土・水環境技術の高度化に向けたコロイドおよびナノバブルの移動現象の解明

• Project/Area Number: 18J00823
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Rural environmental engineering/Planning
• Research Institution: University of Tsukuba (2020); The University of Tokyo (2018-2019)
• Principal Investigator: 杉本 卓也 筑波大学, 生命環境系, 助教
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: ナノバブル / コロイド / 沈着 / 移流分散方程式 / 不飽和条件 / 共振式質量分析計 / 界面電気現象 / 輸送現象 / 電気的相互作用

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，共存する有機コロイドの影響に焦点を絞り，土壌中におけるコロイドおよびナノバブルの移動現象を明らかにすることを目的とした．採用最終年度である当該年度は，昨年度から引き続き，前半はローザンヌ大学の de Anna 助教の下でマイクロ流路を用いた多孔質体中のコロイド移動の直接観察に関する研究に取り組んだ．また，昨年度までに得られた，多孔質体中に沈着したコロイド粒子が微細な気泡であるナノバブルの移動に与える影響に関する実験およびモデル解析の結果についてとりまとめ，国際誌に投稿し，現在査読中である．当該年度の研究成果は，以下の通りである．

ローザンヌ大学 de Anna 助教との共同研究では，多孔質構造を有するマイクロ流路内に気泡を注入し作成した不飽和条件下において，蛍光コロイド粒子を注入する輸送実験を実施した．多孔質流路の流入口および流出口において，流動しているコロイド粒子の数濃度を画像解析により時間の関数として測定し，流入したコロイドのうちどれだけが流出してきたかを表す破過曲線を測定した．不均一な粒径，気泡の存在下では，流出口に到達するコロイドが経験する速度にばらつきが生じ，破過曲線がより滑らかになるという既往結果と整合する結果が得られた．
沈着したコロイドがナノバブル移動に与える影響に関する研究については，コロイドあるいはナノバブル注入時は沈着速度項，純水注入時は脱離速度項を導入することで，得られた破過曲線が移流分散モデルにより良く説明できることを示した．また，この研究を通して，固体コロイドとナノバブルの共存下において，浮力の違いからそれらを区別して計数し濃度を測定可能な共振式質量分析計を初めて輸送実験に用い，共輸送実験へのその有用性を示すことに成功した．

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ローザンヌ大学(スイス)
• [Int'l Joint Research] ローザンヌ大学(スイス)
• [Int'l Joint Research] フリブール大学(スイス)
• [Journal Article] Critical coagulation ionic strengths for heteroaggregation in the presence of multivalent ions (2020)
  • Author(s): Sugimoto Takuya、Kobayashi Motoyoshi
  • Journal Title: Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects Volume: 603 Pages: 125234-125234
  • DOI: 10.1016/j.colsurfa.2020.125234
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] An analysis on the electrophoretic mobility of cellulose nanocrystals as thin cylinders: relaxation and end effect (2019)
  • Author(s): Lin Kuan-Hsuan、Hu Donghao、Sugimoto Takuya、Chang Feng-Cheng、Kobayashi Motoyoshi、Enomae Toshiharu
  • Journal Title: RSC Advances Volume: 9 Issue: 58 Pages: 34032-34038
  • DOI: 10.1039/c9ra05156b
  • NAID: 120007132800
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Charge reversal of sulfate latex particles in the presence of lanthanum ion (2019)
  • Author(s): Sugimoto Takuya、Nishiya Manami、Kobayashi Motoyoshi
  • Journal Title: Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects Volume: 572 Pages: 18-26
  • DOI: 10.1016/j.colsurfa.2019.03.077
  • NAID: 120007133620
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Critical coagulation ionic strengths on heteroaggregation in the presence of multivalent ions (2019)
  • Author(s): T. Sugimoto, M. Kobayashi
  • Organizer: OKINAWA COLLOIDS 2019, the international conference for the 70th anniversary of the divisional meeting of the Division of Colloid and Surface Chemistry, Chemical Society of Japan
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 多価イオンの存在下でのヘテロ凝集の臨界凝集濃度 (2019)
  • Author(s): 杉本卓也，小林幹佳
  • Organizer: 土壌物理学会
• [Presentation] 多孔質媒体中のナノバブル輸送挙動へのコロイド粒子の沈着の影響 (2019)
  • Author(s): 杉本卓也，濱本昌一郎，西村拓
  • Organizer: 第68回農業農村工学会大会講演会
• [Presentation] 飽和多孔質媒体中のコロイド粒子の沈着がナノバブル挙動に与える影響 (2019)
  • Author(s): 杉本卓也，濱本昌一郎，西村拓
  • Organizer: 第54回地盤工学研究発表会
• [Presentation] Transport of colloidal particles in saturated Toyoura sand: Effects of flow rate on importance of electrostatic repulsion (2019)
  • Author(s): T. Sugimoto, S. Hamamoto, T. Nishimura, Y. Adachi, M. Kobayashi
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2019
• [Presentation] モデルコロイド粒子の電気泳動移動度：三価カチオンとその加水分解物の影響 (2018)
  • Author(s): 杉本卓也，西谷麻菜美，小林幹佳
  • Organizer: 第69回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] Turbulent hetero-aggregation rates of unequal-sized colloidal particles: Effect of size ratio (2018)
  • Author(s): Takuya Sugimoto, Marco Lattuada, Motoyoshi Kobayashi
  • Organizer: The 32th Conference of The European Colloid and Interface Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Charge reversal of sulfate latex particles: Effects of trivalent counter-ions and its hydrolyzed forms (2018)
  • Author(s): Takuya Sugimoto, Manami Nishiya, Motoyoshi Kobayashi
  • Organizer: The 12th Mini-Symposium on Liquids
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Turbulent hetero-aggregation of unequal-sized particles: Size ratio effects (2018)
  • Author(s): Takuya Sugimoto, Motoyoshi Kobayashi
  • Organizer: The 10th international conference of Interfaces Against Pollution
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Kinetics of hetero-aggregation of unequal-sized particles in flow fields (2018)
  • Author(s): Takuya Sugimoto, Motoyoshi Kobayashi
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2018
  • Int'l Joint Research / Invited