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2016 Fiscal Year Annual Research Report

土粒子界面電気現象を応用した土壌・水・大気環境保全技術の確立

Research Project

Project/Area Number 25252042
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

石黒 宗秀  北海道大学, 農学研究院, 教授 (00294439)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 柏木 淳一  北海道大学, 農学研究院, 講師 (40241369)
佐藤 努  北海道大学, 工学研究院, 教授 (10313636)
小林 幹佳  筑波大学, 生命環境系, 准教授 (20400179)
北川 巌  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, 上級研究員 (30462360)
鈴木 克拓  国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 中央農業研究センター, 上級研究員 (90354068)
Project Period (FY) 2013-04-01 – 2018-03-31
Keywordsカオリナイト / 分散凝集 / ゼータ電位 / ストロンチウム / 界面活性剤 / 吸着 / 浸透
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、カオリナイトを試料としてバッチ法により種々のpHと支持電解質濃度におけるリン酸イオン吸着量を測定した。電解質には塩化ナトリウムを用いた。入来カオリナイトへのリン酸吸着量は平衡リン酸濃度1mM以下の場合pH6で最大となり、pH4-6では支持電解質濃度が高い場合にリン酸吸着量が増加することを示した。次に、競合ラングミュア吸着式によって表される簡略化した表面錯体モデルによりその吸着特性を評価した。特徴的なリン酸吸着反応には、吸着面の電位の変化と、吸着部位であるアルミノール基や溶液中のリン酸イオンに生じるプロトン化・脱プロトン化反応が影響していることが、モデルおよび測定されたゼータ電位から考えられた。
カオリナイトを用いてリン酸吸着が粘土鉱物の分散凝集性に与える影響を測定し、その結果を理論計算値と比較した。DLVO理論による計算結果は、測定した安定度比とほぼ一致した。
pHおよびカチオン種を変えることにより、溶存炭素濃度と二酸化炭素放出量にどのような影響を及ぼすかを明らかにするため、黒ぼく土試料を用いて室内実験を行った。pHを初期調整しても、乾燥過程でpHが均質となり、溶存炭素濃度と二酸化炭素放出速度の間には、明瞭な関係が認められないことがわかった。
Srの土壌中における吸着移動を明らかにするため、カオリナイトへの吸着実験を行った。吸着等温線は、ラングミュア吸着等温線によく一致し、Srの主要吸着サイトが同質であることがわかった。Sr低濃度領域で、吸着量と平衡濃度の間に比例関係が成立することを示した。ラングミュア式から、Sr濃度の低い領域で、Srの平均移動距離を示す分配係数が、Srの最大吸着量と吸着エネルギーの強さを示す係数の積で表現できることを明らかにした。Sr低濃度領域では、水の浸透に対するSrの移動は非常に小さくなり、一定値となることを示した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

カオリナイトへのリン酸吸着は、競合ラングミュア吸着式によって表される簡略化した表面錯体モデルを用いて計算できることを示した。カオリナイトの分散凝集機構を、理論計算を用いて評価できることを示した。カオリナイト中では、Sr濃度が低濃度になると、その分配係数は、Srの最大吸着量と吸着エネルギーの強さを示す係数の積で表現できることを明らかにした。また、Sr濃度がある値以下になると、水の浸透に対するSrの移動は非常に小さくなり、一定値となることを示した。

Strategy for Future Research Activity

アロフェン、ゲータイト等の粘土鉱物へのリン酸の吸着現象を、表面錯体モデルを用いて表現できるようにする。リン酸がそれら粘土鉱物に吸着することで、分散凝集に及ぼす影響を、実験と理論から明らかにする。Srの吸着移動現象を、カオリナイト以外の粘土鉱物も用いて実験と理論から明らかにする。アニオン界面活性剤の、土壌中への吸着移動実験を行い、吸着のヒステレシス効果の有無を明らかにする。水田の窒素固定能力と土壌のカチオン吸着能力を利用して、窒素肥料を削減する農法を検討する。

  • Research Products

    (19 results)

All 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 4 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 2 results) Book (2 results)

  • [Int'l Joint Research] ワーゲニンゲン大学(オランダ)

    • Country Name
      NETHERLANDS
    • Counterpart Institution
      ワーゲニンゲン大学
  • [Journal Article] Strontium adsorption and penetration in kaolinite at low Sr2+ concentration2017

    • Author(s)
      Zigong Ning, Munehide Ishiguro, Luuk K. Koopal, Tsutomu Sato & Jun’ichi Kashiwagi
    • Journal Title

      Soil Sci. Plant Nutr.

      Volume: 63 Pages: 14-17

    • DOI

      10.1080/00380768.2016.1277435

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Surfactant adsorption to soil components and soils2016

    • Author(s)
      Ishiguro, M., Koopal, L.K.
    • Journal Title

      Advances in Colloid and Interface Science

      Volume: 231 Pages: 59-102

    • DOI

      10.1016/j.cis.2016.01.006

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Adsorption of Anionic Surfactant (Sodium Dodecyl Sulfate) on Silica2016

    • Author(s)
      Pengxiang Li, Munehide Ishiguro
    • Journal Title

      Soil Sci. Plant Nutr.

      Volume: 62 Pages: 223-229

    • DOI

      10.1080/00380768.2016.1191969

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Effect of anionic surfactants on the stability ratio and electrophoretic mobility of colloidal hematite particles2016

    • Author(s)
      Motoyoshi Kobayashi, Shunzo Yuki, Yasuhisa Adachi
    • Journal Title

      Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects

      Volume: 510 Pages: 190-197

    • DOI

      10.1016/j.colsurfa.2016.07.063

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Langmuir equations for Sr, sulfate and surfactant adsorptions2016

    • Author(s)
      Ishiguro, M.
    • Organizer
      Annual Meeting of Soil Science Society of America
    • Place of Presentation
      フェニックス国際会議場(フェニックス・米国)
    • Year and Date
      2016-11-06
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Strontium Penetration and adsorption in clays2016

    • Author(s)
      Zigong Ning, Munehide Ishiguro, Luuk K. Koopal, Tsutomu Sato, Jun’ichi Kashiwagi
    • Organizer
      土壌物理学会大会
    • Place of Presentation
      京都大学(京都府・京都市)
    • Year and Date
      2016-10-29
  • [Presentation] 暗渠流出水中懸濁物質濃度を決める要因 - 界面電気現象の寄与2016

    • Author(s)
      鈴木克拓
    • Organizer
      土壌物理学会大会
    • Place of Presentation
      京都大学(京都府・京都市)
    • Year and Date
      2016-10-29
  • [Presentation] 土壌の分散凝集とその影響2016

    • Author(s)
      石黒宗秀
    • Organizer
      コロイドおよび界面化学討論会
    • Place of Presentation
      旭川医大(北海道・旭川)
    • Year and Date
      2016-09-23
    • Invited
  • [Presentation] アニオン性界面活性剤の黒ぼく土中における吸着移動2016

    • Author(s)
      石黒宗秀・森口一輝・大月遥・鳥越崇宏
    • Organizer
      土壌肥料学会大会
    • Place of Presentation
      佐賀大学(佐賀県・佐賀市)
    • Year and Date
      2016-09-21
  • [Presentation] 土壌中における溶質の吸着移動現象とその課題2016

    • Author(s)
      石黒宗秀
    • Organizer
      日本分析化学会年会
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道・札幌)
    • Year and Date
      2016-09-14
    • Invited
  • [Presentation] Phosphate adsorption on kaolinite and its effect on the kaolinite stability at various solution conditions2016

    • Author(s)
      Shigeyori Kosugi, Munehide Ishiguro, Luuk K. Koopal
    • Organizer
      Interface Against Pollution 2016
    • Place of Presentation
      リェイダ大学(リェイダ・スペイン)
    • Year and Date
      2016-09-05 – 2016-09-06
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Adsorption of Sodium Dodecylsulfate and Dodecylpyridinium Chloride on Silica2016

    • Author(s)
      Pengxiang Li, Munehide Ishiguro, Luuk K. Koopal
    • Organizer
      Interface Against Pollution 2016
    • Place of Presentation
      リェイダ大学(リェイダ・スペイン)
    • Year and Date
      2016-09-05 – 2016-09-06
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Strontium adsorption on kaolinite at low concentration2016

    • Author(s)
      Zigong Ning, Munehide Ishiguro, Tsutomu Sato, Jun’ichi Kashiwagi, Luuk K. Koopal
    • Organizer
      Interface Against Pollution 2016
    • Place of Presentation
      リェイダ大学(リェイダ・スペイン)
    • Year and Date
      2016-09-05 – 2016-09-06
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] カオリナイトへのリン酸吸着:分散凝集特性の変化と表面錯体モデルによる解析2016

    • Author(s)
      小杉重順,石黒宗秀,Luuk K. Koopal
    • Organizer
      農業農村工学会大会
    • Place of Presentation
      ハーネル仙台(宮城県・仙台市)
    • Year and Date
      2016-09-01
  • [Presentation] Strontium adsorption on clays2016

    • Author(s)
      Zigong Ning, Munehide Ishiguro, Luuk K. Koopal
    • Organizer
      Hokkaido Agricultural Science Conference 2016
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道・札幌)
    • Year and Date
      2016-08-24
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] リン酸吸着がカオリナイト懸濁液の分散凝集性に及ぼす影響とその評価2016

    • Author(s)
      小杉重順 石黒宗秀 木崎隆弘
    • Organizer
      サマースクール土・水・生命環境とコロイド界面現象2016
    • Place of Presentation
      筑波大学(茨城県・つくば市)
    • Year and Date
      2016-07-29
  • [Book] 土壌と界面電気現象:基礎から土壌汚染対策まで2017

    • Author(s)
      石黒宗秀,鈴木克拓,小林幹佳,大島広行,森崎久雄,田中俊逸,溝口勝
    • Total Pages
      218
    • Publisher
      博友社
  • [Book] Encyclopedia of Biocolloid and Biointerface Science2016

    • Author(s)
      Ishiguro, M. et. al., Ed. Ohshima H.
    • Total Pages
      1200
    • Publisher
      John Wiley and Sons

URL: 

Published: 2018-01-16  

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