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。

When this research topic focuses on the use of adsorption/separation materials for diacidified carbon and metal-organic frameworks (MOFs), it aims to develop new synthetic methods. Specific to the MOF synthesis process is the introduction of fine bubbles, fine bubble surface (gas-liquid interface) and the use of local reaction field, so that the MOF itself has a good structure and fine bubbles, a good function, a good structure and a good material production. 2022 - 2023: The current microbubble generation device assembly, MOF synthesis device fabrication, and optimization of operating conditions The volume of the image solution generated by the existing microbubble generation device is large, and the microbubble is directly introduced into the reaction field. The microbubble generation device is planned to be improved by using the solvent. On the other hand, the design and trial operation of the microbubble generation device for the solution of small scale (about 100 mL) for the direct introduction of microbubbles in synthetic reaction field were carried out. At present, the introduction of fine gas bubbles in the exchange of water in the test machine is carried out, and the conditions for the dissolution pressure and pressure release of the gas are paid attention to, and the influence of the gas bubbles on the gas bubbles is evaluated. When the device is developed and used, the manufacturing process of the device cannot be delayed. In addition, the development of a small microbubble generator for the introduction of microbubbles in synthetic reaction fields is possible, and the application of microbubbles in engineering separation is discussed. The synthesis of MOF and the optimization of adsorption properties of diacidified carbon were reported. The N,N′-dimethylenediamine modified MOF-74 (mmen-Mg2 (doppdc)) was used to select ZIF-8, and the synthesis conditions were discussed. The introduction of fine bubbles into MOF was also discussed.