乾燥時における農業廃棄汚泥のミクロ構造解析

农业废弃污泥干燥过程中的微观结构分析

基本信息

批准号：
05856045
负责人：
東城清秀
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至 1994
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05856045/
关键词：
乾燥水分移動汚泥ミクロ構造細孔凝縮 SEM BET

项目摘要

豆腐粕やビール粕などの食品加工残渣あるいは家畜糞を汚泥表面から乾燥させると表面の乾燥に比べて汚泥内部の乾燥は著しく遅れる。この原因は、内部蒸発した水分が表層で凝縮液化して、その水分が汚泥内部に逆流するためであることを実験的に示してきた。これち乾燥によって生じる汚泥表層の構造的変化によるものと考えられ、本研究ではその構造変化の画像化を中心に研究を進めた。X線CTによる画像では高精度の分解能が得られないので、電子顕微鏡による画像化を試みた。今回使用した電子顕微鏡は低真空型走査型顕微鏡(JSM-53000LV)で、試料を凍結しないでそのまま撮像するため高水分汚泥の構造観察に適するものである。実験材料として豆腐粕を供試して、通風式乾燥装置によってある一定時間乾燥した試料を切断して表層から内層に至る汚泥の構造変化を観察した。この結果、汚泥は乾燥するにしたがって収縮するが、その際に直径100〜200mum程度の細孔が生じること、この細孔は曲折してつなかっていることがわかった。また、汚泥の固形部は細胞質であるが、乾燥が進むにつれて細孔周辺の細胞が乾燥してフィン状に突起する現象がみられた。汚泥内部から蒸発した水蒸気はこのフィン状の細胞に付着して凝縮が進むものと考察された。さらに、乾燥過程における比表面積の変化について窒素ガスを吸着媒としてBET法による測定を試みた。この結果、汚泥表面の乾燥部は収縮するため内部に比べて約1/2の比表面積であり、水分の蒸発が盛んな水分蒸発層は内部に比べて約2倍の比表面積であった。このことから、水分蒸発層の水分ポテンシャルが表層に比べて高くなるので、その結果として液状移動水の逆流が生じるものと推察された。

当豆腐渣、啤酒糟等食品加工残渣或牲畜粪便从污泥表面干燥时，污泥内部的干燥与表面的干燥相比显着延迟。实验证明，其原因是内部蒸发的水在表层凝结液化，水回流到污泥中。这被认为是由于干燥引起的污泥表层的结构变化，本研究的重点是对这些结构变化进行成像。由于 X 射线 CT 图像无法获得高分辨率图像，因此我们尝试使用电子显微镜进行成像。这次使用的电子显微镜是低真空扫描显微镜（JSM-53000LV），它适合观察高水分污泥的结构，因为它可以在不冷冻样品的情况下对样品进行成像。以豆腐渣为实验材料，使用通风干燥机将样品干燥一定时间，然后切割样品，观察污泥从表层到内层的结构变化。结果表明，污泥干燥时会收缩，形成直径约100至200毫米的孔隙，并且这些孔隙以弯曲方式连接。此外，虽然污泥的固体部分是细胞质，但随着干燥的进行，孔周围的细胞干燥并突出成鳍状。认为从污泥内部蒸发的水蒸气附着在这些翅片状的细胞上而凝结。此外，我们尝试使用氮气作为吸附剂，使用BET法测量干燥过程中比表面积的变化。结果，由于收缩，污泥表面干燥部分的比表面积约为内部的一半，而水分蒸发活跃的水分蒸发层的比表面积约为是里面的两倍。由此推断，水蒸发层的水势高于表面层的水势，结果，发生液态移动水的回流。