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

点击翻译按钮获取中文摘要

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。