| 研究課題/領域番号 |
22K18922
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分27:化学工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
都留 稔了 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (20201642)
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| 研究分担者 |
長澤 寛規 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (30633937)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 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 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2023年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2022年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
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| キーワード | セルロースナノファイバー / 分離膜 / 水蒸気透過 / 蒸気透過 / 膜分離 / ナノファイバー / 一次元構造 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
セルロースナノファイバー（CNF）の直接コーティングによる，多孔質支持体への薄膜製膜の可能性を明らかにする。気相系として水素透過率と有機ガスとの選択性（H2/C3H８），蒸気系として水蒸気透過率と非凝縮性ガスとの選択性（H2O/N2）を指標として用い，製膜条件の最適化を行う。さらに，CNF表面に存在する各種官能基（水酸基，カルボキシル基など）とアルコキシシランとの脱水縮合や金属イオン配位などを利用して，コアシェル型ナノファイバーゾルを創製し，分離機能の高性能化を明らかとする。
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| 研究成果の概要 |
本研究ではセルロースナノファイバー（CNF）をサブミクロン細孔径を有する多孔質支持体に直接コーティングする超薄膜製膜法を提案する。これまでに多孔質支持体として市販セルロースアセテートおよびポリエーテルスルホン精密ろ過膜を用い，CNFをキャスト法により複合膜が製膜可能であることを明らかとした。さらに，80℃飽和水蒸気/窒素において経時変化を測定した結果，水蒸気透過率＞1x10-6 mol/(m2 s Pa)，水蒸気／窒素透過率比＞100の優れた水蒸気選択透過性を示し，高い水蒸気／アルコール選択性を示した。CNF膜の新しい展開を明らかにすることができた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
典型的な多孔質セラミック膜は，多孔質支持体の上に粒子層，中間層および分離層からなる多層構造を有するため，製膜プロセスは極めて複雑になっているだけでなく，各層の透過抵抗も無視できない。本研究ではセルロースナノファイバー（CNF）の一次元構造体を利用した薄膜コーティングを提案し，その可能性を明らかとした。NFは直径数nm程度，長さ数100nmのアスペクト比100以上を有するため，多孔質支持体あるいは粒子層に直接コーティングすることで超薄膜製膜できる可能性があり，従来の製膜概念を大きく変える画期的製膜法となりうる。
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