マイクロ流路を活用した間隙構造中におけるコロイドの目詰まり・破壊現象の解明
| Project/Area Number |
21K14939
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 41030:Rural environmental engineering and planning-related
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
杉本 卓也 筑波大学, 生命環境系, 助教 (70899509)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | コロイド / 沈着 / 破壊 / 流動現象 / 界面電気現象 / 凝集 / 輸送現象 / 界面動電現象 / 目詰まり |
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| Outline of Research at the Start |
土壌の透水性の低下は，微細なコロイド画分の剥離や移動と，それらの間隙内への集積による目詰まりに支配される．従来のカラム輸送実験では，間隙スケールでの土壌マトリクスへのコロイドの集積に伴う目詰まりや，目詰まり層からの剥離や再浮遊による破壊現象のダイナミクスを評価することは難しい．
本研究では，微細な間隙構造を有するマイクロ流路中の顕微鏡観察に基づいて目詰まり・破壊現象の評価系を構築する．間隙内の流動条件やコロイドの帯電・凝集特性に関する情報をレファレンスとしながら，目詰まりの形成－成長－破壊過程の支配因子を探索する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，マイクロ流路を活用した目詰まりの形成－破壊過程の評価系の構築し，コロイドの帯電・凝集特性評価を相補的に用いながら，目詰まりを引き起こす沈着複合体の形成－破壊およびその物理性の制御機構の解明を目的とする。採択最終年度である当該年度は，マイクロ流路を用いた実験系のデータ取得，およびマクロな沈着速度を評価するためのカラム輸送実験とその解析をおこなった。また，目詰まりと本質的に類似した実験系である濃厚なコロイド懸濁液に関するシミュレーションを用いた解析を行い，実験データと定量的に比較検討した。当該年度の研究成果は，以下の通りである。
昨年度から継続して，フォトリソグラフィにより作製した微細な流路内に円柱を配置したマイクロ流路を使い，沈着複合体の付着形成および破壊に関する直接観察測定を行い，粒径依存性を含む実験データを解析し，近く学会で発表する予定である。
平行して，マクロな沈着現象との対応を検討するために，非球形ナノ粒子であるセルロースナノクリスタル粒子を用いたカラム輸送実験をおこなった。ブロッキングを考慮した移流分散モデルで解析することで，実験データから沈着速度を評価することに成功した。この成果について既に学会で発表し，今後は院生と協力してデータを蓄積し，論文として公表する予定である。
加えて，前年度に引き続き，共同研究者とともに濃厚なコロイド懸濁液の非ニュートン流動特性に粒子の電気的斥力が与える影響について，流体相互作用と離散要素法を組み合わせたシミュレーションによる解析をおこない，実験結果と比較検討をおこなった。その結果，流動曲線の塩濃度依存性，濃厚系でみられるせん断速度の増加にともなう粘度上昇が開始する臨界せん断応力が小さくなるという実験データが再現でき，良好な定量的な一致を確認することができた。今後は，共同研究者と共著で学術論文として公表する予定である。
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Report
(3 results)
Research Products
(31 results)
