ナノ相分離を利用した新規NF/RO膜の創生

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K04811
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 新谷 卓司 神戸大学, 科学技術イノベーション研究科, 特命教授 (90607574)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐々木 雄史 神戸大学, 工学研究科, 学術研究員 (60821618)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 液晶ブロックコポリマー / 自己組織化 / ミクロ相分離 / 六方晶 / 光架橋反応 / 多孔度 / 分離膜 / 透水性

Outline of Annual Research Achievements

近年，ブロックコポリマー（BCP）の自己組織化によるミクロ相分離を利用した分離膜が注目されている．ミクロ相分離により形成されたシリンダー構造を透水チャネルとして利用することで多孔度が高く，細孔径が均一な膜の作製が期待されている．本研究では，親水性であるポリエチレンオキシド（PEO）と側鎖に液晶性メソゲンであるスチルベン（Stb）が付いた疎水性ポリメタクリレート（PMA）からなる液晶性ブロックコポリマーを用いた分離膜の作製を検討している．このポリマーはPEOがシリンダー構造を形成しその周囲をPMAが取り囲み，スチルベンはスメクティック配向を示すことで，シリンダー構造がより安定化する．シリンダー構造は水処理膜に対して有利な相分離構造であるため，液晶性ブロックコポリマーは新規膜素材としての応用が期待される．しかしながら，液晶性ブロックコポリマーを用いた分離膜は現在、ほとんど報告されていない．そこで，液晶性ブロックコポリマーを利用した新規分離膜の作製と膜性能を評価することを試みた．
１．膜をを1MKOH／メタノール溶液@60℃で3barにて加圧処理することで，膜のシリンダー部分を加水分解することで規則正しい径を有した孔構造の作成に成功した．
２．作成したBCP膜の透過性について評価を実施したところ，水透過速度は7.41LMHでメタノール透過速度は12.57LMHを発現した．加水分解前は水およびメタノールは殆ど透過しなかった．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度はブロックポリマー(BCP)を用い自己組織化後のミクロ相分離後のシリンダー部分の除去と透過性について検討した．結果，1MKOH／メタノール@60℃溶液を用い3barの加圧処理により加水分解による除去が可能であることが確認された．更に，加水分解後の膜を用いて，水およびメタノールの透過性を評価したところ，それぞれ7.41LMHおよび12.57LMHを発現した．ちなみに加水分解すること無しでの透過性は，水およびメタノールにおいて殆ど透過しないことも確認している．このように当初の目的は十分達成されていることから，おおむね順調に進展していると判断できる．

Strategy for Future Research Activity

本研究ではブロックコポリマー（BCP）の自己組織化によるミクロ相分離を利用した分離膜を作成する際に，孔径サイズや周期を自在に制御することが求められ，孔を開けることが可能であることが見いだされた．また，透過性の評価は実施できたが，分離特性についてはどのような挙動を示すかの知見が求められている．次年度においては分離特性評価系について中心に検討を進める．