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2019 年度 実績報告書

ナノ材料の地盤内移動特性解明と移動モデル構築

研究課題

研究課題/領域番号 18H01530
研究機関東京大学

研究代表者

濱本 昌一郎  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (30581946)

研究分担者 竹村 貴人  日本大学, 文理学部, 教授 (30359591)
山下 祐司  筑波大学, 生命環境系, 助教 (30543227)
斎藤 広隆  東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (70447514)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードナノ材料 / 土壌 / 移動特性
研究実績の概要

2019年度は、封入空気の存在が多孔質体内のコロイド粒子(シリカ粒子)移動に与える影響について調べた。豊浦砂を充填したカラムに、真空条件下で給水することで完全飽和試料を作成した。このカラムを所定のサクションで脱水させたのち、再度給水させることで封入不飽和試料を作成した。封入空気の存在は、X線CT画像にて確認し、画像解析から封入空気の存在量および気泡径分布、さらに液相のネットワーク(屈曲度)について解析した。封入空気の存在(飽和度90%程度)は、イオントレーサーの挙動に影響を与えなかったものの、完全飽和試料に比べてシリカ粒子の流出が早まる結果が得られた。一方、CT画像解析から封入空気の存在によって液相の平均屈曲度が増加する結果が得られた。物理的な間隙ネットワークの変化よりも、封入空気とコロイド粒子との相互作用が、コロイド粒子の流出に影響を与えたと考えられた。また、コロイド粒子の沈着がナノバブル挙動に与える影響について調べた。カルボキシルラテックス粒子をガラスビーズ充填カラムに注入し沈着させた後、ナノバブル水を注入した。ナノバブルの流出率はラテックス粒子の沈着下で低下した。注入するラテックス粒子濃度を変えた条件で実験した場合、ガラスビーズ表面への沈着量は注入濃度の上昇に伴い増加するものの、その後のナノバブルの流出特性には影響しなかった。また、ナノバブル沈着下でのラテックス粒子の流出挙動についても調べた。

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

これまで、多孔質体内のナノバブルおよびコロイド態微粒子挙動の解明に向けた室内実験に取り組んできた。土壌内における微細気泡と微粒子の相互作用と、各物質移動に関する貴重な科学的知見が得られている。ナノ材料の土壌内挙動解明に向けて概ね順調に研究は進展している。

今後の研究の推進方策

今後は、多孔質体内のナノ材料の移動特性解明(土壌水の化学的性質が与える影響など)に向けて、室内実験データを蓄積する。X線CT画像を活用し、水-空気界面でのコロイド挙動解明などの研究にも取り組んでいきたい。また、模擬汚染土壌を用いてコロイド担体汚染物質(例えば放射性Csや純金属)挙動解明と移動モデルの検証を行う。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2019

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Nano-bubble retention in saturated porous media under repulsive van der Waals and electrostatic conditions2019

    • 著者名/発表者名
      Hamamoto, S., T. Sugimoto, T. Takemura, T. Nishimura, S. Bradford
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 35 ページ: 6853-6860

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Linking Pore Network Structure Derived by Micro-focus X-ray CT to Mass Transport Parameters in Differently Compacted Loamy Soils2019

    • 著者名/発表者名
      Baniya, A., K. Kawamoto, S. Hamamoto, T. Sakaki, T. Saito, K. Muller, P. Moldrup, and T. Komatsu
    • 雑誌名

      Soil Research

      巻: 57 ページ: 642-656

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Methane eruption from a landfill final cover soil during rainfall events in laboratory experiments.2019

    • 著者名/発表者名
      Izumoto, S., S. Hamamoto, K. Kawamoto, M. Nagamori, and T. Nisiimura
    • 雑誌名

      Soils and Foundations

      巻: 59 ページ: 1052-1062

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Nano-Bubble Retention in Saturated Porous Media under Different Solution Chemistry2019

    • 著者名/発表者名
      濱本昌一郎,杉本卓也,竹村貴人,西村拓,Bradford Scott
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会
  • [学会発表] Transport of Colloidal Particles in Saturated Toyoura Sand: Effects of Flow Rate on Importance of Electrostatic Repulsion2019

    • 著者名/発表者名
      杉本卓也,濱本昌一郎,西村拓,足立泰,小林幹佳
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会
  • [学会発表] イオン強度およびイオン組成が多孔質体中のナノバ ブル挙動に与える影響2019

    • 著者名/発表者名
      濱本昌一郎,杉本卓也,竹村貴人,西村拓
    • 学会等名
      第54回地盤工学研究発表会
  • [学会発表] 飽和多孔質媒体中のコロイド粒子の沈着がナノバブ ル挙動に与える影響2019

    • 著者名/発表者名
      杉本卓也,濱本昌一郎,西村拓
    • 学会等名
      第54回地盤工学研究発表会
  • [学会発表] 封入不飽和状態における多孔質体中のコロイド移動 に関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      大古湧之,濱本昌一郎,杉本卓也,西村拓
    • 学会等名
      第54回地盤工学研究発表会
  • [学会発表] Effects of Deposited Colloidal Particles on Nano-Bubble Transport in Saturated Porous Media2019

    • 著者名/発表者名
      Sugimoto T., S. Hamamoto, and T. Nishimura
    • 学会等名
      ASA, CSSA, and SSSA International Annual Meetings
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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