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Establishment of a Method to Design and Synthesize Porous Monoliths with Precisely Introduced Microchannels

Research Project

Project/Area Number 19H02503
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 27020:Chemical reaction and process system engineering-related
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

Mukai Shin  北海道大学, 工学研究院, 教授 (70243045)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 岩村 振一郎  北海道大学, 工学研究院, 助教 (10706873)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2020: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2019: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
Keywords反応・分離工学 / 触媒・化学プロセス / ナノ材料
Outline of Research at the Start

本研究はμmサイズの流路が精密に導入された機能性多孔質モノリス体の設計法構築を目的に実施する。まずは作製が困難であった数十μm~数百μmの流路サイズを有するモノリス体を効率良く製造可能な方法を確立する。得られる一連のモノリス体を利用し、まずは吸着関連の用途での構造最適化の手法を確立する。次いで光触媒反応、気液固三相反応等、より高度な利用法でモノリス体がその最大の機能を発揮できるように流路形状を含めた構造の最適化をする。以上の検討を通して、目的としている設計法を構築する。

Outline of Final Research Achievements

This project was conducted to establish a method to design and synthesize porous monoliths with precisely introduced microchannels. First, two methods to synthesize monoliths having microchannels in the size range of a few tens of micrometers to a few hundred micrometers were developed. Next, a series of monoliths were synthesized using these methods, and a method to optimize the dimensions of monoliths to maximize their performances when they are used in adsorption as well as reaction processes, especially gas-liquid-solid three phase reaction processes, was established.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

吸着材や触媒として利用可能な多孔質材料をハニカム状に成型することで、材料の用途での特性を向上させることが可能であるが、従来の製造法では流路サイズを数百μmよりも小さくすることが困難であった。以前に多孔質材料をサブμm~数十μmサイズの流路を有するモノリス体に成型可能な手法を開発したが、本研究では成型可能な流路サイスの範囲が数十μm~数百μmである技術を開発した。一連の手法を使い分けることでサブμmからmmの範囲の流路サイズを有するモノリス体がシームレスに製造可能となった。これにより種々の用途、種々のスケールにおいて、多孔質材料の特性を向上させることが可能となった。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Enhancing the efficiency of gas-liquid-solid reactions using a monolithic microhoneycomb catalyst2021

    • Author(s)
      Mega Hiroyuki、Takahashi Shunpei、Aihara Takuya、Yoshida Seiichiro、Iwamura Shinichiroh、Ogino Isao、Mukai Shin R.
    • Journal Title

      Catalysis Today

      Volume: - Pages: 244-251

    • DOI

      10.1016/j.cattod.2021.11.024

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Continuous-flow separation of cesium ion by ammonium molybdophosphate immobilized in a silica microhoneycomb (AMP-SMH)2019

    • Author(s)
      Seiichiro Yoshida, Shinichiroh Iwamura, Isao Ogino, Shin R. Mukai
    • Journal Title

      Adsorption

      Volume: 25 Issue: 6 Pages: 1089-1098

    • DOI

      10.1007/s10450-019-00060-2

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Carbon Gel Monoliths with Introduced Straight Microchannels for Phenol Adsorption2019

    • Author(s)
      Kazuya Takahashi, Seiichiro Yoshida, Kasama Urkasame, Shinichiroh Iwamura, Isao Ogino and Shin R Mukai
    • Journal Title

      Adsorption

      Volume: 25 Issue: 6 Pages: 1241-1249

    • DOI

      10.1007/s10450-018-00007-z

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Monolithic Microhoneycombs of Functional Materials Synthesized Using Ice Crystals as the Template2022

    • Author(s)
      Shin Mukai
    • Organizer
      International Chemical Engineering Symposia 2022
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 直状マイクロ流路が導入された多孔質モノリス体の製造と応用2021

    • Author(s)
      向井 紳
    • Organizer
      日本セラミックス協会第34回秋季シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 矩形型直状マイクロ流路の導入によるモノリス型吸着材の高機能化(学術奨励賞受賞)2021

    • Author(s)
      三國 凌輔、岩村 振一郎、荻野 勲、向井 紳
    • Organizer
      第30回化学工学・粉体研究発表会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 光造形テンプレートにより精密に直状流路が導入された多孔質炭素モノリス体の開発(学術奨励賞受賞)2021

    • Author(s)
      菅原 卓弥、岩村 振一郎、向井 紳
    • Organizer
      第30回化学工学・粉体研究発表会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] ファイバーテンプレート法を用いて直状流路を導入した微小径モノリス型吸着材の開発2020

    • Author(s)
      菅原 卓弥、岩村 振一郎、荻野 勲、向井 紳
    • Organizer
      第29回化学工学・粉体研究発表会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Synthesis of Porous Monoliths with Straight and Aligned Microchannels Using Thermoplastic Fibers as the Sacrificial Template2019

    • Author(s)
      Shin R. Mukai
    • Organizer
      13th International Conference on the Fundamentals of Adsorption (FOA13)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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