2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of phase transfer adsorbent utilizing specific adsorption properties of ZIFs
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17K19001
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
増田 隆夫 北海道大学, 工学研究院, 教授 (20165715)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉川 琢也 北海道大学, 工学研究院, 助教 (20713267)
中坂 佑太 北海道大学, 工学研究院, 助教 (30629548)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | 吸着 / 拡散 / ZIFs / 有機物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属イオンと有機配位子との配位結合により形成される金属－有機構造体の一種であるZIF（Zeolitic Imidazolate Framework）は、石油化学の分野で広く用いられるゼオライトに似た結晶構造、高表面積、耐熱性を有しており、ガス分離剤や触媒としての応用が注目されている。本研究では、従来の吸着剤にはないZIFsの特異的な吸着特性、吸脱着速度の制御により、液相における新しい分離プロセスの可能性を見出すことに挑戦した。まず既報の合成手法を参考に金属種、有機配位子の異なるZIFsを合成し、良好な結晶性が得られたZIF-8、ZIF-67、ZIF-90を主対象として研究に使用することとした。ZIF-8を吸着剤に用い環状の含酸素炭化水素、不飽和炭化水素、飽和炭化水素の吸着等温線測定により不飽和結合数、酸素数により吸着特性が異なることを明らかにした。また、吸着物質として1,4-ジオキサンを選定し、ZIF-8を吸着剤に用いた液相吸着実験を行ったところ粒子径が小さいZIF-8を用いることにより短時間で吸着平衡に到達（吸着速度が速くなる）することを明らかにするとともに、吸着プロセス設計に極めて重要な拡散係数を得ることに成功した。吸着剤の相間移動を利用した分離システムの可能性を検討するため、有機溶媒および水中での環状炭化水素の吸着測定を実施した。溶媒種により環状炭化水素の吸着特性が異なることが明らかになった。本研究を通して得られた知見に基づき、有機相、水相の二相間をZIFsが移動することで水相中の有機物を連続的に吸着除去できるプロセスの可能性を見出すことができた。さらに、住友ベークライト株式会社と共同でZIF-8ナノ粒子を繊維に固定化する手法を開発することに成功した。本技術を応用することで、充填層を用いた吸着分離で課題となる粒子回収と圧力損失の低減を両立した分離プロセスが期待される。
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Research Products
(2 results)
