| 研究課題/領域番号 |
18K18975
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
宮原 稔 京都大学, 工学研究科, 教授 (60200200)
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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)
平塚 龍将 京都大学, 工学研究科, 特定助教 (70806744) [辞退]
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| 研究期間 (年度) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| キーワード | MOF / PSA / 自己熱補償能 |
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| 研究実績の概要 |
ゲート吸着型MOFの優れた自己熱補償能およびCO2分離能を精緻に解析し，その特徴を最大限に発揮させるための新たな操作論・設計論確立を指向した研究開発に着手した。本年度は，質量流量制御器，圧力計，熱電対付きカラム，および四重極型質量分析計などからなる破過曲線測定装置の製作を行った。本装置の計測は，各種のLabVIEWデバイスによって行うものとし，時々刻々のカラム内温度，圧力，ガス流量，ガス分率などのデータを取得するためのソフトウェアの開発を行った。また，ゲート吸着型MOFの一種であるELM-11（[Cu(BF4)2(bpy)2]n; bpy = 4,4'-bipyridine）を用い，種々の温度におけるCO2吸着等温線の測定や，CO2吸着に伴うゲート吸着型MOFの構造転移速度を明らかとするための時分割in situ XRD測定（SPring-8）を実施し，ゲート吸着型MOFのrapid PSAへの応用を想定した新たな吸着操作論探求のための基礎データの取得を開始した。特に時分割in situ XRD測定では，ELM-11がCO2吸脱着に対して秒オーダーの速い応答性を示すことが明らかとなり，rapid PSAに応用するにあたって極めて有利な特性を持つことを見出すことができた。さらには，rapid PSAシミュレーションを実施するための新規非等温吸着速度モデルに基づくソフトウェアの開発に着手した。
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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
質量流量制御器，圧力計，熱電対付きカラム，および四重極型質量分析計などからなる破過曲線測定装置の製作を予定通り完了することができた。本装置を制御するためのソフトウェア開発も完了し，ゲート吸着型MOFを用いた各種混合ガス(CO2/N2, CO2/CH4)の破過曲線測定のための準備を整えることができた。また，SPring-8において時分割in situ XRD測定を実施したところ，ELM-11がCO2吸脱着に対して秒オーダーの速い応答性を示すことが明らかとなり，rapid PSAに応用するにあたって極めて有利な特性を持つことを見出した。さらに，新規非等温吸着速度モデルに基づくrapid PSAシミュレータの開発も順調に進捗している。
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| 今後の研究の推進方策 |
ELM-11の各種混合ガス(CO2/N2, CO2/CH4)の破過曲線測定を実施することで，時々刻々のカラム内温度，圧力，ガス流量，ガス分率などの基礎データを取得し，新規非等温吸着速度モデルに基づくrapid PSAシミュレーションの実施を可能とすることを目指す。また，SPring-8における時分割in situ XRD測定によって，CO2吸着に伴うELM-11の構造転移速度のCO2ガス分圧依存性を明らかとし，上述の新規非等温吸着速度モデルに組み込むことを予定する。そして，rapid PSAシミュレータの開発を完了し，rapid PSAの高効率化のための新たな非等温吸着操作論の確立を目指す。そして，分離シーケンス，サイクルタイム，ガス流量・圧力など，膨大なパラメーターについての検討を実施し，ゲート吸着型MOFの優れた自己熱補償能およびCO2分離能を最大限に発揮させるための新たな操作論・設計論の確立を目指す。
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