2009 Fiscal Year Annual Research Report
音場-重力-流体場の複合による粒子のサイズと構成物質の二次元一括分離
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21655026
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
岡田 哲男 Tokyo Institute of Technology, 大学院・理工学研究科, 教授 (20183030)
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| Keywords | 粒子 / 超音波 / 流れ / ストークス抵抗 |
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| Research Abstract |
これまでに蓄積した知識と技術によりセルを設計、作製し、音場-重力複合場での粒子挙動を観察して、以下のことを明らかにした。
イオン交換過程のダイナミクス
イオン交換樹脂の音響物性は、対イオンによって変化する。音場-重力複合場内でイオン交換樹脂一粒を用いてイオン交換過程を追跡すると、イオン交換の進行と共に浮揚位置が変化する。したがって、浮揚位置の時間変化からイオン交換過程の動的挙動を検討することが可能である。陽イオン交換樹脂を用いて、種々のイオンから水素イオンへの置換過程を追跡し、さらにその結果とPlanck-Nernst式に基づいて解析した。その結果、アルカリ金属イオン類のイオン交換樹脂中での拡散係数を求めることに成功し、さらにテトラエチルアンモニウムイオンではイオン交換が完全には完結しない可能性を見出した。
音場-流体場を利用する大きさの選別
上述の通り重力方向では物質分離の可能性を確認したので、重力と垂直な方向の流れを利用してサイズ分離の可能性を検討した。セル内の流れによるストース抵抗と横方向の音響放射力の釣り合いからから横方向の音響放射力を見積もった。大きな粒子ほど横方向の音響放射力が大きく、その結果セル中央部にとどまるのに対して、小さな粒子は流れによる影響で下流方向への変位が大きいことが明らかになった。安定した試料注入が困難であったが、試料注入法を工夫することで、シリカゲル粒子の大きさ分離に成功した。これにより、サイズと物質両方を同時に見分ける2次元分離の可能性が強く示唆された。
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