[发明专利]析氢电极及电解方法

说明书

技术领域

本发明涉及析氢电极及使用该电极并伴有析氢的电解方法，所述析氢电极为在伴有析氢的电解工序中所使用的阴极，其主要使用在离子交换膜法电解食盐中。

背景技术

在离子交换膜电解食盐工序中，降低能源消耗是最大的研究课题。在详细分析离子交换膜电解食盐方法中的槽电压时发现，除了理论上所需的电压以外，还要加上因离子交换膜的膜电阻产生的电压、阴极与阳极的过电压、因电解槽的阳极与阴极间距产生的电压。在这些电压中，关于电极过电压，对阳极而言，通过对不溶性电极涂覆铂族氧化物，在通常的操作条件下可减少至50mV左右，在此基础上的改善、改良已超出了预期水平。

另一方面，对于阴极而言，历来所用的软钢、不锈钢或镍电极，在通常的操作条件下，可产生300～400mV的过电压。因此，人们对活化这些电极表面以降低过电压进行了研究，至今已开发了很多技术。例如通过等离子喷涂氧化镍，制造电极表面为氧化物并具有高活性的阴极，或向电极表面施加雷尼镍类镀层、镍与锡复合镀层、活性炭与氧化物复合镀层等，都是试图用作苛性钠中的析氢阴极。但是，为了要减小电解电压，需要更低的阴极过电压，因此提出了如下所述的各种阴极。

例如，一种低过电压和高耐久性的阴极，其是在导电性金属上，形成由铂族氧化物和氧化镍构成的不均质混合物，复合施镀贵金属的氧化物与镍金属用作电极活性物质。另一种阴极，在导电性基材上涂布氯化钌、氯化钯与氧化钌，在大气中涂布煅烧后，通过化学镀镍，来提高包被强度，或者在金属基材上形成以氧化钌为主体的电极活性物质层，进一步在其表面形成多孔质低活性的保护层，以提高电极的耐久性。另一种阴极，在金属基材上形成包被层，所述包被层由以热分解法形成的氧化钌、镍及具有储氢功能的稀土类金属构成，可抗电解槽停止时的逆电流，保持阴极在储氢电位以防止电解氧化(日本特开平11-158678号公报)。

与阴极过电压相对，作为从电极活性物质方面考虑的措施，铂族金属析氢过电压较低，本质上是令人满意的电极活性物质，但是其容易因电解液中的杂质失活，产生所谓的中毒。作为应对该中毒的措施，专利文献1中公开了形成分散有氧化钌的电沉积镍涂层，并用由氧化钛构成的导电性氧化物覆盖其表面，改善对汞中毒的抗性。另外，还有因阴极室的电解液中含有少量铁成分导致失活中毒的问题，作为对此的应对措施，专利文献2中公开了采用铂和铈的复合氧化物用作电极活性物质层，提高对铁中毒的抗性。并且，专利文献3中公开了一种具有保护镍基体的氧化覆膜，由铂族金属、其氧化物或氢氧化物-镧系金属氧化物或氢氧化物构成的高活性、高抗中毒性的阴极。

因此，为了降低电解能源成本，可通过改善现有阳极、阴极催化剂活性降低过电压，或通过缩短电极间距降低槽电压来实现。但是近年来，为了提高生产率一般会增大电解电流密度，在高电流密度操作下，产生的大量气体残留在电极表面，导致电极有效面积减小，并且液体电阻增大导致电解电压上升。因此，在电解电流密度较大的情况下，抑制电解电压上升成了新的技术问题。

现有技术文献

专利文献1：日本特开平11-229170号公报

专利文献2：日本特公平6-33492号公报

专利文献3：日本特开2000-239882号公报

发明内容

本发明要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种即使在电解电流密度较大的情况下，也能抑制电解电压上升的析氢电极，以及能源成本较低的使用该电极的电解方法。

解决技术问题的技术手段

为了实现上述目的，本发明人认为在电极基材表面使用铂族金属作为电极活性物质从而使阴极过电压降低是必要的，因此从多方面、多角度调查了使用含铂族金属的各种混合物为电极活性物质的析氢电极的特性。结果本发明人发现在电极基材表面包被由铈类物质和铂类物质的混合物构成的电极活性物质的析氢电极，其电解电流和析氢过电压之间的关系，尤其是涉及该关系的所述混合物组成具有非常有趣的结果。其详细内容如下所示。