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Highlighting JAPAN

为了所有人都能用上干净的水

面临世界上越来越严重的水不足问题,对创新型造水材料、水循环系统的需求十分高涨。其中,开发出了一种制法简便且高性能的造水用薄膜,有望为世界的水资源问题给予大的帮助。

近年来,世界人口的增加和地球变暖等气候的影响,在世界范围水资源不足以及水污染问题十分严重。此外,农业、工业、能源领域也需要增加大量的水资源。

地球也被称为“水的行星”,其97.47%是盐水,淡水只有2.53%,而2.53%之中,1.76%为在南极等地的冰床和冰河 ,剩下包括地下水在内的总量为0.76%。人类容易利用的河流和湖泊的水只有剩下的0.01%而已。(注1)

水资源问题被列入2015年联合国通过的≪可持续发展目标(SDGs)≫的目标6“确保为所有人提供并以可持续方式管理水和环境卫生”(参照2017年9月刊

迄今为止,为了解决水资源问题,比如海水的淡水化,开发有效利用河流水技术等措施。这些技术的核心就使用高分子膜进行高度水处理。但是,为了应对地球规模的水资源不足问题,需要提高水处理膜的耐久性能,以及更大程度上压缩造水消费能源和运营成本,也就是需要开发“创新型水处理膜”。

2017年8月29日,信州大学海水创新据点的研究小组(研究组长信州大学特别特任教授远藤守信)发表,开发了通过可以去除高浓度的氯化钠和色素的“氧化石墨烯/石墨烯混合积层膜”的水分离膜,而且制造方法十分简单。石墨烯是只有碳素原子一个大小厚度的碳素平面状物质。该成果被刊登在当天出版的英国科学杂志≪自然・纳米技术≫上。(注2)

石墨烯等纳米碳素(注3)是具有优秀的物理和化学性能的先端技术材料,作为具有高强韧性的高性能水膜材料受到期待,在世界的相关研究也很踊跃。最近,英国曼彻斯特的研究小组发表了关于利用纳米碳素的一种氧化石墨烯制造的水处理膜技术的论文,也受到国际的关注,但是,英国的研究小组开发的薄膜对高压力水流下很弱,还存在不能不能投入实际使用到制作所需要的大型处理膜的课题。

此次,远藤教授的研究小组,将石墨烯和氧化石墨烯结合起来,绝妙地调整积层的纳米构造,成功地开发出大面积化、能简单进行高度水处理功能的纳米碳素膜。

远藤教授对此次开发的纳米碳素膜的制造方法如是说明。

“用最佳比例混合的氧化石墨烯和石墨烯的混合液,将其往极其薄的类似海绵状的多孔状材料喷雾,厚度为数十纳米(1纳米=100万分之一毫米)”的活性膜能自律形成。利用这个膜可以出去食盐水中的盐分和水中的色素,具有很高的选择性。”

这次开发的薄膜在5.5Mpa的压力下,也可以确保安定的透水性能,纳米碳素材料具有高度的强韧性(耐药品性和耐热性等)。此外,也具有制法简单的优势。还有,该制法可以根据使用目的容易控制薄膜的构造和功能,不仅适用于半海水和海水的淡水化,还可以用于附带水(采取原油、天然气是附带水)的处理、药品、化学、食品加工工程等,可以期待其实用化。

远藤教授和Aaron Morelos-Gomez先生表示,“今后通过对薄膜的纳米构造高精度的限制,增加过滤物质的选择性外,进一步提高除盐率和透水性,作为下一代的创新型水分离膜,进一步实现升级,争取尽早实用化。”

为了解决不容再等的地球规模的课题,实现世界的每一个人都能用上干净的水,挑战性的研究还将继续。



(注)
1 淡水数据来自 http://www.mlit.go.jp/common/001044443.pdf
2 该研究成果是,科学技术振兴机构(JST)主导的Center of Innovation(COI)项目“为实现世界丰富的生活环境和地球规模的可持续性做贡献的海水革新据点”。该项目在“构筑具有生机的可持续社会”的愿景下,以信州大学为中心机构,为构筑革新性的造水、水循环系统,实施研究和开发工作。
3 纳米碳素是由碳素原子组成的被控制在纳米单位(100万分之一毫米大小)构造的碳素物质。