新規セルロースナノフィブリル材料のガス透過選択性とその発現メカニズムに関する研究

新型纤维素纳米纤丝材料的气体选择性渗透及其表达机制研究

• 批准号: 24880013
• 负责人: 福住 早花
• 金额: $ 2万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-08-31 至 2014-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-24880013/
• 关键词: バイオマス; セルロース; ナノファイバー; ガスバリア; ガス分離

循環型社会の構築のためにバイオマスの有効利用が求められている。これまでの研究成果から木材セルロースへの TEMPO（2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシラジカル）触媒酸化と軽微な解繊処理により得られる TEMPO 酸化セルロースナノフィブリル（TOCN）から透明で酸素バリア性を有するフィルムが調製できることを見出した。本研究ではTOCNフィルムのさまざまなガスに対する透過性を解析し気体分離機能を探り、フィルムの調製条件に対する各気体の透過性を解析することで環境対応型の新規ガスバリア・気体分離材料への応用に向けた基礎的知見の蓄積を進めることを目的とした。TOCN 表面のカルボキシル基を金属塩型から酸型へと変えたTOCN フィルムを調製し、様々なガス（酸素、水素、窒素、二酸化炭素）に対する透過性を分析したところ、酸型、金属塩型により異なるガス透過性を示すことが示された。特に水素に対する透過性に顕著な違いが見られ、酸型のTOCNフィルムが優れた水素／窒素分離係数を有することが示された。またカルボキシル基の対イオン交換を様々な手法で行うことにより、このようなガス透過性の違いが金属塩の種類に寄らず、フィルム中でのナノフィブリルの配列構造に起因することが示唆された。この結果によりTOCNフィルムがガスバリア材としてだけではなく気体分離膜としての可能性を秘めていることが明らかになった。また、本研究費で購入した精密天秤により、フィルムの含水率変化ヒステリシスを解析し、乾燥時間がナノフィブリルの配列構造に影響することを示唆する結果を得た。以上のことから、TOCNの対イオン交換や乾燥時間の制御によりガス透過性の制御が可能であることが明らかとなり、TOCNのガスバリア・気体分離材料への応用に向けた基礎的知見が得られた。以上の結果を国内外の学会で発表し、国際的な科学雑誌に投稿した。

The construction of a circular society and its utilization The results of this research include TEMPO (2,2,6,6-category) catalytic acidification and microhydrolysis of wood. TEMPO acidification has been successfully achieved through TEMPO (TOCN) catalytic acidification. This study aims to explore the permeability analysis of TOCN, its modulation conditions, the permeability analysis of each gas, and the accumulation of basic knowledge on the application of TOCN, its modulation conditions. TOCN surface is composed of metal, acid and carbon. The permeability of the metal, acid and carbon is analyzed. In particular, the permeability of water and the separation coefficient of water and nitrogen are shown in the table below. For example, if the metal is not transparent, the metal will be transparent. The result is that there is a possibility of separation of the membrane. The results of this study show the influence of drying time on the moisture content and structure of precision balance. The basic knowledge of the exchange and control of drying time of TOCN and the control of permeability is obtained. The above results are presented to international and international scientific journals.

项目成果

Gas barrier and permselective properties of TEMPO-oxidized cellulose nanofibril films

TEMPO氧化纤维素纳米纤丝薄膜的气体阻隔和选择性渗透性能

• 发表时间: 2012
• 作者: Hayaka Fukuzumi;Shuji Fujisawa;Tsuguyuki Saito;Akira Isogai
• 通讯作者: Akira Isogai

TEMPO 酸化セルロースナノファイバーフィルムの特性と応用展開

TEMPO氧化纤维素纳米纤维膜的特性及应用发展

• 作者: H. Fukuzumi;S. Fujisawa;T. Saito;A. Isogai;福住早花
• 通讯作者: 福住早花

セルロースのおもしろ科学とびっくり活用

纤维素的有趣科学和令人惊讶的用途

• 发表时间: 2012
• 作者: Winston E. Marte;Teruaki Nanseki; Fernando Bienvenido;西尾嘉之, 他（共著）
• 通讯作者: 西尾嘉之, 他（共著）

Improvement of nanofibrillation efficiency of alpha-chitin in water by selecting acid used for surface cationisation

通过选择用于表面阳离子化的酸来提高水中α-甲壳素的纳米纤化效率

• DOI: 10.1039/c2ra22271j
• 发表时间: 2013
• 期刊: RSC Advances
• 影响因子: 3.9
• 作者: Zi-Dong Qi;Yimin Fan;Tsuguyuki Saito;Hayaka Fukuzumi;Yoshiyuki Tsutsumi;Akira Isogai
• 通讯作者: Akira Isogai

木材由来のセルロースナノフィブリルで構成される高ガスバリア性透明フィルム

由木材来源的纤维素纳米原纤组成的高阻气性透明薄膜

• 发表时间: 2012
• 作者: 福住早花;呉 俊男;齋藤継之;磯貝 明
• 通讯作者: 磯貝 明