2019 Fiscal Year Research-status Report
熱力学的指標によるファウリング現象のモデル化と浄水膜設計への応用
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19K05120
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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) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 親疎水性 / 分子動力学法 / 分散・凝集状態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
膜素材表面の親疎水性は、ファウリング挙動を支配する重要物性と認識されており、親疎水性を簡便かつ高精度に推算できるアプローチ創出に対するニーズは高い。そこで当該年度は、ポリマー素材表面の親疎水性を評価する指標として水の接触角に着目し、種々のアクリレート/メタクリレート系マテリアルを対象に、水の接触角を分子動力学（MD）法によって簡便に推算するためのアプローチを開発することを試みた。具体的には、各種ポリマー素材を構成する重合度1から3までのモデル分子を採用し、このモデル分子と水分子を50wt%ずつ配置した二成分混合モデルを構築した。MD計算を実施する際の温度と圧力は、各々310 Kおよび1 barに設定し、MD計算から得られた計算データを解析することで、モデル分子および水の分散・凝集状態と水の接触角の相関性を検証した。その結果、素材分子の重合度が1の場合のモノマー系では、両者の間に明確な相関性は認められなかった。それに対し、素材ダイマーと水の混合モデル系では、素材モノマー系と比べて相関性が明確に向上した。さらに重合度を増した素材トリマーと水の混合モデル系では、両者の相関性が一層向上した。
以上の結果は、低重合度のオリゴマー系を対象とする簡易的なMD計算の実施により、素材表面の親疎水性を簡便に予測できる可能性を示しており、親疎水性が膜ファウリング特性に与える影響を分子レベルで検証する上での有効なアプローチとして期待できる。
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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
ファウリング現象をモデル化するための基盤となるアプローチを整備しつつあり、研究開始当初の進捗目標である浄水膜設計に向けた取り組みがおおむね順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
様々な素材に対してモデル分子や水の分散・凝集状態と水の接触角の相関性を解析し、本研究で提案するアプローチの推算精度を検証する。この取り組みを通じて、素材表面の親疎水性が膜ファウリング特性に与える影響を考察する。
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| Causes of Carryover |
2019年度は、素材表面の親疎水性を簡便に推算するためのアプローチ構築作業に対して、当初計画をやや上回るエフォートを投入した。その結果、他の研究項目に関する大きな支出は発生せず、次年度使用額が生じた。
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