気体透過による炭素膜の微細構造評価と新規分離能の発現

通过气体渗透评估碳膜的微观结构并开发新的分离能力

• 批准号: 10137238
• 负责人: 草壁 克己
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10137238/
• 关键词: 炭素; カーボンアロイ; 炭化; 無機膜; 多環多核芳香族; 金属担持; 分離性

ゾルゲル法では有機化合物をテンプレートとしてシリカゾルに混合した場合、焼成中の有機化合物の分解によってミクロ孔が形成される。しかしながら、テンプレートのサイズと細孔径との関係については明らかでない。そこで、本研究ではテトラエトキシシラン(TEOS)とアルキルトリエトキシシラン(ATES)を用いたゾルゲル法によりシリカ膜を作製した。テンプレートの効果を明らかにするためにオクチル-(C8TES)、ドデシル-(C12TES)、およびオクタデシルトリエトキシシラン(C18TES)を使用した。シリカの細孔構造は窒素及びアルゴンの吸着法により評価した。γ-アルミナ被覆α-アルミナ支持管上にシリカゾルをディップし乾燥させた乾燥ゲル膜と、これを200℃および600℃で焼成した膜を用い透過速度を測定した。C8TES、C12TESおよびC18TESを含むゾルを用いて作製したシリカ膜の細孔構造について検討した結果、C8TESおよびC12TESを用いた場合には、最適条件を選ぶことによってメソ孔のない状態でミクロ孔構造を発達させることができた。同様の条件で多孔質γ-アルミナ被覆α-アルミナ管上に欠陥のないシリカ膜を作製できた。メソ孔は主にゲル化の段階で形成され、ミクロ孔は焼成の段階で、テンプレートの役割を果たすアルキル基が分解されると共に形成された。こうして形成されたミクロ孔のサイズはアルキル基の最小サイズに依存した。今後、分子径の大きな有機化合物分離に応用するためには、膜原料として親水性で、かさばった構造の官能基で置換されたシランのアルコキシドを使用することが有効であることがわかった。

在溶胶-凝胶法中，当将有机化合物混合到作为模板的硅溶胶中时，通过在烧制过程中有机化合物的分解而形成微孔。然而，模板尺寸与孔径之间的关系尚不清楚。因此，在本研究中，使用四乙氧基硅烷（TEOS）和烷基三乙氧基硅烷（ATES）通过溶胶-凝胶法制备二氧化硅膜。辛基-(C8TES)、十二烷基-(C12TES) 和十八烷基三乙氧基硅烷(C18TES) 用于揭示模板的效果。采用氮气和氩气吸附法评价二氧化硅的孔结构。使用通过将硅溶胶浸渍到涂覆有γ-氧化铝的α-氧化铝支撑管上并干燥而制备的干燥凝胶膜和在200℃和600℃下煅烧的膜来测量渗透速率。通过检查使用含有 C8TES、C12TES 和 C18TES 的溶胶制备的二氧化硅膜的孔结构，我们发现，当使用 C8TES 和 C12TES 时，通过选择最佳条件，可以创建没有中孔的微孔结构。开发它。在类似条件下，在多孔 γ-氧化铝涂层 α-氧化铝管上制备了无缺陷的二氧化硅薄膜。介孔主要在凝胶化阶段形成，微孔在煅烧阶段作为模板的烷基分解而形成。由此形成的微孔的尺寸取决于烷基的最小尺寸。未来，人们发现使用亲水性大官能团取代的硅烷醇盐作为膜原料应用于大分子直径有机化合物的分离是有效的。

项目成果

K.Kusakabe et al.,: "Gas Permeation and Micropore Structure of Carbon Molecular Sieving Membranes Modified by Oxidation" Journal of Membrane Science. 149・1. 59-67 (1998)

K. Kusakabe 等，“氧化改性碳分子筛膜的气体渗透和微孔结构”，膜科学杂志 149・1（1998 年）。

K.Kusakabe et al.,: "Carbon Molecular Sieving Membranes Derived from Condensed Polynuclear Aromatic (COPNA) Resins for Gas Separations" Ind. Eng. Chem. Res.37・11. 4262-4266 (1998)

K. Kusakabe 等人，“用于气体分离的稠合多核芳族 (COPNA) 树脂的碳分子筛分膜”Ind. Eng. 4262-4266 (1998)。