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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04629/
• 关键词: 膜分離; 正浸透膜（FO膜）; 駆動溶液（DS）; 水処理プロセス; 浸透圧発電; 起動溶液（DS）

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。

The development of the membrane separation method of the next generation type for ensuring water resources of the earth is under way. For membrane separation, it is necessary to increase the external pressure. For FO membrane method, it is necessary to increase the external pressure. For water treatment, it is necessary to reduce the external pressure. This study is aimed at the establishment of FO membrane method, the development of high permeability FO membrane, the development of stimulating phase separation high permeability dynamic solution (DS), and the demonstration of seawater desalination. The FO membrane method is used to establish a new technology for the determination of the concentration difference between seawater and river water. This paper discusses the systematization of FO membrane method. In 2022, the optimization of high water permeability FO membrane and stimulation response DS was carried out in the field of water treatment. 1. Development of new high water permeability FO membrane: development of organic FO membrane, development of organic FO membrane, development, development of organic FO membrane, development of organic FO membrane, development of organic FO membrane The results of FO performance evaluation and high quality evaluation were confirmed. The development of inorganic films is confirmed by the high resistance of heavy metals. This is the first time that we've had a chance to build a new one. 2. New stimulation DS creation: liquid DS development, upper critical solution temperature (UCST) type phase shift energy, liquid DS development Comparison of FO properties of thermal conductivity, DS development, DS coincidence, DS leakage, and molecular weight control 3. FO membrane transmission and DS regeneration including FS evaluation and FO membrane system demonstration: DS regeneration and FO membrane system demonstration

项目成果

Fundamental investigation on controlling factors of reverse solute flux of ethylene glycol oligomer in forward osmosis process

正渗透过程乙二醇低聚物反溶质通量控制因素的基础研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Atsushi Matsuoka;Masayuki Fukushima;Eiji Kamio;Tomohisa Yoshioka;Keizo Nakagawa;Hideto Matsuyama
• 通讯作者: Hideto Matsuyama

分岐型オリゴマーの分子量と親/疎水性が正浸透プロセスの溶質漏洩性に及ぼす影響

支化低聚物的分子量和亲水性/疏水性对正渗透过程中溶质渗漏的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 福島雅之;弓矢健一郎;稲田飛鳥;松岡淳;神尾英治;松山秀人
• 通讯作者: 松山秀人

n situ Nanoporous Structural Characterization of Asymmetric Hollow Fiber Membranes for Desalination using Raman Spectroscopy

使用拉曼光谱对海水淡化用非对称中空纤维膜进行原位纳米孔结构表征

• DOI: 10.1016/j.memsci.2021.119337
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Membrane Science
• 影响因子: 9.5
• 作者: T. Nakao;M. Akashi;M. Ishibashi;M. Yao;K. Nakagawa;T. Shintani;H. Matsuyama
• 通讯作者: H. Matsuyama

Graphene Nanopores and Nanochannels for Water Transport

用于水运输的石墨烯纳米孔和纳米通道

• DOI: 10.5360/membrane.47.68
• 发表时间: 2022
• 期刊: MEMBRANE
• 作者: K. Guan;W. Jin;H. Matsuyama
• 通讯作者: H. Matsuyama

Simulation of Thermoresponsive Draw Solute-Driven Forward Osmosis for Enhanced Pure Water Production in Seawater Desalination

海水淡化中用于增强纯水产量的热响应抽取溶质驱动正向渗透的模拟

• DOI: 10.1021/acs.iecr.1c01377
• 发表时间: 2021
• 期刊: Industrial & Engineering Chemistry Research
• 影响因子: 4.2
• 作者: M. Kishimoto;R.R. Gonzales;S. Goda;M. Yasukawa;A. Kumano;E. Kamio;K. Kumagai;H. Matsuyama
• 通讯作者: H. Matsuyama