【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.22】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23NU0210
利用課題名 / Title
高度分離を目的とした機能性ナノファイバー膜の創製
利用した実施機関 / Support Institute
名古屋大学 / Nagoya Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
電子顕微鏡/ Electronic microscope,ナノ粒子/ Nanoparticles,ナノワイヤー・ナノファイバー/ Nanowire/nanofiber
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
向井 康人
所属名 / Affiliation
名古屋大学大学院工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
岳 云鵬,村瀬 智紀
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
油水エマルションは産業廃水で広く見られ、厳格な環境基準を満たすためには効果的な油水分離が不可欠である。合一分離法は、油水エマルションから油を分離・回収して再利用するための有効な手法である。しかしながら、従来の合一分離器（コアレッサー）は、直径10 µm以下の微小油滴の合一分離が困難であるという課題を有している。この課題を解決するため、本研究ではナノファイバー膜に焦点を当て、10 µm以下の微小油滴を効果的に処理できる合一分離システムの開発を目指す。
実験 / Experimental
電界紡糸法によりコアレッサー膜の母材となるポリアクリロニトリル（PAN）ナノファイバー膜を作製し、水酸化ナトリウム溶液で加熱することによりナノファイバーの表面処理を施してカルボキシル基を付与した。前処理したPANナノファイバー膜を中性まで洗浄して、硝酸亜鉛六水和物溶液と2-メチルイミダゾール溶液に浸漬することで、ZIF-8のIn-situ合成ができた。
結果と考察 / Results and Discussion
基材のPANナノファイバー膜と製造したZIF-8担持PANナノファイバー膜のそれぞれについて、繊維表面の走査型電子顕微鏡（SEM）画像を図1、図2に示す。ZIF-8粒子がPANナノファイバーの表面に固定化され分布している様子がSEM画像で確認された。ZIF-8の合成はX線回折およびX線光電子分光法によっても確認された。
次に、ZIF-8担持PANナノファイバー膜による油水エマルションの合一分離性能を評価した。油濃度1,300 ppm、流量120 mL/minの条件で、連続分離が安定状態に達した。分離度は99.9%を超え、従来のコアレッサーを大幅に上回った。ZIF-8担持PANナノファイバー膜の優れた分離性能は、複雑な表面構造と機能性を有したZIF-8粒子に起因しており、油水エマルション中の微小油滴の界面を効果的に破壊していると考えられる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1 未処理PAN膜
図2 ZIF-8担持PAN膜
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
本研究はJSPS科学研究費補助金JP20K05191の助成を受けて実施した。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Yunpeng Yue, Electrospun hierarchically structured nanofibrous membrane for highly efficient oil-in-water emulsion coalescence separation, Separation and Purification Technology, 322, 124331(2023).
DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.124331
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Yasuhito Mukai, Wet classification behavior of bidisperse colloidal particles through nanofibrous membrane, Separation and Purification Technology, 331, 125658(2024).
DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.125658
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Yunpeng Yue, In situ growth of ZIF-8 on nanofibrous membrane for long-term ultra-high flux coalescence separation of oil-in-water emulsion, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 688, 133681(2024).
DOI: https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2024.133681
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Y. Yue, Y. Mukai, "Fabrication of double-layered nanofiber coalescer with superior separation efficiency and permeation flux for oil-in-water emulsion", 50th Textile Research Symposium (Mauritius), 2023. 9. 8
- Y. Yue, Y. Mukai, "Enhanced oil-in-water emulsion separation using nanofibrous membrane coalescers", 12th International Conference on Separation Science and Technology (Okinawa, Japan), 2023. 11. 17
- Y. Yue, Y. Mukai, "Electrospun hierarchical structured nanofibrous coalescing media for highly efficient separation of oil-in-water emulsion", 日本繊維機械学会第76回年次大会（大阪）, 2023. 6. 1
- Y. Yue, Y. Mukai, "Efficient steady-state coalescence separation of emulsified oil droplets using electrospun dual-layered nanofibrous membranes", 化学工学会第54回秋季大会（福岡）, 2023. 9. 13
- Y. Yue, Y. Mukai, "Effective separation of emulsified oil droplets based on ZIF-8/PAN nanofiber membrane coalescer", 日本膜学会第45年会・膜シンポジウム2023合同大会（東京）, 2023. 11. 20
- Y. Yue, Y. Mukai, "Development of ZIF-8/polyacrylonitrile nanofibrous membrane for efficient coalescence separation of oil-in-water emulsion", 2023年繊維学会秋季研究発表会（京都）, 2023. 11. 27
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件