無機ナノフィルトレーション膜の開発と金属イオン分離濃縮への応用

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ナノフィルトレーション(NF)膜は,従来の逆浸透と限外濾過膜の中間の分画分子量(200〜2000)を有し,細孔径1nm程度の多孔性膜であると考えられている。ナノフィルトレーション膜のもう一つの特徴は,膜表面荷電による分離性が発現することである。すなわち,膜に荷電を持つNF膜は,イオンと膜との静電気的相互作用により,イオンを価数に応じて分離することができる。本研究では,耐熱性・耐薬品性に優れる無機材料によるナノフィルトレーション膜の開発を研究目的とする。テトラエトキシシラン,および,ジルコニウムテトラ-n-ブトキシドを原料アルコキシドとして用い,複合酸化物ゾルを調製し,多孔質アルミ管上にコーティングすることで多孔性シリカ-ジルコニア膜を作製した。湿り空気の透過による細孔測定法によって,作製した膜の細孔径は1nm程度以下であることが推定された。流動電位法により作製した膜のゼータ電位の測定を行い,シリカ-ジルコニア膜の等電点がpH3〜4であることを明らかにした。作製したシリカ-ジルコニア膜が負のゼータ電位を有すると考えれらるpH5で電解質単成分の透過実験を行い,2価アニオンを含む溶質である硫酸ナトリウムの阻止率は1価アニオン溶質である塩化ナトリウムよりも高いことを明らかにした。また,2価カチオンを含む硝酸ニッケルの阻止率は,1価カチオンの塩化ナトリウム阻止率よりも小さいことを明らかにした。電解質阻止率は,供給液濃度の上昇とともに低下し,操作圧力の増大とともに上昇した。硫酸ナトリウムの阻止率は,操作圧10bar,供給液濃度1〜10molm^<-3>で98%の阻止率を示し,市販の負荷電ナノフィルトレーション膜とほぼ同程度の阻止性を示した。一方,酸溶液としてHClの透過実験を行った結果,pH1〜3の範囲で阻止率はほぼゼロであり,酸溶液の高透過性が示された。