东丽RO膜研究的新进展

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竞争中始终领先一步，这是怎么做到的？

东丽株式会社（以下简称“东丽”）、东丽研究中心（以下简称“TRC”）和东京大学物性研究所（以下简称“东京物性研”）的山室修教授以及古府麻衣子助教，目前正共同致力于解析水分子在逆浸透膜（逆浸透膜至今还没有一个明确的定义介绍，以下简称RO膜）细孔中的状态和扩散动态。

研究结果表明，细孔中的水，在与细孔的相互作用下，可区别出运动性差的“束缚水”和运动性高的“自由水”两类。其中，自由水的扩散速度比束缚水要快十倍以上。

另外，该研究还首次声明了，RO膜的聚合物不止形成了细孔，还会在水的作用下产生活性，促进水分子的流动。

东丽表示，此次研究的结果，不仅促进了新能源RO膜的开发，也加快了先端分离材料的开发。

随着世界人口的剧增，以及经济社会的急速发展，地球面临着水资源不足以及水污染等重大问题。现代净水技术中采用了RO膜，保证了水资源的可持续利用，因此该技术在世界各地也得到了广泛的推广使用。

东丽和TRC致力于从实验和计算化学两方面来解析RO膜的构造，将国家的先端技术应用于开发高性能的RO膜。

RO膜的表面会形成厚度约为1亿分之一米的褶状聚合物分离机能层，分离机能层上的10亿分之一米的细孔可以使得水与盐等杂质分离开来。（图1）。如果可以了解细孔的构造，并可以准确控制细孔中水的动态流向，就可以保证只允许水有效率地渗透过去，也就是说可以得到透水·除去性能优良的高性能RO膜。

图1

| 研究的重点：

1. 可严格控制水状态的分离机能层的提取

为了测定细孔中的极微量的水的状态，将数十平方米的分离机能层从支持膜中分离提取出来进行分析是很有必要的。

在分离操作过程中，水分子如果蒸发了或者发生了其他状态的变化，那么是没有办法进行正确的分析研究的，此研究小组是通过严格的含水量控制，来保证正确的分离机能层的提取分析。

2. 利用中性子散乱作用的水分子的解析

为了分析细孔中的水，研究小组注意到了中性子——原子核构成部分中的一种粒子。量子力学的原理中说道，中性子有波的性质，它的波长可达到100亿分之一米，刚好就是水分子和聚合物分子之间的距离。

此外，中性子对水素原子有强烈的散乱作用。活用这种中性子的特性，把中性子射入含有水的材料中，研究分析这些散乱开来的部分，就可以同时分析水合物的构造和动态。

研究中使用了卢瑟福·阿普尔顿·实验室（英国）和美国国立标准技术研究所（美国）等世界少有的中性子设备，同时成功捕捉了世界首个RO膜分离机能层的细孔中的水扩散，以及水的流动性与聚合物之间的相互作用。

3. 分子动力学模拟的深化

通过深化分离机能层和水构造的模拟技术，高度再现构造和运动性，计算自由水和束缚水在含水分离机能层中的动向。

结果显示，中性子呈现了良性的散乱作用，通过控制细孔的构造和束缚水·自由水，可以提高RO膜的透水·除去性能。

来源：unima新材网