Entropy-driven material separation method: Size exclusion chromatography using pores in crystals

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K03772
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: Chiba Ayano 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (20424195)
• 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)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 結晶性高分子 / 分子吸蔵 / 液体分離 / 枯渇相互作用 / アルカン

Outline of Final Research Achievements

The film of the semi-crystalline polymer P4MP1 (isotactic poly (4-methyl-1-pentene))is found to absorb alkane molecules. It is also found that the film preferentially absorbs a long chain alkane when immersed in a mixture liquid of long and short alkanes. We also proposed that the concept of depletion interaction explains this preferential absorption.
The P4MP1 film has an interesting property that the density of the crystal is slightly smaller than the density of the amorphous. However we found that the solvent molecules are preferentially absorbed in the amorphous region. As an result, an x-ray diffraction peak was found to appear at 0.16 nm -1 (lamellar long-spacing peak) with the absorption of the solvent. This peak disappears with the desorption of the solvent.

Free Research Field

結晶性高分子

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

通常、ヘキサンとペンタンなど炭素数の近いアルカン同士を分離することは難しく、沸点の違いを利用する。しかしP4MP1膜は、炭素数の多い方のアルカンを優先吸蔵することを我々は見出し、このような長鎖アルカン優先吸蔵現象を枯渇相互作用によって説明できることを提唱した。枯渇相互作用を利用した液体分離法はこれまで研究されたことがないと考えられ、新しい液体分離法としての可能性を有すると考えている。