未来志向型材料としての機能性高分子ゲルを応用した水質変換システム

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09650604
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 久場 隆広 九州大学, 工学部, 助教授 (60284527)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山西 博幸 九州大学, 工学部, 助手 (20240062) ; 大石 京子 九州大学, 工学部, 助手 (20110835) ; 荒井 康彦 九州大学, 工学部, 教授 (50005435) ; 入江 正浩 九州大学, 工学部, 教授 (30001986) ; 楠田 哲也 九州大学, 工学部, 教授 (50037967)
• Keywords: 機能性高分子ゲル / 水質 / 水処理 / アクチュエーター / pH / 感温性 / 光刺激 / フォトクロミズム

Research Abstract

環境からくる光・電気・磁気・熱・化学的刺激等に応答して相転移し、体積変化する機能性ゲルを用いて、新たな水質変換システムを構築することを目標にしている。本研究では温度刺激・電気刺激・pH刺激・光刺激応答性ゲルを用いて実験を行い、以下のような結果を得た。
(1)温度刺激応答性ゲルを素材とした包括固定化担体を用いた硝化効率の改善:温度刺激応答性ゲル(NiPAAm)に硝化菌を包括固定し、小型処理装置内で硝化実験を行った。機能性ゲルの体積相転移による“ポンプ効果"が硝化活性を向上させることを確認した。DAPI染色やFISH法から、従来の包括固定化法に比べ、担体深部にまで微生物が存在していることも明らかとなった。
(2)電気刺激応答性ゲルによる脱窒効率の促進:電気刺激応答性ゲルは極めて鋭敏に電圧の印可に応答する。本研究では、この種のゲル(PVA-PAA)を脱窒菌の包括固定材料として利用した。低印可電圧では、基質透過性の向上のみならず、微生物活性に対する電気刺激による物理的な作用が期待できる。一方、高印可電圧では、微生物活性に負の影響を及ぼす結果となった。
(3)メカノケミカルピストンの水質変換システムヘの応用:下水処理水のpHが環境基準値を下回らないようにすることを目標に、処理水のpHに応じて膨潤・収縮するゲルを合成し、pHに応じて曝気量を調整できるようなケミカルバルブ機構を構築した。ゲルを細粒化し、ピストンに充填することにより、応答速度・応答量が飛躍的に向上することが明らかとなった。
(4)光刺激応答性ゲルの環境工学分野への利用:紫外光に反応し、可視光透過率を変化させるSNOs分子を含むフォトクロミックフイルムを合成し、植物性プランクトンの過剰増殖の抑制を試みた。また、クロロフィリンを導入したNiPAAmを光刺激応答性ゲルとして検討した。光刺激に応じたクロロフィリンによる局所熱生成により、NiPAAmの膨潤・収縮現象が確認された。

Research Products

• [Publications] Boonsak Warinpaisan: "Increase in Rate of Biological Nitrification with NIPAAm Gel as Immobilizing Media" Proc.of 6th IAWQ Asia-Pacific Regional Conf.1. 216-221 (1997)
• [Publications] 進藤 健治: "機能性ゲルを用いた硝化促進法" 土木学会第52回年次学術講演会講演概要集 第7部. 57. 316-317 (1997)
• [Publications] 近田 泰章: "pH刺激応答性ゲルを用いた新しい水質変換システムの開発" 土木学会第52回年次学術講演会講演概要集 第7部. 57. 380-381 (1997)
• [Publications] 進藤 健治: "機能性ゲルの体積相転移を利用した廃水処理" 第32回日本水環境学会年会講演概要集. 32(印刷中). (1998)
• [Publications] 近田 泰章: "メカノケミカルピストンの水質変換システムへの応用" 平成9年度土木学会西部支部研究発表会概要集. (印刷中). (1998)
• [Publications] 上原 博志: "電気応答性PVA-PAAゲル固定化菌体を用いた脱窒システムの検討" 平成9年度土木学会西部支部研究発表会概要集. (印刷中). (1998)