| 研究課題/領域番号 |
20K05199
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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27010:移動現象および単位操作関連
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| 研究機関 | 鹿児島大学 |
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研究代表者 |
二井 晋 鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (90262865)
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| 研究分担者 |
五島 崇 鹿児島大学, 理工学域工学系, 助教 (90709560)
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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: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | submicron particle / Ultrasound / Separation / Cavitation / ultrasound / particle / separation / submicron / 超音波 / キャビテーション / サブミクロン粒子 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
種々の径をもつサブミクロン粒子懸濁液にメガヘルツ域の超音波を照射することで、液体中に形成される多数のキャビテーション気泡群により、特定の径を持つ粒子が局在化して濃縮される現象が申請者により発見された。本研究の目的は、キャビテーション気泡群による粒子サイズ認識メカニズムを解明して分離粒子径の制御手法を開発することと、標的粒子濃縮液の効率的な回収法を確立して、超音波による微粒子分離技術およびその学術基盤を構築することを目的とする。
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| 研究成果の概要 |
超音波照射により粒子サイズに応じた局在化が生じることが確かめられた。試料懸濁液中の溶存ガス濃度を高めると分離が促進され、ガスの連続的なバブリングにより分離の低下を防ぐことができた。粒子分離と同じ条件でガスを溶存した水への超音波照射によりアルゴン飽和水では、空気飽和の場合と比べて約10倍の個数で気泡生成が認められた。気泡径は両方のガスで約100 nmであり、分離メカニズムに気泡存在が強く影響すると考えられる。高速度ビデオ映像から、液柱からの爆発的なミスト生成に引き続く液塊分裂が観察され、この現象が粒子分離に関与することが示唆された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究の成果は、サブミクロンサイズの粒子懸濁液への超音波照射という簡単な操作で粒子のサイズによる分離を可能にすることで、分離エネルギー低減と革新的な分離技術の創出の点で意義がある。従来法ではフィルターや膜などの消耗品を必要とする一方、超音波照射で生成する液柱の一部を取り出すという、非常に簡単な操作で分離ができる点が特徴である。本研究の学術的な意義として、複雑な分離メカニズムの解明に取り組み、分離場の形成には液中の溶存気体量、液中の気泡個数と液柱の挙動が深く関っていることまでを明らかにした。複数の相と速度が関わる分離場を理解することで、新しい分離場を創り出すことに貢献できる。
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