2019 Fiscal Year Annual Research Report
Design of interfaces for capturing pharmaceuticals, agrochemicals and dyes and their application to sustainable water protection with low environmental impact
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19J20799
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
大岩 真子 北見工業大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | 界面 / 分離技術 / 捕捉 / 分解 / 低環境負荷 / 排水処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
オルガノクレーによる固液界面の疎水性を、微視的環境プローブにより評価した。その結果、界面活性剤未修飾のクレーに比べ、疎水性が増大していることが明らかになり、オルガノクレーへの農薬、医薬品類の捕集が疎水性相互作用によるものであることが示された。また、ゼータ電位の測定では、未修飾のクレーが負に荷電していることに対し、オルガノクレーでは弱く正に荷電していることが明らかになった。このことから、オルガノクレーでは、正に荷電している界面活性剤が負に荷電しているクレーに十分に吸着されており、中性や負の電荷を有する物質が捕捉されやすいものと考えられる。
気泡の特性評価ではゼータ電位測定による界面電荷の評価および分子動力学を利用した気液界面におけるアルコールおよび色素の挙動のシミュレーションをおこなった。気泡のゼータ電位の測定により気液界面はアルコールの有無によらず負に荷電していることが明らかになった。この結果から、正に荷電した物質が静電相互作用により気液界面に捕捉されると考えられる。これは現在本法による除去を確認している塩基性色素が正の電荷を有することと一致している。また、分子動力学シミュレーションを実行したところ初期位置では水中にランダムに配置された微量のアルコールが数ナノ秒後に気液界面に配向し、その後初期位置では同様にランダムに配置されていた色素が、気液界面に捕捉された。アルコール水溶液では表面張力が低下する（気液界面にアルコールが配向することを示している）ことがこれまでの研究から明らかになっており、シミュレーションでもアルコールが界面に配向することが示された。この結果は、アルコールにより気液界面が修飾され、アルコール中の炭素鎖により界面の疎水性が増加し、色素の捕捉場となったことを示唆している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当年度は、新型コロナウイルス感染症による影響は受けたものの、おおむね計画通りに界面の性質を評価することができた。また、当初の計画にはない計算化学を利用したシミュレーション方法を取り入れることができ、期待以上の進展があったと言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、薬物、色素除去に最適な気液界面の設計および固液界面における分解触媒作用の詳細なメカニズムの解明と分解機能の向上を試みる。また、令和元年度に明らかにした気液界面の性質をもとに、より捕集能の高い界面の創製を試みる。また、オルガノクレーによる種々の薬物、色素の分解をおこない、LC-MSやNMRによる測定結果から分解生成物の同定をおこなう。同定により得られた知見と令和元年度で明らかにした固液界面の性質をもとに詳細な分解機構の解明をおこなう。さらに、より捕捉・分解に適したオルガノクレーの設計を試みる。また、オルガノクレーだけでなく、任意の組成の層の調製が可能な層状腹水化合物（LDH）などを用い、担体から設計をおこなうことでより環境に柔軟かつ高い分解性能を有する固液界面についても検討をおこなう。
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Research Products
(4 results)
