溶液化学に基づいた新規高強度イオンゲル膜の開発とその二酸化炭素分離膜への展開

基于溶液化学的新型高强度离子凝胶膜的研制及其在二氧化碳分离膜中的应用

• 批准号: 15J07946
• 负责人: 橋本 慧
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J07946/
• 关键词: 二酸化炭素分離膜; イオン液体; 高強度イオンゲル

イオン液体(IL)はその構造を自由にデザインでき、様々な溶解特性を付与することができる化学的・熱的安定性に優れた溶媒である。近年、CO2吸収選択性を示すILを固定化し、分離膜として応用する研究が注目されている。しかしながら、その支持体には高強度かつILの特性を妨げない材料が必要となる。そこで本研究では、ILを溶媒とした高強度イオンゲルを作成し、CO2分離膜として応用することを目的とした。その実現のために、四分岐高分子をゲル化させることによって得られるTetra-PEGゲルを用いた。Tetra-PEGゲルは低高分子濃度でも高強度を示し、IL中でゲル化することで、高い力学強度を示す分離膜が作成されることが期待される。しかしながら、IL中におけるTetra-PEG網目の作成には、1.ゲル化時間が早く、製膜に十分な時間がない、2.力学強度が水を溶媒としたゲルに劣る、という問題点があった。申請者は溶媒であるILに類似構造のプロトン性IL及びその共役塩基を加えることにより、IL中で緩衝能を発現させることに成功した。この緩衝溶液を用いて、UV吸光度測定から結合の定量を行い、反応速度定数の温度依存性実験から反応機構を考察した。反応制御を行った系では水系と同様のゲル化機構を示すことが判明した。この反応制御法を利用することで1.ゲル化時間の制御、2.力学強度の向上に成功し、厚さ100μ以下の高強度イオンゲル膜の創成に成功した。Tetra-PEG網目を利用したイオンゲル膜のCO2吸収・分離特性を調べたところ、100℃までの温度下、5MPaまでの加圧化において分解せず、その分離・吸収特性は純粋ILとほぼ同じであることが明らかとなった。当初の予定通り、Tetra-PEGゲルを利用したCO2分離膜の創成に成功し、ILの性質を損なわない支持体の開発に成功したと結論付けた。

The structure of the liquid (IL) is free, the solubility is excellent, the chemical stability is excellent, and the solvent is excellent. In recent years, CO2 adsorption selectivity of IL immobilization, separation membrane and application of research has attracted much attention The material is necessary for high strength, high strength, and high performance of the support. The purpose of this study is to create a CO2 separation membrane. In addition, the tetra-PEG polymer can also be used as a catalyst. Tetra-PEG is expected to produce separation membranes with high mechanical strength due to low polymer concentration and high mechanical strength due to low molecular weight. 1. The time of formation of tetra-PEG mesh is very early, the time of film formation is very early, 2. The mechanical strength is poor, and the solvent is poor. The applicant has successfully developed a buffer capacity in the solvent and similar structures in the IL and the common service base. The buffer solution was used, the UV absorbance was determined, the binding was quantified, the temperature dependence of the reaction velocity was determined, and the reaction mechanism was investigated. The water system is the same as the water system, and the water system is different from the water system. The application of this control method includes: 1. control of chemical time; 2. success of mechanical strength; and success of high strength film formation with thickness less than 100μ. CO2 absorption and separation characteristics of Tetra-PEG mesh membrane are adjusted at 100℃ and 5MPa. In this paper, we discuss how to use Tetra-PEG to create CO2 separation membrane and how to develop IL support.

项目成果

Microscopic Solvation Structure of Glucose in 1-Ethyl-3-methylimidazolium Methylphosphonate Ionic Liquid

1-乙基-3-甲基咪唑甲基膦酸离子液体中葡萄糖的微观溶剂化结构

• DOI: 10.1021/acs.jpcb.5b00724
• 发表时间: 2015
• 期刊: J. Phys. Chem. B
• 影响因子: 3.3
• 作者: K. Hirosawa;K. Fujii *;K. Hashimoto;Y. Umebayashi;and M. Shibayama.
• 通讯作者: and M. Shibayama.

イオン液体中で発現するpH緩衝効果に基づく 均一高分子網目イオンゲルのゲル化反応制御

基于离子液体pH缓冲效应的均相聚合物网络离子凝胶凝胶反应控制

• 发表时间: 2016
• 作者: K. Hirosawa;K. Fujii *;K. Hashimoto;Y. Umebayashi;and M. Shibayama.;橋本慧
• 通讯作者: 橋本慧

高分子均一網目を用いた高強度イオンゲル薄膜の開発と二酸化炭素分離膜への応用

利用均匀聚合物网络的高强度离子凝胶薄膜的开发及其在二氧化碳分离膜中的应用

• 发表时间: 2015
• 作者: 橋本慧;藤井健太;牧野貴至;酒井崇匡;柴山充弘
• 通讯作者: 柴山充弘

イオン液体中における多分岐高分子ゲル化反応の制御とその物性評価

离子液体中超支化聚合物凝胶反应的控制及其物理性能评价

• 发表时间: 2015
• 作者: 橋本 慧;藤井健太;酒井崇匡;柴山充弘
• 通讯作者: 柴山充弘

High-toughness ion gel with controlled polymer network

具有受控聚合物网络的高韧性离子凝胶

• 发表时间: 2015
• 作者: 橋本慧;藤井健太;柴山充弘
• 通讯作者: 柴山充弘