| 研究課題/領域番号 |
17H03448
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
原 伸生 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (70613545)
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| 研究分担者 |
田中 秀樹 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80376368)
長谷川 泰久 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (90392646)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 分離膜 / 気体分離 / 多孔質材料 / 金属有機構造体 / MOF / ZIF-8 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、多孔質材料の物性に基づいた多孔質膜の膜性能設計手法の確立へ向けた研究に取り組んでいる。具体的には、多孔質材料として金属有機構造体（metal-organic framework: MOF）を用いて、①MOF粒子の合成と粒子形態制御、②MOF膜の作製と構造および膜透過特性の評価、③分離層構造（粒径・分離層厚み・結晶粒径・欠陥）および分離層物性（吸着性・拡散性）と膜透過特性との関係の解明と膜性能予測を、行う。これにより、多孔質材料の物性に基づいて、多孔質膜の膜性能を設計する手法の確立を目指す。
2018年度は、MOF粒子の合成と粒子形態制御について、MOF種の中でも特にZIF-Lの合成を行い、得られたMOF粒子の構造解析とこれを用いた分離膜作製を行い、気体種としてヘリウム、水素、二酸化炭素、酸素、窒素、メタンを用いて気体透過特性の解析を行った。ZIF-Lは、平板状の形状であることが特徴である。また、MOF種の中でも特にZIF-8に関して、平板状および円筒状の多孔質基材を使用して、多孔質基材の表面に厚さ約１ミクロンの多結晶層を持つ分離膜の作製を行った。作製した分離膜について、Ｘ線回折測定および窒素吸着測定による構造解析を行った。さらに気体種としてプロピレンおよびプロパンを用いた気体透過特性の解析を行い、供給圧力および供給組成が気体透過特性に与える影響について解析を行い、また複数の膜について測定データを蓄積した。得られた成果について、国際学会１件と国内学会２件の発表を行った。
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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
2018年度は、新たにMOF粒子の合成と粒子形態制御に取り組み、さらにこれを用いた分離膜作製を行い、膜構造の解析および気体透過特性の解析を行った。ZIF-8を用いた膜作製および解析には2017年度から継続して取り組んでおり、平板状および円筒状の多孔質基材を使用して分離膜の形成を行い、プロピレンおよびプロパンを用いた気体透過特性の解析の測定データを蓄積している。今後、蓄積したデータを元に、分離層の物性である吸着性および拡散性と、膜透過特性との関係の解明を進めていく予定である。以上の状況から、本研究は現在まで順調に進捗している。
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| 今後の研究の推進方策 |
2019年度は、初年度と二年目で得られた知見を元に、多孔質膜の膜性能を設計する手法の確立へ向けて研究を進める。具体的には、下記を計画している。①MOF粒子の合成と粒子形態制御においては、界面活性剤の種類や溶液組成を変えて合成を行い、得られた粒子の形状・結晶構造・多孔構造の解析を行い、MOF粒子の形態制御に関する知見を得る。界面活性剤として、複数種のアニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤と、ノニオン界面活性剤を使用する。②MOF膜の作製と構造および膜透過特性の評価においては、円筒状および平板状のアルミナ多孔質基材を使用した膜の作製と、MOFの粒子と高分子を複合化した膜の作製を行い、膜構造および膜透過特性の解析を行う。膜透過特性の解析においては、初年度に導入した解析装置を用いて、分子量の異なる各種気体の透過特性の測定を行う。③分離層構造および分離層物性と膜透過特性との関係の解明と膜性能予測においては、分離層構造として粒径・分離層厚み・結晶粒径・欠陥の解析を行い、分離層の物性である吸着性および拡散性と、膜透過特性との関係を解明する。得られた成果を、学会および国際学術誌において発表する。
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