1999 Fiscal Year Annual Research Report
バイポーラ膜における水解離機構の解明と膜材料及びシステム設計に関する基礎的研究
Project/Area Number |
10450294
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Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
Principal Investigator |
谷岡 明彦 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (10092561)
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Keywords | バイポーラ膜 / 水解離 / 第2ウイーン効果 / ツェナー効果 / 誘電率 / 電流 / 電圧曲線 / 有機弱電解質の解離 / メタノールのイオン化 |
Research Abstract |
バイポーラ膜はカチオン交換層とアニオン交換層が直列に配列した構造を有しており、アニオン交換層側から0.8V以上の電圧を加えると両層の界面で水はH^+とOH^-に解離する。この現象を利用して酸とアルカリの同時製造が可能である。現在、水解離現象については第二ウィーン効果モデル、化学反応モデルが提案されてきた。さらにわれわれはこれらに対して、ツェナー効果モデルを提案した。本研究ではまずインピーダンスアナライザーを用いて直流逆バイアス電圧下で膜界面のキャパシタンスおよびコンダクタンスの測定を行い誘電率を測定した。計算によると逆バイアス電圧によって膜中間層界面の幅が広がり、その結果中間層の静電容量が減少する。実験結果は計算結果を定性的に説明できることを示している。また同様にバイポーラ膜中間層における導電率と印加逆バイアス電圧との関係もモデル計算の結果とよく一致した。さらに直流逆バイアス電流を印加した状態におけるバイポーラ膜のアドミッタンス測定に関する解析も行った。このように水の解離に関してはツェナー効果モデルでも説明できることを示している。次に同様に有機溶媒に関しても同様の実験を行った。有機溶媒中におけるプロトンの輸送は必ずしも水と同様ではないと考えられる。ギ酸、酢酸、プロピオン酸のような有機弱電解質は電圧の印加に伴いアニオンとカチオンに解離する。一方メタノール、エタノール、プロパノールに関してはメタノールのみが解離することが明らかになった。これらの電流/電圧曲線は化学反応モデルで説明できることが明らかとなった。今後ツェナー効果モデルに基づく誘電率の測定と共に、各種有機溶媒系における逆バイアス電圧下におけるイオン化の問題と解離モデルとの関係について明らかにしたい。
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Research Products
(4 results)
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[Publications] T.-J.Chou and A.Tanioka: "Current-voltage curves of composite bipolar membrane in organic acid-water solutions"J.Electroanalytical Chemistry. 462/1. 12-18 (1999)
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[Publications] T.-J.Chou and A.Tanioka: "Membrane potential of composite bipolar membrane in ethanol-water solutions: the role of membrane interface"J.Colloid & Interface Sci.. 212. 293-300 (1999)
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[Publications] T.-J.Chou and A.Tanioka: "Effect of interface structure on current-voltage curves of composite bipolar membranes for water and methanol"Colloid & Interface Sci.. 212. 576-584 (1999)
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[Publications] A.Tanioka,K.Shimizu,T.Hosono,R.Eto and T.Osaki: "Effect of Interfacial State in Bipolar Membrane on Rectification and Water Splitting"Colloid & Surfaces A. 159. 395-404 (1999)