冷却水、１９…邪魔板、２０…貫通孔、２１…陽極室、２２…陽極、２３…陰極室、２４…陰極、２５…陽イオン交換膜、２６…イオン交換膜電解槽、２７…脱塩素塔、２８…食塩水調整工程、２９…水、３０…陰極液貯槽、３１…吸収塔、３２…塩素、３３…貯槽
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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