| 研究課題/領域番号 |
20K04267
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
林 公祐 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (60455152)
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| 研究分担者 |
冨山 明男 神戸大学, 工学研究科, 教授 (30211402)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 微細流路 / 混相流 / 気泡 / 界面活性剤 / マイクロチャネル / 二相流 / テイラー流 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
界面活性剤は工業分野で需要の高い化学製品であるが、その多くは本来自然界にない化合物であり、処理施設での微生物分解が困難なうえ好気性微生物への酸素供給を阻害する。そのため、製造工程において効率的に回収することが求められる。本研究は、界面活性剤を含む微細流路内テイラー流(砲弾型気泡が並んだ流動様式)の特性を解明し、テイラー流を利用した高効率界面活性剤分離技術の基盤を確立することを目的とする。そのため以下の要素研究を行う：単一微細流路内テイラー流実験による分離性能実証、単一微細流路内テイラー流数値計算による吸脱着ダイナミクスの解明、並列微細流路分離器開発、並列微細流路分離器の分離効率評価モデル構築。
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| 研究成果の概要 |
テイラー気泡の気泡長さおよびスラグユニットに及ぼす界面活性剤の濃度や吸脱着特性の影響は大きくないことを明らかにした。微細流路を通過することによって、界面活性剤濃度を大きく低減できた。臨界ミセル濃度以下では初期濃度に対して概ね線形な処理性能が見込めることが分かった。静的な界面に対して、テイラー気泡では大幅に低い被覆率であったことから、気泡後端側では高濃度の吸着状態である一方、先端側では清浄に近い濃度分布であることを明らかにした。本吸着量評価技術は、界面被覆率評価にも応用できることが実証できた。分離槽における気泡の揚力をモデル化した。また、数値計算技術を開発し、抗力および揚力について検討した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
世界の水需要は2000年から2050年の間に55%の増加が見込まれている。このため2050年には世界人口の40%が深刻な水不足に陥るとのシナリオが考えられており、水資源問題は流体工学に課された最重要課題の一つといえる。水処理の観点から、バイオ・ 化学系界面活性剤に代表される生化学製品を効率的に回収し、工業排水による環境負荷を低減することが重要であるが、回収効率は未だに不十分である。高効率界面活性剤分離技術を確立するには、界面活性剤を含む複雑混相流動に関する深い理解が必要である。本研究成果は上記の観点から学術的また社会的な意義を有している。
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