傾斜ナノ構造を有する有機-無機ハイブリッド膜の創製

具有梯度纳米结构的有机-无机杂化膜的制备

基本信息

批准号：
17655100
负责人：
中條善樹
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、有機-無機ポリマーハイブリッドを製膜し、分子複合材料としての優れた特性を活かして、ガスの選択透過膜として利用することを目的とした。その際、表が有機成分、裏が無機成分の傾斜的ナノ構造を形成させることにより、従来の有機高分子膜や無機膜の欠点を克服し、長所を兼ね備えた画期的な材料になると期待できる。有機-無機ポリマーハイブリッドをガスの選択的透過に用いた例は従来全く知られておらず、これまでに知られている有機膜や無機膜と比べて、一部のハイブリッド膜には、次のような特徴が新たに見られた。いずれもガス透過膜としては画期的なものであり、独創的な膜材料が調製できたと結論づけられる。(1)熱性に優れ、高温でのガス透過が可能となった。(2)機械的強度に優れ、厳しい条件下での繰り返し使用や長期使用に耐える膜材料であった。(3)有機膜と比べて耐溶剤性に優れていることが分かった。(4)無機膜とは異なり、柔軟性や加工性に優れており、欠陥のない均一な薄膜が形成できた。さらに、ハイブリッド膜の有機成分と無機成分の表面自由エネルギーの差を利用して、膜の片面に有機成分が、もう一方の面に無機成分が偏析した傾斜、ナノ構造を有するハイブリッド膜を作成することにも成功した。また、ハイブリッド合成の階段で、有機高分子成分に種々の官能基を導入し、ガス選択透過膜としての溶解度係数に与える影響を調べた。具体例として水酸基を導入した場合には,ガスバリアー性を示すことが分かった。一方、遷移金属塩を含むハイブリッド膜も合成し、ガス透過に及ぼす効果を検討した。現時点では,特に顕著な効果は見られなかったが,今後このような遷移金属含有ハイブリッド膜は、ガスの透過的分離のみでなく、例えば有機性蒸気のクラッキングやオレフィンの飽和化などの触媒効果も期待でき、高性能分離膜としての利用が考えられる。

在这项研究中，目的是形成有机无机聚合物杂种，并利用分子复合材料的出色特性来用作气体可渗透膜。在这种情况下，通过在前面形成具有有机成分的倾斜纳米结构，背面有无机成分，可以克服常规有机聚合物膜和无机膜的缺陷，并将成为具有优势的突破性材料。与先前已知的有机和无机膜相比，使用有机无机聚合物杂种进行选择性渗透的气体没有已知的例子。两者都是开创性的气体渗透膜，可以得出结论，已经制备了原始的膜材料。（1）它具有出色的热能性能，并在高温下允许气体渗透。（2）这是一种具有出色机械强度的膜材料，可以在严重条件或长期使用下经受重复使用。（3）与有机膜相比，发现它具有优异的溶剂耐药性。（4）与无机膜不同，它们具有出色的灵活性和加工性，并且形成了没有缺陷的均匀薄膜。此外，通过利用混合膜的有机和无机成分的表面自由能的差异，我们还成功地创建了一种具有倾斜的纳米结构的混合膜，其中有机成分在薄膜的一侧分开，并且无机成分在另一侧分离。此外，在混合合成的步骤中将各种官能团引入了有机聚合物成分中，并研究了溶解度系数作为气体选择性通透性膜的效果。作为一个具体的例子，发现当引入羟基时，它表现出气体屏障性质。另一方面，还合成了含有过渡金属盐的混合膜，并研究了对气体渗透的影响。在这一点上，尚未观察到特别显着的影响，但是将来，这种含金属杂交膜的这种含有渗透性的气体不仅可以渗透性分离，而且还可以催化效应，例如裂解有机蒸气和烯烃的饱和，并且可以用作高绩效分离膜。