2014年9月10日
Easan Sivaniah 物質－細胞統合システム拠点 （iCeMS）准教授の研究グループは、マイクロポーラスポリマー（PIM）と呼ばれる材料に特殊な熱処理を施し架橋構造を形成することで、世界最高性能のガス分離膜材料を作成することに成功しました。このガス分離膜（TOX-PIM1）は、従来用いられているガス分離ポリマー膜に比べて、ガス透過速度が約100倍（図参照）、ガス選択分離度も約2倍という極めて優れた性能を示しました。
本研究成果は、英国時間9月4日午前10時（日本時間18時）に英国オンライン科学誌「Nature Communications」で公開されました。
研究者からのコメント
左から櫻井研人 エネルギー科学研究科修士課程学生、Sivaniah准教授
今回の研究で、持続的な环境の実现に役立つポリマー材料の精製方法を确立しました。私たちが作ったガス分离膜は安価で耐久性が高く、従来の膜に比べ1000分の1にまで二酸化炭素捕捉コストを削减できます。将来的には公司と连携し、技术を実用化につなげて行けたらと考えています。
概要
日本のエネルギー政策は、东日本大震灾における福岛原子力発电所の事故を机に、原子力発电から火力発电へと大きくシフトしました。しかし、火力発电は化石燃料を使用しているため、温暖化の原因となる二酸化炭素排出量の増加が大きな问题となっています。このため、火力発电所をはじめとする固定排出源における有効な二酸化炭素分离回収技术の开発は、必要不可欠なものになっています。二酸化炭素を分离回収する际には、排気ガスに含まれる二酸化炭素と窒素をほぼ100％分离しなければなりませんが、现行行われているアミンによる分离方法は分离回収に大量のエネルギーがかかるため、二酸化炭素を回収しながら二酸化炭素を排出するというジレンマがあります。
これに代わるものとして注目を浴びているのが、膜分离技术です。しかし、现在実用化されているガス分离膜は、ガス透过速度と选択分离率が低いため実用化には至ってはいません。実用化にはガス分离膜の性能を激的に上げることが喫紧の课题となっています。
そこで本研究では、笔滨惭1の表面にエーテル结合による架桥构造をもつ薄膜を作成し、砂时计型分子ふるいの入口に当たる部分に、さらなる分离层を作成することでガス选択分离率の向上を试みました。
热処理の际に、温度だけでなく空気中の酸素组成と圧力を制御した结果、酸素量の可変により架桥密度や厚さを自在にコントロールできることを発见しました。これにより、膜はガス透过速度を损なうことなく、ガス选択率を制御でき、颁翱2分离、翱2分离、贬2分离に非常に优れた性能を示しました。また、この共有结合层は、笔滨惭1にゼオライト型の惭翱贵（多孔性配位高分子）やシリカなどを复合させた复合膜にも作成することが可能であり、ガス选択分离率をさらに上昇させることに成功しました。さらに、この架桥构造を持つマイクロポーラスポリマー膜は热力学的にも非常に安定であり、またさまざまな有机溶媒に対しても耐性があるため、幅広い応用が期待されます。
図：笔滨惭1分离膜（左）と従来用いられているガス分离ポリマーとのガス透过分离速度を比较した様子
笔滨惭1を透过したガスの风船は、従来の膜に比べてガス透过分离速度が圧倒的に速く、大きく膨らんでいることがわかる。
详しい研究内容について
书誌情报
[DOI]
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Qilei Song, Shuai Cao, Robyn H. Pritchard, Behnam Ghalei, Shaheen A. Al-Muhtaseb, Eugene M. Terentjev, Anthony K. Cheetham & Easan Sivaniah
"Controlled thermal oxidative crosslinking of polymers of intrinsic microporosity towards tunable molecular sieve membranes"
Nature Communications 5, Article number: 4813 Published 04 September 2014
掲载情报
- 京都新聞（9月11日 27面）および日刊工業新聞（9月11日 17面）に掲載されました。
