革新的スイッチ機能ガス分離膜の創製と新規分離機構の解明

创新开关功能气体分离膜的创建及新分离机理的阐明

基本信息

批准号：
21K04698
负责人：
永井一清
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Meiji University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

水素社会並びカーボンリサイクルに必要な二酸化炭素・利用・貯留の実現に不可欠な二酸化炭素（CO2）と水素ガス（H2）を分離精製する。本研究は、膜にスイッチ機能を付与させることを提案し、CO2とH2の両方に適応できるガス分離膜を創製する。光の偏向フィルターは偏光板を回転させることにより特定の光を透過もしくは遮断できる。これにヒントを得て、高分子鎖をスリット状に一定間隔で配列させた層を形成させ、それを２層または３層組み合わせ回転させることにより分離対象ガスに適した孔径を産み出し、CO2分離にもH2分離にも利用できるスイッチ機能を実現させる。本研究では、ポリイミドとメタクリル酸誘導体から成るABA型ブロックコポリマーのA成分のナノ自己組織化作用を利用し、高分子鎖をスリット状に配列させる。高分子膜の従来のガス分離の原理自体を変えた材料設計を行い、100：0の完全な分離を実現させる。本研究は3年計画であり、2022年度はその2年目である。新型コロナウイルス感染症の影響を受け、2021年度は1年間通して実験を停止した。本研究課題は当研究室で新たに試作した実験装置を用いる。同装置の停止期間が長く、2022年度は再稼働のためのメンテナンス等に多くの時間を割かれた。また本研究課題は高圧ガスを用いる上に連続測定が求められるため、研究室内の安全管理面の環境整備の再構築を行う必要もあり、十分に実験を進めることはできなかった。

分离和精制二氧化碳（CO2）和氢气（H2），这对于实现氢社会和碳回收所需的二氧化碳利用和储存至关重要。在这项研究中，我们建议在膜上添加开关功能，并创建一种可应用于CO2和H2的气体分离膜。光偏振滤光片可以通过旋转偏光板来透射或阻挡特定的光。受此启发，我们形成了一层聚合物链以规则间隔排列成狭缝的形式，通过组合和旋转两层或三层，我们创造了适合待分离气体的孔径，并分离它还实现了可用于H2分离的开关功能。在这项研究中，我们利用由聚酰亚胺和甲基丙烯酸衍生物组成的ABA型嵌段共聚物的A组分的纳米自组装效应，将聚合物链排列在狭缝中。通过设计一种材料，改变使用聚合物膜的传统气体分离原理，我们能够实现100:0的完全分离。这项研究为期三年，2022年是第二年。由于新型冠状病毒感染的影响，2021年全年实验暂停。该研究项目使用我们实验室新设计的实验装置。该设备已长期停用，2022年花费了大量时间进行维护才能重新启动。此外，由于该研究项目使用高压气体，需要连续测量，在实验室安全管理方面也需要对环境进行改造，因此实验无法顺利进行。