Development of innovative CO2 capture nanomembranes by molecular designing the membrane surface
| Project/Area Number |
20H02781
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 34030:Green sustainable chemistry and environmental chemistry-related
|
|---|
| Research Institution | Kyushu University |
|---|
Principal Investigator |
藤川 茂紀 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 教授 (60333332)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
|
| Budget Amount *help |
¥16,770,000 (Direct Cost: ¥12,900,000、Indirect Cost: ¥3,870,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2020: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000)
|
|---|
| Keywords | ナノ膜 / 分離科学 / CO2回収 / 高分子膜 / 分離膜表面 / 気体分離 / ガス分離膜 / 自立ナノ膜 / 表面修飾 / CO2分離 / 分離膜 / ナノ薄膜 / 自立性ナノ膜 / ガス分離 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
地球温暖化抑制技術の一つとして、膜分離によるCO2回収が有望視されている。しかしながら既存のCO2分離膜は透過性能が低い。従って分離膜のCO2透過性向上が喫緊の課題となっており、分離膜の薄膜化はその有効な手段の一つである。本研究では、高いCO2透過性を有する自立ナノ膜（膜厚：100nm以下）の表面にCO2親和性を持つ分子層を導入し、高い透過性と選択性を持つCO2分離膜の創製を目的とする。本研究により、ナノ分離膜の選択・透過性が分離表面で決定されることが実証されれば、CO2分離膜の透過性能向上というだけでなく、分離膜一般に関して展開可能であり、大きな波及効果が期待される。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、この高いCO2透過性を有する自立性ポリジメチルシロキサン（PDMS）ナノ膜表面にのみ、CO2親和性を有する高分子超薄層を導入し、高い透過性と選択性を持つCO2分離膜の創製を目的とする。CO2親和性が期待される側鎖にアミノ基や複素環（イミダゾール・テトラゾールなど）を有するものやポリエチレングリコールなどは親水性であるため、疎水性のPDMS表面で均一な薄層形成を実現することが必須となる。一般的には酸素プラズマやオゾン処理などの親水化処理が行われるが、これら処理はPDMSのガス透過性を著しく低下させるため、別の方法論の開拓が必要である。様々な試行錯誤の結果、高分子の物理的絡まりを利用する方法で、安定な薄層皮膜処理ができることが明らかとなった。具体的には、CO2選択性が期待される高分子材料を、一旦厚膜状にキャストし、加熱によって高分子絡まりを誘起し、最終的に余剰の高分子材料を洗浄除去によって、PDMS表面に薄層を形成させる、というものである。これらの操作によって得られた薄層については、分光エリプソメトリーなどの解析により、表面未処理のPDMS膜表面に、厚さ数nm程度のアンンモニウム塩型側鎖を持つ高分子量高分子薄層を形成させることに成功した。この表面は長期間にわたって、高い親水性を保持しており、安定な高分子薄層が形成されていることが確認された。詳細な条件検討の結果、この方法では、PDMS表面に展開する高分子の分子量とガラス転移温度が安定な被膜形成において重要な要因となることが明らかとなった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定してた疎水性表面をもつPDMSをプラズマ・オゾン処理などの親水化処理をせずに、親水性を有するCO2親和性高分子薄層を安定に形成させることに成功した。この部分は、もっとも解決が困難と想定されていたが、様々な条件検討や表面解析によって、この薄層形成が実現でき、現在投稿論文として準備中にまで到達できている。見出された方法では、特定の高分子でのみ適用可能な手法ではなく、一般的な高分子材料に展開可能なものであり、最終年度は、CO2分離特性向上を目指した研究に注力可能となっている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は、これまでの研究活動を通じて蓄積されている、CO2選択分離に有効な高分子材料に関する知見を活かし、主要なCO2選択性高分子材料を使った、薄層の形成とそのガス透過性について評価する。特に、表層のCO2選択層とCO2との相互作用については、赤外分光評価や、水晶振動子を用いた吸着CO2量の評価などを通じて明らかにし、今後のCO2選択性向上に向けた必要分子構造用件を明らかにする。
|
Report
(2 results)
Research Products
(14 results)
