| 研究課題/領域番号 |
19H02503
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
向井 紳 北海道大学, 工学研究院, 教授 (70243045)
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| 研究分担者 |
岩村 振一郎 北海道大学, 工学研究院, 助教 (10706873)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 反応・分離工学 / 触媒・化学プロセス / ナノ材料 |
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| 研究実績の概要 |
本研究はμmサイズの流路が精密に導入された機能性多孔質モノリス体の設計法構築を目的に実施している。まずは作製が困難であった数十μm～数百μmの流路サイズを有するモノリス体を効率良く製造可能な方法の確立を目指した。具体的には熱分解により除去が容易な熱可塑性樹脂でネガ体を作製し、これをテンプレートに用いてゾル－ゲル法によりポジ体となるモノリス体を作製した。本年度は径が数十μmから数百μmのナイロン、アクリル樹脂等の熱可塑性樹脂の直状繊維を配向させたものをネガ体に用い、ゾル－ゲル法でネガ体の空隙に材料を形成後、熱処理によってネガ体を分解除去することでポジ体であるモノリス体を得た。原料にゾル－ゲル法によって製造可能なレゾルシノール－ホルムアルデヒドゲルを用い、これを高温の不活性雰囲気下で炭素化することでカーボンゲルに変換した 。炭素化の際にネガ体は分解除去され、その痕跡として流路がカーボンゲルのモノリス体内に残ることが確認できた。
得られたモノリス体の性能は水溶液系のフェノール吸着により評価した。流路サイズ、流路壁厚さを変化させた一連のモノリス体の破過曲線を測定し、その解析により得られる吸着圏長さでモノリス体の応答性を評価した。予想していたように流路壁を薄くしていくとシャープな破過曲線が得られ、吸着圏長さも数mm程度と非常に短くできることが確認できた。また一連のモノリス体に流体を通過させた際に生じる抵抗を測定した結果、当然ながら流路サイズを小さくしていくと増大していったが、サイズを考慮した際の最低値に近い抵抗しか生じないことが確認できた。これらの検討の結果、応答性と流体に対する抵抗の２つの観点からモノリス体のサイズの最小化が可能であることが明らかとなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本年度に予定していた検討内容は全て実施しており、予想していた成果を得る事に成功している。また次年度に予定している検討内容を実施するための予備検討も実施しており、その結果新規な検討内容にスムーズに着手できる見通しを得ている。以上より当初の計画以上に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度の検討により、非常に安価な材料、そして非常に簡単な手法によりモノリス体作製のためのネガ体が得られ、これをテンプレートに用いた転写操作により、マイクロ流路が精密に導入された多孔質モノリス体を得ることができることが実証できた。しかしこの方法では種々のサイズの流路をより精密に導入するには限界があり、また対応できるモノリス体のサイズにも制限がある。そこで来年度からは3Dプリンターを導入し、ネガ体の高精度化、そしてネガ体作製の効率化を目指す。
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