CO2分離膜評価に向けた極微量オペランド計測装置の開発

• Project/Area Number: 23K13786
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 34030:Green sustainable chemistry and environmental chemistry-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 金崎 悠 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究員 (90804667)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2025: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2024: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: CO2分離回収 / 膜分離 / オペランド計測 / 界面

Outline of Research at the Start

低濃度CO2排出源から省エネルギー・低コストかつ高効率でCO2を分離回収できるCO2分離膜を開発するにあたり、分離膜へのCO2の吸着/吸収・内部における拡散・分離膜からの放散といった分離素過程における速度論的特性を定量的に評価できる評価系の開発が必須である。本研究では、CO2分離膜の定量評価に向けた極微量オペランド計測装置を開発する。具体的には、CO2分離素過程における物性変化を正確に測定できる素子とその制御プログラムを開発し、CO2分離における素過程の速度論的解析を行う。さらに、本研究で開発した装置を用いて分離膜材料を評価し、連続する素過程を分離できる解析モデルを開発する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、CO2分離膜の開発加速化に向け、分離膜材料へのCO2の吸着/吸収や脱着/放散といった分離素過程における速度論的特性の解析ができる装置の開発および評価法の確立を目的としている。令和5年度は、オペランド計測のためのQCM測定装置および解析法の検討を行った。
本研究では、微小天秤である水晶振動子QCMを応用することで、物性と速度論的特性を評価できる評価装置を構築した。具体的には、CO2が表面から液体試料に吸収し拡散するまでのプロセスを追跡できるよう、セル等の測定系を構築した。また、QCMを用いて液相中で測定を行う際、水晶板振動の周波数は、QCMに触れる物質のずり粘度変化の影響を受ける。今回のCO2吸収過程の追跡においても、その過程で試料粘度が変化するため、Sauerbrey式を適用すると質量変化を過大に評価する。そこで、解析式を用いて粘性による影響を除することで、正確なCO2吸収量を算出した。また、分離材料の評価を加速化させることを目的に、構築した評価系のデータ取得を高速化するハイスループットシステムの開発を進めている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

研究代表者の産休・育休取得により、当初の計画から遅れが生じている。

Strategy for Future Research Activity

研究計画上は3年目に予定していた装置の自動化を初年度～2年目に進め、測定効率を上げることで、遅延の解消を試みる。