Transport of Colloidal Particles in Unsaturated Soils
| Project/Area Number |
21H01424
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 22030:Geotechnical engineering-related
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| Research Institution | Hokkaido University (2023)
The University of Tokyo (2021-2022) |
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Principal Investigator |
濱本 昌一郎 北海道大学, 農学研究院, 教授 (30581946)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹村 貴人 日本大学, 文理学部, 教授 (30359591)
大竹 豊 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (50425617)
杉本 卓也 筑波大学, 生命環境系, 助教 (70899509)
石田 尚之 同志社大学, 理工学部, 教授 (80344133)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
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| Keywords | コロイド / 気液界面 / 原子間力顕微鏡 / マイクロ流路 / 多孔質体 / X線CT / マクロ流路 / AFM |
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| Outline of Research at the Start |
地盤内部に存在するナノ・マイクロスケールのコロイド態微粒子は、汚染物質のキャリアーとして働き、土壌・地下水汚染の拡大に寄与することが知られている。地盤内のコロイド粒子は固液・気液界面への捕捉や汚染物質への分配を伴いながら、複雑な液相ネットワーク内を移動する。本研究では，気液界面存在下における多孔質体中のコロイド粒子挙動の実態把握に基づき、不飽和地盤内でのコロイド粒子の地盤内分配・移動特性を解明する。さらに、汚染土壌におけるコロイド粒子およびコロイド担体汚染物質の移動領域・環境影響範囲評価に資するコロイド粒子の地盤内移動モデルを提案する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，気液界面存在下における多孔質体中のコロイド粒子挙動の実態把握に基づき、不飽和土壌内でのコロイド粒子の土壌内移動特性を解明することを目的とする。本年度はまず、X線CTを用いた不飽和土壌の間隙構造のキャラクタリゼーションと、間隙構造パラメータと各種物質輸送係数の関係について調べた。粒径の異なる砂試料を用いて、異なる水分状態（完全飽和、封入不飽和、連続不飽和（脱水・吸水過程））にある砂充填カラムを作成し、物質輸送係数として飽和・不飽和透水係数、ガス拡散係数、通気係数を測定した。また各水分条件において、X線CT装置を用いて液相・気相の間隙径分布に加え、各相の屈曲度・連結性を定量的に評価した。結果、封入空気の気泡径と分布が封入不飽和状態下での透水係数の低下度に大きく影響を与えること、同一水分条件下で吸水過程は脱水過程に比べ粗大間隙ネットワークの連結性が高く、結果としてガス拡散係数および通気係数が高くなること、など気液界面存在下における間隙構造と物質輸送特性に関する貴重な基礎的知見が得られた。さらに本年度は、間隙水の化学的特性が多孔質体中のコロイド挙動に与える影響を調べるため、Na+やCa2+などのイオン種やイオン濃度を変えた条件で砂充填カラムへのラテックス粒子注入実験を行った。二価陽イオン存在下ではコロイド粒子沈着が促進することや、NaとCaとのイオン交換反応時における沈着コロイド粒子の脱離挙動が、DLVO理論に基づくコロイド粒子と充填粒子表面との相互作用力によって説明できることを示した。また次年度に向けて、マイクロ間隙流路を用いたコロイド粒子挙動直接観察の装置セットアップや、AFMを用いたコロイド粒子と充填粒子表面との相互作用力測定に関する実験を開始した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
不飽和土壌におけるコロイド挙動把握に関する実験には取り組めてはいないものの、X線CT装置、原子間力顕微鏡（AFM）、マイクロ間隙流路等を用いた気液界面下での間隙構造観察・定量化およびコロイド粒子挙動観察に関する実験ノウハウを蓄積することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
飽和・不飽和条件下でのコロイド粒子挙動把握に向けて、砂・ガラスビーズ充填試料を用いたコロイド輸送実験に取り組む。さらに、AFMやマイクロ間隙流路を用いて、充填粒子近傍でのコロイド粒子挙動の直接観察および定量化を行う。特に、間隙水の化学的特性とコロイド粒子挙動との関係について詳細に検討する。
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
