排水処理のための環境汚染物質認識型ゲート機能膜の開発

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11650794
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 山口 猛央 東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (30272363)
• 研究分担者: 高羽 洋充 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (80302769) ; 中尾 真一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (00155665)
• キーワード: プラズマグラフト重合 / 生体類似膜 / 排水処理 / 環境応答ゲル / ホストゲスト / クラウンエーテル / 環境応答材料 / ゲート膜

研究概要

本研究では工場からの排水処理を目的とした毒物認識ゲート機能膜の作成及び排水処理システムの開発を行う。排水中の環境汚染物質としては重金属イオンを対象とする。多孔性基材内部にクラウンエーテル(CE)など包摂化合物を有する感温性ゲルをグラフト鎖として固定する。CEは環状物質で、その環の大きさにより特定のイオンだけをホストーゲスト的に捕捉することができる。感温性ゲル中のホストがゲストを捕らえると、ゲル全体の親疎水性が変化し、感温性ゲルの相転移温度がシフトすることが知られている。従って、この錯体形成により変化する相転移温度の間でこのシステムを用いれば、一定温度下でゲストが捕らえられたときにだけゲルが膨潤または収縮し、細孔を開閉することになる。CEの種類を変化させれば、様々な重金属イオンに対応したゲート機能膜が開発できる。また、錯体定数の大きなホストを用いれば、極低濃度の重金属イオンを認識するゲートが開発可能である。
本年度においてクラウンエーテルを含むモノマーの合成に成功した。合成したモノマーと NIPAM とをプラズマグラフト重合法を用いて多孔性基材の細孔内に共重合し、ゲート膜を作製することにも成功した。多孔性基材としては高密度ポリエチレン基材を用いた。作製したゲート膜の構造を FT-IR、走査型電子顕微鏡を用いて評価した。さらに、得られたゲルの相転移温度(LCST)が特定のイオン濃度に応じて変化することを確認した。ゲート膜細孔の開閉には30秒程度しかかからず、極めて速い応答性を示した。
これらの結果を総合し、本研究で提案しているゲート機能膜の開発に成功した。今後は、ゲート膜の機能をより詳細に把握すると共に、任意の重金属イオンおよび重金属イオン濃度に感応するゲート膜の設計へとつなげる予定である。

研究成果

• [文献書誌] T. Yamguchi, S. Nakao et al.: "Development of a Fast Response Molecular Recognition Ion Gating Membrane"J. Am. Chem. Soc.. 121. 78-4079
• [文献書誌] T. Yamguchi, S. Nakao et al.: "Sign of a vapor permeation membrane for VOC removal by the filling membrane concept"J. Membrane Sci.. 164. 25-35
• [文献書誌] T.Yamaguchi, S. Nakao et al.: "Ect of molecular association on solubility, diffusion and permeability in polymeric membranes"J. Polym. Sci., Polym. Phys. Ed.. 38. 71-181
• [文献書誌] T. Yamguchi, S. Nakao et al.: "Solvent diffusion in amorphous glassy polymers"J. Polym. Sci., Polym. Phys. Ed.. 38. 46-856
• [文献書誌] T. Yamguchi, S. Nakao et al.: "Preparation of Zeolite A and Faujasite Membranes from a Clear Solution"Ind. Eng. Chem. Res.. 38. 82-4688
• [文献書誌] T. Yamguchi, S. Nakao et al.: "Application of a zeolite A membrane to reverse osmosis process"J. Chem. Eng. Japan. (in press).