反応を伴う新規な分離手法の開発:反応性サイトを有する感温性ゲル薄膜

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08455362
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 中尾 真一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (00155665)
• 研究分担者: 山口 猛央 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (30272363)
• キーワード: プラズマグラフト重合 / 膜 / 感温性ゲル / 分離システム / 界面活性剤

研究概要

膜分離技術の成否は膜そのものの分離性能に大きく依存するが、従来の分離膜では分離困難な系が多々あった。本研究ではこれらの分離法として分離性能を膜素材自体の性質だけに頼らず、外部環境に応答して膜材質そのものを変化させることにより分離するシステムを開発した。
膜の持つ吸着サイトに対し親和性のある特定溶質は、膜中で高濃度に濃縮され、親和性のない分子は透過する。その後、外部環境を変化させ膜形態が変化すると、膜中に高濃度に濃縮していた溶質が大量に透過する。この環境変化を繰り返すことにより膜が吸脱着を繰り返しながら特定成分だけが透過側にパルス的に分離れさる。このシステムでは脱着させるための溶離液を使う必要が無く、連続操作が可能となる。多孔性基材の孔表面に感温性鎖を固定し、その表面の親疎水性変化より吸脱着を行い、本研究で提案するシステムの有効性を検討した。具体的には多孔性基材としてポリエチレンまたはポリプロピレンを、感温性鎖としてn-イソプロピルアクリルアミド(NIPAM)を用いた。感温性鎖の固定法としてはプラズマグラフト重合法を用いた。
重合膜を用いた非イオン性界面活性剤(NP10)溶質の吸脱着を伴う透過実験を行った。フラックスは39℃でグラフト鎖が収縮し孔が広がるため高い値を示し、18℃ではグラフト鎖が膨潤するため数百倍程度低下した。この変化は速く、数分で膨潤・収縮変化は完了した。膜は多孔性であり、直鎖状のポリマーを用いているため、水のポリマー中への拡散が速く、膨潤・収縮変化が速やかに行われたと考えられる。
今回提案したシステムの概念に従い、高温において膜は溶質を吸着し、低温に変化したときに透過側に濃縮した。今回提案した分離システムの妥当性を証明したことになる。より効率の良いシステムおよび膜を開発しているところである。

研究成果

• [文献書誌] T.Yamaguchi, S.Nakao et al.: "Swelling Behavior of the Filling Type Membrane" J.Polym.Sci.,Polym.Phys.Ed.35. 469-477 (1997)
• [文献書誌] T.Yamaguchi, S.Nakao et al.: "Membrane Design for Pervaporation or Vapor Permeation Separation Using Filling-Type Menmbrane Concept" Ind.Eng.Chem.Res.37. 177-184 (1998)
• [文献書誌] M.Nomura, T.Yamaguchi, S.Nakao: "Silicalite Membranes Modified by Counter Diffusion CVD Technique" Ind.Eng.Chem.Res.36. 4217-4223 (1997)
• [文献書誌] B.N.Nair, T.Yamaguchi, S.Nakao et al.: "Sol-Gel Synthesis of Molecular Sieving Silica Membranes" J.Membrane Sci.135. 237-243 (1997)
• [文献書誌] X.-L.Wang, T.Tsuru, S.Nakao, S^-Kimura: "The electrostatic and steric-hindrance model for the transport of charged solutes through nanofiltration membranes" J.Membrane Sci.135. 19-32 (1997)