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2022 年度 実績報告書

農業工学とコロイド化学の融合を基軸とする土壌・水環境保全技術の展開

研究課題

研究課題/領域番号 19H03070
研究機関筑波大学

研究代表者

小林 幹佳  筑波大学, 生命環境系, 准教授 (20400179)

研究分担者 大澤 和敏  宇都宮大学, 農学部, 教授 (30376941)
藤巻 晴行  鳥取大学, 乾燥地研究センター, 教授 (90323253)
大森 圭祐  国立研究開発法人国際農林水産業研究センター, 情報広報室, 室長 (80827139)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2024-03-31
キーワードコロイド / 粘土 / 土壌物理 / 水環境 / レオロジー
研究実績の概要

土壌劣化,災害,マイクロプラスチック,汚染物質のコロイド促進輸送,ナノ材料のリスク評価といった,コロイドおよびナノ粒子の特性を介する諸問題が認識されている.持続可能な食料生産基盤と農村環境を保全する観点から,コロイドの輸送挙動をより詳細に予測し制御する技術とその基盤となる科学の深化が必要となる.その実現に向けては,様々な溶液および流体条件において,ナノスケールのコロイド界面化学的特性と凝集分散特性を理解しマクロな農業工学的な対策技術と融合させることがポイントになる.これを踏まえてこれまでに実施し,本年度に論文として公表した成果の概略を以下に記す.
火山灰土中の代表的な粘土コロイドであるアロフェン粒子の臨界凝集イオン強度と有効電荷密度の関係が,特異的に吸着する陰イオンの存在下においても, DLVO理論で説明されることを示した.この結果は,多孔質な粒子のゼータ電位さらには有効電荷の実体を明らかにすることの重要性を裏付けている.高分子による粒子間相互作用のチューニングが,土壌のレオロジー特性の1つである剪断降伏値を通して,土壌の受食性に影響する実験結果を得た.この結果は粒子間相互作用とレオロジー特性の関係および高分子の機能を明らかにすることの意義を支持している.関連して,光ピンセットとマイクロ流体の技術を組み合わせた手法を提案し,流動場における粒子表面への高分子の吸着層厚さの時間発展をin situで得た.この手法を活用することで,様々な高分子の吸着動力学の研究が可能になる.さらに,高分子とナノ粒子の混合液が示す,剪断による粘度急増の発現に関して,高分子サイズと粒子間距離が支配因子となることを示唆するデータを得た.

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

予定されていた通り,種々の溶液条件において,コロイドの帯電挙動を調べると同時に,様々な流れ環境において,凝集分散,流動特性に関する系統的な実験ならびに解析を進めた.さらに,高分子による土壌保全効果について,マクロに表現する侵食モデル式とミクロな相互作用の関係,高分子の吸着動力学に関する結果を得た.これらの成果を順次まとめ,査読付き論文として学術雑誌上で公表した.以上より研究の進捗状況は順調と判断する.

今後の研究の推進方策

現在,進めている実験を中心としたデータ取得と理論あるいは予測モデルの構築を継続的に推進する.天然粘土および新規ナノマテリアルのゼータ電位と凝集速度に及ぼす環境関連物質の影響について光散乱法を中心に調べる.また,環境面では重要な流れとイオン種・濃度が凝集動力学とコロイドのレオロジーに与える効果を系統的に調べる.得られた測定値を,電場,イオン輸送,流体力学を考慮したマルチ物理モデルを中心に解析する.さらにポリマーとナノ粒子の混合液ならびに高濃度コロイド液が示す特異な力学挙動のデータ蓄積を進める.

  • 研究成果

    (30件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Adsorption kinetics of polyacrylamide-based polyelectrolyte onto a single silica particle studied using microfluidics and optical tweezers2023

    • 著者名/発表者名
      Geonzon Lester C.、Kobayashi Motoyoshi、Sugimoto Takuya、Adachi Yasuhisa
    • 雑誌名

      Journal of Colloid and Interface Science

      巻: 630 ページ: 846~854

    • DOI

      10.1016/j.jcis.2022.10.067

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microrheological properties and local structure of ι-carrageenan gels probed by using optical tweezers2023

    • 著者名/発表者名
      Geonzon Lester C.、Kobayashi Motoyoshi、Tassieri Manlio、Bacabac Rommel G.、Adachi Yasuhisa、Matsukawa Shingo
    • 雑誌名

      Food Hydrocolloids

      巻: 137 ページ: 108325~108325

    • DOI

      10.1016/j.foodhyd.2022.108325

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Climbing Colloidal Suspension2023

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Motoyoshi、Sugimoto Takuya、Sato Shunsuke、Ishibashi Ryouichi
    • 雑誌名

      Liquids

      巻: 3 ページ: 40~47

    • DOI

      10.3390/liquids3010004

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Colloidal Dispersion System2023

    • 著者名/発表者名
      Sugimoto Takuya、Kobayashi Motoyoshi
    • 雑誌名

      Oleoscience

      巻: 23 ページ: 153~158

    • DOI

      10.5650/oleoscience.23.153

  • [雑誌論文] Study on the kinetics of adsorption of poly(ethylene oxide) onto a silica particle using optical tweezers and microfluidics2022

    • 著者名/発表者名
      Geonzon Lester C.、Kobayashi Motoyoshi、Sugimoto Takuya、Adachi Yasuhisa
    • 雑誌名

      Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects

      巻: 642 ページ: 128691~128691

    • DOI

      10.1016/j.colsurfa.2022.128691

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Aggregation and charging of natural allophane particles in the presence of oxyanions2022

    • 著者名/発表者名
      Li Maolin、Sugimoto Takuya、Yamashita Yuji、Kobayashi Motoyoshi
    • 雑誌名

      Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects

      巻: 649 ページ: 129413~129413

    • DOI

      10.1016/j.colsurfa.2022.129413

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of pH and electrolyte concentration on sol?gel state of semi-dilute aqueous cellulose nanofiber suspension: an interpretation based on angle-dependent DLVO theory2022

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Motoyoshi、Sato Yusuke、Sugimoto Takuya
    • 雑誌名

      Colloid and Polymer Science

      巻: 300 ページ: 953~960

    • DOI

      10.1007/s00396-022-04999-7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Relationship between soil erodibility by concentrated flow and shear strength of a Haplic Acrisol with a cationic polyelectrolyte2022

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Atsushi、Kanashiki Naho、Ishizaki Hiromasa、Kobayashi Motoyoshi、Osawa Kazutoshi
    • 雑誌名

      CATENA

      巻: 217 ページ: 106506~106506

    • DOI

      10.1016/j.catena.2022.106506

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interaction between silica particles with poly(ethylene oxide) studied using an optical tweezer: insignificant effect of poly(ethylene oxide) on long-range double layer interaction2022

    • 著者名/発表者名
      Geonzon Lester C.、Kobayashi Motoyoshi、Sugimoto Takuya、Adachi Yasuhisa
    • 雑誌名

      Colloid and Polymer Science

      巻: 300 ページ: 1179~1186

    • DOI

      10.1007/s00396-022-05020-x

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Conditions for Shake-Gel Formation: The Relationship between the Size of Poly(Ethylene Oxide) and the Distance between Silica Particles2022

    • 著者名/発表者名
      Huang Yi、Sato Shunsuke、Kobayashi Motoyoshi
    • 雑誌名

      Molecules

      巻: 27 ページ: 7770~7770

    • DOI

      10.3390/molecules27227770

    • 査読あり
  • [学会発表] シリカナノ粒子と poly(ethylene oxide) のシェイクゲル:ゲル化時間について2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤 駿介; 小林 幹佳
    • 学会等名
      2022年度農業農村工学会大会講演会
  • [学会発表] 酸化カーボンナノホーン (CNHox) 懸濁液の流動特性2022

    • 著者名/発表者名
      茂木 あゆみ; 小林 幹佳
    • 学会等名
      2022年度農業農村工学会大会講演会
  • [学会発表] The Random Sequential Adsorption Model Revisited: Elucidating the Substrate Influence by Potentiostatic Control of an Electrode2022

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Atsushi; Otterman Katharina; Jaennsch Yannnick...
    • 学会等名
      36th European Colloid & Interface Society Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] コロイド分散系における諸現象の解釈:帯電と凝集分散から流動性まで2022

    • 著者名/発表者名
      小林, 幹佳
    • 学会等名
      第73回コロイドおよび界面化学討論会
    • 招待講演
  • [学会発表] 臨界凝集濃度への流れの効果2022

    • 著者名/発表者名
      杉本, 卓也;高 家輝;小林, 幹佳
    • 学会等名
      第73回コロイドおよび界面化学討論会
  • [学会発表] Charging and Aggregation of Na-montmorillonite in the Presence of Ciprofloxacin2022

    • 著者名/発表者名
      Zeng, Chuanzi;Kobayashi, Motoyoshi
    • 学会等名
      第73回コロイドおよび界面化学討論会
  • [学会発表] The effect of various oxyanions on the charging and aggregation of natural allophane particles2022

    • 著者名/発表者名
      Li, Maolin;Sugimoto, Takuya;Yamashita, Yuji;Kobayashi, Motoyoshi
    • 学会等名
      第73回コロイドおよび界面化学討論会
  • [学会発表] Effect of lysozyme on the aggregation of oxidized carbon nanohorn (CNHox) in aqueous solution2022

    • 著者名/発表者名
      Tian, Zhengjian;Sugimoto, Takuya;Kobayashi, Motoyoshi
    • 学会等名
      第73回コロイドおよび界面化学討論会
  • [学会発表] Effects of counter-ionic valence on aggregation kinetics of colloidal particles with mixing flow2022

    • 著者名/発表者名
      Gao, Jiahui;Sugimoto, Takuya;Kobayashi, Motoyoshi
    • 学会等名
      第73回コロイドおよび界面化学討論会
  • [学会発表] Strength of Floc of Leonardite Humic Acid with Cationic Polyelectrolytes2022

    • 著者名/発表者名
      Lyu, Yue;Kobayashi, Motoyoshi
    • 学会等名
      第73回コロイドおよび界面化学討論会
  • [学会発表] シリカと水の濃厚分散系の挙動について2022

    • 著者名/発表者名
      小林, 幹佳;杉本, 卓也;佐藤, 駿介;石橋, 諒一
    • 学会等名
      第73回コロイドおよび界面化学討論会
  • [学会発表] 高濃度シリカ分散液のシェアシックニング2022

    • 著者名/発表者名
      石橋, 諒一;杉本, 卓也;小林, 幹佳
    • 学会等名
      第73回コロイドおよび界面化学討論会
  • [学会発表] 準希薄なセルロースナノクリスタル懸濁液のゾル-ゲル状態2022

    • 著者名/発表者名
      張, 夕瑜;杉本, 卓也;小林, 幹佳
    • 学会等名
      第73回コロイドおよび界面化学討論会
  • [学会発表] シリカナノ粒子とポリエチレンオキサイド(PEO)の混合懸濁液:ゲル化時間とPEO添加量の関係2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤, 駿介;小林, 幹佳
    • 学会等名
      第73回コロイドおよび界面化学討論会
  • [学会発表] 酸化カーボンナノホーン (CNHox) の 水系懸濁液のレオロジー特性について2022

    • 著者名/発表者名
      茂木, あゆみ;田, 正健;小林, 幹佳
    • 学会等名
      第12回CSJ化学フェスタ
  • [学会発表] 振動下における濃厚懸濁液のクライミング現象2022

    • 著者名/発表者名
      杉本卓也;佐藤, 駿介;石橋, 諒一;小林, 幹佳
    • 学会等名
      第10回ソフトマター研究会
  • [学会発表] ナノシリカ-PEOのシェイクゲル: ゲル化挙動と時間の関係2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤, 駿介;小林, 幹佳
    • 学会等名
      第10回ソフトマター研究会
  • [学会発表] 濃厚なシリカ-PEG懸濁液のシェアシックニング2022

    • 著者名/発表者名
      石橋, 諒一;杉本卓也;小林, 幹佳
    • 学会等名
      第10回ソフトマター研究会
  • [学会発表] Charging and Aggregation of Cellulose Nanomaterials in Aqueous Solution2022

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi, Motoyoshi
    • 学会等名
      International Congress on Pure & Applied Chemistry Kota Kinabalu
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] https://trios.tsukuba.ac.jp/researcher/0000003047

URL: 

公開日: 2023-12-25  

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