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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

高エネルギーイオンビームによるナノ構造制御機能膜の研究; フッ素系高分子多孔膜とイオン交換膜を中心に

八巻 徹也*; 喜多村 茜; 澤田 真一*; 越川 博*

日本海水学会誌, 72(2), p.62 - 74, 2018/04

本総説では、高速の単一重イオンによる潜在飛跡を利用したナノ構造制御機能膜として、フッ素系高分子からなる多孔膜とイオン交換膜の研究を報告する。多孔膜とは、潜在飛跡における高分子鎖の切断領域を化学エッチングすることで得られるイオン穿孔膜のことである。一方のイオン交換膜は、このイオン穿孔、あるいは潜在飛跡中の反応活性点を利用し、化学修飾により荷電基を導入したカチオン・アニオン交換膜のことである。われわれの材料はどちらも構造や機能の観点で極めて特異であり、高エネルギーイオンビーム技術でしか得られないことを強調する。このようなナノ構造制御機能膜を作製するための量産的、あるいは最新の照射技術として、それぞれ国内外のイオン照射研究施設も紹介する。

論文

吸着繊維を用いた閉鎖域内汚染海水からのセシウムの除去

染谷 孝明*; 浅井 志保; 藤原 邦夫*; 須郷 高信*; 梅野 太輔*; 斎藤 恭一*

日本海水学会誌, 69(1), p.42 - 48, 2015/02

東京電力福島第一原子力発電所の第1-4号機取水路前には放射性セシウム等で汚染された海水が堤防やシルトフェンスに仕切られて貯留されている。著者らは、汚染水中からセシウムを高速除去する吸着材として、市販の6-ナイロン繊維に不溶性フェロシアン化コバルト微粒子を担持したセシウム吸着繊維を作製した。この繊維を芯材に巻いてワインドフィルターにして汚染水をポンプで流通させる、あるいはセシウム吸着繊維を組み紐にして汚染水に浸漬させることを想定し、物質収支式、吸着等温式、および吸着速度式を用いて除染に必要となるセシウム吸着繊維の重量および接触時間を推算した。平衡に達するまでの汚染水接触時間は約15分であり、短時間で十分にセシウムを除去できることがわかった。

論文

電子線グラフト重合法による製塩用新規イオン交換膜の開発,4; ナイロン6製フィルムを基材とした陽イオン交換膜の高分子構造

宮澤 忠士*; 浅利 勇紀*; 三好 和義*; 梅野 太輔*; 斎藤 恭一*; 永谷 剛*; 吉川 直人*; 元川 竜平; 小泉 智*

日本海水学会誌, 64(6), p.360 - 365, 2010/12

Cation-exchange membranes containing a sulfonic acid group were prepared by electron-beam-induced graft polymerization of sodiumstyrene sulfonate (SSS) onto a nylon-6 film with a thickness of 25 $$mu$$m. The lamella sizes and lamella-to-lamella intervals of theresultant cation-exchange membranes (SSS membranes) were evaluated by X-ray diffraction (XRD) analysis and small-angle neutron scattering (SANS), respectively. With increasing degrees of grafting, the lamella size decreased, whereas the lamella-to-lamella intervalincreased. This can be explained by that the poly-SSS chain grafted to the periphery of the lamella of nylon 6 partially destroys the lamellaand invades the amorphous domain among the lamella. The SSS membrane with a degree of grafting of 150% exhibited a similarperformance in the electrodialysis of 0.5 M sodium chloride as a current cation-exchange membrane and possessed the lamella sizesand lamella-to-lamella intervals of 7.6 and 13 nm, respectively.

論文

海から金属資源を回収する技術の現状と漁業との共生の可能性

瀬古 典明

日本海水学会誌, 63(4), p.221 - 225, 2009/08

放射線グラフト重合法により海水中のウランを回収するための捕集材を作製し、海域試験を行った結果、ウラン1kgあたり3万2千円で回収可能であることがわかった。2009年5月時点のウランの週間スポット価格は51ドル/ポンド-U$$_{3}$$O$$_{8}$$であり、2$$sim$$3倍程度高い試算となるが、2007年6月の136ドル/ポンド-U$$_{3}$$O$$_{8}$$(3万5千円)と同等の値であった。また、海水ウラン回収試験の実用化に際し障害の一つとして懸念される漁業との共生に関しては、海域試験後の捕集材や係留ロープに海草類が固着していたことに加え、引き揚げた捕集材の繋ぎ目にイカが卵を生み付けていたことから、魚礁になりえることがわかった。

論文

新しい海水ウラン捕集システムの提案

瀬古 典明; 笠井 昇; 清水 隆夫*; 玉田 正男

日本海水学会誌, 59(5), p.316 - 319, 2005/10

モール状捕集材を海底から立ち上げて係留するシステムにおいて、1kgあたり1.5gのウランを捕集できる捕集材で年間1200トンのウランを捕集するには、捕集材の長さを60m、係留間隔を8mとした場合、捕集材210万本を係留する必要があり、係留面積は134km$$^{2}$$となると推定された。モール状捕集材を用いて海水中のウランを捕集するのに適した海域は、南西諸島から土佐湾の水深100mから200mの領海内と考えられ、総面積はおおよそ6000km$$^{2}$$に達する。

論文

アクリロニトリルとメタクリル酸との共グラフト重合不織布のアミドキシム化による吸着材の作成及び実海域吸着実験

片貝 秋雄; 瀬古 典明; 川上 尚志*; 斎藤 恭一*; 須郷 高信

日本海水学会誌, 53(3), p.180 - 184, 1999/06

アミドキシム捕集材のウラン吸着性能に及ぼすアミドキシム化時間の影響を検討する目的で、ポリプロピレン(PP)製不織布に放射線グラフト重合法によりアクリロニトリル(AN)とメタクリル酸(MAA)を共グラフト重合させた。得られたグラフト不織布を用いて反応時間を変えてアミドキシム化を行い捕集材を合成した。捕集材中のN含量を元素分析より求めた結果、N含量は反応時間30分で最大値を示した後、反応時間の増加とともに徐々に低下した。ウラン吸着量もこれと同様な傾向を示し、反応時間0.5~1時間で最大値を示した。この結果に基づいて、反応時間1時間でアミドキシム化した捕集材を用いて実海域で60日間吸着実験を行った結果、ウランで1.7g/kg-捕集材の吸着量を示した。バナジウムもウランと同様に3.2g/kg-捕集材の値を示した。以上の結果から、アミドシキム化の反応時間が捕集材の吸着性能に大きく影響することが明らかになった。

論文

放射線グラフト重合法にる分離機能膜の開発

須郷 高信

日本海水学会誌, 47(4), p.235 - 241, 1993/00

分離機能膜の開発では官能基の構造や特性、膜断面に対する官能基の分布、膜の形状などの選択が重要な課題となっている。放射線グラフト重合は平膜や中空糸膜、多孔性濾過膜などの既存の素材の特性を損なうことなく、イオン交換基能や錯体形成基能を付与することが可能なため、分離機能膜の開発に優れた方法である。本報告では放射線グラフト重合法を応用した金属分離膜や蛋白分離膜のほか、大気中の有害気体成分の吸着分離などの開発研究を紹介する。

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