2023 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)
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 / レオロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
土壌侵食，粘性土の地すべり，マイクロ・ナノプラスチック，汚染物質のコロイド促進型輸送，ナノ材料のリスク評価など，粘土およびコロイド・ナノ粒子の特性が関与する課題は多い．食料の生産基盤と農村環境を持続的に維持する観点から，水理学と土壌物理学に対して，粘土・コロイド・ナノ粒子を扱うコロイド化学の視点を融合させ，輸送現象および粒子集合体の力学挙動を制御する技術の発展とその基盤となる学の深化が必要となる．この背景に沿ってこれまでに実施した研究の中で，前年度末以降に公表した成果の概略を以下に記す．
多孔性粒子のモデルとして酸化カーボンナノホーンを，有機物のモデルとしてリゾチームを取り上げ，これらの混合系で形成される凝集体の電気泳動移動と粒径の増加速度を測定し，ゼータ電位と安定度比を得た．電解質濃度の増加は安定度比を１へと低下させた．リゾチーム量の増加は臨界凝集イオン強度を増加させた．臨界凝集イオン強度とゼータ電位から得られる有効表面電荷密度の関係は，DLVO理論の予測と概ね一致するものの，リゾチーム被覆によるハマカー定数の低下を考慮する必要があることが明らかとなった．
微粒子と高分子の混合分散系が示す力学的な刺激下での固液転移的な挙動に対する高分子被覆率の影響を調べた．その結果，液体状から固体状へと最も速く転移する高分子被覆率が高分子の分子量によらず存在することを見出した．その被覆率は液体状態へと戻るのに最も長時間を要する時の被覆率とほぼ一致していた．
モデルコロイド粒子の凝集過程に与える乱流の効果と対イオンおよび副イオンの価数と種類を検討した．乱流の存在により，凝集速度は二桁ほど増大するとともに臨界凝集イオン強度も増加した．同一の粒子間相互作用を採用した理論モデルによる解析から，実験で得られた傾向を理論モデルにより再現するためには，乱雑変動線形流理論が有効であることがわかった．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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