CO2分離回収材料への応用を目指した低分子ゲル化剤によるイオン液体ゲル膜の構築

使用低分子胶凝剂构建离子液体凝胶膜，旨在应用于CO2分离和回收材料

基本信息

批准号：
22H03781
负责人：
岡本浩明
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Yamaguchi 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 2027-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、二酸化炭素回収・利用・貯蔵（CCUS）技術におけるCO2分離・回収材料の開発を最終目的として、圧力変化により選択的にCO2を吸収・排出することが知られているイオン液体のゲル化が可能な低分子ゲル化剤を開発する。本研究では、従来の含浸型液体膜の固体化の方法とは異なるコンセプトに基づいた、CO2選択透過性の優れたガス分離材料を開発する。そのために、これまでに開発してきた低分子ゲル化剤を基盤として、市販のイオン液体をゲル化できる低分子ゲル化剤を検討した。さらに、構築したイオン液体ゲルのゾル－ゲル転移温度を低分子ゲル化剤の濃度に対してプロットした。これらの結果をアレニウスの式から熱力学的パラメーターを求め、熱力学的特性について考察を加えた。その上で、構築したイオン液体ゲルの二酸化炭素の圧力変化に伴う二酸化炭素吸収量について、磁気浮遊天秤を用いて定量的に測定した。さらに、同様の方法を用いて、窒素の吸収量を測定し、イオン液体ゲルに関する基礎物性（熱物性、ガス吸着特性）の解析手法を確立することができた。その上で、次年度以降のイオン液体ゲルの性能評価を実現するために、低分子ゲル化剤の大量合成の方法を確立した上で、１０g程度の低分子ゲル化剤を合成した。一方、低分子ゲル化剤の分子構造の微細な違いにより、構築したイオン液体ゲルの力学特性（レオロジー特性）が異なることが示唆され、CO2分離材料として非常に重要な知見が得られたとともに、学術的にも非常に興味深い結果が得られている。以上の結果から、サーモトロピック液晶材料に類似した分子構造がゲル化に対して重要なことが判明し、この解析結果を礎に低分子ゲル化剤の分子設計を再構築した。

在这项研究中，以二氧化碳捕获，利用和储存（CCUS）技术中的二氧化碳分离和回收材料的最终目的，我们将开发一种低分子胶凝剂，该剂可以凝胶离子液体凝胶，该液体已知可以通过压力变化选择性地吸收和放电CO2。在这项研究中，我们将基于与常规的浸渍液体膜固化方法不同的概念，开发出具有出色渗透性的气体分离材料。为此，我们研究了一种低分子胶凝剂，该剂可以基于迄今为止已经开发的低分子胶凝剂，该剂可以凝胶市售的离子液体。此外，还针对小胶凝剂的浓度绘制了构建的离子液体凝胶的溶胶 - 凝胶过渡温度。这些结果用于确定来自Arrhenius方程的热力学参数，并考虑热力学特性。最重要的是，使用磁性悬浮平衡来定量测量二氧化碳二氧化碳的吸收量。此外，使用相同的方法，测量了氮的吸收量，并建立了离子液体凝胶基本特性（热性能，气体吸附性能）的分析方法。为了从明年开始对离子液体凝胶进行性能评估，建立了低分子胶凝剂的质量合成方法，然后合成了约10 g的低分子胶凝剂。另一方面，低分子胶凝剂的分子结构的细微差异表明，构造的离子液体凝胶的机械性能（流变特性）不同，这作为CO2分离材料提供了极为重要的发现，并且从学术角度提供了非常有趣的结果。从上述结果中可以发现，类似于热液晶材料的分子结构对于凝胶化很重要，并且基于此分析结果，重建了低分子胶凝剂的分子设计。