CO₂から水素を分離する新記録の膜を開発(New membrane sets record for separating hydrogen from CO₂)

2025-11-21 バッファロー大学

University at Buffaloの研究チームは、交差結合(クロスリンク)されたポリアミン膜を用いて、産業ガス分離において画期的な性能を示した。この膜は通常ガス分離膜で「取りたいガスを引き付ける」設計がされるが、実験ではあえて二酸化炭素(CO₂)を強く引き付けすぎることが透過を遅らせ、むしろ水素(H₂)が容易に通過する構造が形成された。この状態を利用し、H₂とCO₂の分離において「水素がCO₂に比して約1,800倍速く透過する」という選択性(セレクティビティ)記録を達成した。従来の最高記録がおおよそ100程度だったのに対し、劇的な向上を見せている。さらに、この膜は自己修復機能や極端な条件下での安定性も有しており、産業用薄膜複合膜としての実用化の可能性も示された。研究者は、産業用化学分離が世界の総エネルギー消費の最大15%を占める中で、こうした高性能膜がカーボン排出削減・クリーンプロセス促進に重要になると指摘している。

CO₂から水素を分離する新記録の膜を開発(New membrane sets record for separating hydrogen from CO₂)
The illustrations above show crosslinked polyamines (left), hydrogen passing through the crosslinked polyamines (upper right), and hydrogen passing through the crosslinked polyamines much faster than carbon dioxide (lower right). Credit: University at Buffalo.

<関連情報>

CO2親和性だが遮断性の膜を設計する際のサバティエ原理 Sabatier principle in designing CO2-philic but blocking membranes

Leiqing Hu, Asha Jyothi Gottipalli, Gengyi Zhang, Kieran Fung, […] , and Haiqing Lin
Science Advances  Published:21 Nov 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adz2830

Abstract

Gas transport through polymers follows the sorption-diffusion mechanism, and gas-philic functional groups are often incorporated into polymers to enhance its solubility selectivity and thus separation efficiency. In contrast, we report that polymers exhibiting strong chemisorption toward specific gas molecules can counterintuitively impede their diffusion, illustrated by experimental and simulation studies of CO2 transport in cross-linked polyamines, paralleling the Sabatier principle observed in catalysis. The CO2-philic polyamine membrane attains an unprecedented H2/CO2 selectivity of 1800, making it highly desirable for H2 purification. The cross-linked polyamines exhibit excellent self-healing properties and processability for fabricating thin-film composite membranes, indicating great promise for industrial separations. Retarded transport by introducing strongly binding groups presents a promising route for designing membranes for various separations.

0505化学装置及び設備
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