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酸分離用シリカ系逆浸透膜の開発

酸分离用二氧化硅反渗透膜的研制

基本信息

批准号：
17J11106
负责人：
池田歩
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Shibaura Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J11106/
关键词：
シリカ膜逆浸透膜化学蒸着法細孔径制御

项目摘要

本研究は、シリカ系膜の気体および液体透過性を評価し、酢酸の逆浸透分離への応用を目指した。具体的には、(1)異なるシリカプリカーサーで作製したシリカ系膜の気体透過性と細孔評価、(2)中性分子および荷電分子の液体透過性、(3)酢酸逆浸透分離を検討した。異なる有機置換基をもつ7種類のシリカプリカーサーを用い、化学蒸着法でシリカ系膜を作製した。これらのシリカプリカーサーは、有機置換基の種類により、アルキル基グループ、フェニル基グループ、アミノアルキル基グループと3つに分類した。シリカプリカーサーの加水分解粉末の熱重量測定から、各温度での有機置換基の残存量を推定し、各蒸着温度で作製したシリカ系膜の細孔径は、3種類の無機ガスの気体透過性から算出した。これより、有機置換基が減少する温度域で、シリカ系膜の細孔径が大きくなる傾向が示された。大きなフェニル基グループやアミノアルキル基グループのシリカプリカーサーは、最大細孔径が0.6nmよりも大きな膜を得られるため、液体透過性の高い逆浸透膜の開発に適していることを明らかにした。フェニル基をもつシリカ系膜の中性分子と荷電分子の液体透過性を評価したところ、分子量46-972の間で、荷電分子阻止率は中性分子阻止率よりも5-20%高いことがわかった。さらに価数の大きな陰イオンほど阻止率が高いことから、膜表面荷電が分離に影響を与えていることを示した。また細孔径0.9nmに近い大きさのMg2+（0.86nm）をもつ荷電分子は、阻止率が最大となり、分子ふるい機構での分離が示唆された。酢酸逆浸透分離試験は、アミノアルキル基をもつアミノプロピルメチルジエトキシシランを300℃で蒸着させた膜を用いて行った。酢酸阻止率は20%であった。電離度の低い酢酸は、膜表面との静電的相互作用よりも分子ふるい機構による分離が支配的であることがわかった。

This study aims to evaluate the gas and liquid permeability of membrane and the application of reverse osmosis separation of acetic acid. Specific aspects are: (1) gas permeability and pore evaluation of heterogeneous systems;(2) liquid permeability of neutral molecules and charged molecules; and (3) reverse osmosis separation of acetic acid. Organic substitution groups are used in the preparation of films by chemical evaporation. This is the first time that a person has ever been involved in a crime. The thermal gravimetric measurement of the hydrated powder of the solution, the estimation of the residual amount of the organic substitution group at each temperature, the calculation of the fine pore size of the solution system at each evaporation temperature, and the calculation of the gas permeability of the three kinds of inorganic substances were carried out. The organic substitution group decreases in temperature range, and the pore size of the membrane increases. The maximum pore size of the large membrane is 0.6 nm. The high permeability reverse osmosis membrane is developed in the future. The liquid permeability of neutral molecules and charged molecules in the film is evaluated. The molecular weight is 46-972. The charged molecular rejection rate is 5-20%. The effect of membrane surface charge on separation is shown in the figure below. The pore size of Mg2 +(0.86 nm) is 0.9 nm, and the separation of charged molecules is shown by the maximum rejection rate and molecular structure. Acid reverse osmosis separation test, loss of oil base, loss of oil base The acid rejection rate is 20%. Low ionization, electrostatic interaction on the surface of the membrane, molecular mechanisms, and separation