【研究分野】農業土木学・農村計画学

【研究領域課題番号】22248025 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

コロイド粒子 / 凝集 / 水質 / モデルコロイド / 界面動電現象 / 高分子電解質 / 吸着 / ダイナミクス / コロイド / 粘土 / フロック / 一粒子計測 / 沈降 / 電気浸透 / 流動特性 / 土壌

【研究成果の概要】

コロイド界面現象は営農における土壌管理、河川や湖沼などの水環境における化学物質の動態、水質の予測、水処理過程において重要な役割を担う物理化学的現象である。本研究では、静水中あるいは流れ場、多孔質体中にあるコロイド粒子を想定し、化学物質の吸着によって生じるコロイド粒子の表面改質、その結果誘発されるコロイド粒子の凝集、さらには凝集したフロックの沈降分離や流動などの一連の素過程とその関連性を主として球状のモデルコロイド粒子を使って工学的視点から体系的に明らかにした。特に凝集剤として用いられる高分子電解質が添加された際の流れ場中のコロイド粒子の挙動を高精度で調べ、そのダイナミクスに多くの知見を得た。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2010-04-01 - 2015-03-31

【配分額】46,540千円 (直接経費: 35,800千円、間接経費: 10,740千円)

【研究分野】原子力学

【研究領域課題番号】19686059 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

放射性廃棄物処分 / 環境分析 / 化学種分布 / コロイド / 腐植物質 / サイズ分布 / 鉱物 / 吸着 / サイズ分析 / フィールドフローフラクショネーション / 天然有機物質 / 放射性核種 / 電位 / 高分子電解質 / 結合 / 鉄 / 静電ポテンシャル

【研究成果の概要】

現行の知見が地下環境中の核種の化学種分布をどの程度反映しているのかを評価し,そして,反映していない場合,より複雑な系での核種の化学種分布を表すことのできるモデルを構築するためには,核種の多様な化学種分布を反映した手法の確立が求められている.本研究では,異なる環境構成成分が共存する実地下環境を対象として,放射性廃棄物処分における放射性各種(あるいはその模擬元素)の環境動態を,化学種分布を直接反映した動的化学種分布評価手法及び得られた結果に基づく化学種分布モデルを通して解明した.

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】23,660千円 (直接経費: 18,200千円、間接経費: 5,460千円)

【研究分野】農業土木学・農村計画学

【研究領域課題番号】16208023 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

コロイド / フロック / 構造 / 凝集 / 分散 / 高分子電解質 / コロイド担体輸送 / 流動電位 / 沈降 / シアー / 土 / イモゴライト / アロフェン / 吸着 / 腐植

【研究成果の概要】

農業環境における人間活動の化学的なインパクトが自然条件によって変化することを念頭に、化学物質の輸送物性に大きく関わる、溶解、析出、核形成、吸着、ミセル化などの物理化学的因子と、拡散、沈降分離、レオロジー、巻き上げ挙動などの水理現象との間の関係を、コロイド現象の素過程である凝集分散現象に則して整理し、解析した。
また、この作業の一環として2008年6月に京都大学で開催される国際会議「Interface Against Pollution 2008」の準備運営に積極的に関与し、過去4年間にわたり行ってきた本研究の成果を同会議のプレセミナーにおいて討議した。その結果、汚染物質の吸着拡散現象、汚染物質の輸送と微生物活動の関係に関わるコロイド界面現象、汚染物質の移動と蓄積における腐植物質のコロイド界面的役割などについて、今後の課題が明らかになった。
尚、本年度に公表した個別的成果を要約すると以下のとおりである。
1. 粘土-水系の凝集分散とレオロジーの関係を詳細に解析する目的から開発した粘度計を用いモンモリロナイト水分散系で行なった実験結果について、分散状態の解析を進め、ゼロストレスリミット近傍における本手法の有効性を立証すると同時に、電気二重層の役割について明らかにした。
2. 流動電位とコロイド安定性の2つの情報を用いて地層中におけるコロイドの輸送をDLVO理論に基づいて解析する手法の有効性を、腐植物質とカオリナイト粒子懸濁液のカラム通水により示した。
3. コロイド表面における高分子電解質の挙動とその機能をコロイドの凝集作用に基づいて解析した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2004 - 2007

【配分額】36,010千円 (直接経費: 27,700千円、間接経費: 8,310千円)

【研究分野】農業土木学・農村計画学

【研究領域課題番号】11896007 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

土壌 / コロイド / キャリア / 物質移動 / モデル化 / 吸着 / 重金属 / 水理

【研究成果の概要】

本研究の全体像は、(1)土壌コロイドの表面化学的な性質の解明とそのモデル化、(2)汚染物質のキャリアとしてのコロイドの水理学的モデル化、(3)水文学的スケールからみたモデル化に要求される視点、の3つのスキームに区分される。以下、それぞれのスキームごとに調査検討した内容を本研究のカテゴリーである企画調査の観点より要約する。
(1)の論点は以下の2つである。第一の論点は、移動現象を記述するうえから化学物質の土壌表面に対する吸着、収着、核形成、表面沈殿等の集積現象のモデル化に必要性を明確にした点にある。第二の論点は、力学特性や物質移動特性の解析に表面化学的立場から足がかりを与えるための視点を特に表面水の物理化学的性質の観点から明確にすることの必要性を明らかにした点にある。これらの両者に関連する研究は、今後飛躍的に発展する潜在性を有していると分析された。
(2)のカテゴリーでは熱力学と水理学の両者を駆使したキャリア自体の運動の解析が必要であるが、運動法則の第一原理に基づくモデルの構築には限界があり、第1スキームで得られる情報を前面に出せるような大胆なモデル化が有効と考えられる。ここでは特にその試みとして、固体の体積分率から解析の長さスケールを導いて解析する方法、粒子間接点数に着目する方法、さらにはStern層の横方向の移動度を解析する方法などを提案し、その実用性を討議した。
(3)では環境に対する負荷という点より、土壌浸食に伴って移動する栄養塩や農薬の問題と、放射性物質等の有害な重金属が地層中をコロイドにくっついて移動する問題とが、キャリアとしてのコロイド粒子の問題に水文学的スケールで関わっていることを明確にし、これらの問題を扱う体系を明らかにした。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】1999

【配分額】3,100千円 (直接経費: 3,100千円)