• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2017 Fiscal Year Annual Research Report

Environmental Interface Engineering Based on Dynamic Analysis of Colloidal Flocculation

Research Project

Project/Area Number 16H06382
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

足立 泰久  筑波大学, 生命環境系, 教授 (70192466)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小林 幹佳  筑波大学, 生命環境系, 准教授 (20400179)
山下 祐司  筑波大学, 生命環境系, 助教 (30543227)
雷 中方  筑波大学, 生命環境系, 准教授 (30634505)
野村 暢彦  筑波大学, 生命環境系, 教授 (60292520)
小川 和義  筑波大学, 生命環境系, 助教 (60375433)
和田 茂樹  筑波大学, 生命環境系, 助教 (60512720)
京藤 敏達  筑波大学, システム情報系, 教授 (80186345)
Project Period (FY) 2016-05-31 – 2021-03-31
Keywordsコロイド / フロック / 凝集速度 / 高分子電解質 / 沈降 / モンモリロナイト / 干渉沈降 / 界面動電現象
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、環境中のコロイドがナノ粒子と溶存有機物から構成され、乱流条件下にあることを想定して得られたフロッキュレーションの動力学の結果に基づいて、環境界面工学の体系を構築しその有効性を実証すること、さらにその活動を通して国内および世界をリードする拠点基盤とネットワークを構築することある。これらの目的を遂行する立場から、1.コロイドの凝集過程に関わるダイナミクスの解明、2.多孔質複合体のゼータ電位の実体解明、3.フロック群の乱流沈降の水理解析、4.濃厚コロイドの分離技術の確立、5.バイオフィルムにおける凝集と界面動電現象の解明、6.フィールドにおける凝集沈降と水質構造の関連づけ6課題について、実験を中心に研究を推進した。特に課題1に対しては、高分子電解質を加えた際の凝集速度の解析では、正および負に帯電する2種類の高分子電解質を添加した場合にはそれら2つの高分子電解質の相互作用の結果、凝集が大きく阻害される場合と逆に促進される場合の両者が存在することを明らかにした。これらは腐植物質の機能やポリイオンコンプレックスの作用機構を解析する重要な土台となることが期待され、課題4の展開にも関連すると考えられる。一方、課題2に関連しては、自作の実験装置の開発が進展し、課題5への展開が期待される。また、課題3に関連しては、モンモリロナイトフロック群の沈降過程の解析が進展し、沈降乱流の可視化に成功した。また、課題6に関連し、水環境における懸濁態挙動に関するワークショップを開催し、室内実験の成果とフィールドでの測定の関連付けの可能性を確認した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究実績の概要で述べた通り、研究の進捗状況は順調である。特に概要でも述べたとおり課題1に対しては様々なケースの凝集過程について目覚ましい成果が得られ、その成果は今後も大きく発展、展開することが期待できる。実用的な系では凝集は乱流混合で促進されるが、様々な角度から乱流中での凝集過程を解析していく中で、乱流構造そのものに対しこれまでにない新しい視点が明らかにされつつある。課題3では粘土のミクロ粒子間相互作用とマクロスコピックな粘土懸濁液の移動現象に関する問題提起と沈降挙動の可視化に進展がみられ、化学的条件と水理学的条件の両者をパラメータとする実験を推進している。課題1~3の進捗に基づいて、課題4~6の後半3課題に関する具体的な関連づけが可能となる。特に、測定系においては、層流せん断流れ場でのフロックの運動の観察を可能にするクウェットチャンバーと2方向からの沈降挙動の撮影を可能にする沈降顕微鏡から構成されるフロック流動可視化システムを前倒しで導入したことによって、単一フロックの沈降と電気泳動をフロック径の関数として測定する装置の飛躍的な精度の向上とフィールド向けの簡素化した測定系の確立がなされつつある。
また、7月28日にサマースクール「土・水・生命環境とコロイド界面現象2017-Natural Organic Matter-」、9月26日につくばグローバルサイエンスウィークにて、セッション「Innovation of Bio-Resources and Advanced Material Based on Colloid and Soft-Matter」を開催し、さらに12月29日に中国科学院(北京)での出前講義など複数回のセミナーを実施し国際的なネットワークを強化した。
また、本研究の実験実施は、日本人大学院生に加え、中国、インドネシア、マレーシア、ベトナム、インド、バングラデシュ、ロシアなどからの留学生により遂行されており、研究室の環境が非常に国際化された体制で実現されている。

Strategy for Future Research Activity

長期的に見た場合の本研究の展開の可能性は、1.やわらかく多孔質で不均一な環境コロイド界面の動的挙動の物理学的学理を極めることと、2.微生物、フィールド科学など関連分野を有機的に結びつける学問的体系の可能性を示すことの2つの方向に集約される。特に本年度は前者を産業技術総合研究所の日下靖之博士との共同研究によって強化する。次年度以降はこの両者を複眼的に捉えながら最大の効果を目指して研究を行う。
具体的には、実績概要で述べた6課題について、計画調書に合わせ研究を継続するが、特に課題1の成果と進捗が目覚ましいので、そこに軸足をおいて他の課題の展開を図る。研究の遂行上、留学生の貢献が大きいことが特筆されるが、次第に日本での生活や価値観にも馴染んできており、今後加速度をもった研究の推進が見込まれる。尚、長期的には本研究の進展とともに、大学院生の学位取得が進み、母国などの研究機関等に就職することによって、国境を越えたユニークなネットワーク形成が期待できる。
本研究課題は学際的色彩が強く、戦略的に共通課題について関連異分野との交流セミナーを実施している。本年度は日本化学会のコロイド界面化学討論会が筑波大学で実施されるが、そこにおいても、本研究課題に関連したシンポジウムを企画しており、コロイド界面化学においても生物資源科学の発展においても、重要な方向付けを与える場となることが期待される。

  • Research Products

    (53 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 10 results,  Open Access: 6 results) Presentation (36 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results) Funded Workshop (3 results)

  • [Int'l Joint Research] 中国科学院(北京)生態研究中心/Henan Agricultural University(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      中国科学院(北京)生態研究中心/Henan Agricultural University
  • [Int'l Joint Research] ベトナム科学大学(ハノイ校)(ベトナム)

    • Country Name
      VIET NAM
    • Counterpart Institution
      ベトナム科学大学(ハノイ校)
  • [Int'l Joint Research] 国立台湾大学(台湾)

    • Country Name
      その他の国・地域
    • Counterpart Institution
      国立台湾大学
  • [Journal Article] Influence of ferrous iron dosing strategy on aerobic granulation of activated sludge and bioavailability of phosphorus accumulated in granules2018

    • Author(s)
      Cai W., Zhao Z., Lei Z., Zhang Z., Adachi Y., Lee D.-J.
    • Journal Title

      Bioresource Technology Reports

      Volume: 2 Pages: 7-14

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.biteb.2018.03.004

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Aggregation and charge reversal of humic substances in the presence of hydrophobic monovalent counter-ions: effect of hydrophobicity of humic substances2018

    • Author(s)
      Hakim Azizul; Kobayashi Motoyoshi
    • Journal Title

      Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects

      Volume: 540 Pages: 1-10

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2017.12.065

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Duration of initial flocculation stage in the sedimentation of sodium montmorillonite suspension in the semi-dilute regime2018

    • Author(s)
      Ming-Yu Wu, Yasuhisa Adachi
    • Journal Title

      Colloid and Polymer Science

      Volume: 296 Pages: 71-76

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s00396-017-4222-6

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Affirmation of the effect of pH on shake-gel and shear thickening of a mixed suspension of polyethylene oxide and silica nanoparticles2018

    • Author(s)
      Kawasaki Shogo; Kobayashi Motoyoshi
    • Journal Title

      Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects

      Volume: 537 Pages: 236-242

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2017.10.033

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Desorption trials and granular stability of chromium loaded aerobic granular sludge from synthetic domestic wastewater treatment2018

    • Author(s)
      Chen K., Zhao Z., Yang X., Lei Z., Zhang Z., Zhang S.
    • Journal Title

      Bioresource Technology Reports

      Volume: 1 Pages: 9-15

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.biteb.2018.01.004

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electrophoretic mobility of carboxyl latex particles: effects of hydrophobic monovalent counter-ions2017

    • Author(s)
      Takuya Sugimoto; Manami Nishiya; Motoyoshi Kobayashi
    • Journal Title

      Colloid and Polymer Science

      Volume: 295(12) Pages: 2405-2411

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s00396-017-4219-1

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Charging and aggregation behavior of cellulose nanofiber in aqueous solution2017

    • Author(s)
      SATO Yusuke; KUSAKA Yasuyuki; Kobayashi Motoyoshi
    • Journal Title

      Langmuir : the ACS journal of surfaces and colloids

      Volume: 33(44) Pages: 12660-12669

    • DOI

      DOI:10.1021/acs.langmuir.7b02742

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] コロイド粒子の電気泳動と凝集速度:環境分野への展開に向けて2017

    • Author(s)
      Kobayashi Motoyoshi; 杉本,卓也
    • Journal Title

      LSアドバンス 光散乱ジャーナル

      Volume: 16 Pages: 20-31

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Simultaneous phosphorus and nitrogen recovery from anaerobically digested sludge using a hybrid system coupling hydrothermal pretreatment with MAP precipitation2017

    • Author(s)
      Yu Y., Lei Z., Yuan T., Jiang Y., Chen N., Feng C., Shimizu K., Zhang Z.
    • Journal Title

      Bioresource Technology

      Volume: 243 Pages: 634-640

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2017.06.178

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Stability of algal-bacterial granules in continuous-flow reactors to treat varying strength domestic wastewater2017

    • Author(s)
      Ahmad J. S. M., Cai W., Zhao Z., Zhang Z., Shimizu K., Lei Z., Lee D.-J.
    • Journal Title

      Bioresource Technology

      Volume: 244 Pages: 225-233

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2017.07.134

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] アインシュタインに始まるコロイド流体物性論2018

    • Author(s)
      足立泰久
    • Organizer
      17-1高分子と水・分離に関する研究会2017年度界面動電現象研究会
  • [Presentation] Sedimentation of Flocculated Suspension of Clay Sheet in the Semi-dilute Regime2018

    • Author(s)
      Yasuhisa Adachi,Argo Yanuar,Wu Mingyu,Ghazali Ezral
    • Organizer
      化学工学会第83年会
  • [Presentation] Influences of Polyacrylic Acid on the Flocculation of Negatively Charged Polystyrene Latex with Cationic Polyelectrolytes2018

    • Author(s)
      Lim Voon Huey,Doan Yen Thi Hai,Yamashita Yuji,Adachi Yasuhisa
    • Organizer
      化学工学会第83年会
  • [Presentation] 界面動電現象の発見とその周辺2018

    • Author(s)
      小林 幹佳
    • Organizer
      17-1高分子と水・分離に関する研究会2017年度界面動電現象研究会
  • [Presentation] プランクトン群集の変化と泡による溶存態有機物の粒子化の関係2018

    • Author(s)
      和田茂樹
    • Organizer
      海洋生物シンポジウム2018
  • [Presentation] 刺激応答性高分子に固定化した酵素ホースラディッシュペルオキシダーゼの反応特性評価2018

    • Author(s)
      川上慎也、市川創作、小川和義
    • Organizer
      平成29 年度つくば学生研究交流会
  • [Presentation] Effects of Ionic Strength and Mixing Intensity on the Formation Process of Flocs of PSL Particles with Cationic Polyelectrolyte2017

    • Author(s)
      Yasuhisa Adachi
    • Organizer
      The 7th Asian Conference on Colloid & Interface Science 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 今後振興会事業に対し学会として取り組むべきこと2017

    • Author(s)
      足立泰久
    • Organizer
      平成29年度農業農村工学会大会講演会
  • [Presentation] 高分子被覆によるコロイド粒子の静電遮蔽2017

    • Author(s)
      足立泰久,Wu Yunxiao,小林幹佳
    • Organizer
      第68回コロイドおよび界面化学討論会
    • Invited
  • [Presentation] コロイド粒子凝集速度に基づく撹拌強度評価と高分子添加の最適化2017

    • Author(s)
      足立泰久,Oktaviani
    • Organizer
      化学工学会第49回秋季大会
  • [Presentation] 凝集したNa型モンモリロナイト懸濁液の準希薄状態におけるGel-Collapse前保持時間2017

    • Author(s)
      足立泰久,Wu Mingyu
    • Organizer
      2017年度土壌物理学会大会
  • [Presentation] Mixing Intensity on the Basis of Collision between Colloidal Particles and its Application to the Analysis of Flocculation Dynamics with Polyelectrolyte2017

    • Author(s)
      Oktaviani,Yasuhisa Adachi
    • Organizer
      The 7th Asian Conference on Colloid & Interface Science 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Na-モンモリロナイトフロックの強度に及ぼす電解質濃度の影響2017

    • Author(s)
      Chuan Di,Yasuhisa Adachi
    • Organizer
      2017年度土壌物理学会大会
  • [Presentation] Effects of charge density of polyelectrolyte chain on the kinetics of adsorption onto colloidal particles2017

    • Author(s)
      Yiran Zhuang,Yasuhisa Adachi
    • Organizer
      第55回高分子と水に関する討論会
  • [Presentation] Transport and deposition of colloidal silica in unsaturated Toyoura sand2017

    • Author(s)
      SUGIMOTO Takuya; Tianchi Cao; Istvan Szilagyi; Trefalt Gregor; Kobayashi Motoyoshi
    • Organizer
      The 7th Asian Conference on Colloid & Interface Science
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] シリカ粒子へのリゾチームの最大吸着量に静電的な力が与える影響2017

    • Author(s)
      山口敦史; Kobayashi Motoyoshi
    • Organizer
      平成29年度 農業農村工学会 大会講演会
  • [Presentation] セルロースナノファイバーの帯電および凝集挙動2017

    • Author(s)
      佐藤雄介; 日下靖之; Kobayashi Motoyoshi
    • Organizer
      平成29年度 農業農村工学会 大会講演会
  • [Presentation] イモゴライトによる臭素酸の吸着除去特性に関する研究2017

    • Author(s)
      竹下千裕; 颯田尚哉; 立石貴浩; Kobayashi Motoyoshi
    • Organizer
      平成29年度 農業農村工学会 大会講演会
  • [Presentation] アロフェンフロックに対するナノ粒子測定技術の適用2017

    • Author(s)
      増田浩太郎; Kobayashi Motoyoshi
    • Organizer
      平成29年度 農業農村工学会 大会講演会
  • [Presentation] リゾチームがシリカに吸着することによる電荷不均一が凝集挙動に与える影響とその理論解析2017

    • Author(s)
      黄逸; 山口敦史; Kobayashi Motoyoshi
    • Organizer
      平成29年度 農業農村工学会 大会講演会
  • [Presentation] The effect of lysozyme adsorption on the aggregation of silica particles2017

    • Author(s)
      黄逸; 山口敦史; Kobayashi Motoyoshi
    • Organizer
      第68 回コロイドおよび界面化学討論会
  • [Presentation] リゾチームのシリカ粒子への最大;吸着量と静電力を考慮したモデル解析2017

    • Author(s)
      山口敦史; Kobayashi Motoyoshi
    • Organizer
      第68 回コロイドおよび界面化学討論会
  • [Presentation] 電荷反転をともなう異符号帯電コロイド粒子のホモおよびヘテロ凝集2017

    • Author(s)
      杉本卓也; CAO Tianchi; SZILAGYI Istvan; TREFALT Gregor; Kobayashi Motoyoshi
    • Organizer
      第68 回コロイドおよび界面化学討論会
  • [Presentation] The maximum adsorption mass of lysozymes to silica particles: The role of electrostatic interaction2017

    • Author(s)
      Yamaguchi Atsushi; Kobayashi Motoyoshi
    • Organizer
      12th International Symposium on Electrokinetics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Charge reversal of latex particles: effect of trivalent and hydrophobic ions2017

    • Author(s)
      Kobayashi Motoyoshi; Nishiya Manami; Sugimoto Takuya
    • Organizer
      12th International Symposium on Electrokinetics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Homo- and Hetero-aggregation stability between Oppositely-Charged Particles with Charge Reversal2017

    • Author(s)
      Sugimoto Takuya; Cao Tianchi; Szilagyi Istvan; Trefalt Gregor; Kobayashi Motoyoshi
    • Organizer
      12th International Symposium on Electrokinetics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Charging and aggregation of cellulose nanofiber: experiments and modeling2017

    • Author(s)
      SATO Yusuke; Kusaka Yasuyuki; Kobayashi Motoyoshi
    • Organizer
      12th International Symposium on Electrokinetics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Experiments and modeling on the charging and aggregation of cellulose nanofibers in aqueous solutions2017

    • Author(s)
      SATO Yusuke; Kusaka Yasuyuki; Kobayashi Motoyoshi
    • Organizer
      Tsukuba Global Science Week 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Aggregation and charging of cellulose nanofiber in aqueous solution: an analysis of aggregation as electrostatically interacting cylinders2017

    • Author(s)
      SATO Yusuke; KUSAKA Yasuyuki; Kobayashi Motoyoshi
    • Organizer
      The 8th International Symposium on Surface Science
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ポリエチレンオキサイドとシリカナノ粒子の混合系の流動性に関する研究2017

    • Author(s)
      川﨑将吾; Kobayashi Motoyoshi
    • Organizer
      第 55 回高分子と水に関する討論会
  • [Presentation] イモゴライトーフミン酸複合体膜に対する水の接触角のフミン酸吸着量およびpH依存性2017

    • Author(s)
      山下祐司,梅本陽平,足立泰久
    • Organizer
      平成29年度農業農村工学会大会講演会
  • [Presentation] 機能性高分子ゲルの菌体密度制御がPseudomonas aeruginosaのクオラムセンシングに与える影響2017

    • Author(s)
      小川和義、勝亦雄太、豊福雅典、Andrew S. Utada、野村暢彦
    • Organizer
      第31回日本バイオフィルム学会学術集会
  • [Presentation] 銅イオンと配位結合したN-ビニルイミダゾール共重合体ミクロゲルの高分子電解質挙動2017

    • Author(s)
      小川和義
    • Organizer
      第68回コロイドおよび界面化学討論会
  • [Presentation] ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)とポリアクリル酸の複合体形成の熱力学的考察2017

    • Author(s)
      小川和義、露久保淳
    • Organizer
      第66回高分子討論会
  • [Presentation] ポリアクリル酸とポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)の複合体形成の温度依存性2017

    • Author(s)
      小林燎平、露久保淳、小川和義
    • Organizer
      第55回高分子と水に関する討論会
  • [Presentation] 両性高分子電解質の等温滴定挙動2017

    • Author(s)
      吉田健太、小川和義
    • Organizer
      第55回高分子と水に関する討論会
  • [Remarks] 環境コロイド界面工学研究室

    • URL

      http://www.agbi.tsukuba.ac.jp/~colloid/

  • [Funded Workshop] 水環境における懸濁態挙動に関するワークショップ2018

  • [Funded Workshop] サマースクール「土・水・生命環境とコロイド界面現象2017-Natural Organic Matter-」2017

  • [Funded Workshop] TGSW「Innovation of Bio-Resources and Advanced Material Based on Colloid and Soft-Matter」2017

URL: 

Published: 2018-12-17   Modified: 2022-05-13  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi