2) 分離膜・水処理材料

高分子を利用した水処理膜は、安全な飲料水の確保が世界的に深刻な問題となっている現代において必要不可欠な技術であり、より高効率に海水淡水化や有害物の除去を行うための新たな膜材料が求められている。 我々は新たな機能性分離膜・水処理膜の開発を進めている。ここでのポイントは、サブナノ〜ナノメートルレベルの制御された孔径と官能基を持つナノチャネル構造を自己組織的に形成する液晶を活用することである。

2-1) 液晶サブナノ孔における選択透過・形態制御と分離機構の解明
イオン性液晶分子が自己組織的に形成する双連続キュービック構造の三次元イオンチャンネルやカラムナー相の一次元チャネルを薄膜化することにより、水処理膜を作製した。得られた膜は、ナノろ過膜レベルの水透過性、塩除去特性に加え、特異なイオン透過選択性を示した。液晶構造を反映したイオンチャネル構造や欠陥の少ない緻密膜であることが、効果的に係っていると考えられる。また、液晶チャネルの物質透過選択性について、分子動力学などによるシミュレーションや、放射光X線を用いた先端的な測定を行った。その結果、ナノチャネル中の水分子の挙動やナノチャネルと水分子の相互作用が透過選択性に影響していることを解明した。





本研究は辺見昌弘氏 (元 東レ株式会社理事・現 東レ科学振興会専務理事）ら、片山浩之教授（東京大学工学部）ら、灘浩樹教授（元 産業技術総合研究所・現 鳥取大学） 、原田慈久教授（東京大学物性研究所）ら、鷲津仁志教授（兵庫県立大学）ら、渡辺豪教授・石井良樹講師（北里大学）などとの共同研究成果である。

2-2) ウイルス高効率除去膜の開発
液晶高分子水処理膜をウイルスろ過に用いると、直径25 nmのウイルスを、高レベル (>99.999〜>99.9999%）で除去した。また、光反応や二成分液晶を利用したカラムナーナノチャネルの孔径制御や、透水チャネルの占める割合が高いスメクチック液晶を利用することにより、高いウイルス阻止率を保ったまま、膜の透水性を向上させることに成功した。特に、双頭型分子や対称性の低い棒状分子が形成するバイレイヤー型のイオンチャネルは高い透水性を示した。




代表的関連文献

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