JP3406390B2 - 重水素の濃縮方法及び装置 - Google Patents
重水素の濃縮方法及び装置Info
- Publication number
- JP3406390B2 JP3406390B2 JP18096494A JP18096494A JP3406390B2 JP 3406390 B2 JP3406390 B2 JP 3406390B2 JP 18096494 A JP18096494 A JP 18096494A JP 18096494 A JP18096494 A JP 18096494A JP 3406390 B2 JP3406390 B2 JP 3406390B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- deuterium
- ion exchange
- exchange membrane
- cathode
- anode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、天然水等に存在するジ
ュウテリウム及びトリチウムの重水素を濃縮するために
使用する電解濃縮装置に関する。
ュウテリウム及びトリチウムの重水素を濃縮するために
使用する電解濃縮装置に関する。
【０００２】
【従来技術とその問題点】原子力発電所の安全性の判
断、地殻変動の予測、温泉地下水系の測定等の分野にお
いて、天然水中の重水素特にトリチウムの分析が重要に
なってきている。トリチウム濃度は極低レベルであるた
め、測定精度の向上のため電解濃縮することが一般的で
ある。従来から重水素の電解濃縮は、電解質を溶解させ
た試料溶液を作製し、板状の平板を向かい合わせて電解
する方法が知られている。電解液中に含まれる水にはＨ
2 Ｏの他にＨＯＤやＨＯＴがあり、これらは通常の水電
解に従って水素と酸素に分解されるが、同位体効果によ
りＨ2 Ｏの分解がＨＯＤやＨＯＴの分解に対して優先
し、電解液中のジュウテリウムやトリチウムの濃度が上
昇し濃縮が行われる。この電解に使用する陽極としては
ニッケルが、又陰極としては鋼、鉄及びニッケル等が使
用され、これらの電極を洗浄し希薄苛性ソーダを支持塩
として重水を含む水の溶液に添加して調製した試料水を
ガラス容器に入れ通電して電解を行う。電流密度を１〜
10Ａ／ｄｍ2 程度とし、発熱による水の蒸発を防止する
ために液温を５℃以下に維持しながら、通常液量が10分
の１以下になるまで電解を継続して重水素の濃縮を行
う。
断、地殻変動の予測、温泉地下水系の測定等の分野にお
いて、天然水中の重水素特にトリチウムの分析が重要に
なってきている。トリチウム濃度は極低レベルであるた
め、測定精度の向上のため電解濃縮することが一般的で
ある。従来から重水素の電解濃縮は、電解質を溶解させ
た試料溶液を作製し、板状の平板を向かい合わせて電解
する方法が知られている。電解液中に含まれる水にはＨ
2 Ｏの他にＨＯＤやＨＯＴがあり、これらは通常の水電
解に従って水素と酸素に分解されるが、同位体効果によ
りＨ2 Ｏの分解がＨＯＤやＨＯＴの分解に対して優先
し、電解液中のジュウテリウムやトリチウムの濃度が上
昇し濃縮が行われる。この電解に使用する陽極としては
ニッケルが、又陰極としては鋼、鉄及びニッケル等が使
用され、これらの電極を洗浄し希薄苛性ソーダを支持塩
として重水を含む水の溶液に添加して調製した試料水を
ガラス容器に入れ通電して電解を行う。電流密度を１〜
10Ａ／ｄｍ2 程度とし、発熱による水の蒸発を防止する
ために液温を５℃以下に維持しながら、通常液量が10分
の１以下になるまで電解を継続して重水素の濃縮を行
う。
【０００３】しかしこの従来の重水素濃縮法には次のよ
うな問題点がある。 電解質を重水に溶解して試料水を調製するため、その
調製に手間が掛かる。 電解質等の影響により電極が溶解しやすく、この溶解
により電離係数が変動する。これを防止するためには前
処理が必要であり、手間が掛かる。 発生した水素及び酸素がそれぞれ対極に達し、酸化あ
るいは還元されやすく、電解効率の低下を招きやすい。
又前記水素及び酸素は爆鳴気となり爆発しやすい。
うな問題点がある。 電解質を重水に溶解して試料水を調製するため、その
調製に手間が掛かる。 電解質等の影響により電極が溶解しやすく、この溶解
により電離係数が変動する。これを防止するためには前
処理が必要であり、手間が掛かる。 発生した水素及び酸素がそれぞれ対極に達し、酸化あ
るいは還元されやすく、電解効率の低下を招きやすい。
又前記水素及び酸素は爆鳴気となり爆発しやすい。
【０００４】
【発明の目的】本発明は、上述の従来の電解による重水
素濃縮の欠点特に電解効率の低下及び爆発の誘発を解消
し、安全にかつ効率良く重水素を含む水の電解を行い重
水素の濃縮を可能にする方法及び装置を提供することを
目的とする。
素濃縮の欠点特に電解効率の低下及び爆発の誘発を解消
し、安全にかつ効率良く重水素を含む水の電解を行い重
水素の濃縮を可能にする方法及び装置を提供することを
目的とする。
【問題点を解決するための手段】本発明は、イオン交換
膜により陽極室と陰極室に区画されかつ重水素を含む水
である電解液が充填された電解槽に通電して前記電解液
を電解し水素及び酸素を発生させることにより前記重水
素を濃縮する際に、前記電解液に支持塩が溶解しない重
水素の濃縮方法、及び重水素を含む水である陽極液が充
填された陽極室、重水素を含む水である陰極液が充填さ
れた陰極室、該両極室を区画しかつ陽極及び陰極に密着
するイオン交換膜及び両電極への給電体を含んで成る重
水素の濃縮装置である。
膜により陽極室と陰極室に区画されかつ重水素を含む水
である電解液が充填された電解槽に通電して前記電解液
を電解し水素及び酸素を発生させることにより前記重水
素を濃縮する際に、前記電解液に支持塩が溶解しない重
水素の濃縮方法、及び重水素を含む水である陽極液が充
填された陽極室、重水素を含む水である陰極液が充填さ
れた陰極室、該両極室を区画しかつ陽極及び陰極に密着
するイオン交換膜及び両電極への給電体を含んで成る重
水素の濃縮装置である。
【０００５】以下本発明を詳細に説明する。本発明は、
ＨＯＤやＨＯＴを含む水（Ｈ2 Ｏ）を電解しＨ2 Ｏを選
択的に酸素及び水素に変換することにより前記ＨＯＤや
ＨＯＴを濃縮する。水を電解すると陽極室では水の酸化
により酸素ガスが発生しかつ水素イオンが生成する。生
成した水素イオンは水分子を同伴しながらイオン交換膜
内を通って陰極に達し、陰極で還元されて水素ガスを発
生する。これらの陽極及び陰極反応における電離係数が
1Ｈと、Ｄ（ 2Ｈ）及びＴ（ 3Ｈ）では大きく異なり、
電解条件にもよるが陽極における 1Ｈイオン及び陰極に
おける 1Ｈガスの発生に殆どの電流が寄与するため、 1
Ｈ2 Ｏが電解の継続により減少して結果的に 2Ｈ及び3
Ｈの濃縮が起こる。
ＨＯＤやＨＯＴを含む水（Ｈ2 Ｏ）を電解しＨ2 Ｏを選
択的に酸素及び水素に変換することにより前記ＨＯＤや
ＨＯＴを濃縮する。水を電解すると陽極室では水の酸化
により酸素ガスが発生しかつ水素イオンが生成する。生
成した水素イオンは水分子を同伴しながらイオン交換膜
内を通って陰極に達し、陰極で還元されて水素ガスを発
生する。これらの陽極及び陰極反応における電離係数が
1Ｈと、Ｄ（ 2Ｈ）及びＴ（ 3Ｈ）では大きく異なり、
電解条件にもよるが陽極における 1Ｈイオン及び陰極に
おける 1Ｈガスの発生に殆どの電流が寄与するため、 1
Ｈ2 Ｏが電解の継続により減少して結果的に 2Ｈ及び3
Ｈの濃縮が起こる。
【０００６】この他にもイオン交換膜を通過する際の同
位体間の輸率も若干異なり、 2Ｈや3Ｈの濃縮は促進さ
れる。しかし実際の反応の際には 2Ｈや 3Ｈが反応によ
り消失し又はガスに同伴する水分として失われる。従っ
て当初の電解液中に存在する重水素が全て濃縮後の濃縮
液中に存在する訳ではないが、電解液の濃縮率より失わ
れる重水素の方が遙かに少ないため、効果的な重水素の
濃縮を達成できる。本発明では従来の重水素濃縮と異な
り、イオン交換膜を使用しているため発生する水素ガス
と酸素ガスが混合したり生成したガスが対極と接触して
それぞれ酸化あるいは還元されて元の水に戻ることが殆
どなく、効率の良い濃縮を達成できるとともに、爆鳴気
が生ずる危険もないため安全性の高い濃縮操作を行うこ
とができる。
位体間の輸率も若干異なり、 2Ｈや3Ｈの濃縮は促進さ
れる。しかし実際の反応の際には 2Ｈや 3Ｈが反応によ
り消失し又はガスに同伴する水分として失われる。従っ
て当初の電解液中に存在する重水素が全て濃縮後の濃縮
液中に存在する訳ではないが、電解液の濃縮率より失わ
れる重水素の方が遙かに少ないため、効果的な重水素の
濃縮を達成できる。本発明では従来の重水素濃縮と異な
り、イオン交換膜を使用しているため発生する水素ガス
と酸素ガスが混合したり生成したガスが対極と接触して
それぞれ酸化あるいは還元されて元の水に戻ることが殆
どなく、効率の良い濃縮を達成できるとともに、爆鳴気
が生ずる危険もないため安全性の高い濃縮操作を行うこ
とができる。
【０００７】又本発明におけるイオン交換膜に両電極を
接触させるとイオン交換膜に含まれるイオン交換基が電
解質として機能して水の電解を促進するため、従来のよ
うに水の導電率を向上させるための支持塩の添加が不要
になり、従って支持塩を溶解した電解液を準備する必要
がなくなる。更に支持塩の中には電極やイオン交換膜を
劣化させる成分を含むものがあり、従来の重水素濃縮で
は長期運転の際の電極やイオン交換膜の交換が不可欠で
あった。これに対し本発明のイオン交換膜を両電極に接
触する態様では、支持塩の添加が不要で実質的に純水電
解と同一で電極やイオン交換膜を劣化させる成分が存在
しないため、電極等の交換が不要となる。又濃縮された
電解液からの支持塩の除去が必要なく、かつ支持塩によ
り劣化した電極等の不純物が電解液中に混入することも
なくなるため、簡便に高度に濃縮された重水素が溶解し
た溶液を得ることができる。
接触させるとイオン交換膜に含まれるイオン交換基が電
解質として機能して水の電解を促進するため、従来のよ
うに水の導電率を向上させるための支持塩の添加が不要
になり、従って支持塩を溶解した電解液を準備する必要
がなくなる。更に支持塩の中には電極やイオン交換膜を
劣化させる成分を含むものがあり、従来の重水素濃縮で
は長期運転の際の電極やイオン交換膜の交換が不可欠で
あった。これに対し本発明のイオン交換膜を両電極に接
触する態様では、支持塩の添加が不要で実質的に純水電
解と同一で電極やイオン交換膜を劣化させる成分が存在
しないため、電極等の交換が不要となる。又濃縮された
電解液からの支持塩の除去が必要なく、かつ支持塩によ
り劣化した電極等の不純物が電解液中に混入することも
なくなるため、簡便に高度に濃縮された重水素が溶解し
た溶液を得ることができる。
【０００８】本発明でイオン交換膜は垂直方向に設置し
ても水平方向に設置しても良いが、水平方向に設置する
とイオン交換膜表面のガス発生量等の電解条件が一定に
維持され、従って運転条件が安定し効率が更に向上す
る。本発明で使用する陽極は導電性及び化学的安定性に
優れたチタンやステンレス等の金属やカーボンを使用し
これを気液透過性に優れた微細な貫通孔を有する構造と
して形成することが望ましい。繊維、粉末焼結体及び金
属板を加工して孔を開けたメッシュ、多孔板及び織物状
とした市販品を使用しても良い。なお孔径は0.001 〜１
ｍｍ、厚さは１〜10ｍｍ程度が好ましい。
ても水平方向に設置しても良いが、水平方向に設置する
とイオン交換膜表面のガス発生量等の電解条件が一定に
維持され、従って運転条件が安定し効率が更に向上す
る。本発明で使用する陽極は導電性及び化学的安定性に
優れたチタンやステンレス等の金属やカーボンを使用し
これを気液透過性に優れた微細な貫通孔を有する構造と
して形成することが望ましい。繊維、粉末焼結体及び金
属板を加工して孔を開けたメッシュ、多孔板及び織物状
とした市販品を使用しても良い。なお孔径は0.001 〜１
ｍｍ、厚さは１〜10ｍｍ程度が好ましい。
【０００９】イオン交換膜としては酸素発生及び水素発
生下で安定であるフッ素樹脂系イオン交換膜の使用が望
ましい。市販品としてデュポン社製ナフィオン、旭化成
株式会社製アシプレックス、旭硝子株式会社製フレミオ
ン等がある。本発明で電解液中に支持塩を添加しない場
合には、前記両電極を前記イオン交換膜に密着させる。
その際電解液の抵抗が大きいためなるべく高い圧力で両
電極をイオン交換膜に十分密着させることが望ましく、
そのために必要な圧力は１〜100 ｋｇ／ｃｍ2程度であ
る。触媒物質としてはニッケル、鉄以外にカーボンや貴
金属等を用いることが可能である。触媒は電極上に担持
しても触媒自体で前記電極を構成しても良く、場合によ
ってはイオン交換膜上に担持しても良い。担持方法とし
ては、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂微粒子と触媒粉末を混練
したペースト状物質を電極等に塗布しホットプレス法で
固着する方法があり、この他に電気めっきや蒸着により
担持しても良い。
生下で安定であるフッ素樹脂系イオン交換膜の使用が望
ましい。市販品としてデュポン社製ナフィオン、旭化成
株式会社製アシプレックス、旭硝子株式会社製フレミオ
ン等がある。本発明で電解液中に支持塩を添加しない場
合には、前記両電極を前記イオン交換膜に密着させる。
その際電解液の抵抗が大きいためなるべく高い圧力で両
電極をイオン交換膜に十分密着させることが望ましく、
そのために必要な圧力は１〜100 ｋｇ／ｃｍ2程度であ
る。触媒物質としてはニッケル、鉄以外にカーボンや貴
金属等を用いることが可能である。触媒は電極上に担持
しても触媒自体で前記電極を構成しても良く、場合によ
ってはイオン交換膜上に担持しても良い。担持方法とし
ては、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂微粒子と触媒粉末を混練
したペースト状物質を電極等に塗布しホットプレス法で
固着する方法があり、この他に電気めっきや蒸着により
担持しても良い。
【００１０】このような各部材を電解槽内に設置して重
水素の電解濃縮を行う。電解槽本体は耐食性のあるパイ
レックスガラス製とすることが望ましく、又濃縮倍率を
向上させるため、つまり濃縮後の電解液の量があまり少
なくならないように、100 ミリリットル〜10リットル程
度の容量を有することが望ましい。本発明ではイオン交
換膜により水素ガスと酸素ガスの混合が防止されるが、
両ガスが若干混合されてもさほどの問題は生じない。従
ってイオン交換膜以外の陽極室及び陰極室の区画部の密
閉はさほど厳格に行う必要はない。
水素の電解濃縮を行う。電解槽本体は耐食性のあるパイ
レックスガラス製とすることが望ましく、又濃縮倍率を
向上させるため、つまり濃縮後の電解液の量があまり少
なくならないように、100 ミリリットル〜10リットル程
度の容量を有することが望ましい。本発明ではイオン交
換膜により水素ガスと酸素ガスの混合が防止されるが、
両ガスが若干混合されてもさほどの問題は生じない。従
ってイオン交換膜以外の陽極室及び陰極室の区画部の密
閉はさほど厳格に行う必要はない。
【００１１】本発明装置の電源は特に限定されないが、
定電圧定電流電源を使用することが望ましく、直流の積
算電流計を使用すると電解量や収率を算出するために便
利である。運転時の電流密度は１〜100 Ａ／ｄｍ2 と
し、かつ電解液の蒸発を防止するため、５℃以下の液温
に維持しながら電解を行うことが好ましい。
定電圧定電流電源を使用することが望ましく、直流の積
算電流計を使用すると電解量や収率を算出するために便
利である。運転時の電流密度は１〜100 Ａ／ｄｍ2 と
し、かつ電解液の蒸発を防止するため、５℃以下の液温
に維持しながら電解を行うことが好ましい。
【００１２】次に本発明に係わる重水素濃縮装置の一例
を添付図面に基づいて説明するが、該実施例は本発明を
限定するものではない。図１は本発明に係わる重水素濃
縮装置の一例を示す縦断正面図である。重水素濃縮装置
１は、冷却水２が凍結しない程度の液温例えば１℃に維
持された恒温槽３に浸されている。前記重水素濃縮装置
１は、上部が開口する円筒形又は箱型の本体４内に収容
され、かつ前記装置１は水平方向の円板状の陽極５及び
該陽極５より下に位置する陰極６をイオン交換膜７を間
に挟んで上下方向のボルト８により締着することにより
構成されている。前記陽極５の左端及び前記陰極６の右
端にはそれぞれ陽極用給電体９及び陰極用給電体10が接
続され、両給電体９、10は前記本体４の上部開口に嵌合
された蓋体11の孔を通して本体４外に延びている。前記
蓋体11の左端近傍の孔には小径円筒形の水素ガス取出口
12が設置され、かつ前記膜７の上面には酸素ガス取出用
の円筒体13が載置されている。前記本体４内及び前記円
筒体13には、重水素を含む試料水14が満たされている。
を添付図面に基づいて説明するが、該実施例は本発明を
限定するものではない。図１は本発明に係わる重水素濃
縮装置の一例を示す縦断正面図である。重水素濃縮装置
１は、冷却水２が凍結しない程度の液温例えば１℃に維
持された恒温槽３に浸されている。前記重水素濃縮装置
１は、上部が開口する円筒形又は箱型の本体４内に収容
され、かつ前記装置１は水平方向の円板状の陽極５及び
該陽極５より下に位置する陰極６をイオン交換膜７を間
に挟んで上下方向のボルト８により締着することにより
構成されている。前記陽極５の左端及び前記陰極６の右
端にはそれぞれ陽極用給電体９及び陰極用給電体10が接
続され、両給電体９、10は前記本体４の上部開口に嵌合
された蓋体11の孔を通して本体４外に延びている。前記
蓋体11の左端近傍の孔には小径円筒形の水素ガス取出口
12が設置され、かつ前記膜７の上面には酸素ガス取出用
の円筒体13が載置されている。前記本体４内及び前記円
筒体13には、重水素を含む試料水14が満たされている。
【００１３】前記恒温槽３の冷却水２の温度を約１℃に
維持しながら、このような構成から成る濃縮装置１の両
給電体９、10間に通電すると、イオン交換膜７の上面に
接触する陽極５下面において試料水14の電解が生じ酸素
ガス及び水素イオンが発生する。発生した酸素ガスは円
筒体13内をそのまま上昇して系外に取り出され、水素イ
オンはイオン交換膜７を透過して該イオン交換膜７の下
面に接触している陰極６面に達する。この陰極６面で水
素イオンが還元されて水素ガスが発生し、この水素ガス
は前記水素ガス取出口12から系外に取り出される。この
ような水電解による水素及び酸素ガスの発生は、イオン
化しやすい（電離係数の大きい）種ほど進行しやすく、
つまり水素の３種類の同位体である 1Ｈ、2Ｈ及び 3Ｈ
のうちの 1Ｈの電解がほぼ選択的に起こって消失し、残
りの試料水中の 2Ｈ及び 3Ｈ濃度が高くなり、従って重
水素である 2Ｈ及び 3Ｈを含む重水の濃縮が行われる。
維持しながら、このような構成から成る濃縮装置１の両
給電体９、10間に通電すると、イオン交換膜７の上面に
接触する陽極５下面において試料水14の電解が生じ酸素
ガス及び水素イオンが発生する。発生した酸素ガスは円
筒体13内をそのまま上昇して系外に取り出され、水素イ
オンはイオン交換膜７を透過して該イオン交換膜７の下
面に接触している陰極６面に達する。この陰極６面で水
素イオンが還元されて水素ガスが発生し、この水素ガス
は前記水素ガス取出口12から系外に取り出される。この
ような水電解による水素及び酸素ガスの発生は、イオン
化しやすい（電離係数の大きい）種ほど進行しやすく、
つまり水素の３種類の同位体である 1Ｈ、2Ｈ及び 3Ｈ
のうちの 1Ｈの電解がほぼ選択的に起こって消失し、残
りの試料水中の 2Ｈ及び 3Ｈ濃度が高くなり、従って重
水素である 2Ｈ及び 3Ｈを含む重水の濃縮が行われる。
【００１４】本実施例の装置では両電極５、６がイオン
交換膜７に接触し、該イオン交換膜のイオン交換基を電
解質として利用し、電解反応を進行させられるため、試
料水中には支持塩を添加する必要がなく、試料水調製の
手間が大きく低減する。
交換膜７に接触し、該イオン交換膜のイオン交換基を電
解質として利用し、電解反応を進行させられるため、試
料水中には支持塩を添加する必要がなく、試料水調製の
手間が大きく低減する。
【００１５】図２は他の重水素濃縮装置の給電体と電極
との接続部の拡大図である。図１ではイオン交換膜と両
電極を締着するボルトと両電極への給電体を別個に設け
たが、図２では両部材を兼用する単一部材を使用してい
る。イオン交換膜21を挟んでその上下に位置する陽極22
及び陰極23に穿設された孔24及び25に陽極用給電体26及
び陰極用給電体27のそれぞれの下端部が螺合されて電極
の支持及び給電を行うようになっている。図示の例では
各給電体が陽極及び陰極の両電極に接触するため、他極
との絶縁を行わなければならない。従って両給電体26が
接触する前記両孔24、25の内面にはそれぞれ薄い絶縁層
28及び29が形成され、かつ前記陽極用給電体26が陰極23
と接触する面及び前記陰極用給電体27が陽極22と接触す
る面にそれぞれ絶縁体30及び31が配置されている。図２
の装置では図１の装置より部品点数が少なく、より簡単
な構造の装置を提供できる。
との接続部の拡大図である。図１ではイオン交換膜と両
電極を締着するボルトと両電極への給電体を別個に設け
たが、図２では両部材を兼用する単一部材を使用してい
る。イオン交換膜21を挟んでその上下に位置する陽極22
及び陰極23に穿設された孔24及び25に陽極用給電体26及
び陰極用給電体27のそれぞれの下端部が螺合されて電極
の支持及び給電を行うようになっている。図示の例では
各給電体が陽極及び陰極の両電極に接触するため、他極
との絶縁を行わなければならない。従って両給電体26が
接触する前記両孔24、25の内面にはそれぞれ薄い絶縁層
28及び29が形成され、かつ前記陽極用給電体26が陰極23
と接触する面及び前記陰極用給電体27が陽極22と接触す
る面にそれぞれ絶縁体30及び31が配置されている。図２
の装置では図１の装置より部品点数が少なく、より簡単
な構造の装置を提供できる。
【００１６】
【実施例】次に本発明の重水素濃縮装置による重水素濃
縮に関する実施例を記載するが、該実施例は本発明を限
定するものではない。
縮に関する実施例を記載するが、該実施例は本発明を限
定するものではない。
【実施例１】イリジウム酸化物粉末（200 メッシュアン
ダー）を触媒とし、ＰＴＦＥ水懸濁液（三井フロロケミ
カル社製）及びナフィオン液（アルドリッチ社117 ）を
バインダーとして使用し、これらをナフサを溶媒として
混練しペースト状物質を得た。このペーストをチタン繊
維焼結基体上に塗布した後、120 ℃で５分間、80ｋｇ／
ｃｍ2 の圧力で固着し陽極とした。
ダー）を触媒とし、ＰＴＦＥ水懸濁液（三井フロロケミ
カル社製）及びナフィオン液（アルドリッチ社117 ）を
バインダーとして使用し、これらをナフサを溶媒として
混練しペースト状物質を得た。このペーストをチタン繊
維焼結基体上に塗布した後、120 ℃で５分間、80ｋｇ／
ｃｍ2 の圧力で固着し陽極とした。
【００１７】白金粒子（100 メッシュアンダー）を触媒
とし、実施例１と同様に、ＰＴＦＥ水懸濁液及びナフィ
オン液をバインダーとして使用し、これらをナフサを溶
媒として混練しペースト状物質を得た。このペーストを
チタン繊維焼結基体上に塗布した後、120 ℃で５分間、
80ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で固着し陰極とした。これらの電
極の電極面積は15ｃｍ2 であった。イオン交換膜として
ナフィオン117 を使用し、該イオン交換膜の両側に前記
陽極及び陰極を接触させ、ボルト及びナットを使用して
30ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で締着し圧接させた。
とし、実施例１と同様に、ＰＴＦＥ水懸濁液及びナフィ
オン液をバインダーとして使用し、これらをナフサを溶
媒として混練しペースト状物質を得た。このペーストを
チタン繊維焼結基体上に塗布した後、120 ℃で５分間、
80ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で固着し陰極とした。これらの電
極の電極面積は15ｃｍ2 であった。イオン交換膜として
ナフィオン117 を使用し、該イオン交換膜の両側に前記
陽極及び陰極を接触させ、ボルト及びナットを使用して
30ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で締着し圧接させた。
【００１８】図１に示した通り、この締着した電極を内
径5.5 ｃｍ、高さ15ｃｍのガラス製本体にセットし、か
つ試料水（トリチウム濃度0.5 Ｂｑ／Ｋｇ）280 ミリリ
ットルを入れ、更に発生する酸素ガス及び水素ガスを分
離するための円筒体を陽極面上に立てた。この円筒体、
両電極への給電体及び水素ガス取出口を嵌合した蓋体を
前記ガラス製本体にセットして本体内を密閉し、該本体
を恒温槽（１℃）に浸した。
径5.5 ｃｍ、高さ15ｃｍのガラス製本体にセットし、か
つ試料水（トリチウム濃度0.5 Ｂｑ／Ｋｇ）280 ミリリ
ットルを入れ、更に発生する酸素ガス及び水素ガスを分
離するための円筒体を陽極面上に立てた。この円筒体、
両電極への給電体及び水素ガス取出口を嵌合した蓋体を
前記ガラス製本体にセットして本体内を密閉し、該本体
を恒温槽（１℃）に浸した。
【００１９】電流計を使用して電流値を計測しながら、
積算電流値が750 ＡＨになるまで連続電解を行ったとこ
ろ、試料水の量が20ミリリットルまで減少した。若干の
蒸発量、電極内保持水量を考慮すると、この水の減少量
は理論値にほぼ匹敵する値であった。濃縮倍率が14であ
り、液体シンチレーションカウンタ（パッカード社2250
Ａ型）によるトリチウム濃度計測から回収率（10回測定
し平均値を求めた）は0.60であることが分かった。この
電解操作を同一条件で更に２回繰り返し、それぞれの回
収率を測定したところ0.62及び0.59であり、良好な再現
性が得られた。
積算電流値が750 ＡＨになるまで連続電解を行ったとこ
ろ、試料水の量が20ミリリットルまで減少した。若干の
蒸発量、電極内保持水量を考慮すると、この水の減少量
は理論値にほぼ匹敵する値であった。濃縮倍率が14であ
り、液体シンチレーションカウンタ（パッカード社2250
Ａ型）によるトリチウム濃度計測から回収率（10回測定
し平均値を求めた）は0.60であることが分かった。この
電解操作を同一条件で更に２回繰り返し、それぞれの回
収率を測定したところ0.62及び0.59であり、良好な再現
性が得られた。
【００２０】
【発明の効果】本発明方法は、イオン交換膜により陽極
室と陰極室に区画されかつ重水素を含む水である電解液
が充填された電解槽に通電して前記電解液を電解し水素
及び酸素を発生させることにより前記重水素を濃縮する
方法において、前記電解液に支持塩が溶解されていない
ことを特徴とする重水素の濃縮方法である。本発明方法
によると、 1Ｈ、 2Ｈ及び 3Ｈから成る水素同位体を含
む水のうち1Ｈの電離係数が他の同位体より大きいため
1Ｈの水のみがほぼ選択的に電解され水素ガス及び酸素
ガスに変換されて消失するため、 2Ｈ及び 3Ｈ濃度が増
加し重水素濃縮が達成される。そしてイオン交換膜を使
用しているため、発生した水素ガス及び酸素ガスが対極
に達して酸化又は還元により元の水に戻ることが殆どな
いため濃縮効率を高く維持でき、かつ両ガスの混合によ
る爆鳴気の発生もないため、安全な操業が可能になる。
室と陰極室に区画されかつ重水素を含む水である電解液
が充填された電解槽に通電して前記電解液を電解し水素
及び酸素を発生させることにより前記重水素を濃縮する
方法において、前記電解液に支持塩が溶解されていない
ことを特徴とする重水素の濃縮方法である。本発明方法
によると、 1Ｈ、 2Ｈ及び 3Ｈから成る水素同位体を含
む水のうち1Ｈの電離係数が他の同位体より大きいため
1Ｈの水のみがほぼ選択的に電解され水素ガス及び酸素
ガスに変換されて消失するため、 2Ｈ及び 3Ｈ濃度が増
加し重水素濃縮が達成される。そしてイオン交換膜を使
用しているため、発生した水素ガス及び酸素ガスが対極
に達して酸化又は還元により元の水に戻ることが殆どな
いため濃縮効率を高く維持でき、かつ両ガスの混合によ
る爆鳴気の発生もないため、安全な操業が可能になる。
【００２１】本発明方法ではイオン交換膜を電解質とし
て使用して従来のように支持塩を添加する必要をなく
し、支持塩の電解液への溶解という手間の掛かる操作が
不要としている。本発明装置は、重水素を含む水である
陽極液が充填された陽極室、重水素を含む水である陰極
液が充填された陰極室、該両極室を区画しかつ陽極及び
陰極に密着するイオン交換膜及び両電極への給電体を含
んで成ることを特徴とする重水素の濃縮装置である。本
発明装置によると、本発明方法の場合と同様に濃縮効率
を高く維持でき、かつ安全な操業が可能になる。
て使用して従来のように支持塩を添加する必要をなく
し、支持塩の電解液への溶解という手間の掛かる操作が
不要としている。本発明装置は、重水素を含む水である
陽極液が充填された陽極室、重水素を含む水である陰極
液が充填された陰極室、該両極室を区画しかつ陽極及び
陰極に密着するイオン交換膜及び両電極への給電体を含
んで成ることを特徴とする重水素の濃縮装置である。本
発明装置によると、本発明方法の場合と同様に濃縮効率
を高く維持でき、かつ安全な操業が可能になる。
【００２２】更に陽極及び陰極をイオン交換膜に密着さ
せてイオン交換膜のイオン交換基を電解質として使用で
きるため、支持塩を添加するという手間の掛かる操作が
不要となる。更に支持塩の中には電極やイオン交換膜を
劣化させる成分を含むものがあり、従来の重水素濃縮で
は長期運転の際の電極やイオン交換膜の交換が不可欠で
あったが、イオン交換膜を両電極に接触すると、支持塩
の添加が不要となり電極やイオン交換膜を劣化させる成
分が存在しないため、電極等の交換が不要となる。又濃
縮された電解液からの支持塩の除去が必要なく、かつ支
持塩により劣化した電極等の不純物が電解液中に混入す
ることもなくなるため、簡便に高度に濃縮された重水素
が溶解した溶液を得ることができる。又イオン交換膜を
水平方向に向けて設置すると、イオン交換膜全面での電
解条件がほぼ等しくなり安定した電解を行うことができ
る。
せてイオン交換膜のイオン交換基を電解質として使用で
きるため、支持塩を添加するという手間の掛かる操作が
不要となる。更に支持塩の中には電極やイオン交換膜を
劣化させる成分を含むものがあり、従来の重水素濃縮で
は長期運転の際の電極やイオン交換膜の交換が不可欠で
あったが、イオン交換膜を両電極に接触すると、支持塩
の添加が不要となり電極やイオン交換膜を劣化させる成
分が存在しないため、電極等の交換が不要となる。又濃
縮された電解液からの支持塩の除去が必要なく、かつ支
持塩により劣化した電極等の不純物が電解液中に混入す
ることもなくなるため、簡便に高度に濃縮された重水素
が溶解した溶液を得ることができる。又イオン交換膜を
水平方向に向けて設置すると、イオン交換膜全面での電
解条件がほぼ等しくなり安定した電解を行うことができ
る。
【図１】本発明に係わる重水素濃縮装置の一例を示す縦
断正面図。
断正面図。
【図２】他の重水素濃縮装置の給電体と電極との接続部
の拡大図。
の拡大図。
１・・・重水素濃縮装置 ２・・・冷却水 ３・・・恒
温槽 ４・・・本体 ５・・・陽極 ６・・・陰極 ７・・・イオン交換膜
８・・・ボルト ９、10・・・給電体 11・・・蓋体
12・・・水素ガス取出口 13・・・円筒体 14・・・試
料水 21・・・イオン交換膜 22・・・陽極 23・・・
陰極 24、25・・・孔 26・・・陽極用給電体 27・・
・陰極用給電体 28、29・・・絶縁層 30、31・・・絶
縁体
温槽 ４・・・本体 ５・・・陽極 ６・・・陰極 ７・・・イオン交換膜
８・・・ボルト ９、10・・・給電体 11・・・蓋体
12・・・水素ガス取出口 13・・・円筒体 14・・・試
料水 21・・・イオン交換膜 22・・・陽極 23・・・
陰極 24、25・・・孔 26・・・陽極用給電体 27・・
・陰極用給電体 28、29・・・絶縁層 30、31・・・絶
縁体
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 島宗 孝之
東京都町田市本町田3006番地30
(56)参考文献 特開 昭54−49498（ＪＰ，Ａ)
特公 昭40−20000（ＪＰ，Ｂ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C01B 5/02
B01D 59/40
B01J 47/12
Claims (4)
- 【請求項１】 イオン交換膜により陽極室と陰極室に区
画されかつ重水素を含む水である電解液が充填された電
解槽に通電して前記電解液を電解し水素及び酸素を発生
させることにより前記重水素を濃縮する方法において、
前記電解液に支持塩が溶解されていないことを特徴とす
る重水素の濃縮方法。 - 【請求項２】 重水素を含む水である陽極液が充填され
た陽極室、重水素を含む水である陰極液が充填された陰
極室、該両極室を区画し、陽極及び陰極に密着するイオ
ン交換膜及び両電極への給電体を含んで成ることを特徴
とする重水素の濃縮装置。 - 【請求項３】 イオン交換膜が水平に位置している請求
項２に記載の重水素の濃縮装置。 - 【請求項４】 陽極及び陰極をイオン交換膜に密着させ
る圧力が１〜100 ｋｇ／ｃｍ 2 である請求項２又は３に
記載の重水素の濃縮装置 。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18096494A JP3406390B2 (ja) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | 重水素の濃縮方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18096494A JP3406390B2 (ja) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | 重水素の濃縮方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0826703A JPH0826703A (ja) | 1996-01-30 |
| JP3406390B2 true JP3406390B2 (ja) | 2003-05-12 |
Family
ID=16092367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18096494A Expired - Lifetime JP3406390B2 (ja) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | 重水素の濃縮方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3406390B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9818496B2 (en) | 2014-08-18 | 2017-11-14 | De Nora Permelec Ltd | Method for treating tritium-water-containing raw water |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010001690A (ko) * | 1999-06-08 | 2001-01-05 | 정흥섭 | 중수를 생산하기 위한 전기화학적 시스템 및 중수를 생산하는방법 |
| US6190531B1 (en) | 1999-07-27 | 2001-02-20 | University Of North Carolina | Concentration and removal of tritium and/or deuterium from water contaminated with tritium and/or deuterium |
| JP3457306B1 (ja) * | 2002-12-13 | 2003-10-14 | スガ試験機株式会社 | 水安定同位体比測定用水電解装置及び水安定同位体比質量分析方法 |
| JP4803699B2 (ja) * | 2004-12-06 | 2011-10-26 | 独立行政法人日本原子力研究開発機構 | 高分子電解セル劣化評価法 |
| JP5897512B2 (ja) | 2013-07-31 | 2016-03-30 | デノラ・ペルメレック株式会社 | 重水の電解濃縮方法 |
| JP7359409B2 (ja) * | 2019-02-28 | 2023-10-11 | 国立大学法人北海道大学 | Ｄ２ｏおよび／またはｈｄｏを濃縮した水の製造方法および製造装置 |
-
1994
- 1994-07-08 JP JP18096494A patent/JP3406390B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9818496B2 (en) | 2014-08-18 | 2017-11-14 | De Nora Permelec Ltd | Method for treating tritium-water-containing raw water |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0826703A (ja) | 1996-01-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wohlfahrt-Mehrens et al. | Oxygen evolution on Ru and RuO2 electrodes studied using isotope labelling and on-line mass spectrometry | |
| US9890062B2 (en) | Electrolytic enrichment method for heavy water | |
| US4416747A (en) | Process for the synthetic production of ozone by electrolysis and use thereof | |
| US5258241A (en) | Rebalance cell for a Cr/Fe redox storage system | |
| US4311569A (en) | Device for evolution of oxygen with ternary electrocatalysts containing valve metals | |
| JP2000104189A (ja) | 過酸化水素の製造方法及び製造用電解槽 | |
| FI79145C (fi) | Bipolaer elektrolysanordning med gasdiffusionskatod. | |
| CA1053177A (en) | Bipolar system electrolytic cell | |
| JP3406390B2 (ja) | 重水素の濃縮方法及び装置 | |
| Schuetz et al. | Electrolysis of hydrobromic acid | |
| US20030106805A1 (en) | Method of producing alkali alcoholates | |
| US3775272A (en) | Mercury diaphragm chlor-alkali cell and process for decomposing alkali metal halides | |
| US4357224A (en) | Energy efficient electrolyzer for the production of hydrogen | |
| JP3977446B2 (ja) | 重水素の濃縮装置 | |
| JPH08246178A (ja) | 塩類の電気化学的回収方法及び装置 | |
| US20040020785A1 (en) | Magnetically-enhanced electrolytic cells for generating chlor-alkali and methods related thereto | |
| JP3493242B2 (ja) | 硝酸塩の電気化学的回収方法及び装置 | |
| Fouad et al. | Mass transfer at gas evolving screen electrodes | |
| CA2503244C (en) | One-step electrosynthesis of borohydride | |
| JPS63250480A (ja) | 電解法によつてオゾンを発生させる方法の改良 | |
| GAVACH et al. | 32 Applications of perfluorinated proton conductors (Nafions) | |
| Yazici et al. | Effect of thiourea on the hydrogen yield in electrolysis | |
| CA1152451A (en) | Electrolytic membrane and electrode structure including reduced platinum group metal oxide | |
| England | Hydrogen-Bromine Secondary Battery | |
| Takayasu et al. | A New Anode for Chromium Electroplating F. Hine Nagoya Institute of Technology Gokiso-cho, Showa-ku, Nagoya 466 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
| R370 | Written measure of declining of transfer procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R370 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080307 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090307 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090307 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100307 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100307 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110307 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110307 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120307 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120307 Year of fee payment: 9 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120307 Year of fee payment: 9 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130307 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130307 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140307 Year of fee payment: 11 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |