12/6 高分子膜のガス透過メカニズムと 高分子ＣＯ２分離膜の技術動向

山口大学 大学院創成科学研究科 教授　田中 一宏　氏

＜経歴＞
1988年 山口大学 工学部 助手
1998年 山口大学 工学部 助教授
2021年 山口大学 創成科学研究科 教授

＜研究内容・専門＞
膜分離工学、ガス分離用高分子膜、ガス分離炭素膜

＜活動＞
化学工学会、高分子学会、日本膜学会

＜主な受賞＞
Outstanding Paper Award of 2006, Journal of Chemical Engineering of Japan 化学工学会

＜WebSite＞
https://ds.cc.yamaguchi-u.ac.jp/~tnkkzhr/

　分離膜を用いたガス分離法は低炭素社会の構築に必要な二酸化炭素の分離回収技術の一つとして期待されている。原理的に消費エネルギーが少ないためであるが、実用化には十分な性能を有する分離膜の存在が不可欠である。膜の素材は高分子と無機材料に大別できる。分離性能は無機膜の方が高いが、コストなどの理由から未だ普及はしていない。

　一方、高分子膜は特定の分野では利用が進んでいる。今後、高分子膜が多方面にも利用され、また、製造コスト低減による無機膜の利用も進むと考えられるが、大学等の講義で膜分離が扱われることはほとんどない。

　そこで本講座は、化学産業の技術者が膜ガス分離に対する理解を深めることを目的に、促進輸送膜も加えた高分子膜のガス透過分離メカニズムを解説し、最近の研究開発動向を概観する。

＜得られる知識・技術＞
・膜ガス分離の基礎と特徴
・高分子膜中の低分子の透過メカニズム
・溶解拡散機構と高分子物性との相関

＜プログラム＞
１．膜によるガス分離の基礎　
　1.1 膜ガス分離の概要と特徴
　1.2 透過係数とパーミアンス
　1.3 分離係数
　1.4 膜性能の評価法

２．高分子膜のガス透過メカニズム
　2.1 高分子鎖の凝集体
　2.2 溶解拡散機構
　2.3 ガスの分子サイズと凝縮性
　2.4 高分子膜のガス透過特性
　2.5 ゴム状態とガラス状態
　2.6 自由体積
　2.7 ガス透過分離特性を決める因子

３．ミクロ孔多孔質無機膜との比較
　3.1 ガス透過メカニズムの比較
　3.2 ガス透過特性の比較

４．膜モジュールと膜分離プロセス
　4.1 膜の断面方向の構造
　4.2 膜モジュールの種類と製膜法
　4.3 膜モジュールの性能と膜性能との関係
　4.4 欠陥の影響

５．高分子CO2分離膜の技術動向
　5.1 高分子膜の性能限界
　5.2 性能限界から導かれる分子設計指針
　5.3 分子鎖間隙の拡大による高性能化
　　5.3.1 TR膜
　　5.3.2 PIM膜
　　5.3.3 MMM
　5.4 溶解度選択性の向上による高性能化
　　5.4.1 ガラス状高分子膜での試み
　　5.4.2 PEO膜
　　5.4.3 促進輸送膜
　5.5 高分子CO2分離膜の現状と課題

６．まとめ

　　□質疑応答□

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