放射線グラフト法による正浸透を自発する二層接合膜の創製とエタノール脱水への応用

辐射接枝法制备自发正向渗透双层键合膜及其在乙醇脱水中的应用

• 批准号: 20K05204
• 负责人: 澤田 真一
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: National Institutes for Quantum Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K05204/
• 关键词: エタノール脱水; 分離膜; 放射線グラフト; 水透過性; 高分子分離膜; 浸透気化; 正浸透

本研究では、放射線非対称グラフト法を駆使し、親水性の強さが異なる二層が接合された高分子膜を作製し、この膜を用いた浸透気化試験によって含水エタノールの高速水透過を達成することを目的とした。はじめにエタノール脱水のための浸透気化試験装置を設計・製作した。有効膜面積0.79cm2の2室型ガラスセルの中央部に膜を配置し、セルの上流室に含水エタノールを注入し、下流室を真空ポンプで脱気する仕様とした。下流側の膜面で蒸発した液体を回収するため、-50 ℃に保持したコールドトラップを設置した。次いで、親水性グラフト鎖の種類が水透過性に及ぼす影響を調べるため、通常の放射線グラフト法で親水性高分子膜を作製した。具体的には、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ETFE）基材膜に対して、ポリアクリル酸（pAA）、ポリビニルピロリドン（pVD）、ポリスチレンスルホン酸（pSS）をグラフト鎖として導入した膜を得た。スルホン酸基の対イオンがH+のpSSグラフト膜を用いて、濃度60wt%の含水エタノールの浸透気化試験を行った。水透過率は6.5 kg/m2/hであり、回収液のエタノール濃度は39wt%と高く水分離性は低かった。次に同じ膜の対イオンをNa+にしたうえで浸透気化試験を行ったところ、水透過率は5.8×10^-2 kg/m2/hと非常に小さくなったが、回収液のエタノール濃度は僅か2.9wt%と低く、水分離性は飛躍的に向上した。今後は、データ再現性を検証するとともに、水分離や水透過に適したグラフト鎖を検討したうえ、含水エタノールの高速水透過に適した高分子膜の設計を進める予定であった。しかしながら、研究代表者が令和4年4月1日から文部科学省に出向するにあたり、研究活動の継続が困難となったので本研究課題を途中で廃止した。

The aim of this study is to achieve the goal of high speed water transmission by means of a two-layer polymer film with different hydrophilic properties. Design and manufacture of a test device for dehydration and impregnation A two-chamber type membrane with a membrane area of 0.79 cm2 is arranged in the center of the chamber, and the upper chamber is filled with water and the lower chamber is evacuated. Downstream side of the film surface evaporation of liquid return,-50 ℃ to maintain the temperature settings In addition, the hydrophilic polymer film is produced by the general radiation method. Specific ETFE substrate films are obtained by introducing pAA, pVD and pSS. The pH value of the pSS film was determined by the pH value of the pSS film. Water transmission rate is 6.5 kg/m2/h, recovery liquid concentration is 39wt% and water separation is low. In addition, the water permeability is 5.8×10^-2 kg/m2/h. The concentration of the recovery solution is only 2.9wt%. The water separation property is greatly improved. In the future, the design of polymer membrane with high water permeability and high reproducibility will be discussed. The research representative ordered that the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology should go to the research project on April 1, 2004.