細孔入口径可変型吸着剤の開発とその温度応答性分離システムへの応用

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21656198
• Research Institution: Akita University
• Principal Investigator: 村上 賢治 Akita University, 工学資源学部, 准教授 (10272030)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井上 幸彦 秋田大学, 工学資源学部, 講師 (50232567)
• Keywords: メソポーラスシリカ / 感温性高分子 / イオン交換 / 有機無機複合体 / ゾルゲル法 / 分子ふるい

Research Abstract

外部温度の変化により細孔入口径が変化する新規吸着剤を開発するために,アミノ基含有メソポーラスシリカを感温性高分子であるポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(PNIPAM)で被覆した。このPNIPAMを固定化するために,本研究ではメソポーラスシリカ外表面のシラノール基とジメチルアミノ基を有するシランカップリング剤を反応させた。合成した複合体の構造はFT-IR,XRD,TG,SEMを用いて解析された。鋳型として使用した界面活性剤をメソポーラスシリカから除去した後で,PNIPAMを被覆するとメソポーラスシリカの著しい構造破壊が起こった。一方,PNIPAM被覆後に界面活性剤を除去することで元のメソポーラスシリカの構造が維持された。合成されたPNIPAM/メソポーラスシリカ複合体は(100)面間隔が約40Åの六方晶構造を有していることがわかった。TG測定および元素分析の結果からPNIPAMの固定化量は約5wt%であることが明らかにされた。SEM観察の結果,外見上は高分子を被覆する前のメソポーラスシリカと違いはほとんど見られなかった。この複合体を用いてメチルオレンジをモデル吸着質としたイオン交換実験を行った結果,外部温度の違いによりメチルオレンジ吸脱着挙動は大きく異なった。すなわち,25℃では,低pH領域でメチルオレンジは吸着し,高pH領域ではメチルオレンジは脱着した。一方,40℃では外部溶液のpHとは無関係に殆ど吸脱着しなくなった。このことはPNIPAMが外部温度変化により膨潤・収縮する際に,メソポーラスシリカの細孔を開閉していることを示している。