2022 Fiscal Year Research-status Report
塩分濃度差発電実現のための浸透膜に発生する濃度分極・ファウリングの低減方法の開発
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22K12475
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
奥村 哲也 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (10380817)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 浸透膜 / 濃度分極 / ファウリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現状の浸透膜モジュールでは，浸透膜が本来持っている浸透性能の1/3程度しか発揮されていない．本研究では，透水性能を低減させる大きな要因である塩分濃度分極とファウリングをコンピュータ上で再現できる計算モデルを開発し，それを用いて浸透量低下のメカニズムとその特性を解明し，本来の膜性能を発揮する方法とその性能を持続する方法の開発を行うことを目指す．2022年度は，濃度分極やファウリング解消法を検討するにあたって，まずこれらの現象をコンピュータ上でシミュレーションを行うことができるモデル・プログラムの開発を行った．
浸透膜（平膜）での正浸透をモデル化したシミュレーションプログラムを開発し，塩水側の膜表面におけるイオン濃度分布および水の浸透量について検討した．その結果，塩水の流入速度が大きい場合，濃度分極層が薄くなるため浸透量が多くなることがわかった．また，浸透膜間の距離が小さいと塩水の流速が大きくなるため浸透量が多くなることがわかった．ただし，流入速度が大きい場合や膜間距離が小さい場合は圧力損失が大きくなるため，実際の運転では適切な流入速度と膜間距離が存在すると考えられる．
水中および浸透膜表面近傍のファウラントの挙動を計算することができるシミュレーションプログラムを開発し，気泡を用いたファウリングの低減方法について検討した．キャビテーションによる気泡生成のシミュレーションによって，不純物を含む溶液で気泡が生成しやすいという傾向が見られた．また，疎水性のファウラントは水中では気泡表面に吸着しやすいが，膜表面からは除去しにくいことが分かった．
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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
当初計画した内容に沿って大きな問題もなく進んでいるため，「おおむね順調に進展している．」とした．
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度は，浸透膜表面近傍の濃度分極およびファウリングを低減する方法について検討する．濃度分極・ファウリングの解消法を開発するため，計算モデルの構築および検討する課題，計算すべき条件等が大幅に増える．従って，本年度では，分子シミュレーションワークステーションを増設することにより計算能力を増大して課題に挑む．
(1)膜の表面形状や水の流れの非定常性が濃度分極の形成に及ぼす影響について検討する．
(2)気泡の計算モデルを改良し，水中および膜表面近傍における気泡およびファウラントの挙動について検討する．
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| Causes of Carryover |
新型コロナ蔓延およびロシアによるウクライナ侵攻の影響による半導体不足等により，購入を予定していたワークステーションの金額及び納期が大幅に変わってしまったため2022年度の購入を見送った．2023年度は半導体の供給が戻りつつあるので，スペックを見直した新しいワークステーションを購入する予定である．
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Research Products
(3 results)
