JP2017154076A - 水蒸気吸放出材料 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＬＣＳＴ挙動を示す物質がメソ多孔体の細孔内に均一に保持され、再生に要するエネルギーを低減させることが可能な水蒸気吸放出材料を提供する。
【解決手段】イミダゾリウム環を有し、１５〜５０℃の間にＬＣＳＴを有するイオン液体が細孔内に保持されてなるメソ多孔体を含む、水蒸気吸放出材料とする。
【選択図】図１０
【解決手段】イミダゾリウム環を有し、１５〜５０℃の間にＬＣＳＴを有するイオン液体が細孔内に保持されてなるメソ多孔体を含む、水蒸気吸放出材料とする。
【選択図】図１０
Description
本発明は、水蒸気吸放出材料に関する。
従来、デシカント式の除湿機や空調機において、空気中の水蒸気を吸収及び放出する特性を持つ水蒸気吸放出材料が使用される。水蒸気吸放出材料は、温度又は相対湿度の変化に応じて水蒸気の吸収及び放出を行う特性を有する。そのため、水蒸気を吸収して吸湿性が低下した場合でも、所定条件下で水蒸気を放出して吸湿性を回復させることができ、再生可能な除湿材として繰り返し使用される。
このような水蒸気吸放出材料として、例えば、特許文献１には、細孔直径が１〜１０ｎｍの範囲内にある細孔を有し、該細孔の内部に液体の蒸気圧を低下させる降圧剤を添着したメソ多孔体よりなり、該メソ多孔体は、１ｎｍ以上のｄ値に相当する回折角度に１本以上のピークを有するＸ線回折パターンを示す多孔体であることを特徴とする蒸気吸放出材料が開示されている。また、非特許文献１には、感温性を有するポリマー（感温性ポリマー）をメソポーラスシリカゲルに導入・複合化させることにより、吸湿性に温度依存性を持たせたメソポーラスシリカゲル／高分子ゲル（複合シリカゲル）が開示されている。感温性ポリマーは、水に対する下限臨界溶液温度（Lower Critical Solution temperature，ＬＣＳＴ）を有し、ＬＣＳＴより高い温度ではその分子内、或いは分子間の疎水結合が強まりポリマー鎖が凝集し、逆に、ＬＣＳＴより低い温度ではポリマー鎖が水分子を結合し水和する。
市橋利夫、中野義夫、「感温性を有するメソポーラスシリカゲル／高分子ゲルの水蒸気吸脱着特性」、化学工学論文集、第３４巻、２００８年、ｐ．４７１−４７６
特許文献１に開示されている蒸気吸放出材料によれば、吸湿性を高めることが可能である。しかし、その効果は温度によって不変であるため、一度吸湿した水分を放出しにくく、吸湿性を回復させる（再生する）ために高い温度での加熱等を行う必要があり、再生に要するエネルギーが増大するという問題があった。一方、非特許文献１に開示されている複合シリカゲルによれば、水蒸気の吸着量が、感温性ポリマーのＬＣＳＴより低い温度では増大し、ＬＣＳＴより高い温度では減少するため、再生温度を低下させることができ、再生に要するエネルギーを低減させることが可能である。しかしながら、感温性ポリマーは一般に分子量が数万であるため嵩高く、細孔径が数ナノメートル以下であるメソポーラスシリカゲルの細孔内に均一に保持させることは困難であった。
本発明者らは、メソ多孔体の細孔内に、より均一にＬＣＳＴ挙動を示す物質を保持させると、温度による吸湿特性の違いを大きくすることができ、再生温度をより低くすることが期待できると考えた。
そこで本発明は、ＬＣＳＴ挙動を示す物質がメソ多孔体の細孔内に均一に保持され、再生に要するエネルギーを低減させることが可能な水蒸気吸放出材料を提供することを課題とする。
本発明者らは、鋭意検討の結果、ＬＣＳＴを有するイオン液体がメソ多孔体の細孔内に保持されることにより、イオン液体のＬＣＳＴ挙動により、イオン液体のＬＣＳＴ前後で吸湿特性を大きく変化させることが可能であることを見出した。本発明は該知見に基づいて完成させた。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明の第１の態様は、イミダゾリウム環を有し、１５〜５０℃の間にＬＣＳＴを有するイオン液体が細孔内に保持されてなるメソ多孔体を含む、水蒸気吸放出材料である。
本発明の第１の態様は、イミダゾリウム環を有し、１５〜５０℃の間にＬＣＳＴを有するイオン液体が細孔内に保持されてなるメソ多孔体を含む、水蒸気吸放出材料である。
本発明において、「１５〜５０℃の間にＬＣＳＴを有するイオン液体」とは、１５〜５０℃の間に水に対する下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）を有し、ＬＣＳＴより低い温度では、イオン液体と水とが相溶（水和）し、ＬＣＳＴより高い温度では、イオン液体と水とが相分離（脱水和）する挙動（以下、「ＬＣＳＴ挙動」ということがある。）を示すイオン液体を意味する。
また、本発明において、「イオン液体が細孔内に保持されてなる」とは、イオン液体がメソ多孔体の細孔内部に導入され、イオン液体とメソ多孔体との電荷によってイオン液体が細孔表面に固定される（担持される）ことを意味する。
また、本発明において、「メソ多孔体」とは、孔径が２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるメソ孔を有する多孔体を意味する。
また、本発明において、「イオン液体が細孔内に保持されてなる」とは、イオン液体がメソ多孔体の細孔内部に導入され、イオン液体とメソ多孔体との電荷によってイオン液体が細孔表面に固定される（担持される）ことを意味する。
また、本発明において、「メソ多孔体」とは、孔径が２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるメソ孔を有する多孔体を意味する。
本発明の第１の態様において、イオン液体は、１−メチル−３−アリルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナ−ト、１−メチル−３−アリルイミダゾリウムトリフルオロ酢酸、１，３−ジブチルイミダゾリウムクロライド、１，２−ジメチル−３−ヘキシルイミダゾリウムブロミド、１，２−ジメチル−３−オクチルイミダゾリウムブロミド、１，２−ジメチル−３−ドデシルイミダゾリウムブロミド、１，２−ジメチル−３−ブチルイミダゾリウムクロライド、１，２−ジメチル−３−ドデシルイミダゾリウムクロライド、から選択される少なくとも１種類であることが好ましい。
本発明の水蒸気吸放出材料によれば、ＬＣＳＴ挙動を示す物質がメソ多孔体の細孔内に均一に保持され、再生に要するエネルギーを低減させることが可能な水蒸気吸放出材料を提供することができる。
以下、本発明について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明は以下に示す形態に限定されない。
１．水蒸気吸放出材料
本発明の第１の態様は、イミダゾリウム環を有し、１５〜５０℃の間にＬＣＳＴを有するイオン液体が細孔内に保持されてなるメソ多孔体を含む、水蒸気吸放出材料である。
本発明の第１の態様は、イミダゾリウム環を有し、１５〜５０℃の間にＬＣＳＴを有するイオン液体が細孔内に保持されてなるメソ多孔体を含む、水蒸気吸放出材料である。
１．１．イオン液体
イオン液体とは、液体で存在する塩、特に、常温付近で液体となる塩の総称であり、イオン性液体又は低融点溶融塩とも称される。イオン液体は、イオンのみ（アニオン、カチオン）から構成される液体である。そのため、イオン液体はメソ多孔体の細孔内に導入しやすく、感温性ポリマーを用いた場合には困難であった、メソ多孔体の細孔内への均一な保持を容易に行うことが可能である。また、イオン液体は、不揮発性（又は蒸気圧がほぼゼロ）であるため、不燃又は難燃性であるという特徴を有するとともに、耐熱性が高い、液体温度範囲が広い、化学的に安定である等の特徴を有する。従って、水蒸気吸放出材料が、たとえ、高温に加熱された場合であっても、メソ多孔体の細孔内から失われにくい。
イオン液体とは、液体で存在する塩、特に、常温付近で液体となる塩の総称であり、イオン性液体又は低融点溶融塩とも称される。イオン液体は、イオンのみ（アニオン、カチオン）から構成される液体である。そのため、イオン液体はメソ多孔体の細孔内に導入しやすく、感温性ポリマーを用いた場合には困難であった、メソ多孔体の細孔内への均一な保持を容易に行うことが可能である。また、イオン液体は、不揮発性（又は蒸気圧がほぼゼロ）であるため、不燃又は難燃性であるという特徴を有するとともに、耐熱性が高い、液体温度範囲が広い、化学的に安定である等の特徴を有する。従って、水蒸気吸放出材料が、たとえ、高温に加熱された場合であっても、メソ多孔体の細孔内から失われにくい。
イオン液体の中には、水に対する下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）を有し、ＬＣＳＴより低い温度では、イオン液体と水とが相溶（水和）し、ＬＣＳＴより高い温度では、イオン液体と水とが相分離（脱水和）する挙動（ＬＣＳＴ挙動）を示すものがある。
本発明者らは、実験の結果、ＬＣＳＴ挙動を示すイオン液体を細孔内に保持したメソ多孔体は、当該イオン液体のＬＣＳＴ挙動に対応し、ＬＣＳＴより低い温度では細孔内の親水性が高まり吸湿特性が高くなり、ＬＣＳＴより高い温度では細孔内の疎水性が高まり吸湿特性が低くなることを確認した。ＬＣＳＴ挙動を示す物質としてイオン液体を用いる本発明では、メソ多孔体の細孔内に、ＬＣＳＴ挙動を示す物質をより均一に保持させることができ、細孔内の親水性／疎水性を均一にし、かつ、それぞれの性質を高めることができるため、ＬＣＳＴの前後でメソ多孔体の吸湿特性を従来よりも飛躍的に変化させることが可能となり、従来よりも再生温度を低下させることができると考えられる。
本発明者らは、実験の結果、ＬＣＳＴ挙動を示すイオン液体を細孔内に保持したメソ多孔体は、当該イオン液体のＬＣＳＴ挙動に対応し、ＬＣＳＴより低い温度では細孔内の親水性が高まり吸湿特性が高くなり、ＬＣＳＴより高い温度では細孔内の疎水性が高まり吸湿特性が低くなることを確認した。ＬＣＳＴ挙動を示す物質としてイオン液体を用いる本発明では、メソ多孔体の細孔内に、ＬＣＳＴ挙動を示す物質をより均一に保持させることができ、細孔内の親水性／疎水性を均一にし、かつ、それぞれの性質を高めることができるため、ＬＣＳＴの前後でメソ多孔体の吸湿特性を従来よりも飛躍的に変化させることが可能となり、従来よりも再生温度を低下させることができると考えられる。
ＬＣＳＴ挙動を示すイオン液体のうち、公知のものとしては、例えば、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムブロミド、トリブチル−ｎ−オクチルホスホニウムブロミド、テトラブチルホスホニウムｐ−トルエンスルホナート、テトラブチルホスホニウム２，４−ジメチルベンゼンスルホナート、テトラブチルホスホニウムトリフルオロアセテート、テトラブチルホスホニウム２，４，６−トリメチルベンゼンスルホナート、テトラブチルアンモニウム２，４，６−トリメチルベンゼンスルホナートが挙げられる。
上記公知のＬＣＳＴ挙動を示すイオン液体のうち、４級ホスホニウム、４級アミンを含むものは、吸湿／再生を繰り返した場合に、劣化・分解する虞がある。４級ホスホニウム、４級アミンは一般的に、塩基性雰囲気下で加熱すると容易に分解：ホフマン分解することが知られており、これらをカチオンに含むイオン液体をメソ多孔体の細孔内に保持させた水蒸気吸放出材料がアンモニア等の塩基成分を吸着した状態で、吸湿／再生を繰り返した場合に、上記分解反応が誘起される。一方、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムブロミドをメソ多孔体の細孔内に保持させた水蒸気吸放出材料は、４級ホスホニウム、４級アミンをカチオンに含むイオン液体をメソ多孔体の細孔内にコートした水蒸気吸放出材料よりも安定性が高いと考えられるが、ＬＣＳＴを有する範囲が２〜１１℃であるため、除湿される空気の温度が２〜１１℃の範囲を越えて高い場合の使用には適さず、一般的な室温以下の環境下においてのみ使用に適していた。
実用に供される水蒸気吸放出材料は、水蒸気の他に様々な成分を吸着するため、塩基性雰囲気下で分解する４級ホスホニウム、４級アミンをカチオンに含むイオン液体をメソ多孔体の細孔内に保持させた水蒸気吸放出材料よりも、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムブロミドを保持させた水蒸気吸放出材料の方が安定性に優れると考えられる。よって、吸湿／再生を多数回繰り返した場合の安定性を確保する観点、及び、一般的な室温条件下での使用に好適なものとする観点から、本発明の水蒸気吸放出材料には、イミダゾリウム環を有し、１５〜５０℃の間にＬＣＳＴを有するイオン液体を使用することが重要である。
イミダゾリウム環を有し、１５〜５０℃の間にＬＣＳＴを有するイオン液体としては、例えば、１−メチル−３−アリルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナ−ト、１−メチル−３−アリルイミダゾリウムトリフルオロ酢酸、１，３−ジブチルイミダゾリウムクロライド、１，２−ジメチル−３−ヘキシルイミダゾリウムブロミド、１，２−ジメチル−３−オクチルイミダゾリウムブロミド、１，２−ジメチル−３−ドデシルイミダゾリウムブロミド、１，２−ジメチル−３−ブチルイミダゾリウムクロライド、１，２−ジメチル−３−ドデシルイミダゾリウムクロライドが挙げられる。
本発明の水蒸気吸放出材料に使用するイオン液体は、上記列挙した複数種のイオン液体から選択される少なくとも１種類であることが好ましい。
本発明の水蒸気吸放出材料に使用するイオン液体は、上記列挙した複数種のイオン液体から選択される少なくとも１種類であることが好ましい。
１．２．メソ多孔体
メソ多孔体は細孔直径が２〜５０ｎｍである細孔（メソ孔）を有する多孔体である。本発明に用いることのできるメソ多孔体は、このような細孔（メソ孔）を有するものであれば特に限定されず、特許文献１に記載のメソ多孔体を使用することができる。
感温性ポリマーをメソポーラスシリカゲルに導入・複合化させる場合には、メソ多孔体の細孔半径によっては、ＬＣＳＴの上下の温度で吸湿特性が変化しないことがあったが、本発明においては、広範囲の孔径を有するメソ多孔体を採用することが可能である。
メソ多孔体は細孔直径が２〜５０ｎｍである細孔（メソ孔）を有する多孔体である。本発明に用いることのできるメソ多孔体は、このような細孔（メソ孔）を有するものであれば特に限定されず、特許文献１に記載のメソ多孔体を使用することができる。
感温性ポリマーをメソポーラスシリカゲルに導入・複合化させる場合には、メソ多孔体の細孔半径によっては、ＬＣＳＴの上下の温度で吸湿特性が変化しないことがあったが、本発明においては、広範囲の孔径を有するメソ多孔体を採用することが可能である。
イオン液体をメソ多孔体の細孔内に保持させる方法は特に限定されず、例えば、イオン液体と水との混合物にメソ多孔体を浸し、乾燥する方法、イオン液体に直接浸した後に、ＬＣＳＴ以上の温度で水に浸して余剰のイオン液体を分離させて除去する方法等が挙げられる。
なお、イオン液体は、メソ多孔体の細孔以外の表面領域にも保持されていてもよい。
なお、イオン液体は、メソ多孔体の細孔以外の表面領域にも保持されていてもよい。
２．ＬＣＳＴ挙動測定方法
本発明に使用するイオン液体のＬＣＳＴ挙動は、イオン液体と水との混合物の水和／脱水和状態変化を交流インピーダンス測定によって電気信号として検出することにより、イオン液体のＬＣＳＴ挙動を測定することが可能である。
本発明に使用するイオン液体のＬＣＳＴ挙動は、イオン液体と水との混合物の水和／脱水和状態変化を交流インピーダンス測定によって電気信号として検出することにより、イオン液体のＬＣＳＴ挙動を測定することが可能である。
交流インピーダンスの測定は、以下のように行う。
イオン液体と水との混合物を満たした容器中に、２枚の白金板電極を相対させて設置し、それぞれの電極をインピーダンス測定装置と接続し、以下の手順（１）、（２）の通りに行う。
（１）定電流（ガルバノスタット）モード又は定電位（ポテンショスタット）モードにて、少なくとも−５℃〜１００℃の範囲において、３〜１０℃毎に少なくとも１Ｈｚ〜１ＭＨｚの範囲で交流インピーダンス測定を行う。特定の周波数において、温度変化に対して単調ではない位相の変化が見られた場合、状態変化が起こっていると考えられ、その時の温度がおおよその状態変化が起こる温度（ＬＣＳＴ）ということができる。ここで、「温度変化に対して単調ではない位相の変化が見られた場合」とは、温度変化に対して、位相の単調増加傾向が変化した場合や位相が単調増加から単調減少に転じた場合など、単位温度あたりの位相の変化率や変化率の符号（正負）が入れ替わるような変化が生じた場合を意味する。
（２）上記（１）の周波数にて、混合物の温度を（１）より細かく変化させながら、インピーダンス又は位相を測定することで、状態変化が起こる温度（ＬＣＳＴ）をより詳細に測定する。
上記の通り、（１）のみによってもＬＣＳＴのおおよその数値を測定することが可能である。ＬＣＳＴをより正確に測定する場合には上記（２）を行えばよい。
イオン液体と水との混合物を満たした容器中に、２枚の白金板電極を相対させて設置し、それぞれの電極をインピーダンス測定装置と接続し、以下の手順（１）、（２）の通りに行う。
（１）定電流（ガルバノスタット）モード又は定電位（ポテンショスタット）モードにて、少なくとも−５℃〜１００℃の範囲において、３〜１０℃毎に少なくとも１Ｈｚ〜１ＭＨｚの範囲で交流インピーダンス測定を行う。特定の周波数において、温度変化に対して単調ではない位相の変化が見られた場合、状態変化が起こっていると考えられ、その時の温度がおおよその状態変化が起こる温度（ＬＣＳＴ）ということができる。ここで、「温度変化に対して単調ではない位相の変化が見られた場合」とは、温度変化に対して、位相の単調増加傾向が変化した場合や位相が単調増加から単調減少に転じた場合など、単位温度あたりの位相の変化率や変化率の符号（正負）が入れ替わるような変化が生じた場合を意味する。
（２）上記（１）の周波数にて、混合物の温度を（１）より細かく変化させながら、インピーダンス又は位相を測定することで、状態変化が起こる温度（ＬＣＳＴ）をより詳細に測定する。
上記の通り、（１）のみによってもＬＣＳＴのおおよその数値を測定することが可能である。ＬＣＳＴをより正確に測定する場合には上記（２）を行えばよい。
上記（１）において、定電流モードで測定を行う際の電流値は、位相の変化を検出可能であれば特に限定されないが、電極の劣化抑制の観点から、０ｍＡ〜５００ｍＡの定電流を流すことが好ましい。
該定電流を流し、少なくとも−５℃〜１００℃の範囲において、３〜１０℃毎に１Ｈｚ〜１ＭＨｚの範囲で交流インピーダンス測定を行えば、種々のイオン液体に対して本発明のＬＣＳＴ挙動測定方法を適用した場合でも、上記（１）における単調ではない位相の変化の見落としを防止することができる。
該定電流を流し、少なくとも−５℃〜１００℃の範囲において、３〜１０℃毎に１Ｈｚ〜１ＭＨｚの範囲で交流インピーダンス測定を行えば、種々のイオン液体に対して本発明のＬＣＳＴ挙動測定方法を適用した場合でも、上記（１）における単調ではない位相の変化の見落としを防止することができる。
上記（１）の測定において、特定の周波数における１回の測定に数分〜数十分を要するため、その間は温度を一定にした状態で測定を行う必要がある。一方、上記（２）の測定において、特定の温度における測定は数秒で完了するため、温度を連続的に変化させながら測定を行うことも可能である。
従来のような、光透過率の変化によるＬＣＳＴ挙動測定では、溶質分子が発生し始める時から、溶質分子が集まって光透過率を変化させるに至る時までに時間的なずれが発生するため、ＬＣＳＴに測定誤差が生じてしまうが、インピーダンス測定では電気信号を見るため時間的なずれが発生しないので、正確なＬＣＳＴを導くことができる。
１．ＬＣＳＴを有するイオン液体の探索
１．１．イオン液体の選定
或るイオン液体がＬＣＳＴを有するかどうか、明確な指導原理はこれまで報告されていないが、アニオンの水和力が一つの指標になり得る（D. Dupont et al., J. Phys. Chem. B 2015, 119, 6747-6757.）。本発明者らは、この指標から水和力の異なる複数のアニオン種と、カチオン構造(下記化学式（１）において、Ｒ１〜Ｒ３で示すイミダゾリウム環の側鎖)を様々に変化させて親水性を変えたカチオン種と、を含むイオン液体の物性を網羅的に評価し、イミダゾリウム系イオン液体のうち、ＬＣＳＴを有する物質群を明らかにした。
１．１．イオン液体の選定
或るイオン液体がＬＣＳＴを有するかどうか、明確な指導原理はこれまで報告されていないが、アニオンの水和力が一つの指標になり得る（D. Dupont et al., J. Phys. Chem. B 2015, 119, 6747-6757.）。本発明者らは、この指標から水和力の異なる複数のアニオン種と、カチオン構造(下記化学式（１）において、Ｒ１〜Ｒ３で示すイミダゾリウム環の側鎖)を様々に変化させて親水性を変えたカチオン種と、を含むイオン液体の物性を網羅的に評価し、イミダゾリウム系イオン液体のうち、ＬＣＳＴを有する物質群を明らかにした。
具体的には、検討したアニオン種はメトキシ酢酸イオン（ＣＨ３ＯＣＨ２ＣＯＯ−）、トリフルオロメタンスルホナート（ＣＦ３ＳＯ３ −）、トリフルオロ酢酸イオン（ＣＦ３ＣＯＯ−）、臭化物イオン（Ｂｒ−）、塩化物イオン（Ｃｌ−）の５種類である。
一方、検討したカチオン種の側鎖の構造は１−メチル−３−アリル（式（１）においてＲ１＝ＣＨ３、Ｒ２＝Ｈ、Ｒ３＝ＣＨ２ＣＨ＝ＣＨ２）、１−メチル−３−アルキル（式（１）においてＲ１＝ＣＨ３、Ｒ２＝Ｈ、Ｒ３＝ｎ−ブチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−オクチル、ｎ−ドデシル）、１−ブチル−３−アルキル（式（１）においてＲ１＝−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３、Ｒ２＝Ｈ、Ｒ３＝ｎ−ブチル）、１，２−ジメチル−３−アルキル（式（１）においてＲ１＝ＣＨ３、Ｒ２＝ＣＨ３、Ｒ３＝ｎ−ブチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−オクチル、ｎ−ドデシル）である。なお、１，２−ジメチル−３−アルキルと塩化物イオンとの組み合わせにおいては、アルキルがＲ３＝ｎ−ブチル、ｎ−ドデシルの場合についてのみ検証を行った。
一方、検討したカチオン種の側鎖の構造は１−メチル−３−アリル（式（１）においてＲ１＝ＣＨ３、Ｒ２＝Ｈ、Ｒ３＝ＣＨ２ＣＨ＝ＣＨ２）、１−メチル−３−アルキル（式（１）においてＲ１＝ＣＨ３、Ｒ２＝Ｈ、Ｒ３＝ｎ−ブチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−オクチル、ｎ−ドデシル）、１−ブチル−３−アルキル（式（１）においてＲ１＝−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３、Ｒ２＝Ｈ、Ｒ３＝ｎ−ブチル）、１，２−ジメチル−３−アルキル（式（１）においてＲ１＝ＣＨ３、Ｒ２＝ＣＨ３、Ｒ３＝ｎ−ブチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−オクチル、ｎ−ドデシル）である。なお、１，２−ジメチル−３−アルキルと塩化物イオンとの組み合わせにおいては、アルキルがＲ３＝ｎ−ブチル、ｎ−ドデシルの場合についてのみ検証を行った。
上記アニオン種及びカチオン種を組み合わせた複数のイオン液体を合成し、ＬＣＳＴ挙動を測定した。結果を表１、２に示す。表１、２において、「ＬＣＳＴ」とは、イオン液体と水との混合物がＬＣＳＴ挙動を示したことを意味し、「ＵＣＳＴ」とは、イオン液体と水との混合物がＵＣＳＴ挙動（水に対する上限臨界溶液温度（Upper Critical Solution temperature，ＵＣＳＴ）を有し、ＵＣＳＴより低い温度では、イオン液体と水とが相分離（脱水和）し、ＵＣＳＴより高い温度では、イオン液体と水とが相溶（水和）する挙動）を示したことを意味する。また、表１、２において、「親水」とは、測定の間、イオン液体と水とが常に相溶していたことを意味し、「不溶」とは、測定の間、イオン液体と水とが常に相分離していたことを意味する。
表１、２にまとめたように、１−メチル−３−アリルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナ−ト、１−メチル−３−アリルイミダゾリウムトリフルオロ酢酸、１−メチル−３−ヘキシルイミダゾリウムブロミド、１，３−ジブチルイミダゾリウムクロライド、１，２−ジメチル−３−ヘキシルイミダゾリウムブロミド、１，２−ジメチル−３−オクチルイミダゾリウムブロミド、１，２−ジメチル−３−ドデシルイミダゾリウムブロミド、１，２−ジメチル−３−ブチルイミダゾリウムクロライド、１，２−ジメチル−３−ドデシルイミダゾリウムクロライドの９種類のイオン液体が、ＬＣＳＴ挙動を示すことが確認された。
以下、これらのイオン液体のＬＣＳＴ挙動の測定方法及び測定結果を示す。
以下、これらのイオン液体のＬＣＳＴ挙動の測定方法及び測定結果を示す。
１．２．ＬＣＳＴ挙動の測定
上記イオン液体を含む水溶液について、表３に示す電極構成で、ＬＣＳＴ挙動の測定を行った。
上記イオン液体を含む水溶液について、表３に示す電極構成で、ＬＣＳＴ挙動の測定を行った。
（１）１−メチル−３−アリルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナ−ト
（１−１）定電流（ガルバノスタット）モード測定
１−メチル−３−アリルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナ−ト水溶液（３０ｗｔ％）について、３０℃、３５℃、４０℃、４５℃、５０℃の各温度における定電流（ガルバノスタット）モード測定を行った。結果を図１に示す。図１は１０ｍＨｚ〜１ＭＨｚにおけるＰｈａｓｅＡｎｇｌｅ（位相角）を示す図である。図１に示すように、０．１Ｈｚ〜１Ｈｚにおいて、４５℃でピークが出現し、他の温度と異なる挙動を示した。よって、１−メチル−３−アリルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナ−トは４５℃付近にＬＣＳＴを有することが確認された。
（１−１）定電流（ガルバノスタット）モード測定
１−メチル−３−アリルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナ−ト水溶液（３０ｗｔ％）について、３０℃、３５℃、４０℃、４５℃、５０℃の各温度における定電流（ガルバノスタット）モード測定を行った。結果を図１に示す。図１は１０ｍＨｚ〜１ＭＨｚにおけるＰｈａｓｅＡｎｇｌｅ（位相角）を示す図である。図１に示すように、０．１Ｈｚ〜１Ｈｚにおいて、４５℃でピークが出現し、他の温度と異なる挙動を示した。よって、１−メチル−３−アリルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナ−トは４５℃付近にＬＣＳＴを有することが確認された。
（２）１−メチル−３−アリルイミダゾリウムトリフルオロ酢酸
（２−１）定電流（ガルバノスタット）モード測定
１−メチル−３−アリルイミダゾリウムトリフルオロ酢酸水溶液（３０ｗｔ％）について、１５℃、２０℃、３０℃、４０℃、５０℃の各温度における定電流（ガルバノスタット）モード測定を行った。結果を図２に示す。図２に示すように、１Ｈｚ〜１０Ｈｚにおいて、４０℃でピークが出現し、他の温度と異なる挙動を示した。よって、１−メチル−３−アリルイミダゾリウムトリフルオロ酢酸は４０℃付近にＬＣＳＴを有することが確認された。
（２−１）定電流（ガルバノスタット）モード測定
１−メチル−３−アリルイミダゾリウムトリフルオロ酢酸水溶液（３０ｗｔ％）について、１５℃、２０℃、３０℃、４０℃、５０℃の各温度における定電流（ガルバノスタット）モード測定を行った。結果を図２に示す。図２に示すように、１Ｈｚ〜１０Ｈｚにおいて、４０℃でピークが出現し、他の温度と異なる挙動を示した。よって、１−メチル−３−アリルイミダゾリウムトリフルオロ酢酸は４０℃付近にＬＣＳＴを有することが確認された。
（３）１−メチル−３−ヘキシルイミダゾリウムブロミド
（３−１）定電位（ポテンショスタット）モード測定
１−メチル−３−ヘキシルイミダゾリウムブロミド水溶液（３０ｗｔ％）について、１℃、３℃、５℃、７℃の各温度における定電位（ポテンショスタット）モード測定を行った。結果を図３に示す。図３に示すように、０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚにおいて、７℃でショルダーが出現し、他の温度と異なる挙動を示した。よって、１−メチル−３−ヘキシルイミダゾリウムブロミドは７℃付近にＬＣＳＴを有することが確認された。
（３−１）定電位（ポテンショスタット）モード測定
１−メチル−３−ヘキシルイミダゾリウムブロミド水溶液（３０ｗｔ％）について、１℃、３℃、５℃、７℃の各温度における定電位（ポテンショスタット）モード測定を行った。結果を図３に示す。図３に示すように、０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚにおいて、７℃でショルダーが出現し、他の温度と異なる挙動を示した。よって、１−メチル−３−ヘキシルイミダゾリウムブロミドは７℃付近にＬＣＳＴを有することが確認された。
（４）１，３−ジブチルイミダゾリウムクロライド
（４−１）定電位（ポテンショスタット）モード測定
１，３−ジブチルイミダゾリウムクロライド水溶液（１５ｗｔ％）について、１５℃、２０℃、２５℃、３０℃、３５℃、４０℃、４５℃、５０℃の各温度における定電位（ポテンショスタット）モード測定を行った。結果を図４に示す。図４に示すように、１Ｈｚ〜１００Ｈｚにおいて、４５℃〜５０℃でピークが出現し、他の温度と異なる挙動を示した。よって、１，３−ジブチルイミダゾリウムクロライドは４５℃〜５０℃の間にＬＣＳＴを有することが確認された。
（４−１）定電位（ポテンショスタット）モード測定
１，３−ジブチルイミダゾリウムクロライド水溶液（１５ｗｔ％）について、１５℃、２０℃、２５℃、３０℃、３５℃、４０℃、４５℃、５０℃の各温度における定電位（ポテンショスタット）モード測定を行った。結果を図４に示す。図４に示すように、１Ｈｚ〜１００Ｈｚにおいて、４５℃〜５０℃でピークが出現し、他の温度と異なる挙動を示した。よって、１，３−ジブチルイミダゾリウムクロライドは４５℃〜５０℃の間にＬＣＳＴを有することが確認された。
（５）１，２−ジメチル−３−ヘキシルイミダゾリウムブロミド
（５−１）定電位（ポテンショスタット）モード測定
１，２−ジメチル−３−ヘキシルイミダゾリウムブロミド水溶液（１５ｗｔ％）について、１５℃、２０℃、２５℃、３０℃、３５℃、４０℃、４５℃、５０℃の各温度における定電位（ポテンショスタット）モード測定を行った。結果を図５に示す。図５に示すように、１Ｈｚ〜１００Ｈｚにおいて、３０℃でピークが消失し、他の温度と異なる挙動を示した。よって、１，２−ジメチル−３−ヘキシルイミダゾリウムブロミドは３０℃付近にＬＣＳＴを有することが確認された。なお、５０℃においてピークが消失しているのは、１，２−ジメチル−３−ヘキシルイミダゾリウムブロミドが５０℃付近にＵＣＳＴを有するためであると考えられる。
（５−１）定電位（ポテンショスタット）モード測定
１，２−ジメチル−３−ヘキシルイミダゾリウムブロミド水溶液（１５ｗｔ％）について、１５℃、２０℃、２５℃、３０℃、３５℃、４０℃、４５℃、５０℃の各温度における定電位（ポテンショスタット）モード測定を行った。結果を図５に示す。図５に示すように、１Ｈｚ〜１００Ｈｚにおいて、３０℃でピークが消失し、他の温度と異なる挙動を示した。よって、１，２−ジメチル−３−ヘキシルイミダゾリウムブロミドは３０℃付近にＬＣＳＴを有することが確認された。なお、５０℃においてピークが消失しているのは、１，２−ジメチル−３−ヘキシルイミダゾリウムブロミドが５０℃付近にＵＣＳＴを有するためであると考えられる。
（６）１，２−ジメチル−３−オクチルイミダゾリウムブロミド
（６−１）定電位（ポテンショスタット）モード測定
１，２−ジメチル−３−オクチルイミダゾリウムブロミド水溶液（３０ｗｔ％）について、１５℃、２０℃、２５℃、３０℃、３５℃、４０℃、４５℃、５０℃の各温度における定電位（ポテンショスタット）モード測定を行った。結果を図６に示す。図６に示すように、０．１Ｈｚ〜１Ｈｚにおいて、２０℃でピークが出現し、他の温度と異なる挙動を示した。よって、１，２−ジメチル−３−オクチルイミダゾリウムブロミドは２０℃付近にＬＣＳＴを有することが確認された。
（６−１）定電位（ポテンショスタット）モード測定
１，２−ジメチル−３−オクチルイミダゾリウムブロミド水溶液（３０ｗｔ％）について、１５℃、２０℃、２５℃、３０℃、３５℃、４０℃、４５℃、５０℃の各温度における定電位（ポテンショスタット）モード測定を行った。結果を図６に示す。図６に示すように、０．１Ｈｚ〜１Ｈｚにおいて、２０℃でピークが出現し、他の温度と異なる挙動を示した。よって、１，２−ジメチル−３−オクチルイミダゾリウムブロミドは２０℃付近にＬＣＳＴを有することが確認された。
（７）１，２−ジメチル−３−ドデシルイミダゾリウムブロミド
（７−１）定電位（ポテンショスタット）モード測定
１，２−ジメチル−３−ドデシルイミダゾリウムブロミド水溶液（３０ｗｔ％）について、１５℃、２０℃、２５℃、３０℃、３５℃、４０℃、４５℃、５０℃の各温度における定電位（ポテンショスタット）モード測定を行った。結果を図７に示す。図７に示すように、０．１Ｈｚ〜１Ｈｚにおいて、２０℃で変曲点が出現し、他の温度と異なる挙動を示した。よって、１，２−ジメチル−３−ドデシルイミダゾリウムブロミドは２０℃付近にＬＣＳＴを有することが確認された。
（７−１）定電位（ポテンショスタット）モード測定
１，２−ジメチル−３−ドデシルイミダゾリウムブロミド水溶液（３０ｗｔ％）について、１５℃、２０℃、２５℃、３０℃、３５℃、４０℃、４５℃、５０℃の各温度における定電位（ポテンショスタット）モード測定を行った。結果を図７に示す。図７に示すように、０．１Ｈｚ〜１Ｈｚにおいて、２０℃で変曲点が出現し、他の温度と異なる挙動を示した。よって、１，２−ジメチル−３−ドデシルイミダゾリウムブロミドは２０℃付近にＬＣＳＴを有することが確認された。
（８）１，２−ジメチル−３−ブチルイミダゾリウムクロライド
（８−１）定電流（ガルバノスタット）モード測定
１，２−ジメチル−３−ブチルイミダゾリウムクロライド水溶液（３０ｗｔ％）について、５℃、１０℃、１５℃、２０℃、３０℃、４０℃、５０℃の各温度における定電流（ガルバノスタット）モード測定を行った。結果を図８に示す。図８に示すように、０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚにおいて、１５℃でピークが出現し、他の温度と異なる挙動を示した。よって、１，２−ジメチル−３−ブチルイミダゾリウムクロライドは、１５℃付近にＬＣＳＴを有することが確認された。
（８−１）定電流（ガルバノスタット）モード測定
１，２−ジメチル−３−ブチルイミダゾリウムクロライド水溶液（３０ｗｔ％）について、５℃、１０℃、１５℃、２０℃、３０℃、４０℃、５０℃の各温度における定電流（ガルバノスタット）モード測定を行った。結果を図８に示す。図８に示すように、０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚにおいて、１５℃でピークが出現し、他の温度と異なる挙動を示した。よって、１，２−ジメチル−３−ブチルイミダゾリウムクロライドは、１５℃付近にＬＣＳＴを有することが確認された。
（９）１，２−ジメチル−３−ドデシルイミダゾリウムクロライド
（９−１）定電位（ポテンショスタット）モード測定
１，２−ジメチル−３−ドデシルイミダゾリウムクロライド水溶液（２０ｗｔ％）について、１５℃、２０℃、２５℃、３０℃、３５℃、４０℃、４５℃、５０℃の各温度における定電位（ポテンショスタット）モード測定を行った。結果を図９に示す。図９に示すように、０．１Ｈｚ〜１Ｈｚにおいて、２５℃でピークが出現し、他の温度と異なる挙動を示した。よって、１，２−ジメチル−３−ドデシルイミダゾリウムクロライドは、２５℃付近にＬＣＳＴを有することが確認された。
（９−１）定電位（ポテンショスタット）モード測定
１，２−ジメチル−３−ドデシルイミダゾリウムクロライド水溶液（２０ｗｔ％）について、１５℃、２０℃、２５℃、３０℃、３５℃、４０℃、４５℃、５０℃の各温度における定電位（ポテンショスタット）モード測定を行った。結果を図９に示す。図９に示すように、０．１Ｈｚ〜１Ｈｚにおいて、２５℃でピークが出現し、他の温度と異なる挙動を示した。よって、１，２−ジメチル−３−ドデシルイミダゾリウムクロライドは、２５℃付近にＬＣＳＴを有することが確認された。
２．水蒸気吸放出材料の吸湿特性評価
２．１．実施例１
（１）水蒸気吸放出材料の合成
メソ多孔体として市販のアミノプロピルシリカゲル（ジーエルサイエンス（株）製、粒子径１０μｍ、平均細孔径１０ｎｍ）０．１６２ｇと、イオン液体として１，２−ジメチル−３−オクチルイミダゾリウムブロミド（以下、「ＤＭＯＩｍＢｒ」という。）０．０４０５ｇとを水中で１０分間撹拌したのち、１００℃で乾燥させることにより、水蒸気吸放出材料を合成した。
２．１．実施例１
（１）水蒸気吸放出材料の合成
メソ多孔体として市販のアミノプロピルシリカゲル（ジーエルサイエンス（株）製、粒子径１０μｍ、平均細孔径１０ｎｍ）０．１６２ｇと、イオン液体として１，２−ジメチル−３−オクチルイミダゾリウムブロミド（以下、「ＤＭＯＩｍＢｒ」という。）０．０４０５ｇとを水中で１０分間撹拌したのち、１００℃で乾燥させることにより、水蒸気吸放出材料を合成した。
（２）水蒸気吸着量の測定
（１）で合成した水蒸気吸放出材料を真空中、６０℃で６時間乾燥させた後、２０℃及び５０℃における任意の相対湿度に対する水蒸気吸着量の平衡値を、ガス吸着評価装置（ＢＥＬＳＯＲＰ−ＭＡＸ、日本ベル（株）製）にて測定した。水蒸気吸着等温線の測定結果を図１０に示す。
（１）で合成した水蒸気吸放出材料を真空中、６０℃で６時間乾燥させた後、２０℃及び５０℃における任意の相対湿度に対する水蒸気吸着量の平衡値を、ガス吸着評価装置（ＢＥＬＳＯＲＰ−ＭＡＸ、日本ベル（株）製）にて測定した。水蒸気吸着等温線の測定結果を図１０に示す。
２．２．比較例１
実施例１で使用したアミノプロピルシリカゲルに何も保持させない状態で、実施例１と同様に水蒸気吸着量を測定した。水蒸気吸着等温線の測定結果を図１１に示す。
実施例１で使用したアミノプロピルシリカゲルに何も保持させない状態で、実施例１と同様に水蒸気吸着量を測定した。水蒸気吸着等温線の測定結果を図１１に示す。
図１０に示すように、メソ多孔体にＤＭＯＩｍＢｒを保持させた実施例１に係る水蒸気吸放出材料の吸着等温線は２０℃と５０℃とで大きく異なり、５０℃において吸湿量が低下していた。これは、ＤＭＯｌｍＢｒが、２０℃においては水和する性質があるため、細孔内が親水性を示すのに対し、５０℃においては水と分離する性質があるため、細孔内が疎水化するためであると考えられる。一方、図１１に示すように、当該性質を有さない比較例１に係るアミノプロピルシリカゲルの吸着等温線は、２０℃と５０℃とで大きな変化が見られなかった。
Claims (2)
- イミダゾリウム環を有し、１５〜５０℃の間にＬＣＳＴを有するイオン液体が細孔内に保持されてなるメソ多孔体を含む、水蒸気吸放出材料。
- 前記イオン液体が、１−メチル−３−アリルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナ−ト、１−メチル−３−アリルイミダゾリウムトリフルオロ酢酸、１，３−ジブチルイミダゾリウムクロライド、１，２−ジメチル−３−ヘキシルイミダゾリウムブロミド、１，２−ジメチル−３−オクチルイミダゾリウムブロミド、１，２−ジメチル−３−ドデシルイミダゾリウムブロミド、１，２−ジメチル−３−ブチルイミダゾリウムクロライド、１，２−ジメチル−３−ドデシルイミダゾリウムクロライド、から選択される少なくとも１種類であることを特徴とする、請求項１に記載の水蒸気放出材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016039451A JP2017154076A (ja) | 2016-03-01 | 2016-03-01 | 水蒸気吸放出材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016039451A JP2017154076A (ja) | 2016-03-01 | 2016-03-01 | 水蒸気吸放出材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017154076A true JP2017154076A (ja) | 2017-09-07 |
Family
ID=59807489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016039451A Pending JP2017154076A (ja) | 2016-03-01 | 2016-03-01 | 水蒸気吸放出材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2017154076A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108393075A (zh) * | 2018-03-08 | 2018-08-14 | 陕西科技大学 | 一种离子液体改性纤维素基吸附剂及其制备方法和应用 |
| WO2021230052A1 (ja) * | 2020-05-14 | 2021-11-18 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 乾燥機、乾燥方法および除湿フィルター |
-
2016
- 2016-03-01 JP JP2016039451A patent/JP2017154076A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108393075A (zh) * | 2018-03-08 | 2018-08-14 | 陕西科技大学 | 一种离子液体改性纤维素基吸附剂及其制备方法和应用 |
| CN108393075B (zh) * | 2018-03-08 | 2021-05-04 | 陕西科技大学 | 一种离子液体改性纤维素基吸附剂及其制备方法和应用 |
| WO2021230052A1 (ja) * | 2020-05-14 | 2021-11-18 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 乾燥機、乾燥方法および除湿フィルター |
| CN115485520A (zh) * | 2020-05-14 | 2022-12-16 | 松下知识产权经营株式会社 | 干燥机、干燥方法及除湿过滤器 |
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