2018 Fiscal Year Annual Research Report
Realization of ultimate carbon nanotube-based separation membranes towards the solution of the water shortage facing humanity in 2025
| Project/Area Number |
17K20065
|
|---|
| Research Institution | Okayama University |
|---|
Principal Investigator |
林 靖彦 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (50314084)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
|
| Keywords | 水処理用膜 / 二層カーボンナノチューブ / 熱化学気相成長法 / 構造ダイナミクス |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
熱化学気相成長法（熱CVD）により，基板に垂直配向した長尺・高密度二層カーボンナノチューブ（DWCNT）アレーを高速で合成し，炭化水素高分子でCNT間の間隙を埋設して複合化し，そのごフィルムとして基板から剥離することで，DWCNTのチューブ空間を水流チャネルとする「水処理膜（分離膜）」を作製しその物性を明らかにした．
DWCNTの合成条件，特に合成温度プロファイル（触媒粒子化温度の低温化，昇温速度をあげる）を検討することで，透過型電子顕微鏡（TEM）の評価から，平均チューブ径の平均は3nm以下（前年度の成果：約3.0-3.5nm程度）を実現することに成功した．DWCNTの合成割合は80%（前年度の成果：70-80%）以上を安定して実現し，他の追従を許さない細径でDWCNTを高含有した長尺・高密度CNTの合成技術を確立できた．
CNT間の間隙埋設には，封止特性に優れた高分子パリレンを用い，埋設漏れがないように炭化水素重合積層反応によるコート条件の最適化を行い，ナノカーボンコンポジット水処理膜を作製した．全量濾過方式のセルを用い透水時の引加圧力を0.1 MPaで透水実験を行った．透水流束を測定したところ, 室温付近までは透水性を示さず, 温度が上昇するに伴い透水流束が急増する特異な温度依存性を観測した．この結果を基に，アレニウスの式から活性化エネルギーを求めたところ，3 つの透水モードが存在することが明らかになった．CNT 内の水は，バルクとは異なる特殊な固相構造をとることが報告されているが，今回の研究成果からもバルクとは異なる構造をとることを明らかにした．
全研究期間を通じて，長尺・高密度DWCNTを合成し，高分でCNT間の間隙埋設することでDWCNTアレー/高分子複合分離膜の作製技術を確立し，CNT 内の水の透水挙動を明らかにした．
|
