2016 Fiscal Year Research-status Report
独自の粉砕技術で製造した粉体状セルロースを用いた水分子移送デバイスの開発
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16K00645
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
香田 智則 山形大学, 大学院有機材料システム研究科, 准教授 (60261715)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西岡 昭博 山形大学, 大学院有機材料システム研究科, 教授 (50343075)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | セルロース / 結晶性 / 水 / 水耕栽培 / 吸水性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、独自の粉砕技術で製造したセルロースの粉体を利用し、水分子を移送するデバイス（水分子移送デバイス）を開発することを目的とする。以下に平成28年度の研究実績を記す。
「水分子移送デバイスの基礎研究」として、セルロース粉体の結晶化度と粉体の吸水重量との関係を調べた。結晶性のセルロース粉体を温度制御した臼で粉砕し、結晶化度を下げたものを非晶性セルロースとした。未粉砕のものを結晶性セルロースとし、また、非晶性セルロースを高温高湿の条件で再結晶化させたものを再結晶性セルロースとした。これらのセルロース粉体を1gずつ、内径8mmのアクリルパイプに充填し、50回のタッピングにより試料の条件を整えた後に、吸水による重量の時間変化を測定した。測定の結果、初期の単位時間あたりの吸水量は多い方から、結晶性セルロース、非晶性セルロース、再結晶性セルロースであった。また、最終的な吸水重量は、非晶性セルロースが最も多かった。これらの結果により、独自の技術で粉砕し、結晶化度を調整することで、セルロースの粉体の吸水性を制御できることが分かった。
「水分子移送デバイスの応用展開」においては、平成２８年度は、当初計画していたチンゲンサイや二十日大根の栽培可能性の検証ではなく、クロレラの育成を検討した。すなわち、水耕栽培への応用の一環として、セルロース粉体をクロレラの苗床として用いることを試みた。結果から、セルロース粉体の結晶性がクロレラの育成に影響を与えることが分かった。非晶性セルロースはクロレラの苗床として適さないことが分かった。
「水分子移送機構の解明に向けた理論展開」として、平成２８年度は、セルロースの分子力場とし GLYCAM を、水の分子力場として TIP3Pを採用し、セルロース結晶、および、水の分子シミュレーションがそれぞれ個別に実施できる環境を整えた。
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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
「水分子移送デバイスの基礎研究」においては、吸水重量を電子天秤で評価し、結晶性がセルロース粉体の吸水性に影響を与えることを確認できた。結晶性は吸水速度だけでなく、吸水の総量にも影響を与える可能性が示された。
「水分子移送デバイスの応用展開」においては、水分子移送デバイスをクロレラの苗床として用いた場合に、クロレラの増殖がセルロース粉体の結晶性に左右されることが明らかとなった。結果は、セルロース粉体表面の性状の違いがもたらしたものではなく、クロレラに供給される水質や養分の濃度に影響された結果であると推測できるものであった。すなわち、水分子移送デバイスは水を移送するだけではなく、水質に影響を与えることを示すものであった。
「水分子移送機構の解明に向けた理論展開」において、セルロース結晶と水それぞれのシミュレーションができるシステムが整った。
以上より、いくつか示唆に富む結果も出てきており、おおむね順調に進展していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
「水分子移送デバイスの基礎研究」においては、セルロース粉体を管に充填するために、タッピング50回という条件を揃えて実験を行った。今後はタッピング回数を調整することで、充填率、空隙率を揃え、結晶性が粉体の吸水性に与える影響を調べていく。管の直径が与える影響についても検証する。
「水分子移送デバイスの応用展開」においては、平成28年度に実施する予定であったチンゲンサイや二十日大根などの水耕栽培も検討する。その他に、木材や古紙など、一般のセルロース系資源から得られる粉砕物の吸水性についても調べていく。
「水分子移送機構の解明に向けた理論展開」においては、平成28年度に構築したセルロース結晶および水それぞれのシミュレーション系を融合し、セルロース結晶／水の複合系についてのシミュレーションを実施する。
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| Causes of Carryover |
初年度は基礎的研究と応用展開の双方に注力した。応用展開においては、当初予定していたチンゲンサイや二十日大根などの水耕栽培ではなく、クロレラの育成への応用を検討した結果、当初予算よりも支出が抑えられた結果となった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度に持ち越した予算は、水耕栽培向けシステムの作製、および、セルロース粉体の水耕栽培における培地としての検証実験に使用することで、計画通りに執行する。
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