Theoretical assessment of the microscopic interactions as a key factor of the antifouling properties of membrane materials for water treatment

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水透過膜の研究開発において、透水性能の経時劣化（膜ファウリング）は解決すべき重要課題である。本研究は、分子動力学（MD）シミュレーションによって膜ファウリングの詳細メカニズムをミクロな視点から解析することを試みた。具体的な検討対象には、ポリ（アクリル酸2-メトキシエチル）（PMEA）やポリ（メタクリル酸2-ヒドロキシエチル）（PHEMA）などのアクリレート/メタクリレート系素材に加え、透析膜の親水化剤として利用されるポリビニルピロリドン（PVP）など、種々のポリマー素材を設定した。有機ファウラントのモデル物質には、直鎖構造や分岐構造を有する低分子量の有機化合物を適宜設定した。計算モデルの構築に際しては、素材オリゴマーと有機ファウラントを混合した直方体セルを構築し、等温・等圧条件下におけるMD計算を実施した。系が平衡状態に到達したことを確認した上で、等温・等積条件下におけるMD計算を実施した。これにより得られた計算データを解析し、系の分散・凝集状態と耐ファウリング性能の相関関係を検証した。その結果、PMEAの側鎖末端を構成するメトキシ基が、耐ファウリング性能の発現に強く関与していることを示唆した。さらにPVPの素材オリゴマーと有機ファウラントを混合したモデル系においても、PVPの良好な耐ファウリング性能を裏づける結果を得た。以上により、本研究で推進する耐ファウリング性能の解析手法が、広範なポリマー素材の系に適用できることを示した。