2013 Fiscal Year Annual Research Report
ナノスペースを利用した革新的超高CO2透過性分離膜の創製
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25281040
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
川上 浩良 首都大学東京, 都市環境科学研究科, 教授 (10221897)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 学 首都大学東京, 都市環境科学研究科, 助教 (00531831)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ナノスペース / CO2分離膜 / CCS / 表面修飾ナノ粒子 / 分離膜 |
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| Research Abstract |
地球温暖化防止、持続的な経済成長を両立させる観点から、即効性が高く我が国をはじめ先進諸国で積極的に研究が進められている二酸化炭素（CO2）回収・貯蔵（CCS：Carbon Dioxide Capture and Storage）へ応用可能な、次世代型CO2分離膜を創出する。CCSの実現には、これまで検討されてきた分離膜による1段階分離法ではなく、シミュレーション等を用いた理論解析から2段階分離法が最適であると考え、その目的を達成するために、特にCO2透過性を飛躍的に向上させる革新的CO2分離膜を創製する。本研究では、超高気体透過性を実現することにより、従来の気体分離膜で見られる透過性と選択性のTrade-Offの関係を打破する、次世代型CO2分離膜を開発する。上述した透過性、選択性を共に満たすのは現在の膜分離科学では不可能に近いが、2段階分離法のシミュレーション解析を行うと、透過性を10倍以上増大することができれば、鉄鋼プラントでの(CO2/N2)選択性 = 30程度、火力発電所のそれは70程度に低減でき、現状の分離膜で実現可能なレベルまで選択性を下げることができる。この2段階分離法の実現には、(1) 膜自体の高CO2透過係数 (2) 膜の薄膜化による高CO2透過流量 を共に満たす超高CO2透過性分離膜の開発が不可欠である。
本年度は、新規表面修飾ナノ粒子を合成、粒子の凝集を抑え40wt%に迫る粒子濃度を高分子膜中に導入することを実現した。また、粒子を導入する高分子の選定も重要である。高い気体透過性が示す芳香族系高分子膜を合成し、その高分子を用いることにより最新のTrade-Offの限界直線を越えるナノ粒子含有高分子膜の合成に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度新たに合成した芳香族系高分子は、極めて高い気体透過性を示し、その膜に首都大で合成している表面修飾ナノ粒子を導入すると、当初考えたい以上の気体透過性の向上が認められ、最新のTrade-Offの限界直線を越える気体透過係数、CO2/N2選択性を示したことは、大変な驚きであった。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度以降は実用化を目指した検討を進める。特に重要となるのは複合膜の薄膜化で、既に予備実験として相分離を利用した薄膜化を検討しているが、目標とする薄膜化は容易ではないため、ナノファイバーマットを用いた薄膜化も検討する。
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