自律浮沈機能を有する水質浄化ゲル粒子の開発

具有自主浮沉功能的净水凝胶颗粒的研制

• 批准号: 19K15611
• 负责人: 三原 義広
• 金额: $ 1.91万
• 依托单位: Hokkaido University of Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K15611/
• 关键词: 吸着剤; 水質浄化技術; 汚染物質吸着ゲル; ナノ材料; 水質浄化; 自律浮沈; 酵素反応

本研究では、フッ素による水質汚染の浄化を目的とし、汚染物質除去可能な吸着剤を内包した自律浮沈機能を有するゲル粒子（以下「自律攪拌吸着材」という。）を開発した。本技術と有害物質を吸着する物質を融合することで、水浄化の機能を有した自律浮沈ゲルが実現できる。自律浮沈ゲルの基本技術は、酵素反応による浮力の変化である。微生物の発酵が続く限り水中を自律的に浮沈することができるゲル粒子となる。この技術を応用し、自律浮沈ゲルをエネルギー源（エネルギー層）に用い、その周りに有害物質を吸着する層（機能層）を設けることにより、水浄化の機能を有した自律浮沈ゲルとして構成されている。特に、セルロースナノファイバーを含む粒子は、水中で水面と水底の間での鉛直方向の浮沈（上下運動）挙動の際に、更に上記鉛直方向と交差する方向に大きな移動（左右運動）挙動も示すことを明らかとしている。上記成果につき、例えば、粒子を、浄化処理用途の汚染物質除去剤に適用した場合、水中における移動距離がより増大し、浄化効率が向上すると考えられる。自律浮沈ゲルの挙動確認のための粒子位置自動計測ソフトの開発し、浮沈するゲル粒子の検出と認識を実施した。得られたデータより単位時間当たりの浮沈回数増加のための自律浮沈ゲルの処方を再検討し、粒子の高機能化を実施した。その結果、粒子の全挙動を追うことができて、いくつかの浮沈パターンに分類できるようになった。さらに、計測時間が2時間で可能となり、解析にかかる労務が大幅に短縮できた。浮沈粒子の処方の見直しに素早くフィードバックすることが可能になった。

在这项研究中，以净化氟造成的水污染为目的，我们开发了具有自主漂浮和下沉功能并含有可去除污染物的吸附剂的凝胶颗粒（以下简称“自主搅拌吸附剂”）。通过将该技术与吸附有害物质的物质相结合，可以制造出具有水净化功能的自维持凝胶。自浮自沉凝胶的基本技术是酶反应引起的浮力变化。只要微生物发酵继续，它就变成可以自主漂浮在水中的凝胶颗粒。应用该技术，以自漂浮凝胶为能源（能量层），并在其周围设置一层吸附有害物质的层（功能层），构建出具有净水功能的自漂浮凝胶。特别是，可知当含有纤维素纳米纤维的粒子在水面与底部之间沿垂直方向漂浮（垂直运动）时，在与垂直方向交叉的方向上也表现出较大的移动行为（左右运动）。关于上述结果，例如，当将颗粒应用于污染物去除器进行净化处理时，在水中移动的距离增加，并且净化效率被认为提高。我们开发了自动颗粒位置测量软件来确认自漂浮和下沉凝胶的行为，并检测和识别漂浮的凝胶颗粒。根据获得的数据，我们重新考虑了自浮沉凝胶的配方，以增加单位时间内漂浮和沉降的数量，并改善颗粒的功能性。结果，跟踪粒子的整个行为并将它们分类为几种漂浮和下沉的模式成为可能。此外，测量时间仅需两个小时，大大减少了分析所需的劳动力。现在可以快速提供反馈来审查漂浮颗粒的配方。

项目成果

まるで「生き物」？汚染物質を除去する新規吸着剤

就像“生物”一样？

「なぞの生命体 ふよふよ」（メディアデザイン学科 小谷彰宏 教授との共同作品）

《神秘生命体Fuyofuyo》（与媒体设计系小谷明宏教授合作作品）

粒子

粒子

• 发表时间: 2020

自律浮沈機能を有するアルギン酸ゲル粒子の開発と新規吸着剤への応用

具有自主浮沉功能的海藻酸盐凝胶颗粒的研制及其在新型吸附剂中的应用

• 发表时间: 2021
• 作者: MIHARA Yoshihiro;ZHANG Sijing;SYAHPUTRA Rudy;AKEMOTO Yasuhiro;ITOH Shinji;TANAKA Shunitz;MIHARA Yoshihiro;三原義広;三原義広
• 通讯作者: 三原義広

Functionalization of Shirasu-balloons Surface for Removal of Cadmium Ions from Contaminated Soil

• DOI: 10.2116/analsci.19sbp06
• 发表时间: 2020-03
• 期刊: Analytical Sciences
• 影响因子: 1.6
• 作者: Yoshihiro Mihara;Sijing Zhang;R. Syahputra;Yasuhiro Akemoto;S. Itoh;Shunitz Tanaka