Characterization of ion-exchange membranes prepared by ion irradiation graft polymerization method

イオン照射グラフト重合法により作製したイオン交換膜の特性評価

後藤 光暁*; 八巻 徹也; 越川 博; 澤田 真一; 喜多村 茜; 比嘉 充*

Goto, Mitsuaki*; Yamaki, Tetsuya; Koshikawa, Hiroshi; Sawada, Shinichi; Kitamura, Akane; Higa, Mitsuru*

複合荷電膜の一種であるモザイク荷電膜を用いた海水・かん水淡水化、脱塩のプロセスを実現するため、高エネルギーイオンビームにより作製したカチオン交換膜に対し、荷電密度などの膜特性を詳細に検討した。実験では、25m厚のエチレン-テトラフルオロエチレン共重合体膜に560MeV Xeビームを3.010あるいは1.010 ions/cmのフルエンスで照射した後、スチレンスルホン酸ナトリウムモノマーをグラフト重合した。塩化カリウム水溶液の濃度差で生じた膜電位から、固定電荷膜理論に基づきを算出した。イオンビームグラフト重合法により得られたカチオン交換膜のは最大で2.40mol/dmに達し、市販膜と比べて高い値であるとともに、イオン交換容量にそれほど依存しなかった。この結果は、高エネルギー重イオンビームの飛跡構造を反映していると考えられ、非常に興味深い。

We have exploited a grafting technique with heavy-ion beams to create ion exchange membranes for various practical applications such as fuel cells and water desalination systems. In this study, instead of styrene that is a common monomer, sodium styrene sulfonate (SSS) was for the first time employed for this so-called ion-track grafting. A 25 m-thick poly(vinylidene fluoride) film was bombarded with 560 MeV Xe at a fluence of 3.010 or 1.010 ions/cm, and subsequently immersed in a SSS grafting solution at 60C. The charge density was estimated through the measurement of the membrane potential in an aqueous solution of potassium chloride. Our membranes exhibited higher charge density than the conventional or commercially-available samples probably due to track structures characteristic of the bombarding heavy ions.