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口頭

水素製造プロセス用カチオン交換膜の開発

小平 岳秀*; 池田 歩*; 松山 絵美*; 河野 伸輔*; 大浦 琴音*; 澤田 真一; 八巻 徹也; 野村 幹弘*

no journal, , 

本研究の目的は、放射線グラフト重合法によって、ISプロセスの膜ブンゼン反応(SO$$_{2}$$+ I$$_{2}$$+2H$$_{2}$$O=H$$_{2}$$SO$$_{4}$$+2HI)に必要なイオン交換膜を開発することである。今回は、得られたイオン交換膜の基礎物性として、イオン交換容量(IEC)や含水率などを検討した。イオン交換膜の作製は、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体膜へのスチレン-ジビニルベンゼン(DVB)の$$gamma$$線グラフト共重合により行った。化学架橋剤としてDVBを用いることで含水率は大きく低下し、同じIECの下でナフィオンの約4分の1であった。含水率の抑制に最も効果的なDVBの混合体積比は、スチレンに対して5%であることを見出した。

口頭

水素製造のためのイオン交換膜の開発

小平 岳秀*; 池田 歩*; 松山 絵美*; 河野 伸輔*; 大浦 琴音*; 澤田 真一; 八巻 徹也; 野村 幹弘*

no journal, , 

熱化学水素製造法ISプロセスでは、膜ブンゼン反応(SO$$_{2}$$+I$$_{2}$$+2H$$_{2}$$O=H$$_{2}$$SO$$_{4}$$+2HI)を実現し、その高効率化を図ることが急務である。本研究の目的は、放射線グラフト重合法によって、膜ブンゼン反応用のイオン交換膜を開発することである。膜ブンゼン反応におけるHI濃縮性能の低下は膜内水の移動によって起こることから、今回は得られたイオン交換膜に対し水の透過性をパーベーパレーション試験により調べた。イオン交換膜は、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体膜を基材として、スチレンとジビニルベンゼン(DVB)の$$gamma$$線グラフト共重合により作製した。同じ含水率の下で比較すると、グラフト重合によるイオン交換膜の水透過流束は7.5kg/m$$^{2}$$hでナフィオンの半分程度であった。DVBによる化学架橋が水の透過抑制に有効に働くことが明らかになった。

口頭

Development of cation exchange membrane for hydrogen production

小平 岳秀*; 池田 歩*; 松山 絵美*; 河野 伸輔*; 大浦 琴音*; 澤田 真一; 八巻 徹也; 野村 幹弘*

no journal, , 

熱化学水素製造法ISプロセスでは、膜ブンゼン反応(SO$$_{2}$$ + I$$_{2}$$ + 2H$$_{2}$$O = H$$_{2}$$SO$$_{4}$$ + 2HI)を実現し、その効率向上を図ることが急務である。膜ブンゼン反応におけるHI濃縮性能の低下は膜内水の移動によって起こることから、本反応に用いるイオン交換膜には水透過を抑制する特性が要求される。そこで本研究では、放射線グラフト重合法によって膜ブンゼン反応用のイオン交換膜を作製し、その水透過流速をパーベーパレーション試験により調べた。イオン交換膜の作製は、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体膜を基材として、スチレンとジビニルベンゼン(DVB)の$$gamma$$線グラフト共重合によって行った。同じ含水率(37%)の下で比較すると、グラフト重合によるイオン交換膜の水透過流束は7.4kg/m$$^{2}$$hで、ナフィオンの19kg/m$$^{2}$$hと比較して半分以下であった。DVBによる化学架橋が水の透過抑制に有効に働くことが明らかになった。

口頭

新規カチオン交換膜の水透過性とその応用

小平 岳秀*; 池田 歩*; 大浦 琴音*; 小野 竜平*; 松山 絵美*; 澤田 真一; 八巻 徹也; 野村 幹弘*

no journal, , 

原子力機構では、水素の製造を目的として、水の熱分解法の1つであるISプロセスの研究を進めている。ISプロセスにおける膜ブンゼン反応(SO$$_{2}$$ + I$$_{2}$$ + 2H$$_{2}$$O $$rightarrow$$ H$$_{2}$$SO$$_{4}$$ + 2HI)では、カチオン交換膜の中を水が移動してしまい、結果としてHI濃縮性能が低下することが問題視されている。そこで本研究では、放射線グラフト重合法を利用し、化学架橋により膜内の水移動が抑制されたカチオン交換膜の作製を行った。試料は、基材であるエチレンーテトラフルオロエチレン共重合体膜に対する$$gamma$$線の前照射、スチレンと化学架橋剤であるジビニルベンゼン(DVB)の共グラフト重合、スルホン化によるスルホン酸基の導入、という手順で作製し、その水透過性はパーベーパレーション試験によって調べた。DVB架橋カチオン交換膜は、水透過係数が従来膜Nafionの約半分と低い値を示した。したがって、DVBによるグラフト鎖の架橋構造が水の透過を抑制することがわかった。

口頭

熱化学水素製造法改善のためのカチオン交換膜開発

小平 岳秀*; 池田 歩*; 松山 絵美*; 大浦 琴音*; 澤田 真一; 八巻 徹也; 野村 幹弘*

no journal, , 

本研究の目的は、放射線グラフト重合法によって、熱化学水素製造法ISプロセスの膜ブンゼン反応(SO$$_{2}$$ + I$$_{2}$$ + 2H$$_{2}$$O = H$$_{2}$$SO$$_{4}$$ + 2HI)に必要なカチオン交換膜を開発することである。今回は、膜ブンゼン反応におけるHI濃縮性能の低下は膜内水の移動によって起こることから、水移動を抑制した化学架橋カチオン交換膜を作製した。試料は、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体膜を基材として、スチレンとジビニルベンゼン(DVB)の$$gamma$$線グラフト共重合によって作製し、その水透過性はパーベーパレーション試験により調べた。放射線グラフト重合によるカチオン交換膜は、ナフィオンと比較して、水透過流束が半分、水拡散係数の活性化エネルギーが約3倍であった。つまり、DVBによるグラフト鎖の化学架橋が水の透過抑制に有効に働くことが明らかになった。

口頭

イオン交換膜を用いたレドックス型反応器の開発

小平 岳秀*; 大浦 琴音*; 池田 歩*; 小野 竜平*; 松山 絵美*; 野村 幹弘*; 澤田 真一; 八巻 徹也; 田中 伸幸; 久保 真治

no journal, , 

熱化学水素製造法ISプロセスのブンゼン反応器は、イオン交換膜を組み込んだレドックス反応器を用いることにより、熱効率の向上及び機器の小型化ができる可能性がある。この反応器の実現には、レドックス反応器の性能を左右する最適なイオン交換膜開発がカギとなる。本発表では、イオン交換膜の開発を進める上で、性能の基準とするNafion212を用いた反応試験によりその膜性能データ(プロトン輸率(t$$_{+}$$)及び電気浸透係数($$beta$$))の取得を行った。その結果、t$$_{+}$$及び$$beta$$はそれぞれ0.63, 2.82を示し、反応に必要なH$$^{+}$$のみならず、I$$^{-}$$及び水が膜内を透過していることを明らかにした。これらの成分の透過は電圧上昇や電極表面への硫黄の析出を起こす原因となり得る。これらの結果より、今後、I$$^{-}$$や水の移動を抑制した新規なイオン交換膜開発が必要であることを明らかにした。

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