研究課題
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。
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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)
Journal of Membrane Science
巻: 620 ページ: 118860～118860
10.1016/j.memsci.2020.118860
Membranes
巻: 11 ページ: 38～38
10.3390/membranes11010038
https://profs.provost.nagoya-u.ac.jp/html/100009818_ja.html
