石油代替バイオエタノールの有効利用に向けた水/エタノール高速分離技術の開発

• Project/Area Number: 20810025
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Environmental technology/Environmental materials
• Research Institution: University of Hyogo
• Principal Investigator: 大幸 裕介 兵庫県立大, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70514404)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥3,276,000 (Direct Cost: ¥2,520,000、Indirect Cost: ¥756,000); Fiscal Year 2009: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2008: ¥1,716,000 (Direct Cost: ¥1,320,000、Indirect Cost: ¥396,000)
• Keywords: 環境技術 / 新エネルギー / 超薄膜 / 交互積層法 / ナフィオン / エタノール分離 / バイオアルコール

Research Abstract

ポリカチオンとしてポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド(PDDA)を用いて、交互積層法により単分散シリカ粒子(10μm:宇部日東化成)表面に、全フッ化スルホン酸高分子(Nafion)を積層した。積層に用いたNafionとポリカチオン溶液は、それぞれMeOH:H_20=9:1(v/v)および0.5MNaC1溶液を用いて10mg/mLの濃度に調製した。積層膜の重量測定には、水晶振動子微量天秤(QCM)を用いた。
ゼータ電位測定より、単分散シリカ粒子表面にポリカチオン(プラスに帯電)およびNafion(マイナスに帯電)が交互に積層可能であることを確認した。QCMによる重量測定結果より、Nafionの積層量は1.1μg/cm^2と求められた。得られた重量および密度(1.63g/cm^2)より求めた1層当たりのNafion層の厚みは2.1nmと極めて薄いものが得られた。
Nafionで修飾した粒子上に所定量の水滴を滴下したところ、静的接触角は160°以上となり、極めて高い機水性の得られることがわかった。得られた疎水化粒子をアクリル管内に充填して注水すると、水は全く浸透しない一方でエタノールは瞬時に浸透することがわかった。一方で、粒子表面をポリスチレンスルホン酸(マイナスに帯電)で被覆した場合には、親水性に変化することがわかり、本研究目的である水/エタノール高速分離に必要なシリカ粒子の親水・疎水化技術を確立した。

Research Products

• [Journal Article] Highly hydrophobic flip-flop-type ultrathin coating films prepared via electrostatic self-assembly (2009)
  • Author(s): Y. Daiko, K. Katagiri A. Matsuda
  • Journal Title: Journal of Nanoscience and Nanotechnology 9 Pages: 404-407
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thickness dependences of proton conductivity for ultra Thin Nafion multilayers prepared via LbL assembly
  • Author(s): Y. Daiko, K. Katagiri T. Yazawa, A. Matsuda
  • Journal Title: Solid State Ionics (In press)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 空気中撥水-水中親水性ナノ多層薄膜の作製と下地効果 (2009)
  • Author(s): 江間友幸 大幸裕介武藤浩行逆井基次松田厚範
  • Organizer: 日本化学会 2009年年会
  • Place of Presentation: 日本大学(舟橋)
  • Year and Date: 2009-03-27
• [Presentation] Nafion超薄膜による単分散シリカ粒子の表面修飾とアルコール分離への応用 (2009)
  • Author(s): 大幸裕介 矢澤哲夫
  • Organizer: 日本セラミックス協会 2009年年会
  • Place of Presentation: 東京理科大学(野田)
  • Year and Date: 2009-03-17
• [Presentation] 交互積層法により作製した撥水性ナノ多層薄膜の水接触による濡れ性の変化 (2008)
  • Author(s): 江間友幸 大幸裕介武藤浩行逆井基次松田厚範
  • Organizer: ガラスおよびフォトニクス材料討論会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2008-11-27
• [Book] ゼータ電位利用集 9章2節3項 薄膜コーティング9章1節9項 ゼータ電位制御による機能制コアーシェル粒子の作製 (2009)
  • Author(s): 大幸 裕介
  • Publisher: 情報機構