懸濁液・粒子層の電導度の決定法

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要約

イオンが表面伝導する状態を懸濁液の電導度計測から求める理論を提示した。また、低水分粒子層の電導度計測から、表面伝導に果たす水膜と粒子接点連結水 (リング水)の役割を明らかにした。

• 担当:農業工学研究所・地域資源部・資源循環研究室
• 代表連絡先:0298-38-7633
• 区分:研究
• 分類:参考

背景・ねらい

処理水利用を進める場合、多量のイオンが土中に注入されるため、これらのイオンの動態監視が必要となる。その簡易な方法として電導度計測があるが、測定結果の意味はあいまいである。本研究では、水分によるイオン解離・吸着から生ずる極めて高い表面伝導の現象に着目し、これを電導度から明らかにする方法を懸濁状態・飽和状態・低含水状態について統一的に示す

成果の内容・特徴

懸濁液の有効電導度σ＊は溶液電導度σとの比で表され、Self Consistentなセルモデルに基づくと、懸濁粒子の体積分率(φ)・表面電導度(ks)・球の半径(a)から次式で決まることが明らかとなった。すなわち、表面電導度が懸濁液の電導度測定から決定できる。
σ＊/σ＝(1－2λφ)/(1＋λφ), λ≡(1/2－β)/(1＋β)、β≡ks/aσ

ガラスビーズ等の充填層では,飽和状態の有効電導度が間隙率に比例する。すなわち、σ＊/σ=(間隙率)/(屈曲度)(2)と近似される。ここで屈曲度は、充填層により異なる値をとり、その測定結果を表1に示す。電導度法での結果は、以前提出した理論値やガス拡散法の結果(技術会議研究成果257,1991)に比べてやや低い値となり、表面伝導効果の可能性が指摘された。

含水率の極めて少ない領域における帯電表面の水膜と粒子接点連結水(リング水)の連結実態が高感度の電導度計測から明らかにされた。図1、図2に示す実験結果は、水分量が増えても電導度が増加しない領域の存在を示す。これは、電導度に寄与しない水の存在を示し、リング水の成長領域に対応する。この領域の一定の電気伝導は表面水膜に帰因すると考えられるが(水膜律速)、含水率2%以下では水膜も接点も不完全な濡れとなり水の連結性は悪く電導度は低下する(接点律速)。又、浸潤速度測定から求めた前進毛管圧(図3)も含水率2%以下で濡れが不完全であることを示し、両者の一致はほぼ満たされた。尚、含水率5%を越えると隣接リング水の間の連結が生じ、電導度が急速に増大する。

具体的データ

その他

• 研究課題課題名:不均一土壌中における荷電粒子の移動特性の解明
• 中期計画大課題名:有機物循環利用のための処理技術及び自然エネルギー利用技術の開発
• 予算区分:交付金研究
• 研究期間:1999～2001年度
• 研究担当者:大井節夫
• 発表論文等:1)大井節男、足立泰久、原口暢朗、L.K.Koopal、吸着現象の物理的基礎、農土誌、68. 4、351-361、2000
                    2)大井節男、足立泰久、原口暢朗、L.K.Koopal、吸着理論の発展、農土誌、68. 5、479-486、2000
                    3)大塚秀樹・大井節男、飽和・不飽和状態におけるガラスビーズ充填層の電導度, 農土学会講要、766-767、1999
                    4)稲垣融一・大井節男・安中武幸、ガラスビーズ充填層への浸潤の初期水分依存性, 農土学会講要、764-765、1999
                    5)大井節男、多孔質体の電導度、科研報告[土壌コロイドの表面化学的性質](筑波大)、94-99、2000