荷電型逆浸透膜を用いるイオン交換システムに関する研究

• 研究課題/領域番号: 63550720
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 反応工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 木村 尚史 東京大学, 工学部化学工学科, 教授 (30010771)
• 研究分担者: 都留 稔了 東京大学, 工学部化学工学科, 助手 (20201642) ; 中尾 真一 東京大学, 工学部化学工学科, 講師 (00155665)
• 研究期間 (年度): 1988
• 研究課題ステータス: 完了 (1988年度)
• 配分額: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円); 1988年度: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
• キーワード: 荷電膜 / イオン交換 / 逆浸透膜 / スルホン化ポリスルホン / イオン分離 / イオン

研究概要

1.荷電型逆浸透膜の製膜・・・無機塩の透過性と膜の固定電荷の影響を検討するために、負の解離基を持つポリスルホン化ポリスルホン(SPS)を用い、荷電型逆浸透膜を製膜した。ポリスルホンをスルホン化することで作成した、1.25、0.47meq./gの荷電密度を持つSPSを用い逆浸透膜を製膜した。
2.無機塩の逆浸透実験・・・1.で製膜した膜と市販の荷電型逆浸透膜を用い、無機塩の単成分・混合系の逆浸透実験を行った。いずれの膜も荷電膜の特徴である、高透水性と無機塩類に対する高い阻止率を示した。実験に使用した単成分系溶質は、NaCl、KCl、Na_2SO_4、MgCl_2、CaCl_2、MgSO_4である。副イオンが2価イオンの方が、副イオンが1価の時に比べて高い阻止性能を示した。例えば、NaClの阻止率50%に対して、Na_<>2SO_4では95%の阻止率を示した。また、MgCl_2の阻止率は20%と、2価対イオンの方が1価対イオンよりも低い阻止率を示した。いずれも膜の固定電荷とイオンとの静電気的な相互作用によると考えられる。
無機イオン混合系の逆浸透分離実験は、NaCl-Na_2SO_4系について行った。各イオン種ごとに、阻止率の供給液組成依存性、濃度依存性、付与圧力依存性について検討を行った。供給液濃度を30mMで一定とした場合、NaCl-Na_2SO_4系では、Cl^-阻止率はSO_4^<2->のモル分率の増加とともに低下していき、場合によっては透過液側で濃縮した。一方、SO_4^<2->k阻止率はSo_4^<2->モル分率の増加とともに増加してゆき、Cl^-とは異なる阻止率の挙動を示した。両イオン種の阻止率は、透過流束に大きく依存し、透過流束の上昇とともに阻止率は大きくなった。イオンと膜の固定電荷との静電気的な相互作用に基づいて解析を行った結果、実験結果を説明できることを明らかにした。透過式に基づき、イオン交換システムの設計が可能になったと考えられる。