2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a gating gas separation membrane fabricated by stacked nanosheets
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18K14043
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
日下 心平 名古屋大学, 工学研究科, 特任助教 (80749995)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 膜 / 多孔性物質 / 金属錯体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
分離膜によるガスの高純度化はガスの膜透過率の差を利用してガスを分離する技術であり、その他の分離技術、例えば深冷分離法や吸着分離に比べて低負荷でプロセスを稼働させられることから盛んに研究されている。本研究では、多孔性配位高分子薄膜(PCPナノシート)に着目した。PCPナノシートは多孔性の二次元層状物質であり、これを積層させることで簡便に成膜できるとともに、膜を透過する際にガス分子が確実にPCP細孔を通過するような膜となり、PCPの高い細孔設計性と構造柔軟性を活かした特異的ガス分離挙動が発現できると期待される。
本年度の研究では実際に膜を作成し、その評価を行った。PCPナノシートとポリマーの混合液を自然蒸発させることでハイブリッド膜を作成した。この膜は加熱乾燥と加湿により緑⇔青の色変化が起こし、十分な気体透過性を持つことが示唆された。PCPとポリマーの重量比を変化させたところ、PCP重量が20%までは膜形状が保持できることが明らかとなった。この膜を用いて二酸化炭素と窒素の分離実験を行ったところ、PCP ナノシートのハイブリッド膜の方が、同条件で得られたポリマー単独の膜よりも二酸化炭素透過性が高く、窒素透過性が低いことが明らかとなり、PCP ナノシートの二酸化炭素吸着が分離性能に良い影響を与えたことが示された。
また、これとは別途、PCP単独の膜の開発も行った。多孔性アルミナ基板にPCP種結晶を付着させ、さらに成長させることでPCP膜を作成した。得られた膜は種結晶を用いず直接PCP結晶を成長させた場合より欠陥が無く均一であることが分かった。また、この膜を用いてガス分離評価を行ったところ、良好な水素分離性能を示すことが明らかとなった。
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