| Project/Area Number |
22K14529
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
Hagio Takeshi 名古屋大学, 未来社会創造機構, 助教 (40808648)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | 水素分離 / 膜分離 / ナノポーラス六方晶酸化タングステン / 結晶配向 / 緻密化 / 分子ふるい / ナノポーラスhWO3 / 緻密膜 / 結晶成長制御 / 多段合成 / グリーン水素 / 水素精製 / 分離膜 / ナノポーラスWO3 / 分離メカニズム |
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| Outline of Research at the Start |
水素は次世代を担うクリーンエネルギー資源であり、中でも光触媒などを利用した水を出発源とするグリーン水素製造は重要な位置を占める。しかし、水素の製造過程では他のガス成分も副生するため、省エネルギーな分離・精製技術が必要となる。分子をサイズによって篩い分ける分離膜は次世代の省エネルギー分離・精製技術として期待されている。本研究では、水蒸気や酸素・大気共存下で水素が高度に分離可能な新規の結晶配向ナノポーラスWO3分離膜を提案し、その開発およびガス透過・分離メカニズムの解明を試みる。
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| Outline of Final Research Achievements |
Separation membrane is a useful tool for energy-saving purification of hydrogen, required in the process of green hydrogen production. We proposed and attempted to develop a new crystal-aligned nanoporous hexagonal WO3 separation membrane that can separate hydrogen in the coexistence of water vapor and oxygen and further challenged to clarify its gas separation mechanisms. We investigated the effect of precursor sol composition and synthesis environment for membrane synthesis and found such conditions necessary to form a dense membrane aligned against c-plane of nanoporous hexagonal WO3, where sub-nanopores exist. In addition, we succeeded improving membrane performance by reducing defects through repeated hydrothermal synthesis and by removing sodium ions remaining in WO3 pores. Single-component gas permeation tests and hydrogen separation tests using these membranes revealed that the developed membrane shows selective permeation against hydrogen.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究は、ナノポーラス六方晶WO3膜という新規な膜材料のガス分離への適用可能性を明らかにしたものであることから学術的価値があり、膜分離という省エネルギーな分離技術の発展に寄与するという面で社会的意義もある。更に、本研究を通して開発した六方晶WO3の高度な結晶配向制御技術は、六方晶WO3の結晶成長メカニズムや成膜挙動に関する知見を提供するものであり、材料合成技術の面からも学術的意義があると考える。更に、同技術はグリーン水素製造に貢献するとともに、他の省エネルギー技術であるスマートウィンドウ等にも活用できるカーボンニュートラルに貢献する技術であり、社会的意義もあると考える。
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