2021 Fiscal Year Research-status Report
超撥水性オルガノシリカ構造設計と薄膜化によるアルコール高選択透過膜の創製
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20K21112
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
金指 正言 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (10467764)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | オルガノシリカ / 薄膜 / 超撥水性 / 吸着ブロッキング / 浸透気化特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，分子サイズが大きい分子が選択的に多孔膜を透過する分子選択性を付加した機能性高選択透過膜を創製し，バイオエタノール製造プロセスにおけるアルコール濃縮への応用を目指す。水よりも分子サイズが大きいアルコールを多孔膜では優先透過させることはできないため，吸着親和性とネットワークサイズを考慮したアモルファス材料の膜構造設計を提案し，申請者が提案したサブナノ細孔における透過モデルで，液体透過性とネットワークサイズを評価し，ネットワーク構造の化学的・物理的性質とアルコール/水透過性を定量化する。本年度は，昨年度に水接触角や水，エタノール吸着特性を評価して疎水性を示したシリカ系材料を用いて多孔質基材上に分離膜を形成させた。具体的には側鎖型のmethyltriethoxysilane (MTES)，(3,3,3-trifluoropropyl)trimethoxysilane (TFPTMS) を用いた。MTES，TFPTMSゾルを用い，crack-freeで多孔質基材上に薄膜製膜できることを明らかにした。気体透過特性よりネットワークサイズをサブナノレベルで制御でき，分子ふるいが支配的であることを明らかにした。作製した疎水性シリカ膜の浸透気化特性を各種溶媒系（水-メタノール，水-エタノール，水-イソプロピルアルコール）で評価した。親水性材料と比較して水の透過性は低かったものの，分子サイズが大きくなるほど透過性が小さくなり，疎水性シリカ膜においても吸着ブロッキングよりも分子ふるいが支配的であった。
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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
本研究では，分子サイズが大きい分子が選択的に多孔膜を透過する分子選択性を付加した機能性高選択透過膜を創製し，バイオエタノール製造プロセスにおけるアルコール濃縮への応用を目指している。水よりも分子サイズが大きいアルコールを多孔膜では優先透過させることはできないため，吸着親和性とネットワークサイズを考慮したアモルファス材料の膜構造設計が重要になる。本年度は，水接触角や水，エタノール吸着特性を評価して疎水性を示したシリカ系材料を用いて多孔質基材上に分離膜を形成させた。MTES，TFPTMSゾルを用い，crack-freeで多孔質基材上に薄膜製膜できることを明らかにした。気体透過特性よりネットワークサイズをサブナノレベルで制御でき，分子ふるいが支配的であることを明らかにした。また，作製した疎水性シリカ膜の浸透気化特性を各種溶媒系（水-メタノール，水-エタノール，水-イソプロピルアルコール）で評価したため，おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
アモルファス構造を超撥水化することで，アルコール吸着選択性が向上すると考えられるので，側鎖型のカーボン数が多いSi前駆体やフッ素ドープなどにより，ネットワーク構造のさらなる疎水化について検討する。多孔質基材上に薄膜で製膜することで，疎水性シリカ膜の製膜性について検討する。気体透過率の分子径依存性よりオルガノシリカネットワークサイズを定量化し，水/アルコール系の浸透気化特性を評価する。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍の影響で情報収集，成果報告で参加予定であった国内，国際学会がいずれもオンラインで開催されたため，旅費が不要になった。本年度は昨年度までにスクリーニングした疎水性シリカ材料をベースに製膜をメインで行なう必要があり，製膜関係の材料，透過性評価に必要な物品の購入をメインに検討を進める。
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