2017 Fiscal Year Annual Research Report
Construction of rapid transport channels based on nanofiber interfaces for water treatment membranes
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15K05621
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
松本 英俊 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (40345393)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 高分子機能材料 / 高分子膜 / ナノファイバー / カーボンナノチューブ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ナノファイバーをコンポジットした高分子膜において、ナノファイバーの表面化学構造およびコンポジット膜内での分散状態と透水性との関係を体系的に調べ、ナノファイバー界面を利用した高速輸送チャネル構築を目指した基礎研究を実施する。本年度は表面を親水化処理したカーボンナノファイバーをコンポジットした高分子膜においてナノファイバーの分散状態と透水性の関係を詳細に調べ、さらに疎水性のカーボンナノファイバー表面が水の運動性に与える影響について調べた。
（1）ナノファイバー添加量と膜構造および透水性の関係
前年度までに報告した表面親水化カーボンナノファイバー（CNF）の添加によるポリベンズイミダゾール（PBI）コンポジット膜の透水性の向上についてより詳細な調査を行なった。表面を両性電解質で修飾したCNFをマトリクス高分子であるPBIに添加した際に、マトリクス中でCNFの良好な分散が維持されている状態では、CNF添加量の増加に伴って、塩排除率に影響を与えることなく膜の透水性のみを向上させることが可能であることを明らかにした。このような親水性CNFの界面効果を利用することで7.5wt％の親水性CNFの添加により、PBIのみから作製した膜の1.7倍の透水性を示すコンポジット膜の作製に成功した。
（2）ナノファイバー表面が水分子の影響に与える影響
疎水性ナノファイバー表面が水分子の輸送に与える影響をより詳細に調べるためにモデル系として、膜厚方向に高結晶性の中空カーボンナノファイバー（カーボンナノチューブ）が貫通した構造を持つコンポジット膜を作製し、その透水性を評価した。この膜は室温近傍では透水性を示さず、28度以上で透水性を示すことを明らかにした。この結果はチューブ内側のカーボン／水界面において水分子の運動性が制限される可能性を示唆している。
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