生体膜機能に類似した新しい選択透過膜分離技術の開発

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本研究においては、生体膜に学んで新しい膜分離技術を実現するために、次の課題を行なった。1)有機非電解質の選択的な膜透過…有機非電解質は、これと特異的に反応する無機イオンを担持したイオン交換膜により、促進輸送される。そこで、糖はほう酸イオンと錯体を作ることからこれを利用し、陰イオン交換膜にほう酸イオンを担持させ、グルコースの透過実験を行なった。その結果、グルコースの促進輸送が確認され、流束はグルコース濃度に依存したが、濃度が高いときは膜内のほう酸イオンとの間の強い相互作用のために輸送速度に上限値が見られた。また、錯体の生成定数の高い糖は透過性が減少し、選択透過性が観測された。2)電子輸送膜システム…生体膜では一般的なイオン輸送と電子輸送のカップリングは、イオン交換膜と電子選択透過膜をシステム内に組み込む込むことにより、特殊なキャリヤーを用いることなく可能となる。この系において効率は最大でも30%程度であるが、反応を多段階にすることにより効率の向上が見らた。さらに、太陽光や高塩濃度海水エネルギーとして有効に利用された。3)疎水性膜による物質分離…有機非電解質を疎水性膜に高分配させて加圧下で透過濃縮させたり、無機イオンを選択的に透過させることができる。膜素材を変えてイオン選択透過性を測定すると、膜素材が疎水的になるほど選択性は高くなった。このイオン選択透過性は、加圧下においては親水性のイオンほど水流束とのカップリングのために透過性が高くなるが、圧力をかけず濃度匂配のみの移動のときはイオン選択透過性は逆転し、親水的なイオンほど透過しにくくなる。さらに、疎水性膜を活性炭と同様に用いることにより疎水性物質の連続的除去の可能性もあり、重金属についても疎水性のキレートとすることにより、加圧下で透過濃縮することができる。以上の手法についてその効率を高めるなら、新しい環境改善技術として有効であろう。