日本ゼオライト学会 刊行物 Publication of Japan Zeolite Association

ISSN: 0918–7774
一般社団法人日本ゼオライト学会 Japan Zeolite Association
〒162-0801 東京都新宿区山吹町358-5 アカデミーセンター Japan Zeolite Association Academy Center, 358-5 Yamabuki-cho, Shinju-ku, Tokyo 162-0801, Japan
Zeolite 31(2): 43-51 (2014)
doi:10.20731/zeoraito.31.2.43

解説解説

金属有機構造体を用いた気体分離膜Metal-Organic Framework Based Gas Separation Membranes

産業技術総合研究所環境化学技術研究部門Research Institute for Innovation in Sustainable Chemistry National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) ◇ 〒305-8565 茨城県つくば市東1-1-1中央第5

受理日:2014年5月17日Accepted: May 17, 2014
発行日:2014年6月10日Published: June 10, 2014
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金属有機構造体(MOF: metal-organic framework)は,と有機配位子の配位結合から形成され,規則的な細孔構造を持つ多孔性材料である。MOFの応用用途として,MOFの固有の細孔径や吸着特性を利用した気体分離膜(MOF膜)の開発が注目されている。これまで報告されたMOF膜の作製手法は,①混合マトリックス法,②直接重合法,③二次成長法,④対向拡散法に分類できる。混合マトリックス法は,MOFを高分子と複合化する手法であるため,分離性能は高分子とMOFの細孔構造の双方に由来する。二次成長法と対向拡散法は,欠陥の無い純粋なMOFの分離層を形成することで,MOFの細孔構造に由来した分離性能を得ることができる。分離膜材料への応用が報告されたMOFは,MOF-5, HKUST-1, MMOF, MIL類,ZIF類が代表的であり,特にZIF類は耐久性が高いため有望である。中でもZIF-8は,プロピレンとプロパンの分離に有効な細孔構造を有することから,プロピレン/プロパン分離用のZIF-8膜としての応用が期待されている。本解説では,MOF膜の各種作製手法と得られた気体の選択透過性に加えて,特に注目されるプロピレン/プロパン分離用のZIF-8膜に関する最新動向をまとめた。

Metal-organic frameworks (MOFs) have been recognized as a new candidate for gas separation membranes based on their characteristic pore size and adsorption properties. Mixed matrix membranes have been proposed so far for the easy preparation of the MOF-based membranes using polymer matrix; however, their gas permeation properties are the combination of MOF particles and polymer matrix. Recently, pure-MOF membranes have been reported using the in-situ growth method and the secondary growth method, which prepare the pure MOF separation layer. another preparation method is the counter-diffusion method, which supply the solution of the metal salt and the organic ligand from both sides of the porous support. Some varieties of MOF-based membranes were prepared so far, and the molecular sieve gas permeation properties have been reported. Among several varieties of MOFs, ZIF-8 is one of the most focused materials for separation membranes, which is effective for propylene/propane separation based on their small difference in molecular size. As an example, we prepared the ZIF-8 membrane using the counter-diffusion method with selective ZIF-8 layer prepared within the porous support. The contribution of diffusive separation for propylene/propane was clarified from the analysis of diffusivity and solubility. In this review, the preparation methods and the typical gas permeation properties of the MOF-based membranes, especially the preparation and the characterization of the latest ZIF-8 membranes for propylene/propane separation are presented.

キーワード:金属有機構造体;MOF;ZIF;多孔性材料;気体分離膜;プロピレン/プロパン分離

Key words: Metal-organic framework; MOF; ZIF; gas separation membrane; propylene/propane separation

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