サーフ特集：メアリー・オサリバン '23 とヒューマ・ジャフリー '22 きれいな水を求めて

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コプリー科学センター 217 号室では、ダクトがツタのように壁を登り、空気が電流でうなり声を上げています。 屋内では、2 人の学生が PVC チューブ、ガラスビーカー、白熱ランプであふれた実験台にもたれかかって話をしています。 彼らの会話のテーマは膜蒸留です。膜蒸留は、両学生がこの夏、シャピロ大学研究フェローシップ (SURF) プロジェクト中に研究した水の浄化方法です。

「塩水が入ってきて、真水が出てくる」とヒューマ・ジャフリー'22は述べ、世界的な真水不足の解決に潜在的に役割を果たすと信じているプロセスを説明した。

物理学を専攻し、数学を副専攻する留学生である Jafree さんは、エアギャップ膜蒸留と呼ばれる水の蒸留法の改良に取り組みました。 「エアギャップ膜蒸留における細孔サイズとギャップサイズの影響」と題された彼女のプロジェクトでは、彼女は 1 つの容器内の塩水を蒸気になるまで加熱し、その後塩水は多孔質ポリマー膜を通過して 2 番目のチャンバーに入りました。 そこで、彼女は蒸気粒子を冷却することによって淡水滴に凝縮しました。 彼女の目の前の課題は、空隙の幅と細孔のサイズを微調整して、水の蒸留の最も効率的な形式を決定することでした。

そこに、メアリー・オサリバン 23 年 (工学専攻、化学と数学の二重副専攻) の SURF プロジェクト、「膜蒸留システムで使用する溶融エレクトロスピニング膜の製造と特性評価」が登場しました。優等生プログラムの学生で、コロニアルビーチ出身のこの学生は、は、Jafree の実験で使用されたものと同じ種類の膜を、溶融エレクトロスピニングと呼ばれるプロセスを介して製造する最良の方法を模索しました。 オサリバン氏は、加熱された通電針の助けを借りて、ポリマー（彼女の場合は、ストロー、哺乳瓶、ヨーグルトの容器などの家庭用品に使われているポリプロピレン）を溶かし、その後、このポリマーが集合して、100 メートル規模の孔径を持つ繊維膜を形成した。コンピューターガイダンスによるミクロン。

「私たち二人とも、市販されているものよりも優れた膜の厚さやエアギャップのサイズがあるかどうかに興味を持っています」とジェイフリー氏は、教員の指導者で工学部教授のジム・マクレスキー氏の指導の下で行われた研究について語った。 「現在の市場は限られているので、膜をゼロから作ることができれば、研究の幅が非常に広がるでしょう。」

淡水化の未来は？

従来、科学者は水を沸点（摂氏100度）まで加熱して蒸発させ、それによって塩、アンモニア、下水など、望ましくない水の内容物から水を分離する必要がありました。 「膜蒸留の良いところは、水を沸点まで上げる必要がないことです。50℃でも熱くするだけで十分です。これは、エネルギーを節約し、コストを削減することを意味します」とオサリバン氏は説明した。

ジェイフリー氏は、このプロセスが水淡水化の取り組みにもたらす潜在的な恩恵について詳しく述べ、「これは廃熱や太陽エネルギーを使って海水を温め、冷たい海水を使って冷やすシステムになる可能性がある。本質的には、低コストで少ないエネルギーしか必要としないだろう」と述べた。海水を適切な温度に加熱して淡水を生成するためです。」

では、Jafree と O'Sullivan にとって、研究室での典型的な 1 日はどのようなものでしたか? 「たくさんの準備作業が必要です」とオサリバン氏は語った。 それは、彼女と Jafree のシステムの両方が、それぞれ 1 つの新しい膜または 1 つの競合した水蒸留サイクルで最高潮に達する 1 回の「実行」を完了するまでに数時間を要したためです。 彼らのシステムが魔法のように働いている間、二人は SURF シンポジウムのポスター プレゼンテーションの準備をし、機器を掃除し、その結果に注目しました。 場合によっては、それらの結果からは答えよりも多くの疑問が得られました。

プロセスは進歩する

ジェイフリーは、SURF シンポジウムで研究結果を発表するわずか 3 週間前に、自分の手順に欠陥があることを発見しました。 その時点で、彼女は蒸留システムで 60 回の操作を完了しており、それぞれの操作は約 3 時間続きました。 彼女は沈み込む気持ちとともに、毎回のランニングをもう一度実行する必要があることに気づきました。それを実行すると、9 週間のフェローシップの範囲をはるかに超えてしまいます。 それでも、問題を修正したときに彼女は満足し、その後の実行で満足のいく結果が得られたことをうれしく思いました。

オサリバン氏は、販売されているものと同等の膜を生産するために開発プロセスを改良する際にも挫折に遭遇しました。 「私たちは大きな進歩を遂げ、順調に進んでいる日々を過ごしています」とオサリバン氏は語った。 「一歩進んで二歩下がる日もある。」

これは、二人が研究室で共通の信念「進歩!」を採用するきっかけとなったパターンです。 さらに、研究が順調に進んでいるときにノックできるように小さな木片を手元に置いておくこともできます。 両学生とも、SURFの研究プロセスは「研究が実際のものではなく、どのようなものであるべきかという美化された概念」を正すのに役立った、とジェイフリー氏は指摘した。 彼らは、新しいことに挑戦する自由と、障害が生じたときに必要なサポートを与えてくれたマクレスキー博士を称賛しました。

「いつもマクレスキー博士との会話です」とジェイフリー氏は語った。 「彼は、白黒つけずにアドバイスを与えることで、自分のプロジェクトを自分のものにできるようにしてくれます。新しいことに挑戦して、自分がどこに行くのかを確認するよう勧めてくれます。」

「研究が完全にスムーズに進むわけではない」とオサリバン氏は付け加えた。 「数軒向こうにポスターがあって、『もし私たちがやっていることを知っていたら、それは研究とは言えないでしょう？』 それはそれを完璧に要約しています。」