熱化学水素製造法ISプロセスの実用材料製反応機器およびヨウ化水素濃縮技術に関する研究開発

久保 真治; 岩月 仁; 竹上 弘彰; 笠原 清司; 田中 伸幸; 野口 弘喜; 上地 優; 小貫 薫

JAEA-Technology 2015-028, 32 Pages, 2015/10

JAEA-Technology-2015-028.pdf:23.69MB

熱化学水素製造法ISプロセスは、水素社会に向けた大量の水素を安定に供給できる水素製造技術の候補として期待されている。実用材料製反応機器の健全性及びヨウ化水素濃縮技術の研究を実施した。機器健全性の研究では、ISプロセスを構成する3つの反応工程について、実用材料製反応機器の試作試験を行った。ブンゼン反応工程では、フッ素樹脂被覆材等を素材とするブンゼン反応器を製作し、反応溶液を循環しつつ30回の熱サイクル負荷試験を行って健全性を確認した。硫酸分解反応工程では、炭化ケイ素製硫酸分解反応器を製作し、100時間の反応試験を行って健全性を確認した。同様に、ヨウ化水素分解反応工程では、ハステロイC-276を装置材料に用いてヨウ化水素分解反応器を製作し、100時間の反応試験を行って健全性を確認した。ヨウ化水素濃縮技術の研究では、カチオン交換膜を用いてHIx溶液を濃縮する電解電気透析法に取り組み、アノード液中の微量硫酸は濃縮挙動に影響しないことを見出して、HIx溶液の精製操作を簡略化できる可能性を明らかにした。さらに、Nafion膜及び放射線グラフト重合法で試作したETFE-St膜の性能を予測するため、Nernst-Planck式とSmoluchowski式に基づいてプロトン輸率, 水透過係数, 膜内IR損を定式化し、HIx溶液の電解電気透析における濃縮効率を支配する、膜におけるプロトン透過選択性、溶媒水透過性および膜の電気抵抗(IR損に伴なう電位差)の推算を可能にした。

ヨウ素を溶解したヨウ化水素酸の高温電気透析

小貫 薫; Hwang, G.; 清水 三郎

膜シンポジウム'99報文集, (11), p.37 - 40, 1999/00

ヨウ素を溶解したヨウ化水素酸(HI重量モル濃度10mol/kg)の高温電気透析による濃縮に関して予備的検討を行った。供試イオン交換膜は市販のCMH及びAPSであり、95試験液への117時間浸漬試験により当該環境における化学的安定性を調べた結果、いずれの膜のイオン交換容量にも変化は認められなかった。電気透析試験では、通常の陽及び陰イオン交換膜を用いる方式に加えて、本系の電極反応がI/Iの酸化還元反応であることを利用した陽イオン交換膜のみを用いる方式を取り上げて、60~70での濃縮挙動を調べた結果、本系では後者の方式が有効であることが示唆された。セル抵抗については、膜抵抗の温度依存性を反映して高温ほど大きく減少すること、また、カーボンクロスが高温域でのセル抵抗支配因子である電極反応抵抗の低減に有効であることを明らかにした。

Polymer electrolyte membranes prepared by radiation grafting method for electrodialysis systems

Chen, J.; 浅野 雅春; 前川 康成

no journal, , 

電気透析法を利用した水処理では、高分子電解質膜と電力を利用してイオン性物質を分離するプロセスが重要である。陽極及び陰極の間に、陰イオンのみを透過させるアニオン交換膜と陽イオンのみを透過させるカチオン交換膜を交互に配列させ、原水を流すことでイオン性物質が除去される。電気透析の最も重要な構成部材であるアニオン交換膜およびカチオン交換膜は、主として化学的な方法で合成されているが、特性などはほとんど明らかにされておらず、十分に実用的なものが得られているとは言い難い。そこで、本研究では、市販の高分子膜を基材として、放射線グラフト重合によるアニオン交換膜およびカチオン交換膜を合成し、電気透析用高分子電解質膜として必要な性能を評価した。更に、硝酸セシウム水溶液を模擬溶液として、セシウムイオン分離性能を評価することで、水溶液中のセシウムイオンの除去速度および除去効率に及ぼす高分子電解質膜のイオン交換容量への影響を明らかにした。