| 研究課題/領域番号 |
23K26442
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| 補助金の研究課題番号 |
23H01749 (2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2023) |
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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 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
寺坂 宏一 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (00245606)
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| 研究分担者 |
藤岡 沙都子 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (50571361)
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| 研究期間 (年度) |
2024-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円)
2025年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2024年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
2023年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
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| キーワード | ウルトラファインバブル / ファインバブル / 霧化 / 濃縮 / マイクロバブル / 粒子生成 / 核生成 / 気泡核発生 / 空間均一分布 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ウルトラファインバブルは、水中でキャビテーション、圧壊、ラジカル発生など特異的な性質を持つため社会への普及が進んでいる。しかしその生成メカニズムが確定されていないためにウルトラファインバブル製造装置の開発や設計が適切に行われていない。さらに水中のウルトラファインバブルを原材料とした機能性材料開発など化学的分野への適応が進んでいない。
そこで本研究では、申請者が提唱するウルトラファインバブル生成理論の実証試験を行い、本理論をもとにウルトラファインバブルの特異性を生かした微粒子材料製造研究を実施する。
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| 研究実績の概要 |
交付申請書に記載した通り、本年度は「ウルトラファインバブル(UFB)水の急速スプレーミストドライによる濃縮」を研究した。自由水面が、UFB-水界面のゼータ電位（≒-30mV）と同程度とすれば、DLVO理論より自由水面とUFB群とは約100 nm以上の距離をもつと推定できる。スプレーされたUFB水滴を乾燥させると、水滴表面から水が気化するが、表面から深さ約100nmにはUFBは存在しないので、気化による水相の攪乱や相変化に伴うUFBの損失はないと推察される。この理論が正しければ、UFB水滴を表面から部分乾燥させ、中心部に多くのUFBを残存した水滴を回収すればUFB数濃度が増加すると予想した。
本研究で実証実験として、所定の数濃度のUFB水を調整湿度雰囲気下の空気中に多数噴霧し、落下した水滴群を回収したところ、UFB数濃度の濃縮が確認された。その数濃度の濃縮率は、落下距離や調湿空気との接触時間との良い相関がみられた。
UFB水の濃縮技術としてロータリーエバポレーター法がかつて申請者によって発明され普及が進みつつあるが、１回に濃縮できるUFB水は２L程度であり、工業化には不適である。今回発明された方法では濃縮装置の容易なスケールアップ、大量生産、連続生産を実現でき、濃縮UFB水の低コスト化と大容量化に大きく貢献する。
また今回の成功により著者がすでに提案したUFBの安定化理論を実験的に裏付けることになり、今後のファインバブル研究分野の拡大につながる大きな結果を示した。
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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
申請書の予定通り、本年度とりくんだ「ウルトラファインバブル水の急速スプレーミストドライによる濃縮」は申請者の仮説を確かに裏付けており、成果を出している。
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| 今後の研究の推進方策 |
申請書通り、次年度は「UFB水溶液の噴霧凍結乾燥による微小凝集粒子の製造」に取り組む。本年度取得した「スプレードライによる高密度UFB含有水滴生成技術」を利用し、液体窒素などの冷媒を利用した急速凍結を行う。UFB水中には予め塩や糖などの溶質を飽和させておく。噴霧されたUFB含有水滴表面から水分蒸発と凍結による溶質の溶解度低下が進行すると晶析が生じるが、混在するUFBが空隙として残留した凝集粒子形成を予想している。得られた凝集粒子の特性の物性や粒子の性質の変化を計測する予定である。
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