Cellulose nanofiber membranes for thin-film formation via its one-dimensional structure

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K18922
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 27:Chemical engineering and related fields
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: Tsuru Toshinori 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (20201642)
• 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)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Keywords: セルロースナノファイバー / 分離膜 / 水蒸気透過

Outline of Final Research Achievements

In this study, we propose an ultrathin film formation method in which cellulose nanofibers (CNFs) are directly coated onto a porous support with submicron pore size. We have demonstrated that composite membranes can be formed by casting CNF onto commercially available cellulose acetate and polyethersulfone microfiltration membranes as porous supports. The results showed that the water vapor selective permeability was > 1x10-6 mol/(m2 s Pa) and the water vapor/nitrogen permeability ratio was > 100, and that the water vapor/alcohol selectivity was high.

Free Research Field

化学工学

Academic Significance and Societal Importance of the 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し，その可能性を明らかとした。NF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。