| 研究課題/領域番号 |
20K05203
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| 研究機関 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
田中 伸幸 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 高速炉・新型炉研究開発部門 大洗研究所 高温ガス炉研究開発センター, 研究職 (10391294)
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| 研究分担者 |
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, 上席研究員 (70414571)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 水素製造法ISプロセス / カチオン交換膜 / イオン飛跡グラフト法 / ヨウ化水素濃縮 |
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| 研究実績の概要 |
熱化学水素製造法ISプロセスにおいて、ヨウ化水素（HI）溶液中のHIを共沸組成濃度以上に濃縮する工程がある。HI濃縮はカチオン交換膜（CEM）を用いた電解電気透析が行われ、プロトン伝導の抵抗が低く、且つ、水とI-の透過を抑制したCEMが必要である。これに対して、本研究では、イオン飛跡グラフト法により、１次元円柱状イオンチャネルを持つ新規CEMを作製し、HI濃縮に適用することを目的とした。特異的な構造の１次元円柱状イオンチャネルはプロトンを効率的に輸送可能で膜抵抗を低減し、さらに、この構造が含水膨潤を防ぎ、水やI-の透過の抑制を目指す。各種の製膜条件に対するHI濃縮性能の評価を実施し、これらより最適な条件のCEMを製膜し、低い電解電圧で高濃度のHI濃縮を達成する。
令和2年度は、まず、イオン飛跡グラフト法によるXe照射を行い、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ETFE）の基材に対して、スチレンモノマーをグラフト鎖として重合した後、スルホン化し、CEMを作成した。本試作膜のHI濃縮に対する適応性を検討し、従来のγ線グラフト膜と同等以上のプロトン輸率及び水の透過係数を示すことを確認するとともに、イオン飛跡グラフト法によるCEMがHI濃縮に適応性を有することを確認した。
令和3年度は、重イオンビームのイオン種の違いによる影響を検討するため、Ar照射を行い、スチレンをグラフト重合したCEMを作成した。本試作膜を電解セルに組込んでHI濃縮試験を実施したところ、昨年度測定したXe照射膜の結果と比較して、消費電力として減少する膜性能を示す傾向が得られた。
令和4年度は、N照射によるデータを取得し、イオン種の影響についてさらに詳細に検討を行い、最適なイオン種サイズがあることを示し、Ar照射で作製した陽イオン交換膜が、最も低い消費電力でHIを所定濃度に濃縮できることを明らかにした。
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