超臨界CO_2を利用した環境適合性と高機能性を併せ持つ21世紀型多孔構造材料の創製

使用超临界 CO_2 创建兼具环境兼容性和高功能性的 21 世纪多孔结构材料

• 批准号: 13031056
• 负责人: 松山 秀人
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Kyoto Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13031056/
• 关键词: 超臨界流体; 多孔膜; 相分離; 非溶媒; 環境低負荷プロセス

多孔膜は、従来は主に均一な高分子溶液を非溶媒中に浸漬し、高分子の相容性を低下させ相分離を誘起させるという非溶媒誘起相分離法(nonsolvent induced phase separation)で作製されてきた。ここでは、超臨界CO_2を高分子の非溶媒としてとらえ、超臨界流体誘起により相分離を起こさせる新規な手法により多孔膜の作製を目指した。従来法では、非溶媒として有機溶媒が使われることも多々あったが、本手法では、超臨界CO_2であるため環境低負荷型のプロセスと言える。また、高分子を溶解させていた溶媒も、本プロセスでは超臨界流体中に抽出されるため、超臨界流体の圧力を常圧に戻し気体状にすることで、溶媒の回収が容易に行える。高分子はCellulose acetate(CA)、溶媒はAcetone(AC)、Methyl Acetate(MA)、1,3-Dioxolane(Dila)、2-Butanone(MEK)を用いた。高分子溶液をガラスシャーレに入れ膜生成セルに設置後、超臨界CO_2を専入することにより相分離を誘起させた。すべての溶媒について、構造はspinodal分解によると思われる連続構造であり、孔が相互に連結していた。溶媒がMEK, MA, AC, Dilaの順に、溶媒と臨界CO_2間の親和性が低下するが、この順に膜の多孔度や孔径は一様に増加することがわかった。溶媒にMEKを用いた場合に作製した膜について、膜透過実験を行った結果、ストークス径が100nm程度の溶質をほぼカットできることがわかった。マイクロセルラー発泡プロセスでは多孔構造体は形成されるものの、孔が孤立化してしまい、分離膜としての利用は困難であった。本研究のような超臨界CO_2を高分子の非溶媒として用いる手法により、分離に用いることのできる多孔膜の作製が可能であることが明らかとなった。

Porous membranes are prepared by non-solvent induced phase separation (NSIP), which is a non-solvent induced phase separation method. Supercritical CO_2 as a non-solvent for polymers and supercritical fluid induced phase separation The method of supercritical CO_2 and organic solvent is suitable for low environmental load. In addition, the dissolution of polymers in solvents and solvents is easy to extract from supercritical fluids under constant pressure and in bulk. Polymer Cellulose acetate(CA), Solvent Acetone(AC), Methyl Acetate(MA), 1,3-Dioxolane (Dila), 2-Butanone(MEK) are used. After the polymer solution was set up, supercritical CO_2 was introduced into the membrane. The structure of the solvent is spinodal decomposition. The structure of the solvent is spinodal decomposition. The pores are linked to each other. The affinity between solvent and MEK, MA, AC, Dila decreased, and the porosity and pore size of the membrane increased. The solvent MEK is used in the case of film formation, film transmission, and the solvent has a diameter of 100nm. It is difficult to form porous structures, isolate pores, and utilize separation membranes. In this study, supercritical CO_2 was used as a non-solvent to prepare porous membranes for separation.

项目成果

H.Matsuyama et al.: "Effect of organic solvents on membrane formation by phase separation with supercritical CO_2"J. Membrane Science. (in press).

H.Matsuyama等：“有机溶剂对超临界CO_2相分离成膜的影响”J。

H.Matsuyama et al.: "Formation of Porous flat membrane by phase separation with supercritical CO_2"J. Membrane Science. 194. 157-163 (2001)

H.Matsuyama等：“超临界CO_2相分离形成多孔平板膜”J。