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．

这项研究的重点是共存有机胶体的作用，旨在阐明土壤中胶体和纳米泡的迁移现象。在今年的工作的最后一年，我们从去年开始，在上半年，在洛桑大学的助理教授De Anna的领导下，我们研究了使用微通道直接观察多孔物体胶体运动的直接观察。此外，实验和模型分析对沉积在多孔体中的胶体颗粒对细气泡运动的影响，纳米泡的胶体颗粒的影响，直到去年获得，已在国际杂志中进行了编译并发布，目前正在同行评审。本年度的研究结果如下：在与洛桑大学助理教授De Anna的联合研究中，我们进行了一项运输实验，在不饱和条件下注入荧光胶体颗粒，通过将气泡注入带有多孔结构的微流体通道中。通过图像分析，测量了多孔流通通道入口和出口处流动胶体颗粒的数量浓度，并测量了代表多少流动胶体流出的突破性曲线。在存在非均匀的粒径和气泡的情况下，胶体达到出口的速度会导致变化，从而导致结果与以前的结果相一致，即突破曲线变得更加顺畅。关于沉积胶体对纳米泡迁移的影响的研究，我们表明，在植入胶体或纳米泡时引入沉积速率项以及在植入纯净水时的解吸速率项，可以通过反应分散模型更好地解释所得的突破曲线。此外，在固体胶体和纳米泡的共存中，我们首先在运输实验中使用了谐振质谱仪，这些质谱仪可以将它们与浮力和测量浓度的差异区分开，并成功证明了其在共同传输实验中的实用性。