| 研究領域 | 機能コアの材料科学 |
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| 研究課題/領域番号 |
22H04513
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
酒井 求 早稲田大学, 理工学術院, 講師(任期付) (10732159)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 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 |
3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | ゼオライト / 分離膜 / カチオン / 拡散 / 吸着 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ゼオライトは4面体SiO4を基本単位として頂点酸素を隣のSiO4と共有することで3次元的な結晶構造を形成している。骨格中のSi4+がAl3+に置換されると電荷の不整合を解消するため、ゼオライトの機能コアであるカチオン交換能が発現する。近年、ゼオライト膜は省エネルギー型分離プロセス材料として期待されている。本研究では、ゼオライトの1種であるZSM-5を材料として、カチオン位置をナノスケールで制御した分離膜を創製し、カチオン位置がゼオライト分離膜の機能与える影響について検討する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、ゼオライト骨格中のAl原子および対カチオンの位置がゼオライト分離膜の透過分離特性に大きな影響を与えると考え、その位置を原子スケールで制御したゼオライト膜の合成手法の開発を行った。得られた膜に対して、種々のガス・蒸気を用いて透過分離特性を評価し、Alおよび対カチオンが膜特性に与える影響について検討した。
合成時に用いる有機構造規定剤に、電気的に中性な分子（pentaerythritolやtrimethylolethane）あるいは4級アンモニウムカチオン（tetrapropylammonium cation）を用いることで、Alおよび対カチオンの位置を制御したMFI型ゼオライト膜の合成に成功した。27Al-NMRとUV-visを用いて、Alおよび対カチオンの位置を評価した。薄膜合成時の条件（有機構造規定剤の種類、原料組成、合成温度・時間等）がこれらの制御に大きな役割を果たすことを見出した。
調製したゼオライト膜に対して、分子サイズの異なる種々のガスをプローブ分子として用いた有効細孔径の評価を行ったところ、対カチオンの位置によって有効細孔径が大きく異なることがわかった。また、メタノールと水素の混合物分離において、本研究で得られたMFI型ゼオライト膜は、従来の手法で合成した膜と比較して高い分離性能を示すことを明らかにした。
本研究で得られた成果については、国際学会を含む複数の学会発表や招待講演を行った。また学術誌への投稿を行った。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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