(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン透過性の隔膜を介して陽極板と陰極板とを設けた電解槽に塩素イオンを含む原水を供給して電解し、該電解槽の陽極側で有効塩素を含む電解水を生成する装置において、
前記陽極板は、チタン基材の表面に酸化白金、酸化イリジウム及び酸化ルテニウムの３成分からなる電極触媒を担持させたことを特徴とする電解水生成装置。
【請求項２】
前記電極触媒は、酸化ルテニウムを５〜２０モル％の範囲で含むことを特徴とする請求項１記載の電解水生成装置。
【請求項３】
前記電極触媒は、酸化白金を５０〜８０モル％の範囲で含むことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電解水生成装置。
【請求項４】
前記チタン基材は、メッシュ状であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン透過性の隔膜を介して陽極板と陰極板とを設けた電解槽に塩素イオンを含む原水を供給して電解し、該電解槽の陽極側で有効塩素として残留塩素、次亜塩素酸等の塩素化合物を含む電解水を生成する電解水生成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電解槽をイオン交換膜等のイオン透過性の隔膜により、陽極室と陰極室とに二分し、各室に電極を配設することにより、前記隔膜を介して陽極板と陰極板とを設けた電解水生成装置が知られている。
【０００３】
前記電解水生成装置は、前記各室に塩化ナトリウム、塩化カリウム等の塩化物を添加した原水を供給し、前記陽極板と陰極板との間に通電して電解を行うことにより、前記陽極室からは塩素及び次亜塩素酸等の塩素化合物を含む酸性の電解水が得られるが、これらの物質の量は有効残留塩素濃度として表され、殺菌効果を示す一つの指標となっている。一方、前記陰極室からはアルカリ性の電解水が得られる。前記有効塩素を含む酸性の電解水は、殺菌効果を有するので、一般の殺菌、消毒、消臭に使用されたり、農業または園芸において土壌、作物、草花に散布して病原菌の殺菌に使用される。
【０００４】
前記電解水生成装置では、従来、前記電極、特に陽極板の塩素化合物による腐食を防止するために、チタン基材からなる電極が使用されている。また、前記電解水生成装置では、電解に消費される電力を低減するために、前記チタン基材の表面に酸化白金及び酸化イリジウムの２成分からなる電極触媒を担持させた電極が使用されている。
【０００５】
しかしながら、多量の電解水を生成させたり、前記電解水中の有効塩素濃度を高くしようとすると、前記電極触媒を担持させた電極でも、多大な電解エネルギーを必要とし、電解に消費される電力が増大するとの不都合がある。前記残留塩素濃度を高くするために、原水に添加される塩化物の量を増加することも考えられるが、前記塩化物は電解により極く一部が反応して次亜塩素酸等の有効塩素を生成するだけで、他は塩化物のままで生成する電解水中に残留するので、このような電解水の散布を繰り返すと、被散布物に悪影響を及ぼす虞れがある。例えば、金属を腐食させる要因となる場合があったり、あるいは農業または園芸において植物の生理障害を招く要因となることがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる不都合を解消して、従来と同等の有効塩素濃度を有する電解水をより少ない消費電力で得ることができる電解水生成装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の電解水生成装置は、イオン透過性の隔膜を介して陽極板と陰極板とを設けた電解槽に塩素イオンを含む原水を供給して電解し、該電解槽の陽極側で有効塩素を含む電解水を生成する装置において、前記陽極板は、チタン基材の表面に酸化白金、酸化イリジウム及び酸化ルテニウムの３成分からなる電極触媒を担持させたことを特徴とする。ここで、前記電極触媒は白金化合物、イリジウム化合物及びルテニウム化合物を空気中で熱処理することにより形成されるが、前記白金化合物はその全てが酸化物とはならず、白金と白金の酸化物とが混在する状態を示すものである。そこで、本明細書では、「酸化白金」との用語は、前記のように、白金と白金の酸化物とが混在する状態を意味する。
【０００８】
前記構成の電解槽で前記原水の電解を行うと、陽極側では、水の酸化反応と、塩素イオンの酸化反応とが起きる。前記２つの反応は、通常、電解においては酸化還元電位が近いため、同時に反応が起こる。そこで、本発明の装置は、前記３成分からなる電極触媒を担持させた電極を用いることにより、従来の電極に較べて、塩素イオンの酸化反応が起こり易くなる。すなわち、前記３成分からなる電極触媒は、塩素イオンの酸化における反応過電圧を低下させる役割を果たしている。この結果、従来のチタン基材の表面に酸化白金及び酸化イリジウムの２成分からなる電極触媒を担持させた電極よりも少ない消費電力で、塩素イオンの酸化による反応生成物である次亜塩素酸等の濃度を高くすることができ、有効塩素濃度の高められた電解水を得ることができる。
【０００９】
また、本発明の電解水生成装置水において、前記電極触媒は、酸化ルテニウムを５〜２０モル％の範囲で含むことを特徴とする。前記電極触媒を構成する３成分中、酸化ルテニウムの含有量が５モル％未満では塩素イオンの酸化反応を優先させる効果が十分に得られず、２０モル％を超えても塩素イオンの酸化反応をそれ以上に優先させる効果は望めない。
【００１０】
また、本発明の電解水生成装置水において、前記電極触媒は、酸化白金を５０〜８０モル％の範囲で含むことを特徴とする。前記電極触媒を構成する３成分中、酸化白金の含有量が５０モル％未満では該電極触媒の導電率が大きくなり、８０モル％を超えると、相対的に他の２成分の含有率が低下して塩素イオンの酸化反応を促進する効果が十分に得られなくなることがある。
【００１１】
本発明の電解水生成装置において、前記陽極板を構成する前記チタン基材は、平板状であってもよいが、平板に比較して表面積が大きく、電極表面で生成した化学種が拡散し易くなることからメッシュ状であることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の電解水生成装置の一構成例を示す説明的断面図であり、図２は実施例及び比較例の結果を示すヒストグラムである。
【００１３】
本実施形態の電解水生成装置は、図１示のように、電解槽１をイオン交換膜等のイオン透過性の隔膜２により、陽極室３と陰極室４とに二分し、各室に電極を配設することにより、前記隔膜２を介して陽極板５と陰極板６とを設けたものである。陽極板５及び陰極板６は、電解槽１の側壁を貫通して外部に導かれた引出端子５ａ，６ａにより、図示しない外部電源に接続されている。また、陽極室３及び陰極室４の底部にはそれぞれ原水供給導管７，８が接続され、上部には電解水取出導管９，１０が接続されている。
【００１４】
そして、本実施形態の電解水生成装置では、前記陽極板５はメッシュ状のチタン基板上に酸化白金、酸化イリジウム及び酸化ルテニウムの３成分からなる電極触媒を担持させたものが用いられ、陰極板６は前記電極触媒を担持させないメッシュ状のチタン基板が用いられる。
【００１５】
前記電極触媒は、例えば、アルコール系有機溶媒を溶剤として、該溶剤に白金化合物、イリジウム化合物及びルテニウム化合物を所定の割合で溶解してなるコーティング溶液をメッシュ状のチタン基板上に塗布し、空気中で乾燥し、７００〜８００℃の範囲の温度で１〜３時間焼成することにより、前記チタン基板上に焼結させることができる。前記電極触媒は、前記コーティング溶液の塗布、乾燥、焼結操作を繰り返し行うことにより、比較的均一なコーティング層と触媒として必要な担持量とを得ることができる。尚、前記白金化合物、イリジウム化合物及びルテニウム化合物としては、白金、イリジウム、ルテニウムの塩化物の錯体等を用いることができる。
【００１６】
本実施形態の電解水生成装置では、原水供給導管７，８から塩素イオンを含む原水を陽極室３，陰極室４に導入し、陽極板５及び陰極板６の間に所定の電流を通電することにより電解を行う。そして、陽極室３，陰極室４で得られた電解水を、それぞれ電解水取出導管９，１０から取り出す。
【００１７】
水は、蒸留水等の人工的に特殊な操作を加えたものを除くと、通常は塩素イオン等の各種イオンを含んでいる。従って、本発明では、前記原水として市水、工業用水、井戸水などのどのような水でも採用することができ、前記電解に供することができる。前記原水は、前記電解を良好に行うために電解質を添加することが好ましく、前記電解質としては前記塩素イオンの供給源となることから、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）または塩化カリウム（ＫＣｌ）等の塩化物を用いることが好ましい。
【００１８】
前記原水を用いて電解を行うと、陽極室３では水の電解により酸素（Ｏ2 ）が発生し、水素イオン（Ｈ+ ）を生成すると同時に、前記原水に含有される塩素イオン（Ｃｌ- ）が酸化され塩素（Ｃｌ2 ）が生成する。前記塩素の一部は気化して系外に放出されるが、一部は水に溶解して次亜塩素酸等の塩素化合物（含イオン）を生成する。前記陽極での反応を下式に示す。尚、水の電解で発生した酸素は気体となって系外に放出される。
【００１９】
【化１】
0003946838.tif 000002
【００２０】
前記式（１）及び式（２）の反応は競争的に起こる反応であるが、本実施形態の陽極室３では、陽極板５に前記構成の電極触媒が担持されているので、式（２）の反応が従来の電極に比して起こり易くなり、以下、式（３）〜（５）に従って次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）、ＣｌＯ- 、Ｃｌ- 等が生成し、有効塩素濃度の高い電解水が得られる。
【００２１】
また、前記陰極室４では、主として水の電解により水素が発生すると共に、水酸イオン（ＯＨ- ）が生成する。前記陰極室４での反応を下式に示す。
【００２２】
【化２】
0003946838.tif 000003
【００２３】
この結果、陽極室３側の電解水取出導管９からは有効塩素濃度の高い酸性水が得られ、陰極室４側の電解水取出導管１０からはアルカリ性水が得られる。
【００２４】
前記陽極室３と陰極室４とはイオン透過性の隔膜２により隔てられているので、電荷は相互に移動できるが、前記酸性水とアルカリ性水とが互いに混じり合うことが無い。ここで、前記隔膜２は、織布、不織布、プラスチックフィルム（ポリマーフィルム）等どのような形状のものであってもよく、物理的な空隙または空孔を備えているか、固体電解質膜のように電荷を透過させて移動させることができる機能を備えているものが用いられる。前記物理的な空隙または空孔を備えているものとしては、微小孔を有するポリプロピレン、ポリエチレン等のポリマーフィルム（例えば宇部興産株式会社製ポリオレフィン多孔フィルム「ユーポア（商標）」）、天然繊維や人工繊維を結合してフィルム状にした不織布等が挙げることができる。また、電荷を透過させて移動させることができる機能を備えているものとしては、代表例としてイオン交換膜を挙げることができる。
【００２５】
また、前記電解のときには陰極室４において、前記原水に含まれる塩化ナトリウム、塩化カリウム等の塩化物から、苛性ソーダ（ＮａＯＨ）、苛性カリ（ＫＯＨ）等の水酸化物が生成され、電解液が強アルカリ性となるため、前記隔膜２は耐酸性、耐アルカリ性を備えるイオン交換膜であることが好ましい。このようなイオン交換膜として、例えば、デュポン社製ナフィオン１１７（商品名）等を挙げることができる。
【００２６】
次に、本発明の実施例及び比較例を示す。
【００２７】
【実施例１】
アルコール系有機溶剤に白金化合物、イリジウム化合物及びルテニウム化合物をＰｔ／Ｉｒ／Ｒｕ＝７／２／１の割合（モル比）になるように溶解してコーティング溶液を調製し、該コーティング溶液をメッシュ状のチタン基板上に塗布、乾燥し、７００〜８００℃の温度で１〜３時間焼成した。これにより、チタン基板上に酸化白金、酸化イリジウム及び酸化ルテニウムの３成分が約７／２／１の割合で含まれる電極触媒を焼結させて担持させた電極を製造した。
【００２８】
図１示の電解水生成装置において、前記電極を陽極板５とし、前記電極触媒を担持させないメッシュ状のチタン基板を陰極板６として、原水供給導管７，８から塩化ナトリウム０．８ｇ／リットルを含む原水を０．５リットル／分の流量で陽極室３，陰極室４に導入し、陽極板５及び陰極板６の間に所定の電流を通電することにより電解を行い、陽極室３側の電解水取出導管９から有効塩素濃度５０ｐｐｍ（５０ｍｇ／リットル）を含む電解水を得た。
【００２９】
このとき、消費電力は４２．５Ｗであった。結果を図２に示す。
【００３０】
【実施例２】
Ｐｔ／Ｉｒ／Ｒｕ＝７／１／２となるようにしてコーティング溶液を調製し、該コーティング溶液をメッシュ状のチタン基板上に塗布、乾燥、焼成し、チタン基板上に酸化白金、酸化イリジウム及び酸化ルテニウムの３成分が約７／１／２の割合で含まれる電極触媒を焼結させて担持させた電極を製造し、前記電極を陽極板５とした以外は、実施例１と同一にして電解を行い、陽極室３側の電解水取出導管９から有効塩素濃度５０ｐｐｍ（５０ｍｇ／リットル）を含む電解水を得た。
【００３１】
このとき、消費電力は１５２．３Ｗであった。結果を図２に示す。
【００３２】
【実施例３】
Ｐｔ／Ｉｒ／Ｒｕ＝７／２．５／０．５となるようにしてコーティング溶液を調製し、該コーティング溶液をメッシュ状のチタン基板上に塗布、乾燥、焼成し、チタン基板上に酸化白金、酸化イリジウム及び酸化ルテニウムの３成分が約７／２．５／０．５の割合で含まれる電極触媒を焼結させて担持させた電極を製造し、前記電極を陽極板５とした以外は、実施例１と同一にして電解を行い、陽極室３側の電解水取出導管９から有効塩素濃度５０ｐｐｍ（５０ｍｇ／リットル）を含む電解水を得た。
【００３３】
このとき、消費電力は７３．９Ｗであった。結果を図２に示す。
【００３４】
【実施例４】
Ｐｔ／Ｉｒ／Ｒｕ＝７／１．５／１．５となるようにしてコーティング溶液を調製し、該コーティング溶液をメッシュ状のチタン基板上に塗布、乾燥、焼成し、チタン基板上に酸化白金、酸化イリジウム及び酸化ルテニウムの３成分が約７／１．５／１．５の割合で含まれる電極触媒を焼結させて担持させた電極を製造し、前記電極を陽極板５とした以外は、実施例１と同一にして電解を行い、陽極室３側の電解水取出導管９から有効塩素濃度５０ｐｐｍ（５０ｍｇ／リットル）を含む電解水を得た。
【００３５】
このとき、消費電力は４７．９Ｗであった。結果を図２に示す。
【００３６】
【比較例１】
メッシュ状のチタン基板上に酸化白金のみからなる電極触媒を担持させた電極を陽極板５とした以外は、実施例１と同一にして電解を行い、陽極室３側の電解水取出導管９から有効塩素濃度５０ｐｐｍ（５０ｍｇ／リットル）を含む電解水を得た。
【００３７】
このとき、消費電力は４５９．０Ｗであった。結果を図２に示す。
【００３８】
【比較例２】
メッシュ状のチタン基板上に酸化白金及び酸化イリジウムの２成分が８／２の割合（モル比）で含まれる電極触媒を担持させた電極を陽極板５とした以外は、実施例１と同一にして電解を行い、陽極室３側の電解水取出導管９から有効塩素濃度５０ｐｐｍ（５０ｍｇ／リットル）を含む電解水を得た。
【００３９】
このとき、消費電力は２６７．５Ｗであった。結果を図２に示す。
【００４０】
【比較例３】
メッシュ状のチタン基板上に酸化白金及び酸化イリジウムの２成分が６／４の割合（モル比）で含まれる電極触媒を担持させた電極を陽極板５とした以外は、実施例１と同一にして電解を行い、陽極室３側の電解水取出導管９から有効塩素濃度５０ｐｐｍ（５０ｍｇ／リットル）を含む電解水を得た。
【００４１】
このとき、消費電力は２７０．６Ｗであった。結果を図２に示す。
【００４２】
【比較例４】
メッシュ状のチタン基板上に酸化白金及び酸化イリジウムの２成分が７／３の割合（モル比）で含まれる電極触媒を担持させた電極を陽極板５とした以外は、実施例１と同一にして電解を行い、陽極室３側の電解水取出導管９から有効塩素濃度５０ｐｐｍ（５０ｍｇ／リットル）を含む電解水を得た。
【００４３】
このとき、消費電力は２６９．０Ｗであった。結果を図２に示す。
【００４４】
図２から、酸化白金、酸化イリジウム及び酸化ルテニウムの３成分からなる電極触媒を担持させた電極を陽極板５とした本発明の各実施例によれば、酸化白金のみまたは酸化白金及び酸化イリジウムの２成分からなる電極触媒を担持させた電極を陽極板５とした各比較例に較べて格段に低い消費電力で前記電解水を得ることができることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電解水生成装置の一構成例を示す説明的断面図。
【図２】実施例及び比較例の結果を示すヒストグラム。
【符号の説明】
１…電解槽、  ２…隔膜、  ５…陽極板、  ６…陰極板。
【図１】
0003946838.tif 000004
【図２】
0003946838.tif 000005