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論文

高エネルギー重イオンビームによる海水濃縮用カチオン, アニオン交換膜の開発

澤田 真一*; 安川 政宏*; 越川 博*; 喜多村 茜; 比嘉 充*; 八巻 徹也*

日本海水学会誌, 73(4), p.208 - 216, 2019/08

日本における食塩生産は、カチオン交換膜(Cation Exchange Membrane: CEM)とアニオン交換膜(Anion Exchange Membrane: AEM)を用いた電気透析による海水濃縮工程を経る。この海水濃縮工程の性能はCEMとAEMの輸送特性に大きく依存する。高濃度の濃縮海水を得るためには、より低い電力での電気透析を実現する膜の抵抗が低い方が好ましい。しかし一般的に、低抵抗の膜では含水による膨潤が起こりやすく、輸率は下がって水透過率は上がるため濃縮海水濃度が低下する。このように電解電力と濃縮海水濃度はトレードオフの関係にあり、この関係を打破するためには、低い抵抗、高い輸率、低い水透過率を兼ね備えたCEMとAEMが必要である。そこで我々は、重イオンビームを利用したイオン飛跡グラフト重合法により、現行のCEMとAEMよりも抵抗が低く、高輸率と低水透過率を兼ね備えた新規膜の開発を進めている。本稿では、イオン飛跡グラフト重合法を概説し、本手法によるCEM及びAEMの作製方法、輸送特性についてそれぞれ説明し、海水濃縮試験の結果を報告する。

論文

Preparation of nano-structure controlled ion-exchange membranes by ion beams and their application to seawater concentration

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

QST-M-8; QST Takasaki Annual Report 2016, P. 35, 2018/03

本研究では、重イオンビームグラフト重合法によりイオン交換膜を作製する手法を開発し、海水濃縮に応用した。フッ素樹脂(ETFE)の基材に対して、560MeVのXeビームをフルエンス3$$times$$10$$^{8}$$ $$sim$$1$$times$$10$$^{9}$$ions/sm$$^{2}$$で照射し、その後、スチレンスルホン酸エチルエステルのグラフトと加水分解及び、クロロメチルスチレンのグラフトと四級化によってイオン交換膜を得た。イオン交換容量は2.0$$sim$$2.5mmol/gに調節した。作製した膜の吸水率及び抵抗値は、従来の$$gamma$$線照射膜に比べて低い結果を示し、海水濃縮に適することがわかった。これは、イオンビームによってナノメートルスケールの局所的かつ高密度なエネルギー付与を制御した結果である。なお、フルエンス3$$times$$10$$^{8}$$ions/sm$$^{2}$$の場合、イオントラック径は250nmで、全体に占める体積の割合はわずか14%であった。

論文

Assessment of olfactory nerve by SPECT-MRI image with nasal thallium-201 administration in patients with olfactory impairments in comparison to healthy volunteers

志賀 英明*; 滝 淳一*; 鷲山 幸信*; 山本 純平*; 木名瀬 栄; 奥田 光一*; 絹谷 清剛*; 渡邉 直人*; 利波 久雄*; 越田 吉郎*; et al.

PLOS ONE (Internet), 8(2), p.e57671_1 - e57671_8, 2013/02

 被引用回数:11 パーセンタイル:34.13(Multidisciplinary Sciences)

Current olfactory function tests are useful for the analysis of olfactory thresholds in olfaction-impaired patients. However, a decrease in olfactory thresholds has not been used as an index for olfactory nerve damage in patients. The authors assessed peripheral olfactory nerve viability by performing combined SPECT-CT after nasal administration of Tl-201 to determine whether olfactory nerve was damaged in patients with olfactory impairments in comparison to healthy volunteers. It was found that nasal Tl-201 migration to the olfactory bulb was significantly lower in the patients with head trauma, respiratory infection, and chronic rhinosinusitis than in healthy volunteers.

口頭

放射性廃液中の硝酸ナトリウムの膜分離技術開発,4; 硝酸の拡散透過を抑えた新規陰イオン交換膜の開発

目黒 義弘; 渡邉 陽子; 加藤 篤; 亀山 智一*; 澤村 充貴*; 西村 恵美*; 比嘉 充*

no journal, , 

高濃度硝酸ナトリウムを含む放射性廃液から、イオン交換膜を用いた電気透析によって硝酸ナトリウムを分離回収する技術開発を進めている。硝酸イオンの膜分離効率を向上させるため、親水性ポリマーをベースとする新規陰イオン交換膜を開発し、膜物性と硝酸の拡散透過の関係を調べた。

口頭

イオン照射グラフト重合法及び$$gamma$$線照射グラフト重合法を用いたイオン交換膜の作製と膜特性評価

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

no journal, , 

イオンの選択輸送が可能なモザイク荷電膜を用いたエネルギー変換デバイスの実現を目標に、高エネルギーイオンビームによりカチオン交換膜を作製し、その荷電密度$$Psi$$$$gamma$$線による膜特性と比較した。実験では、25$$mu$$m厚のエチレン-テトラフルオロエチレン共重合体膜に対して、TIARAサイクロトロンの560MeV $$^{129}$$Xeビームを真空中で照射した後、${it p}$-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。イオンの選択透過性を示唆する$$Psi$$は、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$$Psi$$は最大で2.40mol/dm$$^{3}$$に達し、市販膜や$$gamma$$線による膜と比べて高い値であるとともに、イオン交換容量に大きく依存しなかった。この結果は、高エネルギーイオンビームの高密度励起効果を反映した飛跡構造に由来していると考えられる。

口頭

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

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

no journal, , 

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$$Psi$$などの膜特性を詳細に検討した。実験では、25$$mu$$m厚のエチレン-テトラフルオロエチレン共重合体膜に560MeV $$^{129}$$Xeビームを3.0$$times$$10$$^{8}$$あるいは1.0$$times$$10$$^{9}$$ ions/cm$$^{2}$$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$$Psi$$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$$Psi$$は最大で2.40mol/dm$$^{3}$$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。

口頭

重イオンビームグラフト法で作製したカチオン・アニオン交換膜の輸送特性評価と海水電気透析への応用

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

no journal, , 

本研究では、重イオンビームグラフト法でカチオン交換膜(CEM)とアニオン交換膜(AEM)を作製し、製塩のための海水濃縮電気透析に応用した。フッ素樹脂基材膜へのXeまたはKrイオン照射後、スチレンスルホン酸エチルエステルのグラフトと加水分解によってCEM、クロロメチルスチレンのグラフトと四級化によってAEMを得た。イオン交換容量を0.5$$sim$$0.6mmol/g程度と低く調節したCEM・AEMは、市販膜よりも低い抵抗と高いイオン輸率を示した。これらの膜を電気透析セルに装着してモデル海水(0.5mol/Lの食塩水)の濃縮試験を実施した。その結果、濃縮海水の濃度は市販膜の場合を上回り最大で4.3mol/Lに達した。重イオンビームグラフトCEM・AEMの海水濃縮への優れた適用性が明らかとなった。

口頭

Ion and water transport properties of cation exchange membranes prepared by heavy-ion-track grafting technique

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

no journal, , 

現在日本では、カチオン交換膜(CEM)とアニオン交換膜(AEM)を用いた電気透析による海水濃縮工程を経て食塩が生産される。電気透析に要する消費電力の低減と濃縮海水濃度の向上のためには、電気抵抗が低く、かつ浸透圧による水透過を抑えられる膜が必要である。そこで本研究では、重イオンビームグラフト法で海水濃縮用CEMを作製し、その膜抵抗と水透過率を調べた。CEMの作製は、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体基材膜への310MeV $$^{84}$$Krイオン照射、スチレンのグラフト重合、スチレンユニットのスルホン化、という手順で行った。得られたCEMは、市販膜よりも低い膜抵抗と水透過率を示し、海水濃縮に好適であることが明らかとなった。重イオンビーム照射で形成される特異的な一次元イオン伝導チャネルが優れた輸送特性の起源であると考えられる。

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