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 38(4): 110-118 (2021)
doi:10.20731/zeoraito.38.4.110

解説解説

粒界構造の積極的利用によるCHA膜のCO2選択性向上メカニズムEnhancement of CO2 Selectivity in CHA Type Zeolite Membrane by Controlling a Grain Boundary

工学院大学先進工学部環境化学科Department of Environmental Chemistry and Chemical Engineering, School of Advanced Engineering Kogakuin University ◇ 〒192–0015 東京都八王子市中野町2665–1

受理日:2021年8月12日Accepted: August 12, 2021
発行日:2021年10月15日Published: October 15, 2021
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CH4の動的分子径に近い細孔径を有するCHA型ゼオライト膜は,天然ガスからのCO2分離膜として有望視されているが,製膜に伴う結晶粒界が実用化の課題と考えられている。しかしながら,ゼオライト膜中の粒界が1 nm以下の場合,細孔内でのCO2凝縮によってCO2分離性能が向上する可能性がある。本稿では,粒界を導入したCHAの膜モデルを作成し,非平衡分子動力学法を用いることで,粒界の存在がCO2/CH4系の分離性能に及ぼす影響を評価した。その結果,膜内部に粒界が存在するとき,粒界にCO2が凝縮することでCH4の透過が阻害され,CHA本来の性能よりも高いCO2選択性が得られることを見出した。この結果は粒界を積極的に制御することで,高圧などの条件下で完全結晶の膜よりもCO2選択性が高い膜を開発できることを示唆している。

CHA zeolite membranes with pore diameters close to the kinetic diameter of CH4 are expected to be used for separation of CO2 in natural gas. Grain boundaries in zeolite membranes are considered to decrease a membrane performance, however, the selective condensation of CO2 at grain boundaries may improve the CO2 selectivity. In this paper, the effect of grain boundaries on the performance of membranes was investigated by non-equilibrium molecular dynamics simulations. It was found that CO2 permeation against CH4 is enhanced by the condensation of CO2 at the grain boundary inside the membrane. This CO2 condensation increase CO2 selectivity of CHA membrane that exceed the intrinsic selectivity of perfect crystal CHA membrane. This result suggests that more efficient zeolite membranes could be developed by fine controlling of grain boundaries, which shows higher CO2 selectivity than fully crystalline membranes.

キーワード:CHA型ゼオライト膜;粒界;非平衡分子動力学法;CO2分離

Key words: CHA zeolite membrane; grain boundary; non-equilibrium molecular dynamics; CO2 separation

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