成果報告書詳細
管理番号20130000000519
タイトル平成21年度-平成24年度成果報告書 
省水型・環境調和型水循環プロジェクト 水循環要素技術研究開発 革新的膜分離技術の開発 うち、RO膜の開発
公開日2013/6/11
報告書年度2009 - 2012
委託先名東レ株式会社
プロジェクト番号P09011
部署名環境部
和文要約実使用に耐えうる耐塩素性を備えたRO膜開発を目的として、以下の5種類の素材による分離膜の研究開発を行った。
1)有機無機ハイブリッド水処理分離膜:有機系高分子鎖が物質透過(水の透過と塩等の排除)を担い、化学的に安定なシロキサン骨格部分が架橋構造を担う、有機無機ハイブリッド膜の開発を行った。重合反応の改良および均一薄膜形成技術の構築によって、膜性能と耐塩素性を向上し、既存の芳香族ポリアミドや酢酸セルロース膜よりも高い耐塩素性を達成した。さらに、製膜プロセスの見直しによってA4サイズでの製膜および小型モジュールの試作に成功し、試作モジュールを用いて連続運転時における耐塩素性を確認した。この結果から、連続塩素添加運転により、RO膜のファウリングを抑えるための複雑な前処理工程の簡略化を可能とし、水処理プロセスにおける消費エネルギー低減の見込みを得た。
2)精密なサブナノ空孔を有する液晶を利用した水処理分離膜:液晶のナノ相分離秩序構造形成を活用し、均一かつ精密に制御された空孔を有する分離膜の開発を行った。液晶分子による薄膜形成技術を確立し、NF膜としての可能性を明らかにするとともに、液晶分子の構造に起因する特異な除去選択性を発現することを見出した。
3)ナノ多孔粒子/高分子複合膜:高分子の熱誘起相分離によって形成される細孔ネットワーク中にナノ多孔無機粒子を分散させた有機無機ハイブリッド分離膜の開発を行った。製膜装置を用いた薄膜化技術の確立および組成絞込みによる性能向上を進めた結果、高分子として酢酸セルロース、ナノ微粒子として表面修飾したシリカを用いることで、微粒子の凝集を抑制し、均一な薄膜形成に成功した。
4)熱誘起相分離法による水処理分離膜の研究開発:セルロース系ポリマーを用いた熱誘起相分離による均一かつ緻密な孔構造の形成を目的として研究を行った。高濃度CDAによる緻密な薄膜形成により、PEG2000除去率80%を達成し、NF膜としての可能性を示したが、他テーマへの注力のため研究を中止した。
5)交互吸着法による水処理分離膜:反対荷電を有するポリマー溶液に多孔質支持膜を交互に浸漬する交互吸着法による分離膜の開発を行った。化学修飾による支持膜表面の改質、ポリマー鎖間の架橋形成を中心に、除去性能および耐久性の向上を検討した結果、a)透過流束:3.0m3/m2/d、NaCl除去率:40%の膜性能、b)アミド結合、シロキサン結合などの架橋構造導入による耐久性向上、を達成したが、均一薄膜化が困難であることから研究を中止した。
英文要約1) Organic-inorganic hybrid membranes: a) We have succeeded in improving chlorine-resistance property and membrane performance by controlling the degree of polymerization and reducing thickness of separating functional layer of membrane. b) An A4-size membrane was fabricated through investigation for the establishment of scale-up method. c) A proto-type spiral module was fabricated and it exhibited higher chlorine-tolerance compared to conventional RO membrane in the long-term operation test. Reduction of the energy consumption in water treatment process is expected by applying the hybrid membrane.
2) Membranes based on liquid crystals with sub-nanometer pores: a) Thin-film composite membrane was prepared by polymerization of newly-developed liquid-crystalline materials on supporting membranes, and the membrane performance equal to NF membrane was shown. b) The liquid-crystalline composite membrane exhibited unique solute selectivity due to its chemical structure.
3) Porous nano-particles/polymer composite membranes for water treatment: We have tried to develop the thickness reduction technology using film-forming machines and optimize the formulation to improve membrane performance. Consequently, cellulose acetate membrane with surface-modified silica nano-particles was successfully prepared, and the membrane had narrow gap between polymer and nano-particles as well as inhibition of aggregation of the nano-particles.
4) Separation membrane using TIPS method: We fabricated cellulose acetate membranes using TIPS method and conducted the permeability test to evaluate the possibility of application for NF membranes. In the result, the cellulose acetate membranes exhibited 80% rejection of PEG2000. However, the study was stopped in order to concentrate on other subjects.
5) Membranes by layer-by-layer method: The research was focused on the improvement of the surface of supporting membranes through chemical modification, and the enforcement of the membranes by crosslinking between polymer chains using radical reaction and condensation. As the results, the membrane with 3.0 m3/m2/d of flux and around 40% of NaCl rejection rate was obtained. Furthermore, the endurance of the membranes was significantly improved by crosslinking bonds. However, the research was interrupted due to the difficulty in forming the uniformly thin film.
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