2016 Fiscal Year Annual Research Report
世界牽引型フォワードオスモシス膜の創製と究極的ゼロエネルギー水処理プロセスの構築
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15H02312
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
松山 秀人 神戸大学, 工学研究科, 教授 (50181798)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
都留 稔了 広島大学, 工学研究院, 教授 (20201642)
比嘉 充 山口大学, 創成科学研究科, 教授 (30241251)
吉岡 朋久 神戸大学, 科学技術イノベーション研究科, 教授 (50284162)
通阪 栄一 山口大学, 創成科学研究科, 准教授 (40363543)
鈴木 祐麻 山口大学, 創成科学研究科, 准教授 (00577489)
神尾 英治 神戸大学, 工学研究科, 助教 (30382237)
高橋 智輝 神戸大学, 工学研究科, 特命助教 (80535518)
佐伯 大輔 神戸大学, 工学研究科, 特命助教 (70633832)
三野 泰志 岡山大学, 自然科学研究科, 助教 (70709922)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 正浸透膜 / 生体機能模倣膜 / ウォーターチャネル / ロバスト膜 / ハイドロゲル膜 / 駆動溶液 / 光応答性分子 / 温度応答性分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1.1 ウォーターチャネルを有する生体機能模倣型FO膜の創製 新たなチャネル物質としてAmphotericin B (AmB)を導入した生体模倣型FO膜を作製した結果、特定のAmB導入量において高い透水性、塩阻止率を示した。
1.2 革新的ロバスト無機FO膜の創製 layered hybrid構造を有するbis(triethoxysilyl)ethane (BTESE) 膜を作製し，酸あるいはアルカリ処理の効果を検討した結果，酸処理が脱塩率の向上に有効であることを明らかとした。
1.3 荷電反発機能を有するミクロ相分離ハイドロゲルFO膜の創製 荷電基を有するPVA共重合体を用いて作製したFO-IB膜のイオンバリア性能について調査を行った。DSからFSへの塩の漏洩速度と膜電位に明確な相関関係が見られることを明らかとした。
1.4 計算機科学による高機能FO膜開発支援 構成するアミノ酸残基が異なる4種類の環状ペプチドナノチューブ構造における水の透過性を吸着拡散モデルにより評価した。疎水基を有するMba-8CPにおいて高透水性が観測された。FO透過シミュレーションセルを用いた透水性の直接評価に成功した。
2.1 光応答性分子を利用したDSの開発 メタクリロイル基が導入されたスピロピラン(SPMA)とmthoxy oligo(ethylene) glycol methacrylate (OEGMA)の共重合体(P(SPMA-co-OEGMA))を合成した。可視光照射により水溶液の透過率が減少したことより、光応答性DSの開発に成功した。
2.2 二酸化炭素と温度応答性を有する新規ポリアミン誘導体（PAs）DSの創製 種々の三級アミン末端を有するPAMAMデンドリマーを合成した。4つ又は6つのジエチルアミノプロピル基を有するデンドリマー水溶液において、LCST型温度相転移特性の発現に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新規FO膜の創製および新規DSの創製について詳細な検討を加え、これらの成果は下記のように、論文発表や学会発表を行った。このようにほぼ当初の計画通りの結果を得たと言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も引き続き、新規FO膜および新規DSの創製について検討を行う。具体的な内容を以下に記す。生体機能模倣型FO膜の創製に関しては、更なる膜性能の向上を目指し、ストップトフロー法による実験的手法やMDシミュレーションによる計算科学的手法によりウォーターチャネル物質の物質透過性に関する検討を行う。また、引き続き支持体や膜組成の最適化による安定性向上に関する検討を行う。無機FO膜の創製に関しては、これまでに最適化したBTESE膜を用いて，2017年度に作製したFO測定装置を用いて，各種条件でのFO特性の評価を行う。さらに，逆浸透特性との比較を行い，膜構造との関係について検討する。ハイドロゲルFO膜の創製に関しては、イオンバリア性能の指針となる塩の漏洩速度と膜電位の関係性を明らかとすべく、解析モデルを新たに構築する。構築したモデルを基にFO-IB膜の最適化を行い、更なるイオンバリア性能の向上を試みる。計算機科学による高機能FO膜開発支援に関しては、非平衡FO透過シミュレーションにより、実際のFO操作条件における仮想ウォーターチャネルモデルの透水性および塩阻止性を評価する。駆動溶液（DS）組成やチャネルの構造と透水性・塩阻止性との関係を検討することにより、FO膜の設計指針となる正浸透操作に有効なチャネル構造を明らかとする。光応答性分子を利用したDSの開発に関しては、P(SPMA-co-OEGMA)の共重合組成の最適化および低分子量化等を行うことにより、光応答性能並びに浸透圧性能の向上を図る。二酸化炭素と温度応答性を有する新規DSの創製に関しては、開発したデンドリマーをDSとして用いたFO透水性能の評価を行うとともに、デンドリマー構造の最適化を行う
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