多孔膜への放射線グラフト重合法による水素選択透過膜の開発

Development of hydrogen permselective membranes by radiation-induced graft polymerization into porous PVDF films

長谷川 伸; 阿佐美 進哉*; 澤田 真一; 日野 聡*; 磯部 繁人*; 橋本 直幸*; 前川 康成

Hasegawa, Shin; Azami, Shinya*; Sawada, Shinichi; Hino, Satoshi*; Isobe, Shigehito*; Hashimoto, Naoyuki*; Maekawa, Yasunari

原子炉建屋や水素ガスステーションの安全性を確保するため、水素透過度が酸素, 水蒸気透過度よりも高く、かつ水素吸蔵のために十分な水素透過度(1010mol/m s Pa)を有する水素選択透過膜の開発が必要不可欠である。そこで、放射線グラフト重合法により、水素透過性の高い多孔性ポリフッ化ビニリデン(PVDF)膜基材の空隙率を制御することで、水素選択透過膜の開発を目指した。親水性(アクリル酸), 疎水性(スチレン)およびシリカ含有(トリメトキシシリルスチレン)グラフト鎖を、グラフト率60, 144, 92%まで導入できた。グラフト重合前後で多孔膜の空隙率はほとんど変化しないことから、グラフト重合反応は、空隙率に影響を及ぼさないことを初めて見出した。そこで、加熱圧縮処理でグラフト多孔膜の空隙率を40%前後に調整することで、水素透過率を1010mol/m s Paに制御できた。窒素, 水蒸気に対する水素の透過比は最大3倍および7.1倍を示したことから、多孔膜へのグラフト重合が水素選択透過膜の開発に有効であることが分かった。

Hydrogen permselective membranes, which have high hydrogen permeability (approximately 10 10 mol/(m s Pa) with selectivity against water and nitrogen, have been developed by radiation-induced graft polymerization (RIGP) of an acrylic acid (AAc), tetramethoxysirylstyrene (TMSS), and styrene(St) monomers into porous poly(vinylidene fluoride) (PVDF) films. The porosity of the prepared porous grafted PVDF were almost constant against grafting degrees. Thus, by hot press compression, the porosity of the grafted membranes was reduced to a 20-40% level. The hydrogen permeability of the compressed grafted PVDF is 10 10 mol/(m s Pa) with the hydrogen permselectivity of 3.2 and 3.5 against water and nitrogen, respectively. The above results indicate that RIGP of porous films with a hot press process is a very effective method to prepare hydrogen permselective membranes.