| Project/Area Number |
23K23121
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| Project/Area Number (Other) |
22H01853 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
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| Research Institution | Kogakuin University |
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Principal Investigator |
赤松 憲樹 工学院大学, 先進工学部, 教授 (50451795)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
南雲 亮 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20552003)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
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| Keywords | 膜 / ファウリング / 透水性 / 相分離 / ブレンド / NIPS / 分子動力学シミュレーション / 第2ビリアル係数 |
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| Outline of Research at the Start |
膜を利用した水処理などの膜ろ過プロセスでは，ファウリングにより膜性能が低下することが長年にわたり大きな課題である．本研究では，母材となるポリマーに，低ファウリング性を発現するポリマーをブレンドした分離膜の新規作製法を開発する．実験的手法と計算化学的手法を併用して，ポリマーブレンドおよび製膜を可能にする因子，さらに開発膜のファウリング防止メカニズムを明らかにする．これにより，どんな用途・被処理水に対しても，高透水性と低ファウリング性を併せ持つ最適な膜の自在設計を実現する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は高透水性と低ファウリング性を併せ持つ高分子系複合膜の開発と，表面・細孔構造設計法の確立を目的としている．2023年度はまず，カルボキシベタインモノマー（CMB）と特定の疎水性モノマーの共重合ポリマーを合成し，非溶媒誘起相分離（NIPS）法にて作製するポリフッ化ビニリデンとのブレンド膜のロバスト性を評価した．ブレンド膜はアルカリ洗浄により性能を回復することができ，ブレンドしたCMB共重合ポリマーの脱離は認められなかった．またブレンド膜を水中で長期間保管したところ，６か月後も製膜直後の低ファウリング性を維持しており，やはりCMB共重合ポリマーの脱離は認められなかった．さらにNIPS条件としてキャスト後の蒸発時間や非溶媒温度を変化させて製膜を行い，これらのパラメータが膜構造（細孔構造，ブレンドポリマー表面存在割合）に与える影響を明らかにした．加えて，同様の手法をポリエーテルスルホンを膜母材としたブレンド膜に対して適用し，限外ろ過膜を作製することに成功した．また作製した膜がタンパクに対する吸着抑制能を有することを明らかにした．これらの実験的アプローチと並行して，熱力学・統計力学に立脚した計算化学的アプローチを導入した．計算に際しては，膜母材を簡略化したフラグメント分子，耐ファウリング素材の繰り返し単位，溶媒分子の３成分で構成される計算モデルを事前に構築した．構築後の計算モデルを対象に，フラグメント分子と耐ファウリング素材の繰り返し単位を計算機上で接近させ，両者に作用する力を解析した．その結果，力の計算値と相溶性の実験的傾向に良好な相関性が存在することを示唆した．
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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
交付申請書に記載した計画通り，研究を推進できたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度も引き続き，交付申請書に記載した計画通り，研究を進める．最終年度であるため，研究チームとしては，1か月に1回のペースでオンラインあるいは対面で進捗報告を行い，相互にフィードバックを与えあいながら，効率的に研究を推進する．また得られた成果を迅速に学会発表・論文発表につなげる．
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