Development of ion-exchange membranes for the membrane Bunsen reaction in thermochemical hydrogen production by iodine-sulfur process

熱化学水素製造法ISプロセスにおけるブンゼン反応のためのイオン交換膜の開発

野村 幹弘*; 小平 岳秀*; 池田 歩*; 名嘉 康人*; 西嶋 陽之*; 今林 慎一郎*; 澤田 真一*; 八巻 徹也*; 田中 伸幸 ; 久保 真治  

Nomura, Mikihiro*; Kodaira, Takahide*; Ikeda, Ayumi*; Naka, Yasuhito*; Nishijima, Haruyuki*; Imabayashi, Shinichiro*; Sawada, Shinichi*; Yamaki, Tetsuya*; Tanaka, Nobuyuki; Kubo, Shinji

熱化学水素製造法ISプロセスの主要反応の一つで、硫酸およびヨウ化水素(HI)酸を生成するブンゼン反応におけるヨウ素過剰添加量を削減する手法として、プロトン透過選択性のイオン交換膜を用いた電解反応(膜ブンゼン反応)の導入が提案されている。反応効率向上のためには、イオン交換膜性能である、膜を透過する水の移動量を抑制することが有効である。本報では、水透過の抑制を狙いとし、放射線グラフト法を用いて作成したイオン交換膜のグラフト鎖に架橋剤としてジビニルベンゼン(DVB)を添加することにより架橋構造を導入したイオン交換膜(架橋グラフト膜)を試作した。架橋グラフト膜を用いた膜ブンゼン反応試験により、硫酸およびHI酸が生成することを確認し、本膜が膜ブンゼン反応に適応可能なことを示した。また、架橋グラフト膜を用いた水透過試験では、未架橋のグラフト膜と比較して、水透過速度が最大で56%減少する結果となり、本膜が水の透過抑制効果を有することを見出した。これらの結果から、DVBにより架橋構造を導入した架橋グラフト膜が膜ブンゼン反応における水透過抑制に有効であることを示した。

Thermochemical hydrogen production by the iodine-sulfur process decomposes water into hydrogen and oxygen by combining the chemical reactions of iodine and sulfur. Two types of acids are produced through the Bunsen reaction. To improve the performance of this reaction, ion-exchange membranes for the membrane Bunsen reaction should be developed. In the present study, a cation-exchange membrane was prepared by using a radiation-graft polymerization method. It was found that a divinylbenzene crosslinking procedure was very effective in reducing water permeation through the membrane, and the membrane Bunsen reaction was successfully carried out by using the developed crosslinked membrane. Therefore, the developed crosslinked membrane is a potential candidate for cation-exchange membranes for the membrane Bunsen reaction.