テーラーメイド分子認識性無機薄膜の創製

创建定制的分子识别无机薄膜

• 批准号: 08650915
• 负责人: 草壁 克己
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08650915/
• 关键词: 無機膜; 気体分離; 細孔; テンプレート; シリカ; ゼオライト; 細孔制御; 分離機構

テトラエトキシシラン(TEOS)とそのフェニル1置換体及び2置換体を原料として、アルミナ支持管上に強制流動を伴う気相合成法によりシリカ薄膜を創製した。TEOSを原料としたシリカ膜では細孔径が小さいために、水素選択性分離膜となった。フェニル基を置換した原料を用いた場合には、400-600℃の比較的低い温度でシリカ膜を合成し、成膜時に残存する有機質を酸化除去してシリカ膜を作成した。この膜の気体の透過速度は透過分子のサイズが大きいほど減少する分子ふるい性を示し、TEOSを原料にした場合に比べて細孔径が増大したと考えられる。また、単成分気体の透過では、二酸化炭素が窒素に対して優先的に透過するが、二酸化炭素と窒素を等モル含む混合気体からの透過では二酸化炭素の透過速度が減少して分離性が低下した。次に、分子認識性分離膜として、ZSM-5型及びY型ゼオライト膜を合成し、その気体透過性を評価した。ZSM-5型ゼオライトでは、細孔径にサイズが近いブタンの異性体分離が可能であることが明らかになった。一方、Y型ゼオライトは細孔径は約0.7-0.8nmと二酸化炭素や窒素の分子サイズに比べて大きいが、二酸化炭素と窒素の混合気体の分離では表面拡散が大きく影響して、二酸化炭素が100倍以上早く透過することが明らかになった。シリカ膜とY型ゼオライト膜の二酸化炭素透過特性について検討した結果、シリカ膜では細孔径が透過分子サイズに近いので、膜内では二酸化炭素分子が窒素分子を追い抜くほど空間がないために混合系では分離性が低下し、Y型ゼオライト膜では細孔サイズが大きいために、膜内において表面拡散により二酸化炭素が優先的に拡散することがわかった。

以四乙氧基硅烷（TEOS）及其苯基单取代和二取代产物为原料，采用强制流动气相合成方法在氧化铝支撑管上制备二氧化硅薄膜。由 TEOS 制成的二氧化硅膜孔径较小，使其成为氢选择性分离膜。当使用被苯基取代的原料时，在400-600℃的较低温度下合成二氧化硅膜，并通过氧化除去成膜过程中残留的有机物以形成二氧化硅膜。该膜表现出分子筛作用，其中随着渗透分子尺寸的增大，气体渗透速率降低，并且认为与使用TEOS作为原料时相比，孔径增大。另外，在渗透单一成分气体的情况下，二氧化碳比氮气优先渗透，但在渗透含有等摩尔二氧化碳和氮气的混合气体的情况下，二氧化碳的渗透速度降低，分离性能下降。减少了。接下来，合成ZSM-5型和Y型沸石膜作为分子识别分离膜，并评价它们的透气性。研究表明，ZSM-5型沸石能够分离尺寸接近孔径的丁烷异构体。另一方面，Y型沸石的孔径约为0.7-0.8 nm，比二氧化碳和氮气的分子尺寸还要大，但在分离二氧化碳和氮气的混合气体时，表面扩散具有很大的影响。据透露，二氧化碳的渗透速度是其两倍以上。通过研究二氧化硅膜和Y型沸石膜的二氧化碳渗透特性，我们发现二氧化硅膜的孔径与渗透分子的大小接近，因此膜内没有足够的空间容纳二氧化碳。由于Y型沸石膜的分离性能下降且孔径较大，因此混合系统不可能通过表面扩散优先在膜内扩散。

项目成果

B.-K.Sea et al.: "Pore Size Contral and Gas Permeation Kinetics of Silica Membranes by pyrolysis of phemyl-Substituted Ethoxysilanes with Cross-Flow through a Porous Support Wall" J.Membr. Sci.114巻(発表予定). (1997)

B.-K.Sea 等人：“通过多孔支撑壁错流热解二氧化硅膜的孔径控制和气体渗透动力学”J.Membr，第 114 卷。 ）（1997）

K.Kusakabe et al.: "Morphology and Gas Permeaince of ZSM-5-Type Zeolite Menbrane Formed on a Porous α-Alumina Support tube" J.Membr. Sci.116,No.1. 39-46 (1996)

K.Kusakabe 等人：“多孔 α-氧化铝支撑管上形成的 ZSM-5 型沸石膜的形态和气体渗透性”J.Membr.116，No.1（1996）。

K.Kusakabe et al.: "Formation of a Y-Type Zeolite Membrane on a Porous α-Alumina Tube for Gas Separation" Ind. Eng. chem. Research. 36巻(発表予定). (1997)

K. Kusakabe 等人：“用于气体分离的多孔 α-氧化铝管上的 Y 型沸石膜的形成”，工业化学研究，第 36 卷（待出版）。

B.-K.Sea et al.: "Formation of Hydragen Permselective Silica Membrane for Elevated Temperature Hydrogen Recovery from a Mixture Containing Steam" Gas. Sep. Purif.vol10,No.3. 187-195 (1996)

B.-K.Sea 等人：“形成氢气选择性渗透二氧化硅膜，用于从含有蒸汽的混合物中高温回收氢气”气体。

S.Morooka et al.: "Separation of Hydrogen from an H_2-H_2O-HBr System with an SiO_2 Memhrane Formed in Macropores of an α-Alumina Support tube" Int. J. Hydrogen Energy.vol21,No.3. 183-188 (1996)

S. Morooka 等人：“利用 α-氧化铝支撑管大孔中形成的 SiO_2 膜从 H_2-H_2O-HBr 系统中分离氢气”，《氢能杂志》，第 21 卷，第 3 期。 (1996)