イオン液体の調湿機構解明による省エネ・イオン液体調湿空調機の開発

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現在，世界では1億台以上のエアコンが稼働しているとされ，省エネエアコンの開発はサスティナブル社会実現のために重要な課題である。液式調湿空調機は現行のコンプレッサータイプの空調機に較べて低消費電力であり換気しながら空調を行うことができるという特徴のために感染症対策に有効な空調機になると期待されている。ところが，現在の液式調湿空調機は30％塩化リチウムを調湿材として使用しているが，リチウムは産出国が偏在する元素である。そこで，塩化リチウムに替わる新たな液式調湿空調機の調湿材を探索するためイオン液体に着目した。初年度は第4級アンモニウム塩のジメチルリン酸イオン液体が優れた吸水性を示すことを明らかにした。この結果を基盤に昨年度は吸湿機構解明に焦点を当てて研究を行い，イミダゾリウム，ピラゾリウム，123-トリアゾリウム，124-トリアゾリウムカチオンとリン酸ジメチルの組み合わせからなる26種のイオン液体を合成して吸湿性能を調べた。その結果，従来最高の吸湿性を示した第4級アンモニウム塩を凌駕する吸湿性を示すイオン液体が見つかり，ジカチオン性のピラゾリウム塩，124-トリアゾリウム塩は，塩化カルシウムと比較してモル当たり吸湿能で20倍以上の吸湿性能を示すことがわかった。また，124-トリアゾリウム塩イオン液体の吸湿性はカチオン部の疎水性アルキル側鎖が長くなると向上した。そこで，124-トリアゾリウム塩イオン液体について小角X線散乱測定を行ったところ，特有のナノ集合体を形成しており，このナノ構造体中に水分子が取り込まれることがわかり，従来，存在が推定されていたイオン液体集合体中のwater pocketの存在を実証することができた。さらに，ナノ構造体は水分量を増やしていくと相転位を起こすこともわかった。イオン液体の吸湿性の起源の解明に大きな手がかりを得ることができたと思われる。