二酸化炭素からのメタノール合成の低圧化を目指した脱水用炭素膜の開発

开发用于脱水的碳膜，旨在降低二氧化碳合成甲醇的压力

• 批准号: 21K04751
• 负责人: 熊切 泉
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Yamaguchi University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04751/
• 关键词: 膜分離; 脱水膜; 炭素膜; 脱水; セラミック; 分離膜; 膜反応器

炭素膜の支持体に水処理用に市販されているセラミック管を用いている。市販品そのままでは孔径が大きく、炭素薄膜を形成できない為、支持体表面を修飾して用いる。修飾条件や、炭素膜の前駆体溶液の作成、前駆体の支持体への塗布条件を検討し、炭素膜の製膜の再現性を向上した。従来の30㎜長さから、150㎜長さまでのスケールアップも行った。合成条件、特に、前駆体の焼成温度が形成する炭素膜の透過性能に与える影響を検討した。焼成温度を制御することで、90％t-ブタノール/10%水の混合溶液から、99％以上の濃度で水を透過する炭素膜を得た。この結果は、炭素膜中にt-ブタノール分子サイズ（約0.6nm）よりも大きな貫通孔がないことを示している。また、単成分のガス透過試験も行った。Heや窒素ガスは、透過温度の上昇に伴い透過量が増える活性化拡散を示した。活性化エネルギーは窒素ガスの方がHeガスよりも大きかった。これらの結果も、炭素膜中の孔径が分子径に近いこと、大きな欠陥がほぼないことを示している。これらの試験から、汎用支持体を用いても、焼成条件の調整により水選択性の炭素膜が得られることが分かった。また、水の透過量は、透過温度にほぼ比例して増加した。サラゴサ大学の支援を受けて、脱水能を持つ炭素膜を二酸化炭素からのメタノール合成へ適用することを試みた。この反応では膜を介して水を反応場から除去することで転化率が向上するが、そのためには、水/メタノール、二酸化炭素、水素の分離性が必要である。反応温度での膜の劣化は見られず、同条件で非晶質化して性能が劣化してしまったA型ゼオライト膜よりも耐久性が高いことがわかった。一方、水の選択性は不十分で、さらなる水選択性の向上が必要である。

The support body of the carbon membrane is a commercially available silica tube used for water treatment. The commercially available product has a large pore size, a carbon thin film can be formed, and a support surface can be modified. The modification conditions, preparation of the carbon film front body solution, the coating conditions of the front body support, and the improvement of the reproducibility of the carbon film production are all important.従来の30㎜长さから, 150㎜长さまでのスケールアップも行った. The synthesis conditions, characteristics, and firing temperature of the former body affect the formation of the carbon film and its permeability. The baking temperature is controlled by the temperature control, the mixed solution of 90% t-ブタノール/10% water is obtained, and the concentration of more than 99% is achieved by water passing through the carbon membrane. As a result, the carbon film in the carbon film has a large through-hole through-hole (approximately 0.6nm).また、Single ingredient のガス pass the test 験も行った. He said that the increase in the transmission temperature and the amount of transmission are due to the activation and dispersion of the elements. Activated エネルギーは suffocation element ガスの方がHeガスよりも大きかった.これらのRESULTも, the pore size and molecular diameter of the carbon membrane are close to each other, and the large pore size is the same as the molecular diameter.これらのtest験から, universal support を use いても, baking conditions の adjustment により water selection 択性のcarbon film られることが分かった.また、Water permeability は、Permeability temperature にほぼratio してincrease and した. The support of Surakar University is supported by the carbon membrane, the dehydration energy and the carbon membrane, and the diacidized carbon is synthesized and applied to the test.この濜では Film を Introduction して Water を Reaction field から Remove する こ と で転 が UP す る が, そのためには, water/メタノール, diacid carbon, hydrogen のseparability is necessary である. Deterioration of film due to reaction temperature and deterioration of performance due to amorphization under the same conditions The type A type ゼオライト film よりも has high durability. On the one hand, the selection of water is not very good, and the selection of water is necessary.

项目成果

サラゴサ大学(スペイン)

萨拉戈萨大学（西班牙）

炭素膜製膜条件の脱水性能への影響

碳成膜条件对脱水性能的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 矢野 達士;二宮 和久;松田 啓太郎;石井 治之;熊切 泉
• 通讯作者: 熊切 泉