| 研究課題/領域番号 |
16K05866
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
畑 俊充 京都大学, 生存圏研究所, 講師 (10243099)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | CO2吸蔵 / 木質由来炭素 / フェノール樹脂 / ミクロ孔 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、大気圧下で二酸化炭素を吸蔵・回収することによって、二酸化炭素排出削減を通して地球温暖化問題の解決に資する木質系炭素材料を開発することを目的とする。今年度は、フェノール樹脂・セルロースナノファイバー(CNF)複合炭素前駆体中に水酸化カリウムを添加して賦活処理をした。このように炭素化と賦活処理を同時に行って得られた空孔径分布を調べた。あわせて、得られた複合炭素材料について透過型電子顕微鏡を用いて観察を行い、空隙構造の解析を行った。
フェノール、パラホルムアルデヒド、およびヘキサメチレンテトラミンをそれぞれ所定量測り、反応容器に仕込んだ。撹拌しながら内温85℃に昇温し、1時間反応させた。減圧しながら脱液した後、フェノール樹脂を得た。次に、セルロースナノファイバー（CNF）と50%KOH水溶液を混合し、フェノール樹脂に加え、KOHを含んだフェノール樹脂・CNF複合材の炭素前駆体を得た。得られた炭素前駆体を還元雰囲気下、昇温速度10℃／分、熱処理温度800℃で1時間保持することにより、フェノール樹脂・CNF複合炭素化物を得て、TEMを用いてその微細構造を観察した。
フェノール樹脂では、メソ孔に相当する比較的大きな細孔が発達した。一方、CNFでは、主としてミクロ孔からなる空隙が存在した。これらの空隙は、フェノール樹脂領域における空隙と比較して、より小さな細孔が発達ししたと推定される。この結果より、同じ賦活剤を用いてもフェノール樹脂の領域とCNFの領域とでは発達する細孔径分布が異なるため、材料のガス吸着性能に影響を与えたと思われた。このように、TEM観察からフェノール樹脂・CNF複合炭素化物中に、ウルトラミクロ孔に相当する微細空隙が生じていることがわかった。
N2およびCO2吸着測定を行ったところ、フェノール樹脂・CNF複合炭素化物において、文献値に匹敵する高いCO2吸着量が得られた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究で目的にしているナノ炭素構造を内部に持つ二酸化炭素吸着剤の開発に成功した、昨年度よりもCO2吸着量が増加した、さらに、フェノール樹脂とCNFとの加熱処理により、ミクロ孔の制御と比表面積の増大が実現したため、上記の通り判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
フェノール樹脂とCNFとの複合化により、CO2がすの拡散経路を確保しつつ、ウルトラミクロ孔への到達を容易となるような材料設計を行う。得られる炭素化物サンプルの微細組織及び構造がCO2吸着にどのような影響を与えるかを、透過電子顕微鏡や小角Ｘ線装置を用いて重点的に調べる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
理由: 当初予定していた国際共同研究の相手先研究機関への出張が、当方の都合により延期となったため。
使用計画: 本年度、海外共同研究者との研究打ち合わせのため、相手先研究機関を訪問予定である。
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