(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハロゲン化水素酸の製造方法において、陽イオン交換膜で区画した電解槽の陰極室に、ハロゲンもしくはハロゲンを溶存する水を供給し、多孔性陽極および多孔性陰極を陽イオン交換膜と密着して電気分解を行い、陰極室からハロゲン化水素酸を得ることを特徴とするハロゲン化水素酸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ハロゲン化水素酸の製造方法に関するものであり、とくに電気分解によってハロゲンを原料に高純度のハロゲン化水素酸を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハロゲン化水素酸として代表的な、塩酸は、一般には塩素と水素との燃焼反応によって得られる塩化水素を直ちに水に吸収させて製造している。高純度な塩化水素あるいは塩酸が必要な場合には、工業用の塩化水素を精製した高純度品と称される塩化水素あるいはそれらから製造した塩酸を入手して使用している。塩化水素、塩酸はいずれも腐食性が大きく、容器に保存したものでは、保存中に容器による汚染等のおそれもあり、使用場所において必要な量の高純度の塩化水素あるいは塩酸を製造する方法が求められていた。ところが、従来の塩化水素の合成方法では、高温の操作が必要となり、大規模な設備を要するので少量のみを使用場所において製造することはできなかった。
【０００３】
純粋な塩酸を小規模に製造する方法として、塩酸を電解液として、ガス拡散電極からなる水素酸化極と塩素還元極を用い、水素および塩素を気相で供給し、塩素と水素の電池反応によって、塩酸の合成と電気エネルギーを得る方法が提案されている。この方法は、製造量を制御しながら合成可能であるという利点もあるが、塩酸あるいは塩素に対して耐久性に優れたガス拡散電極は得られておらず、またガス電極を透過した塩素が塩酸中に溶解し、対極の水素極で還元されるという欠点を有していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高純度のハロゲン化水素酸の製造方法を提供することを課題とするものであり、高度な分離精製操作を行うことなく高純度のハロゲン化水素酸を得ることを課題とするものであり、使用場所において高純度のハロゲン化水素酸を製造する方法を提供することを課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、陽イオン交換膜で区画した電解槽の陰極室に、ハロゲンもしくはハロゲンを溶存する水を供給し、多孔性陽極および多孔性陰極を陽イオン交換膜と密着して電気分解を行い、陰極室からハロゲン化水素酸を得るハロゲン化水素酸の製造方法である。
すなわち、本発明の方法では、陽イオン交換膜を電解質として使用しているので、陰極室にはハロゲンまたはハロゲンを含有した水を供給し、陽極室もしくは陰極室の少なくともいずれか一方に水を加えながら電気分解を行ってハロゲン化水素酸を得ることができる。したがって、ハロゲン以外のものが混入する可能性はなく高純度のハロゲン化水素酸を得ることができる。
【０００６】
本発明の方法に使用するハロゲンは、ボンベ等から供給あるいはアルカリ金属ハロゲン化物の水溶液の電気分解によって得られるものを用いることができる。また、陽極室、陰極室の少なくともいずれか一方に供給する水には超純水と称される純度の高いものを用いることによって高純度のハロゲン化水素酸を得ることができる。
【０００７】
本発明のハロゲン化水素酸の製造方法を、図を参照して説明する。図１は、本発明のハロゲン化水素酸の製造方法を説明する図である。
ハロゲン１は、ハロゲン溶解槽２で水中または薄いハロゲン化水素酸中に溶解され、ハロゲン水を生成する。また、切換弁３および４によって流路を切り換えてハロゲンをハロゲン溶解槽を介さずに直接に電解槽に供給することもでき、この場合は、水を直接に陰極室あるいは陽極室に供給する。陽極室に供給した水は電気分解の電流によって陰極室に運搬される。
ハロゲンまたはハロゲン水は、陽イオン交換膜５で陽極室６と陰極室７に区画した電解槽８の陰極室７に導入する。多孔性の陽極９および多孔性の陰極１０が陽イオン交換膜５と密着している。陽極室には水を導入して電気分解をすると、陰極室にはハロゲン化水素が生成し、ハロゲン化水素酸１１として取り出される。また、陰極室に水またはハロゲン含有水が加えられる場合は、陰極室の水分が陽極室に供給されるために、陽極室に水を加えなくても良い。このように、ハロゲンは気体で供給するか低濃度のハロゲン化水素酸に溶解したハロゲンの溶解水として供給できる。気体として供給する場合は、１〜５気圧として、ガス拡散性の大きい陰極を使用した方が良い。電流密度は１０〜５０Ａ／ｄｍ2 が好ましい。生成したハロゲン化水素酸、例えば塩化水素酸や塩酸中には、未反応のハロゲンが混入している。これを、水に吸収させた水溶液として再び電解槽に送り、溶解度分のハロゲンの還元に必要な電気量以上を通電することにより残留するハロゲンをほとんど分解することが可能である。
【０００８】
本発明のハロゲン化水素酸の製造方法に用いる電解槽には、ハロゲン化水素酸等によって腐食を生じにくい電極、イオン交換膜等の構成材料が必要である。  陽極基体には、イオン交換膜を透過してハロゲンイオンが泳動する可能性があるので、ハロゲンに対して安定なチタン、ニオブ、タンタルおよびそれらの合金等の材料が好ましく、酸やハロゲン中において安定な酸化チタン等の導電性のセラミックスを用いてもよい。これらのなかでも、ニオブは導電性が大きく、ハロゲン中で安定であるのでとくに好ましい。
【０００９】
また、電極触媒としては、白金、イリジウム等の貴金属、あるいはそれらの酸化物、又はそれらと薄膜形成性金属との複合酸化物が耐食性の面から好ましい。これらの触媒は粉末としてフッ素樹脂等の結着剤樹脂を用いて基体上に固着したり、あるいは電析、共電着、めっき、蒸着、熱分解被覆等により基体上に形成させても良い。電極触媒としては酸化イリジウムが消耗速度が小さいのでとくに好ましく、さらに、酸化イリジウムと酸化タンタルまたは酸化チタンの複合酸化物が好ましい。
ハロゲンをアルカリ金属ハロゲン化物水溶液の電解によって製造する場合には、ハロゲンとともに併産する水素を、陽極として用いた水素拡散電極に供給することによって電解電圧を減少させることができる。
【００１０】
また、陰極基体にはハロゲン化水素酸中において安定な、炭素、ジルコニウム、ハフニウムニウム等の多孔性基体を用いることが好ましく、電極触媒には、白金、パラジウム等の白金族の金属を用いることが好ましい。陰極は、多孔体上に触媒粒子とフッ素樹脂および界面活性剤を有機溶媒に混合した組成物を塗布し、３００〜３７０℃の温度において焼成して固着することによって作製することができる。溶液中に気体を溶解した溶液を使用した場合も、この陰極を使用することができるが、多孔性材料上に電着により白金を担持したものも使用することができる。陰極基体としては、ジルコニウムがとくに好ましく、電極触媒には白金がとくに好ましい。
【００１１】
イオン交換膜には、ハロゲン、ハロゲン化水素酸に対して安定なフッ素樹脂系陽イオン交換膜が好ましく、ナフィオン３５０（デュポン社）等を挙げることができる。
陽極とイオン交換膜は水圧差或いは外部からの締付圧力により接触させるか、前もってホットプレス等により接合させる。
電解槽材料には、チタン等の金属基体上にガラスライニング材料を被覆することが好ましい。また耐食性が大きなフッ素樹脂を用いても良い。
電解液温度は１０℃〜１００℃が好ましく、１Ａ／ｄｍ2〜１００Ａ／ｄｍ2の電流密度で運転することが好ましい。圧力は１〜５気圧とすることが好ましい。
【００１２】
【作用】
本発明の方法は、陽イオン交換膜で区画し、陽イオン交換膜の両面に多孔性陽極と多孔性陰極を密着した電解槽の陰極室にハロゲンもしくはハロゲン溶解水を供給して電気分解をおこないハロゲン化水素酸を製造するものであり、原料にはハロゲンと水を使用しているのみであり、陰極室からは不純物が含まれていない高純度のハロゲン化水素酸を得る方法である。
【００１３】
【実施例】
実施例１
電極面積０．２ｄｍ2 の陽極基体には、気液透過性のチタン製多孔体（東京製綱製の厚さ２ｍｍのチタン繊維焼結体）を、陰極基体にはジルコニウム製多孔体（東京製綱製の厚さ２ｍｍのチタン繊維焼結体）を用いた。平均粒径１０ｎｍの白金微粉末（真空冶金製）とフッ素樹脂の水懸濁液（三井・デュポンフロロケミカル製  ３０Ｊ）を、白金とフッ素樹脂の固形分の体積が等量となるように界面活性剤（ローム＆ハース製  トライトン）を加えて混練し、陽極基体および陰極基体上に塗布し３５０℃において３０分間焼成した。電極上の白金量は５０ｇ／ｍ2 であった。
陽イオン交換膜（デュポン社製  ナフィオン１１７）の両側にそれらの電極を密着させた電解セルを構成した。陽極液として純水を毎分１ｍｌの流量で供給し、陰極には毎分１００ｍｌの流量で塩素ガスを供給した。温度を３０℃とし、１０Ａの電流を通電したところ、０．５Ｖの電解電圧で、陰極室出口から毎分０．７ｍｌの塩化水素酸（３５重量％）が回収された。収率は８０％であった。
【００１４】
実施例２
ハロゲンとして、塩素に代えて臭素を用いるとともに、陽極液として純水を毎分１ｍｌで供給し、陰極室には毎分１００ｍｌで臭素を供給したところ、０．７Ｖの電解電圧で、陰極室出口から毎分０．７ｍｌの臭化水素酸（５０重量％）が得られた。収率は７５％であった。
【００１５】
実施例３
塩素をハロゲン溶解槽において水に溶解した得た塩素濃度５ｇ／ｌの塩素溶存水を毎分１０ｍｌで陰極室に供給した点を除き実施例１と同様にして電気分解を行ったところ、濃度０．５重量％の塩化水素酸が毎分１０ｍｌ得られた。
【００１６】
【発明の効果】
水とハロゲンを原料として、ハロゲン化水素酸の使用箇所において高純度のハロゲン化水素酸を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のハロゲン化水素酸の製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
１…ハロゲン、２…ハロゲン溶解槽、３、４…切換弁、５…陽イオン交換膜、６…陽極室、７…陰極室、８…電解槽、９…多孔性の陽極、１０…多孔性の陰極、１１…ハロゲン化水素酸
【図１】
0003539701.tif 000002