Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

Bipolar membrane, / Water splitting, / Reverse bias voltage, / Ionization of alcohol, / Dielectric constant, / Current / voltage curve, / Lithium methoxide, / Autoprotorisis constant / バイポーラ膜 / 水解離 / アルコールのイオン化 / 誘電率 / 電流 / 電圧曲線 / リチウムメトキシド / カールフィシャー法 / 自己プロトリシス定数 / 第2ウイーン効果 / ツェナー効果 / 有機弱電解質の解離 / メタノールのイオン化 / ツエナー効果 / 4級アミノ基 / スルホン酸基 / バイアス

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、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。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、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ことを明らかにした。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。我々はすでにバイポーラ膜において水解離のメカニズムを論じると共に弱酸のみならずアルコール系でも水の解離が起こることを報告してきた。そこでアルコール溶媒系でもカチオンとアニオンへの解離がどのように生じるかを詳細に検討するために、メタノール、エタノール、1-プロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコールを溶媒として、電解質としてLiClを用いて電流/電圧測定を行うと共にカールフィッシャー法による生成物の含水量分析と塩酸及び水酸化ナトリウム水溶液による滴定に基づくリチウムメトキシドと水酸化リチウムの電流効率を求めた。電流/電圧曲線はいずれのアルコールにおいても水と同様の傾向を示した。リチウムメトキシドの電流効率は時間と共に増加し水酸化リチウムの電流効率は減少することが明らかとなった。これより、メタノール系においてもバイポーラ膜の界面でも解離が生じていることが確認できた。また溶液中の不純物としての水がメタノールの解離の原因ではないことが明らかとなった。さらに溶媒の比誘電率が大きいほど自己プロトリシス定数が小さいほど解離が起こり易いと考えられる。