2017 Fiscal Year Research-status Report
優れたファウリング耐性を有する高機能性ナノシート積層膜の開発
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16K06829
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
中川 敬三 神戸大学, 科学技術イノベーション研究科, 准教授 (60423555)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松山 秀人 神戸大学, 工学研究科, 教授 (50181798)
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)
佐伯 大輔 信州大学, 学術研究院工学系, 助教 (70633832)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ナノシート / 無機膜 / ナノろ過膜 / ファウリング / 金属酸化物ナノシート / ニオブ酸ナノシート |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，高い透水性能と分離性能，さらに優れたファウリング耐性を併せ持つ機能性無機膜の開発を目指し，ナノシート積層膜の開発を行う．本年度の研究では，積層構造の制御と膜性能に及ぼす影響およびファウリング耐性について評価を行った．
１．これまで水熱合成法（ボトムアップ法）により得られたナノシートを利用していたのに対し，従来法である剥離法（トップダウン法）を利用し，層間に異なる分子サイズのカチオンを導入した積層膜を作製した．この場合，層間隔が増大することによってNaClやNa2SO4の阻止率はやや減少したが，分子量600以上のアニオン性色素では90%程度の高い阻止率を保持し，透水性は2倍程度向上することがわかった．
２．NbO積層膜の更なる性能向上を目指し，酸化グラフェン（GO）との複合膜を作製した．ニオブ酸ナノシート積層膜にGOを複合することにより透水性が向上し，NbO55/GO45は元のNbO膜より7倍高い透水性能を示した．分離性能に関しては，Acid red265(分子量635.6)においてはいずれの膜も95%以上の阻止率を示した．また興味深いことに，Na2SO4ではGO比が45%までは透水性と共に阻止率が向上する傾向が得られた．細孔径の増加に伴い透水性が向上し，またGOナノシートの複合化により膜荷電とアニオン種間の静電反発（Donnan排除）の効果が高められ，阻止率が向上したと考えられる．
３．ファウリング物質を利用した膜性能変化について，市販NF膜と比較したところ，NbO膜の方が透水性能の変化がやや抑制され，安定な高い透水性が得られた．NbO膜の光照射前後における透水性能を評価したところ，暗室下ではファウリングによりやや減少するものの，光照射後はその透水性が回復する傾向が得られている．ファウリング耐性の詳細な検討については，次年度においても引き続き行う予定である．
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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
本年度はナノシート積層膜の積層構造の制御と膜性能に及ぼす影響およびファウリング耐性について評価を行った．異なるサイズのカチオンやGOの導入により，細孔径を制御し，膜性能の向上が確認できた．またファウリング耐性の基礎的な知見が得られた．このように当初の計画は予定通り遂行されており，また積層構造の制御など3年目の実施計画も一部すでに進められていることから，おおむね順調に進展していると判断できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
ナノシート積層膜の異なる溶質を用いた光分解によるファウリング耐性の評価とさらなる耐性の向上，また今後の応用展開に向けた新たな種類のナノシート積層膜の検討が求められている．平成30年度では，光分解試験用の透水装置の改良，光分解性能の詳細な検討によるファウリング耐性の評価，新規ナノシート種の検討を進める．
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