信州大学、強靭で簡便に生成できる酸化グラフェン/グラフェンハイブリッド積層構造水処理膜を開発

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酸化グラフェン/グラフェンによるハイブリッド積層膜の構造モデル(a)と食塩水の脱塩過程における透水モデル(b)

科学技術振興機構と信州大学は2017年8月29日、簡単な方法で生成でき、高度な塩化ナトリウム/色素除去が可能な、酸化グラフェン/グラフェン ハイブリッド積層膜による水分離膜を開発したと発表した。

近年、世界規模での水資源不足などの背景により、革新的な水処理膜の開発要請が高まりつつある。最近英国の研究グループによる酸化グラフェンを用いた水処理膜についての論文が発表され、注目を集めた。しかし、そこで開発された膜は脆くて圧力に対して非常に弱いために、実用的な透水法であるクロスフローを使うことができないなどの課題があった。

今回の研究では、ナノカーボンの注目形態の1つであるグラフェンと酸化グラフェンを複合して積層ナノ構造を巧みに調製することで、高度な水処理機能を持つナノカーボン膜の開発に成功した。

酸化グラフェンとグラフェンの混合液を多孔性高分子の基材上にスプレーすることで厚さ数10ナノメートルの薄い活性膜を形成し、この膜によって食塩水中の塩分や水中の色素を高い選択性で除去できる。

また、今回開発した膜は実際の海水処理を想定したクロスフローによる5MPaの高圧力下でも安定した透水が確認されるなど、高い強靭性を持つ。さらに、簡便なスプレー法での製膜であるために、大面積化も容易だ。

今回開発した酸化グラフェン/グラフェン ハイブリッド積層膜は、海水淡水化に加えて従来の高分子膜では難しかったより強靭性が必要な資源開発などの厳しい条件下での随伴水処理や、薬品、化学、食品加工工程などの処理への応用が期待できるという。

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