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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14530/
• 关键词: ソフト多孔性結晶; ZIF-8; 圧力スイング造粒; 多孔性配位錯体; Metal-Organic Framework; 凝集体構造制御; ソフト多孔性結晶; ZIF-8; 圧力スイング造粒; 多孔性配位錯体; Metal-Organic Framework; 凝集体構造制御

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，其中吸附量随结构过渡（体积膨胀）逐步增加，预计吸附量将以多种方式使用。但是，由于合成的材料是细颗粒，因此很难处理，这阻碍了开发和实际使用的发展。在这项研究中，我们通过利用精细颗粒的粘附和凝聚力来解决先前已经出现的问题，并通过在维持特定的吸附行为的同时形成聚集体。具体而言，我们将首先开发出一个较小的压力摆动装置，该设备允许无粘合剂颗粒，并分析肉芽条件对聚集体和吸附性能结构的影响（实验研究）。此外，通过使用将数值流体计算与离散元素方法相结合的模型结合了骨料形成过程的数值分析（理论检查），我们阐明了聚集形成过程的管理因子，并提出了一种控制SPC聚集物结构的方法。 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压力摆动。压力摆动方法的工作条件范围从颗粒体积，垂直方向的压缩气体量以及流化/巩固时间和时间，因此我们研究了工作条件对碳酸钙颗粒钙颗粒的影响。结果，揭示了压缩气体的量和流化/压缩的数量是关键因素。还发现，使用少量的粘合剂会产生高度坚固的颗粒。 2。进行基础研究，以靶向ZIF-8的压力摆动颗粒（Zeolitic Imidazy框架-8）。 ZIF-8颗粒一次只能通过几十g进行合成，因此需要少量的压力摆动颗粒。必要的小颗粒机将与Dalton Co. Ltd.合作设计，并计划在2023财年推出。