新しい膜ろ過技術が水不足問題の解決に貢献

この膜は、高度な水処理システムやその他の用途に使用できる可能性があります。

人口の増加と産業の発展に伴って水の需要も増加し、水不足がさらに深刻になっています。 このため、廃水、海水、汽水などの非伝統的な水源を使用する必要があります。

近年、膜技術は、その高いエネルギー効率、操作の容易さ、コンパクトな設計により、水の再利用と淡水化のための主要なツールとして浮上しています。 逆浸透 (RO) による脱塩や膜反応器による廃水処理など、その一部はすでに大規模な産業に適用されています。

RO システムは広く導入されているにもかかわらず、膜材料に関連する性能に長年の限界がありました。 また、現在の膜は低分子量の中性溶質の除去が不十分であり、水処理に使用される酸化剤による劣化を受けやすいです。

今回、コロラド大学ボルダー大学 (CU Boulder) の研究者は、世界中の水不足問題の解決に役立つ、気泡をベースにした新しい膜水ろ過システムを開発しました。

一般に、膜フィルターは圧力を利用して水をふるいに通過させ、水を不要な粒子や汚染物質から分離します。 新しい膜システムは、水をふるいにかけるのではなく、小さな気泡の層を使用して水を蒸留します。 研究者らによると、この変更により、新しいシステムは一般的な逆浸透システムよりも透過性が向上し、不要な不純物の除去が向上します。

現在の最先端の膜は、水透過性と水-塩選択性との間のトレードオフの影響を受け、水透過性が向上すると塩除去性が低下します。 対照的に、研究チームは、気液相変化に依存する膜は、空気層の厚さを減少させることで、水と塩の選択性を犠牲にすることなく透過性を高めることができることを観察しました。

概念実証テストのために、チームは、制御された疎水性コーティングで修飾された多孔質陽極酸化アルミニウム (AAO) 基板を使用してエアトラップ膜を製造しました。

分離は気液相変化によって起こるため、研究者らは、塩化ナトリウム、ホウ素、尿素、N-ニトロソ ジメチルアミンなどの溶解溶質がほぼ完全に除去されることを観察しました。 厚さ 200 nm 未満の空気層で製造された膜は、塩の除去を犠牲にすることなく、市販の膜の透水性を超える透水性を示しました。 また、空気を捕捉する膜が塩素やオゾン酸化剤への曝露に耐えることも判明した。

同チームの膜技術は、高度な水処理システムやその他の用途に使用できる可能性がある。 「これらは、海水の淡水化や廃水再利用の取り組みにおいて、水を非常に高度に浄化するために利用できる」とアンソニー・ストラウブ助教授は声明で述べた。 「私たちはまた、宇宙探査や研究ミッション中に水をリサイクルするためにこれらの膜を使用するためにNASAと継続的な研究を行っています。」

参考雑誌: