2015 Fiscal Year Research-status Report
マイクロ・ナノバブル研究の根底となるバブル存在評価に関する手法の構築
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15K05815
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| Research Institution | Kochi National College of Technology |
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Principal Investigator |
秦 隆志 高知工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (00342577)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西内 悠祐 高知工業高等専門学校, 電気情報工学科, 准教授 (00455172)
多田 佳織 高知工業高等専門学校, 総合科学科, 講師 (10611775)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | マイクロ・ナノバブル / 存在評価 / 超音波 / ラジカル / ソノルミネッセンス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度は、まずマイクロ・ナノバブル研究分野で高密度のバブル発生能があると考えられている加圧溶解式マイクロ・ナノバブル発生器を用い、空間清浄度クラス1,000のクリーンな環境で稼働と、ナノ粒子解析装置を用いた1μm以下の粒子（バブル）数の計測をおこなった。なお、処理水はJIS K0557 A4の超純水、導入気体は0.04μm口径の中空紙膜フィルターを介した。結果、単純な装置への導水と導入気体の代わりに超純水を通した場合の両方において、約100～500nmの間で粒度分布が観測された。つまり、装置からのコンタミが生じており、これまで原水（処理前の超純水など）をベースとして評価していたことが一般的であった実験系から、装置への導水後の水をベースとして位置づける必要性を確認した。
次いで、上記で作製・評価されたマイクロ・ナノバブル水に対し、28kHzおよび45kHzの超音波処理をおこない、その前後での1μm以下の粒子（バブル）数の計測をおこなったところ、短時間の印可では周波数の増加に伴いバブル数の減少、つまり超音波によるバブルの破壊、他方、長時間の印可ではバブルの粒子径のナノ化と数の増加が確認された。
また、メチレンブルーを添加した系においては、超音波によるバブルの破壊によって生じたと考えられるラジカルに起因した脱色が28kHzでは僅かに観測された一方、45KHzではそれよりも強い脱色挙動が観測され、先の挙動に対応した結果が得られた。なお、単純な飽和酸素水ではこのような結果は得られず、この実験結果の要因はマイクロ・ナノバブルの存在が関係していると推測される。
その他としては、超音波印可によるバブルの破壊現象から生じるソノルミネッセンスをイメージインテンシファイアによって観測し、バブルと異物等との区別について検討をおこない、可能性を示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成27年度および平成28年度計画は以下である。
①現在、マイクロ・ナノバブル研究でバブル量を測定できるとして認識されている測定機を用いて、超音波の周波数・出力を種々に変え、処理前後のマイクロ・ナノバブル数を計測し評価する。目標点は、超音波によってマイクロ・ナノバブルの崩壊現象のみ、あるいは処理後残存するマイクロ・ナノバブル数が最小となる条件の把握とする（つまり、マイクロ・ナノバブルが消滅、消滅度が最高となる条件の探索）。
②上記①の条件で、ESR測定やメチレンブルー等の脱色評価から発生するラジカル量を定量化し、その際に崩壊するマイクロ・ナノバブル数と発生するラジカル量との間で相関関係を調査する。本事項では、その相関関係を用い、発生したラジカル量から崩壊したマイクロ・ナノバブル数を見積もることを目標点とする。
平成27年度において、クリーンな環境下での実験系の確立と測定における基準の選定を決定した。また、超音波周波数28kHzと45kHzのデータの蓄積（①）と共にメチレンブルーを添加したマイクロ・ナノバブルにおいて超音波を併用した脱色挙動の観測（②）をおこなった。この脱色挙動は単純な飽和酸素水では観測されず、マイクロ・ナノバブルの存在が関係していると推測される。また、脱色の程度が超音波印可によって破壊されたバブル数と相関性を示す可能性を確認した。
更に、超音波印可によってバブルが破壊された場合は、ソノルミネッセンスを生じる可能性があり、現在までにおいてイメージインテンシファイアを用いて観測とコンタミネーションとの区別の可能性について確認している。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度は、「現在までの進捗状況」の補充をおこないつつ、より利用の実現場を意識した以下の研究テーマを実施する。実際の利用現場では、多種の有機物等が混在した環境で使用されることが多々であり、それらの有機物の分解挙動でマイクロ・ナノバブルの存在を評価することが実行性に優れる。
［研究テーマ］マイクロ・ナノバブルと超音波を併用し、ラジカル発生効率が向上した系でのフェノール等の有機物分解挙動を尺度としたマイクロ・ナノバブル存在の検証をおこなう。具体的には、マイクロ・ナノバブルと超音波を併用した有機物分解系として、例えばフェノールの分解挙動を追跡し、崩壊するマイクロ・ナノバブル数とフェノールの分解量との間で相関関係を調査する。本事項では、その相関関係を用い、分解された有機物量から崩壊したマイクロ・ナノバブル数を見積もることを目標点とする。
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| Causes of Carryover |
平成29年度までの実施のため
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
実験に関係する物品および学会発表等の旅費に支出予定
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Research Products
(5 results)
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[Presentation] Study on existence inspection of the fine bubble2015
Author(s)
HATA Takashi, KARIYA Miki, NAGAHARA Junko, TADA Kaori, NISHIUCHI Yusuke, YOSHIDA Yukihiro, WATANABE Shousuke, OHMORI Michio
Organizer
The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem)
Place of Presentation
Honolulu, America
Year and Date
2015-12-15 – 2015-12-20
Int'l Joint Research
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[Presentation] Study on existence verification of the fine bubble2015
Author(s)
Tomoka Morita, Yuto Matsuda, Kaori Tada, Yusuke Nishiuchi, Junko Nagahara, Takashi Hata, Yukihiro Yoshida, Shousuke Watanabe, Michio Ohmori
Organizer
9th International Symposium on Measurement Techniques for Multiphase Flow
Place of Presentation
Hokkaido University, Japan
Year and Date
2015-09-23 – 2015-09-25
Int'l Joint Research
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