JP2008050631A - イオン透過性隔膜及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アルカリ水電解装置に使用するための電気抵抗の低いイオン透過性隔膜を提供する。
【解決手段】イオン透過性隔膜１は、膜材料１Ａに、当該膜材料１Ａを貫通する複数の貫通孔１１が形成されてなるものである。この膜材料１Ａは、親水性無機材料と、ポリサルフォン、ポリプロピレン、フッ化ポリビニリデン等から選択される有機結合材料とから形成されたフィルム形成性混合物中に、伸張させた有機性繊維布を内在させたものであることが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、アルカリ水電解装置に使用するためのイオン透過性隔膜、及びその製造方法に関し、特にイオン透過性隔膜を電極間に挟持した構造を有するアルカリ水電解装置に使用するためのイオン透過性隔膜、及びその製造方法に関する。

水素は、最近のエネルギー事情を反映し、石油に代わる新しいエネルギー源として多方面から注目されている。このような水素の工業的製造方法としては、コークスや石油のガス化法や水電解法等が挙げられる。

前者の方法は、操作が煩雑であるとともに、非常に大規模な設備が必要となるので、イニシャルコストがかなりかかるという問題点がある。

一方、後者の方法は、原料として入手し易い水を用いるものであり、電解槽内に複数の電極対を設け、これら対となる電極の間にＫＯＨ等のアルカリ電解液を流通させるとともにイオン透過性隔膜で区画して、このイオン透過性隔膜の陰極側で水素を発生するとともに陽極側で酸素を発生させるものであるが、電極間にイオン透過性隔膜と被電解液とが存在しているので、電気抵抗が大きく、電解効率が悪いという問題がある。しかしながら、この水電解法は、比較的小規模な設備でも水素の発生が可能であり、実用的であることから、電解効率の向上が望まれている。

ところで、このようなアルカリ水電解装置に代表される電気化学的電解槽に使用する隔膜には、以下の性能が要求される。
（１）膜を通してイオンのみを通し、ガスの通過や拡散がないこと
（２）電解液中で物理的、化学的に耐久性があること
（３）電気抵抗が低いこと

このような性能を有する電解用隔膜として、実用的には石綿布が広く使われている。しかし、電解液は場合によっては１００℃以上になるにもかかわらず、石綿布は、１００℃以上の温度では腐食を受け使用できなくなる上に、近年では、石綿による健康被害も多く報告されており、その使用には大きな問題がある。

そこで、上記（１）及び（２）の性能を満たすとともに、（３）電気抵抗が一層低いイオン透過性隔膜として、高分子多孔膜又はイオン交換膜、ＮｉＯ等の金属酸化物膜を用いたもの（特許文献１参照）及び無機物質と有機高分子との複合材料等を隔膜材料としたイオン透過性隔膜（特許文献２参照）等が提案されている。
特公昭６２−５０５５７号公報 特許第２６０４７３４号公報

しかしながら、上記各膜材料からなるイオン透過性隔膜のうち、高分子多孔膜は、柔軟であり、機械的損傷に対して抵抗性が強いという利点を有するが、ここで使用される高分子材料は疎水性であるため、多孔性であったとしても電解質の溶媒和したイオンの移動が容易でなく、電気抵抗が大きくなり、電解槽の性能が激しく低下するという問題点がある。また、高分子多孔膜やイオン交換膜では、気体を発生するアルカリ水電解装置においては、気体の泡が膜の表面に付着し電気抵抗が増大するという問題があり、特に気泡が集中して部分的に電気抵抗が大きく増大した場合には、いわゆるホット・スポットと呼ばれる高温部が生じ、隔膜の劣化が起こるという問題点もある。

また、上記特許文献１に記載されているようなＮｉＯ等の金属酸化物膜は、焼結により製造されるが、ガスの拡散や透過のない緻密な焼結隔膜は、そのサイズに限界があるため、大型の電解槽への適用には向かないという問題点がある。

そして、特許文献２に記載されている無機物質と有機高分子との複合材料を隔膜としたイオン透過性隔膜は、無機湿潤性材料として酸化ジルコニウムやポリアンチモン酸を用い、フルオロカーボン重合体やポリスルホン等をバインダーとして製膜することで微細孔を形成したものである。この複合材料を用いたイオン透過性隔膜は、優れた平滑性及び非常に良好なイオン伝導率を示し、アルカリ水電解装置の隔膜としては好適なものである。

しかしながら、特許文献２に記載されている複合材料を隔膜としたイオン透過性隔膜は、イオン伝導に関与する微細孔の孔径、有孔率、歪曲度が不規則であり、イオン透過性が十分に良好でなく、イオン透過性隔膜の電気抵抗において、いまだ改善の余地のあるものである。

本発明は、上記従来の課題を解決し、アルカリ水電解装置に使用するための電気抵抗の低いイオン透過性隔膜を提供することを目的とする。また、本発明はこのようなイオン透過性隔膜の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、第一に本発明は、アルカリ水電解に用いられるイオン透過性隔膜であって、膜材料に孔径１００μｍ以下の微細な貫通孔が形成されてなることを特徴とするイオン透過性隔膜を提供する（請求項１）。

上記発明（請求項１）によれば、アルカリ水電解におけるイオンは、孔径１００μｍ以下の貫通孔を透過することができるため、膜自体の電気抵抗を低下させることができ、気泡はこの貫通孔を通過できないため、イオン透過性隔膜の陰極側で発生する水素に陽極側で発生する酸素等が混入することがなく、水素の純度を高く維持することができる。

上記発明（請求項１）においては、前記膜材料が、親水性無機材料と、ポリサルフォン、ポリプロピレン、フッ化ポリビニリデン等から選択される有機結合材料との混合物に有機性繊維布を内在させたものであることが好ましく（請求項２）、かかる発明（請求項２）においては、前記親水性無機材料が、ジルコニウム、ビスマス、チタン若しくはセリウムの酸化物又は水酸化物の粒状体であることが好ましく（請求項３）、かかる発明（請求項２，３）においては、前記有機性繊維布が、ポリプロピレンのメッシュであることが好ましい（請求項４）。

上記発明（請求項２〜４）によれば、膜材料自体が、非常に良好なイオン伝導率を有する上に、優れた平滑性を有するので気泡が溜まりにくくなっており、これに貫通孔を形成することでアルカリ水電解装置の隔膜として好適なものとすることができる。

上記発明（請求項１〜４）においては、前記膜材料の厚みが１００μｍ以上であり、前記貫通孔の孔径が１〜１００μｍであることが好ましい（請求項５）。

上記発明（請求項５）によれば、膜材料を貫通する貫通孔を有するので、膜材料をある程度の厚さとしても電気抵抗が上昇することがなく、膜強度を確保することができる。

また、第二に本発明は、親水性無機材料と、ポリサルフォン、ポリプロピレン、フッ化ポリビニリデン等から選択される有機結合材料との混合物に有機性繊維布を内在させてなる膜材料に、孔径１００μｍ以下の微細な貫通孔が形成されてなるイオン透過性隔膜の製造方法であって、（ａ）フォトリソグラフィにより膜材料の表面上における前記貫通孔に対応する箇所以外にマスクパターンを形成する工程と、（ｂ）前記工程（ａ）でマスクパターンが形成されていない部分を薬剤又は溶剤によりエッチングする工程と、（ｃ）前記膜材料から前記マスクパターンを分離する工程とを有することを特徴とするイオン透過性隔膜の製造方法を提供する（請求項６）。

上記発明（請求項６）によれば、フォトリソグラフィにより、孔径１００μｍ以下の微細かつ直線的な貫通孔を膜材料の一面から他面に向けて形成することができる。これにより得られるイオン透過性隔膜においては、イオンは該膜を貫通孔を介して移動できるため、膜自体の電気抵抗が低下するが、気泡はこの貫通孔を通過できないためイオン透過性隔膜の陰極側で発生した水素に陽極側で発生する酸素等が混入することがない。しかもフォトリソグラフィのマスクパターンを変えるだけで、孔径及び孔数等の調整が可能であるので、イオン透過性の制御も可能になるという効果も奏する。

このように、孔径１００μｍ以下の微細かつ直線的な貫通孔を膜材料の一面から他面に向けて形成するだけで電気抵抗が低下するのは、以下のような理由によると推測される。

すなわち、電解質溶液を浸した隔膜を２枚の電極間に挟みこんだ状態における、この電極間の隔膜の電気抵抗の理論値Ｒ_ｃａｌｃは下記式（１）で表される。
Ｒ_ｃａｌｃ＝ρ・Ｎ／(Ｓ・ｑ) …（１）
式中、ρは電解液の比抵抗であり、Ｎはイオン透過性隔膜の厚さであり、Ｓはイオン透過性隔膜の断面積であり、ｑはイオン透過性隔膜の有孔率である。

これに対し、一般に、電気抵抗の実測値Ｒ_ｏｂｓと上記理論値Ｒ_ｃａｌｃとを比較すると、Ｒ_ｏｂｓ＞Ｒ_ｃａｌｃとなる。

これは、イオン透過性隔膜における孔が曲がりくねっているにもかかわらず、理論値の計算式（１）ではこれが考慮されていないためである。そこで、この孔の歪曲度（曲がりくねりの度合）をα（ただし、α≧１であり、α＝１は隔膜を直交する直線である）とすると、実測値Ｒ_ｏｂｓは下記式（２）で表される。
Ｒ_ｏｂｓ＝ρ・Ｎ・α／Ｓ・ｑ …（２）

ここで、電解液の比抵抗ρ、隔膜の厚さＮ、及びイオン透過性隔膜の断面積Ｓを一定とすれば、イオン透過性隔膜の電気抵抗の操作因子は、有孔率ｑと歪曲率αとになる。有孔率ｑは、孔径と孔数によって決まり、有孔率ｑが増大するほど電気抵抗は低くなるが、ガス分離性は悪くなる。一方、歪曲率αが小さくなるほど（孔が直線的になるほど）電気抵抗は低くなるが、ガス分離性は悪くなる。しかしながら、イオン透過性隔膜の膜材料の製造段階において、これら有孔率ｑ及び歪曲率αの制御はできなかった。そこで、本発明においては、フォトリソグラフィにより、貫通孔の孔径を、ガス分離性を維持できる１００μｍ以下に規定するととともに、電気抵抗が最低となるように直線的に形成するように制御することで、低電気抵抗と高ガス分離性との両方を兼ね備えることが可能となったのである。しかも、孔径及び孔数については、所望の隔膜の機械的強度と電気抵抗とが得られるようにフォトリソグラフィにより容易に調整可能であので、イオン透過性の制御も可能となるという効果も奏する。

上記発明（請求項６）においては、前記薬剤又は溶剤が、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルフォルムアミド、ジメチルアセトアミド、及びメチルエチルケトンから選択される１種又は２種以上の有機溶剤であることが好ましく（請求項７）、上記発明（請求項７）においては、前記工程（ｂ）において、前記薬剤又は溶剤として、濃硫酸、濃塩酸及び濃硝酸から選択される１種又は２種以上と、前記有機溶剤とを用いることが好ましい（請求項８）。

上記発明（請求項７，８）によれば、マスクパターンが形成されていない部分を有機溶剤で処理することにより、有機結合材料及び有機性繊維布が溶解・除去され、これに伴い親水性無機材料が脱落することで貫通孔を形成することができる。また、前記有機溶剤と同時又は前後に強酸性溶媒で処理することにより、親水性無機材料が溶解・除去されるので、親水性無機材料を確実に取り除いて貫通孔を形成することができる。

本発明のイオン透過性隔膜によれば、アルカリ水電解におけるイオンは、貫通孔を透過することができるため、膜における電気抵抗を低減でき、これによりアルカリ水電解の消費電力の低減、及び電解効率の向上が達成される。また、イオン透過性隔膜の陰極側で発生した水素に陽極側で発生する酸素等が混入することがなく、水素製造効率の低下を招くおそれもない。しかも、フォトリソグラフィのマスクパターンを変えるだけで、孔径及び孔数等を調整することができるので、イオン透過性を制御することもできるという効果も奏する。

以下に図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るイオン透過性隔膜を用いたアルカリ水電解装置の電解ユニットの一単位を示す拡大断面図であり、図２は、本発明の一実施形態に係るイオン透過性隔膜を示す斜視図である。

図１において、イオン透過性隔膜１は、メッシュ状の電極２，３の間に挟みこむ形で保持されており、このメッシュ状の電極２，３は、電導部材２Ａ，３Ａを介して、それぞれバイポーラ電極４，５の陽極側４Ａ及び陰極側５Ａにそれぞれ接続されることでイオン透過性隔膜１間に電圧がかかるようになっている。なお、図１中において、６は電解槽であり、Ｗはアルカリ溶液としての水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液である。

このような電解ユニットにおいて、図２に示すように、イオン透過性隔膜１は、厚さ（ｔ）の膜材料１Ａに、当該膜材料１Ａを貫通する複数の貫通孔１１を形成したものであり、これらの貫通孔１１は、所定の孔径（ｄ）を有する円形であり、各貫通孔１１はそれぞれ間隔（Ｌ）をもって形成されている。

このイオン透過性隔膜１を形成する膜材料１Ａとしては、膜を通してイオンのみを通過させ、ガスの通過や拡散がなく、アルカリ溶液中で物理的、化学的に耐久性のあるものであれば、特に制限されるものではない。

例えば、膜材料１Ａとしては、親水性無機材料と、ポリサルフォン、ポリプロピレン、フッ化ポリビニリデン等から選択される有機結合材料とを含むフィルム形成性混合物中に、伸張させた有機性繊維布を内在させたものであることが好ましい。

親水性無機材料としては、ジルコニウム、ビスマス、チタン若しくはセリウムの酸化物又は水酸化物の粒状体を用いることができる。この親水性無機材料の粒状体は、粒径５μｍ以下であることが好ましく、特に粒径１μｍ以下の微粒子であることが好ましい。

また、有機性繊維布としては、ポリプロピレン、又はエチレンとモノクロロトリフルオロエチレン等の予めハロゲン化されたエチレンとの共重合体からなるメッシュを用いることができる。この有機性繊維布としては、織布又は不織布を用いることができ、その繊維径は１ｍｍ以下であることが好ましく、特に繊維径が０．５ｍｍ以下であることが好ましい。また、有機性繊維布の織目の寸法は特に制限はないが、４ｍｍ^２以下であることが好ましく、特に１ｍｍ^２以下であることが好ましい。

上述したような親水性無機材料、有機結合材料及び有機性繊維布により構成される膜材料１Ａは、例えば、以下のようにして製造することができる。
まず、有機溶剤に有機結合材料を溶解し、これに親水性無機材料を分散させて懸濁液を調製し、この懸濁液をガラス板等の不活性材料からなる平滑面上に所定の厚さに均一に塗布することで湿潤シートを製造する。そして、この湿潤シートに有機性繊維布を伸張した状態で浸漬し、有機性繊維布の伸張を維持したまま、蒸発や水浴中での浸出等により有機溶剤を除去した後、平滑面に残った膜材料１Ａを剥離する。

ここで、有機溶剤としては、例えば、ジメチルフォルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、エチレングリコールのモノ及びジエーテル、又はメチルエチルケトンのようなケトン類等を用いることができる。

また、親水性無機材料と有機性結合剤との配合割合は、親水性無機材料が８〜９５質量％であることが好ましい。親水性無機材料の配合割合が８質量％未満であると、得られる膜材料１Ａ自体の電気抵抗が大きくなり、これを用いたイオン透過性隔膜１の電気抵抗の点でも好ましくない。また、親水性無機材料の配合割合が９５質量％を超えると、膜材料１Ａの機械的強度、特に脆性が低くなりすぎて膜としての形態を維持するのが困難となるおそれがある。好ましい親水性無機材料の割合は６０〜９０質量％、特に７５〜８５質量％である。

なお、有機溶剤の配合割合は、皮膜形成物質である有機性結合剤との合計１００質量％中４０％以上であればよく、湿潤シートの厚さは２ｍｍ以下であることが好ましく、特に１．５ｍｍ以下であることが好ましい。

このようにして製造される膜材料１Ａの厚さ（ｔ）は、１００μｍ以上、特に３００〜６００μｍであるのが好ましい。膜材料１Ａの厚さが１００μｍ未満では、アルカリ水電解用の膜材料１Ａとしての強度が十分でないおそれがある。

上述したような膜材料１Ａの製造方法は、例えば、特許第２６０４７３４号公報に記載されており、かかる方法により製造すればよい。

次に、イオン透過性隔膜１の貫通孔１１について説明する。
貫通孔１１の孔径（ｄ）は１００μｍ以下であることが好ましい。貫通孔１１の孔径（ｄ）が１００μｍを超えると、水素、酸素等の気泡が透過してしまうため、アルカリ水電解により得られる水素ガスの純度が低下するおそれがある。なお、下限については特に制限はないが、０．１μｍ未満の孔は形成するのが困難となるばかりか、イオン透過性が低下してイオン透過性隔膜１の電気抵抗が増加するおそれがある。したがって、貫通孔１１の孔径は、１〜１００μｍであることが好ましく、特に１〜１０μｍであることが好ましい。

また、各貫通孔１１，１１・・・の間隔（Ｌ）は、貫通孔の大きさとイオン透過性隔膜１の強度及び電気抵抗との関係で設定されるものであるが、一般的には１０〜１００００μｍであることが好ましい。貫通孔１１の間隔（Ｌ）が１００００μｍを超えると、貫通孔１１からのイオンの透過による電気抵抗の減少効果が十分でなく、１０μｍ未満としても、それ以上のイオンの透過性の向上効果が得られないばかりか、膜の機械的強度が低下するおそれがある。

上述したようなイオン透過性隔膜１は、１ｍｏｌ／ＬのＫＯＨ溶液中、２５℃の条件下において、１．７５Ωｃｍ^２以下、特に１．５０Ωｃｍ^２以下の膜抵抗（電気抵抗）を有する。

このようなイオン透過性隔膜１を用いた図１に示す電解ユニットにおいては、バイポーラ電極４，５に電流を流すと、電導部材２Ａ，３Ａからメッシュ状の電極２，３間に電圧が生じ、水酸化カリウム溶液Ｗの電気分解により、イオン透過性隔膜１とメッシュ状の電極２（陽極）との界面において、酸素（Ｏ_２）が発生する。

イオン透過性隔膜１とメッシュ状の電極３（陰極）との界面においては、２倍量の水素（Ｈ_２）が発生する。電解槽６は、イオン透過性隔膜１により陰極側と陽極側とに区画されているので、陰極側で発生した水素のみを回収することで水素ガスを製造することができる。

このとき、イオン透過性隔膜１に、当該隔膜１を貫通する貫通孔１１が形成されていることで、水酸化カリウム溶液中のイオンはこの貫通孔１１を通って迅速に移動するため、イオン透過性隔膜１の電気抵抗が低くなり、アルカリ水電解を効率よく行うことができる。

しかも、この貫通孔１１の孔径が１００μｍ未満であるので、陽極側で発生する酸素ガスの気泡、及び陰極側で発生する水素ガスの気泡はこれを通過できず、これらの気体が相互に混入するおそれがない。したがって、陰極側から得られる水素ガスの純度を高く維持することができる。

次に、上述したようなイオン透過性隔膜１を製造する方法について説明する。
本実施形態のイオン透過性隔膜１の製造方法は、基本的には膜材料１Ａにフォトリソグラフィ法により貫通孔を形成するものである。この膜材料１Ａとしては、親水性無機材料と、ポリサルフォン、ポリプロピレン、フッ化ポリビニリデン等から選択した有機結合材料とから形成されたフィルム形成性混合物中に、伸張させた有機性繊維布を内在させたものを使用する。

（ａ）マスクパターン形成工程
まず、フォトリソグラフィにより膜材料１Ａの表面上における貫通孔１１に対応する箇所以外にマスクパターンを形成する。このマスクパターンは、例えば、膜材料１Ａ上に感光性ポリマを塗工し、貫通孔１１に対応したフォトマスクを印刷等により形成してから露光し、現像、水洗することで、貫通孔１１に対応する箇所以外にマスクパターンを形成することができる。

上記感光性ポリマとしては、特に制限はなく、感光性ポリイミド等を用いることができる。この感光性ポリマは、フォトマスクの形成を正逆選択することで、ネガ型及びポジ型のいずれをも用いることもできる。

（ｂ）エッチング工程
次に、工程（ａ）において、マスクパターンが形成されていない部分（貫通孔１１該当箇所）を有機溶剤によりエッチングする。この有機溶剤としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルフォルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン等の膜材料１Ａを構成する有機結合材料が溶解するものを用いる。

これにより、貫通孔１１該当箇所には、親水性無機材料が残存することになるが、これを保持する有機結合材料がないので、これらは放置しておいても脱落し、最終的には貫通孔１１が形成されることになる。

ただし、所望とする貫通孔１１の孔径が非常に小さい場合には、親水性無機材料が脱落しにくいので、より完全な貫通孔１１を形成するためには、濃硫酸、濃塩酸、濃硝酸等の親水性無機材料が溶解可能な強酸性溶媒も用いてエッチングを行うことが好ましい。この強酸性溶媒を用いてのエッチングは、上述した有機溶剤によるエッチングの前又は後に別個に行ってもよいし、有機溶剤によるエッチングと強酸性溶媒によるエッチングとを同時に行ってもよい。

（ｃ）マスク分離工程
このようにして膜材料１Ａに貫通孔１１を形成した後は、常法であるリフトオフ技術等によりマスクパターンを除去することでイオン透過性隔膜１を得ることができる。

以上、本実施形態に基づき、本発明のイオン透過性隔膜１及びその製造方法について説明してきたが、本実施形態は本発明の一態様に過ぎず、本発明の思想を逸脱しない範囲で種々の変更実施が可能である。

例えば、上記実施形態において、貫通孔１１は円形としたが、これに限られることはなく、例えば、楕円形、矩形等の種々の形状とすることができる。また、貫通孔１１は規則的に形成する必要はない。

以下の実施例及び比較例に基づき、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

〔実施例１〕
＜膜材料の製造＞
Ｎ−メチル−２−ピロリドン６０質量％、平均粒径５μｍの酸化ジルコニウム（キシダ化学社製）３２質量％及びポリスルホン（ソルベイアドバンストポリマーズ社製，商品名：ＵＤＥＬ）８質量％を混合し、十分に撹拌してポリスルホンを溶解するとともに、酸化ジルコニウムを分散させて懸濁液を調製した。

この懸濁液を、底面から４００μｍの位置に２００メッシュのポリプロピレン繊維布（繊維径：８７μｍ，ＮＢＣ社製，商品名：ニップ(ポリプロピレン)強力網）を伸張状態で設置した１０ｃｍ×１０ｃｍのガラス製の枠体上に１０ｍＬ流し込み、表面積１００ｃｍ^２、厚さ約５００μｍの湿潤シートを作製した。

懸濁液を流し込んだ後直ちに枠体を水浴中に移し、室温で５分間放置し、湿潤シートから溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドンを浸出させた。その後、枠体上に残存したシートを剥離し、水中で更に５分間保持し、シート状の膜材料を得た。得られたシート状膜材料は、約４００μｍの厚さを有していた。

＜イオン透過性隔膜の製造＞
上述のようにして得られたシート状膜材料を基板膜として、フォトレジスト（シプレイケミカル社製，商品名：Ｓ１８１８）をスピンコーターにより５μｍの厚さに塗布した。

このフォトレジストを９０℃で乾燥させた後、１０００μｍ×１０００μｍの領域に１００μｍの間隔で、１μｍの円状のパターンを１０×１０個形成した後、露光した。その後、０．１Ｎの塩酸で処理してマスクパターンを形成した。

そして、この基板膜上に濃硫酸及びＮ−メチル−２−ピロリドンを滴下し、酸化ジルコニウム及びポリスルホンを溶解させ、孔径１μｍの貫通孔を形成し、マスクパターンを除去してイオン透過性隔膜を製造した。

＜電気抵抗の測定＞
このようにして得られたイオン透過性隔膜を、１ｍｏｌ／ＬのＫＯＨ溶液に浸漬し、２５℃で１０００Ｈｚの交流にて抵抗測定器（ヤナコアナリティカル社製）を用いて膜抵抗を測定した。結果を表１に示す。

また、２５％ＫＯＨ溶液を用いて、図１に示すようなユニットにイオン透過性隔膜を用いて８０℃で水電解を行い、陰極側の区画室から気体を回収し、水素の純度を測定した。結果を表１にあわせて示す。

〔実施例２〕
実施例１において１０００μｍ×１０００μｍの領域に１００μｍの間隔で、１０μｍの円状のパターンを１０×１０個形成して、イオン透過性隔膜を製造した以外は同様にしてイオン透過性隔膜を製造した。

このようにして得られたイオン透過性隔膜を用いて、実施例１と同様にして膜抵抗及び水素の純度の測定を行った。結果を表１に示す。

〔実施例３〕
実施例１において１００００μｍ×１００００μｍの領域に１００μｍの間隔で、１００μｍの円状のパターンを１０×１０個形成して、イオン透過性隔膜を製造した以外は同様にしてイオン透過性隔膜を製造した。

このようにして得られたイオン透過性隔膜を用いて、実施例１と同様にして膜抵抗及び水素の純度の測定を行った。結果を表１に示す。

〔比較例１〕
実施例１で製造した膜材料を用い、実施例１と同様にして膜抵抗及び水素の純度の測定を行った。結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１〜３のイオン透過性隔膜は、いずれも１．５０Ωｃｍ^２以下の膜抵抗であったのに対し、特許第２６０４７３４号に相当する比較例１のイオン透過性隔膜は、膜抵抗が１．７５Ωｃｍ^２であった。また、実施例１〜３のイオン透過性隔膜を用いて電解を行った際の水素の純度は、貫通孔を形成していない比較例１とほぼ同等であり、貫通孔を形成しても水素純度に影響がないことが確認された。

本発明の一実施形態に係るイオン透過性隔膜を用いたアルカリ水電解装置の電解ユニットの一単位を示す拡大断面図である。 同実施形態に係るイオン透過性隔膜を示す斜視図である。

符号の説明

１…イオン透過性隔膜
１Ａ…膜材料
２…電極（陽極）
２Ａ…電導部材
３…電極（陰極）
３Ａ…電導部材
４，５…バイポーラ電極
６…電解槽
１１…貫通孔
Ｗ…水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液（アルカリ溶液）
ｔ…膜材料の厚さ
ｄ…貫通孔の孔径
Ｌ…貫通孔の間隔

Claims (8)

1. アルカリ水電解に用いられるイオン透過性隔膜であって、
   膜材料に孔径１００μｍ以下の微細な貫通孔が形成されてなることを特徴とするイオン透過性隔膜。
2. 前記膜材料が、親水性無機材料と、ポリサルフォン、ポリプロピレン、フッ化ポリビニリデン等から選択される有機結合材料との混合物に有機性繊維布を内在させたものであることを特徴とする請求項１に記載のイオン透過性隔膜。
3. 前記親水性無機材料が、ジルコニウム、ビスマス、チタン若しくはセリウムの酸化物又は水酸化物の粒状体であることを特徴とする請求項２に記載のイオン透過性隔膜。
4. 前記有機性繊維布が、ポリプロピレンのメッシュであることを特徴とする請求項２又は３に記載のイオン透過性隔膜。
5. 前記膜材料の厚みが１００μｍ以上であり、前記貫通孔の孔径が１〜１００μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のイオン透過性隔膜。
6. 親水性無機材料と、ポリサルフォン、ポリプロピレン、フッ化ポリビニリデン等から選択される有機結合材料との混合物に有機性繊維布を内在させてなる膜材料に、孔径１００μｍ以下の微細な貫通孔が形成されてなるイオン透過性隔膜の製造方法であって、
   （ａ）フォトリソグラフィにより膜材料の表面上における前記貫通孔に対応する箇所以外にマスクパターンを形成する工程と、
   （ｂ）前記工程（ａ）でマスクパターンが形成されていない部分を薬剤又は溶剤によりエッチングする工程と、
   （ｃ）前記膜材料から前記マスクパターンを分離する工程と
   を有することを特徴とするイオン透過性隔膜の製造方法。
7. 前記薬剤又は溶剤が、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルフォルムアミド、ジメチルアセトアミド、及びメチルエチルケトンから選択される１種又は２種以上の有機溶剤であることを特徴とする請求項６に記載のイオン透過性隔膜の製造方法。
8. 前記工程（ｂ）において、前記薬剤又は溶剤として、濃硫酸、濃塩酸及び濃硝酸から選択される１種又は２種以上と、前記有機溶剤とを用いることを特徴とする請求項７に記載のイオン透過性隔膜の製造方法。
   

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