著者の所属・活動拠点の国は、ギリシャです。

掲載誌：Journal of Applied Polymer Science

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

飲み水の硝酸汚染は、特に農業地域で濃度が規制値を超えることが多く、今も大きな課題とされています。研究チームが注目したのは「選択的電気透析」です。電気透析は、電気の力でイオンを膜に通して水から取り除く方法です。これを特定のイオンを選んで除くように使えば、硝酸は取り除きつつ、水の硬度のもとになる有用なイオンは残せる可能性があります。そこで研究チームは、陽イオン交換膜（プラスのイオンを通す膜）の表面を改質し、カルシウムやマグネシウムのような2価イオンが水から減りにくくすることを目指しました。

何を、どのように調べたか

まず、市販の陰イオン交換膜と陽イオン交換膜について、イオンの除去性能とエネルギー消費を評価し、改質のもとにする陽イオン交換膜を選びました。次に、この膜にポリエチレンイミン（PEI）という高分子を塗り、グルタルアルデヒド（GA）で架橋しました。架橋とは、分子どうしを結びつけて固定することです。改質条件として、分子量の異なるPEIの使用、塗布後のすすぎ、GAの濃度、架橋時間、pHを系統的に変えて検討しています。できた膜は、走査型電子顕微鏡（SEM）による表面観察、エネルギー分散型X線分光法（EDS）による元素分析、サイクリックボルタンメトリー（CV）による電気化学的な測定で特性を調べました。さらに、硝酸で汚染された地下水の処理に使って性能を試しました。安定性と再生（性能を回復させる処理）の実験も行っています。

主な報告結果

著者らによると、最適な改質方法で作った膜では2価イオンの減少が抑えられました。この膜で、硝酸の除去率は最大99%に達しました。エネルギー消費は処理水1立方メートルあたり0.43キロワット時と低く抑えられています。一方、安定性と再生の実験では、2価イオンを保持する性能の回復は部分的かつ一時的でした。回復が最も大きかったのは、酸による再生の後でした。使用後の膜をSEMとEDSで調べると、表面にマグネシウムを多く含む付着物が見られました。

この報告が示すこと

この報告は、PEIとGAによる陽イオン交換膜の改質が、硝酸を除く電気透析で2価イオンの減少を抑える方法の候補になりうることを示しています。ただし、硬度成分を長く保ち続けられるかどうかは確立していません。研究チームは、マグネシウムを多く含む付着物が性能低下に関わっている可能性を指摘していますが、これはまだ推測の段階にとどまっています。

※出版社の利用条件により本文を利用できないため、本記事は原著論文の抄録だけで作成しています。

原著論文の著者・所属：Alexia Voutetaki（Chemical Process and Energy Resources Institute (CPERI), Centre for Research and Technology Hellas (CERTH) Thessaloniki Greece; Department of Mechanical Engineering Aristotle University of Thessaloniki Thessaloniki Greece）、Olympia Kotrotsiou（Chemical Process and Energy Resources Institute (CPERI), Centre for Research and Technology Hellas (CERTH) Thessaloniki Greece）、Veroniki Bakola（Chemical Process and Energy Resources Institute (CPERI), Centre for Research and Technology Hellas (CERTH) Thessaloniki Greece）、Panos Seferlis（Department of Mechanical Engineering Aristotle University of Thessaloniki Thessaloniki Greece）、Athanasios I. Papadopoulos（Chemical Process and Energy Resources Institute (CPERI), Centre for Research and Technology Hellas (CERTH) Thessaloniki Greece）、Konstantinos V. Plakas（Chemical Process and Energy Resources Institute (CPERI), Centre for Research and Technology Hellas (CERTH) Thessaloniki Greece）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Alexia Voutetaki, Olympia Kotrotsiou, Veroniki Bakola, et al. Electrodialysis Treatment of Nitrate‐Contaminated Groundwater Using Modified Cation‐Exchange Membranes. Journal of Applied Polymer Science（出版社：Wiley） 2026-11-10. DOI: 10.1002/app.71757. 原著ライセンス：CC BY.