成果報告書詳細
管理番号20140000000565
タイトル平成22年度-平成25年度成果報告書 最先端PG (Mega-ton Water System) 100万m3/日規模大型プラント構成最適化 膜形成技術研究
公開日2015/3/31
報告書年度2010 - 2013
委託先名東レ株式会社
プロジェクト番号P09025
部署名環境部
和文要約PROシステム用中空糸膜モジュール開発に向け、(1)素材となる親水性ポリマーの系統的合成及び中空糸膜化、(2)膜モジュールの作製、透水評価試験の推進を行った。
 平成22年度は、比較的強度の高いポリアミド類を中心として、薄膜形成条件の確立ならびに逆浸透透水実験による評価を進めた。ポリアミド分子中に親水性基を導入することで、ポリアミド薄膜に透水性と塩除去性を初めて確認できた。
 平成23年度は、複素環ポリマー類についても検討を進め、透水性と塩除去性が得られることを見出した。さらに、溶液組成(ポリマー濃度、粘度)、空隙率、親水性基導入量、膜厚などの諸条件を最適化し、最終的に数十種類以上のポリマーをスクリーニングすることで、当初の4-5倍の透水性(A値)を有する素材を見出した。
 平成24年度は、さらなる高透水化を図り、水の流路となるナノオーダーの細孔を多く形成するために、水の流路となる細孔をより多く形成する新規膜形成処方を確立し、前年度比でA値を8-9倍程度増大させた。さらに、分子間距離をさらに拡大させて空隙を形成し、同時に、親水性基を空隙の近傍に配置するような分子設計を進め、当初の目標を上回るA値を得ることに成功した。
 平成25年度は、上記の処方をさらに改良し、複合中空糸膜化が可能な水溶性高分子の合成に成功したと共に、平成24年度から設置を進めてきた高い運転圧に耐える高耐圧中空糸膜を紡糸する設備を活用し、水の流路を多く作る機能層形成法を適用してポリマーコートにより複合中空糸膜を作製し、モジュール化して評価試験を推進した。最終的に、得られた高耐圧複合中空糸モジュールを利用したPRO試験により、およそ数-10W/m2相当の透水を確認した。
英文要約Toward the development of new hollow fiber membrane module for PRO (Pressure Retarded Osmosis) systems, we have researched for: 1) Systematic synthesis of hydrophilic polymers and forming method of hollow fiber membrane with the acquired polymers. 2) Fabrication of hollow fiber membrane module and evaluation of water permeate performance by PRO test.
In FY2010, the fundamental thin-layer forming condition was established with focusing on fully aromatic polyamides as the membrane material, which is comparatively high mechanical strength to maintain membrane structure, and the evaluation of membrane performance carried out by RO test condition. By introducing hydrophilic groups into a polyamide chain.we succeeded in developing water permeability and salt rejection with the polyamide thin-film composite membrane.
In FY2011, the design of chemical structure was advanced to heterocyclic polymers, and water permeability and salt rejection were also obtained by polybenzimidazoles. Furthermore, membrane forming conditions, such as composition of the polymer solution (concentration and viscosity), void size, the amount of hydrophilic group introduction, and membrane thickness were optimized. Finally, we succeeded in acquiring the material which has 4 - 5 times as much as original water permeability by screening of one hundred or more kinds of conditions.
In FY2012, toward higher water permeability, new membrane-forming method which was able to form more fine pores used as the channel of water molecules was established, and A value increased about 8 - 9 times as compared to the last fiscal year. Furthermore, by design of a substituted group which expands intermolecular distance to form larger free-volume and simultaneously make a hydrophilic group near the formed-volume, we succeeded in acquiring A value which exceeded the original target.
In FY2013, while the further improving of the above-mentioned strategies of polymer synthesis, succeeding in acquiring a water-soluble polymer in which formation of hollow fiber was possible. Utilizing the spinning apparatus, which enabled to treat highly viscous polymer solution, and applying the above-mentioned membrane formation method to forming of functional layer of hollow fiber which bears high operating pressure, the composite hollow fiber was produced with the polymer coat, and it modularized, and promoted PRO test. Finally, we have achieved about equivalent to several - 10W/m2 which used the obtained high pressure-resistant composite hollow fiber membrane module.
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