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J-GLOBAL ID：201802271009278124   整理番号：18A0660160

イオンビームによるナノ構造制御イオン交換膜の合成と海水濃縮への応用

Preparation of Nano-Structure Controlled Ion-Exchange Membranes by Ion Beams and Their Application to Seawater Concentration

著者 (7件)： 八巻徹也 (量子科学技術研究開発機構 高崎量子応用研) ,  澤田真一 (量子科学技術研究開発機構 高崎量子応用研) ,  越川博 (量子科学技術研究開発機構 高崎量子応用研) ,  比嘉充 (山口大 大学院創成科学研究科) ,  遠藤宣隆 (山口大 大学院創成科学研究科) ,  MESSANA Diego (イタリア国膜技術研) ,  DRIOLI Enrico (カラブリア大(イタリア))
資料名： ソルト・サイエンス研究財団助成研究報告集 1 理工学編  (Annual Research Report. Salt Science Research Foundation. Physical Science, Engineering)
巻： 2016  ページ： 223-232  発行年： 2018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)

抄録/ポイント： 電気透析法による海水濃縮プロセスの高効率化は重要な課題であるため,低抵抗と高輸率を併せもつ新規なイオン交換膜が求められている。そこで本研究では,“イオンビーム照射グラフト重合法”という独自の手法を用いて,電気透析用の新しいナノ構造制御カチオン,アニオン交換膜(以下,それぞれCEM,AEMとする)を合成した。この合成法では,高分子基材膜の重イオンビーム照射で潜在飛跡内に高密度で生成した励起活性種(ラジカルや過酸化物)に対し,カチオンまたはアニオン交換基に変換可能な官能基を有するモノマーをグラフト重合することで,荷電チャネルを形成する。その後,電気透析セルを用いたモデル海水の濃縮試験に必要となる,ナノ構造制御CEM,AEMのイオン輸送特性を調べた。実験では,高崎量子応用研究所のサイクロトロン加速器からの560MeV ¹²⁹Xeイオンビームをエチレン-テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)膜(25μm厚)に真空中で照射した。ETFE膜1cm²当たりに照射した¹²⁹Xeイオンの個数(フルエンス)は3.0×10⁸あるいは1.0×10⁹個であった。重イオンビーム照射ETFE膜をいったん大気中に取り出した後,p-スチレンスルホン酸エチル(EtSS)溶液,またはクロロメチルスチレン(CMS)溶液に浸漬し,Ar雰囲気下,60°Cでグラフト重合を行った。その後,それぞれ温水中におけるEtSSグラフト鎖の加水分解,トリメチルアンモニウム水溶液によるCMSグラフト鎖の四級化を経て,ナノ構造制御CEM,AEMを合成した。ETFE膜に対するEtSS,CMSのイオンビーム照射グラフト重合と,その後の加水分解,四級化が定量的に進行した結果,2.0~2.5mmol/gまでの広範囲でイオン交換容量が任意制御されたCEM,AEMをそれぞれ得た。膜内に均一に進行するγ線グラフト重合とは対照的に,局所的,かつ高密度なエネルギー付与が可能な重イオンビームでは,そのナノ構造制御性によって含水率の抑制と膜抵抗の低減が達成されるとともに,市販のCEMに迫る輸率も確認することができた。このように,電気透析応用に有望なイオン輸送特性が見出されたことから,今後は実験条件の最適化によって,既存膜性能を凌駕するCEM,AEMの開発を進め,電気透析セルを用いたモデル海水の濃縮試験も視野に入れたい。(著者抄録)

シソーラス用語： 重イオン照射 ,  輸率 ,  グラフト化【化学修飾】 ,  ナノ構造 ,  *イオン交換膜 ,  *濃縮 ,  海水 ,  *電気透析 ,  製塩 ,  抵抗 ,  ETFE ,  高分子膜
準シソーラス用語： 膜抵抗

分類 (2件)： 塩素とその化合物  (YB02040H) ,  膜分離  (XD02120Z)

物質索引 (2件)： クロロメチルスチレン ,  4-ビニルベンゼンスルホン酸エチル

引用文献 (14件)：

• T. Yamaki, Y. Kozone, A. Hiroki, M. Asano, H. Kubota and M. Yoshida, ECS Trans., 3, 103 (2006).
• T. Yamaki, Y. Kozone, A. Hiroki, K. Hosoi, M. Asano, H. Kubota and M. Yoshida, Electrochemistry, 75, 175 (2007).
• For review, T. Yamaki, M. Asano and M. Yoshida, Current Developments of Radiation-Induced Graft in Membranes, T. Xu ed., pp. 1-49 (2008).
• For review, T. Yamaki, J. Power Sources, 195, 5848 (2010).
• M. Higa, M. Goto, T. Yamaki, S. Sawada, H. Koshikawa and A. Kitamura, Bull. Soc. Sea Water Sci., Jpn., 71, 37 (2017).

タイトルに関連する用語 (6件)： イオンビーム ,  ナノ構造制御 ,  イオン交換膜 ,  海水 ,  濃縮 ,  応用