ゾル-ゲル法によるシリカ系多孔膜の細孔構造制御

大学院工学研究科 金指 正言 准教授産業分類 : 製造業

アピールポイント

 ● 分子ふるい性を有するシリカ膜の薄膜製膜により高透過性分離膜を開発
 ● 有機無機ハイブリッドやイオンドープによりサブナノからナノレベルまで細孔径を幅広く制御可能
 ● ガス分離や浸透気化分離,逆浸透,ナノろ過など様々な分離プロセスへの応用が可能

アピールポイント

 ● 分子ふるい性を有するシリカ膜の薄膜製膜により高透過性分離膜を開発
 ● 有機無機ハイブリッドやイオンドープによりサブナノからナノレベルまで細孔径を幅広く制御可能
 ● ガス分離や浸透気化分離,逆浸透,ナノろ過など様々な分離プロセスへの応用が可能

研究者のねらい

シリカ系多孔膜は,アモルファスシリカの三次元的なネットワーク構造の間隙から成る微細孔を持ち,透過分子の分子サイズの違いを利用して分離を行う分子ふるい膜である.シリカ系分離膜は製膜条件により細孔構造を幅広く制御可能であることから,ガス分離をはじめとする様々な分離プロセスへの応用が可能である.我々は,ゾル-ゲル法を基盤技術として,有機無機ハイブリッド化やイオンドープによるシリカネットワーク構造制御法を構築し,細孔径制御や親和性付与による高透過選択性シリカ系分離膜の開発に取り組んでいる.

研究内容

アモルファスシリカ膜の細孔径は0.3 nm程度で,水素分離に好適である.一方で,分子サイズの大きい分子同士の分離には,細孔径をより大きく制御することが求められる.我々はSi原子間に有機架橋基を導入することでシリカネットワークサイズを制御するスペーサー法や,シリカネットワークにアニオンであるフッ素を導入してSi-O-Si結合角を制御するアニオンドープ法を開発した.また,シリカの立方体構造を基本骨格とする化合物を用いて,よりルースなネットワーク構造を得る手法も開発した.これらのネットワーク制御技術を駆使して,サブナノレベルからなレベルまでの広範な細孔径制御を実現することで様々な分離プロセスで高透過選択性を示すシリカ系分離膜の開発に成功。

備考

【論文】 Kanezashi M, Kawano M, Yoshioka T, Tsuru T: Ind. Eng. Chem. Res., 51: 944-953, 2012. Kanezashi M, Shioda T, Gunji T, Tsuru T: AIChE J., 58: 1733-1743, 2012. Kanezashi M, Yoneda Y, Nagasawa H, Yamamoto K, Ohshita J, Tsuru T: AIChE J., 63: 4491-4498, 2017.
【知財】 特許第5900959, 特許第6474583
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広島大学産学・地域連携推進部 (techrd@hiroshima-u.ac.jp)
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