2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of coalescence process of microemulsion using super-lipophilic nanofiber membrane
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20K05191
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
向井 康人 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (30303663)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ナノファイバー膜 / エマルション / コアレッサー / 微小油滴 / 合一分離 / 表面修飾 / 界面活性剤 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水中油滴型（O/W）マイクロエマルション中の微小油滴を効果的に合一分離するため、さまざまな表面修飾ナノファイバー膜型コアレッサーを開発した。以下に特に顕著な成果が得られた試作膜を紹介する。
従来のポリアクリロニトリル（PAN）ナノファイバー膜を基材に用い、この表面を極めて細いPANナノファイバーで被覆してスキン層を形成させることにより、階層構造PANナノファイバー膜を製造した。スキン層により表面粗さが増加し、さらに細孔チャネルが階層的になることにより、繊維表面への油滴の衝突と合一がより一層促進された。その結果、界面活性剤により安定化されたエマルションに対して、99.4 %以上の高い分離率と7,059 L/(m2・h)の高い透過流束の両立を達成し、3 hにわたり連続分離が可能であることを実証した。供給液の油滴濃度と流量の各条件を広範囲に変化させた実験においても、階層構造PANナノファイバー膜を適用することで、こうした優れた分離率と透過流束が達成されることを確認した。
次に、PANナノファイバー膜の表面にゼオライト様イミダゾレート構造体-8（ZIF-8）をin situ成長させて表面修飾する新たな手法を開発した。前処理によりPANナノファイバー膜の表面を活性化させ、そこに亜鉛イオンのアンカーサイトを構築し、その後ZIF-8粒子の前駆体に浸漬するという手順でin situ成長プロセスを実施した。ZIF-8被膜により、膜表面の両親媒性と粗さが強化されたことに加え、膜に正電荷が付与され、負電荷をもつ油滴を効果的に解乳化し合一することに成功した。ZIF-8修飾PANナノファイバー膜により、界面活性剤を含まないエマルションに対して99.9 %を超える分離率、界面活性剤で安定化されたエマルションに対しても97.1 %以上の分離率を達成した。また、長時間連続実験において、それぞれ21,177 L/(m2・h)、14,118 L/(m2・h)の極めて高い透過流束を示した。
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