Development of ultrathin laminar nanosheet membranes with controlled 2-D channel structure for organic solvent filtration

开发用于有机溶剂过滤的具有受控二维通道结构的超薄层状纳米片膜

基本信息

批准号：
22H01849
负责人：
中川敬三
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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

本研究では種々のナノシート材料を支持膜上に積層することによって超薄型有機溶剤ろ過膜を作製し，2-Dチャネル内での有機溶剤透過メカニズムの解明および溶剤―溶質，溶剤―溶剤分離の検証を行う．有機架橋分子を層間に導入し，2-Dチャネル内での化学的相互作用を評価することで積層構造を精密に制御し，透過性や阻止性に寄与する因子を明らかにする．これにより革新的な高透過性ナノシート積層型有機溶剤ろ過膜を実現し，膜工学分野における新たな基礎学理を構築する．本年度の研究では，基礎的な検討として酸化グラフェン(GO)積層膜の形成に及ぼす支持膜構造の影響，また新たに金属有機構造体(MOF)ナノシートを利用した複合積層膜の作製を行い，それぞれの膜性能評価を行った．1. 有機溶剤耐性に優れ多孔構造制御が可能なポリケトン(PK)を支持膜として用い，GO積層構造の形成と有機溶剤ナノろ過(OSN)性能に対する支持膜構造の影響を検討した．PK支持膜の細孔径と表面粗さが小さい場合はGOがより規則正しく積層し，少ないGO積層量でメタノール中の色素の高い阻止率を達成した。このように，支持膜表面の物理的な構造がGO積層膜の積層構造及びOSN性能に影響を与えることが分かった．2. 新規材料としてMOFナノシートに着目し，GO-MOF複合積層膜の作製を行った．水熱合成法によりGO層間にZnOを前駆体として挿入し，in-situ変換によりGO層間にポルフィリン系MOF(Zn-TCPP)ナノシート膜を形成させた．in-situ変換の反応時間を調整することでZn-TCPPナノシートの水平配向が可能になり、その表面に露出した面内細孔が迅速な水の輸送と色素分子の分離を可能とするナノチャネルとして機能することが明らかとなった．

在本研究中，我们通过在支撑膜上堆叠各种纳米片材料制备了超薄有机溶剂过滤膜，并阐明了二维通道内有机溶剂的渗透机理，解决了溶剂-溶质和溶剂-溶剂分离的问题. 执行验证。通过在层之间引入有机交联分子并评估二维通道内的化学相互作用，我们将精确控制堆叠结构并阐明影响渗透性和阻挡性能的因素。由此，我们将实现一种创新的高渗透性纳米片堆叠有机溶剂过滤膜，并在膜工程领域建立新的基础理论。在今年的研究中，我们对支撑膜结构对氧化石墨烯（GO）堆叠薄膜形成的影响进行了基础研究，同时还利用金属有机骨架（MOF）纳米片制备了一种新型复合堆叠薄膜。绩效进行了评估。 1. 采用具有优异耐有机溶剂性且可控制孔结构的聚酮（PK）作为支撑膜，研究了支撑膜结构对GO堆叠结构形成及有机溶剂纳滤性能的影响（OSN）。当PK支撑膜的孔径和表面粗糙度较小时，GO分层更加规则，并且少量GO分层即可实现甲醇中染料的高截留率。这样，发现支撑膜表面的物理结构影响GO叠层的叠层结构和OSN性能。 2.以MOF纳米片作为新材料，我们制备了GO-MOF复合层压薄膜。通过水热合成将ZnO作为前体插入GO层之间，并通过原位转换在GO层之间形成卟啉基MOF（Zn-TCPP）纳米片薄膜。调节原位转化的反应时间可以实现 Zn-TCPP 纳米片的水平排列，并且其表面暴露的面内孔形成纳米通道，从而实现水的快速传输和染料分子的分离。很明显，它的功能如下。

项目成果

期刊论文数量（23）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

耐膨潤性を有するHNb3O8系ナノシート積層膜の作製と有機溶剤ナノろ過特性

具有抗溶胀性和有机溶剂纳滤性能的HNb3O8基纳米片层压薄膜的制备

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
中川敬三;國松美里;安井健悟;吉岡朋久;新谷卓司;神尾英治;松山秀人
通讯作者：
松山秀人

University of Oxford(英国)

牛津大学（英国）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

g-C3N4/HNb3O8ナノシート複合型光触媒膜の光触媒活性に及ぼす酸化グラフェン添加の影響

氧化石墨烯的添加对g-C3N4/HNb3O8纳米片复合光催化薄膜光催化活性的影响

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
森口佳奈;中川敬三;Hu Chechia;立川貴士;岡本泰直;松岡淳;神尾英治;北河亨;吉岡朋久;松山秀人
通讯作者：
松山秀人

Integration of thin film composite graphene oxide membranes for solvent resistant nanofiltration

DOI：
10.1016/j.memsci.2022.120861
发表时间：
2022-07
期刊：
Journal of Membrane Science
影响因子：
9.5
作者：
Kecheng Guan;Kai Ushio;Keizo Nakagawa;T. Shintani;Tomohisa Yoshioka;Atsushi Matsuoka;Eiji Kamio;W. Jin;H. Matsuyama
通讯作者：
Kecheng Guan;Kai Ushio;Keizo Nakagawa;T. Shintani;Tomohisa Yoshioka;Atsushi Matsuoka;Eiji Kamio;W. Jin;H. Matsuyama