導電性ポリマーのモルフォロジー変化に基づくナノ構造制御とその汎用的分離膜への適用

基于导电聚合物形态变化的纳米结构控制及其在通用分离膜中的应用

基本信息

批准号：
06750794
负责人：
松山秀人
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

セラミック多孔膜(材質Al_2O_3,孔径0.1μm)上にピロールをFe(ClO_4)_3を用いて化学酸化することにより,膜上層にポリピロールが堆積した複合膜を得た。重合物は元素分析およびIR測定によりポリピロールと同定した。またSEM観察によりポリピロール層は約20μm程度であることがわかった。原料ガスとしてCO_2/CH_4混合ガスを用いて,ポリピロール膜によるガス分離を検討した結果,CO_2/CH_4の選択性が約200という極端に高い値が得られた。通常の高分子において選択性が100を越えるものは皆無であることからも,得られた値は非常に高い値と言える。ポリピロールはほとんど溶解する溶媒がないと言うほど剛直なポリマーであるため,顕著なサイズ選択性が表れたものと考えられる。また,CO_2,CH_4とも透過速度は原料側分圧に依存しておらず,このことはガスは膜中を溶解拡散機構により透過していることを示している。さらに,原料ガスとして数種のガス(He,CO_2,CH_4,C_2H_4)を用いた結果,透過速度はガスの動力学径が減少するほど高い値を示した。この様な傾向は,やはり剛直なポリマーの特徴である。また,NaBH_4により還元,Fe(ClO_4)_3により酸化という操作を繰り返した膜や,p-トルエンスルホン酸ナトリウムによりド-ピングされたClO_4-イオンをイオン交換し,さらにNaClO_4でイオンを交換を行うという操作を繰り返した膜について透過速度の変化を検討した。CO_2の透過速度はサイクル的に還元状態で増加,酸化状態で減少した。また,p-トルエンスルホン酸イオンの導入により減少,過塩素酸イオンの導入により増加という変化がサイクル的に起こった。このことはスイッチング膜としての機能を示唆するものである。

利用Fe(ClO_4)_3对陶瓷多孔膜(材料Al_2O_3,孔径0.1μm)上的吡咯进行化学氧化,得到膜上层沉积有聚吡咯的复合膜。通过元素分析和红外测量，该聚合物被鉴定为聚吡咯。此外，SEM观察显示聚吡咯层的厚度约为20μm。对使用CO_2/CH_4混合气体作为原料气体的聚吡咯膜进行气体分离进行了研究，结果获得了CO_2/CH_4约200的极高选择性。由于没有选择性超过100的普通聚合物，因此所获得的值可以说是非常高的值。聚吡咯是一种刚性聚合物，几乎没有溶剂可以溶解它，因此人们认为它具有显着的尺寸选择性。此外，CO_2和CH_4的渗透速率均不依赖于原料侧的分压，表明气体通过溶解扩散机制渗透过膜。此外,当使用多种气体(He、CO_2、CH_4、C_2H_4)作为原料气体时,随着气体动态直径的减小,渗透率呈现出较高的值。这种趋势是刚性聚合物的特征。此外，我们还使用了反复进行NaBH_4还原和Fe(ClO_4)_3氧化、掺杂对甲苯磺酸钠的ClO_4-离子离子交换以及进一步与NaClO_4离子交换操作的膜，从而改变了渗透率。检查经受重复操作的膜。 CO_2的渗透速率在还原态下循环增加，在氧化态下循环减小。另外，随着对甲苯磺酸根离子的引入而减少，随着高氯酸根离子的引入而增加，这是循环发生的。这表明其具有开关膜的功能。