2016 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of organic/inorganic hybrid silica membranes via atmospheric-pressure plasma-polymerization
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15H05553
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
長澤 寛規 広島大学, 工学研究院, 特任助教 (30633937)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 膜分離 / ハイブリッドシリカ膜 / 多孔性無機膜 / 大気圧プラズマCVD / 気体分離 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，大気圧プラズマを援用した有機無機ハイブリッドシリカ膜の製膜法の開発を目的とするものである．前年度（平成27年度）は，本研究で提案する製膜法の基本概念をプラズマ気相重合法による製膜で実証した．平成28年度は，分離性能の向上および分離対象に応じた分離性能のチューニングを目指し，製膜条件の最適化による膜構造制御について検討を行った．
具体的には，基本骨格となるシリカネットワークを形成するケイ素含有化合物と，プラズマ重合性の高い不飽和炭化水素化合物とを，原料として同時供給することにより，ネットワーク構造内に炭素成分を取り込んだ有機無機ハイブリッド構造を有する膜の製膜を行った．ヘキサメチルジシロキサン（HMDSO）とシクロオクタジエン（COD）を同時供給して製膜することで，HMDSO単成分で製膜したシリカ膜と比較して高い炭素含有率を持ち，シリカ膜とは異なる特徴的な透過特性を示すことを明らかにした．また，分子内に酸素を持たないケイ素含有化合物を用いた場合にも同様の傾向が見られた．さらに，これらの炭素含有率を向上させた膜では，欠陥が少なく，均一な細孔径を持つ分離層が形成されていることも，透過特性の解析により明らかとなった．
また，可動式のプラズマ製膜装置を構築し，プラズマ走査速度や管状基材回転速度等の操作条件が製膜性に及ぼす影響などの大面積製膜に向けた基礎的検討を行った．さらに，気相重合法に加えて，多孔質支持体に原料化合物を含浸し，それらにプラズマを照射することで，気液界面で重合反応を進行させて，有機無機ハイブリッドシリカ膜を合成する手法についても検討を開始した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
現在までのところ，研究は計画通り進んでいる．平成28年度は，原料の多成分化による膜構造制御について検討し，ケイ素含有化合物と不飽和炭化水素化合物を用いることで，炭素含有量の高いハイブリッド構造を形成できること，また，そのようなハイブリッド構造を形成すると，分離特性を左右する欠陥が少ない均一な分離活性層が得られることがわかった．構造制御による分離対象に応じた特性制御や製膜性の向上の可能性が見出されており，順調に研究が進展していると考える．また，大面積化についても，新たな製膜システムの構築を完了し，従来システムとそん色ない製膜が可能であることが確認できており，大面積での透過特性評価も可能な状況に達しており，おおむね順調である．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度までは，大気圧プラズマを用いた有機無機ハイブリッドシリカ膜製膜の実証や，膜構造制御の可能性について，気相重合法を中心に検討を進めてきた．また，本研究で提案しているもうひとつの製膜法である，原料化合物を多孔質支持体に含浸し，それらにプラズマを照射して気液界面重合により製膜を行う方法についても検討を開始した．平成29年度は，プラズマ気液界面重合法による製膜について，より詳細な検討を行う．具体的には，気相重合法での使用が困難な大分子量の原料化合物を用い，特異的な吸着能を持つ官能基の導入や，グラフェンなどの二次元材料の分離活性層への埋包などを検討することで，有機無機ハイブリッドシリカ膜の更なる高機能化を実現できるものと考える．また，大気圧プラズマを用いることで，常温常圧で分離性に優れた有機無機ハイブリッドシリカ膜を製膜できるというこれまでに得られた知見を基に，これまで検討してきた無機材料からなる多孔質支持体のみならず，より安価な高分子ナノろ過膜などの汎用膜への製膜の検討も行い，更なる大面積化に取り組む予定である．
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Research Products
(6 results)
