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2020 年度 実績報告書

液固相転移を利用した降温脱離型二酸化炭素吸収材料の開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K19864
研究機関北海道大学

研究代表者

野呂 真一郎  北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (70373347)

研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2021-03-31
キーワード二酸化炭素分離 / 液固相転移 / イオン性物質
研究実績の概要

大気中の二酸化炭素を低コストで分離回収する技術開発は、環境問題の観点から喫緊の課題である。本研究では、これまでとは全く異なる脱離機構“降温による液固相転移を利用した吸収二酸化炭素の脱離”により、二酸化炭素を高選択的に吸収分離するイオン性物質を合成する。その選択的吸収分離の機序をX線回折・熱量・分光・吸着測定から明らかにするとともに、材料設計指針と材料群のプロトタイプを提示し、学術的基盤の形成に資する。これまで未開拓であった降温脱離の実証により、全回収コストの50~70%を占める脱離プロセスの省エネ化を促すと期待できる。
本年度は、bis(trifluoromethylsulfony)imideアニオンを有するイオン性物質2種の固液相転移特性を示差走査熱量分析装置を用いて行った。どちらの物質も高温で分解前に固液相転移を示すことが分かった。また、液化後冷却するともとの結晶相には戻らずアモルファスガラス相に転移することが明らかとなった。ガラス相の構造を赤外分光測定によって調べたところ、ガラス相は結晶相と同様の配位構造を取っていることが示唆された。ガラス転移温度が室温付近の物質の二酸化炭素吸収特性を調べたが、二酸化炭素はほとんど吸収されなかった。一方で、別の多孔性物質と複合化すると、多孔性物質のガス吸着選択性が劇的に変化することが明らかとなった。例えば、多孔性物質は77Kで窒素を吸着するが、複合化後は窒素をほとんど吸着しなくなった。一方で、195Kにおいて二酸化炭素は多孔性物質に吸着されるが、複合化後の二酸化炭素吸着量はわずかに減少するにとどまった。SEMや他のガス吸着測定結果から、複合化後ガラス相が多孔性物質表面を完全に覆っており、ガラス相が極性ガスに対して選択的透過能を示していることが示唆された。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] A Synchronous Change in Fluid Space and Encapsulated Anions in a Crystalline Polymethylene Unit Containing Metal-Organic Framework2020

    • 著者名/発表者名
      Xin Zheng, Hiroyasu Sato, Kiyonori Takahashi, Shin-ichiro Noro, and Takayoshi Nakamura
    • 雑誌名

      Cryst. Growth Des.

      巻: 20 ページ: 3596-3600

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.0c00334

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Controlling the gate-sorption properties of solid solutions of Werner complexes by varying component ratios2020

    • 著者名/発表者名
      Shin-ichiro Noro, Yu Song, Yutaro Tanimoto, Yuh Hijikata, Kazuya Kubo, and Takayoshi Nakamura
    • 雑誌名

      Dalton Trans.

      巻: 49 ページ: 9438-9443

    • DOI

      10.1039/D0DT01355B

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Understanding the interactions between the bis(trifluoromethylsulfonyl)imide anion and absorbed CO2 using X-ray diffraction analysis of a soft crystal surrogate2020

    • 著者名/発表者名
      Xin Zheng, Katsuo Fukuhara, Yuh Hijikata, Jenny Pirillo, Hiroyasu Sato, Kiyonori Takahashi, Shin-ichiro Noro, and Takayoshi Nakamura
    • 雑誌名

      Commun. Chem.

      巻: 3 ページ: 143

    • DOI

      10.1038/s42004-020-00390-1

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] アルギネートポリマーによって賦形された多孔性金属錯体のガス吸着特性に対する乾燥法の影響2021

    • 著者名/発表者名
      谷本憂太郎、野呂真一郎
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会(2021)
  • [学会発表] Multiple Structural and Phase Transformations of a Flexible Coordination Polymer with Fluorinated Anion2021

    • 著者名/発表者名
      Xin Zheng, Kiyonori Takahashi, Takayoshi Nakamura, Shin-ichiro Noro
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会(2021)
  • [学会発表] Metal Complex Based Adsorption Materials for Environmental Remediation and Energy Saving2021

    • 著者名/発表者名
      Shin-ichiro Noro
    • 学会等名
      International academic webinar: Materials Chemistry for Better Future
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Synthesis and Adsorption Properties of Three-Dimensional Fluorinated Dianion-Bridged Porous Metal Complexes2020

    • 著者名/発表者名
      AnQi Wang, Kiyonori Takahashi, Takayoshi Nakamura, Shin-ichiro Noro
    • 学会等名
      第71会コロイドおよび界面化学討論会
  • [学会発表] 高効率室温二酸化炭素分離へ向けた5員複素環を有する柔軟性金属錯体の合成2020

    • 著者名/発表者名
      杉浦みのり、高橋仁徳、中村貴義、野呂真一郎
    • 学会等名
      第71会コロイドおよび界面化学討論会

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公開日: 2023-12-25  

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