2015 Fiscal Year Annual Research Report
耐ファウリング性能の理論計算と水和構造の動態解析による水処理膜の分子設計
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26820338
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
南雲 亮 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20552003)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 水処理膜 / 温度応答性ゲル / 分子動力学法 / 水素結合 / 会合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度の研究において、ポリマー鎖の分子構造やポリマー構成原子の種類により、水和構造が顕著に異なることが判明した。そこで最終年度は、様々な素材ポリマーを対象として、分子動力学計算による水和構造の動態計測を試みた。具体的には、ポリメタクリル酸メチル（PMMA）などの膜素材や、透析膜の親水化剤として用いられるポリビニルピロリドン（PVP）、さらに温度応答性ゲルとして有名なポリ（N-イソプロピルアクリルアミド）（PNIPAAm）やポリ（N,N-エチルメチルアクリルアミド）（PEMAAm）などを対象に、素材モノマーの近傍における水和構造やミクロ相互作用を解析した。その結果、水和構造の動態を分子レベルで検証するためには、素材と水分子の相互作用のみならず、素材間の相互作用が重要であることを示す結果を得た。たとえばNIPAAmモノマー同士の相互作用を解析すると、NIPAAmのアミド結合間において、水分子を介した水素結合によるネットワーク構造を形成することが示唆された。これは測定条件に応じてPNIPAAmの側鎖間が会合状態となり得ることを示唆している。一方、EMAAmモノマーの場合はこうした挙動は観測されず、PEMAAmが側鎖間においてほぼ会合しないことが示唆された。そもそもPNIPAAmの下限臨界溶液温度（LCST）は約305 Kであるのに対し、PEMAAmのLCSTは約329 Kである。今後の更なる検証が不可欠であるが、NIPAAmとEMAAmの素材間におけるミクロ相互作用の顕著な相違が、LCSTのようなマクロな物性値にも強く影響を及ぼすものと考えられる。
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