逆浸透膜の高選択性と防汚性を向上させるための新技術。

逆浸透（RO）技術は、汽水や海水の脱塩に幅広く適用できることから、大きな注目を集めています。緻密な分離層と多孔質の支持層からなる薄膜複合（TFC）ポリアミド（PA）逆浸透膜は、この分野の主要製品となっています。しかし、PA RO膜の透過性の低さやTFC逆浸透膜の汚染が、PA RO TFC膜の普及を制限しています。
ナノコンポジット膜の合成は、高分子ナノ材料と無機ナノ材料の利点を組み合わせる優れた方法であることが証明されている。逆浸透膜の本来の特性は、組成と構造を微調整することで改善できる。例えば、ハイドロタルサイト（HT）を水溶液に分散させ、界面重合の段階でPAマトリックスに組み込むことで、水輸送チャネルを形成できる。
得られた膜は、高い透過選択性と水流量の増加を示し、同時に塩分撥水性も損なわれていない。さらに、ナノ粒子の組み込み、表面コーティング、グラフト重合などの膜改質は、生物付着を防止する効果的な手法であることが示されている。中でも、PAマトリックスに埋め込まれたナノ粒子に防汚剤をグラフト重合させる方法は、PAマトリックスを損傷することなく逆浸透膜に防汚特性を付与する優れた戦略である。
HTナノ粒子はヒドロキシル基を豊富に含んでおり、シランカップリング剤のシロキシ基と反応することで防汚性グラフト化を実現できる。したがって、HTナノ粒子をPA層のドーパントとして使用し、防汚性官能基を含むシランカップリング剤を膜表面にグラフト化することで、高い選択性と防汚性を備えた新規なTFC逆浸透膜を得ることができる。
海水淡水化総合利用研究所の王建教授、山東科技大学の馬忠教授、中国科学院の田新霞博士は、HTナノ粒子と第四級アンモニウム塩を含むシランカップリング剤の特性に着想を得て、チームメンバーと共に、透過選択性と防汚性を同時に向上させることで、長期安定高性能な新型逆浸透膜の開発に取り組んできました。
彼らの研究は、TFC PA逆浸透膜の性能を大幅に向上させ、将来の海水淡水化に向けた貴重な技術的助言を提供した。この研究は、学術誌「Frontiers of Environmental Science & Engineering」に掲載された。
本研究では、界面重合中に有機溶液中に分散させることにより、Mg-Al-CO3 HTナノ粒子をPA層に組み込んだ。HTの導入は、水の流れを促進するとともにグラフト化部位として機能するという二重の役割を果たす。HTの導入により、塩の除去率を損なうことなく水の流れが増加し、その後のグラフト化反応によって生じる損失を補償する。HTの露出面は、防汚剤であるジメチルオクタデシル[3-(トリメトキシシリル)プロピル]アンモニウムクロリド（DMOT-PAC）のグラフト化部位として機能する。
HTの組み込みとDMOTPACのグラフト化の組み合わせにより、逆浸透膜は高い透過選択性と防汚特性を獲得します。PA-NT-0.06の水流量は49.8 l/m2·hで、これは元の膜よりも16.4%高い値です。PA-HT-0.06塩の除去率は99.1%で、これは元の膜と同程度です。負に帯電したリゾチーム汚染に関して、改質膜の水フラックス回復率は元の膜よりも高くなっています（例えば、PA-HT-0.06では86.8%、PA-originalでは78.2%）。PA-HT-0.06のEscherichia coliおよびBacillus subtilisに対する殺菌活性は、それぞれ97.3%および98.7%でした。
本研究は、PAマトリックスに埋め込まれたDMOTPACとHTナノ粒子間の共有結合形成を初めて報告するものであり、高い透過選択性と防汚性を備えた逆浸透膜の作製を可能にする。ナノ粒子の組み込みと官能基のグラフト化により、高い透過選択性と防汚性を備えた逆浸透膜の開発が可能となる。
詳細情報：Xinxia Tian 他、「海水淡水化のための高選択性と防汚性を備えた逆浸透膜の作製」、Frontiers in Environmental Science and Engineering (2021)。DOI: 10.1007/s11783-021-1497-0
誤字脱字や不正確な情報を見つけた場合、またはこのページの内容の編集を依頼したい場合は、こちらのフォームをご利用ください。一般的なご質問は、お問い合わせフォームをご利用ください。ご意見・ご感想は、下記のコメント欄（ご提案も歓迎いたします）にご記入ください。
皆様からのご意見は大変貴重です。しかしながら、多数のメッセージをいただいているため、個別の返信をお約束することはできません。
お客様のメールアドレスは、送信者が誰であるかを受信者に知らせるためだけに使用されます。お客様のメールアドレスも受信者のメールアドレスも、その他の目的で使用されることはありません。入力された情報はメール本文に表示され、Phys.orgによっていかなる形式でも保存されることはありません。
毎週または毎日、最新情報をメールでお届けします。いつでも購読を解除できます。お客様のデータは第三者と共有することはありません。
このウェブサイトは、ナビゲーションを容易にし、お客様による当サービスの利用状況を分析し、広告をパーソナライズするためのデータを収集し、第三者からのコンテンツを提供するためにクッキーを使用しています。当ウェブサイトをご利用になることで、お客様は当社のプライバシーポリシーおよび利用規約を読み、理解したことに同意したものとみなされます。