2021 Fiscal Year Research-status Report
Organic - inorganic hybrid membranes for high-performance and high-efficient gas separation
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20K05620
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
鈴木 智幸 京都工芸繊維大学, 材料化学系, 助教 (90422807)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ポリベンゾオキサゾール / シリカ / 有機－無機ハイブリッド / ゾル－ゲル / 気体分離膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和3年度は、熱再配列（TR）プロセス温度を400℃から450℃に上昇させ、TR-ポリベンゾオキサゾール（PBO）－シリカハイブリッド自立膜の作製に成功した。
450℃にて作製したTR-PBOベースポリマー膜について、広角X線回折測定、および密度測定を行った結果、従来の400℃にて作製したTR-PBOベースポリマー膜よりも平均分子鎖間距離が拡大し、自由体積分率が増加していることが分かった。また、450℃にて作製したTR-PBO－シリカハイブリッド膜について気体透過・分離性を評価した結果、昨年度に実施したTR-PBOベースポリマー膜と同様に、気体透過性および二酸化炭素／メタン分離性の更なる向上が確認された。これは熱再配列プロセス温度の上昇に伴う自由体積分率の増加に起因していた。
400℃ならびに450℃にて作製したTR-PBO－シリカハイブリッド膜について、水素／メタン分離性を評価した結果、水素／メタン分離における上限境界線を上回る優れた分離特性を有することが分かった。また、ハイブリッド化の際に用いるアルコキシシラン種をメチルトリメトキシシラン（MTMS）に変更して製膜および気体透過・分離性を評価した結果、気体透過性の大幅な向上が確認され、TR-PBO－シリカハイブリッド膜の気体透過・分離性はアルコキシシラン種に依存することが分かった。
研究成果について、令和3年度は学会発表（国内）（8件）を行った。
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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
【(i) TR-PBO系ハイブリッド膜の作製と諸物性評価】・・・熱再配列（TR）プロセス温度を400℃から450℃に上昇させ、TR-ポリベンゾオキサゾール（PBO）－シリカハイブリッド自立膜の作製に成功した。
【(ii) TR-PBO系ハイブリッド膜の気体透過・分離メカニズムの解明】・・・熱再配列プロセス温度を450℃に設定して作製したTR-PBOベースポリマー膜について、広角X線回折測定、および密度測定を行った結果、従来の400℃にて作製したTR-PBOベースポリマー膜よりも平均分子鎖間距離が拡大し、自由体積分率が増加していることが分かった。また、450℃にて作製したTR-PBO－シリカハイブリッド膜について気体透過・分離性を評価した結果、昨年度に実施したTR-PBOベースポリマー膜と同様に、気体透過性および二酸化炭素／メタン分離性の更なる向上が確認された。これは熱再配列プロセス温度の上昇に伴う自由体積分率の増加に起因していた。
【(iii) TR-PBO系ハイブリッド膜の高性能・高機能化】・・・400℃ならびに450℃にて作製したTR-PBO－シリカハイブリッド膜について水素／メタン分離性を評価した結果、水素／メタン分離における上限境界線を上回る優れた分離特性を有することが分かった。また、ハイブリッド化の際に用いるアルコキシシラン種をメチルトリメトキシシラン（MTMS）に変更して、製膜および気体透過・分離性を評価した結果、気体透過性の大幅な向上が確認され、TR-PBO－シリカハイブリッド膜の気体透過・分離性はアルコキシシラン種に依存することが分かった。
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| Strategy for Future Research Activity |
【(iii) TR-PBO系ハイブリッド膜の高性能・高機能化】・・・令和3年度に引き続き、アルコキシシラン種を変更したTR-PBO－シリカハイブリッド膜の気体透過・分離性を評価する。この際、二酸化炭素／メタン分離性とあわせて水素／メタン分離性に着目し、高性能・高機能気体分離膜としての適用の可能性を検討する。
なお、本研究の研究成果は随時、申請者の所属学会等にて学会発表を行うとともに、学術論文誌での論文発表を行う。また、新聞、雑誌等の媒体にて、より幅広く社会・国民に向けて発信する予定である。
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| Causes of Carryover |
新型コロナ感染症により、参加を予定していた学会がオンライン開催に切り替わり、当初計上の旅費の概算額を下回ったため。令和4年度に旅費および物品費として使用予定。
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