2021 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大森 圭祐 国立研究開発法人国際農林水産業研究センター, 情報広報室, 室長 (80827139) [Withdrawn]
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材料の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深化が必要となる．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，ナノスケールのコロイド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，複雑な多孔構造を持つナノ粒子の帯電挙動と凝集分散の関係，土壌や水環境の保全技術において利用される高分子の吸着ダイナミクスの評価，コロイド粒子の凝集体であるフロックの強度について取り組んだ成果を論文として公表した．以下に概略を記す．
火山灰土中の代表的な粘土コロイドであるアロフェン粒子と幅広い分野での応用が期待されるカーボンナノホーン粒子の分散凝集に関して，臨界凝集イオン強度と有効電荷密度の関係が，DLVO理論により記述できることを示した．この結果は，多孔質粒子の有効表面電荷密度の実体を明らかにすることの重要性を裏付けている．また，高分子による土壌保全効果に関連して，光ピンセットとマイクロ流体の技術を組み合わせることで，流動場におけるポリエチレンオキサイドのシリカコロイドへの吸着層厚さの時間発展をin situで得る手法を提案した．この手法を活用することで，様々な高分子の吸着ダイナミクスの研究が可能になる．さらに，コロイド成分の凝集体であるフロックについて，代表者らのこれまでの成果を中心にまとめたミニレビューを公表した．これにより，これまでの研究の展開と今後の方向性を明確にできた．
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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
計画されていた通り，多様な輸送および水質条件において，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進めている．あわせて，高分子による土壌保全効果について，マクロに表現する侵食モデル式とミクロな相互作用の関係，高分子の動的挙動を調べている．得られた成果を順次，論文として公表すべくまとめている．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 |
現在，進めている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を継続的に推進する．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に対する環境関連物質の影響を光散乱法により求める．また，環境面では重要な流れが凝集動力学に与える効果を系統的に調べる．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．さらにポリマーとコロイド粒子の混合系における吸着ダイナミクスと特異な力学挙動のデータ蓄積を進める．
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