2022 Fiscal Year Annual Research Report
包接化合物のCO2選択性向上に向けた結晶構造チューニング
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20K05594
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
神 裕介 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究グループ長 (30462857)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ゲストホスト相互作用 / ガス分離 / 結晶合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
包接水和物によるCO2分離に向けた知見獲得のため、昨年度までの本事業では新たな５つの新規ゲスト分子(構造H型ハイドレートを生成するLMGS)の発見に成功した。5つの新規LMGSと既存のLMGSで生成した構造H型ハイドレートを比較し、LMGSは分子の長手方向がc軸に沿って配位しているため、分子長によって概ね結晶のc軸が変長し、LMGSの分子長に対してほぼ線形的にc軸が変長すること知見を得た。一方、結晶のa軸に関しては、LMGSのジオメトリー等には明確な相関が見られなかった。
既報のLMGSも含め12種のLMGSで生成する構造H型ハイドレートの結晶を比較から、CO2が最も入り難くなると考えられる結晶体積が最も小さくなるLMGSを選定し、CH4-CO2混合ガスからのCO2分離実験を実施した。CO2とLMGSの組み合わせでは構造H型ハイドレートの生成報告例はほとんどないため、なぜCO2が構造H型ハイドレートに取り込まれないかが謎であるが、CH4-CO2混合ガスからのCO2分離実験では、気相のガス組成よりも構造H型ハイドレートに取り込まれたCO2の割合が高くなる傾向がみられた。
構造H型 ハイドレートの生成が確認できなかったLMGS候補分子については、相平衡温度圧力条件ならびに結晶のPXRD計測を実施し、結晶構造の同定を実施した。その結果、ゲスト分子のサイズでは、既報のLMGSと同程度でも官能基によっては構造H型とならずに構造II型ハイドレートを生成するゲスト分子があることが分かり、 今後のガス分離に向けた包接化合物利用についても重要な知見を得ることもできた。
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