【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理物質を電気化学的手法によって酸化分解処理する電気化学セルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶媒を電気化学的手法によって酸化分解する方法として、硝酸を主成分とし銀イオンを電解酸化によって強力な酸化種として機能するレドックス種として含有する水性電解液に電位差を与えて１価のＡｇイオンを２価のＡｇイオンに変化させ、この電解液に溶媒を混合する方法が知られている（特開平１−３０６８
９）。 この方法では、２価のＡｇイオンにより溶媒が分解され、分解に寄与して２価のＡｇイオンは１価のＡｇ
イオンに変化するが、その１価のＡｇイオンは水性電解液に与えられる電位差により再び２価のＡｇイオンに変化して再生され、再び分解に寄与するようになっている。 この方法により溶媒を分解するに際して、その分解速度を速めるためには、電解液と溶媒とを流通させて電位差により生じた２価のＡｇイオンを直ちに分解処理によって消費させることが求められる。

【０００３】このための電気化学セルとして有機溶媒と電解液を循環させる手段を備えたものが提案されている（特表平４−５０４３０３）。 この電気化学セルにおける循環手段は、有機溶媒と電解液を貯留する槽の略中央部に、周囲に複数の孔が形成され内部に複数の翼が設けられた回転体を設けたドラフト管を鉛直に挿入したものである。 複数の翼は回転体とともに回転して周囲の孔からドラフト管内部に侵入した有機溶媒及び電解液を下方に向って押出すように構成される。 一方、上述の電気化学セルでは複数の球体からなる電極を層状にその槽の下部に配設し、翼の回転によりドラフト管の下部開口部から槽の下部に排出された有機溶媒及び電解液は、電極である複数の球体の間を下方から上方に通過するように構成される。 この電気化学セルでは、複数の球体の間を通過する際に１価のＡｇイオンは２価のＡｇイオンに変化し、その層状の電極を通過した２価のＡｇイオンは直ちに有機溶媒の分解処理に寄与することができるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した電気化学セルでは複数の球体からなる電極を層状に槽の下部に配設するので、構造が比較的複雑になる不具合がある。 また、上述した電気化学セルでは陰極が槽の側部に設けられ、陽極は槽の下部に層状に設けられる。 このため陽極のそれぞれの部分と陰極との距離がそれぞれ異なり、電極表面における電流密度が不均一になる。 一般的に、陽極における電流密度の著しい増大は、レドックス種を電解酸化して酸化種と成す反応（銀イオンの場合；
Ａｇ ⁺ →Ａｇ ²⁺ ＋ｅ ^- ）以外に副反応として水の分解反応を引き起し、酸化種の電解生成効率を下げる。 このため、電流密度の不均一は、局所的に通電量が増大するため、その局所において酸化種の電解生成効率の減少を招く。 従って、電極間の距離が不均一な上述の電気化学セルは、溶媒の分解速度を速めるために比較的大きな電流を流しても、局所的に通電量が増大してその局所において酸化種の電解生成効率が下がるため、その分解速度が期待したほど増大しない不具合がある。 本発明の目的は、比較的単純な構造で陽極と陰極の距離を均一にして電流密度を均一にし、酸化種の電解生成効率を下げることなく比較的大きな電流を流して分解速度を速めることができる電気化学セルを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１に示すように、陽極液１７が貯留される陽極室１９
を内側にかつ陰極液１８が貯留される陰極室２０を外側にそれぞれ形成するように液槽１１を仕切る有底円筒状の多孔性隔壁１６と、陽極室１９内に設けられ陽極液１
７が流通可能な円筒状の陽極１２と、陰極室２０内に隔壁１６を介して陽極１２を包囲するように設けられた円筒状の陰極１３と、陽極１２内に設けられ陽極１２内部の陽極液１７を陽極１２を通過させて陽極１２内部に戻るように循環させる循環手段２１とを備えた電気化学セルである。

【０００６】この請求項１に係る発明では、陽極１２を包囲するように陰極１３を設けるので、陽極１２のそれぞれの部分と陰極１３との距離が略等しくなり、陽極１
２と陰極１３との間に電位差を与えた時の電流密度を略均一にする。 このため、電流密度が不均一になる従来の電気化学セルに比較して、電極面積が同一であっても酸化種の電解生成効率を落すことなくより大きな電流を流すことが可能になる。 また、循環手段２１は陽極液１７
を循環させて陽極１２を通過させるので、陽極１２で変化したイオンは陽極１２を通過後直ちに陽極液１７に含まれる被処理物質を分解する。 このため、酸化種の電解生成効率を下げることなく比較的大きな電流を流して分解速度を従来より速めることができる。 陰極液１８としては硫酸（Ｈ ₂ ＳＯ ₄ ）又は硝酸（ＨＮＯ ₃ ）等のオキソ酸が例示され、陽極液１７としては電解酸化によって強力な酸化種として機能するレドックス種、例えば１価の銀イオン，２価のコバルトイオン又は３価のセリウムイオンが含有されたオキソ酸が例示される。 なお、これらは陽極１２及び陰極１３との間の電位差により２価の銀イオン，３価のコバルトイオン又は４価のセリウムイオンに変化する。

【０００７】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、液槽１１上部に被処理物質を隔壁１６内に供給する供給部２２が設けられた電気化学セルである。
循環手段２１により陽極液１７は常に循環しているので、この請求項２に係る発明では、供給部２２から被処理物質を供給することによりその被処理物質は陽極液１
２とともに循環して分解され、いわゆるバッチ処理、及び連続処理の双方を行うことができる。 被処理物質としては、原子力の分野で発生するもの及び一般工業分野におけるものの双方が挙げられる。 原子力の分野で発生するものとしては放射性物質を含む廃棄物として発生するドデカン、ＴＢＰ(tributyl phosphate)、デカリン、Ｃ
ＭＰＯ(carbamoylmethylphosphine oxide)、トルエン、
ケロシン、ポンプ油、又はシンチレータカクテルが挙げられ、シンチレータカクテルに含まれる有機溶媒としてはキシレン、デカリン、シェルゾールＡ、ターフェニル、トリエチルベンゼン、フェニルシクロヘキサンが挙げられる。 一般工業分野におけるものとしては、シクロヘキサン等のシクロアルカン類、メチルエーテル等のエーテル類、エチルベンゼン等のベンゼン類、多価のアルコールを除く高級アルコール類が挙げられる。

【０００８】請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の発明であって、循環手段２１が、液槽１１の上方に設けられた電動モータ２１ａと、隔壁１６の中心に鉛直方向に設けられ下端が隔壁１６の底部に達し上端が電動モータ２１ａのモータ軸に連結された回転軸２１ｂと、
回転軸２１ｂに固着され陽極１２内部の陽極液１７及び供給部２２から供給された被処理物質を遠心力により陽極１２を通過させて陽極１２内部に戻るように循環させる回転翼２１ｃとを有する電気化学セルである。 電動モータ２１ａと回転軸２１ｂと回転翼２１ｃからなる循環手段２１は、周囲に複数の孔が形成され内部に複数の翼が設けられた回転体を設けたドラフト管からなる従来技術における循環手段より簡易であり、この請求項３に係る発明では、従来技術における電気化学セルに比較して構造を単純にすることができる。

【０００９】請求項４に係る発明は、請求項１ないし３
いずれかに係る発明であって、陽極液１７がオキソ酸と電解酸化によって強力な酸化種として機能するレドックス種とを含み、陰極液１８がオキソ酸を含み、被処理物質が有機溶媒であって、陽極１２と陰極１３との間に電位差を与えることによりレドックス種を酸化種として機能させて有機溶媒を酸化分解するように構成された電気化学セルである。 この請求項４に係る「有機溶媒」とは、有機溶媒単体の他に、被酸化性物質が溶解されたものも含む。 溶解される被酸化性物質には、二酸化ウラン、二酸化プルトニウム等の核燃料物質、工場の操業プロセスで混入した金属、金属酸化物、又は固形有機物が挙げられ、固形有機物には濾紙、キムワイプ、キムタオル、マウス等の生物試料、活性炭等が含まれる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳しく説明する。 図１及び図２に示すように、
本発明の電気化学的セル１０は円筒状の有底容器である液槽１１に陽極１２と陰極１３が設けられたものであり、液槽１１には蓋板１４により上部が閉じられる。 蓋板１４には後述する陽極液１７から生じるＣＯ ₂を外部に放散させる第１ガス孔１４ａと、後述する陰極液１８
から生じるＮＯxをＮＯx処理系に通じさせる第２ガス孔１４ｂが形成される。 蓋板１４には有底円筒状の多孔性隔壁１６が液槽１１と略同心状にその液槽１１を仕切るように設けられる。 この多孔性隔壁１６の内側には陽極液１７が貯留される陽極室１９が形成され、この多孔性隔壁１６の外側には陰極液１８が貯留される陰極室２０
が形成される。 この多孔性隔壁１６としては多孔質アルミナ、バイコールガラス、フッ素系樹脂膜（商品名；ｎ
ａｆｉｏｎ）等が例示される。

【００１１】陽極液１７は硫酸（Ｈ ₂ ＳＯ ₄ ）又は硝酸（ＨＮＯ ₃ ）等のオキソ酸を主成分とし、１価の銀イオン，２価のコバルトイオン又は３価のセリウムイオン等の電解酸化によって強力な酸化種として機能するレドックス種を含むものであり、陰極液１８はオキソ酸のみから構成される。 この実施の形態における陽極液１７は硝酸と１価のＡｇイオンを含みものであり、陰極液１８は硝酸を含みＡｇイオンを含まないものである。 陽極１２
及び陰極１３は白金により作られ、陽極１２は円筒状にかつ陽極液１７が流通可能に形成される。 この陽極１２
は陽極室１９内に隔壁１６と同心状に設けられる。 陰極１３は陽極１２を包囲可能な円筒状に形成され、この陰極１３は陰極室２０内に隔壁１６を介してその陽極１２
を包囲するように設けられる。 この陽極１２と陰極１３
との間に電位差を与えることにより、この電気化学セル１０は陽極液１７に含有されるレドックス種を酸化種として機能させるように構成される。 なお、陰極１２ｂはオキソ酸に耐え得るものであればステンレス鋼その他の鋼材であっても良い。

【００１２】陽極１２の内部にはこの陽極１２内部の陽極液１７を陽極１２を通過させて再び陽極１２内部に戻るように循環させる循環手段２１が設けられる。 この実施の形態における循環手段２１は、液槽１１の上方に設けられた電動モータ２１ａと、隔壁１６の中心に鉛直に設けられ下端が隔壁１６の底部に達し上端が電動モータ２１ａの回転軸に連結された回転軸２１ｂと、この回転軸２１ｂの下部に固着された回転翼２１ｃとを有する。
回転翼２１ｃは陽極室１９の中央部及び下部に相当する回転軸２１ｂに固着され、陽極室１９の上部に相当する回転軸２１ｂには設けられていない。 一方、液槽１１上部である蓋板１４には被処理物質を隔壁１６内に供給する供給部２２が設けられ、電動モータ２１ａが駆動すると回転翼２１ｃが回転軸２１ｂとともに回転し、回転翼２１ｃは陽極１２内部の陽極液１７及び供給部２２から供給された被処理物質を遠心力により陽極１２を通過させて陽極１２の内部に戻るように循環させるように構成される。

【００１３】このように構成された電気化学セルにより被処理物が有機溶媒の場合における酸化分解方法について説明する。 先ず、有機溶媒の酸化分解に際して隔壁１
６により仕切られた陽極室１９に硝酸と１価のＡｇイオンを含む陽極液１７を貯留し、陰極室２０に硝酸を含みＡｇイオンを含まない陰極液１８を貯留する。 その後、
陽極１２と陰極１３との間に電位差を与え、陽極液１７
を電解してその電解液に含有される１価のＡｇイオンを２価のＡｇイオンに変える。 その後、循環手段２１の電動モータ２１ａを駆動して回転軸２１ｂとともに回転翼２１ｃを回転させ、被処理物質である有機溶媒を供給部から陽極液１７中に投入する。

【００１４】回転翼２１ｃは回転することにより陽極室１９の中央部及び下部に相当する陽極１２内部の陽極液１７及び供給部２２から供給された有機溶媒を、遠心力により図１に矢印で示すように陽極１２の内側から外側に向って通過させる。 陽極１２を通過した陽極液１７及び有機溶媒は隔壁１６に達し、その後上昇して陽極室１
９の上部から中央に戻り再び下降するように循環する。
電位差により陽極１２を通過する際に変化した２価のＡ
ｇイオンは、陽極液１７とともに循環する有機溶媒と混合することによりこの有機溶媒を酸化分解する。 この酸化分解する量に応じて有機溶媒を供給部２２から追加供給する。 有機溶媒がベンゼンである場合の分解反応を例示すると、以下（１）の反応式で示すように分解され、
この分解時に発生するＣＯ ₂は第１ガス孔１４ａから図示しない排ガス系に向って排出される。

【００１５】 Ｃ ₆ Ｈ ₆ ＋４２Ｈ ₂ Ｏ＋３０Ａｇ ²⁺ →６ＣＯ ₂ ↑＋３０Ｈ ₃ ０ ⁺ ＋３０Ａｇ ⁺ …（１） なお、上述した実施の形態では、回転翼２１ｃを陽極室１９の中央部及び下部に相当する回転軸２１ｂに固着し、回転翼２１ｃを回転させて陽極液等を陽極室１９の中央部及び下部から外方に移動させ隔壁１６に沿って上昇させ陽極室１９の上部から中央に戻り再び下降するように循環させたが、回転翼２１ｃを陽極室１９の中央部及び上部に相当する回転軸２１ｂに固着し、回転翼２１
ｃを回転させて陽極液等を陽極室１９の中央部及び上部から外方に移動させ隔壁１６に沿って下昇させ陽極室１
９の下部から中央に戻り再び上降するように循環させてもよい。

【００１６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、陽極室を内側に陰極室を外側にそれぞれ形成するように液槽を仕切る有底円筒状の多孔性隔壁と、陽極室内に設けられ陽極液が流通可能な円筒状の陽極と、陰極室内に隔壁を介して陽極を包囲するように設けられた円筒状の陰極とを備えたので、陽極のそれぞれの部分と陰極との距離を略等しくすることができ、電極表面における電流密度を均一にすることができ、酸化種の電解生成効率を下げることなく比較的大きな電流を流すことができる。 また、陽極を通過させて陽極液を循環させる循環手段を備えたので、陽極で変化したイオンを陽極を通過後直ちに陽極液に含まれる被処理物質の分解に直ちに寄与させることができ、分解速度を従来より速めることができる。
また、被処理物質を隔壁内に供給する供給部を設ければ、被処理物質のいわゆるバッチ処理、及び連続処理の双方を行うことができ、従来技術における電気化学セルに比較して構造を単純にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気化学セルの構成を示す縦断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。

【符号の説明】

１１ 液槽 １２ 陽極 １３ 陰極 １６ 多孔性隔壁 １７ 陽極液 １８ 陰極液 １９ 陽極室 ２０ 陰極室 ２１ 循環手段 ２１ａ 電動モータ ２１ｂ 回転軸 ２１ｃ 回転翼 ２２ 供給部

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