2019 Fiscal Year Research-status Report
エントロピー駆動の物質分離法：結晶空隙を用いた低分子サイズ排除クロマトグラフィー
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19K03772
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
千葉 文野 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (20424195)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秋山 良 九州大学, 理学研究院, 准教授 (60363347)
勝本 之晶 福岡大学, 理学部, 教授 (90351741)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ポリオレフィン / アルカン / 液体分離 / 枯渇相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ポリオレフィンの一種である高分子isotactic poly(4-methyl-1-pentene) (P4MP1)のキャストフィルムを、たとえばデカンとペンタン、ヘキサンとペンタン、デカンとノナンなどのアルカン二元混合液に浸漬すると、鎖長の長い方のアルカンを選択的に吸蔵する特性を実験的に発見し、朝倉大沢理論を用いて統計力学に基づく説明を行った。具体的な実験内容としては、二種のアルカンのうち片方について、全ての水素を重水素に置換した重水素化試薬を用い、アルカン同士を赤外分光法のピーク位置によって区別することで、高分子フィルム中の各アルカンの吸蔵量を定量した。高分子フィルム中へのアルカンの吸蔵は、X線回折や重量測定等によっても確認した。溶媒の濃度を変数として各種アルカンの選択的吸蔵量を定量的に明らかにした。この実験結果に対し、理論計算としては二成分剛体球系に沈められた円筒を仮定し、朝倉大沢理論を用いて大粒子の選択的吸蔵特性に関して実験結果を定性的に説明した。理論的考察から以下のことが示唆された。ゲスト分子であるアルカンの鎖長、つまり体積が大きいほど、高分子の空隙中に吸蔵された際の排除体積の重なりが大きく、もし定積を仮定すれば、大きい分子が選択的に吸蔵される方が系全体のエントロピー利得が大きいことになる。このように吸蔵によるエントロピー利得を利用して、複数の種類の低分子のうちで体積の大きい方の分子が選択的に吸蔵される特性を用いた液体分離法はこれまでになく、低分子を体積により分離可能とするような原理的に新しい液体分離法を提唱した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
交付申請書の研究実施計画の欄に記した計画中における１年目の内容を終え、既に２年目以降の実験内容、具体的にはシクロヘキサンなど直鎖アルカン以外の炭化水素に対する液体分離手法に関して実験を実施し、その結果や撮影した実験の動画から切り出した写真を用いて特許出願を２０２０年３月（１年目の年度末）に行うことができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初はクロマトグラムの取得をひとつのゴールと考えていたが、現時点で選択的透過性について大変興味深い結果を得ており、クロマトカラムとしての用途以外に分離膜としての用途という出口戦略も浮上している。選択的透過性の方に研究の重心を移しても良いのかもしれないが、まずは当初の計画通りに進め、２年目は引き続き鎖状アルカン以外の溶媒に対する選択的吸蔵特性を定量的に明らかにし、３年目までにクロマトカラムとしての性能を明らかにしたい。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの影響で、１年目の年度末の出張を一部自粛したため、次年度使用額が生じた。今後の使用計画としては、１年目の実験中に破損したガラス器具の購入に充てるほか、１年目に取りやめた議論のための出張に用いる予定である。
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