| 研究課題/領域番号 |
22H00387
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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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 |
中区分41:社会経済農学、農業工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
足立 泰久 筑波大学, 生命環境系, 名誉教授 (70192466)
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| 研究分担者 |
小林 幹佳 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (20400179)
山下 祐司 筑波大学, 生命環境系, 助教 (30543227)
浅田 洋平 筑波大学, 生命環境系, 助教 (50911252)
雷 中方 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (30634505)
宮本 輝仁 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農村工学研究部門, グループ長 (40343983)
小川 和義 筑波大学, 生命環境系, 助教 (60375433)
杉本 卓也 筑波大学, 生命環境系, 助教 (70899509)
京藤 敏達 筑波大学, システム情報系, 教授 (80186345)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2026年度)
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| 配分額 *注記 |
41,990千円 (直接経費: 32,300千円、間接経費: 9,690千円)
2026年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2025年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2024年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2023年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
2022年度: 14,430千円 (直接経費: 11,100千円、間接経費: 3,330千円)
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| キーワード | 凝集 / フロック / レオロジー / モンモリロナイト / 非ニュートン流動 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
環境中の化学物質の変化のミクロな要素から、大局的な物質動態、水文学的移動、力学特性などのマクロな問題へ繋いで理解する鍵は、土壌や水環境中に存在する不均一コロイドの取り扱い法を確立することにある。その確立は温暖化対策やマイクロプラスチック汚染の生態系影響等、持続可能な社会を見据えた地球規模課題への取り組みの重要性が指摘されている中で重要である。本研究では、コロイドの凝集現象に着目し、土壌物理学、水理学の融合的視点で土壌・水環境研究の工学的な新展開を目指す。
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| 研究実績の概要 |
環境中の化学物質の変化のミクロな要素から、大局的な物質動態、水文学的移動、力学特性などのマクロな問題へ繋いで理解する鍵は、土壌や水環境中に存在する不均一コロイドの凝集現象に着目しその扱いの工学的手法を確立することにある。その確立は温暖化対策やマイクロプラスチック汚染の生態系影響評価等、持続可能な社会を見据えた地球規模課題への取り組みの重要性が指摘されている中で重要である。
研究の３年目にあたる本年度は、①コロイド粒子の凝集過程のダイナミクス、②多孔質フロックの沈降現象、③フロック群の流動と乱流構造、④濃厚系物理特性、⑤微生物フロックのグラニュール化の５項目を取り上げ、標準となるPSL粒子、粘土粒子、活性汚泥などを用いて凝集体フロックを作成し、それぞれの系において解析を推進した。特に、標準粒子を用いた系においては、コロイド粒子と反対符号を有する粒子の沈着によってコロイド粒子の凝集が促進する機構を、流れ場におけるヘテロ凝集の理論に基づいて解析し、その有効性を明らかにした。この結果は、これまで高分子電解質、ポリイオンコンプレックス、粘土粒子などによる粒子凝集に対する基礎を与えるもので、①の成果として重要である。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
概要で述べた①のさらなる応用展開として、環境適合性の高い凝集剤の開発を視野に、改質リグニン、リポソームのコロイド粒子の初期の凝集促進能を調べる実験を実施した。これらの成果は、8月に上海で開催された国際会議（ICBS2024）及び9月にイタリアのトリノで開催された環境汚染と環境問題に関する国際会議（IAP2024）において発表した。
また、IAP2024の直後オランダのデルフト工科大学を訪問し、沿岸域のフロック沈降と微生物のグラニュール形成に関連し、将来の共同研究の可能性を探るセミナーを実施した。
また、③については、管路を流れる凝集性のモンモリロナイト懸濁液の流動特性を解析し、当該流体について層流域では抵抗が増加するが、乱流域ではむしろ低減すること、さらに層流域の可視化に試験的に成功した。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、①コロイド粒子の凝集過程のダイナミクス、②多孔質フロックの沈降と界面動電現象、③フロックを含む懸濁液の流動特性、④微生物フロックのグラニュール化、⑤エコフレンドリーな凝集剤の開発の5項目を取り上げ、標準となるPSL粒子、活性汚泥などを用いて凝集体フロックを作成し、それぞれの系において主として直接観測に基づく解析を推進する。
実施においては、課題①および③において、代表者は分担者の山下の指導する筑波大学大学院の学生、および博士研究員のSaha Santanuと共同で実験を実施する。
また、課題②および④においては、実験の実施とデータ解析を代表者とSaha Santanuとで行う。
さらに⑤については、①③の発展形としてグリコールリグニン、ナノバブル、リポソームなど生体適合性の高いサブミクロンサイズのコロイドについて、反対符号を有するコロイド粒子に対する凝集能を足立、山下、Saha Santanuの3人で探索する。
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