Development of reaction model for coagulation with considering the characteristics of varying components in natural waters
| Project/Area Number |
20K04752
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 22060:Environmental systems for civil engineering-related
|
|---|
| Research Institution | Kumamoto University |
|---|
Principal Investigator |
伊藤 紘晃 熊本大学, くまもと水循環・減災研究教育センター, 助教 (80637182)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
|
| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
|
|---|
| Keywords | 凝集 / 天然有機物 / 水中金属 / 鉱物粒子 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
環境水中で生じる凝集は，種々の物質の生残性と流動性を大きく決定づけており，水産学・環境衛生・地球科学等の各分野の問題に関わる。これまでに，各分野で凝集に重要なメカニズムが示されてきたが，環境中に見られる幅広い種類の物質の凝集を定量的に推定するための知見は限られている。本研究では，多種の有機物・金属元素・鉱物粒子を用いて，官能基組成や疎水性部位の構造，配位結合の強さ，表面電位等を勘案しながら凝集を観察し，暗条件における凝集反応速度の予測モデルを構築する。また，光と酸素によって促進される凝集体の解離反応について，想定される間接的反応を制御しながら観察を行い，反応を定量化する。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
令和4年度は天然水中で大規模な凝集が生じる物質である鉄について，高塩濃度における凝集の観察を行った。溶液の組成は鉄の他にNaClを700 mMとNaHCO3を7.69 mMを含む条件とした。
ナノ粒子トラッキング解析法による粒子解析の結果により，Fe(III)濃度が200 nMから明瞭な凝集体の形成が認められた。Fe(III)のが500 nMから5 μMまで上昇するにしたがって，粒子濃度は48,000,000 particles/mLから66,000,000 particles/mLへと微増しながら，粒子径分布は90～200 nmをピークにして主に50～400 nmに分布していた状態から370 nmをピークにして主に10～650 nmに分布する状態へと変化していった。すなわち，この500 nM～5 μMと濃度領域におけるFe(III)の凝集の進行はほとんど粒子サイズの増大にのみ寄与し，粒子の濃度自体はわずかに変化するのみであることが分かった。また，令和3年度の低塩濃度における観察ではFe(III)濃度が1～15 μMにおいて類似の凝集動態が確認されたが，このこととNaClが700 mMという海水レベルの塩濃度で観察を行った令和4年度の結果を比較すると，凝集が生じるFe(III)の濃度領域が受ける塩濃度の影響は少ないと考えらえる。天然の海水中ではFe(III)が1 μMあれば速やかに大規模な沈殿が生じるが，本研究で観察したNaClとNaHCO3のみが存在する条件ではFe(III)が1 μMで合ってもほとんどのFeが溶存態の濃度領域（<400 nm）に留まることが示された。令和2年度にはCaがフミン物質やカオリナイトを架橋して安定でより大きい凝集体を形成することが示されていたが，天然の海水中ではそれと同様にCa等がFeの大規模凝集の決定的要因となっている可能性が考えられる。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
本研究では多様な構成要素を考慮した凝集を扱うことを課題としているが，凝集の濃度依存性を考慮する必要があり，1物質に対して多条件の測定を行う必要がある。これに対してナノ粒子トラッキング解析法では分析に要する時間が比較的長いため，全体的に研究の進捗に時間を要している。また，今年度は事業実施者に出産・育児に関するイベントがあったこともあり，研究のための十分な時間を確保することができなかった。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は，溶液の組成を単純なNaCl溶液からCaやMgを含むような天然水に近い組成とし，これらの成分が凝集に与える影響を調べていく。令和2年度に観察した腐植物質とFe(III)の凝集を軸として，鉱物やこれらの他のマイナーな環境水の構成要素が関わる凝集についての観察を行っていく。
また，フィルターに凝集体を捕捉し，その化学組成を調べることで複合的な凝集体の形成の実態を把握していく。
さらに凝集に対する光照射の影響を調べる。
|
Report
(3 results)
Research Products
(3 results)
