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文献
J-GLOBAL ID:201702233652099902   整理番号:17A0495340

高いイオン透過性を有する中空糸型イオン交換膜の開発

Development of Hollow Fiber Ion Exchange Membrane Having High Ionic Permeability
著者 (5件):
資料名:
巻: 2015  ページ: 31-40  発行年: 2017年03月 
JST資料番号: L7131A  資料種別: 逐次刊行物 (A)
記事区分: 原著論文  発行国: 日本 (JPN)  言語: 日本語 (JA)
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液-液分離における透析システムには(1)圧透析,(2)電気透析,(3)拡散透析(DD)があり,それぞれ圧力差,電位差,濃度差を駆動力とする。イオン交換膜(IEM)を使用したDDシステムは有害イオンの除去,酸・アルカリの回収などに応用されている。しかし,このシステムは濃度差を駆動力としているためイオンを移動させるための直流電力を必要としないが,電気透析と比較してイオン透過速度が遅く,膜の必要面積が大きくなるという欠点がある。DDシステムの欠点を補うために,平膜より膜モジュールの単位面積あたりの膜面積(充填密度)が約10倍高くなる中空糸型IEMの開発が求められている。そこで本研究では,主鎖に機械的強度の優れたポリスルホン(PSF),側鎖に交換基を持つp-スチレンスルホン酸エチルエステル(Etss)を有するグラフトポリマーを原子移動ラジカル重合(ATRP)により合成し,中空型IEM開発の前段階として,このグラフトポリマーから作製した膜を加水分解することにより平膜型陽イオン交換膜(CEM)を作製した。このCEMのイオン交換容量(IEC),膜含水率,機械的強度,膜抵抗,動的輸率と膜構造との関係を検討した。PSFのクロロメチル化反応によりクロロメチル(CM)基を導入し,マクロイニシエーター(MI:CM-PSF)を合成した。その結果,クロロメチル化剤(クロロメチルメチルエーテル,CMME)の添加量((CmCMME)を調節することによりクロロメチル化率(CPCM)の制御が可能であることが判明した。次にこのCM-PSFを用いてATRPによりグラフトポリマー(PSF-g-Etss)を合成し,このグラフトポリマーを製膜,加水分解することにより平膜型陽イオン交換膜(PSF-g-SSA)を作製した。PSF-g-SSA膜のIECおよびグラフトポリマー中のSSA含有量(CPSSA)はCM-PSFのCPCMとEtssの添加量(CmEtss)の増加に伴い増加した。このことからCPCMとCmEtssを変化させることによりPSF-g-SSA膜のIECおよびCPSSAは制御可能であり,ATRPにより側鎖間距離や側鎖長の異なるグラフトポリマーを合成が可能であることが判明した。CPCM,CmEtssの異なるPSF-g-SSA膜はIECの増加に伴い膜含水率が増加した。これは親水性基であるCmEtssが増加することで膜が水和水を取り込みやすくなったためである。PSF-g-SSA膜に熱処理を施した結果,熱を加えることによりグラフトポリマー中のベンゼン環同士の距離が縮まり,ポリマー構造が密になり機械的強度が増加した。イオン輸送の指標となる膜抵抗,動的輸率を測定し,陽イオン交換膜としての特性評価を行った結果,低膜抵抗,高輸率の膜を作製することが可能となった。このグラフトポリマー溶液は湿式紡糸により中空糸状の膜を作製できることが予測されるため,今後,低膜抵抗,高輸率を有する中空糸型陽イオン交換膜の開発が期待できる。(著者抄録)
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分類 (2件):
分類
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イオン交換  ,  高分子固体のその他の性質 
引用文献 (5件):
タイトルに関連する用語 (3件):
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