| 研究課題/領域番号 |
21H01706
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分27020:反応工学およびプロセスシステム工学関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
外輪 健一郎 京都大学, 工学研究科, 教授 (00336009)
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| 研究分担者 |
永木 愛一郎 北海道大学, 理学研究院, 教授 (80452275)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2023年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2022年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2021年度: 10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円)
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| キーワード | セグメント流 / マイクロ流路 / 共沈法 / マグネタイト / 空気酸化 / 物質移動 / 物質移動速度 / 物質移動係数 / ガス吸収 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
マイクロ流路の内部では、互いに交じり合わない流体はそれぞれが短いセグメントとなって流れる。このセグメントの長さは相間物質移動に大きな影響を及ぼすが、流体物性や流速のみに依存して定まってしまい、意図的に制御することは通常はできない。本研究では高速に作動するバルブを利用してマイクロ流路におけるセグメント長さを自在に制御できる手法を開発する。さらにこれまで制御できなかったセグメント長さが物質移動速度や反応速度に対して及ぼす影響を定量的に明らかにする。
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| 研究実績の概要 |
前年度までにマイクロ流路内に生じるセグメント流のセグメント長さを流量を変化させることなく制御する技術を獲得し、さらにセグメント長さが物質移動速度に及ぼす影響を明らかにした。本年度は、セグメント流を利用して共沈法によるマグネタイトナノ粒子の合成を実施し、セグメント長さが粒子径に及ぼす影響を調査した。共沈法では二価と三価の鉄イオンを含む水溶液に水酸化ナトリウムを添加してマグネタイトを生じさせる。本研究では鉄イオンを含む水溶液と空気を合流させてセグメント流を生じさせ、その後水酸化ナトリウム水溶液と合流させることでマグネタイトのナノ粒子を得た。X線回折による解析によって得られた粒子がマグネタイトであることを確認し、磁性を持つことも確認した。二価と三価の鉄イオンの比や合成温度を変化させた実験を通じて最適な合成条件を明らかにした。得られたマグネタイト粒子の大きさは6nm程度であった。セグメント長さを短くすると平均径の変化は見られなかったが、粒子径の分布が狭くなる傾向がみられた。
従来の共沈法では価数が異なる鉄イオンを含む水溶液が原料として用いられる。本研究では、二価のイオンのみを含む水溶液を原料として共沈法によるマグネタイトの合成を試みた。提案法では、原料水溶液を空気と接触させてセグメント流を生じさせ、空気中の酸素によって二価のイオンの一部を三価に変換したのちに水酸化ナトリウム水溶液を導入する。検討の結果、水酸化ナトリウム水溶液と接触させるまでのセグメント流の流路を適切に制御することでマグネタイトナノ粒子の合成に成功した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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