2005 Fiscal Year Annual Research Report
ソフトコロイドの高度分離におけるダイナミクスの解明
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16360382
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
入谷 英司 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60144119)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
向井 康人 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30303663)
片桐 誠之 名古屋大学, 大学院工学研究科, 助手 (00345919)
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| Keywords | ソフトコロイド / 遠心分離 / 圧密 / エマルション / 濾過 / 濾過比抵抗 / 空隙率 / ゲル状ケーク |
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| Research Abstract |
本研究では、微生物、ゲル粒子、エマルション粒子、タンパク質のような生体高分子、粒子が緩く集合した凝集粒子といった、変形能が極めて大きく分離困難な"ソフトコロイド"を対象とした粒子・流体系分離のダイナミクスを解明することにより、最適操作の設計に必要な情報を提供することを目的とする。本年度は、エマルションの遠心分離、微生物懸濁液の定圧濾過などについて検討を行った。
分析用遠心機を用いて、O/Wエマルションおよび粒子懸濁液の遠心分離を行い、油滴粒子の浮上過程と微粒子の沈降過程を解析した。粒子懸濁液の遠心沈降過程がRichardson-Zaki式で記述できるのに対し、O/Wエマルションの遠心浮上過程はRichardson-Zaki式では表せない特異的な挙動を示し、またエマルションの濃度が大きくなると、油滴粒子が変形して粒子同士の接触面積が増加し、粒子の比表面積が小さくなるという現象が観察された。このことから、ソフト微粒子の遠心分離挙動は、分離過程における粒子の接触・変形の影響を受けるため、ハード微粒子とは異なった特性を示すことが明らかとなった。また、O/Wエマルションの遠心分離により得られる圧密クリーミング層について解析を行い、油滴粒子の体積分率が極めて大きいゲル状ケーク(ゲルエマルション)が生成されることを確認し、その特性に関する有用な知見を得た。
微生物の集合体である活性汚泥フロックの精密濾過では、濾過中に生成されるケークの濾過比抵抗(濾過の難易度の指標となる)について調査し、剛体粒子の場合と比較して濾過ケークの圧縮性が極めて高いことを確認し、濾過圧力の増大が濾過速度の増大に必ずしも繋がらないことを示した。また、フロック中には液の流動に関与しない束縛水が存在しており、濾過ケークの空隙率を正確に評価するためには、これを考慮する必要があることを明らかにした。さらに、微生物の代謝反応により生成されるタンパク質や多糖類などの生体高分子が液中に存在する場合には、これらの生体高分子が膜面上に堆積してゲル状ケークとなり、濾過抵抗の主な要因となることを見出した。
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