オペランド複素インピーダンス解析によるポリアミド系逆浸透膜の塩素劣化機構解明

使用操作复数阻抗分析阐明聚酰胺反渗透膜的氯劣化机理

• 批准号: 22H01847
• 负责人: 田中 厚志
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Shinshu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01847/
• 关键词: 逆浸透膜; 芳香族ポリアミド重合膜; 塩素耐性; 電気化学インピーダンス分光法; 陽電子消滅寿命測定法; reverse osmosis membrane; polyamide membrane; impedance spectroscopy; chlorine exposure; membrane degradation; ポリアミド膜; イオン流束

本研究の目的に従い、芳香族ポリアミド系の逆浸透膜（以下RO膜）をNaClO水溶液で浸漬処理を行い、その処理前後で膜の電気化学インピーダンスペクトル（以下ＥＩＳ）を測定した。本実験で用いたRO膜は、日東電工社製の海水淡水化用のＲＯ膜SWC-5である。Jones-type cellを基本とし、クロスフローの透水状態で測定可能なように自作した測定セルを用いた。対向する測定電極（2端子法）は、低周波領域まで測定が可能になるように白金電極に白金黒めっき処理を行った。これにより、RO膜の活性層のスペクトルを支持層部分と分離し、解析可能とした。測定スペクトルをMaxwell-Wagnerモデルに基づく等価回路でFiting解析し、活性層部分の膜抵抗（Ｒｍ）を求めた。浸漬前のPristine膜に比べ、NaClO、200ppm 24時間浸漬のRmは1割程度減少することを確認した。しかし、浸漬後に透水を継続することでRm が回復する傾向がみられ、実施した浸漬条件の範囲では、NaClOのみでは、不可逆的な膜抵抗の減少はわずかであった。NaClOに続いてNaOH水溶液に浸漬し、膜の不可逆的な劣化を促進させた。NaOH、24時間浸漬を追加した結果、活性層のスペクトルはほぼ消失した。活性層の劣化が著しく進んだことを示唆する。陽電子消滅寿命測定法 (PALS)を用いて、塩素処理前後の細孔径を測定したところ、塩素処理により孔径の増大が見られた。FTIRやXPSの測定においても、アミド結合の切断による変化が見られた。膜性能の評価では、透水性の増大や塩阻止性の低下も見られた。以上より、PALSにより膜劣化を評価できることが分かった。以上の実験により、今回用いた市販のRO膜ではNaClO水溶液の浸漬により、劣化が進むが、それに続き、NaOH水溶液に浸漬することで、劣化が著しく進むことが確認できた。

Purpose this study の に 従 い, aromatic ポ リ ア ミ ド is の inverse penetration membrane (the RO membrane) を NaClO solution で dipping line を い 処 and そ の 処 Richard の electric 気 で membrane before and after chemical イ ン ピ ー ダ ン ス ペ ク ト ル (EIS) under を determination し た. This experiment used a で たRO membrane た and a <s:1> RO membrane SWC-5である made by Nitto Denko for <s:1> seawater and freshwater conversion. Jones -type cell を basic と し, ク ロ ス フ ロ ー の permeable state で determination may な よ う に made し た determination セ ル を with い た. Polices to す る determination electrode method (terminal 2) は, low frequency domain ま で determination が may に な る よ う に platinum electrode に platinum black め っ き 処 Richard を line っ た. The <s:1> active layer <e:1> of the RO membrane スペ スペ ト ト ト を を the supporting layer を partially と is separated た, and the analysis may と た た. Determination of ス ペ ク ト ル を Maxwell - Wagner モ デ ル に base づ く 価 circuits such as で Fiting parsing し の membrane resistance (Rm), active layer め を o た. Before impregnation, the <s:1> Pristine membrane に was less than that of べ, NaClO, and 200ppm for 24 hours, resulting in a reduction in the degree of <s:1> Rm <s:1> 1 cut する とを confirm た た. し か し, after dipping に permeable を 継 続 す る こ と で Rm が reply す る tendency が み ら れ, be し た impregnation conditions の van 囲 で は, NaClO の み で は and irreversible な の membrane resistance reducing は わ ず か で あ っ た. NaClOに続 に続 てNaOH aqueous solution に impregnation membrane <s:1> irreversible な deterioration を promotes させた. NaOH, 24 time impregnation を additional た た results, active layer <s:1> スペ ト た ほぼ ほぼ ほぼ ほぼ disappears <s:1> た. The active layer deteriorates が and く enter んだ とを とを to indicate する. Positron destroy life assay (' PALS) を い て, salt element 処 の fine aperture を measurement before and after し た と こ ろ, salt element 処 に よ り aperture の raised large が see ら れ た. The FTIRやXPS <s:1> determination of にお て て <s:1>, ア ド ド combined with <s:1> cutting による variation が is shown in られた. Membrane performance <s:1> evaluation 価で 価で, increased water permeability <s:1> や, low salt resistance <s:1> is found in られた. The above よ よ, PALSによ membrane deterioration を evaluation 価で る る とが とが score った. Above の be 験 に よ り, this reuse い た city vendor の RO membrane で は NaClO solution の dipping に よ り, degradation が into む が, そ れ に 続 き, NaOH aqueous solution に dipping す る こ と で, degradation が し く into む こ と が confirm で き た.