Application of cross-linked radiation-grafted cation exchange membranes for HI concentration

HI濃縮に対する架橋放射線グラフトカチオン交換膜の応用

田中 伸幸 ; 澤田 真一*; 八巻 徹也*; 小平 岳秀*; 木村 壮宏*; 野村 幹弘*

Tanaka, Nobuyuki; Sawada, Shinichi*; Yamaki, Tetsuya*; Kodaira, Takahide*; Kimura, Takehiro*; Nomura, Mikihiro*

高温ガス炉の熱利用法の一つである熱化学水素製造法ISプロセスでは、水素製造熱効率を向上させるため、イオン交換膜を用いた電解電気透析法によって、ヨウ化水素(HI-I-HO)溶液を濃縮する。これまで放射線グラフト重合法を用いてヨウ化水素濃縮用カチオン交換膜の開発を行い、導電率の向上に成功した。一方で、更なる濃縮性能の向上のために、カチオン(H)以外のI及び水の透過を抑制することでカチオン交換膜の分離性能を向上させる必要があった。本発表では、放射線グラフト膜に対して、架橋構造を導入することにより、分離性能の向上を図ることを目指した。HI濃縮試験の結果から、未架橋膜と比較して、架橋膜はI及び水の透過を抑制し、H及び水に対する選択性が向上することを明らかにした。

JAEA has been conducted R&D on thermochemical water-splitting Iodine-Sulfur (IS) process. IS process has hydrogen iodide (HI) concentration section by electro-membrane process, which is so-called the electro-electrodialysis (EED). EED is the key unit operation to improve the process efficiency. In our previous study, the cation exchange membrane (CEM) was prepared by radiation-induced grafting method, and applied to EED. Our previous study suggested that permeation of anionic species and water must be inhibited to increase H+ selectivity. In the present study, to achieve this requirement, we used the novel crosslinked grafted CEMs, which were prepared by co-grafting of crosslinked agent. The performance was also evaluated experimentally for the conventional non-crosslinked and crosslinked CEMs by carrying out HI concentration tests. In conclusion, due to the cross-linking structure, we found the improvement of concentration performance.