2017 Fiscal Year Research-status Report
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17K05994
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
鈴木 智幸 京都工芸繊維大学, 材料化学系, 助教 (90422807)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ポリベンゾオキサゾール / シリカ / 有機－無機ハイブリッド / ゾル－ゲル / 気体分離膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに実施した予備研究にて、合成時のモノマー濃度、モノマー添加順序等を最適化し、二酸化炭素透過性に優れる多分岐ポリベンゾオキサゾール（PBO）の合成および自立膜の作製に成功した。平成29年度は、テトラエトキシシラン（TEOS）をシリカの原料に用い、ゾル－ゲル法による有機－無機ハイブリッド化を試みた結果、多分岐PBO－シリカハイブリッドの自立膜の作製に成功した。また、作製したハイブリッド膜の熱特性を評価した結果、優れた耐熱性を有することが分かった。作製した多分岐PBO－シリカハイブリッド膜について気体透過・分離性（主として二酸化炭素／メタン分離性に着目）を評価した結果、類似構造を有する直鎖PBO系ハイブリッド膜を上回る、優れた二酸化炭素／メタン分離性を有することが明らかとなった。
また、類似構造を有する直鎖PBO膜について、最終熱処理温度を適宜変更して膜作製を行った。作製した膜について広角X線散乱測定を行った結果、最終熱処理温度の上昇に伴うd-spacingの増大が確認された。また、密度測定を行い、原子団寄与法に基づいて各サンプルの自由体積分率を算出したところ、最終熱処理温度の上昇に伴う自由体積分率の増加が示された。加えて、直鎖PBO膜について気体透過・分離性を評価した結果、最終熱処理温度の上昇に伴う二酸化炭素／メタン分離性の向上が確認された。これらの結果から、最終熱処理温度の上昇に伴い、分子鎖の再配列が促進され、それに伴い自由体積分率が増加し、二酸化炭素／メタン分離性が向上することが分かった。
平成29年度の研究成果について、査読付き学術論文（1報）、学会（国内）（1件）での発表を行った。
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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
【サブテーマ1： 多分岐PBO系ハイブリッド膜の作製と諸物性評価】・・・これまでに実施した予備研究にて、合成時のモノマー濃度、モノマー添加順序等を最適化し、二酸化炭素透過性に優れる多分岐ポリベンゾオキサゾール（PBO）の合成および自立膜の作製に成功した。平成29年度は、テトラエトキシシラン（TEOS）をシリカの原料に用い、ゾル－ゲル法による有機－無機ハイブリッド化を試みた結果、多分岐PBO－シリカハイブリッドの自立膜の作製に成功した。また、作製したハイブリッド膜の熱特性を評価した結果、優れた耐熱性を有することが分かった。
【サブテーマ2：多分岐PBO系ハイブリッド膜の気体透過・分離メカニズムの解明】・・・多分岐PBO－シリカハイブリッド膜について気体透過・分離性（主として二酸化炭素／メタン分離性に着目）を評価した結果、類似構造を有する直鎖PBO系ハイブリッド膜を上回る、優れた二酸化炭素／メタン分離性を有することが明らかとなった。また、類似構造を有する直鎖PBO膜について、最終熱処理温度を適宜変更して膜作製を行った。作製した膜について広角X線散乱測定を行った結果、最終熱処理温度の上昇に伴うd-spacingの増大が確認された。また、原子団寄与法に基づいて各サンプルの自由体積分率を算出したところ、最終熱処理温度の上昇に伴う自由体積分率の増加が示された。加えて、直鎖PBO膜について気体透過・分離性を評価した結果、最終熱処理温度の上昇に伴う二酸化炭素／メタン分離性の向上が確認された。これらの結果から、最終熱処理温度の上昇に伴い、分子鎖の再配列が促進され、それに伴い自由体積分率が増加し、二酸化炭素／メタン分離性が向上することが分かった。
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| Strategy for Future Research Activity |
【サブテーマ1： 多分岐PBO系ハイブリッド膜の作製と諸物性評価】 、【サブテーマ2：多分岐PBO系ハイブリッド膜の気体透過・分離メカニズムの解明】・・・平成29年度に引き続き、当該サブテーマを実施する。
【サブテーマ3：多分岐PBO系ハイブリッド膜の高性能・高機能化】・・・平成30年度以降は、二酸化炭素／メタン分離性の向上、ならびに排ガスからの二酸化炭素の分離・回収などを想定した、二酸化炭素とその他気体との組み合わせにおける透過・分離性の向上・制御 に主眼を置いた、多分岐PBO系ハイブリッド膜の高性能・高機能化に取り組む； 《(a) 二酸化炭素／メタン分離性の向上》：平成29年度の直鎖PBO膜を用いた先行試験において、最終熱処理温度の上昇が二酸化炭素／メタン分離性の向上に有用であることが示された。そこで平成30年度は、最終熱処理温度を適宜変更して多分岐PBO－シリカハイブリッド膜を作製し、二酸化炭素／メタン分離性の向上を図る。 《 (b) 二酸化炭素とその他気体との組み合わせにおける透過・分離性の向上・制御》： これまでに研究を行った多分岐ポリイミド系ハイブリッド膜においては、シリカの原料となる金属アルコキシドの種類を適宜変更することで、二酸化炭素の透過・分離性が変化することが見出されている。よって、多分岐PBO系ハイブリッド膜において、TEOS以外の金属アルコキシドを使用（あるいは併用）し、二酸化炭素とその他気体との組み合わせにおける透過・分離性の向上・制御の可能性を探索する。
本研究の研究成果は随時、申請者の所属学会等にて学会発表を行うとともに、学術論文誌での論文発表を行う。また、新聞、雑誌等の媒体にて、より幅広く社会・国民に向けて発信する予定である。
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| Causes of Carryover |
平成29年度の旅費の合計が、当初計上した概算額を下回ったため。平成30年度以降、旅費として使用予定。
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