気体吸着のメカニズムと吸着、拡散特性評価

第1部 多孔性材料の表面-気体間相互作用と吸着性の特性化

(2022年9月15日 10:30〜14:30) (途中 昼休みを含みます)

　活性炭、ゼオライトなどの多孔体 (多孔性物質) は吸着剤として、物質の分離や精製、ガスの貯蔵などに広く応用されています。近年では多孔性有機金属錯体が新しい多孔体として研究されています。多孔体への気体の吸着では、多孔体の細孔特性 (比表面積・細孔径分布等) や表面の化学組成、気体の化学的な性質が大きく影響します。 　本講座では、まず代表的な多孔体の特徴について説明します。そのうえで、多孔体への気体分子の吸着メカニズムについて理解するために気体分子-固体表面間の相互作用について説明します。また、窒素・アルゴン吸着を利用した多孔体の細孔構造の解析法ついても解説します。これらの理解は適切な吸着剤の選定と吸着システムの設計に役立ちます。

1. 吸着の基礎
   1. 吸着とはどのような現象か
   2. 吸着現象の利用
   3. 多孔体と吸着
2. 代表的な多孔体と細孔制御
   1. 多孔性材料とは
   2. 多孔体の細孔
   3. 多孔化による細孔径と表面積の変化
   4. 細孔径による多孔体の分類
   5. 代表的な多孔体とその特徴
      1. シリカ
      2. メソ多孔性シリカ
      3. ゼオライト類
      4. 活性炭・活性炭素繊維
      5. 多孔性金属錯体PCP/MOF
3. 分子間相互作用と吸着
   1. 物理吸着と化学吸着
   2. 吸着をもたらす固体表面-吸着質間相互作用
   3. 非特異的相互作用
   4. 特異的相互作用
4. 気体吸着実験法と解析
   1. 吸着測定の原理
   2. 吸着等温線
   3. 吸着等温線の解析と吸着理論
      1. 平坦平面への吸着
      2. メソ細孔、マクロ細孔
      3. ミクロ細孔への吸着
5. 吸着エネルギーの測定と解析
   1. 吸着の熱力学
   2. 吸着エネルギー測定の原理
   3. 微分吸着エネルギー曲線の解析
   4. 等量吸着熱
   5. 浸漬熱
6. 多孔性材料の細孔構造、表面構造の制御と気体吸着
   1. 細孔の幾何学的構造を利用した分子吸着性の制御と特性化
   2. 表面化学構造の制御による分子吸着性の制御と特性化
7. まとめ
• 質疑応答

第2部. NMRによる気体吸収、拡散特性評価

(2022年9月15日 14:45〜16:15)

　水素化社会の構築、天然ガスの高効率利用、二酸化炭素の回収など、気体の取扱い・制御に関わる技術群は今後ますます重要になってくる。したがって、これらを下支えする諸材料の研究も不可欠であり、とりわけ小さな気体分子に対し材料が提供する微小空間の性状を高精度に計測できる分析技術が求められる。 　本セミナーでは、講師が長年行ってきたNMR法を利用した、高分子材料の気体収着・拡散特性評価法 (Xe-NMRポロジメトリー法を含む) について分かり易く解説する。

1. 気体収着・拡散の基礎知識
   1. 収着とは?
   2. 収着等温線の作成
   3. 拡散特性の評価方法
   4. 高分子の気体収着特性
   5. 高分子膜による気体の分離
2. ポロジメトリーについて
   1. 陽電子消滅法の簡単な紹介
   2. Xe-NMRポロジメトリー法
3. Xe-NMRポロジメトリー法の高分子材料への応用
   1. Xe-NMRポロジメトリーはガラス状高分子に適用できる
   2. 温度依存データからわかること
   3. 半結晶性高分子でわかること
   4. ポリマーブレンドでわかること
4. NMR法の高分子材料への応用
   1. ゴム状高分子におけるXe-NMR
   2. NMRピークの線幅が意味するもの
   3. 磁場勾配パルス (PFG) NMR法の応用
   4. その他のNMR法による気体拡散性評価
5. まとめに代えて (今後の展望)
   1. 気体収着による高分子の分子運動性変化をNMRで評価する
   2. NMRピークの定量解析の可能性
• 質疑応答