コアシェル型オルガノシリカナノファイバーの創製と一次元構造を利用した超薄膜製膜

利用一维结构制备核壳型有机二氧化硅纳米纤维并形成超薄膜

• 批准号: 22K18922
• 负责人: 都留 稔了
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18922/
• 关键词: セルロースナノファイバー; 分離膜; 水蒸気透過; 蒸気透過; 膜分離; ナノファイバー; 一次元構造

典型的な多孔質セラミック膜は，多孔質支持体の上に粒子層，中間層および分離層からなる多層構造を有するため，製膜プロセスは極めて複雑になっているだけでなく，各層の透過抵抗も無視できない。本研究ではセルロースナノファイバー（CNF）の一次元構造体を利用した薄膜コーティングを提案する。さらに，ナノファイバー（NF）表面に存在する各種官能基（水酸基，カルボキシル基など）をシリカ前駆体であるアルコキシシランとの脱水縮合や金属イオン配位などを利用して，コアシェル型NFゾルを形成する。いずれのNFも直径数nm程度，長さ数100nmのアスペクト比100以上を有するため，多孔質支持体あるいは粒子層に直接コーティングすることで超薄膜製膜できる可能性があり，従来の製膜概念を大きく変える画期的製膜法となりうる。2022年度は，高分子多孔質支持体として市販セルロースアセテート精密ろ過膜（CA，推算細孔径 0.2μm）を用い，CNFをキャスト法により，CNF/CA複合膜が製膜可能であることを明らかとした。さらに，80℃飽和水蒸気/窒素において経時変化を測定した結果，8h以上にわたって水蒸気透過率1.6×10-6 mol/(m2・s・Pa)，窒素透過率3.3×10-9 mol/(m2・s・Pa)を安定して示し，さらに透過率比は490と優れた水蒸気選択透過性を示した。このことから，CNF膜が長期間安定して水蒸気を選択的に透過させることが可能であることが明らかとなった。さらに，供給湿度に対する水蒸気および窒素の透過率についても検討し，80%以上の高湿度域において水蒸気透過率は1.0×10-6 mol/(m2・s・Pa)以上の値を示した。一方で，湿度の低下とともに水蒸気透過率は低下し，30%以下では2.0×10-7 mol/(m2・s・Pa)程度を示すことも明らかとなった。

Typical な porous セ ラ ミ ッ は ク membrane, porous support body の に particle layer, middle layer お よ び separation layer か ら な る を multilayer structure have す る た め, membrane プ ロ セ ス は extremely め て complex 雑 に な っ て い る だ け で な く, each layer の through resistance も ignore で き な い. This study で は セ ル ロ ー ス ナ ノ フ ァ イ バ ー (CNF) の a yuan constructs を using し た film コ ー テ ィ ン グ を proposal す る. さ ら に, ナ ノ フ ァ イ バ ー (NF) surface に す る various faculties base (water acid radical, カ ル ボ キ シ ル base な ど) を シ リ カ 駆 body before で あ る ア ル コ キ シ シ ラ ン と の dehydration condensation や metal イ オ ン ligand な ど を using し て, コ ア シ ェ ル type NF ゾ ル を form す る. い ず れ の NF も several nm diameter, long さ number 100 nm の ア ス ペ ク ト than more than 100 を す る た め, porous support body あ る い は に particle layer directly コ ー テ ィ ン グ す る こ と で ultrathin membrane the membrane で き る possibility が あ り, 従 の the membrane concept を big き く - え る painting of the membrane method と な り う る. 2022 annual は, polymer porous support body と し て in vendor セ ル ロ ー ス ア セ テ ー ト precision ろ through membrane (CA, calculate aperture 0.2 microns) を い, CNF を キ ャ ス ト method に よ り, CNF が / CA composite membrane the membrane may で あ る こ と を Ming ら か と し た. さ ら に, 80 ℃ saturated steam 気 / smothering element に お い て variations change を to determine when 経 し た as a result, more than 8 h に わ た っ て water steam 気 transmittance 1.6 x 10-6 mol/(m2 · s · Pa), smothering element transmittance 3.3 x 10 to 9 mol/(m2 · s · Pa) を settle し て し, The さらに transmittance is superior to と 490と. Youdaoplaceholder2 water vapor selection 択 transmittance を shows た た. こ の こ と か ら, CNF membrane が long-term stability between し て water steam 気 を sentaku に through さ せ る こ と が may で あ る こ と が Ming ら か と な っ た. さ ら に, supply moisture に す seaborne る water steam 気 お よ び smothering element の transmittance に つ い て も 検 for し, more than 80% の high humidity domain に お い て water steam 気 transmittance は 1.0 x 10-6 mol/(m2 · s · Pa) on the above の numerical を shown し た. One party で, low humidity の と と も に water steam 気 low transmittance は し, below 30% で は 2.0 x 10-7 mol/(m2 · s · Pa) degree を shown す こ と も Ming ら か と な っ た.

项目成果

Subnano-tuning of amorphous Silicon-based membranes for improved performance: Fabrication, characterization, and application to gas and liquid phase

非晶硅基膜的亚纳米调谐以提高性能：制造、表征以及在气相和液相中的应用

• 发表时间: 2022
• 作者: Hayashi Keita;Sugimura Haruna;Kamei Toshiyuki;Shimanouchi Toshinori;Nakamura Hidemi;Umakoshi Hiroshi;高橋拓海，松井康哲，加納雅也，本田清将，大垣拓也，太田英輔，池田浩;Toshinori Tsuru
• 通讯作者: Toshinori Tsuru

アモルファス構造を有するシリコン系膜のサブナノ細孔制御と分離プロセスへの展開

非晶结构硅基膜的亚纳米孔控制及其在分离过程中的应用

• 发表时间: 2022
• 作者: H. Toda;M. Yamaguchi;T. Tsuru;K. Shimizu;K. Hirayama;K. Ebihara;K. Matsuda;都留稔了
• 通讯作者: 都留稔了