高透過・高選択性二酸化炭素分離膜の精密構造制御

高渗透高选择性二氧化碳分离膜的精确结构控制

• 批准号: 17760598
• 负责人: 松井 誉敏
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Research Institute of Innovative Technology for the Earth
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760598/
• 关键词: 二酸化炭素分離; ポリイミド; 高分子構造

本研究では、種々のポリイミド膜のCO2/CH4およびCO2/N2混合ガス透過において、ブロッキング効果とそれを生じさせる要因となるナノ構造、特に未緩和体積の大きさとの関係を明らかにすることを目的としている。これらの結果をもとに、高いCO2選択性を示す膜選定のための指針を与えることが、この研究の主目的である。今年度は膜素材となる合成したポリイミド(合計9種類)の一部について、ガス透過性能測定および、17年度導入した高圧ガス収着測定装置を用いてCO2収着性能測定を行った。ヘキサフルオロイソプロピリデンテトラカルボン酸二無水物(6FDA)を酸成分に、テトラメチル-p-フェニレンジアミン(TeMPDA)、トリメチル-m-フェニレンジアミン(TrMPDA)あるいはp-フェニレンジアミン(PDA)をジアミン成分に用いたそれぞれのホモポリマー膜の気体透過性を異なる温度で測定した。その結果、6FDA-TeMPDA、6FDA-TrMPDA膜についてはCO2の透過の活性化エネルギーが負となったことから、ブロッキング効果を示す膜であることが示唆された。一方で、6FDA-PDA膜は通常の高分子に見られる正の活性化エネルギーを示し、ブロッキング効果を示さないことが示唆された。また、CO2収着量測定結果から求めたガラス状態にある未緩和体積(C'H)は、6FDA-TeMPDA、6FDA-TrMPDAで約55cc(STP)/cc(polymer)と、有機蒸気などによるブロッキング効果を示すとされている一部の置換アセチレン系高分子膜に近い値を示した。一方で6FDA-PDA膜では、通常のブロッキング効果を示さないガラス状高分子と同程度であった。これら6FDA-TeMPDA、6FDA-TrMPDAとPDA系の共重合体、ブレンド膜において、CO2に対してブロッキング効果を示す構造の遷移領域が存在するものと考えられる。この遷移領域での膜の状態、CO2に対する収着・透過性能を解析することで、最も適した分子設計指針が得られるものと期待される。

这项研究旨在阐明阻塞效应与纳米结构之间的关系，尤其是未删除的体积的大小，这是导致CO2/CH4和CO2/N2混合气体渗透的各种聚酰亚胺膜中阻断效应的因素。基于这些结果，这项研究的主要目的是为选择具有较高二氧化碳选择性的膜的选择提供指导。 This year, we measured the gas permeability performance of some of the synthetic polyimides (total of nine types) that are used as membrane materials, and measured CO2 sorption performance using the high-pressure gas sorption measuring device introduced in 2017. The gas permeability of each homopolymer membrane using hexafluoroisopropylidenetetracarboxylic acid dianhydride (6FDA) as the acid成分和四甲基-P-苯基二胺（TEMPDA），三甲基-M-苯基二胺（TRMPDA）或p-苯基二胺（PDA）在不同的温度下测量二氨基分量。结果，二氧化碳渗透的活化能对于6FDA-TEMPDA和6FDA-TRMPDA膜为阴性，这表明它们表现出阻塞效应。另一方面，6FDA-PDA膜在正常聚合物中表现出阳性活化能，表明它们没有显示出阻滞作用。此外，根据CO2吸附测量结果确定的玻璃状态下的未延迟体积（C'H）约为6FDA-TEMPDA和6FDA-TRMPDA的大约55cc（STP）/CC（聚合物），该含有一些替代的乙烯烯聚集体，这些乙烯烯聚集膜是由有机体造成的，这些乙烯均与展览会效应一样，这是接近的乙烯烯聚合物。另一方面，6FDA-PDA膜类似于没有表现出正常阻塞效果的玻璃状聚合物。据信，该结构的过渡区域存在于这些6fda-tempda，6fda-trmpda和基于PDA的共聚物和混合膜中对CO2的阻塞作用。通过分析该过渡区域中的膜状态以及对CO2的吸附和渗透性，可以预期将获得最合适的分子设计指南。