Development of Novel Crystal Oriented Nano-porous WO3 Membrane for Green Hydrogen Purification

新型晶体取向纳米多孔WO3膜的开发用于绿色氢纯化

• 批准号: 22K14529
• 负责人: 萩尾 健史
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14529/
• 关键词: ナノポーラスhWO3; 緻密膜; 結晶成長制御; 多段合成; 分子ふるい; 水素分離; グリーン水素; 水素精製; 分離膜; ナノポーラスWO3; 分離メカニズム

水素は、カーボンニュートラルの実現にとって重要な次世代を担うクリーンエネルギー資源である。本研究は、c面にナノ細孔をもつ六方晶WO3(ナノポーラスhWO3)の結晶配向した緻密膜を形成し、水分解から得たグリーン水素を分離・精製するナノポーラスhWO3分離膜を開発するとともに、この新規膜のガス透過・分離メカニズムを解明することを目的としている。初年度は主に原料組成、合成環境の影響を調査し、ナノポーラスhWO3の配向した緻密膜形成に必要なa軸方向に結晶成長が促進され、かつチューブ状多孔質支持体内壁に適用できる作製条件を精査した。原料溶液中のW濃度を調整することで内壁にナノポーラスhWO3が直接合成できることを見出したが、その一方で、原料溶液中のW濃度を希薄化して酢酸/W比を高くする方がa軸方向の成長が促進されること、W濃度を希薄化すると膜全体としては原料の供給不足によって緻密化が完了しないことが確認された。そこで、チューブ状多孔質支持体上へのナノポーラスhWO3分離膜の緻密膜合成対策として多段回合成について検討をを行った。原料溶液中のW濃度を調整しながら合成を繰り返し行うことで、細孔より大きいSF6のガスの透過量が大幅に低下し、膜が緻密化できることが確認された。更に、大きさの異なる単成分ガスの透過試験を実施したところ、小さい分子であるHeとH2の透過が高い一方で、CO2やN2、SF6等のガスの透過が低くなっていることが確認され、H2とCO2の分子の間の大きさで透過量の大幅な低下(カットオフ)が発生することが確認された。開発した膜は欠陥がまだ一定量存在するものの分子を大きさで分けることのできる膜となること、およびその分離機構が分子ふるいであることが示唆された。次年度は、更なる欠陥対策や混合ガスでの特性を調査し、膜のポテンシャルとその分離メカニズムの解明を進めていく。

氢是一种清洁能源，将负责下一代，这对于实现碳中立很重要。这项研究旨在开发一种纳米孔HWO3分离膜，形成六角形WO3（纳米多孔HWO3）的密集晶体导向的膜，并在C平面上纳米孔，并分离并从水分中分离并净化绿色氢，从而从水分分解中获得这种新颖的机制和分离机制的机制。在第一年，主要研究了原材料组成和合成环境的影响，并且检查了可以应用于管状多孔支撑的内壁的生产条件，并在A轴方向上促进了晶体生长，这对于形成A轴上的Nanoporof HWO3膜是必要的。发现可以通过调节原材料溶液中的W浓度在内壁上直接合成纳米孔HWO3，但另一方面，可以证实，在原料溶液中稀释W浓度以增加乙酸/W的浓度以增加轴向轴向的生长，从而促进W浓度的浓度，并且当W型薄膜稀释时，均不能稀释材料，即均缺乏材料的启动。因此，我们研究了多阶段合成，以此作为与纳米孔HWO3分离膜合成到管状多孔支撑上的对策。通过在调节原料溶液中的W浓度时反复执行合成，大大降低了大于孔的SF6气体的渗透量，并确认膜可以致密。此外，当对不同尺寸的单组分气体进行渗透测试时，已经证实，尽管他和H2的小分子是可以渗透的，但诸如CO2，N2，SF6之类的气体的渗透度很低，并且在H2和CO2分子之间发生了较大的渗透（切断）。有人提出，即使仍然存在一定量的缺陷，也可以按大小分离分子，并且该膜的分离机理是分子筛子，即使发达的膜将是一个可以按大小分离的膜。明年，我们将研究进一步的缺陷对策和混合气体的特性，我们将努力阐明膜电位及其分离机制。