2020 Fiscal Year Annual Research Report
Characterization of active layer of reverse osmosis membrane by electrochemical impedance spectroscopy in quasi-filtration conditions
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18K04809
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
田中 厚志 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (30417878)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
手嶋 勝弥 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (00402131)
竹内 健司 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (20504658)
巽 広輔 信州大学, 学術研究院理学系, 教授 (60336609)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 逆浸透膜 / イオン伝導 / インピーダンススぺくトロスコピー / イオン流束 / 膜抵抗 / 活性層 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度、2年度目に実施した平衡状態、非平衡状態（静水圧印加状態）におけるインピーダンス解析を深耕し、スペクトルの解析基盤、知見を蓄積するとともに、これらを基にオペランド、すなわち透水状態でのインピーダンス測定、および膜の分離機能の解析を進めた。
【活性層のスペクトルの分離と解析】
白金黒電極を用い、電極分極を低減することで、市販のRO膜で活性層に起因するスペクトルを明確に分離測定することに成功した。KCl, 10 mmol/Lでは、2kHz付近を境に、高周波側で支持層、不織布のスペクトルが、低周波側で活性層のスペクトルが観測される。活性層のスペクトルは、イオン種により変化し、2価イオンの電解液では、膜抵抗が大きくなる。また、低圧用のRO膜に比べポリアミド構造が緻密と考えられる海水淡水化用のRO膜では大きな活性層の膜抵抗（200Ω前後）が観測された。
【透水状態におけるスペクトル測定と解析】
クロスフロー型の測定セルを用い、原水（左相）／RO膜／透過水（右相）の系において、原水（標準的にはKCl, 10 mmol/L）を0.3MPa～0.7MPaの範囲で加圧フローさせ、透水させた。セルの左右に測定電極を配置し、透水状態でのインピーダンス測定を可能にした。透水開始後、透水側の電導度の低下に伴いインピーダンスは上昇し50kΩ前後に到達した。このため、活性層のスペクトルが観測しにくくなった。また、左相と右相でイオン濃度が大きく異なるため、分離層と支持層のスペクトルが重なるという課題が発生した。こうした課題を解決するため、透水側に2価の陽イオンからなる電解液を注入した。これにより、透水状態に準じる状態で膜抵抗などを算出することが可能となった。透水状態における膜抵抗とイオン透過流束の関係を把握し、膜の機能劣化等をEISで測定可能であることを確認した。
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