成果報告書詳細
管理番号100013705
タイトル平成20年度成果報告書 研究者派遣型国際共同研究調査事業 平成20年度国際共同研究先導調査事業/ゾルゲル法による超高水素選択透過性シリカ膜の創製と膜型反応システムの構築
公開日2009/4/24
報告書年度2008 - 2008
委託先名国立大学法人広島大学
プロジェクト番号P00044
部署名研究開発推進部
和文要約クリーンエネルギーである水素は、高い発電効率と熱供給が期待される燃料電池を用いたエネルギー供給システムへの応用が期待されている。将来の水素エネルギー社会への構築に向けて、水素の分離・精製技術は必要不可欠な要素技術である。本研究では、シリカアモルファスネットワークの孔径制御技術を新たに提案し、従来の水素分離膜と比べて、10倍以上の水素透過速度と水素/有機ガス透過速度比を有する水素分離膜の開発を行うことを第1の研究調査目的とした。さらに,有機ハイドライドの膜型反応システムに関する調査を第2の研究目的とした。高透過性水素分離膜の開発では,構造化アルコキシドの利用を提案した。ビストリエトキシシリルエタン(BTESE)(tEO)3-Si-CH2-CH2-Si-(OEt)3を用いることで,高水素選択透過製膜の開発が可能となることを見出し,ゾル調製条件及び気体透過特性の評価を行なった。その結果,構造化シリカ膜は高水素透過性(1×10-5mol-m-2-s-1-Pa-1)および高H2/SF6選択性(a1000)を示した.構造化アルコキシドをシリカ前駆体として用いることで,TEOSをシリカ前駆体として用いる場合と比較し,アモルファスシリカネットワークがlooseになる可能性が示された。新規アルコキシドに関しては,かご型シルセスキオキサンに着目した。かご型シルセスキオキサンは耐熱性や機械的強度に優れているため,有機ポリマーに導入した有機-無機ハイブリッドの研究が盛んに行われてきた。そこで本調査では,T8H((HSiO3/2)8)とH2O,Ph2Si(OH)2(DPS)および[Ph2Si(OH)]2O(TPDD)をジエチルヒドロキシアミン(Et2NOH)存在下で脱水素共重合反応させることにより全シロキサン型のかご型シルセルセスキオキサン誘導体を合成し,ポーラス材料としての応用可能性を明らかとした。さらに,膜型反応システムについても,各種文献および海外研究拠点を訪問することで,有機ハイドライド系の脱水素反応が多孔質膜において十分可能であることを明らかとした。
英文要約Title: Preparation of highly-permeable hydrogen selective silica membranes and application to membrane reactor system (FY2008) Final Report Hydrogen has attracted a great deal of attention for its possible applications to fuel cell systems, since it is a clean fuel and does not generate carbon dioxide on combustion. Separation and purification of hydrogen is quite important for hydrogen energy system in the future. In the present study, we propose a new concept of controlling amorphous silica networks to develop a highly permeable hydrogen separation membrane having ten times higher permeance with high separation factors for hydrogen over organic gases. Moreover, membrane reactor system of organic hydrides is also investigated. For the development of highly permeable hydrogen separation membranes, the use of structured alkoxides was examined. Bis (triethoxysilyl) ethane (BTESE, (tEO)3-Si-CH2-CH2-Si-(OEt)3) among various kinds of alkoxides commercially available was found to show high permeation rate for hydrogen. Therefore, preparation of sol solutions and evaluation of gaseous permeation characteristics were examined in detail. BTESE-derived silica membranes show high hydrogen permeance (1×10-5 mol-m-2-s-1-Pa-1) and high selectivity of hydrogen over SF6 (a 1000). It was suggested that amorphous silica networks derived by structured alkoxides were much looser than those by TEOS. Several types of polyhedral silsesquioxanes were examined as a new alkoxide for possible use in hydrogen separation membranes. Since silsesquioxanes show excellent thermal stability and mechanical strength, the introduction of organic functional groups to polyhedral silsesquioxanes has been extensively investigated. In this study, T8H ((HSiO3/2)8) was dehydrogenation-copolymerized with H2O,Ph2Si(OH)2 (DPS) or [Ph2Si(OH)]2O (TPDD) using diethylhydroxyamine as a catalyst, and found to show excellent potential for use in porous materials. Moreover, it has been made clear that membrane reactor system using porous silica membranes is quite promising for production of hydrogen from organic hydrides such as cyclohexane and methylcylohexane.
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