2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of a Surfactant Separator by Using Taylor Flows in Microchannels
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20K04267
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
林 公祐 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (60455152)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
冨山 明男 神戸大学, 工学研究科, 教授 (30211402)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 微細流路 / 気泡 / 界面活性剤 / マイクロチャネル / 混相流 / 二相流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，界面活性剤を含む微細流路内テイラー流の特性を解明するとともに，テイラー流を利用した高効率界面活性剤分離技術の基盤を確立することを目的として各要素研究を推進している．微細流路内テイラー気泡の形成に関して，これまでに界面活性剤の効果により気泡長さが増加する形成モードと減少する形成モードがあることを明らかにしてきた．2021年度は，気液体積流束の範囲を広くとって実験を行い，幅500マイクロメートルの微細流路内での形成モードの流量配分依存性について詳しく調べたところ，本条件の範囲においては，ほとんどの条件で増加のモードであることを明らかにした．その理由について，吸脱着および流れのタイムスケールからなる八田数と，マンランゴニ応力と粘性力のオーダーからなるマランゴニ数をもとにモード遷移の主要因を検討した．界面活性剤分離器開発について，種々の界面活性剤濃度で分離実験を行った．その結果，テイラー流として微細流路を通過させることによって，液相の初期界面活性剤濃度が臨界ミセル濃度前後の広い範囲で半分程度に低減できることを明らかにした．一方，本実験結果から，微細流路内の吸着状態を検討し，微細流路と分離槽における分離過程について検討した．また，微細流路通過後の分離槽における気泡挙動が分離器設計上重要であるため，気泡力学的検討を前年度に引き続いてさらに推進し，揚力や界面活性剤が及ぼす気泡運動への影響への理解を深化させた．
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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
【研究実績の概要】に記載の通り，当初計画に沿って順調に必要な知見を取得，蓄積している．界面活性剤分離器として臨界ミセル濃度前後の高濃度汚染系水溶液から１バッチで界面活性剤濃度を半減できることを実証したことで，分離器開発として次年度に円滑に研究を展開できる見通しが得られた．分離過程については，界面への最大吸着量を考慮すると，液スラグ内の界面活性剤が分離槽において泡沫相側へ輸送されていることが考えられる．最大吸着量の観点から微細流路内および分離槽での状態を検討できるようになったことも研究の進行上大きな成果である．また，分離槽での気泡運動に関する検討の基礎知見となる気泡力学についても論文発表などの成果を挙げることができた．これらのことから，2022年度に向けて順調に進められており，おおむね順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は界面活性剤分離器の基本原理を実験結果からより詳細に理解するための実験を推進する．分離性能に関する2021年度の研究成果は国内会議での発表を予定しているほか，国際学術誌での公表を目指して研究を進める．2021年度に得られた界面活性剤による気泡長さの変化については，大要は把握できたが，詳細なデータベースを構築して成果発表できるように実験データの拡充を進め，まとめていく．2021年度までに界面活性剤分離器として機能することは実証できたので，流量やサイズ効果などについて知見を拡充していく予定である．また，気泡力学的側面からの検討も引き続き行なっていく．
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症流行の影響により，会議の延期（2022年度秋に開催が決定している）に伴い次年度使用額とする必要が生じたことが主たる理由であり，その他若干の実験装置製作過程を繰越す必要が生じたことによるもの．実績および成果欄にて報告の通り，計画全体としては順調に進行しており，繰越によって次年度の研究を効率的に進められる計画である.
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