| 研究課題/領域番号 |
20H02431
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
鈴木 義和 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (40357281)
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| 研究分担者 |
阿部 浩也 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (50346136)
鈴木 達 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (50267407)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2023年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2022年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2021年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2020年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
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| キーワード | 多孔体 / アルミナ / 有機物膜分離 / 限外ろ過 / 阻止率 / フィルター / 多孔質セラミックス / タンパク質分離 / 自己充填 / オールアルミナ / スピネル / 水熱合成法 / ポリエチレンオキシド / 除去率 / ナノ八面体 / 圧入充填 / エアロゾルでポジション / コーティング / ナノろ過 / 水熱合成 / マクロ孔内自己充填 / ナノ多孔質セラミックス / メソポーラスギャップ / ナノ八面体結晶重合体 / ソルボサーマル法 / X線CT / プロセス可視化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
分離精製を目的とする蒸留プロセスは、産業分野全体の約12％ものエネルギーを消費しているため、飛躍的な省エネを実現する「膜分離プロセス」の開発が進められている。無機膜は有機膜と比べ機械的強度が高く、耐熱性・化学的安定性に優れている一方で、マクロ欠陥フリーの大面積膜の製造が困難であるという問題があった。特に、細孔直径2-50 nm程度のメソ孔を有する多孔質セラミックス膜をマクロ欠陥なしに大面積成膜することは非常に困難であった。本研究は、このメソポーラスギャップを克服すべく、大面積・欠陥フリーナノ多孔質セラミックスを創製し、有機物の高効率膜分離への適用を目指す。
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| 研究成果の概要 |
造孔剤を用いず、1500℃で焼結したAl2O3支持体の気孔率は18.8%となり、連続貫通孔は残るものの、やや緻密体寄りの力学特性を示すようになり、基材としての信頼性は向上した。この支持体を基板として、エアロゾルデポジション（AD）法によるコーティングを行った。平均粒子径d50=0.358mmのMgAl2O4粉末を合成し、室温下でAD製膜を行った。約1μmの厚みでMgAl2O4層が堆積しており、表面にはマクロ欠陥が存在しないことが確認できる。
AD-MgAl2O4/Al2O3積層膜では、除去率44％を達成しており、実用レベルの濃縮にかなり近づいたと言えるだろう。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
1-10 nm程度の分子や超微粒子を対象とするナノろ過膜(NF膜)や10-100 nm程度の高分子・微粒子・ウィルス等を対象とする限外ろ過膜(UF膜)が、国内セラミックスメーカーによって開発されている。しかし、細孔直径1-100 nm程度、特に、2-50 nm程度のメソ孔に相当するサイズの多孔質セラミックスチューブをマクロ欠陥なしに大面積成膜することは非常に困難であった。本研究は、この「メソポーラスギャップ」を克服し、大面積・欠陥フリーナノ多孔質セラミックスを創製することで、高分子やタンパク質分子の高効率膜分離を実証することに成功した。
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