2014 Fiscal Year Research-status Report

水道水質基準を満たすためのカビ臭物質除去機能を有する新規高分子膜の開発

Research Project

Project/Area Number	25420563
Research Institution	Hachinohe National College of Technology
Principal Investigator	菊地康昭八戸工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (40204838)
Project Period (FY)	2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords	カビ臭物質 / 水道水質基準 / 多孔質高分子膜 / 分子認識 / ホスト－ゲスト相互作用
Outline of Annual Research Achievements	カビ臭物質であるメチルイソボルネオール(2-MIB)は水質の富栄養化により発生する植物性プランクトンが生成する化学物質であるが、近年、河川や貯水池などの悪臭物質として問題となってきている。このため、平成16年の水道法改正の際、新たに水道水質基準に設定された物質であり、これらの効率的な除去が急務となっている。昨年度までの研究によって、レゾルシン環状四量体誘導体ではa-Hostを含有した高分子膜が極めて顕著な吸着能力を発現することが明らかとなっている。そこで、この高分子膜の吸着特性について詳しい検討を行った。なお、カビ臭物質としては、2-MIBとほぼ同じ構造だが安価なイソボルネオール(IB)を用いた。まず、メタノールと水の混合溶媒の混合比を変化させ、溶媒の極性を変動させた際の吸着量の特性を検討したところ、溶媒の極性が上がるほど吸着量が増大することが示された。これより、IBは主に疎水性相互作用を主な駆動力として吸着されることが明らかとなった。これより、水中での吸着では、極めて高い吸着性能が期待されることを意味している。一方、ホスト含有率を増加させて際の吸着量を検討したところ、10％までは吸着量が向上するものの、それ以上の含有率では逆に吸着量が低下することが明らかとなった。この原因をSEMによって検討したところ、膜内にホスト分子が結晶化していることが原因であると示唆された。次にインプリント高分子膜の調製を行い、選択性と吸着性に優れた高分子膜材の開発を試みた。インプリント膜はホストとIBを溶液中混合して錯体状態で高分子膜を形成、その後、IBだけを除去することで、IBの分子形状をナノレベルで記憶させることで調製した。この際、IBの除去のための洗浄時間と吸着量の関係、並びに、洗浄液量と吸着量の関係を検討し、ホスト含有高分子膜よりも性能の向上したインプリント膜を調製することに成功した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason インプリント高分子膜の調製によって、単純なホスト含有高分子膜よりも高い吸着性能が発現することが示された。ただし、洗浄時間と洗浄液量などの条件の検討により、さらに高い吸着性能の発現が期待される。また、ホスト含有率を増加させて吸着能力を向上させようとしたが、ホスト分子が膜内で結晶化するという現象が起きて、期待されるほど吸着能力が向上しなかった。これは高分子膜を調製する際の相転換があまりにも急激すぎたため、ホスト分子が結晶化したものと思われる。一方、フェノールやクロロフェノールなどの低分子フェノール類は膜材に対して吸着力が弱く、IBへの選択的な吸着が期待できることも示された。また、ノニルフェノールに対する吸着力は、IBよりも弱いことから同様にIBへの選択性が期待される。ホスト分子の構造を変化させた際の吸着能力の検討は、既に前年度行っている通りであり、a-Hostが最も高い能力を示した。
Strategy for Future Research Activity	現段階で、ホスト分子を含有した高分子膜よりも高い吸着能力を有するインプリント高分子膜を調製することが出来たが、洗浄時間と洗浄液量などの条件によってさらに高性能の高分子膜材の開発が期待できる。また、ホスト含有率の増加により、高分子膜内でホスト分子が結晶化して吸着性能を低下する現象が起きているが、これは相転換が緩やかに起きるような溶媒を選定することで、回避できるのではないかと考えており、これも今後の検討となる。このようにして吸着能力を向上させたインプリント膜を調製し、他の競合物質の共存下における吸着選択性をさらに検討を推進していく。また、現在の高分子膜材であるポリスルホン(PSf)やポリエーテルスルホン(PES)以外の高分子膜材についても検討を行い、より高性能の高分子膜の開発を試みる。一方で、このような研究成果の学会発表や公開も進めていく。