Aggregate Formation of Soft Porous Materials Using Fine Particles Adhesion

利用细颗粒粘附作用形成软多孔材料的聚集体

基本信息

批准号：
22K14530
负责人：
大崎修司
金额：
$ 3万
依托单位：
Osaka Metropolitan 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 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

ソフト多孔性結晶(SPC)は構造転移(体積膨張)を伴い吸着量がステップ状に増加する特異な吸着挙動を発現するため様々な応用が期待されている。しかし，合成される材料は微粒子であるためハンドリング性が悪く，それが開発・実用化の発展を妨げている。本研究では，微粒子であるゆえの付着凝集性を活かし，特異的吸着挙動を維持しながら凝集体を形成することで，従来までの課題を解決する。具体的に，まずバインダーレス造粒が可能な小型圧力スイング装置を開発し，造粒条件が凝集体構造と吸着性能に及ぼす影響解析(実験的検討)を行う。さらに，数値流体計算と離散要素法をカップリングさせたモデルを用いた凝集体形成過程の数値解析(理論的検討)も組み合わせることで，凝集体形成過程の支配因子を明らかにし，SPC凝集体の構造制御手法を提案する。2022年度の研究実績は以下の通りである。1. SPC粒子の検討に先立って，モデル粒子として炭酸カルシウム粒子を用いた圧力スイング造粒を試みた。圧力スイング造粒法における操作条件は，粒子量，上下方向それぞれの圧縮ガス量，流動化/圧密時間・回数と多岐に渡るため，操作条件が炭酸カルシウム粒子の造粒に与える影響を検討した。その結果，圧縮ガス量と流動化/圧密回数が鍵因子であることを明らかにした。また，ごく少量の結合剤を使用することで強度の高い造粒体が得られることを見出した。2. ZIF-8（Zeolitic Imidazolate Framework-8）を対象とした圧力スイング造粒に向けた基礎検討を進めた。ZIF-8粒子は一度に数10g程度しか合成できないため，少量での圧力スイング造粒を行う必要がある。そのために必要な小型の造粒機をダルトン(株)と共同して設計し，2023年度に導入予定である。

软多孔晶体（SPC）表现出独特的吸附行为，其中吸附量随着结构转变（体积膨胀）而逐步增加，因此有望用于各种应用。然而，由于合成材料颗粒细小，难以处理，这阻碍了其开发和实际应用。在本研究中，我们将利用细颗粒的粘附和聚集特性形成聚集体，同时保持特定的吸附行为，从而解决以前的问题。具体来说，我们将首先开发一种能够进行无粘合剂造粒的小型变压装置，并进行实验研究，分析造粒条件对聚集体结构和吸附性能的影响。此外，通过使用计算流体计算与离散元方法相结合的模型对骨料形成过程进行数值分析（理论研究），我们将阐明骨料形成过程的控制因素，并提出一种结构控制方法。 2022年的研究结果如下。 1. 在检查 SPC 颗粒之前，我们尝试使用碳酸钙颗粒作为模型颗粒进行变压造粒。变压造粒法的操作条件变化很大，包括颗粒量、各垂直方向的压缩气体量、流化/固结时间和次数，因此我们研究了操作条件对造粒的影响碳酸钙颗粒。结果表明，压缩气体量和流化/固结时间是关键因素。我们还发现，使用极少量的粘合剂即可获得高强度颗粒。 2. 我们对ZIF-8（沸石咪唑酯框架-8）的变压造粒进行了基础研究。由于一次只能合成几十克的ZIF-8颗粒，因此需要少量进行变压造粒。为此所需的小型造粒机是与道尔顿有限公司联合设计的，计划于 2023 财年安装。