Development of ultrathin laminar nanosheet membranes with controlled 2-D channel structure for organic solvent filtration

开发用于有机溶剂过滤的具有受控二维通道结构的超薄层状纳米片膜

• 批准号: 22H01849
• 负责人: 中川 敬三
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01849/
• 关键词: ナノシート; 分離膜; 有機溶剤ろ過; 酸化グラフェン; 2Dチャネル; ナノシート積層膜; 有機溶剤ナノろ過; MOFナノシート

本研究では種々のナノシート材料を支持膜上に積層することによって超薄型有機溶剤ろ過膜を作製し，2-Dチャネル内での有機溶剤透過メカニズムの解明および溶剤―溶質，溶剤―溶剤分離の検証を行う．有機架橋分子を層間に導入し，2-Dチャネル内での化学的相互作用を評価することで積層構造を精密に制御し，透過性や阻止性に寄与する因子を明らかにする．これにより革新的な高透過性ナノシート積層型有機溶剤ろ過膜を実現し，膜工学分野における新たな基礎学理を構築する．本年度の研究では，基礎的な検討として酸化グラフェン(GO)積層膜の形成に及ぼす支持膜構造の影響，また新たに金属有機構造体(MOF)ナノシートを利用した複合積層膜の作製を行い，それぞれの膜性能評価を行った．1. 有機溶剤耐性に優れ多孔構造制御が可能なポリケトン(PK)を支持膜として用い，GO積層構造の形成と有機溶剤ナノろ過(OSN)性能に対する支持膜構造の影響を検討した．PK支持膜の細孔径と表面粗さが小さい場合はGOがより規則正しく積層し，少ないGO積層量でメタノール中の色素の高い阻止率を達成した。このように，支持膜表面の物理的な構造がGO積層膜の積層構造及びOSN性能に影響を与えることが分かった．2. 新規材料としてMOFナノシートに着目し，GO-MOF複合積層膜の作製を行った．水熱合成法によりGO層間にZnOを前駆体として挿入し，in-situ変換によりGO層間にポルフィリン系MOF(Zn-TCPP)ナノシート膜を形成させた．in-situ変換の反応時間を調整することでZn-TCPPナノシートの水平配向が可能になり、その表面に露出した面内細孔が迅速な水の輸送と色素分子の分離を可能とするナノチャネルとして機能することが明らかとなった．

In this study, several kinds of ceramic materials support the active use of ultra-thin organic solvents on the film, and the mechanical properties of the ultrathin films. 2. In this study, several kinds of organic materials support the active application of ultra-thin organic solvents in the film. 2. In this study, several kinds of materials are used to support the production of ultra-thin films, which are used in the film. (2) the interaction of chemical compounds in the film industry is very important in the development of precision control systems, permeation prevention and transmission factors. The innovation of high-permeability and high-performance performance has been demonstrated in the field of membrane engineering, and the foundation of this year's research has been studied in this year. The chemical reaction system (GO) is active in film formation and support for film imaging, and the new metal organic body (MOF) system is used to improve the performance of the film. 1. It is possible that the multi-hole system can be used to support the use of the membrane, and the GO will actively support the use of the membrane. (OSN) the performance of the system will support the imaging of the membrane. PK supports the membrane aperture, the surface roughness, and the GO rule is very positive. A small amount of GO, a high blocking rate of pigment, and a high blocking rate. It supports the physical fabrication of the membrane surface, the GO process and the OSN performance analysis. 2. New materials and materials such as MOF, ZnO, and so on, and the GO-MOF hybrid membrane was used as the carrier. The aqueous synthesis method was used to detect the weight loss of the ZnO precursor in the GO. In-situ is responsible for the formation of the film of MOF (Zn-TCPP). The reverse time of in-situ is adjusted, and the level of alignment is not possible. Zn-TCPP. The surface is exposed and the holes in the surface are exposed. The water is quickly sent to the pigment molecule to separate the pigment molecule. It is possible that the machine can tell the temperature.

项目成果

耐膨潤性を有するHNb3O8系ナノシート積層膜の作製と有機溶剤ナノろ過特性

具有抗溶胀性和有机溶剂纳滤性能的HNb3O8基纳米片层压薄膜的制备

• 发表时间: 2022
• 作者: 中川敬三;國松美里;安井健悟;吉岡朋久;新谷卓司;神尾英治;松山秀人
• 通讯作者: 松山秀人

University of Oxford(英国)

牛津大学（英国）

g-C3N4/HNb3O8ナノシート複合型光触媒膜の光触媒活性に及ぼす酸化グラフェン添加の影響

氧化石墨烯的添加对g-C3N4/HNb3O8纳米片复合光催化薄膜光催化活性的影响

• 发表时间: 2023
• 作者: 森口 佳奈;中川 敬三;Hu Chechia;立川 貴士;岡本 泰直;松岡 淳;神尾 英治;北河 亨;吉岡 朋久;松山 秀人
• 通讯作者: 松山 秀人

Integration of thin film composite graphene oxide membranes for solvent resistant nanofiltration

• DOI: 10.1016/j.memsci.2022.120861
• 发表时间: 2022-07
• 期刊: Journal of Membrane Science
• 影响因子: 9.5
• 作者: Kecheng Guan;Kai Ushio;Keizo Nakagawa;T. Shintani;Tomohisa Yoshioka;Atsushi Matsuoka;Eiji Kamio;W. Jin;H. Matsuyama