塩分濃度差発電実現のための浸透膜に発生する濃度分極・ファウリングの低減方法の開発

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現状の浸透膜モジュールでは，浸透膜が本来持っている浸透性能の1/3程度しか発揮されていない．本研究では，透水性能を低減させる大きな要因である塩分濃度分極とファウリングをコンピュータ上で再現できる計算モデルを開発し，それを用いて浸透量低下のメカニズムとその特性を解明し，本来の膜性能を発揮する方法とその性能を持続する方法の開発を行うことを目指す．2022年度は，濃度分極やファウリング解消法を検討するにあたって，まずこれらの現象をコンピュータ上でシミュレーションを行うことができるモデル・プログラムの開発を行った．浸透膜（平膜）での正浸透をモデル化したシミュレーションプログラムを開発し，塩水側の膜表面におけるイオン濃度分布および水の浸透量について検討した．その結果，塩水の流入速度が大きい場合，濃度分極層が薄くなるため浸透量が多くなることがわかった．また，浸透膜間の距離が小さいと塩水の流速が大きくなるため浸透量が多くなることがわかった．ただし，流入速度が大きい場合や膜間距離が小さい場合は圧力損失が大きくなるため，実際の運転では適切な流入速度と膜間距離が存在すると考えられる．水中および浸透膜表面近傍のファウラントの挙動を計算することができるシミュレーションプログラムを開発し，気泡を用いたファウリングの低減方法について検討した．キャビテーションによる気泡生成のシミュレーションによって，不純物を含む溶液で気泡が生成しやすいという傾向が見られた．また，疎水性のファウラントは水中では気泡表面に吸着しやすいが，膜表面からは除去しにくいことが分かった．