二酸化炭素排出ゼロ社会を志向した吸着分離用新奇金属有機骨格体の開発

开发新型吸附分离金属有机骨架，实现二氧化碳零排放社会

• 批准号: 22K12476
• 负责人: 岡田 昌樹
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Nihon University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K12476/
• 关键词: 微細気泡; 気液界面反応場; 金属有機骨格体; 二酸化炭素; 吸着分離; 細孔構造制御

当該研究課題は二酸化炭素の吸着／分離材料として金属有機骨格体（MOF）を用いることを視野に，新規合成手法を開発することを目的としている。具体的にはMOFの合成過程で微細気泡の導入を行い，微細気泡表面（気液界面）という局所反応場を活用することでMOF自体が有するミクロ構造と微細気泡が鋳型として機能して形成されるマクロ構造を同時に有する材料の製造を目指す。2022年度は現有の微細気泡発生装置を組込んだMOF合成装置の製作ならびに操作条件の最適化を行うことを計画した。現有の微細気泡発生装置では気泡を発生させる対象溶液の体積が大きいため，反応場に微細気泡を直接導入するのではなく，予め微細気泡を含んだ溶液を溶媒として用いて合成を行う方式に計画変更した。一方，合成反応場に直接微細気泡を導入することをねらい，小規模（100 mL程度）の溶液に対して微細気泡を導入できる加圧溶解式での微細気泡発生装置の設計ならびに試作を行った。現段階では試作機を用いてイオン交換水への微細気泡の導入を行っており，気体の溶解圧力ならびに圧力解放の条件などに注目し，それらが気泡の気泡サイズに与える影響を評価している。当該装置の開発は本実験系で使用する反応装置の制作において不可欠である。また，開発を進める小型微細気泡発生装置は合成反応場への微細気泡の導入を考える様々な実験系への適用が可能であり，工学分野での微細気泡の利用ならびに新たな反応・分離プロセスの開発に寄与すると考える。また合成を目指すMOFとして，二酸化炭素吸着特性に優れるとの報告があるN,N′-dimethylethylenediamineで修飾したMOF-74（mmen-Mg2(dobpdc)）ならびにゼオライト様のMOFとして工学的な利用が注目されているZIF-8を選択し，合成条件の検討や微細気泡を導入していない系でのMOFの試作を行っている。

研究主题旨在开发新的合成方法，以使用金属有机框架（MOF）作为二氧化碳的吸附/分离材料。具体而言，通过在MOF的合成过程中引入细气泡，我们旨在制造同时具有MOF本身的微观结构的材料和一个宏观结构，其中通过使用称为微泡表面（气体 - 液体界面）的局部反应场来形成精细的气泡，从而形成细气泡。在2022财年，该公司计划制造MOF合成设备，该设备结合了现有的细胞生成设备并优化操作条件。当前的细气泡生成设备具有产生气泡的大量目标解决方案，因此，该计划不用直接将细气泡直接引入反应场，而是将其更改为一种方法，其中包含精美气泡的解决方案被用作合成它们的溶剂。另一方面，为了将细气泡直接引入合成反应场，我们设计和生产了一个加压熔化型的Microbub生成设备，该设备可以将细气泡引入小规模（约100 mL）溶液。在此阶段，使用原型将细气泡引入离子交换的水中，我们专注于气体的溶解压力和释放压力的条件，并评估这些压力对气泡气泡大小的影响。该设备的开发对于生产该实验系统中使用的反应器至关重要。此外，考虑到将细气泡引入合成反应场的各种实验系统可以应用于各种实验系统，并将有助于在工程场中使用细气泡以及新的反应和分离过程。此外，作为针对合成的MOF，我们选择了用N，N，N'-二甲基乙二胺修饰的MOF-74（MMEN-MG2（DOBPDC））），据报道，据报道，据报道，二氧化碳吸附碳吸附性能优异针对未引入细气泡的系统中的MOF进行了原型。