革新的水処理および創エネルギー技術の構築を目指した次世代型正浸透膜法の体系化

下一代正渗透膜方法的系统化，旨在构建创新的水处理和能源创造技术

基本信息

批准号：
21H04629
负责人：
松山秀人
金额：
$ 26.71万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

地球的課題である水資源確保のために、次世代型の膜分離法である正浸透（FO）膜法の開発を行う。従来の膜分離は外部圧力付加が必要だが、FO膜法は浸透圧差による自発的な水透過を利用するため外部圧力付加が不要で、究極の省エネルギー水処理技術となる。本研究ではFO膜法の確立のため、水チャネル等による高透水性FO膜、刺激応答性相分離型高浸透圧駆動溶液（DS）の開発を行い、海水淡水化等での実証を目指す。また、FO膜法を用いた浸透圧発電（Pressure Retarded Osmosis; PRO）にも取り組み、海水と河川水など塩分濃度差を利用した創エネルギー技術として確立を図る。このような検討により、応用までを含めたFO膜法の体系化を図る。2022年度は、チャネル構造に着目した高透水性FO膜と刺激応答性DSの最適化およびそれらを用いた水処理プロセスのラボ実証を行った。１．新規高透水性FO膜の開発：チャネル型FO膜の開発ではナノシート材料によるチャネル膜を検討し、修飾グラフェンナノシート膜の選択水透過性を明らかにした。イオンビーム飛跡グラフト重合法によるチャネル膜では、FO性能評価の結果、高いイオンバリア性を確認した。無機ゼオライト膜の開発では種々の重金属に対する高い阻止性を確認した。これらチャネル膜開発を支援するためのMDシミュレーションモデル構築を行った。２．新規刺激応答性DSの創製：イオン液体によるDS開発では、上限臨界溶液温度（UCST）型相転移能を有するイオン液体DSを複数取得した。熱応答性ポリマーDS開発では、重合度の異なるポリマーDSのFO性能の比較から、透水性とDS漏れのトレードオフ解決に、分子量制御の重要性が明らかとなった。３．FO膜透過とDS再生を含む連続システムによるFS評価とFO膜システムの実証：DSを連続再生するFO連続システムを用いた淡水化ラボ実証試験を行った。

为了确保水资源（这是一个全球问题），我们将开发下一代膜分离方法，即阳性渗透（FO）膜方法。常规的膜分离需要外部压力施加，但是FO膜方法由于渗透压差而引起的自发水渗透，因此不需要外部压力，因此它是最终的节能水处理技术。在这项研究中，为了建立FO膜法，我们将使用水道等开发高度渗透性的FO膜，以及一种高渗透驱动的溶液（DS），该溶液（DS）是刺激性反应性相位的分离类型，并旨在在海水脱盐和其他区域中证明它。我们还使用FO膜法进行了渗透发电（协议），目的是将其确立为一种能源产生技术，利用盐度浓度（例如海水和河水）的差异。通过此类研究，我们将努力系统化膜法（包括应用）。在2022财年，我们对高度渗透的FO膜和刺激响应的DS进行了实验室演示，以通道结构以及使用它们进行水处理过程。 1。新型高度渗透的fo膜的开发：在开发FO膜的通道型，研究了由纳米片材料制成的通道膜，并阐明了改良石墨烯纳米片膜的选择性水渗透性。使用离子束轨道移植聚合方法的通道膜证实了由于FO性能评估而导致的高离子屏障特性。无机沸石膜的发展证实了针对各种重金属的高阻滞性能。我们已经构建了一个MD仿真模型，以支持这些通道膜的开发。 2。创建一种新型刺激反应性DS：在使用离子液体开发DS时，获得了具有上部临界溶液温度（UCST）型 - 型相变功能的多种离子液体DSS。在热响应聚合物DS的开发中，与聚合物不同程度的聚合物DS的FO性能比较揭示了分子量控制在解决水渗透率和DS泄漏之间的权衡方面的重要性。 3. FS评估和FO膜系统使用连续系统的演示，包括FO膜渗透和DS再生：使用FO连续系统进行连续再现DS的FO连续系统。