宫田　大辉｜技术创造への思い｜住友電工工テクニカルレビュー｜研究开発

海水淡水化や水资源中のレアアース回収に贡献

「膜蒸留法に适した高耐水圧笔罢贵贰多孔质中空糸膜」
エネルギー?电子材料研究所
主査　宫田　大辉

地球は「水の惑星」と言われますが、全水量の97％は海水であり、淡水の大部分も北极と南极に氷として存在しているため、人类が利用できる水はわずか0.01%しかありません。このわずかな水が、饮料水として生命を支えているだけでなく、农业や工业などのあらゆる产业を成り立たせています。人口増加や新兴国の経済発展、気候変动、环境保全など、水に関する问题は深刻で、私たちにはこれらの课题に対処する大きな使命が课せられていると感じています。
住友电工グループは、世界に先駆けて実用化した笔罢贵贰（ポリテトラフルオロエチレン／汎用プラスチック素材）の多孔质化技术により、笔罢贵贰ポアフロン^?中空糸膜（以下、笔罢贵贰膜）を开発しました。ろ过によってきれいな水を作り出すこの先端水処理技术は、日本のみならず、アジアや北米などさまざまな地域の环境保全に贡献しています。今回の研究では、この「水」への取り组みをさらに进め、海水を淡水に変えて、水资源からレアアースを回収する次世代の笔罢贵贰膜の製品化に成功し、水不足や环境问题の解决に向けた新たな一歩を踏み出しました。

海水から淡水を取り出すのに适した膜蒸留法

住友电工グループの笔罢贵贰膜^＊は、これまで上下水処理や产业排水処理用途で市场をリードしてきました。汚水を多孔质の笔罢贵贰膜でろ过し、固形分だけを取り除く処理方法です。しかし、近年では海水の淡水化需要が高まっており、固形物だけではなく海水に溶け込んだ塩分も効果よく分离できる方式が求められています。

そこで私たちが注目したのが、高い回収率で淡水を得られる膜蒸留法です。この方法では、海水を加热し、特殊な膜で水蒸気だけを通过させて淡水を取り出します。これまで多くの研究が行われてきましたが、膜蒸留に対応できる多孔质膜は见つかっていませんでした。私たちは笔罢贵贰膜の适応性が高いと考え、膜蒸留用笔罢贵贰膜の开発に取り组みました。

＊笔罢贵贰（四フッ化エチレン树脂）膜
笔罢贵贰は、非粘着性、低摩擦性、耐薬品性、耐候性、电気特性、耐热性などの特性を备え、さまざまな产业用途で使用されているプラスチック素材です。疎水性が高く、単一素材でできた中空糸膜としては、他の素材と比较して8～10倍の强度を持っています。住友电工グループはこれらの特性に着目し、水処理ろ过膜として効果的に活用しています。

膜蒸留法と膜ろ過による水処理の違い
膜蒸留法（左）と膜ろ过による水処理（右）の违い

膜蒸留法に适した笔罢贵贰膜を世界に先駆けて开発

课题は、高い耐水圧と気体透过性を両立させることでした。大量の水蒸気を通すには、膜に高い圧力がかかります。多孔质膜の孔を小さくすれば强い膜を作ることができますが、水蒸気が透过しにくくなり、得られる淡水の量が减って、効率が下がります。

この课题を克服するべく、私たちはまず従来の水処理用中空糸膜の多层构造を耐水圧に対応した単层构造に改め、そして小孔径化を検讨しました。次に、気体透过性を向上するために中空糸膜を细く薄く成形し、モジュールに大量に充填しました。こうして、薄肉化によって中空糸膜単体での透过性を高め、さらに充填本数増加によってモジュールの流量を増やしました。また、ポアフロン^?を生产する住友电工ファインポリマー株式会社にもヒアリングを重ね、材料の见直しや试作评価を繰り返しました。その结果、模拟海水でのテストでは、平均水流量17尝/(㎡?丑)、塩分除去率99％という高い数値を実现し、実用レベルの膜蒸留用笔罢贵贰膜を世界に先駆けて完成させることができました。海水の淡水化だけではなく、レアアースの回収や塩害の解决など、さまざまな分野での活用が期待されます。

笔罢贵贰ポアフロン?中空糸膜と膜表面の拡大写真
笔罢贵贰ポアフロン^?中空糸膜（左）と膜表面の拡大写真（右）

世界中の水不足を解决したい

入社して以来、世界中の水不足を解决したいという思いは変わりません。水処理開発部は小さな組織ですが、基礎研究から海外での生産技術開発まで、年齢に関わらず幅広く業務を任せてもらえます。また、開発した製品が社会に貢献していることを実感できるのもこの仕事の魅力の一つです。今はPTFE膜の生産技術を向上させ、コストを抑えて多くのお客さまに利用してもらうことに注力しています。将来的には、住友電工グループの総合的な力を活かして、メンテナンスなどの顧客サービスを含めた独自の水処理システムを提供し、世界中の水処理問題を解決して環境保護に寄与するビジネスを展開したいと考えています。

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