新規開発の無機イオン交換膜を活用した新しい水殺菌用イオン交換膜電気透析系の開発

使用新开发的无机离子交换膜开发用于水灭菌的新型离子交换膜电渗析系统

基本信息

批准号：
08255106
负责人：
佐藤利夫
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Shimane University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

1.緒言本研究は、疫学的安全性や放流域の生態系への影響が危惧されている塩素殺菌法に代る水の新殺菌法の確立を目指したものである。本電気透析殺菌法は、イオン交換膜電気透析において限界電流密度以上の高電流密度透析時に液膜界面で起こる水の解離現象(中性攪乱現象)により産生されるH^+およびOH^-イオンを活用し水中の細菌を殺菌する方法でありこのH^+・OH^-イオンは電場がかかっていない透析槽の外へでると、容易に中和反応を起こし水にもどるため、極めて安全な殺菌法である。本法の殺菌効果は市販の有機系イオン交換膜を使用した電気透析系において実証済であるが、有機系交換膜は電解質の分離・濃縮等を行う目的で作られているため、限界電流密度が高く中性攪乱現象が起きにくいように作られており、また中性攪乱現象により産生されるH^+およびOH^-イオンに対する耐食性も乏しい。本研究は、耐食性・耐久性に優れ、かつ限界電流密度が低く中性攪乱現象が起き易い無機イオン交換膜を開発し、これを活用した水殺菌専用の電気透析系の確立を目指すものである。2.成果現在までの成果として、ゾル-ゲル法の一つであるdip-coating法を利用した手法により無機陽・陰イオン交換膜の製膜法をほぼ確立した。試作した無機陽・陰イオン交換膜の限界電流密度はcoating回数により異なるが、対照とした有機系陽・陰イオン交換膜のそれぞれ1/2〜1/3であった。これは中性攪乱現象を低電流密度で効率良く起こすことが必要な本電気透析殺菌法に使用する交換膜としては非常に有利な膜と言える。殺菌効果の評価は、無機陰イオン交換膜の開発に時間がかかったため、無機陽イオンを用いた透析系の評価のみ行っている。10^7個/mlの濃度で大腸菌を浮遊させた試料水とし殺菌実験を行った結果、無機陽イオン交換膜を使用した透析系では、無機陽イオン膜の限界電流密度(0.96A/dm^2)の約1.1倍の電流密度条件(1.10A/dm^2)で透析すると、生菌率は0%となり完全殺菌できたが、有機陽イオン交換膜を使用した系では、実験において最も高電流密度である1.40A・dm^<-2>の条件で透析しても0.02%程度の生菌率であり、すなわち菌数とし10^3個/mlは残存しており、完全殺菌に至るような強い殺菌効果は得られなかった。この結果から、新規開発の無機膜は限界電流密度が低く、低電流密度で効率よく中性攪乱現象を起こし、本電気透析系に適する交換膜であることが証明された。今後は無機膜のみを使用した電気透析系の評価を行う予定である。

1。引言本研究旨在建立一种新的水灭菌方法代替氯灭菌方法，该方法因其流行病学安全和对盆地生态系统的影响而担心。这种电透析灭菌方法利用了由高电流密度和高于离子膜膜电溶解度的极限电流密度的液体膜界面上发生的分离现象（中性干扰现象）产生的H^+和OH^ - 离子。当H^+・-OH^ - 离子将透析箱留在没有电场并恢复水中时，它们很容易进行中和反应，从而使其成为一种非常安全的灭菌方法。该方法的灭菌作用已在电透析系统中使用市售有机离子交换膜证明，但是由于有机交换膜的设计目的是分离和集中电解质，因此它旨在具有高极限电流密度，因此中性干扰的可能性较小，并且受到了较差的腐蚀性，并且耐腐蚀性较差，而中性腐蚀性也不佳。这项研究旨在开发具有极好的耐腐蚀性和耐用性，低极限密度的无机离子交换膜，并且容易受到中性干扰，并建立了一个专门用于使用此的电溶解系统。 2。由于目前的结果，我们几乎使用了浸入涂层方法（一种sol-gel方法之一）建立了一种用于无机正电子和阴离子交换膜的膜形成方法。原型无机正电子和阴离子交换膜的极限电流密度取决于涂料的数量，但限制为1/2至1/3的有机正电子和阴离子交换膜，用作对照。这是一种非常有利的交换膜，用于电透析灭菌方法，它需要在低电流密度下有效的中性干扰。由于需要一些时间来开发无机阴离子交换膜，因此仅对使用无机阳离子的透析系统进行评估。我们使用样品水进行了一项灭菌实验，其中大肠杆菌的浓度为10^7片/ml。在使用无机阳离子交换膜的透析系统中，当在电流密度条件下进行透析（1.10 A/DM^2），约为无机阳离子交换膜的极限电流密度（0.96 A/DM^2）的1.1倍，可行的细菌速率为0％，可以完全固化。但是，在使用有机阳离子交换膜的系统中，即使在1.40 A/DM^<-2>的情况下进行透析，这是实验中最高的电流密度，可行的细菌速率约为0.02％，即剩余细菌的数量，并且无法获得强大的灭菌效应以降低静态化。这些结果证明，新开发的无机膜的电流密度低，并有效地在低电流密度下引起中性扰动，使其成为适用于该电透析系统的交换膜。将来，我们计划仅使用无机膜评估电透析系统。