新規セルロースナノフィブリル材料のガス透過選択性とその発現メカニズムに関する研究

新型纤维素纳米纤丝材料的气体选择性渗透及其表达机制研究

基本信息

批准号：
24880013
负责人：
福住早花
金额：
$ 2万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-08-31 至 2014-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-24880013/
关键词：
バイオマスセルロースナノファイバーガスバリアガス分離

项目摘要

循環型社会の構築のためにバイオマスの有効利用が求められている。これまでの研究成果から木材セルロースへの TEMPO（2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシラジカル）触媒酸化と軽微な解繊処理により得られる TEMPO 酸化セルロースナノフィブリル（TOCN）から透明で酸素バリア性を有するフィルムが調製できることを見出した。本研究ではTOCNフィルムのさまざまなガスに対する透過性を解析し気体分離機能を探り、フィルムの調製条件に対する各気体の透過性を解析することで環境対応型の新規ガスバリア・気体分離材料への応用に向けた基礎的知見の蓄積を進めることを目的とした。TOCN 表面のカルボキシル基を金属塩型から酸型へと変えたTOCN フィルムを調製し、様々なガス（酸素、水素、窒素、二酸化炭素）に対する透過性を分析したところ、酸型、金属塩型により異なるガス透過性を示すことが示された。特に水素に対する透過性に顕著な違いが見られ、酸型のTOCNフィルムが優れた水素／窒素分離係数を有することが示された。またカルボキシル基の対イオン交換を様々な手法で行うことにより、このようなガス透過性の違いが金属塩の種類に寄らず、フィルム中でのナノフィブリルの配列構造に起因することが示唆された。この結果によりTOCNフィルムがガスバリア材としてだけではなく気体分離膜としての可能性を秘めていることが明らかになった。また、本研究費で購入した精密天秤により、フィルムの含水率変化ヒステリシスを解析し、乾燥時間がナノフィブリルの配列構造に影響することを示唆する結果を得た。以上のことから、TOCNの対イオン交換や乾燥時間の制御によりガス透過性の制御が可能であることが明らかとなり、TOCNのガスバリア・気体分離材料への応用に向けた基礎的知見が得られた。以上の結果を国内外の学会で発表し、国際的な科学雑誌に投稿した。

建设循环型社会需要有效利用生物质。前期的研究结果表明，TEMPO（2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基）催化氧化木材纤维素，经过轻微原纤化处理得到的TEMPO氧化纤维素纳米原纤维（TOCN）是透明的。发现用这种方法可以制备具有氧气阻隔性能的薄膜。在本研究中，我们将分析TOCN薄膜对各种气体的渗透性，以探讨其气体分离功能，并通过根据薄膜制备条件分析每种气体的渗透性，我们将其应用于新型环保气体阻隔和气体分离目的是促进未来基础知识的积累。我们制备了TOCN表面的羧基从金属盐型变为酸型的TOCN薄膜，并分析了其对各种气体（氧气、氢气、氮气、二氧化碳）的渗透性，结果表明它们表现出不同的气体。渗透性。特别是，在氢渗透性方面观察到显着差异，这表明酸型TOCN膜具有优异的氢/氮分离系数。此外，通过使用各种技术进行羧基的抗衡离子交换，表明透气性的这种差异不是由于金属盐的类型，而是由于膜中纳米原纤的排列结构。这些结果表明TOCN薄膜不仅具有作为气体阻隔材料的潜力，而且还具有作为气体分离膜的潜力。此外，使用本研究经费购买的精密天平，我们分析了薄膜中水分含量变化的滞后性，并得出了干燥时间影响纳米纤丝排列结构的结果。由上可知，可以通过控制TOCN的抗衡离子交换和干燥时间来控制透气性，并为TOCN在气体阻隔和气体分离材料中的应用获得了基础知识。上述成果在国内和国际会议上发表，并提交给国际科学期刊。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Gas barrier and permselective properties of TEMPO-oxidized cellulose nanofibril films

TEMPO氧化纤维素纳米纤丝薄膜的气体阻隔和选择性渗透性能

DOI：
发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hayaka Fukuzumi;Shuji Fujisawa;Tsuguyuki Saito;Akira Isogai
通讯作者：
Akira Isogai

TEMPO 酸化セルロースナノファイバーフィルムの特性と応用展開

TEMPO氧化纤维素纳米纤维膜的特性及应用发展

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
H. Fukuzumi;S. Fujisawa;T. Saito;A. Isogai;福住早花
通讯作者：
福住早花

Improvement of nanofibrillation efficiency of alpha-chitin in water by selecting acid used for surface cationisation

通过选择用于表面阳离子化的酸来提高水中α-甲壳素的纳米纤化效率

DOI：
10.1039/c2ra22271j
发表时间：
2013
期刊：
RSC Advances
影响因子：
3.9
作者：
Zi-Dong Qi;Yimin Fan;Tsuguyuki Saito;Hayaka Fukuzumi;Yoshiyuki Tsutsumi;Akira Isogai
通讯作者：
Akira Isogai

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