相転換プロセス、熱分解プロセスの制御による高機能性気体分離用炭素膜の作製

通过控制相变过程和热解过程制备用于气体分离的高功能碳膜

• 批准号: 11750666
• 负责人: 牧 泰輔
• 金额: $ 0.32万
• 依托单位: Kyoto Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750666/
• 关键词: 炭素膜; ガス分離膜; ポリイミド; 相分離; 熱分解; 分子ふるい炭素

種々のジカルボン酸とジアミンからポリアミック酸を合成した後,この溶液をガラス板上にキャストして炭素膜の前駆体となるポリアミック酸膜を作製し,これを300℃まで加熱して構造既知のポリイミド膜を作製した.主に膜のミクロ孔に及ぼす膜作製条件の影響を検討するため,製膜はゲル化により行い,マクロポアが存在しない緻密膜を得た.この緻密なポリイミド膜を窒素雰囲気下で炭化し炭素膜を作製した.得られた炭素膜について,研究室で製作した定容式吸着量測定装置により,0.3〜0.5Åの範囲で細孔径分布を測定した.作製した炭素膜は全て,透過ガスの分子径の増加に伴い細孔容積が減少する分子ふるい性を示した.また,炭化温度の影響を検討したところ,500℃で炭化した膜は細孔がほとんど存在しなかった.しかし,炭化温度の増加とともに細孔容積が増加し,700℃で炭化した膜については,細孔径0.3〜0.43Åの範囲の細孔が発達した.また,さらに炭化温度を上げ,800℃で炭化した膜は総細孔容積は700℃のものと変化ないものの細孔径分布は主に0.3〜0.4Åの範囲に限られ分布がよりシャープになった.これらの結果は以前検討したガスの透過性の挙動と一致しており,炭化温度500℃から700℃までにおいてポリイミドが分解し,ガスやタールとなって揮発することによりミクロポアが生成し,さらに炭化温度を上げた場合には炭素膜のグラファイト構造が発達してミクロポアとなるグラファイト層間が収縮すると考えられた.また,ポリイミド前駆耐の種類により,炭素膜の細孔径分布は変化し,この結果もガス透過特性と同様の傾向が見られた.空気分離膜への適用を検討するため,酸素と窒素の透過特性を検討したところ,本研究において作製した膜は窒素に対する酸素の選択性は6〜80,透過係数は50Barrer以上とこれまで報告されている炭素膜と比較して非常に大きな値が得られた.

Kind of 々 の ジ カ ル ボ ン acid と ジ ア ミ ン か ら ポ リ ア ミ ッ を ク acid synthesis し た after こ の solution を ガ ラ ス board に キ ャ ス ト し て carbon membrane の 駆 body before と な る ポ リ ア ミ ッ ク し, the acid membrane を cropping こ れ を 300 ℃ ま で heating し て structure already know の ポ リ イ ミ ド membrane を cropping し た. Main に membrane の ミ ク に ロ hole and ぼ の す film as system conditions affect を beg す 検 る た め, membrane は ゲ ル change に よ り い, マ ク ロ ポ ア が exist し な い dense membrane を た. こ の dense な ポ リ イ ミ ド membrane を smothering element 雰 囲 気 で under carbonization し carbon membrane を cropping し た. Have ら れ た carbon membrane に つ い て, laboratory で making し た constant volume type sorption quantity measurement device に よ り, 0.3 ~ 0.5 A の van 囲 で fine を determination of pore size distribution し た. Cropping し た carbon membrane は て, through ガ ス の の raised に with い requirement by molecular diameter pore volume が reduce す る molecular ふ る い sex を shown し た. ま た, carbonization temperature の を beg し 検 た と こ ろ, 500 ℃ で carbonized し は た membrane pores が ほ と ん ど exist し な か っ た. し か し, carbonization temperature の raised と と も に が pore volume raised し, 700 ℃ で charcoal The し た membrane に つ い て は, fine pore size of 0.3 ~ 0.43 A の van 囲 の pores が 発 da し た. ま た, さ ら に を げ, carbonization temperature 800 ℃ で carbonized し た membrane は 総 は pore volume 700 ℃ の も の と variations change な い も の の fine pore size distribution は main に 0.3 ~ 0.4 A の van 囲 に limit ら れ distribution が よ り シ ャ ー プ に な っ た. こ れ ら Beg し の results before は 検 た ガ ス の permeability の 挙 dynamic と consistent し て お り, carbonization temperature 500 ℃ か ら 700 ℃ ま で に お い て ポ リ イ ミ ド し が decomposition, ガ ス や タ ー ル と な っ て swing 発 す る こ と に よ り ミ ク ロ ポ ア が generated し, さ ら に carbonization temperature on the を げ た occasions に は carbon membrane の グ ラ フ ァ イ ト tectonic が 発 da し て ミ ク ロ ポ ア と な る グ ラ フ ァ イ ト interlayer が 収 shrinkage す る と exam え ら れ た. ま た, ポ リ イ ミ ド before 駆 の resistant species に よ り, の fine pore size distribution of carbon membrane は - し, こ の results も ガ ス through feature と with others の tendency が see ら れ た. Empty 気 separation membrane へ の applicable を beg す 検 る た め, acid element と smothering element の through feature を beg し 検 た と こ ろ, this study に お い て cropping し た membrane は smothering element に す seaborne る acid element の sentaku は 6 ~ 80, through the coefficient of more than 50 barrer は と こ れ ま で report さ れ て い る carbon membrane と compare し て very big に き な numerical が must ら れ た.

项目成果

牧 泰輔: "芳香族系ポリイミドを前駆体とした炭素膜の膜特性に及ぼす前駆体の影響"化学工学会関西支部 姫路大会. (発表予定). (2000)

Taisuke Maki：“前体对使用芳香族聚酰亚胺作为前体的碳膜性能的影响”日本化学工程师协会关西分会姬路会议（待提交）（2000 年）。