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2023 年度 実績報告書

ZIFフラグメントを利用したゼオライトの新規細孔径・親和性制御技術の確立

研究課題

研究課題/領域番号 21K18836
研究機関関西大学

研究代表者

荒木 貞夫  関西大学, 環境都市工学部, 准教授 (00599152)

研究分担者 山本 秀樹  関西大学, 環境都市工学部, 教授 (30174808)
廣田 雄一朗  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60632437)
長谷川 泰久  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究グループ長 (90392646)
研究期間 (年度) 2021-07-09 – 2024-03-31
キーワードゼオライト / 分離膜 / イミダゾール / ZIF / フラグメント修飾
研究実績の概要

本研究のコンセプトはゼオライト細孔の壁面にイミダゾール誘導体を導入することにより、細孔の実効サイズのコントロールとイミダゾール誘導体の配位子を変更することにより目的に応じて、細孔径や親和性を細かに制御することである。
粉末を用いた知見収集として、10員環(MFI型)、と12員環(MOR型とFAU型)とイミダゾール誘導体についてはメチルイミダゾールとプロピルイミダゾールを用い、ゼオライトの細孔構造および、Si/Al比、イミダゾール誘導体の種類が及ぼすZIFフラグメント修飾への影響を把握した。具体的に、MOR、FAU、ZSM-5をZnでイオン交換し、ZIFフラグメント修飾を実施し、物性を評価した。
Na-FAU膜において、Coでイオン交換し、2-メチルイミダゾール(mIM)処理するとN2/SF6とH2/SF6の理想分離係数が、それぞれ9と15から236と1820まで増加した。一方、硝酸亜鉛濃度3 mmol/Lでイオン交換処理を行なうと、CH4やSF6などの透過係数が増加する傾向が観察された。原因としてはイオン交換処理時の脱アルミニウム等が考えられる。一方で、硝酸亜鉛濃度が0.1 mmol/L以下の場合、気体透過係数に大きな変化は観察されなかった。さらに、0.1 mmol/LのmIM水溶液で処理したところ、0.1 mmol/Lの硝酸亜鉛水溶液でイオン交換したFAU膜ではSF6の透過係数にはほぼ変化が見られず、水素と二酸化炭素の透過係数が減少したことから、ZIFフラグメント修飾の効果が出現したと考えられる。また、MORにおいてCoにイオン交換後、mIM処理した場合、H2からSF6の透過係数がほぼ一様に減少することを確認した。

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2024

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] Synthesis and gas permeation properties of phosphorous-modified chabazite membranes2024

    • 著者名/発表者名
      Araki Sadao、Maekawa Koki、Tsunoji Nao、Hirota Yuichiro、Ikeda Ayumi、Hasegawa Yasuhisa、Yamamoto Hideki
    • 雑誌名

      Materials Letters

      巻: 357 ページ: 135650~135650

    • DOI

      10.1016/j.matlet.2023.135650

    • 査読あり
  • [学会発表] カチオン交換 ZSM-5膜のガス・水蒸気透過分離特性2024

    • 著者名/発表者名
      中居 雅稀, 池田歩, 荒木貞夫, 長谷川泰久, 廣田雄一朗
    • 学会等名
      化学工学会第89年会

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公開日: 2024-12-25  

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