Development of a novel redox sensor for sediment dynamics in coastal areas

开发用于沿海地区沉积物动态的新型氧化还原传感器

• 批准号: 22K14330
• 负责人: Kim Kyeongmin
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14330/
• 关键词: 燃料電池型センサー; 含水比計測; 湿潤密度計測; 溶存酸素計測; 酸化還元反応; 底泥; 電位センサー; 浮泥

本研究では沿岸域、特に航路のような人間活動と関連が密接な海底地形の変化をモニタリングするための電位センサーの開発を目指している。 このため、（1）最適な電極素材の検討、（2）水質、低質に対する電位の応答特性の解析、（3）電位以外の新たな電気化学的因子の検討について論文、発表の形で成果を得ている（予定を含む）。例えば，電位が捉える溶存酸素濃度の特性を利用して、藻類の光合成、赤潮現象などによって年間水質環境が大幅に変わる沿岸域で連続的かつ長期的に水質を計測する電位センサーの実証に成功した。約8ヶ月間連続測定した電位結果をもとに、底層の貧酸素水塊の発生および解消メカニズムを解明した。さらに、機械学習を利用して、電位と溶存酸素濃度の相関関係の長期的変化を学習させ、電位センサーで溶存酸素濃度を計測することに成功しており、この成果を現在Environmental Science and Pollution Researchジャーナルに投稿中である。本研究の最終目標である泥の挙動を計測することにおいて、電気化学的パラメータで底泥の浸食や堆積のような物理的挙動を計測するために電気抵抗値を因子とする新たなセンサーを開発した。このセンサーは、これまで連続的な計測手法の不在でできなかった台風などのイベント現象発生直後の地形変化を素早く把握するのに活用できる。本研究で開発した電気化学的手法で泥の物理的挙動を把握するセンサーは多様な現象をセンシングする応用可能性があり、経済性、耐久性などの面で長所があるため、今後沿岸域での多様なセンサーへの発展が期待される。

这项研究旨在开发潜在的传感器来监测沿海地区的变化，特别是与人类活动密切相关的海底地形（例如航运路线）。 为此，我们将以论文和演示文稿的形式发表以下内容的结果：（1）最佳电极材料的检查，（2）对水质和低质量的潜在响应特性分析，以及（3）新的电化学因素的检查其他比电势（包括计划）。例如，我们成功演示了一种电位传感器，利用电位检测溶解氧浓度的特性，可以连续、长期测量沿海地区的水质，这些地区由于以下因素，水质环境全年变化较大。藻类光合作用和赤潮现象。根据连续约8个月的电位测量结果，阐明了底层缺氧水体的生成和消解机制。此外，通过使用机器学习，我们了解了电位与溶解氧浓度之间的相关性的长期变化，并成功地用电位传感器测量了溶解氧浓度。该结果目前正在环境科学和污染研究中使用。它正在提交给一家期刊。为了测量泥浆的行为，这是本研究的最终目标，我们开发了一种新的传感器，它使用电阻作为一个因素来测量物理行为，例如使用电化学参数测量底部泥浆的侵蚀和沉积。该传感器可用于在台风等事件发生后立即快速了解地形变化，而由于缺乏连续测量方法，迄今为止这是不可能的。本研究开发的传感器利用电化学方法掌握泥浆的物理行为，具有应用于传感多种现象的潜力，并且在经济性和耐用性方面具有优势，因此将在沿海地区使用预计这项技术将在未来发展成为各种各样的传感器。