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バイオセメントと木質バイオマスを利用した重金属汚染の統合バイオレメディエーション

研究課題

研究課題/領域番号 18H03395
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分64020:環境負荷低減技術および保全修復技術関連
研究機関北海道大学

研究代表者

中島 一紀  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (50540358)

研究分担者 川崎 了  北海道大学, 工学研究院, 教授 (00304022)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2020年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2019年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2018年度: 10,530千円 (直接経費: 8,100千円、間接経費: 2,430千円)
キーワードバイオセメント / 重金属汚染 / バイオレメディエーション / 金属イオン吸着 / バイオミネラル / 環境修復 / 微生物
研究成果の概要

本研究では,高濃度の重金属で汚染された土壌をバイオセメント技術により封じ込めを行い,そこから流出した低濃度の重金属汚染水を重金属結合性バイオマスにより完全浄化することが可能なシステムの開発を目的とする。尿素分解酵素を分泌する微生物を用いたCaCO3析出により,モデル汚染土壌および実サンプルの固化と重金属の固定化に成功した。さらに,有機ポリマーを組み合わせたバイオセメントを開発し,さらなる強度の増大を達成した。また,タンパク質と天然高分子を用いた新規の重金属吸着剤を開発し,連続吸着システムを構築した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

各種インフラや鉱山の開発に伴い,土壌・地下水の重金属汚染が生じる。従来の高エネルギー・高コストの処理技術に変わる原位置での低エネルギー・低環境負荷の革新的な重金属処理法が開発されれば,日本のみならず大規模なインフラ整備が急速に進みつつある世界各国においても有用な汚染土壌対策となりうる。本研究では,肥料に用いられる尿素,融雪剤に用いられる塩化カルシウム,および環境中に存在する微生物を用いて,常温で固化することが可能なバイオセメントにより重金属イオン汚染土壌の固化に成功した。さらに,タンパク質と天然多糖からなる新たな重金属イオン吸着剤を開発した。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (47件)

すべて 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (20件) (うち国際共著 6件、 査読あり 20件、 オープンアクセス 16件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 10件、 招待講演 1件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] University of Zambia(ザンビア)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Zambia(ザンビア)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Applications of chitosan in environmental remediation: A review2021

    • 著者名/発表者名
      Pal Preeti、Pal Anjali、Nakashima Kazunori、Yadav Brijesh Kumar
    • 雑誌名

      Chemosphere

      巻: 266 ページ: 128934-128934

    • DOI

      10.1016/j.chemosphere.2020.128934

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Fabrication of silica on chitin in ambient conditions using silicatein fused with a chitin-binding domain2021

    • 著者名/発表者名
      Kasun Godigamuwa, Kazunori Nakashima, Sota Tsujitani, Satoru Kawasaki
    • 雑誌名

      Bioprocess and Biosystems Engineering

      巻: -

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Wetting and Drying Cycles on the Durability of Bio-cemented Slope Soil2021

    • 著者名/発表者名
      Sivakumar Gowthaman, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki
    • 雑誌名

      International Journal of Environmental Science and Technology

      巻: -

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Novel Metal Adsorbent Composed of a Hexa-histidine Tag and a Carbohydrate-binding Module on Cellulose2020

    • 著者名/発表者名
      TOGO Yuki、NAKASHIMA Kazunori、MWANDIRA Wilson、KAWASAKI Satoru
    • 雑誌名

      Analytical Sciences

      巻: 36 号: 4 ページ: 459-464

    • DOI

      10.2116/analsci.19P356

    • NAID

      130007830151

    • ISSN
      0910-6340, 1348-2246
    • 年月日
      2020-04-10
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Biosorption of Pb (II) and Zn (II) from aqueous solution by Oceanobacillus profundus isolated from an abandoned mine2020

    • 著者名/発表者名
      Mwandira Wilson、Nakashima Kazunori、Kawasaki Satoru、Arabelo Allison、Banda Kawawa、Nyambe Imasiku、Chirwa Meki、Ito Mayumi、Sato Tsutomu、Igarashi Toshifumi、Nakata Hokuto、Nakayama Shouta、Ishizuka Mayumi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 21189-21189

    • DOI

      10.1038/s41598-020-78187-4

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The Influence of the Addition of Plant-Based Natural Fibers (Jute) on Biocemented Sand Using MICP Method2020

    • 著者名/発表者名
      Imran Md Al、Gowthaman Sivakumar、Nakashima Kazunori、Kawasaki Satoru
    • 雑誌名

      Materials

      巻: 13 号: 18 ページ: 4198-4198

    • DOI

      10.3390/ma13184198

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Biological Route to Fabricate Silica on Cellulose Using Immobilized Silicatein Fused with a Carbohydrate-Binding Module2020

    • 著者名/発表者名
      Godigamuwa Kasun、Nakashima Kazunori、Okamoto Junnosuke、Kawasaki Satoru
    • 雑誌名

      Biomacromolecules

      巻: 21 号: 7 ページ: 2922-2928

    • DOI

      10.1021/acs.biomac.0c00730

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Freeze-thaw durability and shear responses of cemented slope soil treated by microbial induced carbonate precipitation2020

    • 著者名/発表者名
      Gowthaman Sivakumar、Nakashima Kazunori、Kawasaki Satoru
    • 雑誌名

      Soils and Foundations

      巻: 60 号: 4 ページ: 840-855

    • DOI

      10.1016/j.sandf.2020.05.012

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Distribution and cementation characteristics of beachrocks along southern, southwestern and western coast of Sri Lanka2020

    • 著者名/発表者名
      Nayanthara Pahala Ge Nishadi、Dassanayake Anjula Buddhika Nayomi、Nakashima Kazunori、Kawasaki Satoru
    • 雑誌名

      Journal of Sedimentary Environments

      巻: 6 号: 1 ページ: 93-106

    • DOI

      10.1007/s43217-020-00036-1

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Cellulose-metallothionein biosorbent for removal of Pb(II) and Zn(II) from polluted water2020

    • 著者名/発表者名
      Mwandira Wilson、Nakashima Kazunori、Togo Yuki、Sato Tsutomu、Kawasaki Satoru
    • 雑誌名

      Chemosphere

      巻: 246 ページ: 125733-125733

    • DOI

      10.1016/j.chemosphere.2019.125733

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Solidification of sand by Pb(II)-tolerant bacteria for capping mine waste to control metallic dust: Case of the abandoned Kabwe Mine, Zambia2019

    • 著者名/発表者名
      Mwandira Wilson、Nakashima Kazunori、Kawasaki Satoru、Ito Mayumi、Sato Tsutomu、Igarashi Toshifumi、Chirwa Meki、Banda Kawawa、Nyambe Imasiku、Nakayama Shouta、Nakata Hokuto、Ishizuka Mayumi
    • 雑誌名

      Chemosphere

      巻: 228 ページ: 17-25

    • DOI

      10.1016/j.chemosphere.2019.04.107

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Chitosan enhances calcium carbonate precipitation and solidification mediated by bacteria2019

    • 著者名/発表者名
      Nawarathna Thiloththama Hiranya Kumari、Nakashima Kazunori、Kawasaki Satoru
    • 雑誌名

      International Journal of Biological Macromolecules

      巻: 133 ページ: 867-874

    • DOI

      10.1016/j.ijbiomac.2019.04.172

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Feasibility study for slope soil stabilization by microbial induced carbonate precipitation (MICP) using indigenous bacteria isolated from cold subarctic region2019

    • 著者名/発表者名
      Sivakumar Gowthaman, Takashi Iki, Kazunori Nakashima, Koji Ebina, Satoru Kawasaki
    • 雑誌名

      SN Applied Sciences

      巻: 1 号: 11 ページ: 1480-1480

    • DOI

      10.1007/s42452-019-1508-y

    • NAID

      120006941694

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Factors Affecting the Urease Activity of Native Ureolytic Bacteria Isolated from Coastal Areas2019

    • 著者名/発表者名
      Md Al Imran, Kazunori Nakashima, Niki Evelpidou, and Satoru Kawasaki
    • 雑誌名

      Geomechanics and Engineering

      巻: 17(5) ページ: 421-427

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Microbial induced slope surface stabilization using industrial-grade chemicals: A preliminary laboratory study2019

    • 著者名/発表者名
      Sivakumar Gowthaman, Shumpei Mitsuyama, Kazunori Nakashima, Masahiro Komatsu and Satoru Kawasaki
    • 雑誌名

      International Journal of GEOMATE

      巻: 17(60) 号: 60 ページ: 110-116

    • DOI

      10.21660/2019.60.8150

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Efficacy of biocementation of lead mine waste from the Kabwe Mine site evaluated using Pararhodobacter sp.2019

    • 著者名/発表者名
      Mwandira Wilson、Nakashima Kazunori、Kawasaki Satoru、Ito Mayumi、Sato Tsutomu、Igarashi Toshifumi、Banda Kawawa、Chirwa Meki、Nyambe Imasiku、Nakayama Shouta、Ishizuka Mayumi
    • 雑誌名

      Environmental Science and Pollution Research

      巻: 印刷中 号: 15 ページ: 15653-15664

    • DOI

      10.1007/s11356-019-04984-8

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Biogeotechnical Approach for Slope Soil Stabilization Using Locally Isolated Bacteria and Inexpensive Low-grade Chemicals: A Feasibility Study on Hokkaido Expressway Soil, Japan2018

    • 著者名/発表者名
      Sivakumar Gowthaman, Shumpei Mitsuyama, Kazunori Nakashima, Masahiro Komatsu and Satoru Kawasaki
    • 雑誌名

      Soils and Foundations

      巻: Articles in press 号: 2 ページ: 1-16

    • DOI

      10.1016/j.sandf.2018.12.010

    • NAID

      120006820176

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effects of cationic polypeptide on CaCO3 crystallization and sand solidification by microbial-induced carbonate precipitation2018

    • 著者名/発表者名
      Thiloththama H. K. Nawarathna, Kazunori Nakashima, Masahiro Fujita, Momoko Takatsu and Satoru Kawasaki
    • 雑誌名

      ACS Sustainable Chemistry and Engineering

      巻: 6(8) 号: 8 ページ: 10315-10322

    • DOI

      10.1021/acssuschemeng.8b01658

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Soil improvement using plant-derived urease-induced calcium carbonate precipitation2018

    • 著者名/発表者名
      R. A. N. Dilrukshi, Kazunori Nakashima and Satoru Kawasaki
    • 雑誌名

      Soils and Foundations

      巻: 58 号: 4 ページ: 894-910

    • DOI

      10.1016/j.sandf.2018.04.003

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A state-of-the-art review on soil reinforcement technology using natural plant fiber materials: Past findings, present trends and future directions2018

    • 著者名/発表者名
      Sivakumar Gowthaman, Kazunori Nakashima and Satoru Kawasaki
    • 雑誌名

      Materials

      巻: 11(4), 553 号: 4 ページ: 1-23

    • DOI

      10.3390/ma11040553

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 無機-有機接着タンパク質のデザインとバイオセメントへの応用2020

    • 著者名/発表者名
      川邉徹弥,中島一紀,Hiranya Nawarathna,川﨑了
    • 学会等名
      生物工学若手研究者の集い第二回オンラインセミナー〈オンライン開催〉
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 炭酸カルシウムとバイオポリマーに結合する人工タンパク質の作製とバイオセメントへの影響2020

    • 著者名/発表者名
      川邉 徹弥,Nawarathna Hiranya,中島 一紀,川﨑 了
    • 学会等名
      資源・素材 2020(仙台) 〈オンライン開催〉
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 機能性シリカ重合ペプチドを用いた無機材料の新たな作製法2020

    • 著者名/発表者名
      辻谷 颯太,中島 一紀,ゴディガムワ カスン,川﨑 了
    • 学会等名
      資源・素材 2020(仙台) 〈オンライン開催〉
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Biological approach to form silica on chitin using a fusion silicatein2020

    • 著者名/発表者名
      ゴディガムワ カスン,中島 一紀,辻谷 颯太,川﨑 了
    • 学会等名
      資源・素材 2020(仙台)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] シリカ重合酵素を用いた複合材料の作製2020

    • 著者名/発表者名
      辻谷 颯太,中島 一紀,川﨑 了
    • 学会等名
      生物工学若手研究者の集い第三回オンラインセミナー〈オンライン開催〉
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Influence of Wet-Dry and Freeze-Thaw Cycles on the Physical and Mechanical Properties of MICP Treated Slope Soil2020

    • 著者名/発表者名
      S. Gowthaman, K. Nakashima, H. Nakamura, S. Kawasaki
    • 学会等名
      54th U.S. Rock Mechanics/Geomechanics Symposium, ARMA (American Rock Mechanics Association)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation on the performance of MICP treated slope soil under acid rain environment2020

    • 著者名/発表者名
      Sivakumar Gowthaman, Arash Mohsenzadeh, Kazunori Nakashima, Hiromi Nakamura, Satoru Kawasaki
    • 学会等名
      The Tenth International Conference of Geotechnique, Construction Materials and Environment (GEOMATE 2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Innovative Approach for Addressing Coastal Erosion Protection Using Microbial Induced Carbonate Precipitation2020

    • 著者名/発表者名
      Md Al Imran, Kazunori Nakashima, Niki Evelpidou, Satoru Kawasaki
    • 学会等名
      European Geosciences Union General Assembly 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 尿素分解菌の細胞抽出液を用いた炭酸カルシウム形成と砂の固化2019

    • 著者名/発表者名
      川邉徹弥,中島一紀,Hiranya Nawarathna,川﨑了
    • 学会等名
      2019年度資源・素材学会北海道支部春季講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] バイオベース材料で構成された環境に優しい金属吸着材の開発2019

    • 著者名/発表者名
      東郷祐樹,中島一紀,川﨑了
    • 学会等名
      日本生物工学会北日本支部2019札幌シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Zinc and Lead Biosorption by Oceanobacillus Profundus Kbz 3-2: a Bacterial Strain Resistant to Metals Isolated from Metal polluted Soils in Kabwe, Zambia2019

    • 著者名/発表者名
      Wilson Mwandira, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki, Mayumi Ito, Tsutomu Sato, Toshifumi Igarashi, Meki Chirwa, Kawawa Banda, Imasiku Nyambe, Shouta Nakayama, Mayumi Ishizuka
    • 学会等名
      The 14th Asian Congress on Biotechnology (ACB2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Microbially induced carbonate precipitation assisted by poly-L-lysine: ecofriendly approach inspired by nature.2019

    • 著者名/発表者名
      T.H.K. Nawarathna, K. Nakashima, S. Kawasaki
    • 学会等名
      ACS Fall 2019 National Meeting & Exposition
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Bio-based adsorbent composed of metal binding peptide and cellulose2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Togo, K. Nakashima, W. Mwandira, S. Kawasaki
    • 学会等名
      23rd International Biohydrometallurgy Symposium (IBS2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 炭酸塩の析出能力に着目した新たな微生物スクリーニング法2018

    • 著者名/発表者名
      菅原雄太,八重樫彩,中島一紀,川﨑了
    • 学会等名
      資源・素材 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] バイオ-無機界面を考慮したタンパク質デザイン2018

    • 著者名/発表者名
      中島一紀
    • 学会等名
      資源・素材2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 外膜表層に金属結合ペプチドを提示した微生物の無機固体表面に対する選択的な吸着特性2018

    • 著者名/発表者名
      岩田至叡, 中島一紀, 川﨑了
    • 学会等名
      第70回日本生物工学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] セルロースをベースとした金属イオン吸着剤の開発2018

    • 著者名/発表者名
      東郷祐樹, 岩田至叡, 岡本知之, 中島一紀, 川﨑了
    • 学会等名
      平成30年度資源・素材学会北海道支部春季講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 生物機能を用いた炭酸塩析出における炭酸脱水酵素の影響2018

    • 著者名/発表者名
      志賀敏英, 藤田賢大, 菅原雄太, 中島一紀, 川﨑了
    • 学会等名
      平成30年度資源・素材学会北海道支部春季講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] The Strength and Microstructure of lead-contaminated mine waste materials stabilized by Pararhodobacter sp.2018

    • 著者名/発表者名
      W. Mwandira, S. K. Nakashima, S. Kawasaki, M. Ito, T. Igarashi, T. Sato, M. Chirwa, K. E. Banda, I. Nyambe, M. Ishizuka
    • 学会等名
      Bio-mediated and Bio-inspired Geotechnics (B2G-Atlanta 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Enzyme mediated CaCO3 crystallization in the presence of natural polysaccharides2018

    • 著者名/発表者名
      T.H.K. Nawarathna, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki
    • 学会等名
      14th International Chitin and Chitosan Conference (ICCC) & 12th Asia-Pacific Chitin and Chitosan Symposium (APCCS )
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Biocementation using ureolytic bacteria: an eco-friendly alternative for treatment of mine waste in Kabwe Mine site2018

    • 著者名/発表者名
      W. Mwandira, K. Nakashima, S. Kawasaki, M. Ito, T. Sato, T. Igarashi, M. Chirwa, K. E. Banda, I. Nyambe, M. Ishizuka
    • 学会等名
      2nd International KAMPAI Symposium & JST Mid-term Evaluation Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Bio-based cementation using urease-producing bacteria: sand solidification and kinetics2018

    • 著者名/発表者名
      K. Nakashima, M. Fujita, T. H. K. Nawarathna, S. Kawasaki
    • 学会等名
      European Congress on Biotechnology (ECB2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考]

    • URL

      https://bre.eng.hokudai.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      https://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/bio-res/www/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 北海道大学・工学部・資源生物工学研究室HP

    • URL

      http://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/bio-res/www/index.html

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      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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