構造を制御した多孔性膜におけるナノ制限空間ダイナミクスと高度分離システムへの応用

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本研究では,ナノ〜サブナノ細孔における液相系の透過機構の解明と高度分離システムへの応用を目的とし,以下を具体的な研究実績とする。(1)細孔構造および表面特性を制御したナノ多孔性膜の作製これまでに製膜実績のあるSiO_2,TiO_2を用いて,ゾルーゲル法により平均細孔径0.5nm〜5nmを有する多孔膜の作製を行った。有機無機ハイブリッド膜は,セラミック多孔膜をまず作製した後にシランカップリング剤を用いて細孔内表面の疎水化を行うpost-modification法と,疎水基を有するアルコキシドを用い疎水ゾルを調製するin-situ法によった。特に,今年度はTEOSとMTESを用いる疎水ゾル(Me-SiO2)ゾルの調製条件を詳細に検討し,濃度およびTEOS/MTES比により,1nmまでの疎水性細孔制御に成功した。(2)ナノ多孔性膜および膜材料の特性評価膜細孔径のナノ細孔評価として,ナノパームポロメトリー法を用い0.5〜50nmの細孔径を測定した。コーティング膜の各種溶媒の接触角を測定することで,Me-SO2の臨界表面自由エネルギーは35-20J/m^2であり,ヘキサンでは完全濡れが期待できること,従って水とヘキサンでのナノパームポロメトリー測定を行なうことで,ナノ細孔の親疎水性を定量的に評価できることを明らかとした。(3)透過性評価と分離システムへの応用:ナノ制限空間のダイナミクスヘキサン溶媒中の微量水分の影響について検討した結果,水分濃度にかかわらずMeSiO2膜は安定した透過流束を示した。また,平均細孔径1.7nmのMe-SiO2膜のアルカン溶質の阻止特性を評価した結果,極めて滝透過性を示すと共に,分画分子量1000程度であることを明らかとした。