Development of simulation method about swelling soft structure by intercalation

软结构插层膨胀模拟方法的发展

基本信息

批准号：
21K14705
负责人：
宮川雅矢
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Kogakuin University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度は粉体どうしを混ぜ合わせることによって進行する固相吸着に関するシミュレーション法を開発した．今年度は有機粘土が一般的に用いられる液相吸着反応について，材料としての最適化およびシミュレーション法の開発を目的とした．吸着量は有機粘土・吸着質の種類によって大きく異なり，混ぜてみないと分からないというのが現状である．この問題を機械学習を用いて解決できないか検討した．具体的には，液相吸着に関する実験データを論文から収集し，学習モデルを構築した．その結果，テストデータを入力したときの吸着量は実験値をよく再現し，実験せずとも吸着量が予想することに成功した．また，これまではわからなかったホストである粘土・修飾材である有機カチオン・吸着質がそれぞれ吸着量に対してどの程度影響を及ぼすのかを，平衡濃度ごとに定量的に明らかにした．液相吸着シミュレーションの開発については，含水率の推定および含水構造の決定を中心に検討した．熱重量分析（TG）の実験データから含水率を見積もることで，含水有機粘土のモデリングを行い，疎水的と考えられている層間に水がインターカレートされることでカチオンの配座・配向がどのように変わるかを明らかにした．次に，吸着等温線データから吸着量を算出することで，液相における吸着構造のモデリングをおこなった．その結果，吸着質をベンゼンとしたときの吸着量のカチオン種依存性は有機粘土の表面構造の違いによって説明できることを明らかにした．

去年，我们开发了一种通过将粉末混合在一起进行固相吸附的模拟方法。今年，我们的目标是优化材料并开发一种通常使用有机粘土的液相吸附反应的模拟方法。吸附量根据有机粘土/吸附剂的种类而变化很大，目前的情况是必须混合后才能确定。我们研究了是否可以使用机器学习来解决这个问题。具体来说，我们从论文中收集了液相吸附的实验数据并建立了学习模型。结果，输入测试数据时的吸附量很好地再现了实验值，无需实验即可成功预测吸附量。此外，我们定量阐明了粘土主体、有机阳离子改性剂和吸附质对每个平衡浓度下吸附量的影响程度，这是以前未知的。关于液相吸附模拟的发展，我们重点关注估计含水量和确定含水结构。通过根据热重分析 (TG) 的实验数据估算水含量，我们对水合有机粘土进行了建模，发现由于水在疏水层之间的插入，阳离子的构象和方向发生了变化，并解释了其如何变化。接下来，我们通过根据吸附等温线数据计算吸附量来模拟液相中的吸附结构。结果表明，苯的吸附量对阳离子种类的依赖性可以通过有机粘土的表面结构的差异来解释。

项目成果

期刊论文数量（29）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

機械学習による有機粘土が示す吸着量の決定因子の探究

使用机器学习探索有机粘土吸附量的决定因素

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hayato Shobuke;Takumi Matsumoto;Masaya Miyagawa;Hiromitsu Takaba;宮川雅矢，廣澤史也，正部家隼人，田中秀樹，中戸晃之，高羽洋充;正部家隼人，宮川雅矢，高羽洋充
通讯作者：
正部家隼人，宮川雅矢，高羽洋充

Prediction of adsorption amount of aromatic compounds in organoclay by machine learning

通过机器学习预测有机粘土中芳香族化合物的吸附量

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hayato Shobuke;Takumi Matsumoto;Masaya Miyagawa;Hiromitsu Takaba
通讯作者：
Hiromitsu Takaba

分子動力学法を用いた有機修飾モンモリロナイトの水による飽和膨潤状態の推定

利用分子动力学方法估算有机改性蒙脱石遇水饱和溶胀状态

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hayato Shobuke;Takumi Matsumoto;Masaya Miyagawa;Hiromitsu Takaba;宮川雅矢，廣澤史也，正部家隼人，田中秀樹，中戸晃之，高羽洋充;正部家隼人，宮川雅矢，高羽洋充;正部家隼人，松本拓海，廣澤史也，宮川雅矢，高羽洋充;西村翔馬，廣澤史也，宮川雅矢，高羽洋充
通讯作者：
西村翔馬，廣澤史也，宮川雅矢，高羽洋充

水で膨潤したアルキルアンモニウムイオン修飾モンモリロナイトの構造およびフェノール類の吸着サイトの計算化学による解明

通过计算化学阐明水溶胀烷基铵离子改性蒙脱石的结构和苯酚吸附位点

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hayato Shobuke;Takumi Matsumoto;Masaya Miyagawa;Hiromitsu Takaba;宮川雅矢，廣澤史也，正部家隼人，田中秀樹，中戸晃之，高羽洋充;正部家隼人，宮川雅矢，高羽洋充;正部家隼人，松本拓海，廣澤史也，宮川雅矢，高羽洋充;西村翔馬，廣澤史也，宮川雅矢，高羽洋充;宮川雅矢，濤崎啓吾，廣澤史也，高羽洋充
通讯作者：
宮川雅矢，濤崎啓吾，廣澤史也，高羽洋充

機械学習による有機粘土吸着材の吸着特性予測

使用机器学习预测有机粘土吸附剂的吸附特性

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hayato Shobuke;Takumi Matsumoto;Masaya Miyagawa;Hiromitsu Takaba;宮川雅矢，廣澤史也，正部家隼人，田中秀樹，中戸晃之，高羽洋充;正部家隼人，宮川雅矢，高羽洋充;正部家隼人，松本拓海，廣澤史也，宮川雅矢，高羽洋充;西村翔馬，廣澤史也，宮川雅矢，高羽洋充;宮川雅矢，濤崎啓吾，廣澤史也，高羽洋充;西村翔馬，廣澤史也，宮川雅矢，高羽洋充;正部家隼人，松本拓海，廣澤史也，宮川雅矢，高羽洋充
通讯作者：
正部家隼人，松本拓海，廣澤史也，宮川雅矢，高羽洋充