2015 Fiscal Year Research-status Report
海水資源を回収する複合型膜分離プロセスの高効率化に向けた物質輸送論に基づく研究
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26740049
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
佐野 吉彦 静岡大学, 工学部, 助教 (90720459)
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2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 電気透析 / 製塩技術 / 複合型膜分離プロセス / 海水淡水化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は物質輸送論の立場から，製塩技術と海水淡水化技術からなる複合型の膜分離プロセスの高効率化を検討するものである．本年度は多孔質体の攪拌効果を利用した海水の高濃度濃縮の検討を行うとともに，多孔質体が挿入された電気透析槽での濃度場，電位場，速度場を物質輸送論の観点より検討した．
その結果，特殊な多孔質体を挿入することでポンプの圧を大きく上昇させることなく，限界電流密度を最大で4倍上昇させることに成功した．この限界電流密度とは電気透析で運転可能な最大の電流値であり，これ以上電流をかけると水が解離し，膜が破損してしまう．本研究で可能とした限界電流密度値の上昇は多孔質体による機械的分散効果を最大限に活かした結果であり，装置サイズを大幅に削減することができる．この際，多孔質体の分散効果によりイオンの物質境界層幅を小さくすることで，電気抵抗の上昇を抑え，従来法に比べて省エネルギーでイオンの濃縮・分離を可能とした．これらの結果は現在，論文にまとめている段階であり，国際論文Desalination に投稿する予定である．
また，物質輸送の観点より製塩プロセスにおける濃度場，電位場，速度場を理論解析より検討した．ここでは，それぞれのイオンにおけるネルンスト・プランクの式を連立させて，電気中性条件を用いてイオンの移動を解析することで，多孔質体挿入時・非挿入時における濃度場，電位場，速度場の解析解を導出した．この結果は上記の実験結果と比較して十分に信頼たる結果を示し，今後の電気透析のスタンダードな解析法になると期待している．この結果は国際論文Desalinationに掲載されている．
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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
本研究は大きく３つのステップにより構成されている．
1.多孔質体の攪拌効果を利用した電気透析法の検討
2.物質輸送論に基づいた電気透析プロセスの解析および最適運転条件の検討
3.製塩技術と海水淡水化技術を連成した複合プロセスの運転仕様の検討
これら1, 2に関しては既に着手および結果を出している．1では，多孔質体による機械的分散効果により，限界電流密度を最大で4倍上昇させることに成功しており，省エネルギー化および小型化が期待できる．2に関しては輸送論に基づく電気透析の解析法を提案しており，1の多孔質体の挿入効果も証明している．これらの結果は当初予定した研究計画をおおむね順調に遂行している．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究方針としては，当初の予定通り製塩技術と海水淡水化技術を連成した複合プロセスの運転仕様の検討を主に行う．これは，これまで本研究にて提案してきた電気透析および海水淡水化のプロセス解析を理論的に融合させて検討する．また，多孔質体の挿入効果については引き続き多孔質体の形状を含め検討していく予定である．昨年度，機械的分散効果が強くなる多孔質体を電気透析槽内に挿入したところ，限界電流密度を最大で4倍上昇させることができ，多孔質体形状効果に大きな可能性を見出している．そこで，引き続き多孔質体の挿入効果を検討することで，さらなる限界電流密度の上昇および省エネルギー化が期待できる．よって，本年度は多孔質体の挿入効果および複合プロセスの運転仕様の検討をしていき，研究の後半部では本研究の総括を行う．
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