2017 Fiscal Year Research-status Report
分子鎖の時間揺らぎを考慮した膜ファウリング特性シミュレータの開発
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16K06825
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
南雲 亮 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20552003)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 水分子の束縛強さ / 自己拡散係数 / ミクロ挙動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度は、各種マテリアルを構成する官能基の近傍における水の動径分布関数を解析することで、マテリアル近傍の水和構造を分子レベルで検証した。しかし動径分布関数は、水和構造の静的な密度分布を示す指標であり、経過時間に依存する動的なミクロ挙動を表すことはできない。本研究では分子鎖の運動性を示す指標として自己拡散係数を採用したが、その運動性を支配する因子を究明するには、何らかの動的指標を導入することが有効なアプローチであると考えた。
そこで平成29年度は、各種マテリアルの構成官能基が周囲の水分子を束縛する強さを時間の関数として指標化できる数値計算プログラムを開発し、種々のマテリアルに適用した。具体的には、ポリビニルピロリドン（PVP）の繰り返し単位であるビニルピロリドン（VP）やその類似化合物、メタクリル酸メチル（MMA）などを対象に、構成ケトン基の近傍における水分子の束縛強さを解析した。その結果、VPの構成ケトン基が水を束縛する強さは、他の類似化合物やMMAなどと比較して顕著に高いことが判明した。これはPVPが高い親水性を示す事実と符合する。さらにMMAやVPおよびその類似化合物が水分子と共存するモデル系を構築し、水分子の自己拡散係数を算出した結果、水の束縛強さは自己拡散係数と明確に相関することが判明した。
以上の結果は、水分子のミクロな相互作用がマテリアルの分子運動性に直接影響を及ぼすことを示しており、分子鎖の運動性を動的指標に基づいて解釈するための基盤アプローチとして位置づけられる。
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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
分子運動性や静的な密度分布の解析に加えて、分子の動的なミクロ挙動を定量解析するための計算プログラムが整備され、膜ファウリング特性の検証に向けた基盤アプローチの構築が順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
有機物や生体分子などのファウリング原因物質が共存するモデル系を対象とする異種分子間の束縛強さを計測することで、分子鎖の運動性が膜ファウリング特性に与える影響を定量解析する。
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| Causes of Carryover |
平成29年度は、各種マテリアルの近傍における動的なミクロ挙動を解析するためのプログラム開発とその応用に注力した。これらの研究項目に対して当初計画をやや上回るエフォートを投入したため、他の研究項目に対する大きな支出はなく、次年度使用額が生じた。
また次年度は、分子鎖の運動性が耐ファウリング性に与える影響を様々な数値指標に基づいて検証し、得られた研究成果を国内外に向けて積極的に発信する。具体的には、化学工学会や日本膜学会など、当該分野の諸学会における研究発表を計画している。別途、学術雑誌での成果発表に際して、英文校正料および論文投稿料を計上する。
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