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

基本信息

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

项目摘要

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。

在本研究中，我们将利用辐射不对称接枝方法制备将两层具有不同亲水强度的聚合物膜接合在一起，并通过利用该膜的渗透蒸发测试来实现含水乙醇的高速水渗透的目的。是为了首先，我们设计并制造了乙醇脱水渗透汽化测试装置。将膜置于有效膜面积为0.79 cm2的两室玻璃池中央，向池上游室注入含水乙醇，下游室使用真空泵脱气。安装维持在-50℃的冷阱以收集在下游膜表面蒸发的液体。接下来，为了研究亲水接枝链的类型对透水性的影响，采用传统的辐射接枝方法制备亲水聚合物膜。具体来说，我们创建了一种膜，其中将聚丙烯酸（PAA）、聚乙烯吡咯烷酮（pVD）和聚苯乙烯磺酸（pSS）作为接枝链引入到乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）基膜上。使用磺酸基的抗衡离子为H+的pSS接枝膜进行浓度为60wt%的乙醇水溶液的渗透汽化试验。透水率为6.5kg/m2/h，回收液的乙醇浓度高达39wt％，水分离性低。接下来，当我们使用相同的膜以Na+作为抗衡离子进行渗透汽化测试时，水渗透率非常小，为5.8×10^-2 kg/m2/h，但回收液中的乙醇浓度较低。含量仅为2.9wt%，分水性能得到显着改善。未来，他们计划验证数据的再现性，检查适合水分离和水渗透的接枝链，并继续设计适合含水乙醇高速水渗透的聚合物膜。但由于主要研究者自2020年4月1日起调至文部科学省，继续研究活动变得困难，因此该研究项目中途终止。