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芝浦工業大学 工学部 応用化学科 分離システム工学 研究室
当研究室では、無機素材を利用して分離膜を開発し、右図のように、高温でのガス分離や有機物分離、二酸化炭素、酸素分離から水処理まで、幅広いアプリケーションへの適用を狙っています。
取り扱う素材は、金属、シリカ、ゼオライトなど多岐にわたり、それらの組み合わせや表面処理などにより、新規な膜性能を発現させることを目標としています。
そのため、分子レベルの拡散や反応を制御する技術開発を、日々、行っております。
概略は以下を参照ください。
詳細は、野村までコンタクトいただければと思います。 |
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シリカは水素を選択的に拡散する性質があります。ここでは、シリカを均質に蒸着する方法として、対向拡散CVD法（右図）を用いています。
対向拡散CVD法は、2種の反応種を基材の両側より供給する方法です。蒸着したシリカにより原料の拡散が制御されるので、均質な処理が可能です。
この方法で、600℃にて水素透過係数が10-7 mol m-2 s-1 Pa-1、水素／窒素透過係数比が1000以上の高い透過性と選択性をあわせもつ膜の開発に成功しました。
詳細は以下の論文を参照ください。
M. Nomura et al., J. Membr. Sci., 251(1-2), 151-158 (2005) |
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上記の様に、対向拡散CVD法にて均質なシリカ膜が製膜できます。
しかし、水素の分子サイズは小さいため、炭化水素などを分離するには、ほんの少しだけ細孔径を大きくしなければなりません。
ここでは、シリカ源にアルキル基を導入し、シリカ蒸着後にそのアルキル基部分が分解する性質を利用して細孔径の制御を行っています。
その結果、300℃程度でプロパン/プロピレンを分離できる膜の開発に成功しました。
今後は、制御技術を検討し、酸素分離や芳香族分離などへの応用を検討しています。
詳細は以下の論文を参照ください。
M. Nomura et al., J. Chem. Eng. Jpn., 40(13), 1235-1241 (2007) |
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高温で二酸化炭素を選択的に分離できれば、燃焼を伴う反応系へ適用することで、熱効率を向上させることができます。
ここでは、二酸化炭素吸収セラミックを薄膜化し、600℃程度の高温での二酸化炭素分離を狙っています。
詳細は以下の学会要旨を参照ください。
野村幹弘ら，化学工学会第41回秋季大会，U205， (2009) |
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ゼオライト結晶は、数Å程度の分子と同じ程度の細孔をもつことより、分子の大きさで分離を行う分子ふるい能があります。
このゼオライト多結晶膜の分子ふるい能を有効に活用するためには、結晶間の間隙を閉塞する必要があります。
ここでは、対向拡散CVD法で、シリカ源としてゼオライト細孔より大きな分子を用いることで、結晶間の間隙のみを閉塞させることに成功しました。
詳細は以下の論文を参照ください。
M. Nomura et al., Ind. Eng. Chem. Res., 36 (10), 4217-4223 (1997) |
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上記の様に、ゼオライトの結晶間隙に閉塞は重要な課題です。
ここでは、ゼオライト結晶中の有機物と結晶間隙の有機物の焼成温度の違いを利用した処理方法を提案しております。
具体的には、350℃焼成ではゼオライトの結晶間隙のみの有機物が除去できます。この膜を処理すれば、ゼオライト細孔は有機物で閉塞されているので、結晶間隙のみを閉塞することができます。
詳細は以下の学会要旨を参照ください。
横田晃治，野村幹弘，第12回 化学工学会学生発表会東京大会，D27，(2010)，芝浦工業大学 |
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膜分離法は、省エネルギーな分離方法であり分離方法であり、水処理などで応用されています。
しかし、小さな微量有機溶媒と大きな菌体を同時に除去するためには、非常に小さな細孔をもつ膜を用いる必要があり、効率が悪くなります。そのため、現状では、菌体を取り除く膜と有機溶媒を取り除く膜の2種が必要となります。
ここでは、右図のように吸着と膜分離を組み合わせた膜を開発することで、効率的に菌体と有機溶媒を取り除く膜を開発しています。
詳細は以下の論文を参照ください。
野村幹弘，内田広海，化学工学論文集，35(1),122-126 (2009)
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Pd系の金属膜は、緻密な薄膜を作製することで、100%の水素を得ることができます。
そのため、Pd系の金属膜では、水素の透過流束の向上が重要な研究開発課題になっています。
多くの研究グループは、透過流束の向上のために薄膜化を検討しています。
ここでは、右図のように表面形態の制御により、透過流束の向上を検討しています。
Pd薄膜を電気めっきにより製膜する際に、めっき液の粘度を制御することで表面積を大きくし、水素透過流束の向上に成功しました。
詳細は以下の論文を参照ください。
野村幹弘，坪野哲明，鈴木綱一，分離技術，39(3), 46-52 (2009)
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