気体の吸着・脱着 基礎と応用

気体の吸着・脱着現象を基礎とするガス吸着測定法は、物質のナノスケールの細孔構造を平均的に評価する上で優れた方法であるため、粉体や多孔体などの細孔パラメータ (比表面積、細孔径分布など) を得るための測定法としてはなくてはならない手法である。近年、ナノマテリアル (ナノカーボン、ゼオライト、MOF) の応用が盛んになっているが、その微細構造を評価する上でガス吸着測定技術は重要であり、また基礎を把握することで、ナノマテリアルの応用技術の展開を図ることができるであろう。また、天然ガスや水素などクリーンエネルギーの貯蔵や、地球温暖化ガスであるCO2の分離回収を実行するためには、ガス吸着の原理を理解する必要がある。最近話題の多孔性配位高分子 (PCP/MOF) のガス貯蔵に関する特異挙動についても解説する。

1. 吸着・脱着現象のいろいろ
   1. 物理吸着・脱着
   2. 化学吸着・脱着
   3. 吸収
   4. 吸蔵
   5. 可逆性と脱着機構
   6. 応用分野における脱着特性の重要性
2. 細孔体の種類
   1. ゼオライト系
   2. 炭素系
   3. ナノ細孔性配位高分子
3. ナノ細孔体の特徴
   1. 細孔の分類
   2. 界面構造と機能
   3. 材料としての性質
   4. キャラクタリゼーション方法
4. 分子間相互作用と分子吸着ポテンシャル場
   1. 蒸気と超臨界気体
   2. 蒸気の物理吸着
   3. IUPACによる吸着等温線の分類
   4. 分散相互作用 (ファンデルワールス相互作用)
   5. レナード・ジョーンズポテンシャル
   6. 吸着等温線・脱着等温線の型
5. 気体吸着実験法と解析
   1. 容量法吸着装置
   2. 重量法吸着装置
6. 平坦表面への吸着
   1. 吸着理論
   2. BET理論
7. メソ孔への吸着
   1. 毛管凝縮
   2. 吸着・脱着ヒステリシス
   3. ケルビン式
   4. 細孔径分布解析:吸着ブランチと脱着ブランチ
8. ミクロ孔への吸着
   1. スリット型細孔へのミクロポアフィリング
   2. BET解析 (適応条件)
   3. Dubinin – Radushkevich解析
   4. ミクロ細孔解析 DFT法 問題点
   5. 二酸化炭素吸着 水素吸着
9. 柔軟性多孔性配位高分子 (PCP/MOF) による特異現象
   1. ゲート現象
   2. Breathing効果など
   3. 最近の動向
10. 蒸気吸着と超臨界吸着
11. 高圧吸着
    1. 高圧ヘリウム浮力法による試料密度測定
    2. 表面過剰量と絶対吸着量
12. メタン吸着
    1. カーボンナノホーン
    2. ナノ細孔性配位高分子
    3. ゲート現象:脱着特性の優位性
13. 水素吸着
    1. 活性炭素繊維
    2. カーボンナノチューブ
    3. カーボンナノホーン
    4. 最近の動向
    5. 測定上の問題点
14. 二酸化炭素分離技術
    1. 活性炭素繊維
    2. 多孔性配位高分子 (PCP/MOF)
    3. 固体型CO2分離材
15. その他の応用分野
    1. 吸着ヒートポンプ
    2. ナノカーボンの構造と電気化学的応用
16. まとめ
• 質疑応答