2021 Fiscal Year Annual Research Report
体積膨張するソフト多孔性結晶の噴霧乾燥法における凝集体の構造制御と形成機構の解明
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19K15344
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
大崎 修司 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40802426)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ソフト多孔性結晶 / ZIF-8 / 圧縮成型 / ELM-11 / 噴霧乾燥法 / 数値流体計算 / 反応工学モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ソフト多孔性結晶（SPC）は構造転移（体積膨張）に伴い吸着量がステップ状に増加する特異な吸着挙動（ゲート吸着）を発現するため様々な応用が期待されている。しかし，合成される材料は微粒子であるためハンドリング性が悪く，それが開発・実用化の発展を妨げている。本研究では，種々の造粒法を用いて，体積変化するSPCの特性に適した凝集体を形成することで，従来までの課題を解決する。実験的検討と数値解析の双方から，SPC凝集体形成メカニズムを理解するとともに，特異な吸着挙動を維持しながらハンドリング性能にも優れたSPCの設計に繋げる。2021年度の研究実績は以下の通りである。
1. 球形でありゲート吸着に伴う体積変化がほぼないSPCであるZIF-8を対象とし，ZIF-8粒子の圧縮成型を試みた。ZIF-8粒子原末と結合剤の袋混合粉体では，25 kNの圧縮力でも成型しなかった一方で，噴霧乾燥粉体は5 kN以下で成型することを見出した。また，圧縮力とZIF-8粒子の結晶性/吸着性能の関係を明らかにした。
2. 体積変化の大きなSPCであるELM-11を対象とした。結合剤としてHPC-Lを用いて，攪拌造粒および粉乾燥造粒によって造粒物を得ることに成功した。得られた造粒物は原末と同様に構造転移に伴うステップ状の吸着量増加を示すことを確認した。
3. 噴霧乾燥プロセスにおける固体成分を含むスラリー液滴の乾燥をCFDによって計算した。このとき，液滴内の固体成分濃度の増加に伴う乾燥速度の減少には反応工学モデルを適用した。噴霧乾燥機内の各液滴におけるD2乗プロットを算出し，一次遅れの伝達関数でフィッティングした。その結果，時定数τが恒率乾燥期間と減率乾燥期間の境となることを見出した。また，異なる噴霧条件におけるCFD計算と実験結果と比較したところ，時定数τと粒子サイズに間に強い相関があることを明らかにした。
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Research Products
(7 results)
