2019 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of transport mechanism through vertically-aligned carbon nanotube array membranes
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18K18994
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
松本 英俊 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (40345393)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 靖彦 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (50314084)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 一次元ナノ空間 / 水輸送チャネル / カーボンナノチューブ / スリップ・フロー / 分離膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、垂直配向カーボンナノチューブ（CNT）/高分子複合膜を用いて、CNT内の水透過挙動に与える温度の影響を詳細に調査することによって、CNT内部空間における水輸送メカニズムの解明に挑戦することである。
前年度までに、圧力勾配下（圧力差 0.1 MPa）における垂直配向CNTアレイ/高分子複合膜の透水流束の温度依存性を体系的に調査することによって、室温付近の温度域において活性化エネルギーの異なる複数の透水モードが現れることをはじめて報告してきたが、本年度は、高圧力勾配下（圧力差0.5 MPa）や有機溶媒（n-ヘキサン）中における垂直配向CNTアレイ/高分子複合膜の透過流束の温度依存性を調べた。その結果、これらの系では同じ温度域において、透過流束の活性化エネルギーは一定であり、転移現象は現れなかった。この結果は、CNT複合膜の透過挙動における特異な温度依存性が水に特有なものであり、さらに圧力勾配の影響を受けることを示している。
さらに、これまでに得られた垂直配向CNTアレイ/高分子複合膜の透水実験の結果を用いて、ナノスケール空間で理論的に予測されてる低摩擦流（スリップ・フロー）の影響を考慮した流体モデルを用いた解析を行ったところ、低摩擦流の影響は、高温・高圧力勾配下において顕在化することが見出された。
以上の結果は、室温付近ではナノチューブ内の壁面近傍において水分子の運動性が制限されている可能性を示唆している。
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