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2015 年度 実績報告書

高分子化したイオン液体に束縛された水分子数の可逆的な制御

研究課題

研究課題/領域番号 26248049
研究機関東京農工大学

研究代表者

大野 弘幸  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00176968)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードイオン液体 / 高分子 / ゲル / 温度応答 / 水和 / 脱水和
研究実績の概要

親疎水バランスを適切に設計したイオン液体を水と混合すると、昇温により相分離し、冷却により相溶するという極めて珍しい相挙動を示すことを見出し、集中して研究を推進している。重合基を導入したイオン液体でもこのような挙動を示す例を見つけている。また、重合前後で相転移温度が変化することも見出している。このようなイオン液体を高分子化し、温度変化に応じて高分子化イオン液体に束縛される水分子数の可逆的な変化を詳細に解析することを目的としている。
平成27年度では高分子ゲル化させたイオン液体について、純水中での可逆的な水分子の束縛⇔解放を追跡し、温度変化に応じた水の吸脱着を行わせることに成功した。さらに、このゲルを塩化ナトリウム水溶液(人工海水)に浸漬し、可逆的な水分子の束縛⇔解放挙動に及ぼす塩濃度の影響を精査した。塩濃度の上昇により、水を解放する転移温度は低下し、より低温で収縮するゲルが得られた。また、より親水性のイオン液体を高分子化すれば、この転移温度を上昇させられることも定量的に追跡できたので、塩濃度に応じて目的の温度で相転移する高分子ゲルを作製するためのプロトコルを得た。有機イオン上のアルキル鎖長のみの制御では精度の高い新疎水バランスの制御は難しいが、新疎水性の異なるモノマーの共重合により目的の相転移挙動を示す高分子化イオン液体ゲルを得ることができた。
さらに浸透圧差の観点から考察すると、海水の塩濃度は約600mmol/L であり、これよりも低いイオン密度を持つ高分子ゲルには、浸透圧差に沿って水分子が入ってくることは無いため、式量の小さいイオンを使って高イオン密度の環境を作製することが課題となった。これについては28年度で推進することとした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の計画通りに研究を推進することができた。また、高分子化により水和状態がモノマーのイオン液体と異なることや、塩濃度によって転移温度がシフトすることなどを整理でき、目的に合致した温度で相転移するイオン液体高分子ゲルを得る方法論を確立できたため。

今後の研究の推進方策

これまでにこのような水和状態が温度で大きく変わる物質が無かったため、様々な方面への展開が期待される。そのため基礎知見の集積が一段と重要になってきた。そこで、今後も親疎水バランスを適切に設計されたイオン液体の合成と高分子化を継続し、温度による水和状態の大きな変化について基礎知見を集積する。水の吸脱着だけでなく、溶存する金属イオンの吸脱着や、有用物質の濃縮、タンパク質の親和性の制御など、関連する様々な課題について精力的に研究を進める。

備考

研究室web page: http://web.tuat.ac.jp/~ohno/index.html

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 5件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Thermoresponsive poly(ionic liquid)s in aqueous salt solutions: The salting-out effect on their phase behaviors and water absorption/desorption properties2016

    • 著者名/発表者名
      A. Okafuji, Y. Kohno, and H. Ohno
    • 雑誌名

      Macromol. Rapid Communication

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1002/marc.201500752

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A fine tuning of LCST-type phase transition of poly(ionic liquid)s in water2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Deguchi, Y. Kohno, and H. Ohno
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 44 ページ: 238-240

    • DOI

      10.1246/cl.141016

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Reversible water uptake/release by thermoresponsive polyelectrolyte hydrogels derived from ionic liquids2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Deguchi, Y. Kohno, and H. Ohno
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 51 ページ: 9287-9290

    • DOI

      10.1039/C5CC02189H

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Is seven the minimum number of water molecules per ion pair for assured biological activity in ionic liquid/water mixtures?2015

    • 著者名/発表者名
      H. Ohno, K. Fujita, and Y. Kohno
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 17 ページ: 14454-14460

    • DOI

      10.1039/C5CP00768B

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Thermoresponsive polyelectrolytes derived from ionic liquids2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Kohno, S. Saita, Y. Men, J. Yuan, and H. Ohno
    • 雑誌名

      Polymer Chemistry

      巻: 6 ページ: 2163-2178

    • DOI

      10.1039/C4PY01665C

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Control of temperature-driven phase change of ionic liquid/water mixtures2015

    • 著者名/発表者名
      H. Ohno
    • 学会等名
      International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015
    • 発表場所
      International Congress Centre, Honolulu,Hawaii, USA
    • 年月日
      2015-12-15 – 2015-12-20
    • 国際学会
  • [学会発表] 温度により可逆的に相状態を制御できるzwitterion/水二相系の設計2015

    • 著者名/発表者名
      三重野裕貴、大野弘幸
    • 学会等名
      第6回イオン液体討論会
    • 発表場所
      寒梅館、同志社大学、京都、京都府京都市上京区御所八幡町
    • 年月日
      2015-10-26 – 2015-10-27
  • [学会発表] Polymerized ionic liquids: From ion conductive materials to water pump2015

    • 著者名/発表者名
      H. Ohno
    • 学会等名
      250th ACS National Meeting
    • 発表場所
      Boston Convention and Exhibition Center, Boston, MA, USA
    • 年月日
      2015-08-16 – 2015-08-20
    • 招待講演
  • [学会発表] Some unique properties of ionic liquid/water mixtures2015

    • 著者名/発表者名
      H. Ohno
    • 学会等名
      Royal Society of Chemistry, Molten Salt Discussion Group, Summer Research Meeting 2015
    • 発表場所
      Fitzwilliam College, University of Cambridge, England
    • 年月日
      2015-08-03 – 2015-08-05
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2017-01-06  

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