膜の性能を評価する Evaluating performance of the membrane
2010-03-12 13:24
独立行政法人産業技術総合研究所
National Institute of Advanced Industrial Science Technology
http://www.aist.go.jp/
財団法人造水促進センター
Water Re-use Promotion Center
http://www.wrpc.jp/
（左から）
柳下宏 工学博士 ／ 独立行政法人 産業技術総合研究所 環境化学技術研究部門 副研究部門長
小林慶規 工学博士 ／ 独立行政法人 産業技術総合研究所 計測標準研究部門 先端材料科 材料分析研究室 研究室長
Summary
The National Institute of Advanced Industrial Science Technology is conducting a project that concerns the evaluation of separation membrane performance, a part of the core technology for the water purification. The separation membrane technique is a pressure-driven process, an energy-saving one in comparison with a conventional heat-driven distillation process.
The performance in the separation membrane is expected to be controlled by molecular-sized pores at the skin layer of the membrane. In this project, developed is the nanoporosimetry for RO and NF membranes based on the positron annihilation technique, lately known as a powerful, precise tool to quantify nanometer-scaled pores ‘nanopores’ in materials. The relationship between the quantified pore size and membrane performance obtained for flat-membranes is being examined.
The established technique for measuring the nanopore of the separation membranes is expected to provide a protocol to improve the reliability of novel developed materials in separation-membrane industry, as well as to contribute to the enhancement of global-competitiveness of relevant domestic products.
あらゆるプロセスで重要な分離技術
「生産プロセス、環境プロセスなどのあらゆるプロセスで必要な技術の一つとして分離技術が重要です｣と産業技術総合研究所（産総研）の環境化学技術研究部門副研究部門長の柳下宏氏。分離技術には、蒸留、吸着、抽出、吸収などの方法があるが、柳下氏の部門では省エネルギーという観点から、熱ではなく主に圧力によって物質を分離する「膜分離方法｣を研究している。これは分離機能をもつ固体の薄膜を利用して、水溶液中に含まれる溶質成分の大きさに応じて分離するという特徴がある。
「私たちは、平成20年から5年間にわたって、分離膜の細孔計測技術の開発と標準化に向けた性能評価手法の開発を通し、分離膜の性能評価技術を確立します」と柳下氏は研究目標を語る。
分離膜は、膜表面にある細孔が分離性能を支配していると考えられる。陽電子は物質中の欠陥や空孔､ボイドに敏感であり、陽電子消滅の材料分析への応用が注目されている。計測標準研究部門の先端材料科材料分析研究室研究室長の小林慶規氏は、「陽電子消滅法を用いて標準試料による正確な測定を行うという細孔測定校正技術の開発と技術基準の確立を目指しています。また､陽電子消減法によるRO膜（逆浸透膜）やNF膜（ナノろ過膜）の最適測定条件を明らかにするために、不確かさ低減のためのビーム測定法の高度化研究、細孔測定校正技術の開発と技術基準の確立、低速陽電子消滅法によるRO膜やNF膜の細孔測定をテーマに取り組んでいます」と語る。
陽電子寿命測定装置
陽電子寿命測定装置の原理
細孔と分離性能との相関研究に取り組む
柳下氏の研究部門では、分離膜における細孔と分離性能との相関に関しての研究に取り組んでいる。RO膜やNF膜における陽電子消滅法による細孔と分離性能との相関を求めるために、これらの膜の各種試験溶液における諸性能を測定するとともに、試験溶液としての標準溶液の選定を行っている。
「今年度は、塩の阻止率については、連続式膜試験装置による平膜試験結果と各メーカーのカタログ値を比較した場合、ほぼ同等の分離性能を得ている｣と柳下氏。RO膜やNF膜がもつ細孔を計測する技術を確立することで、今後は、陽電子消滅法で測定された細孔とこれらの膜の分離性能の測定結果を比較し、膜評価に関する標準化に向けた研究開発を行うという。
革新的膜分離技術研究の波及効果として、各種材料のナノ細孔構造の解明と高機能化への指針が可能となり、さらに、膜性能評価の信頼性向上により、性能の優れた日本の分離膜は、国際競争力が強くなる。また、逆浸透膜を利用した海水淡水化や、MBR（膜分離活性汚泥法）による排水処理などで利用される分離膜の開発にこの計測技術が利用される。
「小林さんの陽電子消滅法による細孔の計測技術と私の膜の性能評価技術とをいかに相関をとるかが今回の研究課題です。今後、各処理プロセスで使われる分離膜に関して、本研究の成果が活用されると考えています」（柳下氏）。
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