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2023 年度 実績報告書

マイクロ流路を活用した間隙構造中におけるコロイドの目詰まり・破壊現象の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21K14939
研究機関筑波大学

研究代表者

杉本 卓也  筑波大学, 生命環境系, 助教 (70899509)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワードコロイド / 沈着 / 破壊 / 流動現象 / 界面電気現象 / 凝集
研究実績の概要

本研究では,マイクロ流路を活用した目詰まりの形成-破壊過程の評価系の構築し,コロイドの帯電・凝集特性評価を相補的に用いながら,目詰まりを引き起こす沈着複合体の形成-破壊およびその物理性の制御機構の解明を目的とする。採択最終年度である当該年度は,マイクロ流路を用いた実験系のデータ取得,およびマクロな沈着速度を評価するためのカラム輸送実験とその解析をおこなった。また,目詰まりと本質的に類似した実験系である濃厚なコロイド懸濁液に関するシミュレーションを用いた解析を行い,実験データと定量的に比較検討した。当該年度の研究成果は,以下の通りである。
昨年度から継続して,フォトリソグラフィにより作製した微細な流路内に円柱を配置したマイクロ流路を使い,沈着複合体の付着形成および破壊に関する直接観察測定を行い,粒径依存性を含む実験データを解析し,近く学会で発表する予定である。
平行して,マクロな沈着現象との対応を検討するために,非球形ナノ粒子であるセルロースナノクリスタル粒子を用いたカラム輸送実験をおこなった。ブロッキングを考慮した移流分散モデルで解析することで,実験データから沈着速度を評価することに成功した。この成果について既に学会で発表し,今後は院生と協力してデータを蓄積し,論文として公表する予定である。
加えて,前年度に引き続き,共同研究者とともに濃厚なコロイド懸濁液の非ニュートン流動特性に粒子の電気的斥力が与える影響について,流体相互作用と離散要素法を組み合わせたシミュレーションによる解析をおこない,実験結果と比較検討をおこなった。その結果,流動曲線の塩濃度依存性,濃厚系でみられるせん断速度の増加にともなう粘度上昇が開始する臨界せん断応力が小さくなるという実験データが再現でき,良好な定量的な一致を確認することができた。今後は,共同研究者と共著で学術論文として公表する予定である。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] The Effect of Lysozyme on the Aggregation and Charging of Oxidized Carbon Nanohorn (CNHox) in Aqueous Solution2024

    • 著者名/発表者名
      Tian Zhengjian、Li Maolin、Sugimoto Takuya、Kobayashi Motoyoshi
    • 雑誌名

      Applied Sciences

      巻: 14 ページ: 2645~2645

    • DOI

      10.3390/app14062645

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effects of ionic valence on aggregation kinetics of colloidal particles with and without a mixing flow2023

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

      Journal of Colloid and Interface Science

      巻: 638 ページ: 733~742

    • DOI

      10.1016/j.jcis.2023.02.019

    • 査読あり
  • [学会発表] Hetero-aggregation in the presence of multivalent ions2023

    • 著者名/発表者名
      Takuya Sugimoto
    • 学会等名
      China-Japan Seminar on Interfacial Progress and Control Measures of Combined Pollutants
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Effect of Lysozyme on the Aggregation and Charging of Oxidized Carbon Nanohorn (CNHox) in Aqueous Solution2023

    • 著者名/発表者名
      Tian Zhengjian; Li Maolin; Sugimoto Takuya; 小林 幹佳
    • 学会等名
      2023年度土壌物理学会大会
  • [学会発表] アルミナビーズ充填カラム中におけるセルロースナノクリスタル粒子の沈着挙動2023

    • 著者名/発表者名
      杉本 卓也; 小林 幹佳
    • 学会等名
      2023年度(第72回)農業農村工学会大会講演会
  • [学会発表] 振動下における高濃度の微粒子懸濁液の挙動について2023

    • 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
      2023年度(第72回)農業農村工学会大会講演会
  • [学会発表] 振動下におけるシリカ微粒子と水の混合物の挙動2023

    • 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74回コロイドおよび界面化学討論会
  • [学会発表] 濃厚コロイド懸濁液のシアシックニングと電気二重層斥力の関係2023

    • 著者名/発表者名
      石橋 諒一; 杉本 卓也; 瀬戸 亮平; 小林 幹佳
    • 学会等名
      第74回コロイドおよび界面化学討論会

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公開日: 2024-12-25  

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