Development of innovative CO2 capture nanomembranes by molecular designing the membrane surface

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02781
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 34030:Green sustainable chemistry and environmental chemistry-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Fujikawa Shigenori 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 教授 (60333332)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: CO2回収 / 分離膜 / 自立ナノ薄膜 / 界面設計

Outline of Final Research Achievements

The objective of this research is to develop a CO2 separation membrane with both high permeability and selectivity by introducing an ultra-thin polymer layer with CO2 affinity only on the surface of the freestanding PDMS nanomembrane, which has high CO2 permeability. This will break away from the conventional gas separation principle that separation and permeation performance is governed by the solubility and diffusion of gas molecules to the membrane, and present a new separation membrane structure in which the adsorption and desorption of gas molecules on the separation membrane surface determines the permeation and selectivity of the entire membrane. The final goal is to establish a new design guideline for separation membranes, in which the permeation performance of a gas separation membrane is controlled by the molecular design of the interface.

Free Research Field

ナノ工学, 分離化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

地球温暖化抑制対策として、CO2分離膜の開発が活発に行われているが、高い選択性を保持したまま、透過性の高いCO2分離膜の報告例は未だない。これに対し申請者は、徹底的に薄膜化されたCO2透過膜を創製し、それによって高いCO2透過性を実現するという独自の成果を発表している。本研究で期待される成果により、これまで総当り的に行っていた透過性材料の探索から、CO2の吸脱着挙動に着目した「分離膜の界面デザイン」という合理的な設計が実現される。これは今後の新たな研究潮流を生み出すと共に、CO2分離以外にも脱塩や物質分離といった、工業上重要な分離プロセスのさらなる発展を促すものと期待される。