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

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11555197
• 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, 大学院・工学研究科, 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, 大学院・工学研究科, 助手 (40311550) ; 久保 百司 東北大学, 大学院・工学研究科, 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 / 透過理論 / 分子動力学法 / モンテカルロ法

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。2年目の平成12年度は、ソフトウエアの開発と、方法論の理論的検証、実在系への適用を行った。成果として、グランドカノニカルアンサンブル分子動力学法、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・拡散理論に基づくソフトウエアが開発された。さらには、開発されたソフトウエアを用いて、ゼオライト膜透過における吸着・拡散理論の検証を行い、その正当性を数値シミュレーションで明らかにした。実在系への応用としては、グランドカノニカルアンサンブル分子動力学法ソフトウエアを用いて、アモルファスシリカ膜におけるガス透過係数の計算を行い、一部定性的ではあるが実験結果とよい一致が得られることを確認した。また、MFI型シリカライト膜における無機ガス、炭化水素の透過係数を吸着拡散理論の基づくシミュレーション手法で予測し、実験でみられる傾向を良好に再現することを確認した。本研究によって、分子シミュレーションを用いた無機膜理論設計の基盤となる方法論が確立されたと考えられる。これらの成果は、5報の論文(内2報は準備中)にまとめられている。

Research Products

• [Publications] Hiromitsu Takaba,Akio Koyama and Shin-ichi Nakao: "Dual Ensemble Monte Carlo Simulation of Pervaporation of an Ethanol/Water Binary Mixture in Silicalite Membrane Based on a Lennard-Jones Interaction Model"J.Phys.Chem.B. 104. 6353-6359 (2000)
• [Publications] Ryo Nagumo,Hiromitsu Takaba,Shigejirou Suzuki,and Shin-ichi Nakao: "Estimation of Inorganic Gas Permeability through an MFI-type Silicalite Membrane by a Molecular Simulation Technique combined with Permeation Theory"Microporous and Mesoporous Materials. (印刷中).