How Heterogeneity Matters in Water-Soil Environmental Research

金沢大学大学院自然科学研究科Scedule:17-18 March 2003, Vemue: Kanazawa, Japan, Kanazawa Citymonde Hotel, Project Leader : Hayakawa, Kazuichi, Symposium Secretariat: XO kamata, Naoto, Edited by:Kamata, Naoto

直交流気, 液接触装置における各個境膜係数の算出法

金沢大学工学部研究課題/領域番号:X00210----175506, 研究期間(年度):1976出典：「直交流気, 液接触装置における各個境膜係数の算出法」研究成果報告書　課題番号X00210----175506（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-X00210----175506/）を加工して作

木質系廃棄物からの環境調和型高付加価値材料の創製と用途開発

木材関連業や建設業などから排出される木屑,おが屑,ノコ屑等の木質系未利用バイオマスをポリオール等の有機溶媒を用いて液化し,これを原料として環境負荷低減型高機能性材料の合成とその物性の改善による新機能性材料の開発を目指した。未利用バイオマスの利用では,原料と品質の確保,コストの低減,集荷や輸送が大きな課題となるが,建設廃材等は既存の生産・加工システムを活用して大量に入手することが可能であり品質的にもある程度揃ったバイオマスを確保することが可能である。従来断熱材として用いられているグラスウール,発泡スチロール,ポリウレタン等は産業廃棄物となっており環境負荷が大きいため,この点に着目し,合成された環境負荷低減型発泡体を断熱材として応用することを試みた。本機能性材料は木質系廃棄物を原料としているため,有害ガスをあまり出さずに燃えたり,生分解性や50〜100年間の炭素固定ができるという木材の特性を有する。本研究では,種々の合成条件において発泡体を合成しその物性評価を行った。そして,液化木材粘度,水酸基価,反応温度等の要因と得られた発泡体の熱伝導率,強度,密度等の物性との相関性を検討し,築用断熱材として利用するための発泡体合成の最適条件を調査した。平成15,16年度の研究にて,PLL303溶媒を使用した場合には液化木材粘度が高く,反応温度は423K,PCL205Uを使用した場合には液化木材粘度が低く235Kで合成できることが判った。平成17年度の研究では,溶媒としてPLL303とPCL205Uの混合溶媒を用いると,反応温度313〜343Kで液化木材の粘度に及ぼす温度の影響がほとんど認められず,均一製品を作りやすいことが判った。また,従来の断熱材と同等の断熱性能を持つ発砲体を343K以下の低温で合成できることが明らかとなった。Woody biomass is the renewable organic resources, and it has the feature of absorbing and fixing carbon dioxide. It is also paid attention as the energy resource of environmental harmony type due to its abundance. A much amount of wood waste is,however, being scraped without being used. Therefore, it is necessary to use the wood waste effectively from a viewpoint of global environmental conservation and zero emission. General heat insulators such as the glass wool, the polystyrene foam and polyurethane foam are being scraped as industrial waste. And environmental disruption of waste materials have been developing rapidly.In this study, wood waste was liquefied by Polyol in the presence of sulfuric acid as a catalyst, and the foam was synthesized by using liquefied wood. In addition, some properties of liquefied wood and physical properties of the foam synthesized in various conditions were evaluated, and compared to that in heat insulator for construction.The viscosity and the hydroxyl value of liquefied wood were controlled by mixing PLACCEL303 and PLACCEL205U used as solvent. The correlation between the thermal conductivity and the density or state of the bubble of foam were investigated. The high foam magnification and low density were subjected to synthesize high thermal insulating properties. We have understood that the thermal conductivity probably increases by the influence of the radiation of heat transmission, even if the density is low. It was found that the uniform and minuteness diameter of the bubble were required to improve the thermal insulating properties.研究課題/領域番号:15310049, 研究期間(年度):2003-2005出典：「木質系廃棄物からの環境調和型高付加価値材料の創製と用途開発」研究成果報告書　課題番号15310049 (KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）)　　　本文データは著者版報告書より作

反応を伴う直交流ガス吸収塔の解析

金沢大学工学部研究課題/領域番号:X00210----875496, 研究期間(年度)1973出典：研究課題「反応を伴う直交流ガス吸収塔の解析 」課題番号 X00210----875496（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-X00210----875496/）を加工して作

バイオマス資化性酵素を用いた機能性オリゴ糖生産プロセス

バイオマス資源は地球上に最も多く存在する有機資源であり、再生可能で、クリーンなエネルギー資源として着目されている。その一つとして木材を原料とした生分解性発泡体の成型物の創製があげられる。この成型物は木材を原料としており、従来の石油化学物質を用いた発泡体に対し、生分解性を有する環境負荷の少ない製品が期待できる。また、バイオマス資源の利用方法として、木材中に約50%含まれているセルロースからの糖類への変換が考えられる。親水性を有する炭水化物はグリコシド結合の部分加水分解により水系媒体に溶解するので高圧熱水反応を用いることにより化学物質に依存せずにセルロースの分解が可能となる。以上の研究計画に基づき、本研究ではバイオマス資源の有効利用を目的として、未利用バイオマスからの生分解性発泡体の成型とセルロースを熱水反応により、糖類へ変換する方法にっいて実験的に検討を行い、各検討項目において以下の知見を得た。発泡体成型については、(1)本研究で用いた液化方法によりポリオールに木材を溶解し、ウレタン発泡の原理により発泡成型物を得ることができる。(2)液化に際しポリオール中に溶かすおがくずの量が多いほど圧縮応力が高い発泡成型物ができる。(3)発泡させる際の温度が高いほど圧縮応力が高い発泡成型物になる事が明らかとなった。セルロースの分解については、(1)セルロースの加水分解は170℃以上で起こる。(2)セルロース加水分解生成物である糖類は温度、時間によりグルコースの熱分解生成物であるアルデヒド等の低分子量物質に分解される。(3)セルロースの加水分解生成物であるグルコースを得るための最適な条件は240℃反応保持時間0minである。それ以上の温度や保持時間にするとグルコースの熱分解がおこりグルコースの収率が下がる。(4)触媒の添加はセルロースの加水分解だけでなくグルコースの熱分解も促進する事が明らかとなった。Biomass is expected that it is the most abundant and clean sources in the earth, and also will be supported our life in the future. We proposed two kinds of methods to produce the new material and the energy source from the waste biomass as follows ; (1) Biomass expanded formation, and (2) functional oligosaccharide production. Biomass expanded formation is easily produced from scob or various plant celluloses. Its compressed stress of then is dependant on the reaction temperature, and this valve is increased with rising of reaction temperature.The main content of almost biomass is cellulose (50 %), and this component will be useful for medicine intermediate production or clean energy "bio ethanol" production. Supercritical and subcritical water are functioned as a, good catalysis for degradation of cellulose and production various oligosaccharide without any chemical reagents. The reaction condition was identified as follows ; the degradation of cellulose was started at 170 ℃ (the optimal temperature is 240 ℃), and the more over temperature induced cracking of saccharide ring and produced aldehyde molecules.研究課題/領域番号:12650765, 研究期間(年度):2000-2001出典：「バイオマス資化性酵素を用いた機能性オリゴ糖生産プロセス」研究成果報告書　課題番号12650765 (KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）)　　　本文データは著者版報告書より作

繊維染色プロセスゼロエミッション化へのデータベースとプロセスシミュレータの開発

金沢大学理工研究域本研究では、水と薬剤を大量に使用する繊維染色プロセスのマスバランス、排水処理のコスト、薬剤の性状についてデータベースを構築するとともに、プロセスシュミレーターを用いて個々の改善策の全体での物質の流れに対する影響を推算することを目的とする。本年度は、昨年度のアンケート調査に加え、事業場の訪問調査を行い、水使用量、薬剤使用量、工程からの排水の水質について詳細に検討した。この結果、ポリエステル浸染の代表的工程において、マスバランスが明らかとなり、膜分離など現在確立されている技術によって何をどこまでリサイクルが可能かが計算できるよう様になった。その結果、糊抜工程からは合成糊剤(PVAなど)が回収可能であること、合成糊剤はほとんど繊維業界のみで用いられており、回収した糊剤の引き受け先としては織布製造業ぐらいしかないこと、減量工程からはポリエチレンテレフタラートが回収され、これはポリエステル製造工程等にリサイクルできること、また同工程からアルカリを回収することができ、これを同一工程で再利用できること、などが明らかになった。将来のさらなるゼロエミッション化のためには、生物分解性が低いが現在のところ代替が難しいノニオン系界面活性剤の回収技術あるいは生物分解性の高いものへの代替、水、溶剤使用量を極力低減するインクジェットプリント法の開発等が技術開発課題であることが明らかとなった。また、染色業は中小規模の事業場が多いため、高価なリサイクル装置などの導入が難しい場合がある。染色業のゼロエミッション化のためには、この様な業界の事業を考慮しながら、リサイクル技術の普及、新ゼロエミッション技術の開発を進める必要がある。研究課題/領域番号:10141101, 研究期間(年度):1998出典：「繊維染色プロセスゼロエミッション化へのデータベースとプロセスシミュレータの開発」研究成果報告書　課題番号10141101,（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所））（https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-10141101/)を加工して作

ゼロエミッション要素技術・システム技術のデータベースの検討

金沢大学工学部ゼロエミッションを達成するためには、様々な技術を組み合わせトータルでのエミッションを最小にするシステムの構築に向けて努力していく必要があると考えられる。A01班で得られた知見は、多岐にわたっており,これらを統一したデーダベースで表すのは困難であるため、以下のような方針でまとめることを提案した。産業分野の物質フロー:グループによるフロー図をそのまま集積するほうが分かりやすいと考えられる。まとめとしては、indexのみを作成し、あとはそれぞれの図にリンクする形での整理で良いと考えられる。個別プロセスのマスバランス:これは、リレーショナルデータベースあるいはエクセル型の表に整理する必要があると考えられる。データの質については大きなばらつきがあると考えられるが、ともかくも、各製造プロセスにおいて、ある製品の生産量あたりでの物質のinputとoutputを整理することが望ましい。例として、ポリエステル繊維の染色プロセスに関するプロセスの物質フロー(input and output)をFig.2に示す。各研究グループのこのようなデータを、表の形に整理することが望ましい。要素技術:このゼロエミッション研究では、プロセスに関するデータのみならず、それを改善する要素技術についても多くの成果が得られている。そこで、これらの要素技術を独立したデータベースに整理することを提案した。システム技術:A01班の成果として、個々のプロセスを離れ、社会全体での物質フローを制御するという観点からの技術についての検討がなされている。ここでは、便宜的にこれをシステム技術と呼ぶことにする。これについては、要素技術とは区別して考えるべきであろうが、データベースとしては、要素技術と同じデータベース上に、別の項目を付け加えることで対応することにした。研究課題/領域番号:12015216, 研究期間(年度):2000出典：研究課題「ゼロエミッション要素技術・システム技術のデータベースの検討」課題番号12015216（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-12015216/）を加工して作

遺伝子配列を材料素子とする河川水中有害物質の簡易測定系構築

金沢大学理工研究域地球社会基盤学系遺伝子配列は4つの塩基から構成されているだけであるが、その配列は多様な情報を伝達する事が出来、様々なタンパク質を創り出すことが出来る。しかし近年、この遺伝子配列(DNA配列)そのものの多様性を利用し、遺伝子配列を機能性材料として用いる事が試み始めている。本申請研究はこの"DNA多様性"をセンサー材料として利用し、石油化学物質・環境ホルモンによる水質汚染の評価を総合的に行うことを目的とする。準備として、現在までにベンゼン資化性微生物由来のベンゼン認識遺伝子配列を蛍光発光タンパク質と組み合わせた微生物を構築し、その発色強度より水中のベンゼン系化合物(キシレンやクロロトルエン)の濃度測定を可能にしている。これを足掛かりに、(最終的には微生物を用いずに)ベンゼン系の類似構造を持つ化学物質の分析を可能にする測定系の開発を行う。また"DNA自身"を機能材料として用いた研究は現在までは殆ど行われていない。何故なら、現在までは個々の遺伝子(DNA)配列から翻訳されたタンパク質の機能を解明するものが中心であったからである。"DNA多様性"に関する研究は遺伝子増幅技術polymerase chain reaction (PCR)法の発展に伴い次第に注目を浴びるように変化してきた。現在まで、抗体などのタンパク質をセンサーとして用いたケースは多く知られている、しかしその生産には微生物を用いた煩雑操作が必要であり、結果的に高価格であった。しかしDNAは試験管内にてPCR法にて容易に増幅させることが可能であり、工業的な側面を考えた場合に、DNA素子のセンサー化が可能であれば、そちらの方がセンサーとして経済的であると考えられる。このような背景より(1)大腸菌内でのDNA多様性を用いたベンゼン系化合物検出システム、(2)DNA自身をセンサー素子として利用し、フェノール系化合物を認識するDNAセンサーの開発を推進した。(1)に関しては環境庁指定の排出規制基準程度のベンゼン系化合物の検出が可能になり、更に多サンプルの同時測定が可能な培養系の構築を完了した。今後はこのシステムを用いて河川水の環境汚染評価を行っていく予定である。(2)に関しては、昨年決定した探索条件にてフェノール認識DNAアプタマーの探索を終了することが出来た。そして、水晶振動子を用いた分子間相互作用評価より、高い結合を示すDNAアプタマーを同定することが出来た。今後、この遺伝子配列の分子解析を行っていく予定である。研究課題/領域番号:14655286, 研究期間(年度):2002 – 2003出典：「遺伝子配列を材料素子とする河川水中有害物質の簡易測定系構築」研究成果報告書　課題番号14655286（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所））（https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-14655286/)を加工して作

地域生態系保全のための休耕田の人工湿地としての利用

金沢大学工学部金沢市における休耕田転換実験湿地でのデータを1994年度より蓄積し、物質動態解析を行った。具体的には人工湿地における植物種及びバイオマスの経時変化(月単位)、土壌中の炭素、窒素量の変化、水流に伴う物質移動量を調べ、マスバランスの解析をし、植物、土壌の役割、及びそれらに影響を及ぼす因子を調査した。難分解性の硝酸態窒素に関しては94年度からほぼ一定値78%(年平均)を示しており、窒素のバイオマス量は植物の成長とともに内部に因着され、夏季に著しくなり、湿地帯における植物の成長は重要な因子となる。また窒素の土壌への蓄積が確認できるが、さらに微生物による脱窒を促進するため、人工湿地の地下部(土壌部)の改良が必要であろう。即ち本実験場の浸透水量は他の湿地に比べて多いが、さらに浸透流れ方式の採用について検討することも必要であろう。硫酸態硫黄については除去率が94年度17%であったものが96年度約35%と上昇しているが硫酸態硫黄の除去が湿地で確認されたとは言い難い。この点に関してはさらに検討を要する。一方、リンの除去量に関しては全く成果が得られず、本実験場に自生するセリ、ガマ、ミゾソバ等の植物にはリンを吸収能力がほとんどないといえる。既往の報告にはヨシフィルターによりリンが93%除去されたとの報告があり、リンを吸収する水生植物に関してさらに検討を要する。以上の結果より今後は好気性菌、嫌気性菌の両者を同時に作用させる人工湿地の改善、ならびにリンの除去能の高い水生植物の育苗ならびに移植について総合的に検討する必要がある。研究課題/領域番号:08255105, 研究期間(年度):1996出典：研究課題「地域生態系保全のための休耕田の人工湿地としての利用」課題番号08255105（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-08255105/）を加工して作