In-situ quantification of membrane foulants by Solid phase fluoresence excitation emission matrix
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20H02288
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 22060:Environmental systems for civil engineering-related
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| Research Institution | Chuo University |
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Principal Investigator |
山村 寛 中央大学, 理工学部, 教授 (40515334)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中屋 佑紀 北海道大学, 工学研究院, 助教 (60868735)
丁 青 中央大学, 理工学部, 助教 (70837476)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2020: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
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| Keywords | 膜ろ過 / 蛍光分光分析 / 固体蛍光分析 / 溶存有機物 / クエンチング / 膜ファウリング / 可視化 / 固体3次元励起蛍光 / EEM / ゲル化 / Solid phase fluorescence / Membrane fouling / In-situ monitoring / Quenching / EEMs |
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| Outline of Research at the Start |
膜ファウリングの制御には，膜に蓄積した成分の質・量に関する情報を得た上で，その情報に基づいたろ過条件や薬品洗浄条件の最適化が必要となる。特に，不可逆的膜ファウリング成分の”量”に関して，非破壊で解析する手法はほとんど存在しない。本申請課題では，独自に開発した固体表面の蛍光特性を高感度に検出しうる「固体-3次元励起蛍光スペクトル（solid-EEM）装置」により，膜面に蓄積したファウリング成分の”質”および”量”を現場で（In-situ）かつ連続的に（On-line）推定しうる手法を開発する。Solid-EEMにより得られたスペクトルから，膜ファウリング物質の量を推定する手法の確立を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、QCM-AによってNOM溶液が乾燥でゲル化する様子を捉えると同時にSPF-EEM測定を行うことで、NOM溶液のゲル化とSPF-EEMの変化を結びつける調査を行った。さらに、実際に河川表流水を膜ろ過し、ファウリング進行に伴う膜表面のSPF-EEMの変化を観察し、NOM溶液のゲル化によるSPF-EEMの変化と比較・検討した。
QCM-AとSPF-EEMの同時測定によって疎水性天然有機物（HPO-NOM）および両親媒性天然有機物（TPI-NOM）の、ゲル化に伴うSPF-EEMの変化を捉えることに成功した。
TPI-NOMは、溶液時に観測されていたピークの位置が、ゲル化およびゲルの硬化に伴い赤方偏移することが明らかとなった。さらに、河川表流水をろ過した膜のSPF-EEMにおいても、ろ過時間の経過に伴いファウリングを示すピークの位置が長波長側に移動する現象が確認された。これは、膜表面においてTPI-NOMを含むゲル層の形成もしくは硬化が発生していたことを示唆している。
HPO-NOMについては、乾燥に伴う濃縮、ゲル化問わず濃度が高くなると短波長側の蛍光がクエンチングされ、赤方偏移した。赤方偏移した際のピーク形状は独特であり、凝集-膜ろ過において膜表面にケーキ層が形成された際の特徴に類似していた。このことから。ゲル状HPO-NOMと似たピークが膜表面SPF-EEMにおいて観測された場合は、膜表面に水分を多く含むHPO-NOMケーキ層もしくはゲル層が形成されたと推測できる。
TPI-NOMおよびHPO-NOMが示したゲル化に伴うSPF-EEMの変化や、ピークの特徴がそれぞれ異なることから、膜表面上に付着したゲル層・ケーキ層がTPI-NOMによるものか、HPO-NOMによるものかが判別可能になったと考える。
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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
ゲル化の進行を捉えることに成功し、固体3次元励起蛍光を利用した膜ファウリングの可視化に向かって順調に研究を推進できている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、色がクエンチングに及ぼす影響を検討することで、固体3次元励起蛍光分析による膜ファウリング物質の定量分析に向けて研究を進めたい。
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Report
(1 results)
Research Products
(8 results)
