多孔性ガス分離膜における分子充填透過機構の解明とサブナノ膜細孔径分布評価への応用

多孔气体分离膜分子堆积渗透机理的阐明及其在亚纳米膜孔径分布评价中的应用

• 批准号: 15760559
• 负责人: 吉岡 朋久
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Hiroshima 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760559/
• 关键词: 多孔性シリカ膜; ガス透過機構; マイクロ孔充填; ガス分離; 分子動力学法; 細孔内ポテンシャル; マイクロ孔分布; 分子動力学

1.凝縮性ガス透過シミュレーションによるマイクロ孔充填・透過機構の検討非平衡分子動力学法を用いて凝縮性ガス(エタン)の透過シミュレーションを行ったところ,マイクロ孔充填相の形成による透過速度の低下が見られ,その際の圧力は細孔径が大きい方が高くなった.また,透過分子の蒸発エネルギーと吸着エネルギーを用いてマイクロ孔充填相の移動モデルを構築し,細孔径分布を考慮して数値シミュレーションを行ったところ,透過分子と膜細孔表面との相互作用および細孔径分布に由来する透過速度の減少傾向が良好に再現され,分子充填相透過現象を利用したサブナノ細孔径分布評価の理論的妥当性が示された.2.凝縮性ガスの膜材料表面との相互作用エネルギーの評価膜材料のシリカコロイドゾルを乾燥させ,1000℃で焼成して作成した非多孔性粉体試料における標準凝縮性ガス(エタン,プロパン,ブタン)の吸着等温線を測定し,Frenkel吸着理論を用いて各ガスとシリカ材料との相互作用パラメータを求めた.シリンダー状の細孔形状を仮定することにより,非多孔性固体表面との相互作用パラメータを基準として,細孔内ポテンシャル場の細孔径依存性を得る手法を確立した.3.膜細孔径分布評価法の妥当性の検討平均細孔径が異なる3種類の実在多孔性シリカ膜において,標準凝縮性ガスの透過速度の圧力依存性を測定した.標準凝縮性ガスの細孔内ポテンシャルと細孔径の関係および吸着ポテンシャル理論を用いて,透過速度の圧力依存性を透過速度と細孔径の関係に換算することにより,ガス透過に有効な細孔径分布を推算可能であった.どの凝縮性ガスを標準ガスとして用いてもそれぞれの膜について同様な細孔径分布が得られ,また,透過速度の分子サイズ依存性から予測された細孔径との定量的な一致も見られ,マイクロ孔充填相透過モデルを利用したサブナノ膜細孔径分布評価法の妥当性が示唆された.

1. The study of condensation property through pore filling and transmission mechanism by non-equilibrium molecular dynamics method. The formation of condensation property through pore filling phase was studied. The transmission velocity was low, and the pressure was high. In addition, due to the interaction between the permeation molecule and the pore surface, the tendency of the permeation velocity to decrease due to the pore size distribution was well reproduced. The validity of the theory for the evaluation of the fine pore size distribution by using the phenomenon of molecular filling phase transmission is shown. 2. The standard shrinkage property of the film material is obtained by drying, firing at 1000 ℃, and preparing the non-porous powder sample. Determination of adsorption isotherms,Frenkel adsorption theory and interaction of materials. 3. The suitability of the method for evaluating the pore size distribution of a membrane and the determination of the pressure dependence of the transmission velocity of a standard condensable membrane. By using the relationship between the pore diameter and the pore diameter of the standard compressibility matrix and the adsorption pore diameter theory, it is possible to effectively calculate the pore diameter distribution through the transmission by converting the pressure dependence of the transmission velocity into the relationship between the transmission velocity and the pore diameter. The accuracy of the method for evaluating the pore size distribution of thin films is demonstrated by the measurement of the molecular dependence of the transmission velocity on the pore filling phase and the quantitative uniformity of the pore size distribution.

项目成果

Transport properties of condensable gases through microporous silica membranes

可凝性气体通过微孔二氧化硅膜的传输特性

• 发表时间: 2004
• 期刊: Transactions of the Materials Research Society of Japan 29(7)
• 作者: Tomohisa Yoshioka

Tomohisa Yoshioka: "Molecular Dynamics Study of Gas Permeation through Amorphous Silica Network and Inter-particle Pores on Microporous Silica Membranes"Molecular Physics. (受理済み). (2004)

Tomohisa Yoshioka：“通过无定形二氧化硅网络和微孔二氧化硅膜上的颗粒间孔进行气体渗透的分子动力学研究”分子物理学（已接受）。

Tomohisa Yoshioka: "Condensable Vapor Permeation through Microporous Silica Membranes Studied with Molecular Dynamics Simulation"Separation and Purification Technology. 32. 231-237 (2003)

Tomohisa Yoshioka：“用分子动力学模拟研究可冷凝蒸气透过微孔二氧化硅膜的渗透”分离纯化技术。

Effect of molecular interactions on gas permeation properties through a microporous silica membrane studies with molecular dynamics simulation

通过分子动力学模拟研究微孔二氧化硅膜分子相互作用对气体渗透性能的影响

• 发表时间: 2004
• 期刊: Transactions of the Materials Research Society of Japan 29(7)
• 作者: Tomohisa Yoshioka;Tomohisa Yoshioka
• 通讯作者: Tomohisa Yoshioka

Molecular dynamics study of gas permeation through amorphous silica network and inter-particle pores on microporous silica membranes

• DOI: 10.1080/00268970310001649383
• 发表时间: 2004-01
• 期刊: Molecular Physics
• 影响因子: 1.7
• 作者: Tomohisa Yoshioka;T. Tsuru;M. Asaeda