2012 Fiscal Year Research-status Report
既存膜性能限界を打破する挑戦的異型構造中空糸膜の創製
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24656470
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
松山 秀人 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50181798)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
神尾 英治 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30382237)
大向 吉景 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20513542)
石神 徹 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70595850)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 異型構造 / 水処理 / ファウリング |
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| Research Abstract |
膜技術は、グリーン・イノベーションを達成するキーテクノロジーとして注目されている。膜分離は原理的に膜を挟んで相変化が起こらないため、相界面での不可逆的損失を大幅に低減可能な省エネルギー的手法である。しかし現状の膜性能は、構造が理想的で無いことや汚れ物質の付着のために、その理論的最高性能には及ばない。本研究では、異型構造膜を世界に先駆けて創製し、理論的最高性能への到達度を高めることで、既存膜の性能限界のブレークスルーに挑戦したい。
平成２４年度の成果を下記に示す。
①数値流体力学による解析：中空糸膜の異型形状は膜表面近傍での流速分布に影響を及ぼすことから、平滑膜と比較した流速分布の変化がファウリング挙動に作用するものと考えられる。数値流体力学ソフトを購入し、外圧式ファウリングモジュール内の流速分布のCFD解析を行った。凸部の形状とせん断応力の関係について、詳細なシミュレーション行った。凸部広さ，凸部の高さ，凸部の間隔や数についてパラメータを変化させた流路を設計し、CFDシミュレーションから流速分布を得た。特に凸部の高さはせん断応力に顕著な影響を与えることがわかった。従ってこのようなシミュレーションを通して、異型構造の中空糸膜の構造設計に関する指針を得たと言える。
②異型構造を有す膜の作製：耐薬品性が高く、機械的強度も高いポリエーテルスルホン（PES）をポリマーとして用いた。異型構造として規則的なナノパターンを有する表面の形成を試みた。つまりPDMS の鋳型を用い、0.5ミクロン, 1.0ミクロン, 2.0ミクロンの直径またはピッチ幅を有するPillar, Hole, Line の３種類のパターン形成に成功した。
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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
平成２４年度は研究計画通り、異型構造を有する中空糸膜周りの流れ計算について、数値流体力学解析を行った。またやはり計画通り、ポリエーテルスルホンを選択し、種々の異型構造を有する膜の作製にも成功した。
このように、概ね順調に研究が進行していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２５年度は前年度により得られた異型構造膜について、その膜ファウリング挙動を集中的に検討予定である。
実プロセスにおいては、処理水中に存在する微生物が膜表面に付着し、細胞外多糖(EPS)を分泌しながらバイオフィルムと呼ばれる微生物集合体を形成することで分離性能が低下するバイオファウリングが深刻な問題となっている。バイオフィルムの形成には膜の表面構造が影響すると考えられるが、膜材料の表面構造を系統的に検討している研究はない。そこで２５年度は、バイオファウリングに及ぼす異型表面構造の影響について検討を行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
研究費は、膜ファウリングの評価のための消耗品費（化学薬品、ガラス器具等）に主に用いる予定である。また成果発表の旅費としても使用予定である。
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