2023 Fiscal Year Annual Research Report
コアシェル型オルガノシリカナノファイバーの創製と一次元構造を利用した超薄膜製膜
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22K18922
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
都留 稔了 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (20201642)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長澤 寛規 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (30633937)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Keywords | セルロースナノファイバー / 分離膜 / 水蒸気透過 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
典型的な多孔質セラミック膜は，多孔質支持体の上に粒子層，中間層および分離層からなる多層構造を有するため，製膜プロセスは極めて複雑になっているだけでなく，各層の透過抵抗も無視できない。本研究ではセルロースナノファイバー（CNF）の一次元構造体を利用した薄膜コーティングを提案する。CNFは直径数nm程度，長さ数100nmのアスペクト比100以上を有するため，多孔質支持体あるいは粒子層に直接コーティングすることで超薄膜製膜できる可能性があり，従来の製膜概念を大きく変える画期的製膜法となりうる。
2022年度は，高分子多孔質支持体として市販セルロースアセテート精密ろ過膜（CA，推算細孔径 0.2μm）を用い，CNFをキャスト法により，CNF/CA複合膜が製膜可能であることを明らかとした。さらに，80℃飽和水蒸気/窒素において経時変化を測定した結果，8h以上にわたって水蒸気透過率1.6x10-6 mol/(m2・s・Pa)，窒素透過率3.3x10-9 mol/(m2・s・Pa)を安定して示し，さらに透過率比は490と優れた水蒸気選択透過性を示した。
2023年度ではCNF膜の水蒸気／窒素／アルコール蒸気分離への展開を行った。まず，80 ℃で水蒸気/IPA/窒素(モル比 4/1/5)の3成分測定を行った後，水蒸気/窒素の 2成分測定を行った。さらに，再び水蒸気/IPA/窒素(モル比 4/1/5)の3成分で測定したところほぼ元の値を示したことから，測定再現性と膜安定性を確認できた。両条件で水蒸気透過率は(1.0～2.0)x10-6 mol/(m2・s・Pa)とほぼ同じ値を示し，IPA透過率は検出限界(1.0x10-11mol/(m2・s・Pa))以下，H2O/IPA透過率比は 10,000 以上を示した。CNF膜の新しい展開を明らかにすることができた。
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