Development of pressure retarded osmosis system using a novel ionic- barrier charged-membrane

• Project/Area Number: 22360411
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Energy engineering
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: HIGA Mitsuru 山口大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (30241251)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): ENDOU Nobutaka 山口大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (40314819)
• Project Period (FY): 2010 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000); Fiscal Year 2012: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2011: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2010: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
• Keywords: 浸透圧発電 / 正浸透 / イオンバリアー膜 / 積層荷電膜 / イオンバリヤー膜 / 内部濃度分極 / ポリビニルアルコール / イオンバリヤー荷電膜

Research Abstract

A forward osmosis (FO) membrane with high ionic barrier properties and high water permeability is needed for commercial pressure retarded osmosis (PRO) power plants that use the FO phenomenon caused by the osmotic difference between salty water and fresh water. A novel ionic-barrier (IB) charged-membrane was developed which has high FO performance. An FO/PRO performance evaluation system for a flat-sheet membrane was developed. The prepared IB charged membrane has higher ionic barrier properties and higher water permselectivity than commercial FO membranes with no charged groups because of the fixed-charged groups of the IB charged membrane. Hence, a PRO system using the IB charged membrane will have high performance for PRO power generation.

Research Products

• [Journal Article] Charge mosaic membranes with semi-interpenetrating network structures prepared from a polymer blend of poly(vinyl alcohol) and polyelectrolytes (2013)
  • Author(s): Mitsuru Higa, Mayumi Kobayashi, Yuriko Kakihana, Atsushi Jikihara, Naoki Fujiwara
  • Journal Title: Journal of Membrane Science Volume: 428 Pages: 267-274
  • DOI: 10.1016/j.memsci.2012.10.034
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrodialytic Transport Properties of Anion-Exchange Membranes Prepared from Poly(vinyl alcohol) and Poly(vinyl alcohol-co-methacryloyl aminopropyl trimethyl ammonium chloride) (2013)
  • Author(s): Atsushi Jikihara, Reina Ohashi, Yuriko Kakihana, Mitsuru Higa, Kenichi Kobayashi
  • Journal Title: Membranes Volume: 3 Issue: 1 Pages: 1-15
  • DOI: 10.3390/membranes3010001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] FO 膜を用いた水処理技術 (2012)
  • Author(s): 比嘉 充
  • Journal Title: 膜 Volume: 37(5) Pages: 224-229
  • NAID: 10031123517
• [Journal Article] Characterization of cation-exchange membranes prepared from poly(vinyl alcohol) and poly(vinyl alcohol-b-styrene sulfonic acid) (2012)
  • Author(s): Mitsuru Higa, Megumi Nishimura, Kota Kinoshita, Atsushi Jikihara
  • Journal Title: International Journal of Hydrogen Energy Volume: 37 Issue: 7 Pages: 6292-6301
  • DOI: 10.1016/j.ijhydene.2011.10.012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 逆電気透析の原理と技術開発動向 (2012)
  • Author(s): 比嘉 充, 藤井 将矢, 岡川 直紀
  • Journal Title: 日本海水学会誌 Volume: 66 Pages: 242-247
  • NAID: 10030881302
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] FO膜を用いた水処理技術 (2012)
  • Author(s): 比嘉 充
  • Journal Title: 膜 Volume: 37(5) Pages: 224-229
  • NAID: 10031123517
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] クリーンエネルギー創出のための浸透圧発電と膜技術 (2011)
  • Author(s): 谷岡明彦
  • Journal Title: 月刊コンバーテック Volume: 4 Pages: 78-81
• [Journal Article] Characterization of hydrophilic hollow fiber membranes prepared from poly(vinylalcohol) (2010)
  • Author(s): Mitsuru Higa
  • Journal Title: Desalination and Water Treatment Volume: 17 Pages: 199-203
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 種々の FS 濃度における浸透圧発電システムの最適運転条件の検討 (2013)
  • Author(s): 渋谷真史、泉川慎介、重藤大輔、比嘉充
  • Organizer: 化学工学会第78年会
  • Place of Presentation: 大阪大学(豊中市)
  • Year and Date: 2013-03-19
• [Presentation] 海水を駆動溶液としたフォワード・オスモシス排水処理システム(II):システム性能と運転条件との関係 (2013)
  • Author(s): 遠藤宣隆、重藤大輔、渋谷真史、泉川慎介、比嘉充
  • Organizer: 化学工学会第78年会
  • Place of Presentation: 大阪大学(豊中市)
  • Year and Date: 2013-03-19
• [Presentation] 濃度差発電の原理と技術開発動向 (2013)
  • Author(s): 比嘉充
  • Organizer: JDA Forum2013 (InterAqua 2013)
  • Place of Presentation: 東京ビックサイト(江東区)
  • Year and Date: 2013-01-31
• [Presentation] 海水を駆動溶液としたフォワード・オスモシス排水処理システム(II)：システム性能と運転条件との関係 (2013)
  • Author(s): 遠藤宣隆、重藤大輔、渋谷真史、泉川慎介、比嘉充
  • Organizer: 化学工学会第78年会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス（大阪）
• [Presentation] 種々の FS 濃度における浸透圧発電システムの最適運転条件の検討 (2013)
  • Author(s): 渋谷真史、泉川慎介、重藤大輔、比嘉 充
  • Organizer: 化学工学会第78年会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス（大阪）
• [Presentation] 三酢酸セルロース系正浸透膜を用いた海水・河川水からのエネルギー回収 (2012)
  • Author(s): 渋谷真史、泉川慎介、重藤大輔、比嘉充
  • Organizer: 第50回高分子と水に関する討論会
  • Place of Presentation: 東京工業大学 (目黒区)
  • Year and Date: 2012-12-07
• [Presentation] Poly(vinyl alcohol) based ion-exchange membranes for RED applications (2012)
  • Author(s): Mitsuru Higa
  • Organizer: The 5th International Desalination Workshop
  • Place of Presentation: 済州島(韓国)
  • Year and Date: 2012-10-29
• [Presentation] 正浸透法を用いた淡水化プロセスの前処理における高駆動溶液の検討 (2012)
  • Author(s): 渋谷真史、泉川慎介、重藤大輔、比嘉充
  • Organizer: ナノファイバー学会第3回年次大会
  • Place of Presentation: 東北大学金属材料研究所(仙台市)
  • Year and Date: 2012-10-12
• [Presentation] Forwared Osmosis 膜を用いた圧力駆動モードにおける輸送係数の評価と膜構造による影響の検討 (2012)
  • Author(s): 照屋悠、渋谷真史、比嘉充
  • Organizer: ナノファイバー学会第3回年次大会
  • Place of Presentation: 東北大学金属材料研究所(仙台市)
  • Year and Date: 2012-10-12
• [Presentation] Evaluation of optimal PRO test conditions for flat sheet membranes under various DS concentrations (2012)
  • Author(s): Masafumi Shibuya,Daisuke Shigefuji,Mitsuru Higa
  • Organizer: EURO membrane2012
  • Place of Presentation: London, England
  • Year and Date: 2012-09-25
• [Presentation] Performance of forward osmosis hollow fiber membrane modules for pressure retarded osmosis (2012)
  • Author(s): Daisuke Shigefuji,Masafumi Shibuya,Nobutaka Endo, Mitsuru Higa
  • Organizer: EURO membrane2012
  • Place of Presentation: London, England
  • Year and Date: 2012-09-25
• [Presentation] Evaluation of the water permeability and salt permeability through forward osmosis membranes in osmotically driven mode (2012)
  • Author(s): Hayato Toyama, Daisuke Shigefuji, Kouta Kinoshita, Mitsuru Higa
  • Organizer: EURO membrane2012
  • Place of Presentation: London, England
  • Year and Date: 2012-09-25
• [Presentation] 様々なDS濃度における浸透圧発電システムでの発電特性評価 (2012)
  • Author(s): 渋谷真史、重藤大輔、遠藤宣隆、比嘉充
  • Organizer: 第49回化学関連支部合同九州大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場(北九州市)
  • Year and Date: 2012-06-30
• [Presentation] 正浸透膜における水透過係数及び塩透過係数の測定法と評価法の検討 (2012)
  • Author(s): 照屋悠、比嘉充
  • Organizer: 第49回化学関連支部合同九州大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場(北九州市)
  • Year and Date: 2012-06-30
• [Presentation] 浸透圧発電システムにおける正浸透用膜および膜モジュールの膜特性評価 (2012)
  • Author(s): 渋谷真史、重藤大輔、遠藤宣隆、比嘉充
  • Organizer: 日本海水学会第63年会
  • Place of Presentation: 日本大学(習志野市)
  • Year and Date: 2012-06-07
• [Presentation] Pressure Retarded Osmosis 用平膜評価システムにおける正浸透膜の性能評価 (2012)
  • Author(s): 渋谷真史、重藤大輔、遠藤宣隆、比嘉充
  • Organizer: 日本膜学会第34年会
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-05-08
• [Presentation] 正浸透膜の水透過係数及び塩透過係数の算出と膜構造の影響 (2012)
  • Author(s): 照屋悠、比嘉充
  • Organizer: 日本膜学会第34年会
  • Place of Presentation: 早稲田大学(新宿区)
  • Year and Date: 2012-05-08
• [Presentation] 浸透圧駆動における正浸透膜の拡散電位評価とその水透過性、溶質透過性との関係 (2012)
  • Author(s): 遠山隼人、重藤大輔、木下弘太、比嘉充
  • Organizer: 浸透圧駆動における正浸透膜の拡散電位評価とその水透過性、溶質透過性との関係
  • Place of Presentation: 早稲田大学(新宿区)
  • Year and Date: 2012-05-08
• [Presentation] FO 膜を用いた水処理技術 (2012)
  • Author(s): 比嘉充
  • Organizer: 日本膜学会第34年会
  • Place of Presentation: 早稲田大学(新宿区)
  • Year and Date: 2012-05-08
• [Presentation] 正浸透膜モジュール評価装置の作製と浸透圧発電モードにおける特性評価 (2012)
  • Author(s): 重藤大輔、渋谷真史、遠藤宣隆、比嘉充、斉藤敬一郎、谷岡明彦
  • Organizer: 化学工学会第77年会
  • Place of Presentation: 工学院大学、東京都新宿区
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] 正浸透用中空糸膜モジュールにおける浸透圧発電モードでの膜特性と運転条件との関係(I) (2012)
  • Author(s): 重藤大輔、渋谷真史、遠藤宣隆、比嘉充
  • Organizer: 化学工学会第77年会
  • Place of Presentation: 工学院大学、東京都新宿区
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] 正浸透膜を用いた浸透圧発電システムの発電特性評価 (2012)
  • Author(s): 渋谷真史、重藤大輔、遠藤宣隆、比嘉充
  • Organizer: 第14回化学工学会学生発表会
  • Place of Presentation: 宇部工業高等専門学校、山口県宇部市
  • Year and Date: 2012-02-03
• [Presentation] 正浸透法を用いた淡水化プロセスの前処理における膜特性評価 (2012)
  • Author(s): 渋谷真史、泉川慎介、重藤大輔、比嘉充
  • Organizer: 膜シンポジウム2012
  • Place of Presentation: 神戸大学(神戸市)
• [Presentation] Masafumi Shibuya,Daisuke Shigefuji,Mitsuru Higa (2012)
  • Author(s): Evaluation of power generation with a PRO test cell for flat sheet membranes
  • Organizer: AMS7
  • Place of Presentation: Busan, Korea
• [Presentation] Estimation of water permeability coefficient and salt permeability coefficient through forward osmosis membranes (2012)
  • Author(s): Yu Teruya, Mitsuru Higa
  • Organizer: AMS7
  • Place of Presentation: Busan, Korea
• [Presentation] 様々な正浸透膜モジュールを用いた浸透圧発電モードにおける発電特性評価 (2012)
  • Author(s): 重藤大輔、渋谷真史、遠藤宣隆、比嘉充
  • Organizer: 分離技術会年会2012
  • Place of Presentation: 関西大学 (吹田市)
• [Presentation] 正浸透膜の構造因子 S 値と水透過性、溶質透過性の評価 (2012)
  • Author(s): 遠山隼人、比嘉充
  • Organizer: 分離技術会年会2012
  • Place of Presentation: 関西大学 (吹田市)
• [Presentation] 浸透圧駆動における正浸透膜の拡散電位評価とその水透過性、溶質透過性との関係 (2012)
  • Author(s): 遠山隼人、重藤大輔、木下弘太、比嘉充
  • Organizer: 日本膜学会第34年会
  • Place of Presentation: 早稲田大学西早稲田キャンパス(東京)
• [Presentation] Pressure Retarded Osmosis 用平膜評価 システムにおける正浸透の性能用平膜評価 (2012)
  • Author(s): 渋谷真史、重藤大輔、遠藤宣隆、比嘉 充
  • Organizer: 日本膜学会第34年会
  • Place of Presentation: 早稲田大学西早稲田キャンパス(東京)
• [Presentation] 正浸透膜の水透過係数及び塩透過係数の算出と膜構造の影響 (2012)
  • Author(s): 照屋悠、比嘉充
  • Organizer: 日本膜学会第34年会
  • Place of Presentation: 早稲田大学西早稲田キャンパス(東京)
• [Presentation] FO膜を用いた水処理技術 (2012)
  • Author(s): 比嘉充
  • Organizer: 日本膜学会第34年会
  • Place of Presentation: 早稲田大学西早稲田キャンパス(東京)
  • Invited
• [Presentation] 正浸透膜の構造因子S値と水透過性、溶質透過性の評価 (2012)
  • Author(s): 遠山隼人、比嘉充
  • Organizer: 分離技術会 年会2012
  • Place of Presentation: 関西大学千里山キャンパス(大阪)
• [Presentation] 様々な正浸透膜モジュールを用いた浸透圧発電モードにおける発電特性評価 (2012)
  • Author(s): 重藤大輔、渋谷真史、遠藤宣隆、比嘉充
  • Organizer: 分離技術会 年会2012
  • Place of Presentation: 関西大学千里山キャンパス(大阪)
• [Presentation] 浸透圧発電システムにおける正浸透用膜およひ膜モジュールの膜特性評価 (2012)
  • Author(s): 渋谷真史、重藤大輔、遠藤宣隆、比嘉充
  • Organizer: 日本海水学会第63年会
  • Place of Presentation: 日本大学(千葉)
• [Presentation] Evaluation of power generation with a PRO test cell for flat sheet membranes (2012)
  • Author(s): Masafumi Shibuya, Daisuke Shigefuji, Nobutaka Endo, Mitsuru Higa
  • Organizer: The Seventh Conference of Aseanian Membrane Society(AMS7)
  • Place of Presentation: Haeundae Grand Hotel(韓国、ソウル)
• [Presentation] Estimation of water permeability coefficient and salt permeability coefficient through forward osmosis membranes (2012)
  • Author(s): Yu Teruya, Mitsuru Higa
  • Organizer: The Seventh Conference of Aseanian Membrane Society(AMS7)
  • Place of Presentation: Haeundae Grand Hotel(韓国、ソウル)
• [Presentation] Evaluation of the water permeability and salt permeability through forward osmosis membranes in osmotically driven mode (2012)
  • Author(s): H. Toyama, D. Shigefuji, K. Kinoshita, and M. Higa
  • Organizer: EURO membrane 2012
  • Place of Presentation: Queen Elizabeth II Conference Centre（イギリス、ロンドン）
• [Presentation] Evaluation of optimal PRO test conditions for flat sheet membranes under various DS concentrations (2012)
  • Author(s): M. Shibuya, D. Shigefuji and M. Higa
  • Organizer: EURO membrane 2012
  • Place of Presentation: Queen Elizabeth II Conference Centre（イギリス、ロンドン）
• [Presentation] Performance of forward osmosis hollow fiber membrane modules for pressure retarded osmosis (2012)
  • Author(s): D. Shigefuji, M. Shibuya, N. Endo, M. Higa
  • Organizer: EURO membrane 2012
  • Place of Presentation: Queen Elizabeth II Conference Centre（イギリス、ロンドン）
• [Presentation] 浸透圧発 電用平膜評価装置における膜特性評価:印加圧力および DS 濃度と水流束との関係 (2011)
  • Author(s): 渋谷真史、重藤大輔、比嘉充
  • Organizer: 膜シンポジウム 201
  • Place of Presentation: 健康文化村 カルチャーリゾートフェストー(宜野湾市)
  • Year and Date: 2011-11-18
• [Presentation] 正浸透中空糸膜モジュールにおける浸透圧発電特性の評価(I) (2011)
  • Author(s): 重藤大輔、渋谷真史、遠藤宣隆、比嘉充、斉藤敬一郎、谷岡明彦
  • Organizer: 膜シンポジウム2011
  • Place of Presentation: 健康文化材カルチャーリゾートフェストーネ、沖縄県宜野湾市
  • Year and Date: 2011-11-18
• [Presentation] 浸透圧発電用平膜評価装置における膜特性評価:印加圧力およびDS濃度と水流束との関係 (2011)
  • Author(s): 渋谷真史、重藤大輔、比嘉充
  • Organizer: 膜シンポジウム2011
  • Place of Presentation: 健康文化材カルチャーリゾートフェストーネ、沖縄県宜野湾市
  • Year and Date: 2011-11-18
• [Presentation] 浸透圧発電用平膜評価装置における膜特性評価:印加圧力およびDS濃度と水流束との関係 (2011)
  • Author(s): 渋谷真史、重藤大輔、比嘉充
  • Organizer: 第26回中国四国地区高分子若手研究会
  • Place of Presentation: KKRホテル広島、広島県広島市
  • Year and Date: 2011-10-11
• [Presentation] PVA系イオン交換膜の構造と浸透水量との関係 (2011)
  • Author(s): 重藤大輔、木下弘太、比嘉充
  • Organizer: 日本海水学会第62年会研究技術発表会
  • Place of Presentation: 赤穂市文化会館、兵庫県赤穂市
  • Year and Date: 2011-06-09
• [Presentation] 様々なDS濃度における浸透圧発電システムでの発電特性評価
  • Author(s): 渋谷真史・重藤大輔 ・比嘉充
  • Organizer: 第49回化学関連支部合同九州大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場(福岡)
• [Presentation] 正浸透膜における水透過係数及び塩透過係数の測定法と評価法の検討
  • Author(s): 照屋悠・比嘉充
  • Organizer: 第49回化学関連支部合同九州大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場(福岡)
• [Presentation] 正浸透法を用いた淡水化プロセスの前処理における高駆動溶液の検討
  • Author(s): 渋谷真史、泉川慎介、重藤大輔、比嘉充
  • Organizer: ナノファイバー学会第3回年次大会
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城）
• [Presentation] 浸透圧発電における中空糸膜モジュールおよび、正浸透用膜の発電特性評価
  • Author(s): 渋谷真史、泉川慎介、重藤大輔、比嘉充
  • Organizer: ナノファイバー学会第3回年次大会
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城）
• [Presentation] Forwared Osmosis膜を用いた圧力駆動モードにおける輸送係数の評価と膜構造による影響の検討
  • Author(s): 照屋悠、渋谷真史、比嘉充
  • Organizer: ナノファイバー学会第3回年次大会
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城）
• [Presentation] Poly(vinyl alcohol) based ion-exchange membranes for RED applications
  • Author(s): Mitsuru Higa
  • Organizer: The 5th International Desalination Workshop
  • Place of Presentation: Ramada Plaza Jeju（韓国、済州島）
  • Invited
• [Presentation] 濃度差発電の原理と技術開発動向
  • Author(s): 比嘉充
  • Organizer: JDA Forum2013 (InterAqua 2013)
  • Place of Presentation: 東京ビックサイト(東京)
  • Invited
• [Book] フォワードオスモシス(FO)を用いた水処理技術の現状と課題、水処理膜の製膜技術と材料評価 (2012)
  • Author(s): 比嘉 充
  • Publisher: サイエンス&テクノロジー
• [Book] 次世代ナノ構造水処理膜、ナノファイバー実用化技術と用途展開の最前線 (2012)
  • Author(s): 比嘉 充
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Book] 「水処理膜の製膜技術と材料評価」、「フォワードオスモシス(FO)を用いた水処理技術の現状と課題」 (2012)
  • Author(s): 比嘉 充
  • Total Pages: 10
  • Publisher: サイエンス＆テクノロジー
• [Book] 「ナノファイバー実用化技術と用途展開の最前線」、「次世代ナノ構造水処理膜」 (2012)
  • Author(s): 比嘉 充
  • Total Pages: 8
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Remarks]
  • URL: http://piano.chem.yamaguchi-u.ac.jp/
• [Remarks]
  • URL: http://piano.chem.yamaguchi-u.ac.jp/index.html