(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素樹脂系イオン交換膜を固体電解質として使用し、前記フッ素樹脂系イオン交換膜により陽極室及び陰極室に区画されたオゾン発生用水電解槽を用いて陽極室よりオゾン含有ガス、陰極室水素ガスを製造するオゾン製造法において、前記フッ素樹脂系イオン交換膜として、複数枚のフッ素樹脂系イオン交換膜を互いに接触させて前記電解槽に装着し、前記複数枚のフッ素樹脂系イオン交換膜の少なくとも一枚が表裏に貫通する切り目の入ったフッ素樹脂系イオン交換膜であり、少なくとも一枚が切り目の入っていないフッ素樹脂系イオン交換膜であり、前記陽極室から発生するオゾン含有ガス内の水素濃度を下げることを特徴とするオゾン製造方法。
【請求項２】
前記切り目の入ったフッ素樹脂系イオン交換膜の切り目が、その表面の全体に亘り、複数形成され、前記切り目が直線状、横方向、同心円状又は不規則的に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のオゾン製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水電解により得られるオゾン含有ガス内の不純物である水素ガス濃度を下げ、高純度のオゾンガスを製造するオゾン製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、オゾンガスの製造分野においては、オゾン発生用水電解槽において、陽極室と陰極室を区画し、両極室から発生するガスを対極室に拡散させないため、固体電解質として１枚のフッ素樹脂系用イオン交換膜を使用していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、上記の従来方法によるオゾン製造方法では、長期運転するにつれて、固体電解質として使用する１枚のフッ素樹脂系用イオン交換膜の厚みが減少し、あるいは、膜が劣化することにより、陰極室で発生した水素ガスが陽極室へ拡散し、オゾン含有ガス内の不純物として水素ガス濃度が上昇する欠点があった。
【０００４】
また、上記の従来方法によると、高電密で運転した場合、フッ素樹脂系用イオン交換膜の厚みの減少及び膜の劣化が加速し、オゾン含有ガス内の不純物として水素ガス濃度が更に上昇する傾向にある。そして、オゾン含有ガス内の不純物として水素ガス濃度は、４％を超えると爆発する恐れがある。
【０００５】
また、上記の従来方法によると、オゾン発生用水電解槽を長期間、安定して運転することが出来なかった。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２９５５７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上記の従来方法の欠点を解消し、水電解により得られるオゾンガス中の不純物である水素ガス濃度を下げ、高純度のオゾンガスを得ると共に、オゾン発生用水電解槽をより長く安定して運転する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、フッ素樹脂系イオン交換膜を固体電解質として使用し、前記フッ素樹脂系イオン交換膜により陽極室及び陰極室に区画されたオゾン発生用水電解槽を用いて陽極室よりオゾン含有ガス、陰極室より水素ガスを製造するオゾン製造法において、前記フッ素樹脂系イオン交換膜として、複数枚のフッ素樹脂系イオン交換膜を互いに接触させて前記電解槽に装着し、前記複数枚のフッ素樹脂系イオン交換膜の少なくとも一枚が表裏に貫通する切り目の入ったフッ素樹脂系イオン交換膜であり、少なくとも一枚が切り目の入っていないフッ素樹脂系イオン交換膜であり、前記陽極室から発生するオゾン含有ガス内の水素濃度を下げることにある。
【００１１】
また、第２の課題解決手段は、前記切り目の入ったフッ素樹脂系イオン交換膜の切り目が、その表面の全体に亘り、複数形成され、前記切り目が直線状、横方向、同心円状又は不規則的に配置されていることにある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、フッ素樹脂系イオン交換膜として、複数枚のフッ素樹脂系イオン交換膜を互いに接触させて前記電解槽に装着し、前記陽極室から発生するオゾン含有ガス内の水素濃度を下げることができるとともに、オゾン発生用電解槽を長期間、安定して運転することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。
本発明においては、図１に示すように、固体電解質として使用する複数枚のフッ素樹脂系イオン交換膜は、切り目のない通常のフッ素樹脂系イオン交換膜１、１、１を互いに接触させた３枚のフッ素樹脂系イオン交換膜を使用し、この３枚のフッ素樹脂系イオン交換膜をオゾン発生用水電解槽６内に装着し、その両側にオーリング５を介して、陽極３、陰極４を装着し、陽極室７、陰極室８を形成した。切り目のない通常のフッ素樹脂系イオン交換膜１、１、１は、いずれも電解面積よりも大きな大きさとし、これら切り目のない通常のフッ素樹脂系イオン交換膜１、１、１のうち、中心に位置するフッ素樹脂系イオン交換膜１は、陰極３、陽極４に接触するフッ素樹脂系イオン交換膜１，１より大きな大きさの膜とした。そして、陰極室８内に純水を供給し、オゾン発生用水電解槽６において純水を電解し、陽極室７より酸素含有オゾンガスを得、陰極室８より水素ガスを得た。
【００１５】
その結果、陽極室７より得られた酸素含有オゾンガス中に混入する水素ガス濃度は極めて低く、その値は、通常のフッ素樹脂系イオン交換膜１を一枚で使用した場合に比べて、半分以下となり、オゾン発生用水電解槽６を長期間、安定した運転することができた。
【００１６】
また、本発明においては、図２に示すように、固体電解質として使用する複数枚のフッ素樹脂系イオン交換膜は、切り目のない通常のフッ素樹脂系イオン交換膜１の両面に、複数の切り目を設けたフッ素樹脂系イオン交換膜２、２を互いに接触させた３枚のフッ素樹脂系イオン交換膜を使用し、この３枚のフッ素樹脂系イオン交換膜をオゾン発生用水電解槽６内に装着し、その両側にオーリング５を介して、陽極３、陰極４を装着し、陽極室７、陰極室８を形成した。そして、陰極室８内に純水を供給し、オゾン発生用水電解槽６において純水を電解し、陽極室７より酸素含有オゾンガスを得、陰極室８より水素ガスを得た。
【００１７】
その結果、陽極室７より得られた酸素含有オゾンガス中に混入する水素ガス濃度は、全て切り目のないフッ素樹脂系イオン交換膜１、１、１を互いに接触させて使用した場合よりも更に低くなり、通常のフッ素樹脂系イオン交換膜１を一枚で使用した場合に比べて、半分以下となり、オゾン発生用水電解槽６を長期間、安定した運転することができた。
【００１８】
また、このように切り目を設けたフッ素樹脂系オン交換膜を使用した場合、膜と膜との間に液やガスが溜まることなく、この液やガスは、切り目を設けたフッ素樹脂系イオン交換膜２の切り目を介して、系外に容易に排出されるため、ボイドのような現象が起きることなく、セル電圧の上昇を防ぐことが出来た。
【００１９】
また、本発明によれば、前記切り目の入ったフッ素樹脂系イオン交換膜２の切り目は、図３に示すように、横方向に複数本形成しもよいが、切り目の形状は、図３の形状に限定されることなく、その表面の全体に亘り、複数形成され、前記切り目が直線状又は円状に、縦方向、横方向、同心円状又は不規則的に配置することにより、上記効果を一層向上することが出来る。
【００２０】
また、上記の例においては、切り目のない通常のフッ素樹脂系イオン交換膜１の両面に、切り目を設けたフッ素樹脂系イオン交換膜２、２を互いに接触させた３枚のフッ素樹脂系イオン交換膜を使用しているが、３枚の膜を２枚としても、４枚以上としてもよいが、本発明によれば、前記複数枚のフッ素樹脂系イオン交換膜の少なくとも１枚が、切り目の入ったフッ素樹脂系イオン交換膜２を使用することにより、膜と膜の間の液やガスの滞留を更に防ぐことができ、かつ、セル電圧が非常に大きくなったり、その値が大きく振れたりすることを防止することが出来るとともに、膜と膜との間に水が溜まることがないため、ボイドのような現象を防ぐことが出来る。
【００２１】
更に、本発明によれば、前記切り目の入ったフッ素樹脂系イオン交換膜の切り目が、その表裏に貫通する切り目とすることにより、一層、前期陽極室から発生するオゾン含有ガス内の水素濃度を下げることができるとともに、セル電圧の上昇を防ぐことが出来る。
【００２２】
更に、本発明によれば、前記複数枚のフッ素樹脂系イオン交換膜の全てが電解面積よりも大きな大きさの膜を使用し、前記複数枚のフッ素樹脂系イオン交換膜の少なくとも１枚が、その他のフッ素樹脂系イオン交換膜より大きな大きさのフッ素樹脂系イオン交換膜とし、複数枚の膜間での液漏れを防ぐことができ、上記効果を一層向上することが出来る。
【実施例】
【００２３】
次に、本発明を実施例及び比較例を挙げて、本発明を具体的に説明する。但し、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【００２４】
＜参考例１、２及び比較例１＞
参考例１として、図１に示すオゾン発生用水電解槽６を使用し、固体電解質として、切り目のない通常のフッ素樹脂系イオン交換膜２枚（参考例１）、もしくは３枚（参考例２）を使用し、互いに接触させて使用した。オゾン発生用水電解槽６の電解有効面積は、１ｄｍ2とし、電流密度は１００Ａ／ｄｍ2にて電解した。陽極３に二酸化鉛粉末、陰極４に白金粉末、固定電解質であるフッ素樹脂系イオン交換膜１及び２として、デュポン社製ナフィオンＮ−１１７（登録商標）を使用した。また、比較例１として、前記３枚のフッ素樹脂系イオン交換膜の代わりに、一枚の切り目のない通常のフッ素樹脂系イオン交換膜１（厚さ、０．１８ｍｍ）を用いた。
【００２５】
その結果、表１に示す通り、膜を２枚重ねた参考例１、膜を３枚重ねた参考例２においては、陽極室７から発生するオゾン含有ガス内の水素濃度は、極端に減少し、膜を１枚使用した場合に比較して、半分以下となった。この結果、膜に切り目がない場合でも複数の膜を重ねることによって、オゾン含有ガス内の水素濃度を低下させる効果があることが判明した。
【００２６】
ただし、このように、参考例１、２に示す切り目のないフッ素樹脂系イオン交換膜を使用した場合、膜と膜との間に液やガスの滞留が生じ、セル電圧が上昇するおそれがある。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
＜実施例１＞
実施例１として、図２に示すオゾン発生用水電解槽６を使用し、固体電解質として、切り目のない通常のフッ素樹脂系イオン交換膜１の両面に、切り目を設けたフッ素樹脂系イオン交換膜２、２を互いに接触させた３枚のフッ素樹脂系イオン交換膜を使用した。前記切り目の入ったフッ素樹脂系イオン交換膜２の切り目は、図３に示すように、横方向に複数本形成した。オゾン発生用水電解槽６の電解有効面積は、１ｄｍ2とし、陽極３に二酸化鉛粉末、陰極４に白金粉末、固定電解質であるフッ素樹脂系イオン交換膜１及び２として、デュポン社製ナフィオン１１７（登録商標）を使用した。また、比較例１として、前記３枚のフッ素樹脂系イオン交換膜の代わりに、一枚の切り目のない通常のフッ素樹脂系イオン交換膜１（厚さ、０．１８ｍｍ）を用いた。
【００２９】
その結果、表２に示す通り、実施例１においては、陽極室７から発生するオゾン含有ガス内の水素濃度は、極端に減少し、膜を１枚使用した場合に比較して、半分以下となり、参考例１及び２に示す値よりさらに低い値となった。
【００３０】
【表２】
0004598698.tif 000003
【００３１】
更に、本実施例１によれば、切り目を設けたフッ素樹脂系イオン交換膜２の切り目を介して、液やガスは、系外に容易に排出されるため、ボイドのような現象が起きることなく、セル電圧の上昇を防ぐことが出来た。
【００３２】
＜実施例２＞
参考例１の方法において、固体電解質として、切り目のない通常のフッ素樹脂系イオン交換膜１と切り目を設けたフッ素樹脂系イオン交換膜２を互いに接触させた２枚のフッ素樹脂系イオン交換膜を使用し、参考例１と同じ条件にて電解をした。
【００３３】
その結果、表３に示す通り実施例２においては、陽極室４から発生するオゾン含有ガス内の水素濃度は、極端に減少し、膜を１枚使用した場合に比較して、半分以下となり、参考例１及び２に示す値よりさらに低い値となった。
【００３４】
【表３】
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【００３５】
更に、本実施例によれば、切り目を設けたフッ素樹脂系イオン交換膜２の切り目を介して、液やガスは、系外に容易に排出されるため、ボイドのような現象が起きることなく、セル電圧の上昇を防ぐことが出来た。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、水電解により得られるオゾンガス中の不純物である水素ガス濃度を下げ高純度のオゾンガスを必要とする分野において使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の参考例による、切り目のない膜を複数重ねた場合の、オゾン製造法に使用するオゾン発生用水電解槽の一例の模式図を示す図。
【図２】本発明による、切り目のない膜と切り目の入った膜を複数重ねた場合の、オゾン製造法に使用するオゾン発生用水電解槽の一例の模式図を示す図。
【図３】本発明によるオゾン製造法において、切り目の入ったフッ素樹脂系イオン交換膜２の切り目の一例の模式図を示す図。
【符号の説明】
【００３８】
１：切り目のないフッ素樹脂系イオン交換膜
２：切り目の入ったフッ素樹脂系イオン交換膜
３：陽極
４：陰極
５：オーリング
６：オゾン発生用水電解槽
７：陽極室
８：陰極室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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