2020 Fiscal Year Research-status Report
ガス分子のサイズ/透過・遮断性を見分ける新規ガス分離高分子薄膜の開発
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16K06785
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
長谷川 伸 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主幹研究員(定常) (60354940)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
廣木 章博 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主幹研究員(定常) (10370462)
前川 康成 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 部長(定常) (30354939)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | イオン照射 / 核飛跡 / グラフト重合 / ガス選択透過 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多孔性高分子基材膜に分子鎖長を制御した高分子鎖を導入することで、細孔径をナノサイズで制御するとともに、ガス分子とグラフト鎖の相互作用効果を利用することにより、水素ガスを選択透過する機能性膜の開発を目指す。今年度は、イオン照射による核飛跡を利用したグラフト膜の開発を進めた。基材膜には、エチレンテトラフルオロエチレン共重合(ETFE)膜用いた。グラフト重合性ビニルモノマーは、水素を選択的に透過するケイ素を含んだモノマーである、ビニルエトキシシラン(VESI)および3-メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン(3-MPMDS）を用いた。量子科学技術研究開発機構高崎研究所のイオン照射施設TIARAを利用し、560MeV 84Xe^26+を3×10^8 ions/cm^2照射したETFE膜は、24時間で、VESI、3-MPMDSは、それぞれグラフト率0.9、2.7%に達し、核飛跡に残存するラジカルを利用したグラフト重合に成功した。
差圧法を利用したガス透過試験において、照射膜の水素、酸素、窒素、二酸化炭素およびメタンのガス透過性調べた。イオン照射したのみの試料を用いたガス透過度は、すべてのガスにおいて、1.2×10^-9 mol/sec・m^2・Pa以下であり、低いガス透過性であった。VESIをグラフトした膜の透過度も同様に向上しなかった。一方、核飛跡へ3-MPMDSをグラフトした試料は、水素と比較して、約30倍の透過度（1.2×10^-7 mol/sec・m^2・Pa）を示した。
窒素、酸素、二酸化炭素、メタンに対する水素透過比は、それぞれ2.8, 3.2, 2.8, 2.2倍となり、核飛跡に導入した3-MPMDSグラフト鎖が水素ガスの選択透過に有効に機能したことを見いだした。
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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
今年度は、異なるモノマーについてイオン照射した膜の核飛跡領域のみに、選択的にグラフト重合反応が進行することを確認した。得られた膜のガス透過選択透過性を評価し、グラフト鎖構造とガス透過選択性の関連データを蓄積できた。このことから新型コロナウィルス感染拡大の影響で、当初予定していた実験の一部が実施できなかったが、研究は概ね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
新たなモノマーとして、市販のシリル基含有モノマーについて、同様の核飛跡を利用したグラフト膜を用いたガス選択透過性について検討し、全体を総括する。
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| Causes of Carryover |
理由：当初予定した実験の一部が実行できなかったことから、ガス透過実験に利用する試料調製試薬とガス透過試験用純ガスの購入が少なくなった。また、新型コロナウィルス感染拡大の影響で学会開催が中止となったこと及び研究に関する打ち合わせが少なくなったことから、次年度使用額が生じた。
使用計画：試料調製試薬他、透過試験用ガスなどの消耗品を購入する。また、旅費や論文投稿費等に使用する予定である。
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