2013 Fiscal Year Annual Research Report
Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ－Ｎｅｔ Ｓｉｅｖｉｎｇの提案と超薄膜分離膜の創製
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24246126
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
都留 稔了 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20201642)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
郡司 天博 東京理科大学, 理工学部, 教授 (20256663)
伊藤 賢志 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測標準研究部, 研究室長 (90371020)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 膜 / オルガノシリカ / 分子篩 |
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| Research Abstract |
シリコン系アルコキシドを出発原料として超薄膜アモルファスシリカ膜を創製し，シリカネットワークの間隙サイズを分子選択透過性の分離原理とするMolecular-Net Sieving Technologyを提案・実証する。以下の3つの研究項目について，ほぼ計画通り研究を進めた。
①構造化アルコキシドの合成：構造化アルコキシドとして，ポリヘドラルオクタシルセスキオキサン（POSS)重合体を合成した。ヒドリドを有するPOSSとジフェニルアミンを反応してジフェニルアミノ基を側鎖とするPOSSを得た。この化合物は加水分解性が高く，不活性雰囲気で迅速に操作を行うことにより，ジフェニルアミノ基の導入に成功した。核磁気共鳴スペクトルにより化合物の生成を確認した。
②Molecular-Net Sieving材料の特性評価とスクリーニング：(EtO)3≡Si-R-Si≡(OEt)3として，従来のアレキレン基R=CH2（BTESM），C2H4（BTESE），C6H12(BTESH)，C8H16（BTESO），フェニル基C6H6(BTESB)に加え，あらたにジインン基（C4, Si-C≡C-C≡C-Si; BTESButdiyne）を用いて，ゾルおよび粉末を調製し，ゾル粒径および窒素吸着などの特性評価を行った。ケイ酸エチルとヘキサメチルジシロキサンを用いて有機シリカ複合薄膜をプラズマ化学気相堆積法により作製し、低速陽電子消滅法（PALS）でナノスケール構造を調べ、組成及び熱処理により細孔サイズが制御できることを明らかにした。（伊藤氏）
③Molecular-Net Sieving膜の開発と特性評価：BTESM，BTESE，BTESH，BTESO，BTESB，BTESButdiyneについて製膜を行った。架橋基の種類にかかわらず，C数が増えるほど，He/N2選択性および気体透過の活性化エネルギーがポリエチレンに漸近する傾向を明らかとした。さらに，BTESE膜について製膜プロセスの検討を行い，ゾル調製時の水モル比の増大とともにネットワーク細孔が小さくなることを明らかとした。
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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
おおむね順調である。
①本年度の目標に従い，ヒドリド基を有するPOSSを重合しヒドロシリル化によりアミノ基を導入する方法は既に達成しており，本年度はヒドリド基を有するPOSSとジフェニルアミノ基を反応するという単純な方法によりアミノ基を導入することができたことによる。
③Molecular-Net Sieving膜の開発に関しては，BTESM，BTESE，BTESH，BTESO，BTESB，BTESButdiyneについて製膜を行い，それぞれの特徴的な透過特性を示すことを明らかにした。これまでに架橋基のC数でシリカネットワークの制御を可能とするスペーサー法を提案してきたが，C数が大きくなるにしたがってネットワークが無孔的，つまり緻密な構造に変化することを明らかとしてきた。さらに，BTESE膜では製膜条件の最適化を行うことで，H2透過率10-6 mol/(m2 s Pa)以上，H2/C3H8透過率比10,000以上の製膜が可能であることを明らかにしたことによる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2012，2013年度は当初の予定通り研究は順調に進展した。最終年度の2014年度はさらに多様な膜材料を用いること，および製膜プロセスの最適化を行いMolecular-Net-Sieving膜の開発を進める。とくに研究分担者との連携を強めることが重要であると考えており，東京理科大で構造化アルコキシドの製膜・特性評価を広島大で行い，さらに産総研で微細構造を評価する。この結果をアルコキシドの創製，製膜の最適化につなげて行く。さらに，実用化に向けて，高速製膜技術の開発が重要と考える。
①の構造化アルコキシドの合成では，ヒドリド基を有するPOSSの重合体はアミノ基の導入が難しいので，安定に化合物を合成する条件を確立する必要がある。また，ジメチルシリル基を有するPOSSの重合体の合成においても，最適な条件を探索する必要がある。
②のMolecular-Net Sieving材料の特性評価に関しては，各種アルコキシド由来のシリカ膜およびシリカ粉体のＰＡＬＳ評価行い、細孔構造と気体分離特性との関係を明らかにする。さらに、溶媒フロー制御型in-situ分光エリプソメトリーによりシリカ膜の表面積と細孔分布解析を行うとともに、大気低速ＰＡＬＳを活用して、気体吸着時の平均細孔サイズの解析を試み、閉鎖細孔と開放細孔の各構造状態を評価するための手法を開発する。
③では，ゾルの調製条件としてBTESEを中心として詳細に検討する。引き続き，ゾル（水モル比）および焼成条件（焼成雰囲気，温度，時間など）の検討に加え，新たにゾルの後処理（遠心分離など）を行い，膜透過特性への影響を明らかとする。さらに製膜技術の確立を目的として，自動製膜技術の検討を開始する。
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Research Products
(16 results)
