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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Permeation of water molecules through subnanoporous membranes in gas and liquid phase: Evaluation and development

Publicly Offered Research

Project AreaAquatic Functional Materials: Creation of New Materials Science for Environment-Friendly and Active Functions
Project/Area Number 22H04551
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

都留 稔了  広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (20201642)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2024-03-31
Keywords膜 / ナノ-サブナノ多孔 / 蒸気透過 / 酸化グラフェン / オルガノシリカ
Outline of Annual Research Achievements

爆発的に人口が増加し,河川などの淡水のみならず海水から高分子膜を用いた水製造の実用化が進んでいる。今後は気相中に存在する水蒸気の回収技術についても,生活空間の調湿という観点のみならず,貴重な水資源,さらにエネルギー源として,持続可能な社会構築のための必要不可欠な新技術として開発する必要がある。本研究では,より効率的に”水をつくる”ことを最終目標として,サブナノ多孔性オルガノシリカ膜の水分子の動的挙動を希薄系から凝縮系までの広範囲において,純水系および2成分混合系での膜透過性を測定するとともに,高選択性・高透過性水分離膜の開発指針を明らかとすることを目的とする。
2023年度では,新規分離膜として酸化グラフェン(GO)による水蒸気分離膜の作製の最適化に関する研究を行い,GO膜が水蒸気を選択的に膜透過することを明らかとした。H2O 透過率は 1.0×10-6 mol/ (m2 s Pa) 以上, H2O/N2 透過率比も10000 以上を示したことから, GO 膜が高いH2O 透過性とH2O/N2 選択性を有することが明らかとなった。また, FE-SEM による膜断面観察から, PES 支持体上にGO 分離層厚み 100 nm 程度に薄膜製膜できたことが確認された。
さらに,サブナノ多孔膜の水蒸気透過モデルを提案し,サブナノ多孔性オルガノシリカ膜の両相が気相の蒸気透過(VP),液相/気相の浸透気化(PV),液相/液相の逆浸透法(RO)での水蒸気透過特性解析に適用し,その有効性を明らかとした。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (7 results)

All 2024 2023

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 7 results)

  • [Journal Article] Physicochemical Treatments of Graphene Oxide to Improve Water Vapor/Gas Separation Performance of Supported Laminar Membranes: Sonication and H2O2 Oxidation2024

    • Author(s)
      Moriyama Norihiro、Takenaka Risa、Nagasawa Hiroki、Kanezashi Masakoto、Tsuru Toshinori
    • Journal Title

      ACS Applied Materials & Interfaces

      Volume: 16 Pages: 8086~8097

    • DOI

      10.1021/acsami.3c16844

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Permeation properties and hydrothermal stability of allylhydridopolycarbosilane (AHPCS)-derived silicon carbide (SiC) membranes2024

    • Author(s)
      Sushanti Gusni、Tanabe Daiki、Thi Thu Hien Khuat、Moriyama Norihiro、Nagasawa Hiroki、Kanezashi Masakoto、Tsuru Toshinori
    • Journal Title

      Materials Advances

      Volume: 5 Pages: 2420~2429

    • DOI

      10.1039/D3MA01005H

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Enhancement of water permeability in SiO2-ZrO2 nanofiltration membranes via adding organic solutes into the SiO2-ZrO2 sols2024

    • Author(s)
      Puthai Waravut、Kanezashi Masakoto、Nagasawa Hiroki、Tsuru Toshinori
    • Journal Title

      Separation and Purification Technology

      Volume: 333 Pages: 125851~125851

    • DOI

      10.1016/j.seppur.2023.125851

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A highly water-selective carboxymethylated cellulose nanofiber (CNF-CMC) membrane for the separation of binary (water/N2) and ternary (water/alcohols/N2) systems in vapor-permeation2024

    • Author(s)
      Anggarini Ufafa、Doi Takamasa、Moriyama Norihiro、Nagasawa Hiroki、Kanezashi Masakoto、Tsuru Toshinori
    • Journal Title

      Journal of Membrane Science

      Volume: 691 Pages: 122229~122229

    • DOI

      10.1016/j.memsci.2023.122229

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Steam recovery from flue gas by organosilica membranes for simultaneous harvesting of water and energy2023

    • Author(s)
      Moriyama Norihiro、Takeyama Akihiro、Yamatoko Taichi、Sawamura Ken-ichi、Gonoi Koji、Nagasawa Hiroki、Kanezashi Masakoto、Tsuru Toshinori
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 14 Pages: 7641~7641

    • DOI

      10.1038/s41467-023-43546-y

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Steam permeation properties of perfluorosulfonic acid/ceramic composite membranes at a high temperature under various humidity conditions2023

    • Author(s)
      Moriyama Norihiro、Wakimoto Kotaro、Nagasawa Hiroki、Kanezashi Masakoto、Tsuru Toshinori
    • Journal Title

      Separation and Purification Technology

      Volume: 320 Pages: 124166~124166

    • DOI

      10.1016/j.seppur.2023.124166

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Permeation Properties of Water Vapor through Graphene Oxide/Polymer Substrate Composite Membranes2023

    • Author(s)
      Takenaka Risa、Moriyama Norihiro、Nagasawa Hiroki、Kanezashi Masakoto、Tsuru Toshinori
    • Journal Title

      Membranes

      Volume: 13 Pages: 533~533

    • DOI

      10.3390/membranes13050533

    • Peer Reviewed

URL: 

Published: 2024-12-25  

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