【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)

【研究分野】反応・分離工学

【研究領域課題番号】07650920 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

環境感応型高分子ゲル / 自律応答機能 / 物質移動 / 膨潤・収縮速度 / 温度スイング / 吸着 / 酵素活性 / 感温性高分子ゲル / 自律応答材料 / 膨潤、収縮速度

【研究成果の概要】

1.感温性ゲルの物理化学的構造と動特性:
主鎖濃度、架橋剤濃度の異なる種々のN-イソプロピルアクリルアミドゲル(感性ゲル)を合成し、種々の温度場におけるゲルの膨潤収縮体積を測定した。種々の温度操作におけるゲルネットワークの拡散速度を理論モデルによって定量化した。ゲルの物理的構造は主鎖濃度、架橋度に強く依存することが分かった。収縮過程において、主鎖濃度および架橋度の低いゲルは濃度刺激に対して急激に表面にスキン相を形成する結果、応答速度は極めて小さくなることが分かった。すなわち、収縮過程におけるゲルの応答性は、温度操作(伝熱過程)に依存する。膨潤過程におるゲルの応答性は、温度操作にたいする依存性は小さく、ゲルネットワーク固有の拡散速度に支配されていることが分かった。ゲルの化学的構造特性として、親疎水的バランス変化をモデル有機分子の吸着量から定量化した。ゲル近傍ならびにゲル内においてゲルが疎水化する高温域において疎水的な分子はゲルに引き寄せられ吸着されることを明らかにした。この吸着過程はゲル粒子の境膜物質移動過程が律速することが分かった。
2.ゲルの動的挙動と固定化酵素の活性:
ゲル内に固定化されたインベルターゼの活性に及ぼす温度刺激の効果を検討した。温度操作によりゲルの網目孔径を制御し、基質のゲル内流入を調整することによって、酵素活性を制御できることが分かった。激応答型高分子ゲルに固定化した酵素活性に及ぼすゲルの動的挙動の効果を検討した。この結果、ゲルの動的挙動を制御する(温度スイングによりゲルを脈動させる)ことによって、酵素活性の制御・向上を図ることが可能であると分かった。酵素活性に及ぼすゲルの操作条件として、次の操作が有効であると分かった。(1)ゲルの膨潤収縮の幅。(2)ゲルの収縮状態の時間。(3)ゲルの膨潤・収縮速度。従って、膨潤収縮挙動が三角波を描くような脈動を起こすことが酵素活性向上の最適条件となることが示唆された。これらの結果から、スキン相を形成せず、応答速度ならびに膨潤収縮の変位の大きなゲルの分子設計、応答速度を速くする操作条件に関する知見を得た。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】1995 - 1996

【配分額】1,800千円 (直接経費: 1,800千円)