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

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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。