成功開發出全新的反滲透膜

為了回應這種需求，2013年，我們在信州大學成立了產官學聯動的研究機構「全球水創新中心」，使用奈米技術（超微技術）的代表性材料——奈米碳管研究開發反滲透膜。奈米碳管是同時具備「碳」「奈米（十億分之一公尺）」「圓筒」這3種要素的物質，在鐵等金屬粒子的催化作用和約1000℃的溫度下，可由甲烷等碳氫化合物生成。它只有5萬分之1頭髮那麼細，重量極輕，強度是鋼的數十倍，而且化學特性穩定，能高效導熱導電，因此被用作鋰離子電池的電極材料，為電池性能的提升做出了貢獻。除此之外，它還作為網球拍和高爾夫球杆的長柄等碳纖維增強樹脂的添加材料被廣泛使用。奈米碳管可以用生物甲烷來製造，此種情況下會生成副產品氫氣，屬於一種環保型奈米材料。

2018年，信州大學在現有的交聯芳香族聚醯胺中混入奈米碳管，成功研發出全新的反滲透膜。因為混合了比例恰當的奈米材料，所以膜本身自帶正電，表面的凹凸也減少了。結果，那些被稱為「foulant（汙垢）」的雜質很難附著在膜上了。

上圖為傳統反滲透膜。下圖為信州大學開發的奈米複合膜。左邊是48小時後，右邊是52小時後。被染成綠色的蛋白質牢牢地黏附在傳統膜上。但在奈米複合膜上，附著的蛋白質小塊52小時後就會脫落，幾乎完全消失（信州大學提供）
上圖為傳統反滲透膜。下圖為信州大學開發的奈米複合膜。左邊是48小時後，右邊是52小時後。被染成綠色的蛋白質牢牢地黏附在傳統膜上。但在奈米複合膜上，附著的蛋白質小塊52小時後就會脫落，幾乎完全消失（信州大學提供）
左邊傳統膜（藍色部分）上牢牢地黏著蛋白質，右邊信州大學開發的膜堵塞物較難附著，在水流衝擊下汙垢容易剝落（信州大學提供）
左邊傳統膜（藍色部分）上牢牢地黏著蛋白質，右邊信州大學開發的膜堵塞物較難附著，在水流衝擊下汙垢容易剝落（信州大學提供）

如果將含有奈米碳管、不易堵塞的奈米複合膜推廣商用，就有可能實現符合環保世紀潮流的「綠色海水淡化技術」，既節約能源，又能儘量少用藥劑，有利於生態環境。

使用奈米複合膜的海水淡化模組。海水經由這個模組將鹽分去除。斷面之所以呈黑色，是因為其由奈米碳管複合構造而成（信州大學提供）
使用奈米複合膜的海水淡化模組。海水經由這個模組將鹽分去除。斷面之所以呈黑色，是因為其由奈米碳管複合構造而成（信州大學提供）
安裝在信州大學國際科學創新中心裡的奈米複合膜生產線（信州大學提供）
安裝在信州大學國際科學創新中心裡的奈米複合膜生產線（信州大學提供）

從2020年開始，在北九洲的「北九洲水廣場」，通過奈米複合膜將真實的海水進行淡化處理，其針對汙染物質的性能得到驗證。通過這類實驗，能夠證明與以往的膜相比，各種藥劑使用量能顯著降低，膜的使用壽命也能夠延長。基於實驗結果我們可以期待，海水淡化裝置能運行得更久，運營成本也有望減少10-15%。甚至還能簡化海水預處理設備裝置，而這原本是成本居高不下的原因之一。

安裝在「北九洲水廣場」上的海水淡化示範設備。貨櫃內，正在開展評估奈米複合膜耐久性等特性的實驗（信州大學提供）
安裝在「北九洲水廣場」上的海水淡化示範設備。貨櫃內，正在開展評估奈米複合膜耐久性等特性的實驗（信州大學提供）

目前，我們正在與國內外海水淡化相關企業和研究機構合作，推進將這種奈米複合膜實裝到海水淡化裝置的研究。此外，信州大學開發的反滲透膜，也可用於下水處理和至今尚未被充分利用的工廠排水再利用方面，在構建與環境、社會相協調的水資源再利用系統方面也大有前景。我相信，在奈米碳管技術研究方面處於世界最尖端地位的信州大學所研發的奈米複合膜，將對解決世界水資源問題做出巨大貢獻。

標題圖片：奈米碳管示意圖（信州大學提供）