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2012 Fiscal Year Annual Research Report

吸着ヒートポンプ利用のための高性能二酸化炭素吸着材

Research Project

Project/Area Number 23350072
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

加納 博文  千葉大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (60334166)

Project Period (FY) 2011-04-01 – 2014-03-31
Keywords二酸化炭素吸着 / 柔軟構造 / ナノ細孔体 / 吸着熱 / 吸着ヒートポンプ / 配位高分子
Research Abstract

1.吸着熱・脱着熱の測定
昨年度行ったゲート現象を示す物質の熱的性質と比較するために、通常の物理吸着系における熱的性質を評価した。異なる大きさのスリット状細孔をもつ活性炭素繊維(ACF)への273 Kと298 Kにおける二酸化炭素吸着等温線を測定し、吸着量と等量吸着熱の細孔径依存性を考察した。相対圧が0.015までは0.7 nmより小さな細孔のACFが高い吸着量を示したが、それより高い圧力ではより大きな細孔のACFがより高い吸着量をもった。これは小さな細孔径では吸着ポテンシャルが深く低い圧力で立ち上がるが、圧力が高くなると細孔容量が効果的に作用することに起因すると考えられた。2つの温度における吸着等温線を解析して得た等量吸着熱は、細孔径が大きくなると減少し、等量吸着熱が吸着ポテンシャルの深さに対応することを実証した。以上の結果から、昨年得たゲート現象を示すELM-11の吸着熱は0.9 nm程度の細孔径のACFと同等の吸着熱をもつが、ELM-11の吸着量はACFより多いので全熱量はより大きくなり、二酸化炭素吸着ヒートポンプ用の材料としてELM-11の優位性が明らかになった。
2.ゲート現象の機構解明
ELM-11の2段階ゲート現象について195 Kでの常圧までの二酸化炭素吸着等温線と298 Kにおける高圧吸着等温線を測定し、2段階ゲート現象におけるゲート開閉について吸着量変化と構造変化を調べた。また2段階目の等量吸着熱について計算し、1段階目の等量吸着熱と比較した。2段階目の構造変化も、1段階目と同程度の層間隔を拡張し、二酸化炭素が1段階目と同程度吸収されることがわかった。また、等温吸着熱も1段階目のものとほぼ同程度であることを明らかにした。このように二酸化炭素の吸着は窒素などの分子とは異なり、化学両論的な特異吸着が進行して一定の層間拡張が2段階で起きるということを明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ELM-11の2段階ゲート現象について、吸収量変化、構造変化および吸収熱を求め、1段階目のゲート現象の値と比較できた。また、活性炭素繊維が示す物理吸着における吸着熱と比較し、吸着熱の平衡論的解釈をまとめた。ELM-11では単位質量あたり、かつ、単位体積当たり効率的に二酸化炭素を吸収するので、大きな吸着熱が得られることがわかった。

Strategy for Future Research Activity

実用的吸着ヒートポンシステムのための基礎データを得てきたが、さらに時間当たりの吸着熱変化や脱着に必要なエネルギー、水蒸気を除くための前処理に必要なエネルギーなど、本吸着材をヒートポンプシステムへの応用するための具体的な値を計算し、問題点、課題を挙げるとともに、既存のシステムに対する優位点などをまとめ、今後の開発への指針を得る

  • Research Products

    (31 results)

All 2013 2012

All Journal Article (16 results) (of which Peer Reviewed: 9 results) Presentation (15 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Facilitation of water penetration through zero-dimensional gates on rolled-up graphene by cluster-chain-cluster transformations2013

    • Author(s)
      T. Ohba
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 29 Pages: 1077-1082

    • DOI

      10.1021/la303570u

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] CO2 Adsorption Properties of Activated Carbon Fibers under Ambient Conditions2012

    • Author(s)
      Y. Nakahigashi1, H. Kanoh, T. Ohba, M. Baba, Y. Hattori, N. Inoue, and M. Morimoto
    • Journal Title

      Ads. Sci. Technol

      Volume: 30 Pages: 621-626

    • DOI

      10.1260/0263-6174.30.7.621

  • [Journal Article] Diffusion-barrier-free porous carbon monoliths as a new form of activated carbon2012

    • Author(s)
      T. Kubo, H. Sakamoto, T. Fujimori, T. Itoh, T. Ohba, H. Kanoh, M. Martínez-Escandell, J. M. Ramos-Fernández, M. Casco, MF. Rodríguez-Reinoso, K. Urita, I. Moriguchi, M. Endo, K. Kaneko
    • Journal Title

      ChemSusChem

      Volume: 5 Pages: 2271-2277

    • DOI

      10.1002/cssc.201200234

  • [Journal Article] Cooperative Adsorption of Supercritical CH4 in Single-Walled Carbon Nanohorns for Compensation of Nanopore Potential2012

    • Author(s)
      T. Ohba, K. Kaneko, M. Yudasaka, S. Iijima, A. Takase, H. Kanoh
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. C

      Volume: 116 Pages: 21870-21873

    • DOI

      10.1021/jp307133m

  • [Journal Article] Facilitation of water penetration through zero-dimensional gates on rolled-up graphene by cluster-chain-cluster transformations2012

    • Author(s)
      Ohba, T., Kanoh, H., Kaneko, K.
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. C

      Volume: 116 Pages: 12339-12345

    • DOI

      10.1021/jp302769m

  • [Journal Article] Enhanced CO2 adsorptivity of partially charged single walled carbon nanotubes by methylene blue encapsulation2012

    • Author(s)
      Khoerunnisa, F., Fujimori, T., Itoh, T., Urita, K., Hayashi, T., Kanoh, H., Ohba, T., Hong, S.Y., Choi, Y.C., Santosa, S.J., Endo, M., Kaneko, K.
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. C

      Volume: 116 Pages: 11216-11222

    • DOI

      10.1021/jp303630m

  • [Journal Article] Gas Adsorption Mechanism and Kinetics of an Elastic Layer-Structured Metal-Organic Framework2012

    • Author(s)
      A. Kondo, N. Kojima, H. Kajiro, H. Noguchi, Y. Hattori, F. Okino, K. Maeda, T. Ohba, K. Kaneko, H. Kanoh
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. C

      Volume: 116 Pages: 4157-4162

    • DOI

      10.1021/jp210240x

  • [Journal Article] Predominant nanoice growth in single-walled carbon nanotubes by water-vapor loading2012

    • Author(s)
      T. Ohba
    • Journal Title

      RSC Adv.

      Volume: 2 Pages: 3634-3637

    • DOI

      10.1039/c2ra20290e

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Formation of COx-free H2 and cup-stacked carbon nanotubes over nano-Ni dispersed single wall carbon nanohorns2012

    • Author(s)
      S. Wang
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 28 Pages: 7564-7571

    • DOI

      10.1021/la3006986

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Magnetically separable Cu-carboxylate MOF catalyst for the Henry reaction2012

    • Author(s)
      T. Arai
    • Journal Title

      Synlett.

      Volume: 23 Pages: 1549-1553

    • DOI

      10.1055/s-0031-1290935

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cadmium(II) adsorption using functional mesoporous silica and activated carbon2012

    • Author(s)
      M. Machida
    • Journal Title

      J. Hazardous Mater.

      Volume: 221-222 Pages: 220-227

    • DOI

      10.1016/j.jhazmat.2012.04.039

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Pyrolyzed phthalocyanines as surrogate carbon catalysts: Initial insights into oxygen-transfer mechanisms2012

    • Author(s)
      F. Vallejos-Burgos
    • Journal Title

      Fuel

      Volume: 99 Pages: 106-117

    • DOI

      10.1016/j.fuel.2012.03.055

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantum Molecular Sieving Effects of H2 and D2 on Bundled and Nonbundled Single-Walled Carbon Nanotubes2012

    • Author(s)
      H. Kagita
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. C

      Volume: 116 Pages: 20918-20922

    • DOI

      10.1021/jp3065085

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Preparation and Characterization of Conducting Mixed-Valence 9,9-Dimethyl-3,3-bicarbazyl Rectangular Nanowires2012

    • Author(s)
      T. Tokuda
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 28 Pages: 16430-16435

    • DOI

      10.1021/jz2016704

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electron density modification of SWCNT by liquid-phase molecular adsorption of hexaiodobenzene2012

    • Author(s)
      M. Lu
    • Journal Title

      Materials

      Volume: 6 Pages: 535-543

    • DOI

      10.3390/ma6020535

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 柔軟構造を有する配位高分子錯体結晶におけるガス吸収にともなう構造変化2012

    • Author(s)
      加納博文
    • Journal Title

      色材協会誌

      Volume: 85 Pages: 108-112

  • [Presentation] 湿潤条件下におけるK2CO3の段階的CO2吸蔵機構2013

    • Author(s)
      千應山英之
    • Organizer
      第93日本化学会春季年会
    • Place of Presentation
      立命館大学(草津市)
    • Year and Date
      20130322-20130325
  • [Presentation] カーボンナノ空間における1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborateの構造2012

    • Author(s)
      小林義和
    • Organizer
      第39回炭素材料学会年会
    • Place of Presentation
      長野市生涯学習センター
    • Year and Date
      20121128-20121130
  • [Presentation] カーボンナノチューブ内部の氷様クラスター構造2012

    • Author(s)
      平 成一
    • Organizer
      第39回炭素材料学会年会
    • Place of Presentation
      長野市生涯学習センター
    • Year and Date
      20121128-20121130
  • [Presentation] メソ細孔性シリコンからのLi-Si合金の調製とその水素吸蔵特性2012

    • Author(s)
      劉勇軍
    • Organizer
      第26回日本吸着学会研究発表会
    • Place of Presentation
      産総研つくばセンター(つくば市)
    • Year and Date
      20121114-20121115
  • [Presentation] 湿潤条件下におけるNa2CO3 およびK2CO3のCO2 貯蔵2012

    • Author(s)
      千應山英之
    • Organizer
      第26回日本吸着学会研究発表会
    • Place of Presentation
      産総研つくばセンター(つくば市)
    • Year and Date
      20121114-20121115
  • [Presentation] 炭素細孔中における電解質水溶液の構造モデル2012

    • Author(s)
      小嶋夏子
    • Organizer
      第6回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      東京大学本郷キャンパス(東京都)
    • Year and Date
      20120918-20120921
  • [Presentation] Water Sorption Behaviors of Cu-MOFs having Different Dimensional Structures2012

    • Author(s)
      H. Kanoh
    • Organizer
      International Symposium on Zeolites and Microporous Crystals 2012 (ZMPC2012)
    • Place of Presentation
      アステルプラザ(広島市)
    • Year and Date
      20120728-20120801
  • [Presentation] Confinement Effect of Carbon Nanospaces on Structures of an Ionic Liquid2012

    • Author(s)
      H. Kanoh
    • Organizer
      The Third Symposium on Future Challenges for Carbon-based Nanoporous Materials: Adsorption and Energy (3rd CBNM)
    • Place of Presentation
      信州大学 (長野市)
    • Year and Date
      20120526-20120527
    • Invited
  • [Presentation] Structural analysis of polypeptides adsorbed on nanoporous carbons2012

    • Author(s)
      M. Shinohe
    • Organizer
      The 10th International Symposium on Electrokinetic Phenomena (ELKIN 10th)
    • Place of Presentation
      筑波大学(つくば市)
    • Year and Date
      20120520-20120523
  • [Presentation] Structural analysis of polypeptides adsorbed on nanoporous carbons2012

    • Author(s)
      T. Ohba
    • Organizer
      The 6th Pacific Basin Conference on Adsorption Science and Technology (PBAST6)
    • Place of Presentation
      NTUH国際コンベンションセンター大学(台湾台北市)
    • Year and Date
      20120520-20120523
  • [Presentation] Nanophase Transformation of Water in One-dimensional Hydrophobic Nanospaces2012

    • Author(s)
      S. Taira
    • Organizer
      The 6th Pacific Basin Conference on Adsorption Science and Technology (PBAST6)
    • Place of Presentation
      NTUH国際コンベンションセンター大学(台湾台北市)
    • Year and Date
      20120520-20120523
  • [Presentation] Secondary Structures of Poly Peptides Adsorbed on Nanoporous Carbon2012

    • Author(s)
      M. Shinohe
    • Organizer
      The 6th Pacific Basin Conference on Adsorption Science and Technology (PBAST6)
    • Place of Presentation
      NTUH国際コンベンションセンター大学(台湾台北市)
    • Year and Date
      20120520-20120523
  • [Presentation] Water Sorption on a Two-Dimensional Cu-MOF having a Flexible Structure2012

    • Author(s)
      H. Kanoh
    • Organizer
      International Association of Colloid and Interface Scientists, Conference 2012 (IACIS2012)
    • Place of Presentation
      仙台国際センター(仙台市)
    • Year and Date
      20120513-20120517
  • [Presentation] Concentration Dependence in Hydration Structures of CaCl2 in Highly Restricted Nanopores2012

    • Author(s)
      N. Kojima
    • Organizer
      International Association of Colloid and Interface Scientists, Conference 2012 (IACIS2012)
    • Place of Presentation
      仙台国際センター(仙台市)
    • Year and Date
      20120513-20120517
  • [Presentation] Functionalized Graphene Sheet of Single Wall Carbon Nanohorn by Ultrauniform Nanogate Donation for Selective Adsorption2012

    • Author(s)
      T. Ohba
    • Organizer
      International Association of Colloid and Interface Scientists, Conference 2012 (IACIS2012)
    • Place of Presentation
      仙台国際センター(仙台市)
    • Year and Date
      20120513-20120517

URL: 

Published: 2014-07-24  

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