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Characterization of active layer of reverse osmosis membrane by electrochemical impedance spectroscopy in quasi-filtration conditions

Research Project

Project/Area Number 18K04809
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
Research InstitutionShinshu University

Principal Investigator

Tanaka Atsushi  信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (30417878)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 手嶋 勝弥  信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (00402131)
竹内 健司  信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (20504658)
巽 広輔  信州大学, 学術研究院理学系, 教授 (60336609)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords逆浸透膜 / 活性層 / 電気化学インピーダンス法 / イオン伝導 / Maxwell-Wagner Model / 透水状態 / 膜劣化 / インピーダンススぺくトロスコピー / イオン流束 / 膜抵抗 / インピーダンススペクトロスコピー / 誘電緩和 / 非平衡状態 / 透水能 / 電解液 / 分離膜 / 膜構造 / イオン伝導率 / 濃度分極 / インピーダンス測定 / イオン分離機能 / オペランド測定 / イオン拡散
Outline of Final Research Achievements

The complex impedance spectrum of a free-standing reverse osmosis (RO) membrane with a polyamide active layer was measured and analyzed. In the case of RO membranes immersed in a 10 mmol / L KCl electrolyte, the active layer spectrum was observed below 2 kHz. According to the Maxwell-Wagner model, the measurement data was fitted and the resistance and capacitance of each layer were estimated using an equivalent circuit model. In the cross-flow filtration state, divalent electrolyte, MgCl2 was injected into the permeation side prior to the impedance measurement. This is because the low ion concentrations of support/no-woven layer makes it difficult to measure the active layer spectrum. This method was very effective in measuring the spectrum of the active layer without affecting the ionic conduction of the active layer. Using this method, we succeeded in quantifying the decrease in the resistance of the active layer by measuring the deteriorated RO membrane exposed to chloride ions.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

浸漬状態および準透水状態で活性層/支持層/不織布の積層状態で複素インピーダンスを測定し、活性層のスペクトルを分離・解析が可能となった。透水稼働状態におけるマクロな活性層のイオン選択透過性とインピーダンス測定による活性層のイオン伝導の定量評価を同一の評価系で同時に結び付ける評価が可能となったことは、RO膜の特性をメゾスコピックに解析、理解することにつながり、学術的に大きな意義がある。芳香族ポリアミドRO膜の塩素イオン暴露の前後でのスペクトル変化も確認できた。アミド結合の損傷の初期過程や耐塩素性を有する膜の設計開発などにも寄与する先進的膜評価手法として工学的にも意義がある。

Report

(4 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Presentation] 逆浸透膜複素インピーダンススペクトルのダイナミック特性測定とその解析2020

    • Author(s)
      田中厚志,巽広輔,手嶋勝弥
    • Organizer
      日本膜学会第42年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 複素インピーダンス測定による逆浸透膜活性層中のイオン拡散挙動の直接観察とその解析2020

    • Author(s)
      田中厚志,巽広輔,手嶋勝弥
    • Organizer
      膜シンポジウム 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 電解液/逆浸透膜複素インピーダンス測定による膜中のイオン濃度変化の解析2019

    • Author(s)
      田中厚志、巽広輔、手嶋勝弥
    • Organizer
      第68回高分子討論会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Analysis of local ion concentration near membrane by dynamic complex impedance measurement in electrolyte / reverse osmosis membrane system2019

    • Author(s)
      Atsushi Tanaka, Hirosuke Tatsumi, Katsuya Teshima
    • Organizer
      Materials Research Meeting 2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] KCl電解液を用いた誘電緩和現象測定による逆浸透膜中のイオン挙動解析2019

    • Author(s)
      田中厚志、巽 広輔、木村 睦
    • Organizer
      日本化学会 第99春季年会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] インピーダンス測定による逆浸透膜活性層の誘電緩和現象のイオン種依存2018

    • Author(s)
      田中厚志、木村 睦、巽 広輔
    • Organizer
      日本膜学会 第40年会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 電解液に浸漬したポリアミド系逆浸透膜の複素インピーダンス測定による膜構造の解析2018

    • Author(s)
      田中厚志、巽 広輔、木村 睦
    • Organizer
      第67回 高分子討論会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] フィルタ膜のインピーダンス測定方法および装置2021

    • Inventor(s)
      田中厚志、手嶋勝弥
    • Industrial Property Rights Holder
      田中厚志、手嶋勝弥
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2021-007395
    • Filing Date
      2021
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] フィルタ膜の透水性評価方法および装置2019

    • Inventor(s)
      田中厚志、木村睦
    • Industrial Property Rights Holder
      田中厚志、木村睦
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2019-132349
    • Filing Date
      2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report

URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2022-01-27  

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