中空糸膜を用いたろ過実験で実社会と繋ぐ(2018年03月22日) | 通信制高校のルネサンス高等学校

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中空糸膜を用いたろ過実験で実社会と繋ぐ(2018年03月22日)

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中空糸膜を用いたろ過実験で実社会と繋ぐ(2018年03月22日)

中空糸膜を用いたろ過実験で実社会と繋ぐ(2018年03月22日)

一昨日(20日)、東レ教育支援プログラム中空糸膜を使った実験教材」(株式会社キャリアリンク*1)を用いたろ過実験を行った。"ろ過"(filtration)は、小学校時代のロートとろ紙で馴染みがあるが、中空糸膜によるろ過技術は、新しい汎用性のある技術である。ろ紙やろ布にルーツがあり、繊維産業の技術転用で今日の膜分離技術に至っている。その応用範囲は広く、上・下水道から食品(濃縮)・医療(透析)まで、膜の透過性を的確に選べば海外では海水の淡水化事業(desalination)にまで使われている。

*1 実社会から隔絶されて閉鎖空間となっている「学校と社会を繋ぐ」ことを気高く理念に掲げ、1987年より教育CSRcorporate social responsibility)を事業展開中(若江眞紀の教育共感net)。

オリジナル教材は中学1年生向けの「水の中の粒子について考えよう」に焦点を当てているが、この記述は理工・バイオ・環境系の大学・専門学校へ進学した場合、純水製造装置、特にRO(逆浸透膜)ろ過で製造した実験室で常用される純水(例えば、Milli-Q)を理解する原点となる。そこで、探究学習を進めているサイエンスコースの修了生に知っておいて貰いたく今回、教材を提供戴いた経緯がある。

今回の中空糸膜は手動のシリンジでも吸引可能な膜の孔径なので、家庭用浄水器のカートリッジの内部に使われているタイプに近く、水道管内の赤サビなどから夾雑してくる異物を除去する効果がある。今回の実験では、 1)泥水(干潟底泥中の粘土鉱物を懸濁させた水)、2)色水(青い顔料を溶かした水)、3)海水(淡路島から採取してきた海洋微生物の培養に用いる汲み置き海水)を用意した。

泥水の場合、粘土鉱物(粒径が2μm未満)が膜表面で捕捉されることは想像できたが、一見、溶けているように見えた色水も膜を通過した水が無色透明なのは意外であった。膜を透過できないのである。海水に関しては、溶存するイオンは膜を通過してしまうようで、海水中の溶解成分はこのグレードのMF膜では分離できないことが判明した(屈折式の塩分計で測定したので、やや煩雑であった)。

最後に、水溶液が着色する塩化コバルト[Co(H2O)62++4Cl- [CoCl42-+6H2O の水溶液で目視で膜分離できるか否かの確認をしてみた。すると、ピンク色をした水和イオンが見事にMF*2膜を透過していることが目視で確認できた。錯体イオンを形成するコバルトが最適かどうか知れないが、無色の食塩水と比べてイオンの膜透過が視認できるので楽だった(文責:教育デザイン室長・竹内 準一)。

*2 ろ過対象に応じ、粗い方から細かい方へ次のように区分される:精密ろ過(MF=Micro Filtration)、限外ろ過(UF=Ultra Filtration)、ナノろ過(NF=Nano Filtration)、逆浸透(RO=Reverse Osmosis)

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画像・上段左:ろ過実験機材キット(東レ提供)、同・上段中:解説書と中空糸膜モジュール一式、同・上段右:塩化コバルト水溶液のMF膜に対する挙動(イオンが膜を透過する)、同・下段左ペドロも一緒に実験中の光景、同・下段右:新1年生と新2年生のコンビで実験中(左が色水、右が泥水)

付記東京都下水道局の再生水事業(新宿区)では、下水処理水を高度処理した後に仕上げに膜分離して隣接した公園の人工河川(せせらぎ)や新宿副都心の高層ビルの水洗便所に再生水を供給している。

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