農業工学とコロイド化学の融合を基軸とする土壌・水環境保全技術の展開

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土壌劣化，災害，マイクロプラスチック，汚染物質のコロイド促進輸送，ナノ材料のリスク評価といった，コロイドおよびナノ粒子の特性を介する諸問題が認識されている．持続可能な食料生産基盤と農村環境を保全する観点から，コロイドの輸送挙動をより詳細に予測し制御する技術とその基盤となる科学の深化が必要となる．その実現に向けては，様々な溶液および流体条件において，ナノスケールのコロイド界面化学的特性と凝集分散特性を理解しマクロな農業工学的な対策技術と融合させることがポイントになる．これを踏まえてこれまでに実施し，本年度に論文として公表した成果の概略を以下に記す．火山灰土中の代表的な粘土コロイドであるアロフェン粒子の臨界凝集イオン強度と有効電荷密度の関係が，特異的に吸着する陰イオンの存在下においても， DLVO理論で説明されることを示した．この結果は，多孔質な粒子のゼータ電位さらには有効電荷の実体を明らかにすることの重要性を裏付けている．高分子による粒子間相互作用のチューニングが，土壌のレオロジー特性の1つである剪断降伏値を通して，土壌の受食性に影響する実験結果を得た．この結果は粒子間相互作用とレオロジー特性の関係および高分子の機能を明らかにすることの意義を支持している．関連して，光ピンセットとマイクロ流体の技術を組み合わせた手法を提案し，流動場における粒子表面への高分子の吸着層厚さの時間発展をin situで得た．この手法を活用することで，様々な高分子の吸着動力学の研究が可能になる．さらに，高分子とナノ粒子の混合液が示す，剪断による粘度急増の発現に関して，高分子サイズと粒子間距離が支配因子となることを示唆するデータを得た．