| Project/Area Number |
19J22400
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
森山 教洋 広島大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2020: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 膜分離 / 水 / 水蒸気 / オルガノシリカ / シリカ / 湿りガス分離 / 水蒸気回収 / 浸透気化 / 膜 / 水熱安定性 / ゾル・ゲル法 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、諸耐性に優れたシリカ膜による高性能分離プロセスを開発することを目的とする。3つの視点（（1）高選択透過性シリカ膜の設計・開発、（2）各種分離系における分離性能評価、（3）透過機構のモデリング）から、バランスよく、相互にフィードバックを行いながら、透過特性の制御と解明を進める。膜開発の視点からは、水の高透過率化を目指す。性能評価の視点からは、膜構造と得られた分離性能の関連を明らかにし、各分離系における高性能膜分離プロセスの指針を得る。透過機構の視点からは、水分子の熱力学透過モデルの構築を行い、透過性能の予測を可能にする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までに開発したオルガノシリカ膜を基調とし，更なる膜開発だけでなく，プロセスや透過メカニズムの側面からも研究を進めた。
膜開発の側面からは，従来のオルガノシリカネットワーク中にAlイオンを取り込むことで，ネットワークの緻密化と親水化を同時に引き起こす手法を見出した。本手法により，水蒸気／窒素の選択性が従来のオルガノシリカ膜の10倍以上に向上した。
プロセスの側面からは，プラント排ガスを想定した模擬ガス（150-200℃, 水蒸気, 塩化水素, 酸素, 窒素を含む）からの水蒸気回収の長期試験を行った。190日間に亘る試験を通して，オルガノシリカ膜は極めて安定であっただけでなく，水蒸気透過性と水蒸気／窒素選択性の双方が既報トップレベルであった。また，オルガノシリカ膜は分子ふるい性に基づき，窒素のみならず，塩化水素や，水素，酸素，二酸化炭素の除去も可能であった。
透過メカニズムの側面からは，多孔膜透過現象を表現するモデルを理論的に構築し，モデルの正当性を実験的に明らかとした。従来のモデルでは，実験的に得られる透過量を膜の透過／非透過側の圧力差で規格化した圧力差基準の透過率を用いていたが，圧力差基準の透過率は透過／非透過側の相状態（液／液，液／気，気／気）に依存するという課題があった。本モデルでは，活量差基準の透過率を用いることで，相状態によらず，透過現象を統一的に表現可能とした。また，膜細孔内での相変化（気→液への遷移領域）を考慮することで，本モデルは，オルガノシリカ膜の特異的な透過特性を定量的に予測可能であった。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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