JPS6353274B2 - - Google Patents
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- JPS6353274B2 JPS6353274B2 JP61009835A JP983586A JPS6353274B2 JP S6353274 B2 JPS6353274 B2 JP S6353274B2 JP 61009835 A JP61009835 A JP 61009835A JP 983586 A JP983586 A JP 983586A JP S6353274 B2 JPS6353274 B2 JP S6353274B2
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-
- Y02E60/366—
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- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Description
本発明はアルカリ金属ハロゲン化物、水酸化ア
ルカリ金属等の水溶液電解方法に関する。
更に詳しくは上記の電解において従来よりも水
素過電圧を著しく低減することのできる新しい陰
極を用いる電解方法を提供するものである。
電解槽を用いて例えば水素、塩素及び苛性ソー
ダを製造するための塩化ナトリウム水溶液の電解
とか、水素、酸素を製造するための水酸化アルカ
リ金属水溶液の電解を行う場合、陰極における水
素過電圧により生ずる電力効率の損失は大きく、
重大な問題である。この陰極における水素過電圧
は陰極の素地、表面材質あるいは表面状態等によ
り著しく異なることが知られている。これら知見
からアルカリ金属ハロゲン化物とか水酸化アルカ
リ金属の水溶液電解用陰極として水素過電圧の低
い金属あるいはその化合物で当該陰極基体表面を
処理したものが提案されている。例えば陰極基材
に犠牲金属とニツケル等との合金をコーテイング
した陰極(特開昭51−54877)、レニウムをコーテ
イングした陰極(特開昭51−55782、51−83083)、
陰極基材に金属粉末溶射法にてニツケル、コバル
ト、白金、鉄等の粉末状金属を密着させた陰極
(特開昭52−32832)、金属粉体溶射法にてコバル
ト、ジルコニア粉末混合物を被覆させた陰極(特
開昭52−36582)、同法にてニツケル、コバルト粉
末もしくはこれらとアルミニウム粉末とからなる
混合物で陰極基材を被覆させた陰極(特開昭52−
36583)、化学メツキ法にて陰極基材にニツケル被
覆させた陰極(特開昭52−110282)、同様にニツ
ケル、コバルト、タングステン系の合金を化学メ
ツキした陰極(特開昭52−133100)、あるいは電
気メツキ法にてニツケル、バナジウム、モリブデ
ン合金を被覆させたり(特開昭52−102888)、ハ
イドロサルフアイト共存下でニツケルとモリブデ
ンまたはバナジウムとの合金を陰極基材に被覆さ
せた陰極(特許第203635号)鋼の研削粉末を基材
上に焼結法にて被覆した陰極(特開昭51−
147479)等が各種開示されている。
しかしこれらの陰極はそれぞれ作成皮膜が弱
い、あるいは水素過電圧低減効果が少ない、ある
いは使用金属又はその粉末が高価であること、さ
らには複雑な形状の陰極基体(例えば網状体)へ
の均質な適用が困難等の欠点が多い。
そこで本発明者は、特定の基体に種々の条件で
コバルトを電気メツキしてこれを陰極として使用
しアルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ金属水酸
化物等の水溶液の電解方法について検討した結果
特定の条件下で得られるコバルトメツキ物を陰極
として用いることにより効果のあることを見出
し、本発明を完成した。
即ち、本発明の要旨は、チタンまたはチタン合
金からなる基体の少なくとも一面に、澱粉、デキ
ストリン、ポリ―2―ジエチルアミノエチルメタ
クリレート及びポリ塩化アルミニウムからなる群
から選ばれる1つをコバルトイオン濃度0.3〜
1mol/l、2.5PH6.0であるコバルトメツキ浴
に添加してコバルトを電気メツキし、これを陰極
として使用する水溶液電解方法にある。
次に本発明において使用される陰極の製造方法
を詳説する。
本発明における前記特定の基体としてはチタン
またはチタン合金が鉄、ニツケル、ステンレス
鋼、白金族金属等と同等に電気伝導性、機械的性
質、電解液に対する耐薬品性、メツキ層、コーテ
イング層との接着性等の点で好適であるが、電解
槽用材料、陽極用基体としても同様に好適で、適
当なメツキまたはコーテイングをすることにより
陽極にも陰極にも使用しうる。このことは単極式
電極の場合のみならず、複極式電極用基体として
も有望なことを示すものである。
チタンの他チタン合金も同様に用いられるが特
にチタンとジルコニウム、タンタル、ニオブ、モ
リブデン、クロム、鉄、バナジウム、マンガン等
との合金が好適である。通常の組成はチタン以外
の成分は一般に数重量%含有されたものが適当で
ある。
チタンあるいはチタン合金は陰極として用いら
れる場合平板型、箱型または網状体のものが一般
的に用いられるが、少くともその一面をメツキの
前処理即ち、脱脂、ワイヤホイル研磨、サンドブ
ラスト等の機械的粗面化、エッチング等の化学的
粗面化の他、金属のコーテイング等の適宜、単独
または組合わせ処理をすることが本発明の構成要
件であるメツキ処理をしたメツキ層の接着性の点
で好ましい。
電気メツキ浴への添加剤は一般にいわゆる水処
理技術において、水中浮遊物の凝集剤としても用
いられているものが好適に用いられることがわか
り、澱粉、デキストリン、ポリ―2―ジエチルア
ミノエチルメタクリレート又はポリ塩化アルミニ
ウムが使用されうる。これら添加剤は通常は一種
類でよいが、二種類以上併用しても悪影響はな
い。
一方、これらの添加量については特に限定され
るものではないが、多きにすぎるとメツキ層の耐
剥離性、メツキ表面の機械的強度に悪影響をもた
らすので、陰極としての使用条件に応じ添加量は
決められなければならない。
次に本発明においてはメツキされる金属成分と
してコバルトが選ばれ、そのメツキ浴としてはコ
バルト塩浴、特に塩化コバルト浴が実用上好適で
ある。
メツキ浴のPHはメツキ皮膜に重大な影響を与え
る。メツキ浴のPHの好適な範囲は、浴の撹拌の強
さの影響を受けるがPH=2.5〜6.0が良い。撹拌が
弱い場合には、更に低いPHにても可能であるが、
メツキ面の均質性に問題が生じる。メツキ浴中の
コバルトイオンの濃度は0.3mol/l〜1mol/l
が良く更に好ましくは0.4mol/l〜0.8mol/l
が良い。濃度をこの範囲よりも大にすると、活性
の無いコバルトメツキ表面になり、水素過電圧低
減効果は著減し、電解用に使用できない。
また、濃度をこの範囲よりも小にするとメツキ
皮膜の耐剥離性等の面で問題を生じる。
メツキ浴の温度は、慣用のメツキ温度(20〜90
℃位)が採用され得、特に限定されるものでは無
いが70℃以上が好ましい。
メツキ時の電流密度は慣用のメツキ条件(1〜
5A/dm2)が適当である。これより大又は小に
てもメツキは可能であるがメツキ皮膜の耐剥離製
等の面で悪化が起る。
またメツキ浴は慣用の電気メツキ操作にて行な
う程度の撹拌を行なう事が好ましい。撹拌方法と
してはガス通気撹拌、液循環撹拌、あるいは機械
的撹拌が適用し得る。
以下実施例を用いて本発明を詳しく説明する。
実施例 1〜5
第1表に示した条件でメツキ処理した陰極板を
チタン板に酸化ルテニウムを被覆した陽極と対置
し、塩素酸ナトリウム100g/l、塩化ナトリウ
ム240g/l、水酸化ナトリウム4g/lの水溶
液中に浸漬し温度45℃で電解を行ない、電流密度
10A/dm2、20A/dm2、30A/dm2の各条件に
おける慣用の軟鋼板製陰極(研磨紙で研麿)に対
する水素過電圧の低減量を効果として同表下欄に
示す。なお陰極電位はルギン毛細管を通じて飽和
カロメル電極により測定した。
実施例 6〜9
第2表に示した条件で作成した陰極の、水電解
における軟鋼板陰極に対する水素過電圧の低下量
を電流密度に対応させて測定した結果を同表下欄
に示す。
陰極電位は前記メツキ処理した軟鋼板を45℃、
10重量%水酸化ナトリウム水溶液中に純ニツケル
板の陽極に対置し、浸漬し、ルギン毛細管を通じ
て飽和カロメル電極により測定した。
また前記軟鋼板陰極としては、研磨紙#80にて
研磨した軟鋼板を用いた。
実施例 10
第3表に示した条件でメツキ処理した陰極金網
上にアスベストを沈着させて、アスベスト隔膜用
陰極とし、チタン金網上に酸化ルテニウムを被覆
した陽極と対置し、温度70℃、電流密度20A/d
m2にて水酸化ナトリウム製造用の飽和食塩水のア
スベスト隔膜法電解を行なつた。
慣用の軟鋼金網陰極(ワイヤブラシにて研磨)
に対するメツキ処理陰極の電解電圧の低減効果を
同表下欄に示す。
実施例 11
第4表に示した条件で作成した陰極板を65℃、
30重量%水酸化カリウム水溶液中に純ニツケルの
陽極に対置浸漬し電流密度20A/dm2にて水電解
を行つた。電解の結果、電解電圧は同表に示すよ
うにかなりの低下が見られた。
比較例 1〜5
第5表に示した条件でメツキ処理した陰極板を
対象として実施例1〜5と比較した。
比較例 6〜13
第6表に示したメツキ浴条件で作成した陰極の
水電解において軟鋼板に対する水素過電圧の低下
量を各電流密度条件に対応させて測定した結果を
同表下欄に示した。陰極電位測定法、軟鋼板陰極
及びその表面処理は実施例6〜9と同一とした。
The present invention relates to a method for aqueous electrolysis of alkali metal halides, alkali metal hydroxides, etc. More specifically, the present invention provides an electrolysis method using a new cathode that can significantly reduce hydrogen overvoltage compared to conventional electrolysis. When electrolyzing an aqueous sodium chloride solution to produce hydrogen, chlorine, and caustic soda, or electrolyzing an alkali metal hydroxide aqueous solution to produce hydrogen and oxygen using an electrolytic cell, the power efficiency caused by hydrogen overvoltage at the cathode The loss of
This is a serious problem. It is known that the hydrogen overvoltage at the cathode varies significantly depending on the material, surface material, surface condition, etc. of the cathode. Based on these findings, a cathode for aqueous electrolysis of alkali metal halides or alkali metal hydroxides has been proposed in which the surface of the cathode substrate is treated with a metal having a low hydrogen overvoltage or a compound thereof. For example, a cathode in which the cathode base material is coated with an alloy of sacrificial metal and nickel etc. (Japanese Patent Laid-Open No. 51-54877), a cathode in which rhenium is coated (Japanese Patent Laid-Open No. 51-55782, 51-83083),
A cathode in which powdered metals such as nickel, cobalt, platinum, and iron are adhered to the cathode base material using a metal powder spraying method (Japanese Patent Application Laid-open No. 52-32832), and a mixture of cobalt and zirconia powders is coated using a metal powder spraying method. (Japanese Unexamined Patent Publication No. 52-36582), and a cathode whose cathode base material is coated with nickel or cobalt powder or a mixture of these and aluminum powder using the same method (Japanese Unexamined Patent Publication No. 52-36582).
36583), a cathode in which the cathode base material is coated with nickel using a chemical plating method (Japanese Patent Laid-Open No. 52-110282), a cathode in which a nickel, cobalt, and tungsten alloy is also chemically plated (Japanese Patent Laid-Open No. 52-133100), Alternatively, an alloy of nickel, vanadium, or molybdenum may be coated using an electroplating method (Japanese Patent Application Laid-open No. 102888/1988), or a cathode base material may be coated with an alloy of nickel, molybdenum, or vanadium in the coexistence of hydrosulfite (patented patent application). No. 203635) A cathode in which ground steel powder is coated on a base material using a sintering method.
147479) etc. have been disclosed. However, these cathodes each have weak coatings, low hydrogen overvoltage reduction effects, expensive metals or powders, and difficulty in homogeneous application to cathode substrates with complex shapes (e.g., mesh bodies). There are many drawbacks such as difficulty. Therefore, the present inventor investigated a method for electrolyzing aqueous solutions of alkali metal halides, alkali metal hydroxides, etc. by electroplating cobalt on a specific substrate under various conditions and using this as a cathode. They discovered that it is effective to use the cobalt plated material obtained in the above as a cathode, and completed the present invention. That is, the gist of the present invention is to provide one selected from the group consisting of starch, dextrin, poly-2-diethylaminoethyl methacrylate, and polyaluminum chloride on at least one surface of a substrate made of titanium or a titanium alloy at a cobalt ion concentration of 0.3 to 0.3.
It is an aqueous solution electrolysis method in which cobalt is electroplated by adding it to a cobalt plating bath at 1 mol/l and 2.5 PH6.0, and this is used as a cathode. Next, the method for manufacturing the cathode used in the present invention will be explained in detail. The specific substrate in the present invention is titanium or a titanium alloy, which has electrical conductivity, mechanical properties, chemical resistance to electrolytes, and plating layer and coating layer equivalent to those of iron, nickel, stainless steel, platinum group metals, etc. Although it is suitable in terms of adhesive properties, it is equally suitable as a material for electrolytic cells and a substrate for anodes, and can be used for both anodes and cathodes by applying appropriate plating or coating. This shows that it is promising not only as a substrate for monopolar electrodes but also as a substrate for bipolar electrodes. In addition to titanium, titanium alloys may also be used, but alloys of titanium with zirconium, tantalum, niobium, molybdenum, chromium, iron, vanadium, manganese, etc. are particularly suitable. In general, a suitable composition contains components other than titanium in an amount of several percent by weight. When titanium or titanium alloy is used as a cathode, it is generally in the form of a flat plate, a box, or a mesh. In addition to chemical roughening such as surface roughening and etching, it is preferable to carry out appropriate treatments such as metal coating, alone or in combination, from the viewpoint of adhesion of the plating layer that has been subjected to the plating treatment, which is a component of the present invention. . It has been found that additives to the electroplating bath are those that are generally used as flocculants for suspended substances in water in so-called water treatment technology, and include starch, dextrin, poly-2-diethylaminoethyl methacrylate, or polyester. Aluminum chloride can be used. Usually one type of these additives is sufficient, but there is no adverse effect when two or more types are used in combination. On the other hand, there is no particular limitation on the amount of these additives, but if too large, it will have a negative effect on the peeling resistance of the plating layer and the mechanical strength of the plating surface, so the amount added should be determined depending on the conditions of use as a cathode. must be decided. Next, in the present invention, cobalt is selected as the metal component to be plated, and the plating bath is preferably a cobalt salt bath, particularly a cobalt chloride bath. The pH of the plating bath has a significant effect on the plating film. The preferred range of pH of the plating bath is influenced by the strength of stirring of the bath, but preferably PH = 2.5 to 6.0. If stirring is weak, it is possible to use even lower pH, but
Problems arise with the uniformity of the plating surface. The concentration of cobalt ions in the plating bath is 0.3mol/l to 1mol/l
Good and more preferably 0.4mol/l to 0.8mol/l
is good. If the concentration is greater than this range, the cobalt plated surface will be inactive, the hydrogen overvoltage reduction effect will be significantly reduced, and it cannot be used for electrolysis. Furthermore, if the concentration is lower than this range, problems will arise in terms of peeling resistance of the plating film, etc. The temperature of the plating bath is the customary plating temperature (20 to 90
℃) may be adopted, and although not particularly limited, 70°C or higher is preferable. The current density during plating is set under the conventional plating conditions (1 to
5A/dm 2 ) is appropriate. Although plating is possible even if the thickness is larger or smaller than this, the peeling resistance of the plating film will deteriorate. Further, it is preferable that the plating bath be stirred to the extent that it is used in conventional electroplating operations. As the stirring method, gas aeration stirring, liquid circulation stirring, or mechanical stirring can be applied. The present invention will be explained in detail below using Examples. Examples 1 to 5 A cathode plate plated under the conditions shown in Table 1 was placed opposite an anode made of a titanium plate coated with ruthenium oxide, and sodium chlorate 100g/l, sodium chloride 240g/l, and sodium hydroxide 4g/l were applied. Electrolysis is carried out at a temperature of 45℃ by immersing it in an aqueous solution of
The lower column of the table shows the reduction in hydrogen overvoltage compared to a conventional mild steel plate cathode (ground with abrasive paper) under each condition of 10 A/dm 2 , 20 A/dm 2 , and 30 A/dm 2 . The cathode potential was measured using a saturated calomel electrode through a Luggin capillary. Examples 6 to 9 The lower column of the table shows the results of measuring the decrease in hydrogen overvoltage of the cathodes prepared under the conditions shown in Table 2 relative to the mild steel plate cathode in water electrolysis in response to current density. The cathode potential was set at 45℃ for the plated mild steel plate.
A pure nickel plate was placed opposite an anode and immersed in a 10% by weight aqueous sodium hydroxide solution, and measured using a saturated calomel electrode through a Luggin capillary tube. Further, as the mild steel plate cathode, a mild steel plate polished with #80 abrasive paper was used. Example 10 Asbestos was deposited on a cathode wire mesh plated under the conditions shown in Table 3 to serve as a cathode for an asbestos diaphragm.The cathode was placed opposite to an anode made of a titanium wire mesh coated with ruthenium oxide at a temperature of 70°C and a current density. 20A/d
Asbestos diaphragm electrolysis of saturated brine for the production of sodium hydroxide was carried out at m2 . Conventional mild steel wire mesh cathode (polished with a wire brush)
The lower column of the same table shows the effect of reducing the electrolytic voltage of the plating-treated cathode. Example 11 A cathode plate prepared under the conditions shown in Table 4 was heated at 65°C.
Pure nickel anodes were immersed oppositely in a 30% by weight aqueous potassium hydroxide solution, and water electrolysis was performed at a current density of 20 A/dm 2 . As a result of electrolysis, the electrolytic voltage decreased considerably as shown in the same table. Comparative Examples 1-5 Comparisons were made with Examples 1-5 using cathode plates plated under the conditions shown in Table 5. Comparative Examples 6 to 13 The lower column of the table shows the results of measuring the reduction in hydrogen overvoltage for mild steel plates in water electrolysis using cathodes prepared under the plating bath conditions shown in Table 6, corresponding to each current density condition. . The cathode potential measuring method, the mild steel plate cathode, and its surface treatment were the same as in Examples 6-9.
【表】【table】
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Claims (1)
くとも一面に、澱粉、デキストリン、ポリ―2―
ジエチルアミノエチルメタクリレート及びポリ塩
化アルミニウムからなる群から選ばれる1つをコ
バルトイオン濃度0.3〜1mol/l、2.5PH6.0
であるコバルトメツキ浴に添加してコバルトを電
気メツキし、これを陰極として使用する水溶液電
解方法。1 Starch, dextrin, poly-2-
One selected from the group consisting of diethylaminoethyl methacrylate and polyaluminum chloride at a cobalt ion concentration of 0.3 to 1 mol/l, 2.5PH6.0
An aqueous solution electrolysis method in which cobalt is electroplated by adding it to a cobalt plating bath, and this is used as a cathode.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61009835A JPS61264188A (en) | 1986-01-22 | 1986-01-22 | Method for electrolyzing aqueous solution |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61009835A JPS61264188A (en) | 1986-01-22 | 1986-01-22 | Method for electrolyzing aqueous solution |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9423079A Division JPS5620179A (en) | 1979-07-26 | 1979-07-26 | Preparation of cathode for electrolysis of aqueous solution of alkali metal halogenide |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61264188A JPS61264188A (en) | 1986-11-22 |
JPS6353274B2 true JPS6353274B2 (en) | 1988-10-21 |
Family
ID=11731182
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61009835A Granted JPS61264188A (en) | 1986-01-22 | 1986-01-22 | Method for electrolyzing aqueous solution |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61264188A (en) |
-
1986
- 1986-01-22 JP JP61009835A patent/JPS61264188A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS61264188A (en) | 1986-11-22 |
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