正浸透プロセスに特化した熱相転移を伴う超低漏洩性駆動溶液の開発

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K15339
• 研究機関: 宮崎大学
• 研究代表者: 稲田 飛鳥 宮崎大学, 工学部, 助教 (10803835)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 駆動溶液 / 正浸透 / イオン液体 / 下限臨界溶液温度

研究実績の概要

本年度は、高浸透圧の発現と立体的な分子構造による膜漏洩性の大幅な低減、相分離後希薄相の濃度低減による高効率DS再生を同時に兼ね備えたLCST型DSの開発を行うために、昨年度の研究結果を踏まえ、ジェミニ型イオン液体のカチオンを水酸化テトラブチルアンモニウムを原料とした[N4444]から水酸化テトラブチルホスホニウムを原料とした[P4444]に変更し、ジアニオンはヘキサフルオログルタル酸、オクタフルオロアジピン酸、ドデカフルオロスベリン酸を用い、2:1の物質量比で水中で混合して水を減圧留去することにより、ジェミニ型イオン液体（①[P4444]2[C3F6(COO)2]、②[P4444]2[C4F8(COO)2]、③[P4444]2 [C6F12(COO)2]）の合成を行った。3種類の合成したジェミニ型イオン液体の温度変化による相分離性を確認したところ、①については、室温～80℃の温度域では２相に分離せず、１相となり溶解し、③は室温～80℃の温度域で２相に分離した。②については、目的のLCST型の相分離を示した。続いて、①と②の浸透圧の測定を行った。その結果、①、②のどちらも濃度の増加にともない25℃における浸透圧は増加し、50wt%水溶液で40.6 bar、および17.6 barをそれぞれ示した。さらに②について、FO膜による透水性能を行った結果、DS濃度が59.8 wt%（浸透圧 28 bar）の時に水透過流束は1.23 LMHで、DS透過流束は1.67 gMHを示した。ジェミニ型ではない類似構造の[P4444][CF3COO]イオン液体の試験結果と比較し、水透過流束は同程度にもかかわらず、DS透過流束が低く抑えられていたため、本DSによって膜漏洩性の低減に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Effect of branch structure of thermoresponsive oligomers on draw solution performance in forward osmosis process (2021)
  • 著者名/発表者名: Inada Asuka、Yumiya Kenichiro、Kumagai Kazuo、Matsuyama Hideto
  • 雑誌名: Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 巻: 609 ページ: 125659～125659
  • DOI: 10.1016/j.colsurfa.2020.125659
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of the molecular weights of thermoresponsive polyalkylene glycol draw solutes on forward osmosis performance (2020)
  • 著者名/発表者名: Inada Asuka、Kumagai Kazuo、Matsuyama Hideto
  • 雑誌名: Separation and Purification Technology 巻: 252 ページ: 117462～117462
  • DOI: 10.1016/j.seppur.2020.117462
  • 査読あり
• [学会発表] 駆動溶液として用いるUCST型温度応答性を示すイオン液体の創製 (2020)
  • 著者名/発表者名: 元山 愛梨、稲田 飛鳥、弓矢 健一郎、松山 秀人
  • 学会等名: 第22回化学工学会学生発表会(岡山大会)
• [備考] researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/a.inada_10803835
• [備考] 神戸大学大学院 工学研究科 膜工学グループホームページ
  • URL: http://www2.kobe-u.ac.jp/~matuyama/cx14HP/
• [備考] 宮崎大学 工学教育研究部 大島・大榮・稲田研究室ホームページ
  • URL: https://www.chem.miyazaki-u.ac.jp/~chemeng/