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論文

Fluoropolymer-based nanostructured membranes created by swift-heavy-ion irradiation and their energy and environmental applications

八巻 徹也*; Nuryanthi, N.*; 喜多村 茜; 越川 博*; 澤田 真一*; Voss, K.-O.*; Severin, D.*; Tautmann, C.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 435, p.162 - 168, 2018/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:70.85(Instruments & Instrumentation)

フッ素系高分子膜(PVDF及びETFE)に直径数十から数百nmのイオントラックを作製し、化学エッチング処理によってイオン穿孔を、またグラフト重合によってイオン交換膜を作製する技術をそれぞれ開発した。PVDF膜におけるイオン穿孔膜に関しては、穿孔径がLETに依存することがわかり、高い精度で形状制御が可能であることを示した。また、グラフト重合によるETFEのイオン交換膜は燃料電池の電解質膜に適することを示した。このように我々が開発した技術は、水質管理や石油精製などのろ過技術、及び燃料電池の分野に貢献する。

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

Electrodialysis of hydriodic acid in the presence of iodine

小貫 薫; Hwang, G.; 清水 三郎

Journal of Membrane Science, 175(1), p.171 - 179, 2000/07

市販イオン交換膜CMH及びAPSを用い、HI重量モル濃度8~12mol/kgの範囲で、ヨウ素を溶解したヨウ化水素酸の電気透析挙動を調べた結果、高濃度溶液にもかかわらず高い対イオン輸率及び低い水透過性が認められ濃縮可能であることが示された。本系では、陰イオン交換膜APSにおいて、水透過の著しい抑制、及び、ヨウ化物イオンの移動と逆方向への中性ヨウ素分子の輸送という2つの特異な現象が生起した。ヨウ化水素酸の濃度勾配の下での拡散透析においても、ヨウ化水素分子の透過と逆方向へのヨウ素の輸送という類似の現象が観察された。なお、これらのヨウ素の輸送はヨウ素濃度の勾配に逆らって進行した。以上の結果に関して、膜へのヨウ素の吸着の観点から考察した。

論文

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$$^{circ}C$$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$$_{2}$$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$$^{circ}C$$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。

報告書

炭素鋼オーバーパックの応力腐食割れに関する研究(2)(研究概要)

not registered

PNC-TJ1150 96-005, 23 Pages, 1996/03

PNC-TJ1150-96-005.pdf:0.7MB

高レベル放射性廃棄物処分容器(オーバーパック)の候補材のひとつである炭素鋼の腐食については、応力腐食割れが発生する可能性を検討する必要性が指摘されている。本研究では、応力腐食割れ研究の第二段階として、アルカリ塩化物水溶液環境中での炭素鋼の腐食すきま再不動態化電位の測定によりそのNaCl濃度、pH、炭酸-重炭酸濃度依存性を確認し、すきま腐食生起臨界電位条件を実験室的に示した。また、定電位SSRT試験(Slow Strain Rate Test、低ひずみ速度引張試験)を実施し、すきま腐食経由型応力腐食割れを実験室的に再現できる条件を示した。一方、緩衝材や腐食生成物と相互作用した地下水の組成や新たに生成する沈殿鉱物については、吸水、膨潤した緩衝材中の微小領域での測定は非常に難しい。本研究では、透過電顕、走査電顕、X線回折を用いた沈殿鉱物の同定方法の検討とイオン交換膜を用いた間隙水組成の分析方法の検討を行った。

報告書

炭素鋼オーバーパックの応力腐食割れに関する研究(2)(研究委託内容報告書)

not registered

PNC-TJ1150 96-004, 128 Pages, 1996/03

PNC-TJ1150-96-004.pdf:7.12MB

高レベル放射性廃棄物処分容器(オーバーパック)の候補材のひとつである炭素鋼の腐食については、応力腐食割れが発生する可能性を検討する必要性が指摘されている。本研究では、応力腐食割れ研究の第二段階として、アルカリ塩化物水溶液環境中での炭素鋼の腐食すきま再不動態化電位の測定によりそのNaC1濃度、ph、炭酸-重炭酸濃度依存性を確認し、すきま腐食生起臨界電位条件を実験室的に示した。また、定電位SSRT試験(Slow Strain Rate Test、低ひずみ速度引張試験)を実施し、すきま腐食経由型応力腐食割れを実験室的に再現できる条件を示した。一方、緩衝材や腐食生成物と相互作用した地下水の組成や新たに生成する沈殿鉱物については、吸水、膨潤した緩衝材中の微小領域での測定は非常に難しい。本研究では、透過電顕、走査電顕、X線回折を用いた沈殿鉱物の同定方法の検討とイオン交換膜を用いた間隙水組成の分析方法の検討を行った。

論文

Application of ion-exchange membrane source to preparation of calibration source simulating filter paper for dust monitors

大石 哲也; 吉田 真; 水書 利雄; 須郷 高信

IRPA9: 1996 International Congress on Radiation Protection, Proceedings, 3, p.44 - 46, 1996/00

通常用いられているダストモニタの校正線源は、放射能層とバッキング材から構成される。しかし、実際のろ紙は$$beta$$線を透過するため、ろ紙後方の構造物により散乱された$$beta$$線が検出器の計数効率に影響を及ぼすと考えられる。この影響を考慮して検出器の校正を行うため、イオン交換膜線源を適用してろ紙模擬線源を作製した。これまでに、この方法で作製した$$^{60}$$Coおよび$$^{137}$$Cs線源について、その特性を評価した。今回はさらに、$$^{90}$$Sr+$$^{90}$$Yろ紙模擬線源を作製し、線源の自己吸収、放射能の離脱、後方散乱の影響等の特性を評価した。これらの評価から、本線源を用いて検出器の校正を行うと、管理対象核種が特定できる施設においてはより現実的な校正が可能となることを確認した。

論文

Radiation-induced graft polymerization of vinyl benzyltrimethylammonium chloride onto polyethylene film

Y.C.Nho*; 須郷 高信; 常田 聡*; 幕内 恵三

Journal of Applied Polymer Science, 51(7), p.1269 - 1275, 1994/02

 被引用回数:17 パーセンタイル:37.71(Polymer Science)

従来のイオン交換膜は強酸化性の薬剤を多量に使用するとともに複雑な工程で合成されている。本研究では放射線グラフト重合法を応用して、既存のポリエチレンフィルムにイオン交換基を含有するモノマー(ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド)を反応して、イオン交換膜を直接合成する方法を検討した。ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド(VBTAC)はグラフト重合性が低くポリエチレンフィルムに直接反応しないため、ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)およびエチルメタクリレート(EMA)との共グラフト重合法を応用して3mmol/gのアニオン交換膜の直接合成条件を明らかにした。

論文

Preparation of beta-ray calibration sources for estimating tissue doses from skin contamination

吉田 真; 村上 博幸; 備後 一義

Journal of Nuclear Science and Technology, 30(4), p.333 - 338, 1993/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:80.42(Nuclear Science & Technology)

皮フ汚染時の線量評価に用いる新しい校正用線源($$beta$$線面状線源)の作製を検討した。この線源の作製には、これまで開発してきたイオン交換膜線源を応用した。$$^{147}$$Pm,$$^{204}$$Tl,$$^{90}$$Sr-$$^{90}$$Yの$$beta$$線放出核種を用いて線源を作製し、外挿電離箱により、皮フの受ける吸収線量率を決定した。線源作製法、線量率決定上の問題点、線源支技材による後方散乱の影響等について考察した。

論文

放射線グラフトによる機能性膜の合成と応用

大道 英樹

高分子のビーム加工, p.245 - 254, 1987/00

イオン交換膜、逆浸透膜、パーベーパレーション膜、医用人工膜など選択透過膜を中心に、これまでに放射線グラフトによって合成された機能性膜の開発状況について解説。

論文

Electrical and other properties of mutual radiation-induced methacrylic acid grafted polyethylene films

大道 英樹; D.Chundury*; V.T.Stannett*

Journal of Applied Polymer Science, 32(5), p.4827 - 4836, 1986/00

 被引用回数:22 パーセンタイル:24.8(Polymer Science)

イオン交換膜の合成を目的として、ポリエチレンフィルムへのメタクリル酸の放射線グラフト重合を行った。グラフト率は、反応初期には照射時間と共に増加するが、後期には減少した。フィルムの表面積、厚み、体積、含水率などは、グラフト率と共に直線的に増加した。EPMAを用いてフィルム中に導入されたカルボキシル基の濃度分布を調べたところ、グラフト率が10%を越えると均一に分布することを見出した。グラフトしたフィルムにNaOH中で直流を通じたところ、フィルムの電気抵抗がNaOH濃度の逆数に比例すること、抵抗はフィルム中のカルボキシル基濃度の増加により対数的に減衰すること、及び陰極側のNa$$^{+}$$の通常濃度が15%、電流効率が20%に達すること、などを見出した。

論文

イオン交換膜を利用した平面線源作製法

村上 博幸; 吉田 真; 備後 一義; 須郷 高信; 岡本 次郎

Radioisotopes, 34(9), p.497 - 500, 1985/00

大面積を有する平面線源は、大面積の放射線測定器の校正用あるいは$$beta$$線標準照射用線源として利用価値が高いが、市販線源ではその放射能強度、一様性、形状等の点で上記の使用目的を必ずしも満足しない。そこで今回薄いイオン交換膜を利用して一様性に優れた大面積の$$beta$$線源を関便に作製することを試みた。その結果、放射能の安定性、一様性に優れた平面線源が作製可能であることがわかった。本稿は、その作製法、試作平面線源の特性等について、技術報告として発表するものである。

論文

Effect of mixed monomers on the synthesis of ion-exchange membranes by radiation-induced grafting

大道 英樹; 岡本 次郎

J.Appl.Polym.Sci., 30, p.1277 - 1284, 1984/00

 被引用回数:18 パーセンタイル:28.54(Polymer Science)

メチル-$$alpha$$,$$beta$$,$$beta$$-トリフルオルアクリレートの単独グラフトおよびプロピレンとの共グラフトを放射線を用いて行ない、イオン交換膜を合成した。グラフト率を比較したところ、単独グラフトより共グラフトの方が高い値を示した。ここで、グラフト率は平均のグラフト鎖分子量とグラフト鎖数の積で与えられ、さらに、グラフト鎖分子量は繰返し単位数とその分子量の積で与えられる。検討の結果、単独グラフトと共グラフトとでグラフト鎖数および繰返し単位数にはほとんど差がないことから、上記グラフト率の差は繰返し単位の分子量の差に起因すると結論できた。同じ繰返し単位数のとき、共グラフトによるイオン交換膜の方が単独グラフトによるイオン交換膜より低い電気抵抗を有していることを見出した。これはESCAやXMAで観測される官能基の分布状態の差異とよく対応しており、分布が均一である程、低い抵抗を示すことがわかった。

論文

Solvent effects on the synthesis of ion-exchange membranes by radiation-induced graft polymerization of methyl $$alpha$$,$$beta$$,$$beta$$-trifluoroacrylate

大道 英樹; 岡本 次郎

Journal of Polymer Science; Polymer Chemistry Edition, 20, p.1559 - 1568, 1982/00

イオン交換膜を合成するために、ポリエチレンや含フッ素ポリマーフィルムにメチルトリフルオルアクリレートを放射線グラフト重合せしめた。反応中にフレオン113が存在する時グラフト率は影響を受けなっかったが、メタノールが存在すると低下した。フィルムの厚み方向でのグラフト鎖分布をXMA法によって調べたところ、フレオンなしで反応を行なった場合は、グラブト鎖が膜の表面近傍に集中しているのに対し、フレオン存在下で反応を行なった場合は、膜の中心部に集中していることがわかった。この現象と関連して、前者のグラフトフィルムに比べて後者のグラフトフィルムでは、より少ないグラフト率によって膜抵抗の減少がもたらされた。これらのグラフトフィルムの耐薬品性についても調べたところ、すぐれた耐酸化性を有することを見出した。

論文

Synthesis of an ion exchange membrane by radiation-induced grafting of acrylic acid onto poly(tetrafluoroethylene )

石垣 功; 神谷 尚孝*; 須郷 高信; 町 末男

Polym.J., 10(5), p.513 - 519, 1978/05

 被引用回数:48

ポリテトラフルオルエチレン(PTFE)フィルムへのアクリル酸のグラフト重合によりイオン交換膜を合成した。PTFEフィルムをアクリル酸水溶液中でCo-60の$$gamma$$線と照射してグラフトする際のグラフト速度の線量率依存性を求めたグラフト速度は線量率の1/2乗に比例することを明らかにした。得られたグラフとフィルムの寸法変化、吸水率、および電気抵抗とグラフト率との関係から、本グラフト反応はフィルム表面から中心部へとモノマーの拡散と共に進行し、低グラフト率ではフィルム中心部に非グラフト層が残存することが示唆された。このことは、フィルム断面を干渉顕微鏡で観察することにより証明された。一方、グラフト反応がフィルム表面から中心へ進行する速度は線量率に依存し、線量率が低い場合にはより中心部まで反応は進行しグラフト分布もより均一になること、したがってより抵抗の低いイオン交換膜が得られた。

論文

イオン交換膜電解透析装置による放射性廃液の処理

西土井 睦; 伊藤 益邦; 山本 寛*

日本原子力学会誌, 2(8), P. 460, 1960/00

原子力の開発に伴って必要欠くべからざるものとして放射性廃棄物処理の問題がある。日本原子力研究所においては将来各原子力利用施設からの相当多量の放射性廃棄物が出てくることを予想し、その廃棄物を有効に処分する方法を確立するべく研究を重ねている。放射性廃棄物は気体、液体、固体に大別され、放射性廃液については量的にもっとも多いのは低レベル廃液で、その処理の方法としては希釈法と濃縮法と性質のまったく異なった方法が考えられるが、廃棄物処理の本質および目的からいって濃縮法に頼るのが本筋である。日本原子力研究所では濃縮装置としてイオン交換樹脂塔と蒸発?を設置して運転中であるが、さらに放射性廃液をより経済的に処理するべく、種々の処理装置の開発研究を行ってきた。その1つとしてイオン交換膜による電解透析装置について試験を行った結果、経済的にかなり良い結果が得られた。

論文

希薄放射性溶液からイオン交換膜(イオン交換樹脂内蔵)による連続脱イオンの研究

下川 純一; 西尾 軍治

第2回原子力シンポジウム報文集, P. 63, 1958/00

抄録なし

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

放射線グラフト重合による電気透析用高分子イオン交換膜の開発

Chen, J.; 浅野 雅春; 前川 康成

no journal, , 

電気透析は、イオン交換膜と電力を利用してイオン性物質を分離するシステムである。我々は、高分子フィルムを基材として、スチレン誘導体であるスチレンスルホン酸エチルエステル(ETSS)およびクロロメチルスチレン(CMS)を放射線グラフト重合することにより陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を作製した。得られたイオン交換膜の電気透析用膜としての性能(イオン交換容量、イオン伝導性、含水性など)を評価した。セシウムイオン水溶液を放射線汚染水の模擬溶液として、セシウムイオンの分離性能を検討した結果、作製したグラフト型イオン交換膜は、従来のイオン交換膜以上のセシウム分離性能を有することが分かった。

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