ナノバブルダイナミックスと輸送現象

• 研究課題/領域番号: 13876055
• 研究種目: 萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生物環境
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小濱 泰昭 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (60006202)
• 研究分担者: 渡部 英夫 都城高等工業専門学校, 教授 (10006190) ; 門谷 茂 香川大学, 農学部, 教授 (30136288) ; 木島 明博 東北大学, 大学院・農学研究科, 教授 (50161451) ; 菊地 聡 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (40312665)
• 研究期間 (年度): 2001 – 2003
• 研究課題ステータス: 完了 (2003年度)
• 配分額: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円); 2003年度: 400千円 (直接経費: 400千円); 2002年度: 500千円 (直接経費: 500千円); 2001年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
• キーワード: ナノバブル / 水質浄化 / 生物活性 / 環境浄化 / 摩擦抵抗軽減 / 多孔質ガラス

研究概要

化学工学や流体工学の分野で利用されている"マイクロバブル"より1オーダー小さな超微細気泡"ナノバブル"の物質輸送現象に関して、生物の生育活性化など種々の効果を有することが確認されている。しかし、これまでの研究ではその理由やメカニズムについてはまだ十分に明らかになっていない。
本研究では、新たなナノバブル発生装置を考案し,その発生メカニズムや閉鎖水域における富栄養化した水質を植物の連鎖と合わせてアクティブに改善し、水環境保全を図ることを目的としてナノバブルの水質浄化機能の解明を行った。
まずナノバブル発生装置開発に関しては、ナノサイズの均一な多孔質ガラス、(Shirasu Porous Glass : SPG)のパイプを用いたナノバブル発生装置を開発し、さらに従来よりも小型軽量化された新型モジュールを考案した。この新型モジュールには、水を送り込むためのポンプが不要であるという利点があり、ナノバブルを発生させたい場所にモジュールを直接挿入してバブルを注入することが可能となった。
この新型モジュールを用いて実験を行った結果、無毒な界面活性剤L-1695を用いて、バブル直径Db=447nmのナノバブルを単分散的に発生させることができた。また,気泡がナノサイズになると気泡径は液体の流速にほとんど依存しないことが判明した。さらに、新型モジュールを用いて水質浄化試験を行った結果、ナノバブルは汚染物質の約21%を吸着および除去し、汚染水の浄化に有効であることが実証できた。