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Synthesis of Monolithic Microhoneycombs Equipped with Unique Hierarchical Pore Systems Using Ice Templating

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Please use this identifier to cite or link to this item:http://hdl.handle.net/2115/71285

Title: Synthesis of Monolithic Microhoneycombs Equipped with Unique Hierarchical Pore Systems Using Ice Templating
Other Titles: 氷晶テンプレート法による細孔の階層構造を有するマイクロハニカム状モノリス体の作製
Authors: Mukai, Shin R.1 Browse this author →KAKEN DB
Authors(alt): 向井, 紳1
Keywords: Ice templating method
Sol gel synthesis
Hydrogel
Hierarchical pore system
Monolithic microhoneycomb
Issue Date: 2011
Publisher: Japan Petroleum Institute
Journal Title: Journal of the Japan Petroleum Institute
Volume: 54
Issue: 3
Start Page: 127
End Page: 135
Publisher DOI: 10.1627/jpi.54.127
Abstract: Various porous materials with unique functions can be obtained through sol-gel synthesis. In many cases the performance of such materials can be significantly improved by controlling the morphology of them. Recently, we found that sol-gel derived materials can be molded into the form of monolithic microhoneycombs by freezing their parent hydrogel unidirectionally. In this process, the ice crystals which are formed within the hydrogel during freezing act as the template. The sizes of the monolith channels, the traces of the ice crystals, are in the micrometer range, therefore can be considered as macropores. The walls which form the channels have thicknesses around 1 μm, and have developed nanopores within them. Therefore, such monoliths are equipped with a unique hierarchical pore system in which short nanopores are directly connected to straight macropores. Due to this unique structure, such monoliths do not cause severe pressure drops when fluids are passed through them, even though the lengths of the diffusion paths within them are extremely short. This method can be applied to various hydrogels, either organic or inorganic, therefore monoliths having a wide variety of functions along with this unique structure can be easily obtained. This method can also be used to assemble fine particles into the form of a monolithic microhoneycomb by using a proper hydrogel as the binder.
 ゾル-ゲル法を利用することで種々の機能を有する多孔質材料が得られるが、これら材料の機能はそのモルフォロジーを制御することでも向上させることが可能である。最近、我々は、ゾル-ゲル法で得られる材料の前駆体である湿潤ゲルを一方向に凍結することにより、マイクロハニカム状のモノリス体に成型できることを見出した。このプロセスでは、凍結時に湿潤ゲル内に発生し、凍結方向に成長する氷晶がテンプレートの役割をし、材料が成型される。氷晶の痕跡である流路のサイズはマイクロメーターオーダーであり、マクロ孔として機能する。これら流路を形成する壁の厚さは1μm程度であり、その中にはナノ細孔が発達している。よって、これらのモノリス体は短いナノ細孔が直状マクロ孔に直結している特異な細孔の階層構造を有する。この特異な構造のために、これらのモノリス体は材料内の拡散距離が非常に短いにもかかわらず、流体通過時の圧力損失が小さい。開発したこの手法は種々の有機系、無機系の湿潤ゲルに摘要可能であるため、特異な構造に加え、種々の機能を有するモノリス体の製造が可能である。また、適当な湿潤ゲルを実質的なバインダーとして利用することにより、微粒子をマイクロハニカム状モノリス体に成型する手段として利用することも可能である。
Rights: 著作権は石油学会にある
Type: article
URI: http://hdl.handle.net/2115/71285
Appears in Collections:工学院・工学研究院 (Graduate School of Engineering / Faculty of Engineering) > 雑誌発表論文等 (Peer-reviewed Journal Articles, etc)

Submitter: 向井 紳

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