2019 Fiscal Year Research-status Report
バイオガス分離精製に資するロバスト有機-無機ハイブリッドCO2促進輸送膜の開発
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19K12397
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
蔵岡 孝治 神戸大学, 海事科学研究科, 教授 (80356930)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 睦生 埼玉工業大学, 工学部, 教授 (70344108)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | CO2分離 / 膜分離 / 有機－無機ハイブリッド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高濃度の二酸化炭素（CO2）を含有する天然ガスやバイオガスを燃料として有効利用するために省エネルギーな「膜分離法」に着目し、有機-無機ハイブリッド化手法を用いることにより、無機膜の持つ高い耐薬品性、耐熱性及びCO2透過性に加えて、高いCO2選択性を付与する。これにより、バイオガスからのCO2分離・除去のようにCO2濃度が高く、CO2処理量の多い、過酷な環境下でも使用可能な新規ロバスト有機-無機ハイブリッドCO2促進輸送膜の創製を目指している。
本年度は、上記課題解決を目指して研究計画通り、（1）CO2親和性の高い有機高分子等の探索及び合成、（2）有機-無機ハイブリッド膜の作製とCO2透過性評価、（5）異なる塩基性官能基含有有機化合物の合成と膜化に取り組んだ。
（1）では、CO2親和性の高い有機化合物としてアクリルアミド系高分子、4級アンモニウム塩に着目し、（2）で多孔質アルミナ基材膜上に有機-無機ハイブリッド膜を作製し、作製した膜のCO2透過性を評価した。アクリルアミド系高分子とシリカを用いて作製した膜は室温で窒素に対するCO2の透過率比（CO2/N2）が17.8、4級アンモニウム塩を用いて作製した膜はCO2/N2が12.0であり、どちらも10倍以上と比較的高いCO2選択性を示すことがわかった。（5）については、モノマーとしてメタクリルアミド、ジメチルアクリルアミドを用いて熱重合を行うことにより、溶媒に溶解する低分子量の高分子が得られる条件を検討し、得られた高分子を用いてシリカとの有機-無機ハイブリッド膜の作製を試みた。重合の条件とハイブリッド化の条件を検討することにより、多孔質アルミナ基材膜上に膜化が可能であった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、申請書に記載の研究計画通り、（1）CO2親和性の高い有機高分子等の探索及び合成、（2）有機-無機ハイブリッド膜の作製とCO2透過性評価、（5）異なる塩基性官能基含有有機化合物の合成と膜化に取り組んでおり、各研究項目で成果も出ているため、おおむね順調に進展していると評価できる。各研究項目の主な成果は以下の通り；
（1）では、CO2親和性の高い有機化合物としてアクリルアミド系高分子、4級アンモニウム塩に着目し、（2）で多孔質アルミナ基材膜上に有機-無機ハイブリッド膜を作製し、作製した膜のCO2透過性を評価した。アクリルアミド系高分子とシリカを用いて作製した膜は室温で窒素に対するCO2の透過率比（CO2/N2）が17.8、4級アンモニウム塩を用いて作製した膜はCO2/N2が12.0であり、どちらも10倍以上と比較的高いCO2選択性を示すことがわかった。（5）については、モノマーとしてメタクリルアミド、ジメチルアクリルアミドを用いて熱重合を行うことにより、溶媒に溶解する低分子量の高分子が得られる条件を検討し、得られた高分子を用いてシリカとの有機-無機ハイブリッド膜の作製を試みた。重合の条件とハイブリッド化の条件を検討することにより、多孔質アルミナ基材膜上に膜化が可能であった。
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| Strategy for Future Research Activity |
過酷な環境下でも使用可能な新規ロバスト有機-無機ハイブリッドCO2促進輸送膜の創製を目指して、次年度以降は、引き続き（1）CO2親和性の高い有機高分子等の探索及び合成、（2）有機-無機ハイブリッド膜の作製とCO2透過性評価、（5）異なる塩基性官能基含有有機化合物の合成と膜化に取り組むとともに、新たに（3）作製した膜の構造解析、（4）作製した膜の透過機構解析、（6）作製した膜のCO2吸着性及びCO2分離性能の評価を行う。
昨年度に引き続き行う（1）、（2）、（5）については、比較的高いCO2選択性を示す膜が作製可能となっているので、アクリルアミド系高分子の重合度、官能基の塩基性を変えること、4級アンモニウム塩のアルキル基の鎖長を変えることなどを検討し、よりCO2選択性の高い膜の作製を目指す。
新規に行う（3）作製した膜の構造解析については、まずは作製した膜の表面をSEMで観察し、その膜構造、成膜状況を膜の作製にフィードバックして研究を進めます。（4）作製した膜の透過機構解析では、温度を変えてCO2透過率を測定することにより作製した膜のCO2透過性の温度変化について明らかにし、透過機構を検討していきます。（6）作製した膜のCO2吸着性及びCO2分離性能の評価については、次年度に本格的に検討する予定ですので、その準備として吸着性評価に用いるサンプルの作製と混合ガス測定の準備を行う。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルス感染拡大のため、年度末に予定していた出張がキャンセルとなり、急遽、必要物品購入を行ったが残額が生じた。次年度の助成金とあわせて必要物品の購入、出張旅費などとして使用する計画である。
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