| 研究課題/領域番号 |
22K04710
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26030:複合材料および界面関連
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| 研究機関 | 信州大学 |
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研究代表者 |
竹内 健司 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (20504658)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 逆浸透膜 / 透水性 / セルロースナノファイバー / 高透水性 / ジアミン / 超高透水 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
淡水の汚染が拡大し、殊に途上国の水道水の水質レベルが低く感染症等の原因にもなっている。そこで、POU（Pointof use）用RO膜の需要が急拡大しているが、POU向けの最適な膜が得られていない。本研究では、CNT-RO膜の知見を応用・進化させて、フィラーにセルロースナノファイバーを用いて膜構造の新構築と透水機構の解明により、「超低圧高透水膜」の学理を究める。これにより、①高分離性能を維持しつつ、電源不要の水道圧程度の超低圧で②超高透水性、③ロバスト性（防汚性、耐薬品性⇒長寿命化）を実現するための基礎科学を確立する。
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| 研究実績の概要 |
世界的に水問題が深刻化しており、SDGsの重要なテーマになっている。その中でも特に淡水の汚染が急激に進んでおり、殊に途上国の水道水の水質レベルが著しく低く感染症等の原因にもなっている。本研究の目的は、途上国を中心とした需要が急拡大しているPOU（Point of use）用途（水道水、地下水、井戸水など）の大幅な水質改善を達成することである。高度浄水に用いられている逆浸透（RO）膜は、一般的に分離性能は高いものの透水性は低い。すなわち、高い分離性能を維持しながら、ポンプレスで十分使用可能な水道水程度（0.2 MPa）の極超低圧で高透水、ロバスト性（防汚性（有機・無機の汚れ）、耐薬品性）が得られる革新的なRO膜を実現するための基礎科学を確立する。そこで、二年目の令和５年度は、初年度で得られたRO膜の活性層であるポリアミド（PA）膜に新ジアミン配合の初期検討の結果を基に超高透水膜に適した膜構造の再構築のために、引き続き高透水性に寄与する新ジアミンを用いた新構造のPA膜の検討を進めた。すなわち、8種のジアミンの探索・選択、添加量を最適化することで、ジアミン種ごとに異なったPA膜の特異な表面ひだの立体構造が確認され、新たに透水性や耐薬品性が大きく向上することが分かった。最終年度において、透水メカニズムの解明、新ジアミンに加えて様々なセルロースナノファイバーの複合および支持膜の最適化による相乗効果を図る。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
逆浸透膜の活性層であるポリアミド膜は、分離性能は高いが透水性が低いため、高透水性に寄与する新ジアミンを探索・適用することで、透水性向上を図った。その結果、新ジアミン種を適量添加することで、脱塩性を維持したまま、ほぼ目標に近い高透水性を達成した。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究の目標を達成するべく、今後以下の検討を効率的にさらに進める。①更なるジアミン探索、支持膜の調整、②セルロースナノファイバーの選定・添加濃度、表面改質、③透水メカニズム解明をそれぞれ検討する。
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