炭化水素系分離を目的とするナノポーラスカーボン膜の開発

炭化水素分離用ナノポーラスカーボン膜の作成に成功した。カーボン膜はもろく、カーボンだけでは実用的な機械的強度がない。本研究では機械的に強いセラミック多孔膜の細孔中にカーボンを担持した膜の開発に取り組んだ。ポリイミドを熱処理により炭化し、カーボンに変換した。ポリイミドはジアミンおよびピロメリット酸二無水物(PMDA)を反応させポリアミック酸とし、その後300℃で熱処理することによりポリイミドに変換した。モノマーを膜細孔中で重合する方法として、2種類のモノマーを混合した後、直ちに基材を溶液中へ入れる含浸法およびモノマーを膜の両側から別々に拡散し、膜細孔中で反応させる対向拡散法の2種類の方法を考案した。これらの膜を900℃熱処理して得られる膜は4Aの細孔を持つカーボン膜であることをガス吸着実験、FT-IRおよびXRDで確認した。熱処理によりカーボンが細孔中で収縮し、基材細孔との界面に隙間が生じるため一度の反応ではクヌッセン拡散による選択性しか得られない。含浸法では細孔中にポリマーを形成することが困難であり、繰り返し反応を行っても選択性の向上はほとんど見られなかったのに対し、対向拡散法を用いた場合重合反応を繰り返すことにより透過選択性は向上した。C_6炭化水素の透過選択性としてn-ヘキサン>ベンゼン>シクロヘキサンとなり、溶質の大きさで分離が行われていることが示唆された。

炭化水素分離用ナノポーラスカーボン膜の作成に成功した。カーボン膜はもろく、カーボンだけでは実用的な機械的強度がない。本研究では機械的に強いセラミック多孔膜の細孔中にカーボンを担持した膜の開発に取り組んだ。ポリイミドを熱処理により炭化し、カーボンに変換した。ポリイミドはジアミンおよびピロメリット酸二無水物(PMDA)を反応させポリアミック酸とし、その後300℃で熱処理することによりポリイミドに変換した。モノマーを膜細孔中で重合する方法として、2種類のモノマーを混合した後、直ちに基材を溶液中へ入れる含浸法およびモノマーを膜の両側から別々に拡散し、膜細孔中で反応させる対向拡散法の2種類の方法を考案した。これらの膜を900℃熱処理して得られる膜は4Aの細孔を持つカーボン膜であることをガス吸着実験、FT-IRおよびXRDで確認した。熱処理によりカーボンが細孔中で収縮し、基材細孔との界面に隙間が生じるため一度の反応ではクヌッセン拡散による選択性しか得られない。含浸法では細孔中にポリマーを形成することが困難であり、繰り返し反応を行っても選択性の向上はほとんど見られなかったのに対し、対向拡散法を用いた場合重合反応を繰り返すことにより透過選択性は向上した。C_6炭化水素の透過選択性としてn-ヘキサン>ベンゼン>シクロヘキサンとなり、溶質の大きさで分離が行われていることが示唆された。