シリカ膜のナノチューニングと超薄膜製膜プロセッシングの確立

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H02313
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 都留 稔了 広島大学, 工学研究科, 教授 (20201642)
• 研究分担者: 郡司 天博 東京理科大学, 理工学部先端化学科, 教授 (20256663) ; 伊藤 賢志 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (90371020)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: シリカ膜 / オルガノシリカ / 細孔 / 分離 / 薄膜 / ゾル-ゲル

研究実績の概要

本研究では，Molecular-Net Sieving Technologyにより，超薄膜シリカ膜を創製し，化学プロセスの革新を目的とし，①各種アルコキシシランの調製，②蒸気吸着エリプソメトリー（ＥＰ）と陽電子寿命法（ＰＡＬＳ）により，Molecular-Net構造の評価とスクリーニング，③超薄膜分離層を形成し，気体および液相系分離系へ応用を行った。各研究項目を以下にまとめる。
①構造化アルコキシドの合成：オクタキスジメチルシロキシオクタシルセスキオキサンとアルカンジオールの反応において，ヒドロキシル基まわりの立体障害を制御することにより，中程度の分子量を有する重合体を得た。また，重合体のテトラヒドロフラン溶液をシャーレに移して加熱することにより，無色透明で透過率が高く硬質な自立膜を調製することができた。
②Molecular-Net Sieving材料の特性評価とスクリーニング：ＥＰとＰＡＬＳによる開発膜試料の評価を進め、シリカ系プラズマＣＶＤ薄膜の細孔構造を両手法で解析し，サブナノ細孔の開孔率と大きさが同時に変化することを明らかとした。細孔構造解析の高度化として低速陽電子寿命運動量相関測定法により化学状態解析を試みたところ，シロキサン系ＣＶＤ膜中のサブナノ細孔は炭素リッチであることを明らかにした。
③Molecular-Net Sieving膜の製膜プロセッシングと特性評価：ゾル調製条件として，水モル比（WR）および酸モル比（AR）を検討することで，膜細孔径はWRおよびARで制御できることを，気体分離および浸透気化分離に対して高い分離選択性を示すことを明らかとした。さらに，各種アミンを有するたシリカ膜を作製し，3級アミンが最も高選択透過性を示した。高分子多孔質基材への製膜に関しては，スピンコーティングに加え，大面積化可能な技術として，フローコーティング法を開発した。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Synthesis and reactivity of hydride-bridged ruthenium dithiolene complexes (2018)
  • 著者名/発表者名: Sagawa Takuya、Tsukada Satoru、Yamamoto Kazuki、Gunji Takahiro
  • 雑誌名: Polyhedron 巻: 139 ページ: 196～200
  • DOI: 10.1016/j.poly.2017.10.023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of Ruthenium Dithiolene Complex/Polysiloxane Films and Their Responses to CO Gas (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsukada Satoru、Sagawa Takuya、Yamamoto Kazuki、Gunji Takahiro
  • 雑誌名: Molecules 巻: 23 ページ: 845～845
  • DOI: 10.3390/molecules23040845
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pyrimidine-bridged organoalkoxysilane membrane for high-efficiency CO 2 transport via mild affinity (2017)
  • 著者名/発表者名: Yu Liang、Kanezashi Masakoto、Nagasawa Hiroki、Oshita Joji、Naka Akinobu、Tsuru Toshinori
  • 雑誌名: Separation and Purification Technology 巻: 178 ページ: 232～241
  • DOI: 10.1016/j.seppur.2017.01.039
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of heat treatment on the nanoporosity of silica PECVD films elucidated by low-energy positron annihilation and ellipsometric porosimetry (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshimoto Shigeru、Kumagai Kazuhiro、Hosomi Hiroyuki、Takeda Masaaki、Tsuru Toshinori、Ito Kenji
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 122 ページ: 185304～185304
  • DOI: 10.1063/1.5004187
  • 査読あり
• [雑誌論文] Syntheses of cage octasilicate polymers (2017)
  • 著者名/発表者名: Gunji Takahiro、Igarashi Takahiro、Tsukada Satoru、Abe Yoshimoto
  • 雑誌名: Journal of Sol-Gel Science and Technology 巻: 81 ページ: 21～26
  • DOI: 10.1007/s10971-016-3998-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of POSS-derived robust RO membranes for water desalination (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Kazuki、Koge Sayako、Gunji Takahiro、Kanezashi Masakoto、Tsuru Toshinori、Ohshita Joji
  • 雑誌名: Desalination 巻: 404 ページ: 322～327
  • DOI: 10.1016/j.desal.2016.11.017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation and properties of organic-inorganic hybrid polymer films using [Ti4(μ3-O)(OiPr)5(μ-OiPr)3(PhPO3)3]・thf (2017)
  • 著者名/発表者名: Hayami Ryohei、Wada Keisuke、Sagawa Takuya、Tsukada Satoru、Watase Seiji、Gunji Takahiro
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: 49 ページ: 223～228
  • DOI: 10.1038/pj.2016.108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation and properties of organic-inorganic hybrid materials using titanium phosphonate cluster (2017)
  • 著者名/発表者名: Hayami Ryohei、Wada Keisuke、Nishikawa Izumi、Sagawa Takuya、Yamamoto Kazuki、Tsukada Satoru、Gunji Takahiro
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: 49 ページ: 665～669
  • DOI: 10.1038/pj.2017.34
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication and CO 2 permeation properties of amine-silica membranes using a variety of amine types (2017)
  • 著者名/発表者名: Yu Liang、Kanezashi Masakoto、Nagasawa Hiroki、Tsuru Toshinori
  • 雑誌名: Journal of Membrane Science 巻: 541 ページ: 447～456
  • DOI: 10.1016/j.memsci.2017.07.024
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gas permeation properties for organosilica membranes with different Si/C ratios and evaluation of microporous structures (2017)
  • 著者名/発表者名: Kanezashi Masakoto、Yoneda Yuri、Nagasawa Hiroki、Tsuru Toshinori、Yamamoto Kazuki、Ohshita Joji
  • 雑誌名: AIChE Journal 巻: 63 ページ: 4491～4498
  • DOI: 10.1002/aic.15778
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photo-induced sol-gel synthesis of polymer-supported silsesquioxane membranes (2017)
  • 著者名/発表者名: Nagasawa Hiroki、Nishibayashi Mai、Kanezashi Masakoto、Yoshioka Tomohisa、Tsuru Toshinori
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 7 ページ: 7150～7157
  • DOI: 10.1039/C6RA21161E
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication and Microstructure Tuning of a Pyrimidine-Bridged Organoalkoxysilane Membrane for CO2 Separation (2017)
  • 著者名/発表者名: Yu Liang、Kanezashi Masakoto、Nagasawa Hiroki、Ohshita Joji、Naka Akinobu、Tsuru Toshinori
  • 雑誌名: Industrial & Engineering Chemistry Research 巻: 56 ページ: 1316～1326
  • DOI: 10.1021/acs.iecr.6b04460
  • 査読あり
• [雑誌論文] Organosilica bis(triethoxysilyl)ethane (BTESE) membranes for gas permeation (GS) and reverse osmosis (RO): The effect of preparation conditions on structure, and the correlation between gas and liquid permeation properties (2017)
  • 著者名/発表者名: Ibrahim Suhaina M.、Nagasawa Hiroki、Kanezashi Masakoto、Tsuru Toshinori
  • 雑誌名: Journal of Membrane Science 巻: 526 ページ: 242～251
  • DOI: 10.1016/j.memsci.2016.12.036
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pore size tuning of sol-gel-derived triethoxysilane (TRIES) membranes for gas separation (2017)
  • 著者名/発表者名: Kanezashi Masakoto、Matsugasako Rui、Tawarayama Hiromasa、Nagasawa Hiroki、Tsuru Toshinori
  • 雑誌名: Journal of Membrane Science 巻: 524 ページ: 64～72
  • DOI: 10.1016/j.memsci.2016.11.006
  • 査読あり
• [学会発表] Evaluation of pore structures of PECVD silica films by slow positron annihilation lifetime spectroscopy and ellipsometric porosimetry (2017)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Yoshimoto, Kenji Ito, Hiroyuki Hosomi, Masaaki Takeda, Toshinori Tsuru
  • 学会等名: 3rd China-Japan Joint Workshop on Positron Science
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Effect of heat treatment on the nanoporosity of silica PECVD films elucidated by the low-energy positron lifetime technique and ellipsometric porosimetry (2017)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Yoshimoto, Kenji Ito, Hiroyuki Hosomi, Masaaki Takeda, Toshinori Tsuru
  • 学会等名: 12th International Workshop on Positron and Positronium Chemistry
  • 国際学会
• [学会発表] カゴ型シルセスキオキサン元素ブロックの合成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 郡司天博
  • 学会等名: 第66回高分子討論会
  • 招待講演
• [学会発表] ゾル・ゲル法による白金担持メソポーラスシリカの調製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 郡司天博，鈴木遥，塚田学
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第30回秋季シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Synthesis and properties of cage octasilicate polymers cross-linked by alcohols (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Igarashi, Takahiro Gunji, and Satoru Tsukada
  • 学会等名: 19th International Sol-Gel Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Preparation of metal complex-containing polysiloxane or polysilsesquioxane films (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoru Tsukada, Takuya Sagawa, Midori Takemasa, and Takahiro Gunji
  • 学会等名: 19th International Sol-Gel Conference
  • 国際学会
• [学会発表] セラミック多孔膜による高度分離：ナノ～サブナノ細孔の設計，評価と応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 都留稔了
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会ATPセッション
  • 招待講演
• [学会発表] Robust reverse osmosis (RO)/nanofiltration (NF) membranes with thermal stability and chlorine tolerance for expanding applications to various types of water resource (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuru
  • 学会等名: The 3rd Asian Symposium on Water Reuse
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] シリカおよびオルガノシリカを用いたナノ／サブナノ多孔膜の開発と環境・エネルギーへの応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 都留 稔了
  • 学会等名: 第２４回ヤングセラミスト・ミーティング特別講演
  • 招待講演
• [図書] ゾル-ゲルテクノロジーの最新動向 (2017)
  • 著者名/発表者名: 郡司天博
  • 総ページ数: 416 （内15-23）
  • 出版者: シーエムシー出版
  • ISBN: 978-4-7813-1258-3
• [図書] Current Trends and Future Developments on (Bio-) Membranes :Chapter 9 Silica Membrane Application for Pervaporation Process (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Nagasawa, Toshinori Tsuru
  • 総ページ数: 388（内217-241)
  • 出版者: Elsevier B.V.
• [産業財産権] ポリシルセスキオキサン系化合物を含む組成物、その製造方法、並びに当該組成物を含む封止材及びフィルム (2017)
  • 発明者名: 伊藤功三郎，多田励起，郡司天博
  • 権利者名: 伊藤功三郎，多田励起，郡司天博
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-141907