サブ研究リーダーからのメッセージ

原子構造解析 サブ研究リーダー 林 卓哉

サブ研究リーダー(原子構造解析)
信州大学
教授(工学系)
林 卓哉

メカニズム解明でより効率的な膜を設計

私のミッションは、水の浄化や淡水化のために開発するカーボン膜について、原子・分子レベルでの相互作用や水分子が透過するメカニズムを明らかにし、分離・精製効率の高い炭素膜を得られるように理論的に貢献することです。 具体的には、電子顕微鏡などで孔の形状、膜の厚み、密度などを推測し、これらのデータを使って水分離膜の構造をモデル化します。 そして、高度情報科学技術研究機構や理化学研究所に原子・分子の透過シミュレーション実験をしてもらいます。 そこで得られた詳細なデータを、試作されたカーボン分離膜を使った実験と比較するのです。 その結果、孔の大きさや官能基の有無・種類など、より効率的な分離膜の設計に役立つ情報が得られれば成功ではないかと考えています。 水和すると孔より大きくなることもある水の分子が、水分離膜をどのように通り抜けるのか、そのメカニズムは実はまだよくわかっていません。 水科学的にも興味深い結果が得られると期待しています。

サブナノ多孔化膜 サブ研究リーダー 木村 睦

サブ研究リーダー(サブナノ多孔化膜)
信州大学
教授(繊維学系)
木村 睦

マングローブ根のセルロース膜を再現へ

私のミッションは、膜内の孔径を精密に制御し、塩分を通さず透水性のある分離膜を作ることです。 マングローブなどの耐塩性の植物は、根にあるセルロース膜で海水を脱塩化するとともにウィルスも除去し、道管から吸い上げています。 この仕組みを再現できないかというのが発想の根本にあります。 セルロースには、光合成でいくらでも作れる一方、ばらばらになりにくいという問題がありましたが、イオン性液体に溶解させ様々な形に成形できることを見出しました。 さらに、基板の上でデザインした有機化合物を製膜することでサイズ選択性を持つ透水性パリレン膜を作ることに成功しました。 粒子を小さくして空孔率を低くすれば、ナノサイズのナトリウムイオンを通さず、塩分を分離可能なサブナノ多孔化膜が完成します。 また、将来的には浸透圧の壁にもチャレンジし、従来の半分程度の圧力で脱塩化が可能な膜を作り、電気代にかかるコストを大幅に低減することに挑戦します。

吸着・イオン交換膜 サブ研究リーダー 手嶋 勝弥

サブ研究リーダー(吸着・イオン交換膜)
信州大学
環境・エネルギー材料
科学研究所 所長
教授(工学系)
手嶋 勝弥

高効率、高精度な結晶材料・膜で資源回収も可能に

無機結晶材料でできたイオン交換体を使い、塩を含んだ水からリチウム(Li)を 取り出し、その資源化に道筋をつけるのが、本プロジェクトにおける私のミッションです。 従来のイオン交換樹脂は発展途上国で普及を図るには高価です。このため、安価な無機結晶材料やセラミックスを使い、さまざまな水源に含まれる環境や人体に影響を及ぼす重金属を取り除く浄水器をメーカーと一緒に開発してきました。 この安価な材料合成プロセスに加え、さらに高精度で高効率の物質分離膜を開発すれば、重金属はもとよりNa、Mg、K、CaなどとLiを低コストで分離できます。 かん水に高濃度で含まれるLiは、蒸発や化学物質の添加による沈殿で回収していますが、今後、これらの方法に適した水源が少なくなると予想され、コスト高となることが懸念されています。 将来的には、大規模な海水淡水化プラントに本開発装置を取り付け、海水に微量に含まれるLiなどの有用金属を効率的に回収し、島国日本の元素戦略に貢献します。