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論文

Development of proton exchange membranes for hydriodic acid concentration by ion-track grafting technique

田中 伸幸; 澤田 真一*; 杉本 千紘; 八巻 徹也*

QST-M-33; QST Takasaki Annual Report 2020, P. 37, 2022/03

熱化学水素製造法ISプロセスでは、HI-I$$_{2}$$-H$$_{2}$$O(HIx)溶液のHI濃縮のため、カチオン交換膜を用いた電解電気透析法(EED)が適用されている。本報では、HI濃縮性能の改善を目的として、イオン飛跡グラフト法により作成したカチオン交換膜を導入することに対する適応性について検討を行った。イオン飛跡グラフト法は、基材高分子にイオンビーム照射を行うことで、1次元円柱状のイオンチャネルを生成することができ、HI濃縮の性能向上に効果があると期待される膜の膨潤を抑制する構造を付与することができる。本法で試作したカチオン交換膜を用いて、HI濃縮試験を試み、HI溶液のHI濃度が増加することを実験的に確認した。これにより、イオン飛跡グラフト法で作成したカチオン交換膜により、従来の膜と同様に、HI濃縮を進行させることが可能であることを示した。

口頭

Development of proton exchange membranes for hydriodic acid concentration by ion-track grafting technique

田中 伸幸; 澤田 真一*; 杉本 千紘; 八巻 徹也*

no journal, , 

熱化学水素製造法ISプロセスでは、HI-I$$_{2}$$-H$$_{2}$$O(HIx)溶液のHI濃縮のため、カチオン交換膜を用いた電解電気透析法(EED)が適用されている。本報では、HI濃縮性能の改善を目的として、イオン飛跡グラフト法により作成したカチオン交換膜を導入することに対する適応性について検討を行った。イオン飛跡グラフト法は、基材高分子にイオンビーム照射を行うことで、1次元円柱状のイオンチャネルを生成することができ、HI濃縮の性能向上に効果があると期待される膜の膨潤を抑制する構造を付与することができる。本法で試作したカチオン交換膜を用いて、HI濃縮試験を試み、HIの濃縮が進行することを実験的に確認した。発表では、これに加えて、HI濃縮の性能指標(セル電圧,H$$^{+}$$輸率)に基づいたイオン飛跡グラフト法の適応性評価を行った結果を示す。

口頭

イオン飛跡グラフト法によるHI濃縮用カチオン交換膜の開発

田中 伸幸; 澤田 真一*; 杉本 千紘; 八巻 徹也*

no journal, , 

熱化学水素製造法ISプロセスでは、HI-I$$_{2}$$-H$$_{2}$$O(HIx)溶液のHI濃縮のため、カチオン交換膜を用いた電解電気透析法(EED)が適用されている。本報では、HI濃縮性能の向上を目的として、イオン飛跡グラフト法により作成したカチオン交換膜の適応性について検討を行った。イオン飛跡グラフト法は、基材高分子にイオンビーム照射を行うことで、1次元円柱状のイオンチャネルを生成することができ、HI濃縮の性能向上に効果があると期待される膜の膨潤を抑制する構造を付与することができる。本法で試作したカチオン交換膜を用いて、HI濃縮試験を試み、HIの濃縮が進行することを実験的に確認した。発表では、これに加えて、HI濃縮の性能指標(セル電圧,H$$^{+}$$輸率)に基づいたイオン飛跡グラフト法の適応性評価を行った結果を示す。

口頭

熱化学水素製造法ISプロセスにおける重液精製の反応条件

杉本 千紘; 田中 伸幸; 野口 弘喜; 上地 優; Myagmarjav, O.; 小野 正人; 竹上 弘彰

no journal, , 

熱化学水素製造法ISプロセスでは、ブンゼン反応後の溶液は二相分離し、重液中に微量の軽液成分(硫酸)が混入する。重液中の硫酸は逆ブンゼン反応により二酸化硫黄として除去される。逆ブンゼン反応は加熱により進行することは知られているが、硫酸精製率の温度依存性は明らかでない。本報では、硫酸の精製率の温度依存性を実験的に明らかにし、ブンゼン反応および逆反応の反応速度から重液精製の温度依存性を考察した。重液を100$$sim$$120$$^{circ}$$Cで4時間加熱し、試験中のサンプリングした重液の各成分濃度を滴定により測定した。4時間後における硫酸の精製率は温度と共に上昇し、115$$^{circ}$$Cで100%に到達した。また、ブンゼン反応の反応速度定数は115$$^{circ}$$Cで急激に減少したのに対し、逆ブンゼン反応は高温ほど増加した。これらより、115$$^{circ}$$C以上ではブンゼン反応より逆反応が優勢となるため、精製率100%の達成につながったと示された。

口頭

HI分解反応器用水素分離膜の黒鉛グランドパッキン封止部のリーク流量評価

杉本 千紘; Myagmarjav, O.; 田中 伸幸; 野口 弘喜; 竹上 弘彰; 久保 真治

no journal, , 

熱化学水素製造法ISプロセスの水素生成にはヨウ化水素(HI)分解反応を用いる。HI分解反応の平衡転化率は20%であるため、転化率を向上させるためにセラミックス製の水素分離膜を導入したHI分解膜反応器が有効である。水素は分圧差を駆動力として水素分離膜を透過するため、膜反応器を実用化するためには圧力容器内の管板と管状の分離膜の間を封止し、高圧側から低圧側へのリーク流量を低く保つことが必要不可欠である。本研究は封止部の候補として膨張黒鉛グランドパッキンを取り上げ、リーク流量を実験的に評価した。ステンレス製の模擬管をパッキンで封止し、模擬ガスのヘリウムを封入し、ヘリウム検知器でシール部のリーク流量を測定した。膜反応器の起動停止を想定した熱サイクル試験及び分圧差依存性試験を行った。熱サイクル試験では450$$^{circ}$$Cのリーク流量が2$$times$$10$$^{-5}$$ Pa m$$^{3}$$ s$$^{-1}$$とバブルリーク試験の測定限界値(1$$times$$10$$^{-5}$$ Pa m$$^{3}$$ s$$^{-1}$$)に相当する小さな値であり、パッキンが膜反応器の起動停止を含む運転条件においても封止部として機能していることが明らかにした。また、分圧差とリーク流量が比例していることから、異なる圧力条件におけるリーク流量の推定を可能とするデータを得ることができた。

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