2019 Fiscal Year Annual Research Report
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18H01835
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
畠山 一翔 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究員 (30773965)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伯田 幸也 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, ラボチーム長 (30250707)
木田 徹也 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (70363421)
伊田 進太郎 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (70404324)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ナノシート / 二酸化炭素分離膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ナノシートを用いた新規二酸化炭素分離膜の開発を目指す。本年度は計画書通り、1）ナノシートの作製・構造設計、2）ナノシートの薄膜化・機能設計、3）分離性能評価、を進めた。2年目となる本年度は、2）、3）を中心に進めた。
1) では、平均シート幅10 μm、5 μm、30 nmとサイズが異なる酸化グラフェンを作製した。また、酸化グラフェンと層状複水酸化物とのナノ複合体作製も行い、複合化の最適条件も見出した。
2) では、支持膜状に作製した酸化グラフェン薄膜を、空気中（酸素存在下）、窒素中、水蒸気中で熱処理することでシート間隔、表面形態が異なる酸化グラフェン薄膜を作製した。
3) では、1）、2）より設計した多様な酸化グラフェン薄膜の気体透過特性を評価した。すなわち、構成するナノシートのサイズ、ナノシート薄膜のシート間隔、薄膜の表面形態が気体透過特性に対しどのよう効果を示すか検討した。具体的には、酸化グラフェン薄膜を通した二酸化炭素、窒素、酸素の透過速度を測定し、得られた透過速度から二酸化炭素／窒素、窒素／酸素の選択性を算出した。結果として、構成するナノシートサイズが大きいほど、同じ気体透過流量では高い選択性が得られることを確認し、大きなサイズのナノシートを用いる方が高性能の選択膜を得られることが示された。これは、気体分子がナノシート薄膜の層間を移動し、ナノシートと何らかの相互作用をしていることを示す。一方で予想と異なり、薄膜のシート間隔、表面構造の違いによる透過特性への効果は観察されなかった。この結果は、今後の薄膜設計の方針を決める重要な結果である。
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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
気体透過特性評価装置を立ち上げ、ナノシート薄膜の気体透過特性を順調に評価している。透過メカニズムの解明についても進んでおり、気体透過特性を制御するためのナノシート薄膜の設計方針も固まりつつある。以上のことより、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
ナノシートのサイズ、ナノシート薄膜のシート間隔、薄膜の表面形態の効果が明らかになった。今後は上記パラメータ以外について設計を行い、気体透過特性を随時評価していく。このことで、ナノシートを用いた気体分離メカニズムの解明を進め、高性能な分離膜開発につなげていく。また、多種ナノシート複合体を用いて薄膜を作製し、これらについても気体透過特性を評価していく。
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Research Products
(13 results)
