| 研究課題/領域番号 |
18K03940
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| 研究機関 | 高知工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
秦 隆志 高知工業高等専門学校, ソーシャルデザイン工学科, 准教授 (00342577)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | ウルトラファインバブル / ナノバブル / コンタミネーション / ソノルミネッセンス / 超音波 |
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| 研究実績の概要 |
流体工学分野の混相流を筆頭に、多くの学術分野や産業分野においてファインバブル（微細気泡）研究が加速度を持って進んでいる。しかしながら、ファインバブルの内、特に1μm未満で定義されるウルトラファインバブル（ナノバブル）については、その微小性から評価が困難であり、粒度分布測定から得られるデータをそのままウルトラファインバブルとすることは不純物の混在（コンタミネーション）も検討されることから難しい。本研究の目的は、不純物混在下においてもウルトラファインバブルを定性的・定量的に評価できる計測法の確立を目指して、超音波照射によって生じるソノルミネッセンス（発光現象）を用いた新たな計測法について研究をおこなう。
具体的な研究概要としては、【① 純水中でのウルトラファインバブルの評価（1年目）】、【② 不純物の影響（2年目）】、【③ 不純物が混在したウルトラファインバブルの評価（3年目）】、および【④ ウルトラファインバブルの消泡の検討（1～2年目）】とした。
当該年度の研究実績としては、【① 純水中でのウルトラファインバブルの評価（1年目）】において純水中でのウルトラファインバブルに対するソノルミネッセンス測定をおこなった。結果、数密度を変えてソノルミネッセンス挙動を観測した所、観測された強度（光電子量）と相関性を有することを確認した。つまり、相関性を確認したことから定量性の獲得に繋がる。
【④ ウルトラファインバブルの消泡の検討（1～2年目）】においては、超音波以外のウルトラファインバブルの消泡手法として、凍結溶解、超遠心分離、フィルターろ過、真空脱気等の物理的・化学的な消泡を検討している。現状では、超音波、それも高周波においての消泡効果が高いことを確認した。
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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
当初の計画通りに【① 純水中でのウルトラファインバブルの評価（1年目）】をおこない、また【④ ウルトラファインバブルの消泡の検討（1～2年目）】を継続的に実施している。
【① 純水中でのウルトラファインバブルの評価（1年目）】において純水中でのウルトラファインバブルに対するソノルミネッセンス測定をおこなった。まず、散気管により溶存酸素量をウルトラファインバブル水と同様な値まで揃えたコントロール水ではウルトラファインバブル水と同様なソノルミネッセンス挙動は確認されず、このソノルミネッセンス挙動はウルトラファインバブルがキーになっていることを確認した。次いで、ウルトラファインバブルの数密度を変えてソノルミネッセンス挙動を観測した所、観測された強度（光電子量）と相関性を有することを見出した。なお、内包ガスにアルゴンを用いた場合、ソノルミネッセンス挙動が増強されるため、再現性も得られることを確認した。結果、相関性を確認したことから定量性の獲得に繋がる成果を得た。
なお、ソノルミネッセンス挙動の観測については比較的高額になってしまうため、汎用性も考えソノルミネッセンスから生じるOHラジカルを対象としたヨウ化カリウム（KI）法の評価検討もおこなった。結果、内包ガスにオゾンを用いた場合、溶存オゾン濃度が同じコントロール水に比べて、OHラジカルの生成量が高いことを確認し、汎用性の高いKI法での評価といった可能性の知見を得た。
【④ ウルトラファインバブルの消泡の検討（1～2年目）】においては、超音波以外のウルトラファインバブルの消泡手法として、凍結溶解、超遠心分離、フィルターろ過、真空脱気等の物理的・化学的な消泡を検討しているが、現状では、超音波、それも高周波においての消泡効果が高いことを確認している。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の計画通り、以下を実施する。
【② 不純物の影響】（2年目）：様々な不純物、例えばファインバブル発生機や配管の材質を微粉末にした物を添加した水溶液、あるいは応用先で使用する水、例えば海水を対象としたNaCl水溶液でのソノルミネッセンス観測をおこなう。また、人由来の不純物として例えば油脂を添加した水溶液でのソノルミネッセンス観測をおこなう。明らかにする内容としては、ソノルミネッセンス挙動や強度に、昨年度の①と比べて差異があるか検証する。ここで差異があれば定性的評価の獲得に繋がる。
【③ 不純物が混在したウルトラファインバブルの評価】（3年目）：上記②の水溶液にウルトラファインバブル処理をおこないソノルミネッセンスを観測する。最終的に明らかにしたい点は、②との差異を検証し、ウルトラファインバブルの定性的・定量的評価が可能かどうかを検討する。
以上までにおいて理想的には、③‐②＝①であるが、実際的には不純物の混在によってウルトラファインバブルの数密度等の変化が懸念される。そのため、上記にプラスして【④ ウルトラファインバブルの消泡の検討】（1～2年目）：超音波以外のウルトラファインバブルの消泡手法として、凍結溶解、超遠心分離、フィルターろ過、真空脱気等の物理的・化学的な消泡を検討し、③‐②＝①≒④の関係について検証する（完全に消泡できないまでも近似的な裏付け評価とする）。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
装置購入検討・選定のために平成30年度はデモ機で対応し、次年度購入する。
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