2020 Fiscal Year Annual Research Report
農業工学とコロイド化学の融合を基軸とする土壌・水環境保全技術の展開
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19H03070
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
小林 幹佳 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (20400179)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大澤 和敏 宇都宮大学, 農学部, 教授 (30376941)
大森 圭祐 国立研究開発法人国際農林水産業研究センター, 企画連携部, 連携交流科長 (80827139)
藤巻 晴行 鳥取大学, 乾燥地研究センター, 教授 (90323253)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | コロイド / 粘土 / 土壌物理 / 水環境 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
土壌劣化，汚染物質の移動あるいはナノリスク評価といった，コロイドおよびナノ粒子の輸送を介する諸問題が認識されている．持続可能な食料生産基盤と農村環境を保全する観点から，コロイドの輸送をより詳細に予測し制御する技術とその基盤となる科学の充実が必要となる．その実現に向けては，様々な水質および水理条件において，ナノスケールなコロイドの界面化学的特性と凝集分散特性を理解しマクロな農業工学的な対策技術と融合させることが鍵になる．これを踏まえて本年度には，有機コロイドの複合体のゼータ電位と凝集分散の関係，コロイドの動力学的な特性と土壌保全に関係する高分子の効果の評価に取り組んだ．公表された主要な成果を以下に記す．
天然有機コロイドである腐植酸とリゾチームの複合体からなる凝集体（フロック）の強度を測定した．得られたフロック強度は，複合体のゼータ電位が０の近傍となる等電点で最大となり，電解質濃度の低下とともに上昇した．フロック強度の最大値は数nNであり，有機物でコーティングされた表面間の分離力と同程度であった．また，高分子の土壌保全効果に関連して，ポリエチレンオキサイドによるシリカコロイドの力学的刺激によるゲル化，ポリアクリルアミドによる土壌構造の安定化効果を実験的に検討した結果を取り纏め，学術雑誌に論文として公表した．さらに，分散凝集とDLVO理論ならびに環境コロイドについて，既往研究をレヴューした上で本研究のこれまでの成果を位置付け，国内学会誌に総説・解説として公表した．
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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
計画されていた多様な水理水質条件において種々のコロイドの帯電と凝集分散に関する系統的な実験ならびに解析を順調に進めている．その中で，有機コロイド複合体のフロック強度と高分子の土壌保全効果に関する成果を論文として公表している．また，学会発表した共同研究者が優秀発表賞を受賞するなど成果に対する良好な評価を得ている．以上より研究の進捗状況は順調と判断する．
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度においてもなお，COVID-19のために，出張をともなう各研究者の研究活動の制約が予想されるので，可能な範囲で実験を中心とした測定と理論あるいは予測モデルの構築に注力する．各所属組織では以下の項目に重点的に取り組む．
天然ナノクレイおよび新規ナノ材料のゼータ電位と凝集速度を光散乱法により求める．実験では，異なる共存イオンの組成，pH，イオン強度を変数とする．得られた測定値を電気二重層モデルと水力学に基づく電気泳動から推定される有効電荷密度をもとに解析する．天然の有機物からなるフロックの強度値は既往にはほとんど報告されていないので，系統的な実験を継続するとともに，よくキャラクタライズされた表面間の直接測定の既往結果と関連付けを行う．さらにポリマーによる土壌保全の効果については，実際の土壌を用いたデータの蓄積を進める．
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