高分子膜を用いた気体分離過程の分子論的解明
【研究キーワード】
高分子気体分離膜 / 有機・無機ハイブリッド膜 / 固有微細孔性高分子 / シリカ / 二酸化炭素 / 溶解度係数 / 拡散係数 / 分子シミュレーション / 分子動力学シミュレーション / モンテカルロシミュレーション / 溶解・拡散モデル / 溶解・拡散機構
【研究成果の概要】
本研究では，分子シミュレーションを用いて，高分子気体分離膜内における気体の溶解・拡散過程を解析した．具体的には，固有微細孔性高分子の一つであるPIM-1と，PIM-1/シリカから成る有機・無機ハイブリッド膜を対象とし，膜内における二酸化炭素，メタン，窒素の溶解・拡散挙動を解析した．その結果，PIM-1/シリカ界面近傍に多くの気体分子が溶解し，溶解度係数が増加することが分かった．また，シリカが存在することで，分子鎖のパッキングが阻害され，メタン・窒素の拡散係数は増加する一方，シリカ表面のヒドロキシ基の影響で，二酸化炭素の拡散係数は低下することが分かった．
【研究の社会的意義】
有機・無機ハイブリッド膜は，二酸化炭素の高透過性・高選択性を両立できる気体分離膜として，大きな注目を集めている．有機・無機ハイブリッド膜では，ポリマーと無機粒子の界面近傍における気体の溶解・拡散挙動が分離性能に大きな影響を与えるが，界面近傍の現象を実験的に詳細に捉えるのは容易ではない．本研究では，分子シミュレーションを用いることで，固有微細孔性高分子/シリカ界面における気体の溶解・拡散挙動を解明することに成功した．本研究成果は，有機/無機界面系における気体の溶解・拡散過程に関する基礎的知見を与えるものであり，種々の有機・無機ハイブリッド膜の解析に応用できるものと期待される．
【研究代表者】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2022-03-31
【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)