無機ナノフィルトレーション膜の開発と有機溶媒中の溶質分離への応用

ゾル-ゲル法により逆浸透膜と限外濾過膜の中間の分画分子量を有する無機ナノ濾過膜(分画分子量200〜1000)を開発し,無機材料の耐溶剤性を生かした有機溶媒中の低・中分子量物質のナノ濾過分離を行うことを研究目的とする。まず,シリカ-ジルコニアコロイドゾルの調整条件の検討を行い,5〜100nmの範囲で粒径のそろったゾルの調整方法を確立した。多孔質α-アルミナ管(孔径1μm)を支持管とし,種々の粒径のコロイドゾルを段階的にホットコーティングし,乾燥・焼成することで分離機能性を有するセラミック薄膜の製膜を行なった。溶媒として種々の分子サイズのアルコール(メタノール,エタノール,プロパノール,ブタノール)を選定し,種々の細孔径(1, 2, 3, 8, 70nm)のシリカ-ジルコニア膜の溶媒単成分の透過実験を20〜60℃の範囲で行った。細孔径70nmの膜の透過流速は,粘度の逆数に対して直線となる粘性流れを示したのに対して,1〜8nmの膜は直線とはならず,粘性流れに従わないことを明らかとした。また,溶媒分子径が大きなほど,細孔径が小さくなるなど,溶媒透過の活性化エネルギーは増加したが,これは細孔との相互作用(分子ふるい性,吸着など)に依存していると考えられる。低・中分子量物質のモデル溶質として,分子量200〜2000のポリエチレングリコールを用い,メタノール溶媒中での透過実験を行った。細孔径1, 2, 3nmの膜の分画分子量は300, 600, 1000であり,有機溶媒ナノ濾過膜の開発に成功した。また,2nmの膜を用い,エタノールおよびメタノール中での溶質阻止性を検討した結果,大きくは阻止率は変わらないものの,溶媒種に依存していることが示唆された。

ゾル-ゲル法により逆浸透膜と限外濾過膜の中間の分画分子量を有する無機ナノ濾過膜(分画分子量200〜1000)を開発し,無機材料の耐溶剤性を生かした有機溶媒中の低・中分子量物質のナノ濾過分離を行うことを研究目的とする。まず,シリカ-ジルコニアコロイドゾルの調整条件の検討を行い,5〜100nmの範囲で粒径のそろったゾルの調整方法を確立した。多孔質α-アルミナ管(孔径1μm)を支持管とし,種々の粒径のコロイドゾルを段階的にホットコーティングし,乾燥・焼成することで分離機能性を有するセラミック薄膜の製膜を行なった。溶媒として種々の分子サイズのアルコール(メタノール,エタノール,プロパノール,ブタノール)を選定し,種々の細孔径(1, 2, 3, 8, 70nm)のシリカ-ジルコニア膜の溶媒単成分の透過実験を20〜60℃の範囲で行った。細孔径70nmの膜の透過流速は,粘度の逆数に対して直線となる粘性流れを示したのに対して,1〜8nmの膜は直線とはならず,粘性流れに従わないことを明らかとした。また,溶媒分子径が大きなほど,細孔径が小さくなるなど,溶媒透過の活性化エネルギーは増加したが,これは細孔との相互作用(分子ふるい性,吸着など)に依存していると考えられる。低・中分子量物質のモデル溶質として,分子量200〜2000のポリエチレングリコールを用い,メタノール溶媒中での透過実験を行った。細孔径1, 2, 3nmの膜の分画分子量は300, 600, 1000であり,有機溶媒ナノ濾過膜の開発に成功した。また,2nmの膜を用い,エタノールおよびメタノール中での溶質阻止性を検討した結果,大きくは阻止率は変わらないものの,溶媒種に依存していることが示唆された。