2023 Fiscal Year Annual Research Report
コロイド凝集の解析に基づく土壌・水環境の工学的新展開
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22H00387
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
足立 泰久 筑波大学, 生命環境系, 教授 (70192466)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山下 祐司 筑波大学, 生命環境系, 助教 (30543227)
雷 中方 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (30634505)
宮本 輝仁 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農村工学研究部門, グループ長 (40343983)
小川 和義 筑波大学, 生命環境系, 助教 (60375433)
浅田 洋平 筑波大学, 生命環境系, 助教 (50911252)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| Keywords | フロック |
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| Outline of Annual Research Achievements |
環境中の化学物質のミクロな表面化学的情報を、大局的な物質輸送や力学機構などマクロな問題に関連付けて理解する鍵は、土壌や水環境中に存在する不均一なコロイドの扱い法を確立することにある。その確立は進行する温暖化対策や新規なナノマテリアル、抗生物質、マイクロプラスチックなどの生態系への影響等、持続可能な社会を見据えた地球規模課題などとも関連し重要である。
研究の2年目にあたる本年度は、初年度に着目した①コロイド粒子の凝集のダイナミクス、②多孔質複合体の界面動電現象、③フロックの沈降・流動と乱流構造、④濃厚系の分離特性、⑤微生物微生物フロックのグラニュール化、⑥フィールドにおける水質土壌工学の6項目について新たな工学的な新展開を図った。
特に本テーマに関連し、日中二国間共同セミナー（Aタイプ）を筑波大学と上海にある同済大学との間で対面開催し、5日間の日程でこの問題をコロイドの凝集現象を中心に討議した。
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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
上記6項目を総合的に推進し、関連する分野の研究者と大学院生をネットワークで結んだオンラインセミナー（バイオフロッキュレーション）を継続し、定期的な情報交換を行っている。
概要で述べた６項目の内、①コロイド粒子の凝集過程のダイナミクス、③フロック群の沈降・流動と乱流構造、⑤微生物フロックのグラニュール化の理解においてそれぞれについて、顕著な研究実績があり、複数の国際誌へ研究成果を公表した。
学術的に重要な成果としては、昨年度より開始したモンモリロナイトを凝集剤として活用する場合の考え方を速度論とモンモリロナイトのコロイド粒子表面への沈着形態を結びつけて明らかにした。また、単純なせん断流れ場の実験においてある一定以上の速度勾配下においてフロックのグラニュール化が顕著に進む段階が存在することを明らかにした。
またオンラインのバイオフロッキュレーションセミナーを中国、アジアを中心に継続し、国際的なネットワークが強化した。特に3月28日に行われたセミナーでは、代表者の退官にあわせ、6ヵ国の参加者からなる会議を開催し、次年度以降の方針を確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も6項目についての個別的な深化とその総合的な関連について解析を実施する。
各項目について以下の点に力点を置く。
①マイクロプラスチック汚染、新規な凝集剤探索の観点から、ヘテロ凝集に関する速度論的検討を強化する。②フロック群の〇〇乱流構造③沈降乱流およびフロック流動における可視化と得られたデータ対するPIV解析の適用性の更なる検討。④フロック堆積層の沈下過程の解析。⑤グラニュール化した微生物コロニーのコロイド物性の同定。⑥様々な現場おける輸送と分離過程の解析。
尚、実験においては標準となるPSL粒子、粘土粒子、活性汚泥などを用いて凝集体フロックを作成し、それぞれの系において主として直接観測に基づく解析を継続的に推進する。
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