ナノ細孔特性制御カーボンゲルを利用した微量環境汚染物質の高効率吸着分離技術の開発

利用纳米孔性质控制的碳凝胶开发微量环境污染物高效吸附分离技术

• 批准号: 16710060
• 负责人: 山本 拓司
• 金额: $ 2.43万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16710060/
• 关键词: カーボンゲル微粒子; 環境汚染物質; ナノ細孔特性; 液相吸着; 単分散; カーボンゲル粒子; フェノール; 色素

本研究では、新規ナノ細孔カーボンであるカーボンゲル微粒子を、微量環境汚染物質の高機能吸着剤として用いるための基盤技術を開発した。第1に、カーボンゲル微粒子の細孔構造制御手法を構築し、水中の微量有機物に対する優れた吸着特性を明らかにした。第2に、カーボンゲル微粒子の合成過程に新規手法を導入することで、従来に無く均一な粒子径を有するカーボンゲル微粒子の合成に成功した。第3に、モデル吸着質を用いた液相吸着実験の結果、カーボンゲル微粒子の細孔径の調節により、モデル吸着質の吸着量を制御可能であることを示した。以下、成果の内容を具体的に説明する。まず、カーボンゲル微粒子の細孔構造に及ぼす、レゾルシノール・ホルムアルデヒド(RF)水溶液中のアルカリ触媒の濃度の影響をサーモポロメトリーで検討した結果、微粒子の細孔径、細孔容積および比表面積の高度制御方法を確立した。また高解像度電子顕微鏡撮影によりカーボンゲル微粒子の内部構造を観察した結果、細孔表面が極めて特異な層状炭素構造を有することを見出し、水中の有機物に対して適した表面特性を有することを示した。また、従来の逆相乳化重合法では変動係数(粒子径の標準偏差/平均粒子径×100)が50%以上だったのに対し、本研究中で開発した方法により変動係数が15%以下と極めて小さい単分散カーボンゲル微粒子の開発に成功した。さらに、色素(Black5およびReactive Red E)をモデル吸着質としてカーボンゲル微粒子への吸着等温線を測定することで、吸着量と細孔構造との相関関係を明らかにした。本研究期間内には、微量環境汚染物質の高効率吸着分離システム開発には至らなかったが、単分散カーボンゲル微粒子の製造方法の確立は本技術開発における鍵となるものであり、微量環境汚染物質の高効率分離システムを開発する上で重要な指針が得られた。

This study で は, new rules ナ ノ pores カ ー ボ ン で あ る カ ー ボ ン ゲ ル を particles, trace function of environment pollutants の high sorption tonic と し て in い る た め の technique を open 発 し た. 1 に, カ ー ボ ン ゲ ル particles の pores structure method of equestrian を build し, の trace organic matter in water に す seaborne る optimal れ た sorption characteristics を Ming ら か に し た. 2 に, カ ー ボ ン ゲ ル particles の に new rules during the synthesis technique を import す る こ と で, 従 to に を く な uniform particle size have す る カ ー ボ ン ゲ ル particles の synthetic に successful し た. に, 3 モ デ ル sorption quality を い た liquid sorption be 験 の results, カ ー ボ ン ゲ ル の fine particles aperture の adjust に よ り, モ デ ル sorption qualitative の sorption amount を suppression may で あ る こ と を shown し た. The following is the specific に description of the content of the achievement を する. ま ず, カ ー ボ ン ゲ ル particles の に pores structure and ぼ す, レ ゾ ル シ ノ ー ル · ホ ル ム ア ル デ ヒ ド (RF) in aqueous solution, is の ア ル カ リ catalyst の の concentration を サ ー モ ポ ロ メ ト リ ー で beg し 検 た results, micro particle の fine pore diameter and pore volume お よ び の surface height を suppression method to establish し た. ま た high resolution electron 顕 micromirror pinch of shadow に よ り カ ー ボ ン ゲ ル particles の internal structure を 観 examine し た results, pore surface が め て specific な を layered carbon structure have す る こ と を の see し, water organic に し seaborne て optimum し た surface features を have す る こ と を shown し た. ま た, 従 の phase inversion emulsification heavy legal で は - dynamic coefficient of standard deviation (particle diameter の / average particle diameter x 100) more than 50% が だ っ た の に し polices, this study で 発 し た method に よ り が - dynamic coefficient is less than 15% と extremely め て small さ い 単 scattered カ ー ボ ン ゲ ル particles の open 発 に successful し た. さ ら に, pigment (Black5 お よ び Reactive Red E) を モ デ ル sorption qualitative と し て カ ー ボ ン ゲ ル particles へ の sorption isotherm を determination す る こ と で, sorption capacity と pores structure と の phase masato masato を and Ming ら か に し た. During the period of this study に は, trace environment pollutants の high working rate of sorption separation シ ス テ ム open 発 に は to ら な か っ た が, disperse 単 カ ー ボ ン ゲ ル particles の methods は の established this technology open 発 に お け る key と な る も の で あ り separation, high trace environmental pollutants の sharper rate シ ス テ ム を open 発 す る で on important な pointer が ら れ た.

项目成果

The effects of different synthetic conditions on the porous properties of carbon cryogel microspheres

• DOI: 10.1016/j.carbon.2004.12.016
• 发表时间: 2005-05
• 期刊: Carbon
• 影响因子: 10.9
• 作者: Takuji Yamamoto;A. Endo;T. Ohmori;M. Nakaiwa

Evaluation of porous structure of resorcinol-formaldehyde hydrogels by thermoporometry

• DOI: 10.1016/j.tca.2005.09.010
• 发表时间: 2005-12
• 期刊: Thermochimica Acta
• 影响因子: 3.5
• 作者: Takuji Yamamoto;S. Mukai;K. Nitta;H. Tamon;A. Endo;T. Ohmori;M. Nakaiwa

Adsorption of Organic Compounds from Aqueous Solution on Carbon Cryogel Microspheres with Controlled Porous Structrue

可控多孔结构碳冷冻凝胶微球对水溶液中有机化合物的吸附

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings of CARBON 2005
• 作者: 金成益;山本拓司;遠藤明;大森隆夫;中岩勝
• 通讯作者: 中岩勝

Effect of Drying Method on Gas Adsorption Characteristics of Carbon Gel Microspheres

干燥方法对碳凝胶微球气体吸附特性的影响

• 发表时间: 2005
• 期刊: Drying Tech 23・9-11
• 作者: T. Yamamoto;A. Endo;T. Ohmori;M. Nakaiwa;S. R. Mukai;H. Tamon
• 通讯作者: H. Tamon