芳香環カプセルを活用した揮発性有機化合物の分子変換法および捕捉技術の開発

利用芳香环胶囊开发挥发性有机化合物的分子转化方法和捕获技术

基本信息

批准号：
22KJ1318
负责人：
角田瑠輝
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

工業由来の揮発性有機化合物（VOC）であるベンゼン誘導体に対する芳香環カプセルの捕捉能を調査した。カプセル固体は、結晶化や高温での真空引きなどの前処理を必要とせず、揮発したベンゼンやトルエン、キシレンなどのベンゼン誘導体を常温・常圧・1時間でカプセル1分子あたり最大3.5分子捕捉した。カプセルは水中にて内部空間にキシレンを最大2分子しか捕捉できないため、固体状態ではカプセル間の隙間にもVOCを捕捉できることが考えられる。次に、カプセル固体は、π-π相互作用を駆動力として、ベンゼンとシクロヘキサンからベンゼンを90%、トルエンとメチルシクロヘキサンからトルエンを86%の選択性で捕捉した。さらに、既存固体材料では識別困難なメチル基の数に対する選択性を示した。０、1、２つのメチル基を持つベンゼン、トルエン、o-キシレンの混合物の中から、o-キシレンを85%の選択性で捕捉した。カプセルを構築するアントラセンパネルとメチル基間に働くCH-π相互作用が重要な相互作用であると考え得られる。芳香環カプセル固体の詳細なVOC捕捉能を調査すると、捕捉したVOCの揮発性を顕著に抑制できることが明らかになった。ベンゼン、トルエン、o-キシレンを捕捉したカプセル固体を100℃で1時間真空引きした結果、室温で真空引きした際と同等の捕捉量および比率となり、VOCを強く捕捉できる空間により100％の揮発抑制が可能であった。また、その強力なVOC捕捉能を活用して、320 ppmの希薄条件においてo-キシレンを最大60%回収することに成功した。さらに、剛直で安定な構造をもつカプセルは、最低5回以上VOC捕捉を繰り返すことができた。

研究了芳环胶囊捕获苯衍生物（一种工业衍生的挥发性有机化合物（VOC））的能力。固体胶囊在室温常压下，每粒胶囊可在1小时内捕获多达3.5分子挥发的苯、甲苯、二甲苯和其他苯衍生物，无需进行结晶或高温抽真空等预处理。胶囊的内部空间最多只能捕获水中的两个二甲苯分子，因此 VOC 也可能以固态捕获在胶囊之间的间隙中。然后，胶囊固体以 π-π 相互作用为驱动力，从苯和环己烷中捕获苯，选择性为 90%，从甲苯和甲基环己烷中捕获甲苯，选择性为 86%。此外，我们证明了对甲基数量的选择性，这是现有固体材料难以识别的。从苯、甲苯和带有 0、1 和 2 个甲基的邻二甲苯的混合物中捕获邻二甲苯的选择性为 85%。蒽组和构成胶囊的甲基之间的CH-π相互作用被认为是重要的相互作用。对芳环胶囊固体的 VOC 捕集能力的详细研究表明，捕集的 VOC 的挥发性可以得到显着抑制。捕集苯、甲苯、邻二甲苯的胶囊固体在100℃抽真空1小时时，捕集量和比例与常温抽真空时相同，可强力捕集VOC的空间抑制挥发100% %。此外，利用其强大的VOC捕集能力，我们成功地在320 ppm的稀释条件下回收了高达60%的邻二甲苯。此外，胶囊的刚性和稳定的结构使其能够捕获至少五次挥发性有机化合物。