フッ素修飾カーボン中空繊維膜による水素からのヘリウムの精密分離

概要 ヘリウム（He）と水素（H2）は、分子サイズと凝縮特性が非常に似ている二つのガスであり、ヘリウム産業においてこれらを分離することは非常に困難な課題です。これらのガスを正確に区別できる膜の開発は、大規模でエネルギー効率の良いHe/H2分離を達成するために重要です。しかし、現在の膜の選択性の限界は実用的な応用を妨げています。本研究では、部分的に炭化された中空繊維のフルオリネーションを通じてサブミクロポーラス膜をエンジニアリングする新しいアプローチを提案し、この課題を克服します。カーボン中空繊維内のミクロポア壁の内側のリムにおけるフッ素置換が、ミクロポーラスアーキテクチャの調整を可能にすることを示します。さらに、C-F結合によって誘発される極性および水素結合を通じてH2分子とミクロポア壁との相互作用を強化し、He/H2の拡散率と溶解選択性の両方の同時改善をもたらします。フルオリネーションされたHFM-550-F-1 min膜は、40バールの供給圧と35°Cで、バイナリ混合ガスHe/H2選択性10.5、三元混合ガスHe/(H2+CO2)選択性20.8という優れた混合ガス分離性能を示し、従来報告されたすべての高分子ベースのガス分離膜を上回り、優れた可塑化抵抗性と30日間の長期連続安定性を持ちます。