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2020 年度 実績報告書

Nano Pore WO3分離膜の開発およびその膜形成メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 19K15336
研究機関名古屋大学

研究代表者

萩尾 健史  名古屋大学, 未来社会創造機構, 助教 (40808648)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
キーワードタングステン酸 / 緻密膜 / 結晶配向制御 / 液分子透過特性 / 水/酢酸分離性能 / 耐酸性
研究実績の概要

通常、溶媒の脱水などの分離・精製に適用される蒸留法は、沸点差を利用するため、産業活動に利用されるエネルギーの50%近くを消費するといわれている。近年、ナノ細孔を有するゼオライト等を膜状に形成して分子をサイズによって識別・分離する分離膜が開発され、蒸留法に代わる省エネルギー技術として期待される。しかし、耐酸性が不十分等の課題があり、酢酸脱水は困難であった。一方、Nano Pore WO3はナノ細孔を有し、耐酸性も高い有望な候補材料であるが、Nano Pore WO3の分離膜研究は皆無である。そこで本研究では、分子分離が可能な欠陥のないNano Pore WO3分離膜の開発およびその形成メカニズムの解明を進めてきた。
昨年度、膜合成条件の目途を得たため、本年度はNano Pore WO3の膜の欠陥低減、結晶配向性向上、液透過特性、水/酢酸分離特性、耐久性の評価を実施した。膜の欠陥低減・結晶配向性向上の方法として、種結晶の塗付条件の改良、膜合成の溶液組成の見直しを行った。その結果、チューブ両端封鎖による膜化面に対する種結晶の選択的塗付、核生成を抑制する希薄側への合成溶液の調整によって、高度に配向したNano Pore WO3分離膜が得られると確認できた。また、これらを通じて成膜メカニズムを推定できた。更に、パーベーパレーション法(PV法)によって単成分液体の透過特性を確認したところ、各種有機溶媒に比べ、水の透過特性が高いと確認できた。同PV法で水/酢酸混合溶液の分離を試みた結果、分子径が小さい水が選択的に透過することが確認され、分子ふるいとして機能するNano Pore WO3分離膜の開発に初めて成功した。また、Nano Pore WO3膜のc面への結晶配向性を向上すると、水透過係数が大幅に向上することが確認でき、500h以上の水/酢酸溶液浸漬後も膜性能が維持すると確認できた。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Development of novel nanoporous hexagonal tungsten oxide membrane for separation of water/acetic acid mixtures via pervaporation2021

    • 著者名/発表者名
      Kunishi Hiroto、Hagio Takeshi、Wada Shintaro、Kamimoto Yuki、Ichino Ryoichi
    • 雑誌名

      Journal of Membrane Science

      巻: 620 ページ: 118860~118860

    • DOI

      10.1016/j.memsci.2020.118860

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis of C-Plane Oriented Hexagonal Tungsten Oxide Membranes on Tubular Substrates and Their Acetic Acid/Water Separation Performances2021

    • 著者名/発表者名
      Kunishi Hiroto、Wada Shintaro、Kamimoto Yuki、Ichino Ryoichi、Lin Yan、Kong Long、Li Liang、Hagio Takeshi
    • 雑誌名

      Membranes

      巻: 11 ページ: 38~38

    • DOI

      10.3390/membranes11010038

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 多孔質支持体上へのc面配向ミクロポーラス酸化タングステン膜の形成とその分子分離特性2020

    • 著者名/発表者名
      和田慎太郎、國司寛人、萩尾健史、神本祐樹、市野良一
    • 学会等名
      令和2年度表面技術若手研究者・技術者研究交流発表会
  • [学会発表] Novel Microporous Tungsten Oxide Membranes for Dehydration of Organic Solvents2020

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Hagio、Hiroto Kunishi、Yuki Kamimoto、Ryoichi Ichino
    • 学会等名
      第30回日本MRS年次大会
  • [備考] 名古屋大学 研究者総覧

    • URL

      https://profs.provost.nagoya-u.ac.jp/html/100009818_ja.html

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公開日: 2021-12-27  

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