電気泳動堆積現象を用いた省エネルギーかつ高速なバイオナノファイバー濃縮技術の開発

利用电泳沉积现象开发节能高速生物纳米纤维浓缩技术

基本信息

批准号：
22K20592
负责人：
春日貴章
金额：
$ 1.83万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-08-31 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

セルロースナノファイバーは高機能かつ持続可能なナノ繊維だが、製造工程の関係上、水を多量に含んだ水分散液の状態を出発原料として利用する必要がある。加えてセルロースナノファイバーは水との親和性が高いため脱水に多大なエネルギー及び時間が必要であり、フィルムや乾燥体、樹脂複合材製造に向けた脱水工程の効率化が求められている。本研究ではセルロースナノファイバーの電気泳動堆積現象に着目した新規脱水技術の開発に取り組む。2022年度は、セルロースナノファイバーの電気泳動堆積における重要パラメータの特定を行った。まず、セルロースナノファイバーの電気泳動堆積現象のメカニズム解明に適した専用セルの設計、開発を行った。開発したセルは炭素電極を使用することで陽極金属の溶出による影響を排除し、電極間距離の変更が可能な設計とした。開発したセルを用いて、電極間の印加電圧と陽極上への堆積速度の関係を確認した。その結果、電極間の印加電圧と陽極上で得られるセルロースナノファイバーハイドロゲルの濃度には正の相関がみられた。但し、高電圧で電極上にセルロースナノファイバーを堆積させた際、陽極上に堆積したセルロースナノファイバーはプロトン化しており、陽極近傍の水の電気分解による酸性化の影響が確認された。また、電圧印加時間と堆積後のナノファイバーハイドロゲルの濃度に関しては、時間の延長に伴い、濃度が継続して増加していく傾向が確認された。

纤维素纳米纤维是一种高功能且可持续的纳米纤维，但由于制造工艺的原因，需要使用含有大量水的水分散体作为起始材料。此外，由于纤维素纳米纤维对水具有高亲和力，因此脱水需要大量的能量和时间，并且需要提高生产薄膜、干燥产品和树脂复合材料的脱水过程的效率。在这项研究中，我们将开发一种新的脱水技术，重点关注纤维素纳米纤维的电泳沉积现象。 2022 年，我们确定了纤维素纳米纤维电泳沉积的重要参数。首先，我们设计并开发了适合阐明纤维素纳米纤维电泳沉积机制的专用池。开发的电池使用碳电极来消除阳极金属洗脱的影响，并采用允许改变电极之间距离的设计。使用开发的电池，我们确认了电极之间施加的电压与阳极上的沉积速率之间的关系。结果，在电极之间施加的电压和在阳极上获得的纤维素纳米纤维水凝胶的浓度之间观察到正相关。然而，当纤维素纳米纤维在高电压下沉积在电极上时，沉积在阳极上的纤维素纳米纤维被质子化，证实了由于阳极附近的水电解而产生酸化的效果。此外，关于电压施加时间和沉积后的纳米纤维水凝胶的浓度，证实了浓度随着时间的增加而持续增加。