2021 Fiscal Year Annual Research Report
Understanding of soil physics phenomena of Imogolite-humic substances complex from a standpoint of colloid and interface science
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17K15343
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
山下 祐司 筑波大学, 生命環境系, 助教 (30543227)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | イモゴライト / 腐植物質 / 火山灰土壌 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，火山灰土壌に広く分布し，かつ，近年ではナノマテリアルとして注目されている中空繊維状粘土鉱物であるイモゴライトと，土壌中に普遍的に存在する腐植物質とで形成される粘土-腐植複合体の性質を明らかにすることである。すなわち，イモゴライトへの腐植物質の吸着挙動，次いでイモゴライトと腐植物質の複合体の表面荷電特性と濡れ性，さらに複合体懸濁液の凝集分散特性とレオロジー特性を実証的に解明することで，有機物を含む火山灰土壌の理工学的性質を界面科学的観点から包括的に整理することである。
イモゴライトは酸性条件で分散，中性からアルカリ条件で凝集沈降することは広く知られているものの、コロイド安定性の重要因子である塩濃度依存性が明らかにされていなかった。そこでR2年度、塩濃度とpHを系統的に変化させた溶液条件におけるイモゴライトの凝集分散判定および凝集領域における沈降挙動を評価した。これらの結果は、コロイド安定性を記述するDLVO(Derjaguin-Landau-Verway-Overbeek)理論と定性的に整合することは確認できたものの、定量的な解析には至っていなかった。そこで昨年度は、繊維状鉱物に適合できる帯電挙動モデルおよびDLVO理論の情報収集を行うとともに、これら物理モデルに基づくコンピュータシミュレーションをおこなうためのプログラミングコードの準備を進めた。そして本年度は，棒状粒子に対する電気泳動移動度からゼータ電位を推定する物理モデル，および相互作用ポテンシャルを推定する物理モデルの適用の妥当性を確認するとともに，実験結果を用いたシミュレーションをおこなった，その結果，イモゴライトの凝集分散挙動を定量的に評価することができた。
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