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。

A typical porous membrane has a multilayer structure consisting of an upper particle layer, an intermediate layer, and a separation layer on the porous support, and the transmission resistance of each layer is ignored. In this study, we propose a method for the utilization of thin film structures in one-dimensional structures (CNF). In addition, various functional groups (water acid group, hydroxyl group) existing on the surface of NF can be used to form NF-type NF-type precursors, such as dehydration condensation and metal coordination. The diameter of NF film is several nm, the length is 100nm, and the ratio is more than 100. The porous support is directly connected to the particle layer. The possibility of ultra-thin film formation is discussed. The concept of film formation is discussed in detail. In 2022, polymer porous support was used for precision membrane (CA, estimated pore size 0.2μm), CNF was used for membrane preparation, and CNF/CA composite membrane was possible. The results showed that the water vapor transmission rate was 1.6×10-6 mol/(m2·s·Pa) and the oxygen transmission rate was 3.3×10-9 mol/(m2·s·Pa). The CNF film is stable for a long time. In addition, the transmission rate of water vapor and oxygen in the supply humidity range is higher than 80%, and the transmission rate of water vapor in the high humidity range is higher than 1.0×10-6 mol/(m2·s·Pa). On the one hand, humidity is low and water vapor transmittance is low, below 30%, to the extent of 2.0×10-7 mol/(m2·s·Pa).

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