Transport of Colloidal Particles in Unsaturated Soils

非饱和土壤中胶体颗粒的输运

• 批准号: 21H01424
• 负责人: 濱本 昌一郎
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Hokkaido University (2023)The University of Tokyo (2021-2022)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01424/
• 关键词: コロイド; 気液界面; 原子間力顕微鏡; マイクロ流路; 多孔質体; X線CT; マクロ流路; AFM

本研究では，気液界面存在下における多孔質体中のコロイド粒子挙動の実態把握に基づき、不飽和土壌内でのコロイド粒子の土壌内移動特性を解明することを目的とする。本年度はまず、X線CTを用いた不飽和土壌の間隙構造のキャラクタリゼーションと、間隙構造パラメータと各種物質輸送係数の関係について調べた。粒径の異なる砂試料を用いて、異なる水分状態（完全飽和、封入不飽和、連続不飽和（脱水・吸水過程））にある砂充填カラムを作成し、物質輸送係数として飽和・不飽和透水係数、ガス拡散係数、通気係数を測定した。また各水分条件において、X線CT装置を用いて液相・気相の間隙径分布に加え、各相の屈曲度・連結性を定量的に評価した。結果、封入空気の気泡径と分布が封入不飽和状態下での透水係数の低下度に大きく影響を与えること、同一水分条件下で吸水過程は脱水過程に比べ粗大間隙ネットワークの連結性が高く、結果としてガス拡散係数および通気係数が高くなること、など気液界面存在下における間隙構造と物質輸送特性に関する貴重な基礎的知見が得られた。さらに本年度は、間隙水の化学的特性が多孔質体中のコロイド挙動に与える影響を調べるため、Na+やCa2+などのイオン種やイオン濃度を変えた条件で砂充填カラムへのラテックス粒子注入実験を行った。二価陽イオン存在下ではコロイド粒子沈着が促進することや、NaとCaとのイオン交換反応時における沈着コロイド粒子の脱離挙動が、DLVO理論に基づくコロイド粒子と充填粒子表面との相互作用力によって説明できることを示した。また次年度に向けて、マイクロ間隙流路を用いたコロイド粒子挙動直接観察の装置セットアップや、AFMを用いたコロイド粒子と充填粒子表面との相互作用力測定に関する実験を開始した。

In this study, in the presence of the liquid-liquid interface, the movement characteristics of the particles in the porous body were studied, and the movement characteristics of the particles in the porous body were studied. This year, the information system, X-ray CT system uses the system and the local environment to make the information system and the gap to transfer the number of items to be sent. The grain size of the sand material is determined by the water state (complete and, sealing, linking and (dehydration and water absorption process)). The material is filled with sand, and the material is not permeable and permeable, the number of particles and the number of permeable materials, the number of particles and the number of permeable materials, the number of particles and the number of permeable materials, the number of particles and permeable water, the number of particles and the number of water permeability. For each moisture condition, the X-ray CT device is used to measure the liquid phase phase gap diameter distribution and the buckling connectivity of each phase. Results: under the same moisture condition, the water absorption process, dehydration process, water absorption process and dehydration process under the same moisture condition. In the presence of the liquid interface, there is a gap between the transfer characteristics of the material and the knowledge of the heavy base. The characteristics of this year's and gap water chemistry are as follows: in the porous body, the effects of temperature, temperature, In the presence of microspheres, the precipitation of particles promotes the deposition of particles, while the interaction between particles and sodium chloride is reversed. The particles are separated from each other, and the basic theory of DLVO theory is that the particles are filled with the surface forces of particles. In the next year, the gap flow path is measured by the direct inspection device, the AFM is used to fill the particle surface, and the interaction force is measured.

项目成果

陽イオン交換反応が飽和多孔質媒体中のコロイド輸送に与える影響

饱和多孔介质中阳离子交换反应对胶体输运的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 東陸太郎;濱本昌一郎;西村拓
• 通讯作者: 西村拓

土壌空気が間隙ネットワーク特性および物質移動に及ぼす影響

土壤空气对孔隙网络特性和传质的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 濱本昌一郎;大古湧之;大竹豊;西村拓
• 通讯作者: 西村拓

Effect of cation exchange on colloid transport in saturated porous media

饱和多孔介质中阳离子交换对胶体输运的影响

• DOI: 10.34467/jssoilphysics.150.0_105
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of the Japanese Society of Soil Physics
• 作者: 東 陸太郎;濱本 昌一郎;西村 拓
• 通讯作者: 西村 拓