| 研究課題/領域番号 |
15H03842
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| 研究機関 | 北見工業大学 |
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研究代表者 |
齋藤 徹 北見工業大学, 工学部, 教授 (40186945)
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| 研究分担者 |
上原 伸夫 宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50203469)
高貝 慶隆 福島大学, 共生システム理工学類, 准教授 (70399773)
前田 貴史 北見工業大学, 工学部, 特任助教 (80758227) [辞退]
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 医療排水処理 / 薬物 / 除去 / 凝集 / 界面活性剤 / フローテーション / オルガノクレー / 分解 |
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| 研究実績の概要 |
医療排水や生活排水中の抗生物質等医薬品類の高効率除去技術として、界面活性剤と高分子電解質の複合体の凝集と気泡分離とを組み合わせた凝集フローテーション法および界面活性剤収着粘土鉱物（オルガノクレー）吸着法の可能性を検討した。
凝集フローテーション法においては、薬物本来の疎水性だけでなく、Al(III)との錯形成や界面活性剤（ドデシル硫酸ナトリウム、ＳＤＳ）とのイオン対形成による疎水性化学種の形成が気液界面への捕捉に関与することがわかった。凝集過程を観測するためのナノ粒子を調製する方法を新たに開発するとともに、ナノ粒子を用いた凝集過程のその場観察方法についても検討した。微視的環境プローブの蛍光スペクトルより、ミセル形成濃度以下のＳＤＳと高分子電解質の複合体により疎水場と気液界面の疎水場が薬物の捕捉に関与することが示唆された。納豆菌由来のバイオサーファクタントであるサーファクチンを添加すると、合成界面活性剤であるＳＤＳの使用量を１０分の１に減らしても同様の性能が得られ、本法は生物分解（活性汚泥法）の前段処理技術として有望と考えられた。
二本鎖型界面活性剤吸着モンモリロナイト（オルガノクレー）は様々なβ-ラクタム系抗生物質の捕集に有効であるだけでなく、２５℃、ｐＨ７という温和な条件において抗菌性の基となるβ-ラクタム環の開裂反応を促進させる触媒としての作用を示した。オルガノクレーを充填したカラムを作成し、抗生物質を含む水を通したところ、抗生物質が吸脱着を繰り返すうちに分解し、抗菌性を持たないペニシロ酸のみがカラム下部から流出した。オルガノクレー層の透水性はモンモリロナイトの粒子径に依存したが、連続通水処理には不十分であり、有害物質漏出防止のためのバリア層としての利用が適当と考えられた。医療排水だけでなく、農薬含有排水による環境汚染防止技術としての可能性も見出された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
凝集フローテーション法においては、抗生物質のみならず、いくつかの酸性薬物や塩基性薬物の挙動も解析し、広範な薬物の迅速かつ一斉除去を実現した。さらに、バイオサーファクタントの利用においては、納豆菌由来のサーファクチンの効果が示され、低環境負荷化の道が示された。
オルガノクレー吸着法では、抗生物質使用量の６割超を占めるβーラクタム系抗生物質を除去するだけでなく、分解する方法を見出し、その機構解明に近づいた。ただし、透水性の調整には限界があることも明らかとなり、連続処理技術への適用よりも漏出防止技術への展開を図るべきと考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
凝集フローテーション法においては、平成２８年度までに明らかにされた最適条件を用いて除去対象薬物の範囲を拡げ、薬物の性質（水-オクタノール分配係数、酸解離定数）と除去率の関係を得る。これにより、本法の実用システム設計指針を得る。
さらに、系統的に生物合成されたバイオサーファクタントを用い、薬物除去の高効率化と低環境負荷化を図るとともに、界面における薬物捕捉の機構を明らかにし、最適なバイオサーファクタントの設計にフィードバックさせる方法を得る。
オルガノクレー吸着法においては、医療排水だけでなく、抗菌剤を多用する農業分野の排水処理や環境漏出防止技術としての可能性を検討し、実用化のための課題と方法を明らかにする。
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