Development of the post-treatment method of zeolite membranes for high CO2 permeation

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05128
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
• Research Institution: Shibaura Institute of Technology
• Principal Investigator: Nomura Mikihiro 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (50308194)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: MFIゼオライト膜 / トリフルオロプロピルトリメトキシシラン / 後処理 / 二酸化炭素 / メタン

Outline of Final Research Achievements

The improvement of the carbon dioxide / hydrocarbon permeance ratio through the MFI zeolite membrane by post-treatment had been investigated. The pore size was 0.56 nm evaluated by single component gas permeation before the treatment. This was the same level as the pores of MFI zeolite (0.55 nm). The treatment vapor pressure was fixed at 0.2 M / L, and 3, 3, 3-trifluoropropyltrimethoxysilane (TFPrTMOS) treatment was performed. The CO2 / CH4 permeance ratio has been greatly improved from 1.34 to 16.0. The pore size of the treated membrane was 0.498 nm after the TFPrTMOS treatment. Since the size of the tetrafluoro group of TFPrTMOS is large, the pore diameter after treatment is small. As a result, carbon dioxide selective permeability was improved.

Free Research Field

膜分離工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

二酸化炭素分離技術は、2050年カーボンニュートラル社会の実現のために、必須の技術である。分離膜は連続操作が可能であり、分離エネルギーも非常に低い。そのため、高い選択性をもつ膜の開発は社会的意義も十分である。そこで、ここでは分子と同レベルの細孔径をもつゼオライト膜に注目した。ゼオライトは200種類以上の構造が報告されているが、分離膜として検討されているゼオライト種は多くない。ただし、新規なゼオライト種での膜開発は容易ではない。本研究では、ゼオライト膜の後処理により、もとのゼオライト膜にはなかった二酸化炭素分離特性を付与する。この様な研究は報告されておらず、学術的な新規性も高い。