| 研究課題/領域番号 |
24560933
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| 研究機関 | 関西大学 |
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研究代表者 |
三宅 義和 関西大学, 環境都市工学部, 教授 (70111995)
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| キーワード | 吸着速度 / 擬二次動力学モデル / 拡散律速過程 / 破過曲線 / メソ構造吸着剤 / ZIF-8 |
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| 研究概要 |
本研究の最終目標である「メソ空間内の分離場を最適化する設計手法の確立」を達成するために、二年目は、初年度に得られたバッチ法の結果を基にしてカラム充填法により破過挙動を実験的に、さらに化学工学的手法により定量的に検討した。
(１)カラム充填法による水溶液中の金属イオンの破過挙動；昨年度と同様に球状メソポーラスシリカ粒子および市販のキレート樹脂をカラムに充填し、水溶液中に溶解した金属イオンをポンプで供給した。カラム出口の溶液を既存のフラクションコレクターにより採取し、金属イオン濃度の経時変化を測定して、破過曲線を求めた。本系での吸着速度挙動は、初年度提案した二次吸着モデルを用いて定量的に評価できた。その二次吸着モデルを用いて、カラムの破過曲線を理論的に表す新規なモデルを提案した。このモデルを用いて破壊曲線を計算し、実験結果と比較検討を行った。
(２)新規な吸着分離剤の開発とカラム充填法による気相系での破過挙動；研究当初は計画していなかったが、ここ二年間で、本研究室でメカノケミカル法により新規開発したZIF-8粒子が特異なナノサイズの吸着分離場を提供すると期待できた。そこで25年度から、このZIF-8粒子を用いた研究を、本研究の主題である「メソ空間内の分離場を最適化する設計手法の確立」の一部に組み込むことにした。このZIF-8粒子はイミダゾールと亜鉛からなるMOF(Metal Organic Framework)の一種であり、MOFはガス分離挙動においてゲート効果など特異な吸着挙動を示す。平成25年度は、このZIF-8粒子を内径10mmのカラムに充填して、カラム出口の二酸化炭素濃度を経時的に測定し、破過曲線を求めた。吸着材の重量および二酸化炭素の流入量などを変化させて破過曲線を測定し、吸着速度実験を行った。この研究成果は26年度秋のドイツで開催される国際会議で発表予定である。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
バッチ法による金属イオンの吸着速度に関する研究は、2013年9月にオーストラリア・ブリスベンで開催された化学工学会の国際会議Chemeca 2013で発表した。また2次吸着モデルを用いた破過曲線の理論的考察と金属イオンの吸着挙動に関しては、2013年12月に韓国のプサンで開催された化学工学セミナーISChE2013で発表した。これらの研究は、メルボルン大学化学科のS.D.Kolev教授との共著である。
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| 今後の研究の推進方策 |
2014年度は当初の研究計画である、吸着剤をカラムに充填して破過曲線の測定を、これまでの吸着系で実験を行う。得られた破過曲線を定量的に予測するために我々が提案した擬二次反応モデル系を用いて破過曲線を求めて実験系との比較検討を行う。上述したように、ここ2年間で当研究室で開発した新規な吸着剤ZIF-8が特異なナノ・メソ空間を有しており、新しい分離場を提供すると期待できる。そこで、今年度は新たにこのZIF-8粒子を用いて、バッチ法及びカラム充填法により気体分離過程を詳細に検討する。その結果を定量的に考察して、分離場特性との相関を試みる計画である。
これらの結果を総合的にまとめて、本研究の最終目標「メソ空間内の分離場を最適化する設計手法の確立」を目指して進めて行く。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
平成24年度の研究費の内、平成25年度に持ち越した金額が、ほぼ平成26年度の持ち越し額に相当する。平成24年度7月から３カ月間、関西大学の在外研究員・調査研究員としてメルボルン大学に滞在した。そのために、研究費の持ち越しが生じた。平成２５年度は、ほぼ当初の予算内で研究を進行したために、平成２６年度に持ち越す事になった。本年度は、新たにメソ構造体としてZIF-8の研究も、本研究の一部とすることで研究範囲を少し増やすので使用額が増えると予想できる。
前述したように、今年度は、ナノ・メソ構造体として本研究室で新たに開発したZIF-8によるガス分離特性の研究を新たに本研究に組み込んで研究を進める。本研究の最終目標「メソ空間内の分離場を最適化する設計手法の確立」を、より充実して達成させる予定である。使用予定は国際会議出席の旅費に42万円、それ以外は物品購入予定である。
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