新規分子シミュレーション手法による無機分離膜設計法の確立

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11555197
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 高羽 洋充 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (80302769)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮本 明 東北大学, 工学系研究科, 教授 (50093076) ; 山口 猛央 東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (30272363) ; 中尾 真一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (00155665) ; 高見 誠一 東北大学, 工学系研究科, 助手 (40311550) ; 久保 百司 東北大学, 工学系研究科, 助手 (90241538)
• Keywords: 分子シミュレーション / 無機膜 / 分離膜 / 材料設計 / ゼオライト膜 / 透過係数 / 分子動力学法 / 透過理論

Research Abstract

本研究の目的は、種々の膜材料の分離性能を予測し、分離対象に最適な無機膜を材料レベルから提示できる方法論を構築することである。一年目の今年度は、方法論の構築とソフトウエアの開発を行った。具体的には、非平衡系モンテカルロ手法(Dual Ensemble MC 法)、非平衡系メソスコピック・モンテカルロ手法、そして分子動力学法とモンテカルロ法を併用した吸着・拡散理論に基づく性能予測手法の開発を行った。Dual Ensemble MC 法については予定通り開発が進み、シリカライト膜による水・エタノール分離系に適用され、その有効性が証明された。また、吸着・拡散理論に基づく性能予測手法についても単成分系については設計理論が完成し、シリカライト膜における無機ガスおよび炭化水素の透過係数の理論値予測に成功した。現在その精度について実験結果と照らし合わせた検証を行っている。また、非平衡系メソスコピック・モンテカルロ手法についてもソフトウエアが完成し、ZSM-5膜によるキシレン異性体の透過係数の予測に適用しその有効性について検証した。また、アルミ交換比率が透過係数に与える影響の予測に世界ではじめて成功した。これらの成果は、4報の論文(内3報は準備中)にまとめられている。

Research Products

• [Publications] S.Suzuki,A.Takaba,T.Yamaguchi,S.Nakao: "Estimation of Gas Permeability of a Zeolite Membrane, Based on a Molecular Simulation Technique and Permeation Model"Journal of Physical Chemistry B. (印刷中). (2000)