| 研究課題/領域番号 |
16K06839
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| 研究機関 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 |
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研究代表者 |
澤田 真一 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主任研究員(定常) (70414571)
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| 研究分担者 |
前川 康成 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 部長(定常) (30354939)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 逆電気透析発電 / カチオン交換膜 / アニオン交換膜 / 放射線グラフト重合 / イオン伝導 / 水透過 |
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| 研究実績の概要 |
はじめに、カチオン交換膜とアニオン交換膜の電気抵抗、イオン輸率、水透過係数を測定するための実験系を整備した。電気抵抗測定のため、2室型ガラスセルを設計・製作した。ガラスセルの中央に膜を配置できる仕様とし、膜の近傍に白金黒電極を設置した。電極間の交流インピーダンスを測定するため、電極とLCRメーターを導線で接続した。イオン輸率と水透過係数測定のため、2室型ガラスセルを設計・製作した。セル両室の食塩濃度差(浸透圧)によって移動する水の量を正確に求めるため、食塩水側のセル上部に目盛り付きのキャピラリーを取り付けた。
測定系の整備と並行して、放射線グラフト重合法によってカチオン・アニオン交換膜を作製した。カチオン交換膜の作製は、フッ素系高分子基材膜に対するガンマ線照射、スチレンとジビニルベンゼン(DVB)のグラフト重合、スチレンユニットへのスルホン酸基の付加、という手順で行った。アニオン交換膜の作製は、フッ素系高分子基材膜に対するガンマ線照射、クロロメチルスチレン(CMS)とDVBのグラフト重合、CMSユニットへの4級アンモニウム塩基の付加、という手順で行った。実験条件に応じて、イオン交換容量が大きく異なるカチオン・アニオン交換膜を得られた。
カチオン交換膜とアニオン交換膜の電気抵抗を測定した。放射線グラフト型カチオン交換膜では、電気抵抗はイオン交換容量の増大とともに低下していき、2.1 mmol/gの膜において最小値0.43 Ωcm2に達した。これは市販のカチオン交換膜の電気抵抗(2.7 Ωcm2)よりも遥かに小さな値であった。放射線グラフト型カチオン交換膜を用いることで、高効率の逆電気透析発電を実施できる見込みが得られた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の研究計画が十分に練られていたため、予定どおりに研究は進捗している。
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| 今後の研究の推進方策 |
放射線グラフト重合法で作製したカチオンおよびアニオン交換膜の輸送特性として、イオン伝導度、イオン輸率、水透過係数を測定する。グラフト重合の基材高分子の種類、イオン交換容量、グラフト鎖間の架橋密度、といった膜の構造特性が輸送特性に及ぼす影響を検討する。また、市販のカチオン・アニオン交換膜(ネオセプタ膜)よりも、イオン伝導度とイオン輸率が高く、かつ水透過係数が低いカチオン・アニオン交換膜の作製条件を探索する。
さらに、逆電気透析発電試験装置を設計・製作する。カチオン・アニオン交換膜をそれぞれ５枚ずつ搭載できる仕様とする。放射線グラフト法で作製したカチオン・アニオン交換膜を試験装置に実装し、モデル海水とモデル淡水を燃料として供給して発電試験を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
カチオン・アニオン交換膜の輸送特性を測定するための実験装置や器具を、当初の予想よりも安く購入できたので、研究費が若干余った。
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| 次年度使用額の使用計画 |
来年度、逆電気透析発電試験装置を製作するための資金として使用する。
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