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。

在这项研究中，目的是制造一个聚合物膜，其中使用辐射不对称的嫁接方法将两层不同的亲水性含量粘合在一起，并通过使用此膜通过渗透性蒸发测试来实现亲水性乙醇的高速水渗透。首先，设计和制造用于乙醇脱水的渗透蒸发测试装置。将膜放置在有效的膜面积为0.79 cm2的两腔玻璃细胞的中心，并将含水的乙醇注入细胞的上游腔室，并用真空泵脱胶。安装在-50°C处的冷陷阱，以恢复下游膜表面蒸发的液体。接下来，为了研究亲水性移植链类型对水渗透性的影响，通过常规辐射移植方法制备亲水性聚合物膜。具体而言，获得了膜，其中将聚丙烯酸（PAA），聚乙烯基吡咯烷酮（PVD）和聚苯乙烯磺酸（PSS）引入乙烯 - 二氟甲基乙烯共聚物（ETFE）底物膜作为移植链中。使用PSS移植膜与H+的磺酸基团的抗衡，对液压乙醇进行了浸润蒸发测试，浓度为60 wt％。水的渗透性为6.5 kg/m2/h，收集的液体的乙醇浓度在39 wt％和低水分分离时高。接下来，当对同一膜的抗衡离子进行Na+并进行了渗透性蒸发测试时，水的渗透性非常小，在5.8×10^-2 kg/m2/h时，收集到的液体的乙醇浓度仅在2.9 wt％时较低，并且分离的水分大大提高。将来，我们计划验证数据可重复性，考虑适用于水分和水渗透的移植链，并继续设计适合于高速含水的乙醇的聚合物膜的设计。但是，当首席调查员从2022年4月1日开始将教育，文化，体育，科学和技术部借调到教育，文化，体育，科学和技术部时，很难继续他的研究活动，因此该研究主题被废除了中途。