土・水環境技術の高度化に向けたコロイドおよびナノバブルの移動現象の解明

阐明胶体和纳米气泡的运动现象，促进土壤和水环境技术的进步

基本信息

批准号：
18J00823
负责人：
杉本卓也
金额：
$ 2.58万
依托单位：
University of Tsukuba (2020)The University of Tokyo (2018-2019)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，共存する有機コロイドの影響に焦点を絞り，土壌中におけるコロイドおよびナノバブルの移動現象を明らかにすることを目的とした．採用最終年度である当該年度は，昨年度から引き続き，前半はローザンヌ大学の de Anna 助教の下でマイクロ流路を用いた多孔質体中のコロイド移動の直接観察に関する研究に取り組んだ．また，昨年度までに得られた，多孔質体中に沈着したコロイド粒子が微細な気泡であるナノバブルの移動に与える影響に関する実験およびモデル解析の結果についてとりまとめ，国際誌に投稿し，現在査読中である．当該年度の研究成果は，以下の通りである．ローザンヌ大学 de Anna 助教との共同研究では，多孔質構造を有するマイクロ流路内に気泡を注入し作成した不飽和条件下において，蛍光コロイド粒子を注入する輸送実験を実施した．多孔質流路の流入口および流出口において，流動しているコロイド粒子の数濃度を画像解析により時間の関数として測定し，流入したコロイドのうちどれだけが流出してきたかを表す破過曲線を測定した．不均一な粒径，気泡の存在下では，流出口に到達するコロイドが経験する速度にばらつきが生じ，破過曲線がより滑らかになるという既往結果と整合する結果が得られた．沈着したコロイドがナノバブル移動に与える影響に関する研究については，コロイドあるいはナノバブル注入時は沈着速度項，純水注入時は脱離速度項を導入することで，得られた破過曲線が移流分散モデルにより良く説明できることを示した．また，この研究を通して，固体コロイドとナノバブルの共存下において，浮力の違いからそれらを区別して計数し濃度を測定可能な共振式質量分析計を初めて輸送実験に用い，共輸送実験へのその有用性を示すことに成功した．

在本研究中，我们重点关注共存有机胶体的影响，旨在阐明土壤中胶体和纳米气泡的运动现象。继去年之后，今年上半年，也就是我工作的最后一年，我在洛桑大学德安娜助理教授的指导下，从事利用微通道直接观察多孔材料中胶体运动的研究。此外，我们还汇总了去年为止获得的关于沉积在多孔材料中的胶体颗粒对作为微小气泡的纳米气泡的运动的影响的实验和模型分析的结果，并将其提交给国际期刊《目前正在接受同行评审。本年度研究成果如下。在与洛桑大学助理教授德安娜的联合研究中，我们进行了一项传输实验，在通过将气泡注入具有多孔结构的微通道而产生的不饱和条件下注入荧光胶体颗粒。在多孔通道的入口和出口处，使用图像分析测量作为时间函数的流动胶体颗粒的数量浓度，并测量穿透曲线，该曲线表明已经流出的胶体有多少已经流出。做过。与之前的结果一致，结果表明，在存在不均匀粒径和气泡的情况下，胶体到达出口所经历的速度发生变化，突破曲线变得更加平滑。关于沉积胶体对纳米气泡运动的影响的研究，通过引入注入胶体或纳米气泡时的沉积速率项和注入纯水时的解吸速率项，可以使用平流-弥散模型计算得到的穿透曲线。表明我可以很好地解释它。此外，通过这项研究，我们首次在输运实验中使用了共振质谱仪，它可以根据浮力差异区分固体胶体和纳米气泡，并测量它们共存时的浓度，并展示了其在共存中的有用性。我们成功地证明了这一点。