(57)【要約】【課題】水の電気分解により、同位体分離係数を大きくでき、低コストで酸素同位体の濃縮を行うことできる方法および装置を提供する。【解決手段】水を電気分解することによって同位体酸素を製造するに当たり、酸素発生過電圧が０．５Ｖ以上である電極を用いて電気分解する。また、得られたガスを触媒の存在下に水素と反応させる。電解槽および再結合器からなる重酸素水製造器を複数備え、電解槽と再結合器は電解槽において生成したガスが再結合器に導入されるように接続されており、さらに再結合器において生成した重酸素水を含む水が、別の電解槽に導入されるように接続されている、同位体酸素もしくは重酸素水の製造装置を用いる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を電気分解することによって同位体酸素を製造する方法であって、酸素発生過電圧が０．５Ｖ以上である電極を用いて電気分解する工程を含む同位体酸素の製造方法。
【請求項２】
前記電極がダイヤモンド電極である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
定電流下に電気分解を行う、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
電流密度が０．００５〜０．４０Ａ／ｃｍ2 の範囲にある、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
さらに、触媒の存在下に、同位体酸素を含むガスを水素と反応させる工程を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記電気分解工程と前記同位体酸素含有ガスと水素との反応工程とを繰り返し行う、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
さらに、蒸留工程および／または化学交換工程を含む、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載した方法により製造された同位体酸素。
【請求項９】
以下の工程１）および２）を含む重酸素水の製造方法。
１）請求項１〜４のいずれかに記載した方法を用いて同位体酸素を含むガスを製造する工程
２）触媒の存在下に、工程１）によって得られるガスと水素とを反応させる工程
【請求項１０】
前記工程１）と前記工程２）を繰り返し行う、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記触媒がアルミナ担体にパラジウムを担持した触媒である、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
さらに、蒸留工程および／または化学交換工程を含む、請求項９〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれかに記載した方法により製造された重酸素水。
【請求項１４】
電解槽および再結合器からなる重酸素水製造器を複数備え、電解槽と再結合器は電解槽において生成したガスが再結合器に導入されるように接続されており、さらに再結合器において生成した重酸素水を含む水が、別の電解槽に導入されるように接続されている、同位体酸素もしくは重酸素水の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同位体酸素および重酸素水の製造方法および装置に関する。本発明は、特に、電解法により、酸素同位体16Ｏ、17Ｏおよび18Ｏ、特に天然存在比の少ない17Ｏおよび18Ｏを製造するのに適する同位体酸素の製造方法および装置並びにそのような同位体酸素を含む重酸素水の製造方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、成人病診断などに使われ始めた酸素同位体17Ｏや18Ｏは、その天然存在比が非常に低く、例えば、Anal Chem Symp Ser, VOL.11, PAGE.693-702 (1982) に記載されているように、水や一酸化窒素等の酸素を含む物質を分留することにより濃縮し、産出している。
【０００３】
例えば、酸素に関しては、同位体として17Ｏ2 や18Ｏ2 等が存在する。また、水に関しては、その同位体としてＨ2 16Ｏ、Ｈ2 17Ｏ、Ｈ2 18Ｏが存在する。しかしながら、例えば、水に関しては、それぞれの天然濃度は、９９．７６％、０．０３９％、０．２０３％である。
【０００４】
【非特許文献１】
Anal Chem Symp Ser, VOL.11, PAGE.693-702 (1982)
【非特許文献２】
J Electrochem Soc, VOL.134, No.6, PAGE.1467-1470 (1987)
【非特許文献３】
Electrochemistry, 67, No.4 (1999), pages 385-394
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現在商業的に行われている水蒸留法では、９ステージからなる水蒸留塔のカスケードを用いて生産されており、その構造および制御システムが非常に複雑で、しかも、１日あたり９８．４％のＨ2 18Ｏを１５ｃｃと、２０％のＨ2 17Ｏを５ｃｃ生産することができるにすぎず、濃縮効率が極めて低く、生産されたＨ2 17ＯやＨ2 18Ｏのコストが非常に高いものとなる。
【０００６】
一方、他の濃縮方法、例えば、電解法、化学交換法、レーザー分離法などは、研究の段階を抜け出せず、上記水蒸留法よりもさらに高コストにならざるを得ない。特に、従来の電解法では、同位体分離係数が１．０１０から１．０４０の範囲にあり、実用的ではない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するために、本発明者らは、酸素発生電極としてダイヤモンド電極を用いて水電解を行うことにより、同位体分離係数を大きくでき、低コストで酸素同位体濃縮が行えることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
したがって、本発明は、以下の〔１〕〜〔１２〕に示される同位体酸素または重酸素水の製造方法およびその製造装置に関する。
【０００９】
〔１〕  水を電気分解することによって同位体酸素を製造する方法であって、酸素発生過電圧が０．５Ｖ以上である電極を用いて電気分解する工程を含む同位体酸素の製造方法。
【００１０】
〔２〕  前記電極がダイヤモンド電極である、上記〔１〕に記載の方法。
【００１１】
〔３〕  定電流下に電気分解を行う、上記〔１〕または〔２〕に記載の方法。
【００１２】
〔４〕  電流密度が０．００５〜０．４０Ａ／ｃｍ2 の範囲にある、上記〔３〕に記載の方法。
【００１３】
〔５〕  さらに、触媒の存在下に、同位体酸素を含むガスを水素と反応させる工程を含む、上記〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の方法。
【００１４】
〔６〕  前記電気分解工程と前記同位体酸素含有ガスと水素との反応工程とを繰り返し行う、上記〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載の方法。
【００１５】
〔７〕  さらに、蒸留工程および／または化学交換工程を含む、上記〔１〕〜〔６〕のいずれかに記載の方法。
【００１６】
〔８〕  以下の工程１）および２）を含む重酸素水の製造方法。
【００１７】
１）上記〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載した方法を用いて同位体酸素を含むガスを製造する工程
２）触媒の存在下に、工程１）によって得られるガスと水素とを反応させる工程
〔９〕  前記工程１）と前記工程２）を繰り返し行う、上記〔８〕に記載の方法。
【００１８】
〔１０〕  前記触媒がアルミナ担体にパラジウムを担持した触媒である、上記〔８〕または〔９〕に記載の方法。
【００１９】
〔１１〕  さらに、蒸留工程および／または化学交換工程を含む、上記〔８〕〜〔１０〕のいずれかに記載の方法。
【００２０】
〔１２〕  電解槽および再結合器からなる重酸素水製造器を複数備え、電解槽と再結合器は電解槽において生成したガスが再結合器に導入されるように接続されており、さらに再結合器において生成した重酸素水を含む水が、別の電解槽に導入されるように接続されている、同位体酸素もしくは重酸素水の製造装置。
【００２１】
【発明の実施の形態】
一般に知られている16Ｏに対する18Ｏの分離係数で言えば、白金を酸素発生電極に用いた場合に、常温で電解すると、１．０１０から１．０４０の範囲の分離係数が得られることが知られている（例えば、J Electrochem Soc, VOL.134, No.6, PAGE.1467-1470 (1987))が、本発明の方法および装置で電解すると、その分離係数は数倍から数十倍に上昇する。ここで言う分離係数とは、電解して発生したガス中の重酸素／軽酸素の比で元の液の重酸素／軽酸素の比を除した値と定義する。
【００２２】
その分離係数は、電極の状態によって違うし、流す電流の大きさや電極電位によっても異なるが、一般的な電極、例えば、白金、金、銀、Ｎｉなどの金属電極や二酸化鉛、黒鉛電極などに比べても明らかに分離係数は大きい。その理由は、０．５Ｖ以上、好ましくは１．０Ｖ以上である、極めて大きい酸素発生過電圧を示す電極を用いて電気分解が行われるためであると推測することができる。かかる大きな酸素発生過電圧を示す電極としては、具体的には、ダイヤモンド電極を挙げることができる。
【００２３】
酸素発生過電圧は、酸素同位体の中では質量が大きい方が大きい。すなわち、16Ｏからなる水が優先的に電解されて酸素ガスになりやすく、次いで17Ｏ、18Ｏの順になっている。この酸素発生過電圧の同位体間による差が、酸素発生過電圧が０．５Ｖ以上である電極、好ましくはダイヤモンド電極を用いることにより助長されて、分離係数が大きくなるものと推測することができる。
【００２４】
かかるダイヤモンド電極は、一般に知られている方法、例えば、Electrochemistry, 67, No.4 (1999) の３８５頁から３９４頁に記載されている方法で作ることができる。すなわち、ダイヤモンドは主として気相合成法によって合成される。電極の基板としては、シリコンウエハー等の半導体やダイヤモンド単結晶または白金単結晶などを用いることができる。その基板上にＣＶＤ法（ＨＦＣＶＤ）やプラズマＣＶＤ法（ＰＣＶＤ）等の手段により多結晶ダイヤモンドを膜状に成長させる。
【００２５】
ダイヤモンド本体は、電気伝導性が小さいので硼素などのドーパントをドープして、ドープ密度によって導電性を半導体から金属まで制御することができる。ドープ方法は、ダイヤモンド膜形成用チャンバー内に所定量の酸化硼素を入れておく方法や、外部から硼素源である気体すなわちジボランやトリメチルボランを導入する方法もあるが、特にそれらの方法に限定されるものではない。
【００２６】
次に、本発明に係る好ましい装置について説明する。本発明においては、陽極にダイヤモンド電極を用い、陰極にはニッケルや鉄などの金属電極、白金、銀などの貴金属電極や黒鉛電極などを用いることができる。陰極の素材には特に限定はないが、電解液に侵されず、水素発生過電圧が低いものであるのがよい。陽極室と陰極室はアスベスト隔膜やイオン交換膜などで隔離されている方が収率的に好ましい。電解槽には、電解液、ここでは液の導電性を改善するために硫酸酸性水溶液や苛性カリアルカリ水溶液などが用いられる。電解槽の材質は電解液に侵されにくいものであるのがよく、酸性電解液を用いた場合には、鉄製枠の内面を硝子やポリ４フッ化エチレンでコーティングしたものやゴムを貼り付けたもの、またはポリエチレン、ポリ塩化ビニル、アクリル系樹脂などの合成樹脂製電解槽を用いることができる。電解液がアルカリ性の場合には金属が腐食されにくいので、鉄や鋼などをそのまま容器に用いることも可能である。発生したガスは、陽極側、陰極側でそれぞれ分離されて別の所に設けられた酸素と水素の再結合器に導かれる。
【００２７】
再結合器にはアルミナなどに担持したパラジウムや白金などの触媒が充填されており、発生した酸素と水素を水に再結合する。ここで再結合される18Ｏは元の電解槽の液側に残った18Ｏよりも薄い濃度になるので、１つ手前またはそれ以上手前の電解槽に戻して（戻す電解槽がない場合は軽酸素が濃縮された結合水として活用できる）電解用水として活用する。
【００２８】
また、電解槽には上記の再結合水が供給されるが、電解によって水が失われるので、相当分の水が外部または隣の電解槽から供給される。
【００２９】
上記は電解槽をカスケードして並べ、かつ再結合器もカスケードした装置について説明したものであるが、時間にこだわらないのであれば、１つの電解槽で電解し、残った重酸素が濃縮された水を別の容器に保存し、新たな水をその電解槽に供給して同様に電解し、濃縮された水同士を混ぜ合わせて再び電解し、順次液の濃度を上げていく方法を採ることも可能である。その場合、ｎ回目以降の電解によって発生する酸素の重酸素濃度がそれより前の電解前の水の重酸素濃度より高ければ、発生酸素と水素を再結合させてｎ−１回目の電解時の水として利用してもよい。しかし、効率良く濃縮重酸素水を得るには、電解槽をカスケードして設置した装置で行うのが好ましい。なお、電解槽への給液方式は、回分式でも流通（連続）式でもどちらであってもよい。
【００３０】
次に、電解する電流の掛け方を説明する。電流は定電流で電解するのが一番制御しやすいが、特にこれに限定されるものではない。陰極との定電圧で電解してもよいし、参照極を陽極付近に設置し、その電位を一定にして電解してもよい。定電流法で電解する場合は、電極単位面積当たりの電流密度を０．００５〜０．４０Ａ／ｃｍ2 で行うのがよいが、特にこれに限定されるものではない。一般に低電流で行う方が分離係数は大きくなるが、それだけ所定量の同位体を得るのに時間が掛かる。ここで好ましいのは、第１の電解槽を大きめにして順次濃縮残液を先送りし、反対に再結合水を逆方向に戻す方法である。そして、電解槽を前の電解槽の４／５〜１／１０の大きさにするのが効率的である。ただし、大きさが同じ電解槽を並べても、１つの電解槽で電解し、同位体が濃縮された水を保存しておき、ある量に達したら電解槽に移して、硫酸や苛性ソーダなどで導電性を付与して電解する方法を取っても一向に差し支えない。
【００３１】
なお、電解してある濃度まで濃縮されたら、それを蒸留法または化学交換法でさらに濃縮してもよいし、逆に蒸留法や化学交換法などである程度濃縮された水を電解法でさらに濃縮する方法を採用してもよい。
【００３２】
すなわち、上記に述べたように、軽酸素同位体を濃縮する場合は、ガス側に軽酸素同位体が濃縮されるので、順次再結合器で電解発生酸素と水素を再結合させて隣の電解槽に送って軽酸素同位体濃縮水を製造できるし、重酸素同位体を濃縮する場合は、電解残液側に濃縮されるので、濃縮水を順次再結合水と反対隣の電解槽に送り込み、カスケード法により重酸素同位体の濃縮を容易に行うことができる。
【００３３】
本発明によれば、酸素発生過電圧が０．５Ｖ以上である電極、好ましくはダイヤモンド電極を酸素発生電極に用いて電解することで、酸素発生過電圧の作用により、16Ｏが一番電解されやすく、次いで17Ｏが電解されやすく、18Ｏが一番電解されにくいので、ガス側では16Ｏの比率が天然存在比よりも大きくなり、液側では18Ｏの比率が天然存在比より大きくなる。17Ｏの存在比は電流の流し方によって異なる。もともと17Ｏは天然存在比が小さいので、定電流電解法では存在比の変化は無視してもよい程度であるが、定電圧もしくは定電位電解では高めにするほど17Ｏは液側に残り、低めに設定するほどガス側に移行する。
【００３４】
この作用を利用して、濃縮された18Ｏを多く含むＨ2 18ＯとＨ2 17Ｏとの同位体混合水溶液から、さらにガス側に17Ｏを、液側に18Ｏを多く存在させるように電解分離することも可能である。
【００３５】
【実施例】
次に、本発明を添付図面に示す実施例に基づいて具体的に説明する。ただし、電解槽の形状、大きさ、電解槽の数、電解液のｐＨ、電極の大きさ、カスケードの方法等は何らこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３６】
実施例１
マイクロ波プラズマＣＶＤ法によってシリコン基板上に合成したダイヤモンドにトリメチルボランを分解して硼素Ｂをドーピングし、１０ｃｍ×１０ｃｍの正方形のダイヤモンド電極を作成した。成長したダイヤモンド層は、厚さが約３０μｍで、均一であった。ダイヤモンド層に銅線を編んだ物を集電体として接触させ、集電体を直接水溶液には接触させないようにエポキシ樹脂で覆った。
【００３７】
次いで、チタンに白金メッキを施した１０ｃｍ×１０ｃｍの正方形電極を陰極とし、ダイヤモンド電極と陰極の間に幅５ｍｍ、厚さ１５ｍｍの４フッ化エチレン樹脂シートを重ねてスペーサーとして配置し、さらにこのスペーサーの４フッ化エチレン樹脂シートの間に陽イオン交換膜をはさんだ。さらに、ガス側では陽極室側と陰極室側を４フッ化エチレン樹脂で分離し、ガス相の上部を４フッ化エチレン樹脂管でその上に配置したパラジウム触媒からなる水素・酸素再結合器につないだ。再結合器には水素と酸素の爆発範囲を除くために窒素をブロアー循環して流し、かつ反応熱を除去する熱交換器を設けた。水素・酸素再結合器の下部にはコックを付け、再結合した水を適宜排出できるようにした。さらに、第２電解槽の上部にも水素・酸素再結合器を設置し、その下部には結合水が排出できるようにコックを介して４フッ化エチレン樹脂管で第１電解槽下部につないだ。ここでは、第２電解槽に、電極面積、電解槽容量とも第１電解槽の半分の大きさのものを用いた。
【００３８】
次いで、電解槽および再結合器内を高純度窒素で置換して、残存酸素をなくした。
【００３９】
そして、第１電解槽の深さが１０ｃｍになるまで、脱気した０．５モル／ｌの濃度の硫酸水溶液を入れたところ、投入水はちょうど１００ｍｌになった。そして、電解電流密度が０．０１０Ａ／ｃｍ2 になるように、１．０Ａの電流を流した。
【００４０】
電解槽内部を０．０１Ｐａ程度の陽圧に保持し、２０℃の恒温で電解を続けた。その時の電解電圧は４．２３Ｖであった。電解開始後１時間は発生ガスを再結合器の手前に設けたベントラインから大気へ放出した。その後、再結合器には発生ガスと別途爆鳴気形成防止のための高純度窒素ガスを流して再結合器を作動させて水を生成させ、できた水を再結合水貯槽に導いた。第１電解槽からは、絶えず同位体存在比が天然比に近くなるように、水溶液を抜き出し、第２電解槽に送った。そして、その分新たに０．５モル／ｌの濃度の硫酸水溶液になるように天然組成の水と硫酸を定期的に補給した。
【００４１】
さらに１２時間後に、第１再結合器で再結合された水を採取し、四重極質量分析法により同位体濃度を分析したところ、18Ｏが０．０５０８％、17Ｏが０．０３８１％で、16Ｏが９９．９１１％であった。
【００４２】
第２電解槽の電解液が所定量の５０ｍｌ溜まったところで、それを電流密度が０．０１０A ／ｃｍ2 になるように０．５Ａにて定電流で電解し、今度は最初から窒素置換された再結合器に陽極ガス、陰極ガスのそれぞれを導入し、再結合した。再結合水は４フッ化エチレン樹脂管を通して第１電解槽に戻した。さらに電解を続け、２４時間後に第２電解槽の水溶液をサンプリングして四重極質量分析計で同位体比率を分析したところ、18Ｏが０．６０７％、17Ｏが０．０４３％で、16Ｏが９９．３５０％であった。
【００４３】
図１に上記で用いた電解槽の構成を示す模式断面図を示す。図において、１はダイヤモンド電極層を示し、２はチタンに白金メッキした陰極、３はシリコン基板、４は陽イオン交換膜、４′は４フッ化エチレン樹脂製セパレーター、５は陽極室で電極面は液に浸かっている。６は陰極室で、同じく電極面は液に浸かっている。７は陽極集電棒、８は陰極集電棒、９は陽極室ガス抜き配管、１０は陰極室ガス抜き配管を示している。ガス抜き配管はその先が水素・酸素結合器に接続されている。
【００４４】
実施例２
熱フィラメント法により、２０ｃｍ×２０ｃｍの正方形のシリコン基板上にダイヤモンド電極を形成させ、それに硼素源として酸化硼素を用いて硼素Ｂをドーピングした。２０ｃｍ四方の各電極を１パネルとしてその１０枚分をチタン集電板の両面に貼り付け、両面で２０枚のダイヤモンド電極を陽極として形成し、陰極にはニッケルメッキ処理した鉄板を用いた。両面をダイヤモンド電極にした陽極の４組を１つの電解槽に設置し、各陽極の両面には４フッ化エチレン樹脂メッシュのスペーサーを挟んで陰極をセットした。すなわち、端から陰極、イオン交換膜、陽極、イオン交換膜、陰極、イオン交換膜、陽極、イオン交換膜、陰極、イオン交換膜、陽極、イオン交換膜、陰極、イオン交換膜、陽極、イオン交換膜、陰極の順に陽陰極をイオン交換膜を挟んで交互に配置した。そして、陽極の電極面積を１６０００ｃｍ2 になるようにした。
【００４５】
陽極および陰極のガスをそれぞれ一緒のガス室に集め、それぞれを上部に設置した水素・酸素再結合器に４フッ化エチレン管を通して導いた。再結合器には実施例１と同様に爆鳴気形成を防ぐために高純度窒素を循環して流した。
【００４６】
第１電解槽には電極に合うように大きなものを用いたが、材料は実施例１と同様なものを使用した。そして、図２に示したように第２電解槽、第３電解槽と順次水素・酸素再結合器を介して接続し、全部で１４個の電解槽をカスケードし、電解装置一式を組み立てた。図２において、１１〜２４は電解槽を示し、それぞれイオン交換膜で仕切られている。ア〜セは水素・酸素再結合器を示している。各電解槽と水素・酸素結合器はバルブ付き配管でつながっている。なお、純窒素循環ブロアーや電解槽への電流の流れ、整流器などは記載を省いた。
【００４７】
第１電解槽から発生したガスを第１再結合器で水に生成させ、その水は軽酸素水として貯槽に貯めた。第２電解槽から発生したガスを第２再結合器で水に生成させ、その水を第１電解槽に供給し、順次に後ろの電解槽から発生したガスを再結合させた水を前の電解槽に戻した。すなわち、第１３電解槽から発生したガスの再結合水を第１２電解槽に供給し、第１４電解槽から発生したガスの再結合水を第１３電解槽に戻した。また、逆に第１電解槽の電解液の一部を抜き出して第２電解槽に供給し、第２電解槽の抜き出し液を第３電解槽へと、順次に前の電解槽から後続の電解槽に電解液を抜き出し、供給した。
【００４８】
すなわち、第１電解槽から電解で消費される水と第１電解槽から抜き出され、第２電解槽に供給される電解液に相当する分の天然水と苛性カリを苛性カリ濃度が１５質量％に維持されるように第１電解槽に供給した。第２電解槽からは電解で消費される水の分と第１電解槽から供給される電解液の分との差分の電解液を抜き取って第３電解槽に供給した。そして、この操作を順次に繰り返し、第ｎ電解槽から電解で消費される水分と第（ｎ−１）電解槽からの供給電解液との差分を第（ｎ＋１）電解槽に供給した。また、いずれの電解槽も苛性カリ濃度が１５質量％に保たれるように苛性カリまたは蒸留水を適宜補給し、調整した。ただし、実際には減容電解槽をカスケードしており、調整のために補給した苛性カリや蒸留水は微量であった。
【００４９】
なお、電解槽の大きさはそれぞれの電極面積に応じて決めたが、第１電解槽は上記のように陽極面積が１６０００ｃｍ2 になるようにし、第２電解槽は第１電解槽の１／２の電極面積に、また第３電解槽は第２電解槽の１／２の電極面積になるように、順次に電極面積を前の電解槽の１／２にした。従って、第１４電解槽の陽極面積は１．９５３ｃｍ2 であった。
【００５０】
そして、第１電解槽には、電解電流密度を０．２０Ａ／ｃｍ2 になるように、すなわち３２００Ａの電流を流した。第２電解槽には第１電解槽が稼働してから４時間経過後に同じ電流密度で、すなわち１６００Ａで電流を流した。第３電解槽には第２電解槽に通電後４時間経過してから同じ電流密度で電流を流した。最後の第１４電解槽に通電を開始したのは、第１電解槽への通電から５２時間経過後であり、その電流は０．３９１Ａであった。
【００５１】
連続通電して、１週間後に第１結合器から第１４結合器における結合水中の18Ｏの濃度および第１４電解槽から抜き出した電解液を蒸留して苛性カリを除去した水中の18Ｏ濃度を四重極質量分析法により分析したところ、表１のようになり、第１４電解槽での液は18Ｏ濃度が９９．８１４％まで濃縮されていることがわかった。
【００５２】
【表１】
2004190094.tif 000003
【００５３】
実施例３
実施例１と同様な方法でダイヤモンド層および陽極を作製した。
【００５４】
陰極には陽極と同面積の鉄板表面に鉄メッキをしたものを用い、陽極のダイヤモンド電極と陰極の間隔は１０ｍｍとして鉄製電解槽に無隔膜の状態で浸積した。電解液としては高純度に精製した蒸留水に高純度苛性カリを１５質量％になるように添加したものを用いた。電解槽からは電解液を抜き出せるように４フッ化エチレン樹脂製コック付き４フッ化エチレン樹脂製チューブ配管で隣に設けた電極面積が１／４のダイヤモンド電極と鉄陰極からなる減容型電解槽（第２電解槽）につないだ。第２電解槽を第１電解槽より低い位置に設定し、コックを開けば重力で第１電解槽の液が第２電解槽に流れ込むようにした。また、各電解槽のガス部分で水素と酸素が爆鳴気を作るのを防止するためにヘリウムガスを常時流して希釈した。
【００５５】
次いで、電流密度を０．０１０Ａ／ｃｍ2 にして電解を行った。電解の進行により、電解液面が下がるのに比例して電流値を下げ、電流密度が常に０．０１０Ａ／ｃｍ2 になるようにした。電解液が電解で減少し、ほぼ元の1 ／３の容量になったところで第２電解槽に電解液を第２電解槽の電極が浸るまで移した。電極の集電体は直接電解液と接触しないように絶縁性樹脂で覆ってあるので、そのまま第２電解槽に電流密度を０．０１０Ａ／ｃｍ2 の電流を流して電解を行った。電解の進行により電解液面が下がるので、電流量を電流密度が一定になるように調整した。電解が進行し、電解液の量が元の１／３程度になったところで電解を終了し、残った電解液を採取し、蒸留装置で苛性カリを分離し、精製した水の18Ｏ、17Ｏと16Ｏの濃度分析を行った。
【００５６】
その結果、18Ｏは０．７７２％、17Ｏは０．０４０％、16Ｏは９９．１８８％であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で用いた電解層の構成を示す模式断面図。
【図２】実施例２で用いた電解槽と再結合器とを配管でカスケードした装置を示す模式図。
【符号の説明】
１…ダイヤモンド電極層
２…チタンに白金メッキした電極
３…シリコン基板
４…陽イオン交換膜
４′…４フッ化エチレン樹脂製セパレーター
５…陽極室
６…陰極室
７…陽極集電棒
８…陰極集電棒
９…陽極室ガス抜き配管
１０…陰極室ガス抜き配管
１１〜２４…電解槽
ア〜セ…水素・酸素再結合器
【図１】
2004190094.tif 000004
【図２】
2004190094.tif 000005