权益分类	功能权益	普通用户	{{item.name}}会员
{{category.name}}	{{benefitItem.name}}

分子シミュレーションによる類似物質の高選択性無機分離膜の探索と設計

利用分子模拟寻找和设计类似物质的高选择性无机分离膜

基本信息

批准号：
15760557
负责人：
古川信一
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度に明確にした「強吸着成分が高い拡散能をもつ膜材料」の探索および設計が必要であるという指針を基に、類似分子系であるプロパン/プロピレンの膜分離に着目し、分子シミュレーションを用いて高性能膜材料の探索を行った。本年度では、NaA、NaX、NaY型ゼオライトを膜材料の候補として選び,吸着特性を検討した。その結果、Naイオンが含まれているNaA、NaX、NaY型ゼオライトの場合、骨格原子に部分電荷が存在しているため、分子内分極が大きいプロピレンの吸着力がプロパンよりも大きくなり、吸着分離係数が大きいことが分かった。また、高性能分離膜の実現には、高選択性だけでなく高透過性を満たす必要がある。そこで、境界制御型非平衡分子動力学法を用いて、大きな透過抵抗(ポテンシャルバリア)が存在する膜出口の流出現象を解析した。その結果、膜出口のポテンシャルバリアを越える際、透過分子は膜原子からエネルギーを受け取り、そのエネルギー交換量は細孔内よりも膜外表面の方が多いことが分った。最後に、膜の透過分離特性の解析・評価に強力な手法である境界制御型非平衡分子動力学法に新しいアルゴリズムを適用し、境界条件の透過側ガス組成が未知である混合ガスの透過を適切に再現する手法を開発した。この新しい手法を用いてモデル混合ガスの透過シミュレーションを行った結果、弱吸着成分の拡散係数が小さいと透過分離係数が増加することが分かった。つまり、本研究で提案してきた高透過かつ高分離選択性を実現する膜設計指針の有効性を、分子シミュレーションによって実証した。

In the past year, it was clear that the exploration and design of membrane materials with strong adsorption components and high dispersion energy were necessary to explore the application of membrane materials with high performance based on similar molecular systems. This year, candidates for NaA, NaX and NaY type film materials were selected and adsorption characteristics were discussed. As a result, when Na + is included in the NaA, NaX, NaY type, partial charge exists in the lattice atom, the absorption force of the intramolecular polarization is large, and the adsorption separation coefficient is large. High selectivity and high permeability are necessary for the realization of high performance separation membranes. The efflux phenomenon of membrane exit due to the existence of membrane resistance is analyzed by using non-equilibrium molecular dynamics method. As a result, the membrane outlet temperature is higher than the membrane outlet temperature, and the membrane outlet temperature is higher than the membrane outlet temperature, and the membrane outlet temperature is higher than the membrane outlet temperature. Finally, the analysis and evaluation of membrane transmission separation characteristics are carried out by a powerful method. The new method of non-equilibrium molecular dynamics for boundary control is developed. The composition of transmission side of boundary condition is unknown. The method of appropriate reproduction of transmission side is developed. The results of the new method show that the dispersion coefficient of the weakly adsorbed component is small and the transmission separation coefficient is increased. This study proposes to demonstrate the effectiveness and molecular structure of membrane design guidelines for high permeability and high separation selectivity.