Development of strange ion-exchange membranes having nano-thickness with unevenness structure for high-temperature reverse electrodialysis system

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逆電気透析発電の用途に特化した、低抵抗・高起電力・低コストなイオン交換膜（IEM）を開発すべく、新奇な手法を採用してナノ厚IEMの作製を行った。多孔の支持体上に界面重合処理を施し、芳香族ポリアミド系の薄膜から成る選択分離層を作製することによりIEMを作製して評価を行った。ポリアミド系薄膜の膜厚は1um以下であり、既存IEMと比較して1/100以下の膜厚となるため、膜厚に比例すると考えられる膜抵抗の低減が期待できる。しかしながら一方で、イオン（アニオン・カチオン）の選択透過性を付与することにより逆電気透析発電時の起電力（膜電位）を発生させる必要があるため、本年度はIEM製膜手法と膜電位（φ）の関係を調査した。表面荷電状態の異なる様々なポリアクリロニトリル（PAN）の多孔膜を支持体として、ポリアミド系の選択分離層を作製したナノ厚IEMを用いて、模擬海水（0.6 M NaCl）と模擬河川水(脱イオン水)の間でφを調査した結果、36～95mVのφが得られた。特にPAN表面が負に帯電している方が高いφとなることが明らかとなった。従来IEMを用いた場合のφの理論値は約75-110mV程度であると予想されるため、今回のφ値は若干低いが、今回の製膜手法では膜コストが半分以下になることを考慮すると十分な値だと考えられる。一方、イオンの種類がφに与える影響に関しても調査を行った結果、φ(KCl) > φ(NaCl) > φ(CaCl2)となり、一価イオンのみで構成される場合は一価カチオンが選択的に透過しようとするためφが正の値を示し、一方で二価カチオンを含む場合はφが負の値を示した。したがって、ポリアミド系薄膜に含有する負電荷とそれぞれのイオンの選択透過性がφに大きく影響しており、ドナン電位を主とする従来IEMとは異なる機構でφが発生していることが明らかとなった。