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，我们的目标是开发用于二氧化碳捕获、利用和储存（CCUS）技术的二氧化碳分离和回收材料，并开发一种可用于二氧化碳捕获、利用和储存（CCUS）技术的低分子胶凝剂。在这项研究中，我们将基于不同于传统浸渍液膜固化方法的概念，开发一种具有优异CO2选择性渗透性的气体分离材料。为此，我们在迄今为止开发的低分子量胶凝剂的基础上，研究了能够胶凝市售离子液体的低分子量胶凝剂。此外，将所构建的离子液体凝胶的溶胶-凝胶转变温度与低分子量胶凝剂的浓度作图。使用阿伦尼乌斯方程根据这些结果确定热力学参数，并考虑热力学性质。然后，使用磁浮选天平定量测量由于二氧化碳压力的变化而被构建的离子液体凝胶吸收的二氧化碳的量。此外，使用类似的方法，我们能够测量吸收的氮气量，并建立了分析离子液体凝胶的基本物理性质（热性质、气体吸附性质）的方法。此外，为了评估明年及以后离子液体凝胶的性能，我们建立了低分子胶凝剂的批量合成方法，并合成了约10 g的低分子胶凝剂。另一方面，由于低分子胶凝剂分子结构的微小差异，所构建的离子液体凝胶的机械性能（流变性能）也有所不同，这对于CO2分离来说是极其重要的发现在学术上，已经获得了非常有趣的结果。上述结果表明，与热致液晶材料相似的分子结构对于凝胶化很重要，并且基于这些分析结果，重建了低分子量凝胶剂的分子设计。