| 研究課題/領域番号 |
19K15611
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| 研究機関 | 北海道科学大学 |
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研究代表者 |
三原 義広 北海道科学大学, 薬学部, 講師 (90733949)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 吸着剤 / 水質浄化 / 自律浮沈 / 酵素反応 |
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| 研究実績の概要 |
実環境における材料の投与と回収の両方に配慮した新たな汚染除去および浮沈技術と汚染物質の吸着、回収機能を有する直径500 μmの水質浄化材を開発した。基本機能の実用化のために、アルギン酸ゲルビーズ（支持体）に、デンプンとイーストの粉末を内包したものを内層部として作製し、水槽に投入して材料の浮上と沈降の機能を確認した。内層部にはセルロースナノファイバー(CNF)を添加することでイースト菌を担持でき、ゲル内でも分散性が良いことがわかった。アルギン酸ゲル粒子の作製時にナノバブル発生装置を用いゲルに窒素ナノバブルを内包したゲルビーズを作製することに成功した。
窒素ナノバブルによる浮きの効果は炭酸ガスに比べて2倍以上であった。窒素ナノバブルの内包によってアルギン酸水溶液の粘性が低下し、ゲルの微粒化にも関係することがわかってきた。外層部には表面に酸化鉄（磁性材料）やプルシアンブルーを被覆し、これを外層部として構築し、セシウムイオンの吸着速度や磁石によるゲルビーズの回収率を確認した。火山体積物の発泡体であるシラスバルーンや竹炭によるカドミウムの吸着性能を評価した。
セシウムイオンの除去能力(1⇒0.1 ppm以下の濃度になるまでの日数)について、液面に浮かばせたまま、あるいは水底に沈ませたままのゲルビーズでは水質浄化に10日以上かかることに比べ、水底と液面を繰り返し鉛直回遊する機能付与によって3日間で水質浄化が完成した。カドミウムの除去について、汚染水または廃土からカドミウムイオンを除去する吸着剤として、火山性堆積物が原材料となるアルミナケイ酸塩ガラスシラスバルーン（SB；φ100μm）の表面改質を試みた。SBの表面にチオール基を導入すると、カドミウムイオンを吸着でき、さらにアルキル基の導入により、SBの機械的強度が向上した。吸着剤の回収率は98％であった。
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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
当該年度の研究で、セルロースナノファイバーはイースト菌を担持でき、ゲル内でも分散性が良いことがわかり、この知見を新たなゲル製造方法として共同研究先と知財化を目指している。ゲル内部に窒素ナノバブルを内包したゲルビーズを作製することに成功し、ミクロもしくはナノサイズ以下のゲル粒子の作製も期待できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
当該年度で得た知見を元に、ミクロもしくはナノサイズ以下の多孔質素材の粒子がゲルに内包された自律浮沈ゲル粒子ができれば、ゲル内部で微生物の定着および発酵を始めとする反応が速く進行し、結果、浮沈機能（速度、回数）などの性能が高まることが期待される。
ゲルを多層化する際に、特定の層、例えば中間層にも小粒多孔質素材を配置（局在化）が可能になり、ゲル粒子の設計の幅が拡大できる。本研究の要素技術となる自律浮沈機能を有するアルギン酸ゲル粒子の開発において、粒子の作製方法および、浄化方法、自律浮沈機能を持つゲル粒子水処理剤の製造方法に関する多層化技術をさらに特許化していく方針である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当該年度に予定していた共同研究先への出張が新型コロナウィルスの影響を受けキャンセルになったため、旅費を執行できず、また共同研究先で使用する予定であった消耗品の購入を停止せざるを得なかった。翌年度分として請求した助成金と合わせて、水質汚染物質の吸着効果を検証するための消耗品の購入費用に充当する計画である。
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