多孔性無機材料による気体分離膜設計のための分子動力学膜シミュレータの開発

开发用于使用多孔无机材料进行气体分离膜设计的分子动力学膜模拟器

• 批准号: 17760601
• 负责人: 吉岡 朋久
• 金额: $ 1.47万
• 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: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760601/
• 关键词: 多孔性シリカ膜; ガス透過機構; 分子動力学法; ガス分離; アモルファス構造; サブナノ細孔

本年度は,アモルファスシリカ膜における気体透過現象を分子動力学シミュレーションにより再現することを目的として,気体透過特性におよぼす膜構成原子の動特性と膜細孔径分布の影響に着目して,以下のとおり研究を実施した.1.シリカポリマーネットワーク膜モデルの妥当性評価とポテンシャルパラメータの最適化分子の膜透過という動特性が分子シミュレーションで再現できているかが重要であり,これは,膜を構成する分子のポテンシャル関数およびポテンシャルパラメータをどのように設定するかに大きく左右される.アモルファスシリカ構造を規定する3体ポテンシャルパラメータの値を変化させて動径分布関数およびシリカ膜を構成する酸素原子の平均二乗変位を計算した結果,原子の平衡位置,すなわちアモルファス構造を維持したままでシリカネットワークの動きを制御することが可能であることがわかった.また気体透過速度の温度依存性より得られる活性化エネルギーは膜構成原子の動きを抑制した場合に大きくなった.2.多元的細孔膜モデルの構築と膜透過シミュレータとしての妥当性評価シリカネットワーク相の細孔径分布は原子密度に依存し,密度の増加にともなって平均細孔径は減少したが,密度1.8g/ml以上においては粒界的な細孔は消失し,He透過速度の温度依存性はその密度を境としてKnudsen的な透過から活性化的な傾向へと変化した.1.8g/mlの膜モデルでは実在CO_2分離膜における透過速度と近い結果が得られたが,H_2分離膜に比べて活性化エネルギーは小さかったことから,H_2分離膜のシリカネットワーク相はより高密度であると考えられる.粒子間細孔モデルを用いたCO_2透過シミュレーション結果と密度1.8g/ml膜モデルにおけるHe透過速度の結果を組み合わせて実在CO_2分離膜における気体透過速度データにフィッティングしたところ,およそ18nm四方に1個の割合で粒子間細孔が存在することが示唆され,これは,実在シリカ膜作製時に使用したコロイド粒子サイズを考慮すると妥当な結果であった.

This year, the アモルファスシリカfilm における気body transmission phenomenon を molecular dynamics シミュレーションにより reappearance することをpurpose として, the permeability characteristics of the membrane, the dynamic characteristics of the atoms constituting the membrane, and the influence of the pore size distribution of the membrane. Appropriateness evaluation of リカポリマーネットワーク片モデルの価とポテンシャルパラメータのOptimal molecule membrane permeability and dynamic characteristics molecule シミュレーションでappearanceできているかがimportantであり,これは, Membrane structureラメータをどのようにSET するかに大きくleft される.アモルファスシリカカ Regulations する3-body ポテンシャルパラメータのイを剉化させてkinetic diameter distribution number およびシリカ片を constitute the acid element atoms のaverage square dimensional position を calculation した results, the equilibrium position of the atom, すなわちアモルファスstructuralをmaintenanceしたままでシリカネットワーであることがわかった.またTemperature dependence of the hydrogen permeation rate means activation and activation of atoms that constitute the membrane, suppression of movement of atoms in the membrane, and suppression of the situation. 2. Multi-component Evaluation of the adequacy of the structure and structure of fine porous membranes and the permeability of membrane permeable membranes, and the dependence of the pore size distribution and atomic density of the porous membrane, When the density increases, the average pore size decreases, and when the density is above 1.8g/ml, the pores at the particle boundaries disappear, and He passes through Temperature dependence of speed, density and environment, Knudsen's permeability and activation tendency, 1.8g/ml membrane The permeation speed of the H_2 separation membrane in the CO_2 separation membrane is close to that of the H_2 separation membrane, and the H_2 separation membrane is smaller than the activated membrane.さかったことから, H_2 separation membrane のシリカネットワークphase High-density high-density high-density high-density pores between particles CO_2 transmits through the filter material with a density of 1.8g/ml and a film with a density of 1.8g/ml. The transmission rate of CO_2 increases with CO_2. _2 Separation membrane における気 permeation speed データにフィッティングしたところ, およそ18nm square に1 cut pores between particles The existence of することが说され, これは, 実 is used when making the シリカ film Use the したコロイド particle サイズを to consider the すると appropriate な result であった.

项目成果

超微細孔子を有する無機膜における気体透過特性-アモルファスシリカを用いた実験的検討と非平衡分子動力学法による計算機シミュレーション-

超细孔无机膜的气体渗透特性 - 使用无定形二氧化硅的实验研究和使用非平衡分子动力学方法的计算机模拟 -

• 发表时间: 2005
• 期刊: 膜 MEMBRANE 30・4
• 作者: Yasuhiro Shiraishi;et al.;Tomohisa Yoshioka;吉岡 朋久;吉岡 朋久;吉岡 朋久
• 通讯作者: 吉岡 朋久

分子動力学シミュレーションを用いた多孔性シリカ膜における凝縮性/非凝縮性混合気体透過特性の検討

利用分子动力学模拟研究多孔二氧化硅膜中可冷凝/不可冷凝混合气体的渗透特性

• 发表时间: 2006
• 期刊: 化学工学論文集 32・1
• 作者: Yasuhiro Shiraishi;et al.;Tomohisa Yoshioka;吉岡 朋久;吉岡 朋久
• 通讯作者: 吉岡 朋久

分子シミュレーションによる微細孔無機膜における気体透過・分離機構の解明

利用分子模拟阐明微孔无机膜的气体渗透和分离机制

• 发表时间: 2007
• 期刊: 膜 MEMBRANE 32・2
• 作者: Yasuhiro Shiraishi;et al.;Tomohisa Yoshioka;吉岡 朋久
• 通讯作者: 吉岡 朋久

A molecular dynamics simulation of pressure-driven gas permeation in a micropore potential field on silica membranes

• DOI: 10.1016/j.memsci.2007.01.039
• 发表时间: 2007-04-20
• 期刊: JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE
• 影响因子: 9.5
• 作者: Yoshioka, Tomohisa;Asaeda, Masashi;Tsuru, Toshinori
• 通讯作者: Tsuru, Toshinori