2023 Fiscal Year Research-status Report

栄養元素循環型の多孔質材料の開発と水質浄化システムへの応用

Research Project

Project/Area Number	22K12450
Research Institution	Chiba Institute of Science
Principal Investigator	手束聡子千葉科学大学, 危機管理学部, 准教授 (70435759)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2026-03-31
Keywords	層状複水酸化物 / コンクリート / 水質浄化 / 環境材料 / 多孔質 / 藻場 / 海草藻類
Outline of Annual Research Achievements	日本の沿岸海域は豊かで多様な生態系が育まれている。沿岸海域に繁茂する海藻草類は、種々の海洋生物の餌料であるほか、魚介類の産卵場や成育の場となるとともに、富栄養化の要因である窒素やリンを体内に取りこみ、水環境を浄化する機能を有している。これらの生物多様性の効果，水質浄化の効果等を維持するため、海藻草類が繁茂する水環境を修復・保全する技術の開発が重要な課題となっている。　本研究は、海藻草類の栄養源となる硝酸イオンやリン酸イオンを選択的に吸着する層状複水酸化物（LDH）をポーラスコンクリート（POC）に混和した LDH 混和ポーラスコンクリート（LPOC）を介在し、海水から供給される栄養元素（N, P）を海藻草類が吸収し成長するとともに、海水から栄養元素を回収して LPOC が再生する、栄養元素の自動循環システムの構築およびその効果の検証を目的としている。本年度は、Mg-Al-Cl型LDH をポーラスコンクリートに混和する方法が異なるLPOC（混合, 二層）を作製し、LPOCの陰イオン吸着特性について基礎的なデータの収集をおこなった。混合LPOCはLDHを試験体全体に混和した。二層LPOCは、外側の層に混合LPOC、中心にPOCの二層構造とした。NO3-吸着性能を評価した結果、LDHをPOCの全体に分散させることによって吸着性能が向上することが分かった。また、Mg-Al-Cl型LDHおよびMg-Al-NO3型LDHを混和したLPOC(Cl)およびLPOC(NO3)を用い、海岸において実証実験を行った。その結果、試験体には主に緑藻類, ホヤ, フジツボ等の付着があり、海藻類ではアオサが最も繁茂した。実証実験により、LPOC(Cl)は海藻の付着および海藻の成長に影響を与えている傾向を確認した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度は、前年度に引き続きLDH を効果的にポーラスコンクリートに混和する方法について基礎的なデータの収集をおこない、効果的なLDHとポーラスコンクリートの混和方法につて知見を得た。また、海岸においてLPOＣの海藻藻類の繁茂に関する実証実験を行うことにより、硝酸イオンに対して高い選択吸着特性を有するLDHを混和したLPOCは、海草藻類の成長に影響を与えている傾向を示すことが明確となった。これらの結果から、順調に進展しているといえるが、異なる金属で構成されるLDHを用いた実験の検証およびLPOCへのイオン吸着に関する定性的な検証に関して、本年度中に明確な結果が得られなかったことから、おおむね順調であるとの評価にした。
Strategy for Future Research Activity	現在、海藻草類の栄養源となる金属を含むLDHを混和したLPOCの陰イオン吸着特性について知見を収集している。この結果を踏まえ、さらに海岸における実証実験を行い、異なる金属を含むLPOCの海藻藻類の成長への影響について検証する計画である。また、LPOCへのイオン吸着について、機器分析により定性的に評価を行う計画である。
Causes of Carryover	海岸における実証実験を行う計画を進めていたが、諸事情により実施が難しくなったため、設備を準備するための経費が持ち越しとなっている。現在、必要な結果を得るための実験方法について再検討し、実験を進めている。当初の費用計画より分散された形で経費を支出することになるが、研究計画に沿った結果を得るための計画を立て実行している。