高速二酸化炭素分離用ゼオライト膜の後処理技術の確立

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K05128
• 研究機関: 芝浦工業大学
• 研究代表者: 野村 幹弘 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (50308194)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: MFIゼオライト膜 / トリフルオロプロピルトリメトキシシラン / 後処理 / 二酸化炭素 / メタン

研究実績の概要

最終年度は、計画通り後処理によるゼオライト膜の二酸化炭素/炭化水素透過率比の向上を検討した。ゼオライト膜としてMFIゼオライト膜を用いた。MFI膜の合成には、2次成長法を用いた。製膜の合成ゲル組成はテトラメトキシシラン: トリプロピルアンモニウムブロミド: H2O: NaOH: NaAlO2= 1: 0.2: 200: 0.07: 0.01の比率で調製し180℃, 16hで行った。種結晶であるMFI粉末のコーティング量を制御することで、得られたMFI膜の性能は安定していた。処理前の単成分ガス透過による細孔径評価では、0.56nmと、MFIゼオライトの細孔である0.55nmと同レベルであった。単成分ガス透過試験による細孔径評価の精度は高いと言える。まずは、処理剤としてクロロプロピルトリメトキシシラン(ClPrTMOS)を用い、処理濃度の影響を検討した。2M/Lと高濃度での処理では、H2以外の透過分子は透過率が大きく低下し、H2/N2透過率比が94.2と向上した。一方、0.08M/L処理ではN2/C2H6透過率比が2.75から15.5に向上した。次に、処理濃度を0. 2M/Lと固定して、処理剤の影響を検討した。アミノプロピルトリメトキシシラン(APrTMOS)処理により、C2H6/C3H8透過率比が20.2から42.6に向上した。また、3, 3, 3-トリフルオロプロピルトリメトキシシラン((TFPrTMOS)処理では、CO2/CH4透過率比1.34から16.0へ大きく向上した。これより、MFIゼオライト膜において、TFPrTMOS処理により、計画通り二酸化炭素炭素選択透過膜を得ることができた。これらの膜の細孔径を、単成分ガス透過試験で評価した。ClPrTMOS 処理後は0.537nm、APrTMOS処理後は0.496nm、TFPrTMOS処理後は0.498nmであった。TFPrTMOSのテトラフルオロ基のサイズが、ClPrTMOSのクロロプロピル基より大きいため、処理後の細孔径が小さくなったと言える。結果として、二酸化炭素選択透過性が改善した。

研究成果

• [雑誌論文] The evaluation of counter diffusion CVD silica membrane formation process for hydrogen separation by in situ analysis of diffusion carrier gas (2022)
  • 著者名/発表者名: Katsunori Ishii, Mikihiro Nomura
  • 雑誌名: Membranes 巻: 12 ページ: 102
  • DOI: 10.3390/membranes12020102
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of pure silica CHA zeolite membranes for CO2 separation (2022)
  • 著者名/発表者名: Gabriel Gama da Silva Figueiredo, Daishi Takayama, Katsunori Ishii, Mikihiro Nomura, Takamasa Onoki, Takuya Okuno, Hiromasa Tawarayama, Shinji Ishikawa
  • 雑誌名: Membranes 巻: 11 ページ: 926
  • DOI: 10.3390/membranes11120926
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 93."Pure silica CHA zeolite membrane synthesized on porous silica substrate for CO2 separation (2021)
  • 著者名/発表者名: Gabriel Gama da Silva Figueiredo, Mikihiro Nomura, Kouhei Suzuki, Souta Maehara, Katsunori Ishii, Takamasa Onoki, Takuya Okuno, Hiromasa Tawarayama, Shinji Ishikawa
  • 雑誌名: SEATUC J. Sci. Eng. 巻: 2 ページ: 21-27
  • DOI: 10.34436/sjse.2.1_21
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pore size control of silica membranes by counter diffusion CVD method (2021)
  • 著者名/発表者名: Katsunori Ishii, Mikihiro Nomura
  • 雑誌名: SEATUC J. Sci. Eng. 巻: 2 ページ: 15-20
  • DOI: 10.34436/sjse.2.1_15
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Development pure silica CHA zeolite membranes for CO2 separation (2021)
  • 著者名/発表者名: Gabriel Gama da Silva Figueiredo, Daishi Takayama, Kohei Suzuki, Gai Okamoto, Shusei Tanizume, Sota Maehara, Katsunori Ishii, Mikihiro Nomura, Takamasa Onoki, Takuya Okuno, Hiromasa Tawarayama, Shinji Ishikawa
  • 学会等名: 15th SEATUC (South East Asian Technical University Consortium) Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Pore size control of silica membranes by counter diffusion CVD method (2021)
  • 著者名/発表者名: Katsunori Ishii, Mikihiro Nomura
  • 学会等名: 15th SEATUC (South East Asian Technical University Consortium) Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] コンタクター型膜反応器によるプロセス強化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 野村幹弘
  • 学会等名: 化学工学会第52回秋季大会
  • 招待講演